Drahtlose Prozesssicherheit beim Schrauben

25.05.2010

Akkupower bringt den Wind ins Stromnetz

Mit akkubetriebenen Tensorschraubern werden die kritischen Verschraubungen an den Leistungsschränken montiert. Die Werkzeuge dokumentieren sämtliche Schraubdaten.
Programmierung, Schraubbefehle und Datenaustausch erfolgen bei den Tensor-STB-Akkuschraubern zuverlässig und drahtlos über Funk – mit Bluetooth oder WLAN. Das Werkzeug kontrolliert auch, ob Schrauben vergessen oder fehlerhaft angezogen werden und verlangt eine Korrektur.
Einige Schraubverbindungen fordern höhere Drehmomente. Hier setzt der Anwender auf die stärkeren STB-Winkelschrauber. Auch sie erhalten ihre Montagebefehle über Funk.
Die Funkdatenübertragung hat sich in Tests, selbst in nächster Umgebung von viel Metall, als absolut unproblematisch herausgestellt. (Fotos: Atlas Copco Tools)

Sie sind leicht, schnell und montieren absolut prozesssicher: die akkubetriebenen Tensor-STB-Schrauber von Atlas Copco Tools. Enercon montiert mit den Werkzeugen Kabelverbindungen in Schaltanlagen für Windkraftanlagen – ohne lästige Schläuche oder Kabel.

Die Enercon GmbH zählt zu den Weltmarktführern in der Gewinnung regenerativer Energien. In ihren Windenergieanlagen stellen Leistungsschränke sicher, dass der aus dem Wind gewonnene Strom stets mit der richtigen Frequenz und Spannung ins Versorgungsnetz eingespeist werden kann. „2009 haben wir über 13000 solcher Leistungsschränke mit hoher Fertigungstiefe hergestellt“, berichtet Daniel Wienekamp, Abteilungsleiter Schaltschrankbau bei der Elektric Schaltanlagenfertigung GmbH, einem Unternehmen der Enercon-Gruppe und exklusiver Zulieferer in Aurich. „Wir produzieren in Bandfertigung“, betont er. Die Stückzahlen hätten ein Niveau erreicht, das der Serienfertigung in der Automobilindustrie nahekomme. Weil die Anforderungen an die Produktsicherheit und -zuverlässigkeit ähnlich hoch sind wie im Fahrzeugbau, setzt das Unternehmen Industriewerkzeuge von Atlas Copco Tools ein.

„Ob eine Windenergieanlage an der Küste oder im unwegsamen Gebirge installiert ist, spielt keine Rolle“, sagt Wienekamp. „Sie muss zuverlässig ihren Dienst verrichten!“ Jeder Ausfall mache einen Service-Einsatz notwendig und verursache Kosten, unter anderem durch die unterbrochene Einspeisung. „Jede Schraube muss korrekt sitzen“, verlangt er deshalb. Eine Aufgabe, die der Elektromechaniker mit gesteuerter Tensor-Schraubtechnik löst – bislang vor allem mit kabelgeführten Schraubern, seit kurzem auch mit flexiblen Akkumodellen.

Bis zu 200 kritische Schraubfälle pro Bauteil

Für einen typischen Schrank mit 300 Kilowatt (kW) elektrischer Leistung werden 150 bis 200 Schrauben angezogen. Windenergieanlagen der neuesten Generation leisten bis zu 7,5 MW und nehmen in ihrem Turmschaft bis zu 28 dieser Schaltschrank-Module platzsparend auf. Deren Hauptkomponenten sind Dutzende sensibler Kühlkörper, die ganz genau zu montieren sind. Exakt 4 Newtonmeter (Nm) vertragen sie. „Liegt das Anziehdrehmoment darüber, kann ihr Keramikkern brechen, liegt es darunter, könnten zu lockere Schrauben für Funktionsstörungen sorgen“, betont Wienekamp. Doch das Drehmoment der STB-Pistolenschrauber passe mit einer Verschraubgenauigkeit von ± 5 % über 6 Sigma immer exakt. Die kleinen und leichten STBs arbeiten zuverlässig von 2 bis 12 Nm. Der von ausdauernden Lithium-Ionen-Akkus versorgte Antrieb bringt Schraubdrehzahlen bis zu 1500 min-1, was für kurze Taktzeiten sorgt.

Noch einen weiteren Vorteil schätzt Wienekamp an seinen neuen Akkuschraubern: „Das Tensor-STB-System dokumentiert alle Schraubdaten. So können wir uns selbst, aber zum Beispiel auch den Herstellern der Kühlmodule beweisen, dass sie stets ordnungsgemäß montiert wurden.“ Das sei im Falle etwaiger Reklamationen ein klarer Vorteil.

Präzisionsmontage via Funk – auch bei hohen Drehmomenten

Neben der Kühlkörpermontage sind auch die Verbindungen zwischen Anschlussleitungen und Leistungsdrosseln über Kupferschienen wichtig für die Funktionalität und Sicherheit. In ihnen fließen Ströme von bis zu 500 Ampere (A). Montagefehler könnten zu Kurzschlüssen, in seltenen Fällen zu Lichtbögen und in der Folge zum Ausfall der Anlage führen.

Diese Schrauben erfordern hohe Anziehmomente. Statt STB-Pistolenschraubern montieren hier drehmomentstärkere STB-Winkelschrauber mit 10 bis 28 Nm. Genau wie ihre kleinen Geschwister in Pistolenbauform erhalten auch sie ihre Montagebefehle per Bluetooth (wahlweise per WLAN) über Funk. Wienekamp berichtet, bei Enercon sei man anfangs skeptisch gewesen – vor allem angesichts einer Menge Metall und zahlreicher unter Spannung stehenden Leitungen in der Fertigungshalle. „Wir bezweifelten anfangs die Zuverlässigkeit kabelloser Schraubsysteme“, sagt der Montagefachmann. Aber in Tests habe sich die Funkdatenübertragung als absolut unproblematisch herausgestellt: „Selbst in 35 Metern Abstand von der Steuerung arbeiten die Tensor-STB-Werkzeuge einwandfrei.“ Dabei betrage die tatsächliche Entfernung bei der Montage im Höchstfall nur etwa 20 bis 25 Meter, erklärt der Elektrotechniker.

Prozesssicherheit auch bei ständig wechselnden Schraubfällen

Der Einsatz an der Linie sieht heute so aus: Entnimmt der Werker eine Stecknuss aus dem Magazin und setzt sie auf das Werkzeug, sendet die Schraubersteuerung automatisch und verwechslungssicher die dem jeweiligen Schraubfall zugeordneten Anziehparameter ans Werkzeug. „Das STB-System zählt die Montagevorgänge mit und gibt den Schaltschrank erst frei, wenn alle Anschlüsse korrekt sitzen.“ Wienekamp schätzt die Zuverlässigkeit des Systems: Die permanente Überwachung der Montageergebnisse in der modernen Schraubtechnik erleichtere die Kontrolle der Schraubverbindungsqualität enorm. „Es ist gut, dass der Schrauber mit aufpasst!“ Wo es nötig ist, kann den Männern am Band sogar die Anziehreihenfolge durch den Tensor STB vorgegeben werden.

„Bei Installation, Inbetriebnahme und Einbindung in das Enercon-Produktionsleitsystem standen uns die Spezialisten von Atlas Copco zur Seite, wann immer wir das wünschten.“ Die Unterstützung sei vor allem anfangs wichtig gewesen. Inzwischen sind die Mitarbeiter bei der Electric Schaltanlagenfertigung GmbH – nicht zuletzt dank der Schraubtechnik-Schulungen durch Atlas Copco Tools – fit genug, alle nötigen Programmierungen in Eigenregie durchzuführen. Einzig bei der jährlichen Kalibrierung greife man noch auf den Anbieter zurück, da deren Kalibrierlabor schnellen und umfassenden Service biete, so Wienekamp.

Der Einsatz von Barcodescannern und die Einbindung der STB-Schrauber in eine Datenbank sind der vorläufige Höhepunkt. Jeweils bis zu 1000 Drehmomentwerte können gespeichert und jedem Schaltschrank zugeordnet werden. „Was noch vor wenigen Jahren zwei Werkzeuge und mehrere Arbeitsschritte erforderte, machen die Tensorschrauber heute alles in einem Arbeitsgang!“, sagt Wienekamp.

Text: Heiko Wenke

Hintergrund

Blick ins Maschinenhaus einer Windenergieanlage. (Grafiken: Enercon)

Aloys Wobben war einer der Pioniere der Gewinnung von elektrischer Energie aus Wind. Er hatte die Idee, mithilfe von Umrichtern die variable Frequenz damaliger Windgeneratoren an die Netzfrequenz von 50 Hertz anzupassen. 1984 gründete er Enercon, um diese Idee umzusetzen. Mit seiner Enercon GmbH zählt er heute zu den Weltmarktführern in der Gewinnung regenerativer Energien. Weltweit hat das Unternehmen aus dem ostfriesischen Aurich inzwischen Anlagen mit mehr als 20.000 Megawatt (MW) installierter Leistung in Betrieb genommen.

- - - Anzeige - - -