Mechanische Montage im Maschinenbau

Irgendwann sind die Zeichnungen freigegeben, die CNC-Teile zurück aus der Fertigung und alle Kaufteile eingelagert. Jetzt muss zusammengefügt werden, was bisher nur auf dem Bildschirm existiert hat. Klingt nach dem einfachen Teil. Ist es oft nicht. Maße, die einzeln im Toleranzfeld lagen, häufen sich in der Maßkette. Bohrungen, die im CAD-Modell zugänglich wirkten, lassen das Werkzeug in der Realität nicht mehr rein. Bewegungen, die in der Simulation sauber liefen, kommen bei echten Leitungsquerschnitten ans Limit. Die mechanische Montage macht solche Dinge sichtbar, die vorher niemand gesehen hat. Das ist manchmal unangenehm, aber besser jetzt als nach der Inbetriebnahme.

Mechanische Montage bezeichnet das geordnete Zusammenfügen von Fertigungsteilen, Kaufteilen und Normteilen zu einer funktionsfähigen Einheit. Abzugrenzen ist sie von der elektrischen Montage und der Inbetriebnahme, also dem Prozess, bei dem die fertige Anlage erstmals unter Produktionsbedingungen hochgefahren und eingestellt wird. In der Praxis verlaufen diese Phasen selten sauber nacheinander, besonders im Sondermaschinenbau.

Je nach Umfang unterscheidet man:
Baugruppenmontage: Einzelteile werden zu funktionalen Teilmodulen zusammengebaut, einem Greifer, einem Antriebsstrang, einer Lineareinheit. Diese Module gehen anschließend in die Gesamtmaschine.
Maschinenmontage: Vorgefertigte Baugruppen werden zur fertigen Anlage zusammengesetzt, ausgerichtet und eingestellt.
Endmontage beim Kunden: Die Anlage wird am Einsatzort aufgestellt, an die vorhandene Infrastruktur angebunden und für den Betrieb vorbereitet.
Vorrichtungsmontage: Zusammenbau von Spann-, Montage- oder Prüfvorrichtungen, die ihrerseits in Fertigung und Montage als Hilfsmittel dienen.

Ein falsch angezogenes Schraubverbindungsmittel, eine Presspassung mit zu wenig Übermaß, eine Klebeverbindung auf unbehandelter Oberfläche. Verbindungsfehler sind eine der häufigsten Ursachen für Ausfälle, und sie treten oft erst Wochen oder Monate nach der Abnahme auf.

Schraubenverbindungen machen den größten Teil der Verbindungen in Sondermaschinen aus. Was dabei regelmäßig schiefgeht: Anzugsmomente werden geschätzt statt gemessen, Sicherungselemente fehlen, die Festigkeitsklasse passt nicht zur Belastung, zu wenig Gewindegänge eingeschraubt. Bei sicherheitsrelevanten Verbindungen gehört das dokumentierte Anzugsmoment ins Protokoll, nicht ins Gedächtnis des Monteurs.

Presspassungen verbinden Wellen, Lager und Buchsen dauerhaft und spielfrei. Wie fest diese Verbindung hält, steht und fällt mit der Passungsauswahl in der Konstruktion. Ein zu kleines Übermaß und die Verbindung gibt nach. Ein zu großes, und das Bauteil ist beim Fügen beschädigt.
Klebeverbindungen kommen vor allem in Reinraum- und Pharmaanwendungen zum Einsatz, wo konventionelle Verbindungsmittel hygienisch oder werkstofftechnisch nicht passen. Voraussetzung ist eine definierte Oberflächenvorbereitung. Ohne die hält nichts, egal wie hochwertig der Klebstoff ist.
Schweißbaugruppen bilden das strukturelle Rückgrat vieler Maschinen. Gestelle und Rahmen entstehen durch Schweißen, und müssen danach häufig entspannt oder nachbearbeitet werden, um die geforderten Toleranzen wieder zu erreichen. Wer das nicht einplant, plant zu knapp.

Im Reinraum gelten andere Spielregeln. Keine herkömmlichen Schmierstoffe, ESD-sichere Werkzeuge, definierte Reinigungsschritte vor und nach jedem Fügeschritt. Wer Anlagen für Pharma oder Medizintechnik montiert, muss diese Anforderungen von vornherein im Prozess haben. Nachträglich einzuführen ist aufwändig und fehleranfällig.

In der CNC-Fertigung unterscheiden wir zwischen Fräsen und Drehen. Beide Verfahren sind computergesteuert, unterscheiden sich jedoch im Bewegungsprinzip:

Bevor die erste Schraube sitzt, werden alle Teile auf Vollständigkeit und Maßhaltigkeit geprüft. Abweichungen aus der Fertigung, ein Lochkreis am Toleranzrand, eine Passfläche mit zu viel Grat, werden jetzt identifiziert. Wer das überspringt und erst beim Zusammenbau merkt, dass etwas nicht stimmt, verliert nicht nur Zeit. Im schlechteren Fall muss er bereits gefügte Baugruppen wieder auseinandernehmen und Bauteile nacharbeiten.

Komplexe Maschinen entstehen nicht in einem Zug. Erst kommen die Teilbaugruppen, jede wird separat geprüft und freigegeben. Das hat einen praktischen Grund: Fehler in diesem Stadium kosten wenig. Fehler, die erst in der Hauptmontage auffallen, kosten ein Mehrfaches.

Jetzt zeigt sich, wie gut Konstruktion und Fertigung gearbeitet haben. Baugruppen werden zur fertigen Maschine zusammengesetzt, ausgerichtet, eingemessen. Spiel und Vorspannung werden eingestellt. Und manchmal tauchen Dinge auf, die im CAD-Modell nicht sichtbar waren: ein Kabelkanal, der eine Bewegung einschränkt. Ein Gewindestift, an den man nur herankommt, wenn man drei andere Teile vorher wieder abnimmt. Das gehört zur Realität des Sondermaschinenbaus, und erfahrene Monteure wissen, wie man damit umgeht.

Am Ende steht die Prüfung. Sind alle Führungen leichtgängig? Stimmt die Lage der einzelnen Baugruppen zueinander? Erreichen Aktoren ihre Endlagen zuverlässig? Stimmt die Wiederholgenauigkeit? Ist alles dicht? Erst wenn das geklärt und dokumentiert ist, ist die Montage abgeschlossen. Was danach kommt, ist die Inbetriebnahme, ein eigener Prozess mit eigenen Anforderungen.

Viele Unternehmen vergeben Konstruktion, Fertigung und Montage an verschiedene Dienstleister. Das hat kurzfristig Vorteile, erzeugt aber Reibung an jeder Übergabe.
Zeichnungen, die montagetechnisch nicht durchdacht sind, weil der Konstrukteur nie selbst montiert hat. Toleranzketten, die niemand gesamtheitlich betrachtet hat. Rückfragen, die Tage oder Wochen dauern, weil zwei Firmen aufeinander warten. Und wenn am Ende etwas nicht stimmt, ist die Frage nach der Verantwortung meistens nicht schnell beantwortet.
Wenn Konstruktion, Fertigung und Montage unter einem Dach stattfinden, fallen diese Übergaben weg. Der Konstrukteur weiß, wie montiert wird. Der Zerspaner kennt die Passungsanforderungen. Der Monteur gibt direkte Rückmeldung, wenn sich etwas optimieren lässt. Das verkürzt nicht nur Durchlaufzeiten, es reduziert Fehler am Produkt.
Bei Fakler Engineering spiegelt sich das in Zahlen: eine Reklamationsquote von 0,1 Prozent und eine Liefertermintreue von über 95 Prozent.

In der eigenen Montagehalle in Laupheim montiert Fakler Engineering Einzelbaugruppen genauso wie komplette Sondermaschinen. Die Teile kommen zu einem großen Teil aus der eigenen CNC-Fertigung, ergänzt durch Kauf- und Normteile aus einem gewachsenen Lieferantennetzwerk. Typische Projekte sind Montageanlagen mit manuellen und automatisierten Stationen, Handlingsysteme, Prüfvorrichtungen sowie Sondermaschinen für Verpackungs- und Reinraumanwendungen. Alle Leistungen sind ISO 9001-zertifiziert.

Einzelne Bauteile können jeweils innerhalb ihrer Toleranz liegen und im Zusammenbau trotzdem Probleme bereiten. Wenn sich fünf Maßabweichungen in eine Richtung addieren, ist die sechste Schnittstelle außerhalb der Spezifikation, auch wenn jedes Einzelteil für sich freigegeben war. Professionelles Toleranzmanagement beginnt deshalb in der Konstruktion und wird in der Montage konsequent weitergeführt.

Zum Abschluss einer Montage gehören Betriebsanleitung (ggfs. mit CE-Kenzeichen) Prüfprotokolle, dokumentierte Anzugsmomente, Passungsmaße, Justageprotokolle und bei Anlagen mit Steuerung die Softwarestände zum Abnahmezeitpunkt. Diese Unterlagen sind im Servicefall oder bei späteren Umbauten die Grundlage für schnelle, zuverlässige Eingriffe. Wer sie nicht hat, beginnt jedes Mal wieder von vorn.