Für die Serienmontage filigraner Objektive haben wir eine Miniatur-Spanneinheit entwickelt, die in einer bestehenden Montagevorrichtung die Klemmschraube an den Objektivfassungen ersetzt. Sie spannt mit definierter, begrenzter Kraft, nutzt die vorhandenen Schnittstellen der Vorrichtung und beschleunigt das Einlegen und Spannen im Serienbetrieb deutlich. Vom Wunsch der Produktion bis zum fertigen Zeichnungssatz verging eine Woche. Seit 2020 läuft die Einheit ohne Probleme.
Projekt auf einen Blick
| Merkmal | Angabe |
|---|---|
| Anwendung | Optik, Serienmontage von Objektiven (Kunde anonym) |
| Aufgabe | Einlegen und Spannen in der Serie beschleunigen – bei definierter, bedienerunabhängiger Spannkraft |
| Randbedingungen | Linse Ø 8 mm, laterale Justage, UV-Klebung; kleiner Bauraum; bestehende Schnittstellen |
| Lösung | Miniatur-Spanneinheit mit Blattfeder-Federpaket aus Federband 1.4310 |
| Spannkraft | 0,595 N je Blattfeder; 4 bis 5 Federn im Paket, also rund 2,4 bis 3,0 N |
| Betätigung | Öffnen per Hebel: 135° Drehung, knapp 2 mm Hub, weitere 45° Offenstellung |
| Einbau | nachrüstbar im laufenden Betrieb, ohne Umbau der Vorrichtung |
| Leistungen | Anforderungsanalyse, Bewertung von Alternativen, Konzept, FE-Simulation, Lebensdauerabschätzung, Konstruktion |
| Entwicklungszeit | eine Woche bis zum Zeichnungssatz |
| Ergebnis | Schraubvorgang entfällt; Spannkraft durch die Federauslegung vorgegeben; Wechselintervall des Federpakets von einem halben auf ein Jahr verlängert, inzwischen Wechsel nur nach Bedarf |
| Im Einsatz | seit 2020 ohne Probleme |
Welche Probleme bereitete die Klemmschraube in der Serie?
Mit der Vorrichtung justiert der Bediener eine Linse von 8 mm Durchmesser lateral und verklebt sie anschließend mit UV-Klebstoff. Vor der Justage musste er die Objektivfassung mit einer Schraube einspannen, danach wieder lösen. Im Labor spielt das kaum eine Rolle. Bei Hunderten von Systemen in der Serie fällt es ins Gewicht.
Die Produktion meldete zurück, die eigentliche Justage gehe schneller als gedacht. Den größten Zeitanteil habe das Schrauben.
Die Schraube brachte zudem zwei gegenläufige Risiken mit sich. Zu fest angezogen, konnte sie die Fassungsoberfläche beschädigen oder die Fassung verformen. Zu locker angezogen, gefährdete sie die Justage, weil die Fassung nicht definiert hielt. Die Linse selbst war nicht gefährdet.
Damit lag die Anforderung an den Ersatz fest: schneller zu bedienen als die Schraube, Spannkraft hoch genug für definierten Halt, begrenzt genug zum Schutz der Fassung – und reproduzierbar, unabhängig vom Bediener.
Warum die Schraube und die betrachteten Katalogwege ausschieden
Neben der Schraube standen vier Alternativen zur Wahl: Kniehebelspanner und Rastbolzen aus dem Katalog, eine Spanneinheit mit Katalogfeder und eine vollständige Eigenentwicklung. Die Klemmschraube schied aus, weil sie in der Serie Zeit kostete und die beschriebenen Risiken mit sich brachte. Über die übrigen Wege entschied nicht der Preis, sondern Zugänglichkeit und Sicht auf den Arbeitsbereich, Bauraum, Anbindung an die Vorrichtung und das Verhalten der Spannkraft.
| Lösungsansatz | Zugänglichkeit und Sichtbarkeit | Bauraum | Anbindung an die Vorrichtung | Spannkraft |
|---|---|---|---|---|
| Kniehebelspanner | verdeckt den Arbeitsbereich teilweise | größer durch umfangreiche Mechanik | andere Schnittstellen, weitere Teile anzupassen | nahe dem Totpunkt ohne zusätzliches Element schwer vorhersagbar |
| Rastbolzen | verdeckt den Arbeitsbereich teilweise | Druckstück Ø 5 mm schon beim kleinsten verfügbaren Rastbolzen – zu groß für die Fassung | zusätzliche Verstellmöglichkeit nötig | Anpresskraft nicht direkt bekannt, Versuche nötig |
| Spanneinheit mit Katalogfeder | Sicht frei, Zugang leicht eingeschränkt | Feder passt weder in den Bauraum noch zur Kennlinie | andere Schnittstellen, weitere Teile anzupassen | gewünschtes Verhalten nur mit Abstrichen |
| Eigene Miniatur-Spanneinheit | frei | minimal, passt in den vorhandenen Bauraum | nutzt die bestehenden Schnittstellen | definiert und berechnet |
Keiner der drei Katalogwege erfüllte Zugänglichkeit, Bauraum und Anbindung zugleich. Die Eigenentwicklung war damit keine Vorliebe, sondern das, was übrig blieb – vorausgesetzt, sie ließ sich schnell genug absichern.
Aufbau: Blattfeder-Federpaket an den bestehenden Schnittstellen
Die Einheit spannt die Fassung über ein eigens ausgelegtes Paket aus Blattfedern. Die Kraft-Weg-Kennlinie ergibt sich aus Geometrie und Werkstoff der Federn. Sie ist nicht dem Zufall oder dem Gefühl des Konstrukteurs überlassen, sondern berechnet und mit Blick auf Entwicklungs- und Fertigungsaufwand ausgelegt. Jede Blattfeder bringt 0,595 N auf, vier bis fünf liegen im Paket. Über die Anzahl der Federn lässt sich die Spannkraft auch nach der Inbetriebnahme noch anpassen.
Betätigt wird die Einheit über einen Hebel. Bei einer Drehung um 135° gleiten zwei Schraubenflächen aneinander ab und öffnen die Einheit um fast 2 mm. Das Federpaket wird dabei weiter gespannt, doch der Flächenwinkel hält die Mehrkraft am Hebel so klein, dass man sie kaum spürt. An die Drehung schließt ein Bereich von 45° an, in dem die Einheit definiert offen steht. Eine dritte Hand braucht der Bediener deshalb nicht. Er legt die Fassung ein, ohne gegenzuhalten. Ganz verschwindet die Schraube übrigens nicht: Ihr Prinzip steckt jetzt in den Schraubenflächen am Hebel.
Die Einheit sitzt an den vorhandenen Schnittstellen und lässt sich mit minimalem Eingriff im laufenden Betrieb nachrüsten. Das war ein Auslegungsziel, kein Zufall.
Wie entstand die Lösung in einer Woche?
Eine Woche reichte, weil die Reihenfolge stimmte. Zuerst grenzten wir die Spannkraft analytisch mit einem Balkenmodell ein, dann lief die Simulation parallel zur Konstruktion. Das hielt die Iterationen klein. Der Ablauf:
- Anforderungen aus der Produktion erfassen
- Alternativen bewerten
- Konzept entwickeln und Spannkraft analytisch eingrenzen
- Federgeometrien simulieren und Lebensdauer des Federpakets abschätzen – parallel dazu den 3D-Entwurf ausdetaillieren
- Zeichnungssatz erstellen
Was bringt die Lösung im Serienbetrieb?
- Der Schraubvorgang beim Einlegen des Objektivs – laut Produktion der größte Zeitanteil – entfällt. Ein Hebelschwenk um 135° ersetzt ihn, der Arbeitsschritt geht dadurch bedeutend schneller.
- Federpaket und Federweg geben die Spannkraft vor, unabhängig von Kraft, Übung und Tagesform des Bedieners. Das senkt das Risiko, die Fassung zu verformen oder zu beschädigen, und macht das Spannen reproduzierbar.
- Das Federpaket ist als Wechselteil vorgesehen. Der Kunde hat das Wechselintervall zunächst von einem halben auf ein Jahr verlängert, inzwischen tauscht er es nur noch nach Bedarf.
Ihre Vorrichtung prüfen lassen
Ob Spannen, Positionieren oder Justieren: Wenn ein Arbeitsschritt in Ihrer Vorrichtung mehr Zeit kostet als nötig oder das Ergebnis vom Bediener abhängt, lohnt sich ein zweiter Blick. Ob eine Kataloglösung genügt oder eine Eigenentwicklung notwendig wird, entscheidet sich im konkreten Fall. Erzählen Sie uns von Ihrer Aufgabe. So lässt sich am besten abschätzen, ob eine einfache System-Prüfung als Einstieg reicht oder eine tiefere Anforderungsanalyse sinnvoller ist.