DE2541523A1

DE2541523A1 - Verfahren und vorrichtung zum anziehen einer schraubverbindung bis zu einem gewuenschten axialen zug

Info

Publication number: DE2541523A1
Application number: DE19752541523
Authority: DE
Inventors: Russell John Hardiman; Stanley Keith Smith
Original assignee: Standard Pressed Steel Co
Current assignee: SPS Technologies LLC
Priority date: 1974-09-19
Filing date: 1975-09-17
Publication date: 1976-04-01
Also published as: FR2285651B1; GB1526946A; SE413293B; US3939920A; JPS5157096A; SE7510450L; DE2541523C3; FR2285651A1; JPS587430B2; DE2541523B2

Description

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8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P 9543

17- Sept. 1975

STANDARD PEESSSD STEEL CO.
Jenkintown, Pennsylvania 19046, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung bis zu einem gewünschten axialen Zug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung bis zu einem gewünschten axialen Zug.

Bei Bauelement en-V erbindungen, die mit mechanischen Verbindungsteilen aneinander befestigt werden, wird normalerweise mit den Verbindungsteilen eine bestimmte Spannkraft oder ein Zug bzw. ein Druck auf die Bauelemente ausgeübt, um die gesamte Verbindung zu sichern und ein Lösen der Verbindung zu vermeiden. Wenn die Verbindungen montiert sind, ist es daher wünschenswert, dass die Verbindungsteile festgezogen werden, um einen vorgegebenen axialen Zug oder einen

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axialen Druck auf die zusammengefügten Bauteile auszuüben. Die bekannten Verfahren zum Festziehen von Schraubenverbindungen, beispielsweise von Muttern und Bolzen, durch die auf die zusammengefügten Bauteile ein vorgegebener Zug oder Druck ausgeübt werden soll, sind jedoch nicht zufriedenstellend. Beispielsweise wird bei den meisten Verfahren zum genauen Festziehen von Schraubverbindungen die axiale Verformung oder die axiale Dehnung des Bolzens während des Festziehens gemessen und mittels einer zuvor berechneten Beziehung zwischen Belastung und Verformung die Verformung bzw. Dehnung mit der Belastung oder dem axialen, am Bolzen angreifenden Zug oder Druck in Beziehung gesetzt. Bei den meisten in der Praxis vorkommenden Anwendungsformen zum genauen Pestziehen von Schraubverbindungen ist es normalerweise nicht möglicht, die Verformung oder Dehnung des Bolzens zu messen. In den Fällen, bei denen die Verformung oder Dehnung gemessen werden kann, ist diese Messung jedoch zeitaufwendig und relativ teuer. Daher wird das letztgenannte Verfahren, bei dem die Verformung und Dehnung gemessen wird, abgesehen von Laboruntersuchungen, relativ selten angewandt.

Bei einem anderen bekannten Verfahren, das bei der Montage und beim Zusammenschrauben der meisten Schraubverbindungen normalerweise Verwendung findet, werden Drehmomentschlüssel, also Werkzeuge verwendet, die anzeigen, wenn das auf die Schraubverbindung ausgeübte Drehmoment gleich oder grosser ist als ein vorgegebenes Drehmoment, wobei dann in Abhängigkeit davon das Festziehen der Schraubverbindung beendet wird. Drehmomentmessungen sind relativ einfach durchzuführen, und da die an der Schraubverbindung angreifende, und auf die Bauteile ausgeübte Kraft mit dem Drehmoment in Beziehung steht, kann das vorgegebene Drehmoment so gewählt werden, dass es dem gewünschten, vorgegebenen Spanndruck- oder Zug für die geweilige Verbindung theoretisch entspricht. Beim Festziehen von Schraubverbindungen, beispielsweise beim Verlegen von Schienen, wurden jedoch starke Abweichungen der Beziehung zwischen Drehmoment und Zug bzw. Druck festgestellt. Die Gründe für diese Abweichungen sind viel-

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fältiger Art. Beispielsweise treten diese Abweichungen auf Grund der an sich zulässigen Toleranz Schwankungen bei den Abmessungen, auf Grund der Steifigkeit und Festigkeit der Verbindungen und der Bauteile und deshalb auf, weil auf den aneinanderliegenden Flächen der Verbindungen und/oder der Bauteile mal Schmiermittel aufgetragen ist und mal kein Schmiermittel vorliegt, so dass grosse Reibungsunterschiede zwischen den aneinanderliegenden Flächen der Verbindung auftreten. Im praktischen Falle können für dasselbe Drehmoment in einem bestimmten Falle Schwankungen bis zu +50 % bei dem axialen Zug oder dem axialen Druck, der auf die Bolzen ausgeübt wird, auftreten. Daher sind die Drehmomentschlüssel nicht sehr genau.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung zu schaffen, um Schraubverbindungen noch genauer und definierter festzuziehen.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Eine erfindungsgeraässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 9 angegeben.

V/eitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteranspiüchen gekennzeichnet.

Gemäss der Erfindung wird also eine Schraubverbindung bei einer mechanischen Verbindung durch Ausüben eines Drehmoments bis zum Bruchpunkt oder zur Streckgrenze angezogen (nachfolgend wird nur noch der Ausdruck "Bruchpunkt" verwendet, obwohl damit auch die Streckgrenze gemeint sein kann). Das ausgeübte Drehmoment bewirkt eine Drehung der Schraubverbindung bzw. eines Gliedes der Schraubverbindung, beispielsweise der Schraube, der Mutter, oder des Bolzens (der Einfachheit halber soll nachfolgend nur noch der Ausdruck "Schraubverbindung" verwendet werden). Einer der Eingangsparamster, vorzugs\*eise eine Kurve, die die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Drehung angibt und in

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einem Diagramm aufgetragen werden kann, wird während des Pestziehvorgangs gemessen. Die Grosse des gemessenen Parameters wird am Bruchpunkt ermittelt, um den axialen Zug oder Druck der Schraubverbindung am Bruchpunkt zu bestimmen. Danach wird der Wert des gemessenen Parameters, der zur Erzeugung des gewünschten Zuges oder Drucks an der Verbindung erforderlich ist, bestimmt und das Drehmoment wird wieder auf die Schraubverbindung ausgeübt, wobei der gemessene Eingangsparameter wiederum gemessen wird. Wenn der gemessene Parameter im wesentlich gleich dem Parameter ist, der zur Erzeugung des gewünschten Druckes erforderlich ist, wird kein Drehmoment mehr auf die Verbindung ausgeübt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Festziehen einer Schraubverbindung weist ein Schraubenschlüsselgerät auf, mit dem durch Ausüben eines Drehmoments die Schraubverbindung bis zum Bruchpunkt festgezogen wird, wobei das Drehmoment eine Drehung der Schraubverbindung, bzw. der Schraube oder Mutter bewirkt. Das Schraubenschlüsselgerät enthält Einrichtungen, die während des Pestziehens der Schraubverbindung einen der Eingangsparameter, vorzugsweise die Kurve, die die Beziehung zwischen Drehmoment und Drehung wiedergibt, misst und ein dementsprechendes Signal erzeugt. Das Schraubenschlüsselgerät weist weiterhin Einrichtungen auf, die ermitteln, wann die Schraubverbindung bis zum Bruchpunkt angezogen worden ist, und die ein Schaltsignal erzeugen,das das Schraubenschlüsselgerät ausschaltet. Weiterhin sind Einrichtungen vorgesehen, die auf das gemessene Signal des Eingangsparameters beim Bruchpunkt ansprechen und die den axialen Zug oder Druck, der an einer bestimmten, festzuziehenden Schraubverbindung, angreift, am Druckpunkt ermittelt. Weiterhin ist bei der erfindungsgemässen Vorrichtung eine Einrichtung vorgesehen, die auf das den axialen Zug oder Druck wiedergebende Signal anspricht und die Grosse des gemessenen Eingangsparameters, die zur Erzeugung des gewünschten Zugs einer Schraubverbindung erforderlich ist, feststellt und ein dement sprechendes Signal speichert. Danach wird das Schraubenschlüsselgerät wieder eingeschlatet und übt auf die Schraubverbindung von neuem ein Drehmoment aus,wobei der Eingangsparameter wieder gemessen und

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ein dementsprechendes Signal erzeugt wird. Das Signal, das während der neuerlichen Ausübung des Drehmoment erzeugt wird, wird mit dem gespeicherten Signal verglichen, und wenn diese,dem Vergleich unterzogenen Signale einander im wesentlichen gleich sind, wird ein Steuersignal erzeugt, das dazu verwendet werden ■ kann, das Schraubenschlüsselgerät wieder auszuschalten.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens oder der Vorrichtung wird das Drehmoment oder die Winkeldrehung der festzuziehenden Schraubverbindung gemessen und es wird eine Kurve herangezogen, die für bestimmte Schraubverbindungsarten den Zusammenhang zwischen dem Zug und dem gemessenen Parameter wiedergibt. Diese Beziehung wird natürlich vorher festgelegt bzw. bestimmt und wird bei der Vorrichtung in einem Speicher gespeichert, der am Bruchpunkt abgetastet wird, um den axialen, an der Verbindung angreifenden Zug bei dem entsprechenden, gemessenen Parameter zu ermitteln.

Die vorliegende Erfindung gibt also ein Verfahren und eine Vorrichtung an, mit der eine Schraubverbindung bis zu einem gewünschten axialen Zug festgezogen werden kann.

Das erfindungsgemässe Verfahren, sowie die erfindungsgemässe Vorrichtung verwendet eine allgemeine, vorher bestimmte Beziehung, die die Eigenschaft eines bestimmten Typs von Verbindung wiedergibt, ohne dass für jede einzelne, festzuziehende Verbindung eine spezielle, vorher bestimmte Beziehung erforderlich ist.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Anziehen der Verbindung bis zu einem gewünschten axialen Zug, indem die Eingangsparameter für das Anziehen beim Bruchpunkt der Verbindung gemessen werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung ist in der Anwendung sehr sicher, wirtschaftlich und genau.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine graphische Darstellung einer Kurve, die die Eigenschaften einer typischen Beziehung zwischen Drehmoment und Drehung wiedergibt, die während eines Festziehvorgangs auftreten, wobei das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip graphisch dargestellt ist,

Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Kurve, die die Beziehung der kombinierten axialen und torsionalen Belastung einer Schraubverbindung, sowie deren Beziehung beim Bruchpunkt wiedergibt,

Fig.2A eine graphische Darstellung einer Kurve, die die Beziehung zwischen dem einer Schraubverbindung auftretenden axialen Zug und der Winkeldrehung der Schraubverbindung bzw. des Verbindungselementes wiedergibt,

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer Kurve, die gemäss einer Ausführungsform dieser Erfindung die Eigenschaften einer typischen Beziehung zwischen Last und Drehmoment wiedergibt, die während eines Festziehvorgangs vorliegt,

Fig. 4- eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Festziehen, gemäss einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Teiles einer der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung entsprechenden Vorrichtung zum Festziehen, jedoch gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Festziehen gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine übliche Drehmoment-Drehungskurve für eine Gewindeschraube oder einen Gewindebolzen dargestellt, der angezogen wird. Auf der Abszisse ist die Winkelversetzung · oder . Drehung und auf der Ordinate das Drehmoment aufgetragen. Die Kurve besitzt einen Anfangsbereich, oder einen Bereich, der vor dem eigentlichen Anziehen liegt und sich vom Nullpunkt bis zum Punkt A erstreckt. In diesem Anfangsbereich wurden die zusam-

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mengehörigen Schrauben, also Schraube und Mutter, oder Bolzen und Mutter, der Verbindung miteinander verschraubt und entweder die Schraube oder die Mutter wird gedreht, wobei jedoch die Andruckfläche der sich drehenden Schraube oder Mutter noch nicht mit der Fläche des zwischen der Verbindung liegenden Bauteiles in Berührung gekommen ist. Am Kurvenpunkt A sind dann die Bauteile von der Befestigungseinrichtung zusammengezogen worden und jetzt beginnt praktisch erst das eigentliche Festziehen der Verbindung. Das Drehmoment am Punkt A wird üblicherweise mit "Passitz"-Drehmoment (snug-torque) bezeichnet. Im Anziehbereich der Kurve, der sich zwischen dem Kurvenpunkt A und dem Kurvenpunkt B befindet, wird in den Gliedern der Verbindung eine axiale Kraft erzeugt, die auf die Bauteile wirkt und diese einspannt. Vom Punkt B an läuft die Kurve nicht mehr linear und die Drehung des Schraubgliedes beginnt stärker anzusteigen, als das Drehmoment. Im Zusammenhang mit der hier vorliegenden Beschreibung des Erfindung wird der Punkt B als Anfang des Streck- oder Bruchbereiches betrachtet, obgleich über den Punkt B hinaus an der Verbindung weiter eine Drehkraft angreifen soll, jedoch mit nicht-linearer Zunahme. Der Punkt C entspricht dein Bruchpunkt oder der Streckgrenze der Verbindung. Obgleich die Definition des Bruchpunktes oder der Streckgrenze nicht einheitlich ist, kann der Punkt C als der Bruchpunkt bezeichnet werden, nach dem die Verformung oder Dehnung des Bolzens oder der Schraube nicht mehr rein elastischer Natur ist.

In Fig. 2 ist eine Kurve D dargestellt, die dem Bruchpunkt einer bestimmten Schraubverbindung bei einer Drehbelastung in Verbindung mit einem axialen Zug wiedergibt. Auf der Abszisse ist das Drehmoment und auf der Ordinate der axiale Zug aufgetragen. Die Kurve D besteht aus einer unendlichen Zahl von Bruchpunkten, von denen drei, nämlich Cj, Cp und CU angegeben sind. Die Bruchpunkte sind durch verschiedene Beanspruchungen, die sich aus dem axialen Zug und einer Drehbeanspruchung ergeben, festgelegt. Für die Schraubverbindungen sind die verschiedenen Beanspruchungen, die sich aus dem axialen Zug und den Drehbeanspruchungen zusammensetzen, durch den Reibungskoeffizient oder die Reibungsparameter zwischen der Schraubverbindung und den anliegen-

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den Flächen vorgegeben. Ohne Reibung, d. h. nur bei Auftreten eines axialen Zuges, würde der Bruchpunkt dem Punkt C auf der Kurve D entsprechen und für einen unendlich hohen Reibungskoeffizienten, d. h. nur bei Drehbeanspruchung, würde der Bruchpunkt dem Punkt C^ auf der Kurve D entsprechen. Die Bruchpunkte Cy., Cp und Gy, entsprechen dem Bruchpunkt auf den Belastungs-Drehmoinentkurven CL·, F~ bzw. F^, die jeweils im Belastungs-. Drehmoment-Zusammenhang für eine Schraubverbindung bei unterschiedlichen Reibungsparametern wiedergeben. Die Kurven F^, I^ und Έ-2 verlaufen zum Bruchpunkt hin geradlinig. Fig. 2 gibt klar wieder, dass die experimentell festgestellten Unterschiede von den unterschiedlichen Reibungsparametern herrühren, wenn beim Anziehen der Schraubverbindungen die Belastung-Drehmomentbeziehungen auftreten. Eine der Grundlagen für das erfindungsgemässe Verfahren liegt also darin, dass die Reibungsparameter für eine bestimmte Schraubverbindung tatsächlich bestimmt werden kann, und dass der genaue Belastungs-Drehmoment-Zusammenhang oder die Kurve F,-, Fp oder F₇, bestimmt werden kann.

Aus Fig. 2 kann weiterhin entnommen werden, dass ein Bereich der Kurve D zwischen einem Punkt C und dem Punkt C. etwa

X Xt

parabolisch verläuft, so dass Jeder Drehmomentwert in diesem Bereich zwei unterschiedlichen Belastungswerten entspricht. Tatsächlich gibt dieser Kurvenbereich Jedoch den Bruchpunkt bei wesentlich höheren Reibungsparametern an, als dies im praktischen Falle der Fall ist, und daher kann der Druckpunkt bei den im Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführten Überlegungen vernachlässigt werden. Wenn ein Drehmomentwert während des Festziehens einer Schraubverbindung auftritt, der grosser ist als der dem Punkt Q, entsprechende Drehmomentwert auf der Drehmomentachse, so ist dies ein Zeichen dafür, dass die Schraubverbindung fehlerhaft ist und das Anziehen der Schraubverbindung unterbrochen wird.

In Fig. 3 ist auf der Zug-Drehmomentkurve ein Anziehvorgang bei einer Schraubverbindung dargestellt, die nach einem Verfahren gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung an-

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gezogen wird. Der bei der Schraubverbindung auftretende axiale 3ug ist auf der Ordinate und das Drehmoment auf der Abszisse aufgetragen. Das an der Schraubverbindung auftretende Drehmoment beim Anziehen ist rechts von der Ordinate und das Drehmoment beim Lösen ist links von der Ordinate aufgetragen. Das Drehmoment greift an der Schraubverbindung an und wird gemessen, wenn die Schraubverbindung angezogen wird. Am Bruchpunkt der Schraubverbindung, nämlich am Punkt C in Fig. 3, wird kein Drehmoment mehr angelegt, und das am Bruchpunkt auftretende Drehmoment wird festgestellt. Da das Drehmoment nunmehr bekannt ist, kann am Bruchpunkt für die anzuziehende Schraubverbindung eine Beziehung zu einem vorher bestimmten Zusammenhang der Belastung, die sich aus dem axialen Zug und einer Drehbelastung zusammensetzt, d. h. zu einer Kurve hergestellt werden, die der in Pig. 2 dargestellten Kurve D entspricht. Die an der Schraubverbindung auftretende Belastung am Bruchpunkt, sowie die genauen Reibungseigenschaften für die. Schraubverbindung können daher bestimmt werden.

Wenn das an der Schraubverbindung angreifende Drehmoment beispielsweise am Bruchpunkt auf der Abszisse der in Fig. 2 dargestellten Kurve D liegt, so kann der entsprechende Punkt auf der Kurve D, sox^ie der entsprechende Punkt auf der Ordinate bestimmt werden, wobei letzterer den axialen Zug, der an der Schraubverbindung auftritt, wiedergibt. Bei Kenntnis eines bestimmten Punktes auf der Kurve D ist der Reibungsparameter der anzuziehenden Verbindung ebenfalls bekannt, und kann darüberhinaus durch Lösen der folgenden Gleichung bestimmt werden:

^T
F = J

F ist der Reibungswert der in Betracht gezogenen Schraubverbindung, der von den verschiedenen Reibungskoeffizienten zwischen der Schraubverbindung und den Bauteilflächen, sowie von bestimm ten Abmessungen der Schraubverbindung abhängt; T ist das Drehmoment am Bruchpunkt; L ist der axiale Zug am Bruchpunkt; und D ist der Durchmesser der anzuziehenden Schraubverbindung.

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Aus diesen bekannten Werten kann das Drehmoment bestimmt werden, das erforderlich ist, um an der Schraubverbindung den gewünschten axialen Zug zu erzeugen. Gemäss einer Möglichkeit zur Bestimmung des Drehmomentes, das zur Erzeugung eines gewünschten axialen Zuges erforderlich ist, kann die nachfolgend aufgeführte einfache Gleichung gelöst werden:

T, = L, χ FD
d d

Bei dieser Gleichung ist L, der gewünschte axiale Zug, der an der Schraubverbindung erzeugt werden soll, T^ das Drehmoment, das erforderlich ist, um den gewünschten axialen Zug an der Schraubverbindung zu erzeugen, F der Reibungswert der Schraubverbindung und D wiederum der Durchmesser der anzuziehenden Schraubverbindung. Da sowohl L^ als auch D in der zuvor beschriebenen Weise bestimmt wurden, wenn F bestimmt wurde, kann die Gleichung für T-, gelöst werden.

Nach einer anderen Möglichkeit, das Drehmoment zu bestimmen, das zur Erzeugung eines gewünschten Zuges an der Schraubverbindung erforderlich ist, wird der im wesentlichen lineare Zusammenhang zwischen Zug und Drehmoment am Bruchpunkt herangezogen, der in Fig. 2 durch die Kurven F^, Fp und F, dargestellt ist. Aus diesen Kurven lässt sich die nachfolgende Gleichung einfach herleiten:

^Td

Hierbei ist L, der gewünschte axiale Zug, der an der Schraubverbindung erzeugt werden soll, T^ das zur Erzeugung des gewünschten axialen Zuges an der Schraubverbindung erforderliche Drehmoment, L der axiale Zug, der am Bruchpunkt an der Schraub verbindung auftritt, und T. das am Bruchpunkt an der Schraubverbindung auftretende Drehmoment. Durch Umformung der zuletzt angegebenen Gleichung ergibt sich:

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Da L, zuvor bestimmt wurde, und da T bei Anziehen der Schraubverbindung ermittelt wird, und da weiterhin L aus der der Kurve D entsprechenden Kurve ermittelt werden kann, kann die zuvor angegebene Gleichung für T. gelöst werden.

Wenn das zur Erzeugung des gewünschten axialen Zuges erforderliche Drehmoment einmal bestimmt worden ist - unabhängig davon, welches der beiden beschriebenen Möglichkeiten dabei benutzt wurde - wird an der Schraubverbindung wieder ein Drehmoment angelegt. Das jetzt erzeugte Drehmoment wird zum Lösen der Schraubverbindung angelegt, und wenn das nunmehr angelegte Drehmoment zum Lösen etwa gleich dem Drehmoment ist, das zur Erzeugung des gewünschten Zuges an der Schraubverbindung erforderlich ist, kann das Drehmoment aufgehoben werden. Zu diesem Zeitpunkt ist der an der Schraubverbindung auftretende Zug etwa gleich dem gewünschten Zug.

In Fig. 3 ist der Zusammenhang zwischen dem Zug und dem Drehmoment während des Anziehens und des Lösens durch ausgezogene Linien dargestellt. Da das Drehmoment beim Lösen in entgegengesetzter Richtung zum Drehmoment beim Anziehen wirkt, ist das Drehmoment beim Lösen rechts von der Ordinate aufgetragen. Aus diesem Diagramm geht hervor, dass das Drehmoment, das zum Lösen der Schraubverbindung notwendig ist, kleiner ist als das Drehmoment, das zum Anziehen der Schraubverbindung erforderlich ist, und dass dann, wenn die Schraubverbindung gelöst ist, wie dies durch den Punkt X auf der Achse angezeigt wird, das Drehmoment zum Lösen mit dem Lug linear abnimmt, bis weder ein Zug noch ein Drehmoment an der Schraubverbindung auftritt. Dieser Zustand wird durch den Nullpunkt im Diagramm von Fig. 3 wiedergegeben. Vom Punkt X bis zum Endpunkt, also dem Nullpunkt, im Diagramm entspricht die Drehmoment-Kurve beim Lösen nicht der Drehmoment-Kurve beim Anziehen, so dass das Lösen der Schraubverbindung bis zu einem gemäss den zuvor beschriebenen Massnah-

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men bestimmten Drehmoment einen axialen Zug an der Schraubverbindung erzeugt, der etwa,· jedoch nicht genau gleich, dem gewünschten Zug ist. Um eine bessere Genauigkeit zu errreichen, wurde festgestellt, dass die Schraubverbindung bis zu einem Drehmoment gelöst werden sollte, das etwas unter dem Drehmoment liegt, das für die Erzeugung des gewünschten Zuges an der Schraubverbindung erforderlich ist, und dass auf der Kurve als Punkt Y dargestellt ist. Das endgültige Drehmoment beim Lösen sollte wenigestens etwa 5 % unter dem Drehmoment liegen, das zur Erzeugung des gewünschten Zuges an der Schraubverbindung erforderlich ist. Danach wird wieder ein Drehmoment an der Schraubverbindung angelegt, wie es in Fig. 3 durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, um die Schraubverbindung anzuziehen. Wenn dabei das Drehmoment beim Anziehen gleich dem Dx^ehmoment ist, das zur Erzeugung des gewünschten axialen Zuges an der Schraubverbindung erforderlich ist, und das auf der in Fig. 3 dargestellten Kurve für das Anziehen durch den Punkt Z wiedergegeben ist, wird kein Drehmoment mehr angelegt. Durch das nochmalige Anziehen der Schraubverbindung zeigt sich nochmals die Zug~Drehmomentbeziehung, die an der Schraubverbindung vorliegt, wenn sie bis zum Bruchpunkt angezogen wird. Auf diese Weise wird die Genauigkeit des Verfahrens verbessert.

In Fig. 2A ist eine Kurve E dargestellt, die die Beziehung zwischen dem axialen Zug und der Drehung einer bestimmten Schraube oder Mutter bei einer entsprechenden Schraubverbindung wiedergibt. Für irgendeine besondere Art von Schraube oder Mutter einer entsprechenden Schraubverbindung ist die Beziehung zwischen Zug und Drehung unabhängig von den Reibungswerten der Verbindung, so dass ohne Berücksichtigung der Reibungswerte eine einzige Kurve aufgetragen werden kann. Der Bruchpunkt ist Jedoch entlang der Kurve verschiebbar, da der Bruchpunkt sowohl vom axialen Zug als auch von der Torsionsbelastung abhängt, und da die Torsionsbelastung von den Reibungswerten der jeweiligen, anzuziehenden Schraubverbindung abhängt. Dementsprechend befindet sich der Bruchpunkt in einem Bereich, der in Fig. 2A auf der Kurve durch das Bezugszeichen G eingezeichnet ist. Unter Berücksichtigung der gemachten Ausführungen soll nachfolgend

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ein erfindungsgectässen Verfahren beschrieben werden, bei dem die Drehung der gemessene Kennwert ist. Gemäss diesem Verfahren wird auf die Schraubverbindung ein Drehmoment ausgeübt und die Winkeldrehung wird gemessen. Am Bruchpunkt der Schraubverbindung wird das Anlegen des Drehmoments beendet und unter Verwendung des in E¹Ig. 2A dargestellten vorbestimmten Zusammenhangs zwischen dem axialen Zug und dem Drehwinkel wird der Zug an der Schraubverbindung am Bruchpunkt bestimmt. Unter Verwendung der im wesentlichen linearen Beziehung zwischen dem axialen Zug und der Drehung kann eine Beziehung ähnlich der zuvor beschriebenen Beziehung angegeben werden, bei der jedoch statt des Drehmoments die Winkeldrehung herangezogen wird. Wie bei der zuvor beschriebenen Beziehung, die durch eine Überkreuz-Multiplizierung der Gleichungen erhalten wird, kann eine Gleichung für die Winkeldrehung angegeben und gelöst werden, die erforderlich ist, den gewünschten axialen Zug an der Schraubverbindung zu erzeugen. Wenn einmal diese Bestimmung durchgeführt worden ist, wird das Drehmoment wieder auf die Schraubverbindung ausgeübt, um sie zu lösen, bis die Winkeldrehung praktisch gleich der Winkeldrehung ist, die erforderlich ist, den gewünschten axialen Zug einer Schraubverbindung zu erzeugen. Im Gegensatz zu dem Verfahren, bei dem als Eingangswert das Drehmoment herangezogen wird, ist die Kurve, die die Beziehung zwischen dem Zug beim Lösen und der Winkeldrehung angibt, im allgemeinen zur Kurve, die die Beziehung zwischen dem Drehmoment beim Anziehen und der Winkeldrehung angibt, symmetrisch, so dass die Schraubverbindung direkt mit der Winkeldrehung gelöst werden kann, die auch erforderlich ist, um den gewünschten Zug auf die Schraubverbindung zu erzeugen, wobei die Schraubverbindung däinnicht noch mal angezogen zu werden braucht. Ersichtlich ist dies gegenüber dem Verfahren vorteilhafter, bei dem das Drehmoment als Ausgangswert herangezogen wird. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, das Drehmoment zu messen, da bei der Messung der Winkeldrehung eine Bestimmung des Null- oder Anfangspunktes erforderlich ist, von dem aus die Messungen gemacht werden sollten, was in gewissem Masse zu fehlern führen und auch ungenau sein kann. Bei Verwendung des Verfahrens, bei dem die zuvor beschriebene Beziehung herangezogen wird, um die

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Drehung zu bestimmen, die erforderlich ist, um den gewünschten axialen Druck zu erzeugen, kann die Auswirkung eines solchen Fehlers verringert werden. Ein kleiner Fehler könnte Jedoch auf Grund des Anziehvorgangs hereingebracht werden und die Genauigkeit der Ergebnisse beeinflussen. Andererseits treten beim Drehmoment diese Probleme nicht auf, da das Drehmoment entweder ausgeübt oder nicht ausgeübt wird und keine Interpretation oder keine Annahme notwendig ist.

In Fig. 4 ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung 10 zum Anziehen von Schraubverbindungen dargestellt. Diese Vorrichtung 10 weist einen Schraubenschlüssel mit einem umsteuerbaren Motor 14, einer Antriebswelle 16 und einem Schlüsseleinsatz 18 auf. Die Antriebswelle 16 wird vom Motor 14 angetrieben und übt ein Drehmoment und eine Drehung auf ein Schraubverbindungsglied auf, das vom Schlüsseleinsatz 18 ergriffen wird. Wenn sich der Motor in einer Drehrichtung dreht, wird auf das Schraubverbindungsglied ein Drehmoment zum Anziehen ausgeübt, und wenn der Motor in entgegengesetzter Drehrichtung läuft, wird auf das Schraubverbindungsglied ein Drehmoment zum Lösen der Schraubverbindung ausgeübt. Der Schraubenschlüssel 12 kann in üblicher Weise ausgebildet sein und der Motor 14 kann in der üblichen Weise mit Druckluft betrieben werden, wobei das Antriebsfluid durch geeignete elektrisch betätigte Steuerventile 20 und 21 strömungsmässig beeinflusst wird. Das Steuerventil 20 wird im Zusammenhang mit dem Drehmoment zum Anziehen und das Steuerventil 21 im Zusammenhang mit dem Drehmoment zum Lösen eingesetzt. Selbstverständlich kann auch ein Elektromotor 14, ein hydraulischer Motor, oder eine Kombination von einem pneumatischen, hydraulischen oder Elektromotor verwendet werden. Die Einzelheiten dieses Schraubschlüsseis sind zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich, so dass der Schraubenschlüssel auch nicht näher beschrieben werden soll.

Zwischen dem Gehäuse des Motors 14 und einem den Schraubenschlüssel halternden festen Rahmen 22 ist eine geeignete Umsetzer- oder Drehmoment-Peststelleinrichtung 24 angebracht, die ein sich änderndes Signal erzeugt, das dem gerade an der Schraub'

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verbindung ausgeübten Drehmoment entspricht. Die Drehraoinent-Feststelleinrichbung 24- kann in üblicher Weise ausgebildet sein. Bei der hier vorliegenden Ausführungsforoi ist ein etwas flexibler Ring mit Dehnungs- oder Spannungsmessern 25 am Aussenumfang angebracht, so dass das Gegendrehmoment des Schraubenschlüssels gemessen und ein dem Drehmoment entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird. Das Gegendrehmoment ist natürlich praktisch gleich dem Drehmoment, das auf die Schraubverbindung ausgeübt wird. An der Antriebswelle 16, vorzugsweise innerhalb des Motors 14, ist ein sich mit der Antriebswelle 16 drehender, geeigneter Codierer 26 angebracht, der mit einem AbStandsdetektor 28 zusammenwirkt, welcher Signale erzeugt, die die Winkelversetzung oder die Winkeldrehung der Schraubverbindung wiedergeben. Der Codierer 26 kann verschiedenartig ausgebildet sein und besitzt bei der hier vorliegenden Ausführungsform eine Reihe von auf dem -A-ussenumfang ausgebildeten Zähnen. Der Detektor 28 fühlt das Vorhandensein von Metall ab und erzeugt daher bei Yorbeilaufen der Zähne jeweils ein elektrisches Signal, das eine vorgegebene Zunahme der Winkeldrehung wiedergibt. Obgleich hier Beispiele für Einrichtungen, die das Drehmoment und die Drehung messen, beschrieben wurden, können selbstverständlich auch andere Einrichtungen bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Im Zusammenhang mit dem Schraubenschlüssel 12 wird eine Steuerschaltung verwendet, die das Anziehen der Schraubverbindung steuert und ein Gradienten-Berechnungssystem aufweist, das den augenblicklichen Gradienten oder die Steigung der Drehmoment-Drehungskurve bestimmt, die für die jeweilige Schraubverbindung, die angezogen werden soll, aufgetragen werden könnte. Das Gradienten-Berechnungssystem erzeugt dann ein dementsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Das Gradienten-Berechnungssystem enthält ein Schieberregister 52, dem das augenblickliche Drehmomentsignal zugeführt wird, und dessen Ausgangssignal vom Drehungssignal nach fest vorgegebenen Zunahmen des Drehwinkels getastet wird. Das Ausgangssignal des Schieberregisters 32 gibt daher das Drehmoment wieder, das eine vorgegebene Gradzahl der Drehung vor der momentanen Drehung vorliegt, Ein Vergleicher

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3-4-, der in Form einer geeigneten Subtrahierschaltung ausgebildet ist, bekommt das Ausgangssignal des Schieberregisters 32 und weiterhin das das momentane Drehmoment wiedergebende Signal zugeführt und liefert ein die Differenz dieser Signale wiedergebendes Ausgangssignal. Da die Drehmomentsignale über festgelegte Drehbereiche subtrahiert v/erden, gibt das Aus gangs signal vom Vergleicher 34- den momentanen Gradient der Drehmoment-Di'ehungskurve wieder, auf Grund der die Schraubverbindung angesogen wird.

Hier sei noch bemerkt, dass die Kurve, die die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Drehung wiedergibt, zwischen den Punkten A und B etwa linear verläuft, aber nicht genau linear zu sein braucht, und dass zeitweilig auftretende Spitzen bei bestimmten Sehraubverbindungen auf der Kurve vorhanden sein können, die durch zu wenig oder zu viel Gleitmittel verursacht werden können, das an bestimmten Stellen der Verbindungsflachen der Schraubverbindung aufgebracht xri.rd. Das Ausgangssignal des Vergleichers J4-, das einen konstanten Wert aufweist, wenn die Kurve, die die Beziehung zwischen Drehmoment und Drehung wiedergibt, zwischen den genannten Punkten genau linear ist, unterliegt daher gewissen Schwankungen. Aus diesem Grunde können beim Gradienten-Berechnungssystem Schaltungen vorgesehen sein, die den grösaten Gradienten feststellen und speichern, der bis zu irgendeinem Punkt auf der genannten Kurve, d. h. bis zu irgendeinem Punkt des Anzieh-Zykluses auftritt. Der grösste Gradient, der in dem etwa linear verlaufenden Bereich der Kurve auftritt, kann in der Tat als der Gradient für diesen Kurvenbereich angesehen werden. Daher ist eine Speicherschaltung 36 vorgesehen, die ein Signal, welches den grössten Gradient wiedergibt, speichert und die momentanen Gradientensignale mit den grössten, gespeicherten Signalen vergleicht. Wenn ein momentan auftretendes Gradientensignal grosser ist als das gespeicherte Gradientensignal, wird dann das momentan auftretende Gradientensignal gespeichert, um mit den momentan auftretenden Signalen verglichen zu werden. Die Speicherschaltung 36 ist ausführlicher in einer Anmeldung von John T. Boys beschrieben,

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die den Titel trägt "Apparatus For and Method of Determining Rotational or Linear Stiffness". Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-part-Anmeldung der Anmeldung Nr. 357 920, die am 7- Mai 1873 eingereicht wurde und den Titel "Apparatus For and Hethod of Determining Rotational or Linear Stiffness".

Wie in der zuvor erwähnten Anmeldung ebenfalls ausgeführt ist, steht der momentane Drehmoment-Gradient beim Anziehen üblicher Schraubverbindungen mit dem grössten Drehmoment-Gradienten derart im Zusammenhang, dass der momentane Drehmoment-Gradient etwa 25 bis 75 % und üblicherweise etwa 50 % des maximalen Drehmoment-Gradienten am Bruchpunkt der Schraubverbindung beträgt. Durch Verwendung eines Vergleichers 38 kann das vom Vergleicher 3^ kommende, momentane Gradientensignal mit dem von der Speicherschaltung 36 kommenden maximalen Gradientensignal verglichen werden, und wenn das momentane Gradientensignal einen vorgegebenen Prozentsatz aufweist, oder kleiner als das maximale Gradientensignal ist, kann die Vergleichsschaltung 38 ein Feststellsignal bereitstellen, das wiedergibt, wenn die Schraubverbindung bis zum Bruchpunkt angezogen worden ist.

Das Feststellsignal vom Vergleicher 38 wird einem Steuerventil 20 zugeführt, so dass das Ventil geschlossen und der Schraubenschlüssel ausser Funktion gesetzt wird. Gleichzeitig mit dem Schliessen des Steuerventil 20 schliesst das Feststellsignal einen Schalter 42, wodurch ein Signal von der Drehmoment-Fest-Btel!einrichtung 24 einem Speicher 40 zugeführt wird. Dieses von der Drehmoment-Feststelleinrichtung 24 kommende Signal gibt das momentane, am Bruchpunkt ausgeübte Drehmoment auf die Schraubverbindung wieder. Der Speicher 40 speichert den vorbestimmten Zusammenhang des kombinierten axialen Zuges und der Torsionsbelastung an der Bruchstelle für einen allgemeinen Schraubverbindungstyp, der angezogen werden soll, d. h. er speichert eine Kurve, die der in Fig. 2 dargestellte Kurve D entspricht. Wenn das das Drehmoment an der Bruchstelle wiedergebende Signal im Speicher 40 verarbeitet wird, wird der Speicher abgetastet und die Belastung, die dem am Bruchpunkt ausgeübten Drehmoment entspricht, wird ermittelt. Wie im weiteren

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noch beschrieben werden wird, kann der Reibungswert der Schraubverbindung ebenfalls im Speicher 40 ermittelt v/erden. Der Speicher 40 liefert ein Ausgangssignal, das dem bei der Schraubverbindung auftretenden axialen Zug am Bruchpunkt entspricht. Dieses Signal wird einem geeigneten Vergleicher 46 zugeführt, der weiterhin ein Eingangssignal von einem Signalgenerator 48 zugeleitet wird. Dieses letztgenannte Signal vom Signalgenerator 48 gibt den vorgegebenen oder gewünschten Zug wieder, der an der Schraubverbindung erzeugt werden soll. Wenn die verglichenen Signale gleich sind, ist die Schraubverbindung bereits mit dem gewünschten Zug angezogen worden und der Vergleicher 46 liefert kein Ausgangssignal, so dass der Anziehvorgang abgeschlossen ist. Gewünschtenfalls könnte der Vergleicher 46 jedoch auch ein Ausgangssignal an eine Lichtanzeige oder eine entsprechende Anzeigeeinrichtung abgeben, wobei dieses Ausgangssignal die Einrichtung einschaltet und dadurch angezeigt wird, dass der Anziehvorgang abgeschlossen und die Schraubverbindung mit dem gewünschten axialen Zug angezogen ist. Wenn das vom Signalgenerator 48 kommende Eingangssignal grosser als das vom Speicher 40 kommende Eingangssignal ist, ist der gewünschte axiale Zug grosser als der axiale Zug am Bruchpunkt, wodurch angezeigt wird, dass die Schraubverbindung defekt ist. Der Vergleicher 46 könnte gevrün seht en falls auch ein Aus gangs signal an eine andere Lichtanzeige oder eine andere entsprechende Einrichtung liefern, die dann eingeschaltet wird und den Fehler an cfer Schraubverbindung anzeigt, normalerweise ist der an der Schraubverbindung auftretende Zug am Bruchpunkt grosser als der gewünschte Zug und der Vergleicher 46 liefert ein Ausgangssignal, das einen Schalter 47 schliesst. Dieser Schalter 47 liegt zwischen dem Speicher 40 und einem Rechner 50, der das Drehmoment bestimmt, das erforderlich ist, um an der Schraubverbindung den gewünschten Zug zu erzeugen.

Der Rechner 50 arbeitet entsprechend einer der zuvor angegebenen Möglichkeiten, um das Drehmoment zu bestimmen, das erforderlich ist, um den gewünschten axialen Zug einer Schraubverbindung zu erzeugen. In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel löst der Rechner 50 die Gleichung T^ = L, χ FD, die

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bereits zuvor erläutert wurde. Daher erhält der Rechner 50 ein von Signalgenerator 48 bereitgestelltes Signal, das den gewünschten Zug wiedergibt, sowie ein weiteres, von einem anderen Signalgenerator 52 bereitgestelltes Signal zugeführt, das den Durchmesser D wiedergibt. Der Speicher 40 liefert dem Rechner 50 ein Signal, das den Reibungswert F wiedergibt, und über den Schalter 47 zugeführt wird. Der Rechner 50 besteht aus geeigneten Multiplizierschaltungen und liefert ein Ausgangssignal, das das Drehmoment wiedergibt, welches erforderlich ist, um die Schraubverbindung mit dem gewünschten Zug anzuziehen.

Der Rechner 50 könnte auch die Gleichung T -, - L^ χ γ^— lösen

und aus geeigneten Multiplizier- und Dividierschaltungen bestehen. Fig. 5 gibt eine solche Schaltung 5OA, sowie die Eingangssignale zum Losen der hier erwähnten Gleichung wieder. Der Rechner 5OA erhält ein vom Signalgenerator 48 bereitgestelltes Signal, das den gevninschten Zug, der an der Schraubverbindung erzeugt werden soll, wiedergibt, sowie ein vom Speicher 40 bereitgestelltos Signal zugeführt, das den bei einer Schraubverbindung auftretenden axialen Zug am Bruchpunkt wiedergibt und über den Schalter 47 zum Rechner 5OA gelangt, wenn der Schalter vom Signal, das vom Vergleicher 46 geliefert wird, geschlossen wird. Der Rechner 5OA erhält weiterhin ein von der Drehmoraent-Feststelleinrichtung 24 erzeugtes Signal über den Schalter 42 zugeführt, das das Drehmoment wiedergibt, welches bei der Schraubverbindung am Bruchpunkt auftritt. Nach Durchführung der Rechnungen liefert der 'Rechner 5OA ein Ausgangssignal, das das Drehmoment wiedergibt, welches erforderlich ist, um die Schraubverbindung mit dem gewünschten Zug anzuziehen.

Unabhängig davon, ob der Rechner richtig arbeitet, wird das Signal, welches das Drehmoment wiedergibt, das erforderlich ist, um den gewünschten axialen Zug einer Schraubverbindung zu erzeugen, in einem geeigneten Speicher 5^· fü^r einen weiteren Vergleich mit dem tatsächlichen Drehmoment gespeichert, das vom Schraubenschlüssel während des weiteren Betriebs auf die

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Schraubverbindung ausgeübt wird, um festzustellen, wann das Anziehen beendet werden soll. Im Zusammenhang mit Fig. 3 sei nochmals erwähnt, dass die Kurve, die die Beziehung zwischen Zug und Drehmoment wiedergibt, hinsichtlich des Kurventeils zum Lösen und des Kurventeils zum Anziehen nicht symmetrisch ist. Um daher eine grössere Genauigkeit zu erreichen, weist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung einen weiteren Rechner 56 auf, der vom Speicher 54- ein Aus gangs signal zugeführt erhält und ein Drehmoment berechnet, das etwas niedriger, vorzugsweise um 5 %i niedriger als das Drehmoment ist, das zur Erzeugung des gexfünschten an der Schraubverbindung auftretenden Zuges erforderlich ist. Der Rechner 56 gibt ein Ausgangssignal ab, das einen Punkt wiedergibt, der dem in der in Pig. 3 dargestellten Kurve zum Lösen enthaltenen Punkt Z entspricht. Ein weiteres Ausgangssignal des Rechners 56 wird dein Umschaltventil 21 zugeführt, der den Motor 14- des Schraubenschlüssels 12 umschaltet, so dass dadurch ein Drehmoment zum Lösen der Schraubverbindung ausgeübt wird. Gleichzeitig dazu wird das vom Rechner 56 bereitgestellte Signal, das dem Punkt Z wiedergibt, einen Vergleicher 58 zugeführt, der weiterhin ein von der Drehmoment-Feststelleinrichtung 24· kommendes Signal zugeleitet erhalt, welches das an cbr Schraubverbindung ausgeübte Drehmoment zum Lösen derselben wiedergibt. Der Vergleicher 58 vergleicht die Signale, und wenn die verglichenen Signale übereinstimmen, wird vom Vergleicher 58 ein Steuersignal bereitgestellt, das dem Umschaltventil 21 zugeführt wird und dieses schliesst, so dass das auf die Schraubverbindung ausgeübte Drehmoment zum Lösen derselben nicht langer angelegt bleibt. Dieses Steuersignal wird weiterhin einer Impulsverzögerungsschaltung 60 zugeführt. Nach einem ausreichend langen Zeitraum, der ausreicht, um sicher zu sein, dass der Motor 14- nicht mehr läuft, gibt die Impulsverzögerungschaltung 60 ein Signal an das Steuerventil 20 ab, wodurch das Ventil geöffnet und an der Schraubverbindung wieder ein Drehmoment zum Anziehen angelegt wird. Dieses Ausgangssignal der Impulsverzögerungsschaltung 60 wird weiterhin einem Schalter 62 zugeführt, der zwischen dem Speicher 54- und dem Vergleicher 64- liegt. Das vom Speicher 54- kommende Signal wird o'e^zt dem Vergleicher 64-zugeführt, das, wie zuvor erläutert, das Drehmoment wiedergibt,

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das zur Erzeugung des gewünschten axialen Zuges einer Schraubverbindung erforderlich ist. Der Vergleicher 64 erhält weiterhin von der Drehmoment-Feststelleinrichtung 24 ein Signal zugeleitet, das Jetzt das Drehmoment zum Anziehen wiedergibt, welches von neuem einer Schraubverbindung ausgeübt wird. Wenn die vom Vergleicher 64 verglichenen Signale gleich sind, wird dem Steuerventil 20 ein Ausgangssignal zugeführt, wodurch das Ventil 20 geschlossen und der Motor 14 angehalten wird. Die Schraubverbindung wurde also bis zu dem gewünschten axialen Zug angezogen. Das vom Speicher 54· kommende Signal, das das Drehmoment wiedergibt, welches zur Erzeugung des gewünschten axialen Zuges an der Schraubverbindung erforderlich ist, kann gewünsehtenfalls auch einem Vergleicher zugeführt werden, der ein Signal zugeleitet erhält, welches dem Drehmoment beim Lösen entspricht. Wenn die verglichenen Signale gleich sind, wird der Motor ausgeschaltet und der Anziehvorgang damit beendet. Ein solches System, das zwar nicht so genau, wie das in Fig. 5 dargestellte System arbeitet, ergibt eine recht gute Genauigkeit, die für einige Anwendungsformen ausreicht.

Wie bereits bei der Beschreibung des erfindungsgemassen Verfahrens ausgeführt wurde, muss der gemessene und bei der Ausführung der Erfindung herangezogene Eingangskennwert nicht unbedingt das Drehmoment sein. Der Eingangskennwert kann auch die Winkeldrehung der Schraubverbindung sein. In Fig. 6 ist eine Vorrichtung 1OB zum Festziehen einer Schraubverbindung dargestellt, das dem in Fig. 4 dargestellten System 10 entspricht, jedoch mit dem Unterschied, dass bei dem System gemäss Fig. 6 als Eingangskennwert in der Steuerschaltung die Winkeldrehung herangezogen wird. Die den in Fig. 4 dargestellten Teilen entsprechenden Teile der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sollen nicht im einzelnen beschrieben werden. Die Bezugsziffern wurden in Fig. 6 mit einem Zusatz B versehen, entsprechen sonst aber den in Fig. 4 enthaltenen Bezugszeichen. Der Grundaufbau der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform entspricht im wesentlichen dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, da der Detektor 28B Signale erzeugt, die die schrittweise Zunahme der Winkeldrehung wiedergeben, da eine geeignete Addier- und

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Speicherschaltung 70 im System enthalten ist, die die vom Detektor abgegebenen Signale empfängt, sie addiert und einem Ausgangssignal bereitstellt, das die gesamte Winkeldrehung der Schraubverbindung wiedergibt. Wenn daher der Bruchpunkt erreicht worden ist, v/ird das vom Vergleicher 38B erzeugte Feststen signal zum Schliessen des Steuerventils 2OB benutzt und weiterhin einem Schalter 42B zugeführt, der zwischen der Schaltung 70 und dem Speicher 4OB liegt. Der Speicher 4OB speichert den Zusammenhang zwischen dem axialen Zug und der Winkeldrehung für den Schraubverbindungstyp, der festgezogen werden soll, er speichert also eine Kurve, die der in Fig. 2A dargestellten Kurve entspricht. Das von der Schaltung 70 kommende Signal tastet in gleicher Weise wie das Drehmomentsignal der in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausfuhrungsformen den Speicher 4OB ab. Der Speicher ermittelt den axialen Zug, der am Bruchpunkt auf die Schraubverbindung ausgelöst tfird und liefert dementsprechende Ausgangssignale.

Das den axialen Zug am Bruchpunkc wiedergebende Signal wird einem Vergleicher 46A zugeführt, der dieses Signal mit einem vom Signalgenerator 48B kommenden Signal, welches dem gewünschten Zug, der an der Schraubverbindung erzeugt werden soll, wiedergibt, vergleicht und feststellt, ob der tatsächliche am Bolzen oder ander Schraube auftretende axiale Zug kleiner, gleich, oder grosser als der gewünschte Zug ist. Wenn der gewünschte Zug kleiner oder gleich ist, wird entweder überhaupt kein Signal vom Vergleicher 46 erzeugt, oder es wird ein Ausgangssignal erzeugt, das entsprechende Lichtanzeigen einschaltet, wie dies im Zusammenhang mit dem Vergleicher 46 bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform beschrieben wurde. Wenn das Signal grosser als das den gewünschten Zug wiedergebende Signal ist, wird vom Vergleicher 46 ein Ausgangssignal bereitgestellt, das dem Schalter 47B zugeführt wird, wodurch ein Signal, welches den axialen Zug an der Schraubverbindung wiedergibt, vom Speicher 4OB an den Rechner 5OB gelangt, dem weiterhin ein vom Sig— nalgenerator 48B bereitgestelltes Eingangssignal zugeführt wird, das den gewünschten axialen Zug, der an der Schraubverbindung erzeugt werden soll, wiedergibt. Der Rechner 5OB erhält weiterhin ein von der Addier- und Speicherschaltung 70 erzeugtes

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Signal zugeführt, das die Winkeldrehung bei dsr festzuziehenden Schraubverbindung am Bruchpunkt wiedergibt. In gleicher Weise wie der Rechner 5OA weist der Rechner 50B geeignete Multiplizierschaltungen auf, um die Eingangs signale zu verarbeiten und die

Gleichung Rg = L^ jf- zu lösen. R. gibt die Winkeldrehung der

»y

Schraube wieder, die erforderlich ist, um den gewünschten axialen Zug zu erzeugen. L^ ist der gewünschte axiale Zug, R die Winkeldrehung am Bruchpunkt und L der axiale Zug am Bruchpunkt.

Das vom Rechner 5OB bereitgestellte Ausgangssignal gibt also die Winkeldrehung wieder, die erforderlich ist, um bei der Schraubverbindung den gewünschten axialen Zug zu erzeugen.

Das Ausgangssignal vom Rechner 5OB wird einem Vergleicher 74 zugeführt, der weiterhin ein Signal von dar Addier- und Speicherschaltung 70 zugeführt bekommt. Dieses letztgenannte Signal gibt die Winkeldrehung am Bruchpunkt wieder. Der Vergleicher 74 subtrahiert die beiden Signale voneinander und ermittelt die Änderung der Winkeldrehung, die erforderlich ist, um die Schraubverbindung vom Bruchpunkt zum gewünschten axialen Zug zu lösen. Das vom Vergleicher 7^Z<- bereitgestellte Ausgangssignal gibt dann diese Änderung der Winkeldrehung wieder und wird einem Speicher ^r>4B zugeführt, der mit einem weiteren, ebenfalls eine Subtrahier schaltung enthaltenden Vergleicher 64b in Verbindung steht. Ein \tfeiteres vom Vergleicher 74- bereitgestelltes Ausgangssignal öffnet das Steuerventil 21, so dass an der Schraubverbindung ein Drehmoment zum Lösen auftritt. Das letztgenannte Ausgangssignal schliesst den Schalter 80, der zwischen einem Vergleicher 82 und der Drehmoment-Feststelleinrichtung 24-B liegt. Der Vergleicher 82 erhält weiterhin ein Signal vom Generator 84 zugeführt. Das vom Signalgenerator 84 bereitgestellte Signal gibt ein kleinstes Drehmoment wieder, das auf die Schraubverbindung ausgelöst werden sollte und das von der Drehmoment-Feststelleinrichtung 24B kommende Signal gibt natürlich das Drehmoment wieder, das auf die Schraubverbindung ausgeübt werden soll. Wenn das augenblickliche Drehmoment grosser als das kleinste Drehmoment ist, liefert der Vergleicher 82 ein Ausgangssignal,

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das einen Schalter 86 zwischen dem Detektor 28B und einem Zähler 88 schliesst. Wenn daher die Schraubverbindung gelost wird, werden die die stufenweise Zunahme der Drehung der Schraubverbindung wiedergebenden Signale im Zähler 82 addiert und weiterhin dem Vergleicher 64B zugeführt. Wenn die dem Vergleicher 64B zugeführten Signale im wesentlichen gleich sind, ist die Winkeldrehung der Schraubverbindung im wesentliche gleich der Winkeldrehung, die erforderlich ist, um den gewünschten Zug einer Schraubverbindung zu erzeugen. In diesem Falle stellt der Vergleicher 68B ein Ausgangssignal bereit, das dem Steuerventil 21 zugeführt wird, so dass es geschlossen und der Motor 14 abgestellt wird. Der Vergleicher 82 stellt also sicher, dass der Zähler 88 keine Zählersignale vom Generator 28B zählt, die ein Spiel des Schraubenschlüssels 14B wiedergeben, das durch die Toleranzen der Bauteile verursacht wird. Wenn die Winkeldrehung als Eingangskennwert herangezogen wird, kann die Schraubverbindimg - wie bereits erläutert - direkt bis au dem Drehwinkel gelöst werden, der erforderlich ist, um den gevninschten axialen Zug zu erzeugen. In diesem Falle ist also ein Wiederanziehen zur Erhöhung der Genauigkeit nicht erforderlich, wie dies der Fall ist, wenn als Eingangskennwert das Drehmoment herangezogen wird.

Die Erfindung wurde anhand einiger Ausführungsformen erläutert. Selbstverständlich lassen sich verschiedene Abwandlungen und Modifikationen durchführen, ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung überschritten wird.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung bis zu einem gewünschten axialen Zug, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Ausüben eines Drehmoments auf die Schraubverbindung und Anziehen der Schraubverbindung bis zum Bruchpunkt, Messen eines bei der Schraubverbindung auftretenden Eingangsparameters am Bruchpunkb, Ermitteln des bei der Schraubverbindung auftretenden axialen Zuges am Bruchpunkt und anschliessend Ermitteln des Wertes des gemessenen Eingangsparameters, der zur Erzeugung des geiiünschten axialen Zuges bei der Schraubverbindung erforderlich ist, von neuem Ausüben eines Drehmomentes auf die Schraubverbindung bei gleichzeitigem Messen des Eingangsparameters, und Beenden der Drehmomentausübung, wenn der gemessene Eingangsparameter etwa gleich dem ermitreiten Eingangsparameter ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Eingangsparameter für die festzuziehenden Schraubverbindungen eines bestimmten Typs aus einer vorgegebenen Beziehung zwischen dem axialen Zug und dem gemessenen Eingangsparaneter am Bruchpunkb ermittelt wird.

3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Eingangsparameter das Drehmoment ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmoment von neuem ausgeübt wird, bis das gemessene Drehmoment gleich einem vorgegebenen Prozentsatz des Drehmomentes ist, das zur Erzeugung des gewünschten axialen Zuges einer Schraubverbindung erforderlich ist.

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Prozentsatz wenigstens 5 % kleiner ist als das Drehmoment, das zur Erzeugung des gewünschten Zuges einer Schraubverbindung erforderlich ist.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment zum Anziehen der Schraubverbindung von neuem auf die Schraubverbindung ausgeübt wird, bis das von neuem ausgeübte Drehmoment zum Anziehen im wesentlichen gleich dem Drehmoment ist, das zur Erzeugung des axialen Zuges an der Schraubverbindung erforderlich ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Eingangsparameter die Winkeldrehung ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, dass ein. Drehmoment zum Lösen der Schraubverbindung ausgeübt wird, bis die Uinkeldrehung der Schraubverbindung im wesentlichen gleiche der Winkeldrehung ist, die zur Erzeugung des gewünschten Zuges einer Schraubverbindung erforderlich ist.

9· Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung bis zu einem gewünschten axialen Zug, dadurch gekennzeichnet, dass' ein Schraubenschlüsselgerät (12) zum Ausüben eines Drehmoments auf die Schraubverbindung vorgesehen ist, dass das Schraubenschlüsselgerät (12) Einrichtungen zum Messen eines der beim Anziehen der Schraubverbindung auftretenden Eingangsparameters, sowie Einrichtungen aufweist, um zu ermitteln, wenn der Bruchpunkt der Schraubverbindung erreicht worden ist, und um das Ausüben eines Drehmoments zu beenden, dass Einrichtungen vorgesehen sind, die auf die den Bruchpunkt feststellenden Einrichtungen und die Messeinrichtungen ansprechen, um den gemessenen Eingangsparameter zu ermitteln, der zur Erzeugung des gewünschten axialen Zuges an der Schraubverbindung erforderlich ist, und dass weiterhin Steuereinrichtungen vorgesehen sind, die das Schraubenschlüsselgerät (12) steuern, um auf die Schraubverbindung von neuem ein Drehmoment auszuüben, bis der gemessene Eingangsparanieter im wesentlichen gleich dem vorher ermittelten Eingangsparameter ist.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, die den Eingangsparameter, der zur Erzeugung des gewünschten axialen Zuges an der Schraubverbindung erforderlich ist, ermitteln, einen Speicher (40) aufweisender eine vorgegebene Beziehung zwischen dem axialen Zug und dem gemessenen Eingangsparameter für die Schraubverbindungstypen speichern, die der vorliegenden Schraubverbindung entsprechen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtungen Signale erzeugen, die das momentane, auf die Schraubverbindungen ausgeübte Drehmoment wiedergeben.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen bewirken, dass an der Schraubverbindung ein Drehmoment zum Lösen der Schraubverbindung ausgeübt wird, bis das auszuübende Drehmoment zum Lösen der Schraubverbindung etwa gleich dem ermittelten Drehmoment ist.

13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen auf die Schraubverbindung ein Drehmoment zum Lösen der Schraubverbindung ausüben, bis das Drehmoment zum Lösen der Schraubverbindung gleich einem vorgegebenen Prozentsatz des ermittelten Drehmoments ist.

Voriächtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15i dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Prozentsatz wenigstens 5 % kleiner ist als das ermittelte Drehmoment.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen bexvirken, dass auf die Schraubverbindung von neuem ein Drehmoment zum Anziehen ausgeübt wird, bis das vom neuem ausgeübte Drehmoment zum Anziehen etwa gleich dem ermittelten Drehmoment ist.

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16. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 9 bis 15_? dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtungen Signale erzeugen, die die Winkeldrehung der Schraubverbindung wiedergeben.

17· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen bewirken, dass auf die Schraubverbindung ein Drehmoment zum Lösen der Schraubverbindung ausgeübt wird, bis die Winkeldrehung im wesentlichen gleich der ermittelten Winkeldrehung ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen Einrichtungen aufweisen, um die Messeinrichtungen einzuschalten, wenn ein vorgegebenes Drehmoment von neuem auf die Schraubverbindung ausgeübt wird.

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