DE3024973A1 - Verfahren zur steuerung des festziehens von schrauben u.dgl. und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur steuerung des festziehens von schrauben u.dgl. und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Verfahren zur Steuerung des Festziehens von Schrauben und dergleichen und Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des auf ein Befestigungselement, zum Beispiel eine Schraube oder eine Mutter,
aufgebrachten Drehmoments sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, um nämlich eine bestimmte Endzuglast
oder Spannungslast auf dem Befestigungselement zu erreichen bzw.
auf jedem Befestigungselement einer Gruppe derselben zu erreichen,
auf die gleichzeitig eingewirkt wird, und um laufend das Drehmoment und die Leistungsfähigkeit bzw. den Wirkungsgrad auf
jedem Befestigungselement der Gruppe zu überwachen und sicherzustellen,
daß die Endanziehzugbelastung auf diesem solange gehalten wird, bis auf allen Befestigungselementen der Gruppe die
Endanziehzuglast entwickelt ist.
Neue und verbesserte Verfahren oder Systeme beim Festziehen von Befestigungselementen, wie zum Beispiel Schrauben, Muttern oder
dergleichen, werden laufend entwickelt und verwendet. Die meisten derzeit benutzten Verfahren steuern das Drehmoment zum Erhalt
der gewünschten letztlichen Befestigungselementanziehspannung. Beim Betrieb von Anordnungen, nämlich mit einer Vielzahl
von Befestigungselementen, erlaubt die Beobachtung der Drehmomentensteuerung
die Prüfung der Anordnung, um sicherzustellen, daß alle Befestigungselemente, auf welche beim Betrieb einge-
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wirkt wird, eine bestimmte Endsρannungsgröße bzw. Anziehspannungsgröße
erhalten, bevor die Drehmomentlast abgeschlossen
wird. Die Größe der Anzugsspannung auf einem gegebenen Befestigungselement
im Betrieb mit einer Anordnung hängt jedoch von gewissen Variablen ab, wie zum Beispiel der Reibung und
der Belastung in der Anordnung.
Für jedes gegebene Befestigungselement gibt es ein konstantes Verhältnis zwischen der Längung des Befestigungselementes, der
Zugspannung oder Last des Befestigungselementes und der Befestigungselementenrotation,
bezogen auf sein festes Gewindegegenteil, wobei dieses Verhältnis nicht durch die Reibung beeinflußt
wird. Einige der bekannten Systeme zum Anziehen von Befestigungseinrichtungen
versucht, dieses Verhältnis zur Steuerung der Befestigungselementenzugspannung auszunutzen. Die zum Aufbringen
dieses Verhältnisses verwendeten Einrichtungen werden jedoch von der Reibung beeinflußt.
Beispiele von Reibwirkungen bei bekannten Anziehsystemen sind
folgende:
1. Bei den bekannten Systemen wird angenommen, daß die Drehmomentenwinkelkurve
eine gerade Linie ist, und zwar für denjenigen Teil des Zyklus', bei welchem die gesamte Drehung
durch die Längung des Befestigungselementes absorbiert wird.
Diese gerade Linie wird verwendet, um für ein Befestigungselement
den Nullastpunkt zu erhalten, aus welchem der Anziehwinkel gemessen wird. Wenn die Reibwirkungen nicht kon-
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stant sind, ist die Annahme der geraden Linie unrichtig, und das Befestigungselement wird nicht richtig festgezogen.
2. Bei einigen der bekannten Systeme wird der Streck- bzw. Quetschpunkt der Drehmomentenwinkelanziehkurve verwendet,
um den Anziehwinkel mit der Schraubenzugspannung in Beziehung zu setzen. Die Quetsch- bzw. Streckgrenze eines Befestigungselementes,
wie sie auf einer tatsächlichen Drehmomentenwinkelkurve entsteht bzw. sich entwickelt, ist jedoch
ein Ergebnis von Beanspruchungen, die sowohl von der Zugspannungslast des Befestigungselementes als auch der
Reibung erzeugt sind.
Weitere Nachteile der Systeme, die die Befestigungselementenrotation
steuern, um die Endzugspannung bzw. die letzliche Festziehgröße zu erhalten, bestehen darin, daß es keine Möglichkeit
gibt, eine vollständige Anordnung zu prüfen, um zu bestimmen, ob sie auf den richtigen Rotationswinkel festgezogen worden
ist, um eine Anzieh- bzw. Zugspezifikatbn bzw. ein solches Merkmal
zu erhalten.
Die Erfindung schließt die Entwicklung einer theoretischen Drehmomentenwinkelkurve
ein, die verwendet wird, um die Berechnung eines Wirkungsgradfaktors zu erhalten. Eine solche Kurve wird
nicht in bekannten Systemen verwendet. Die Umwandlung des tatsächlichen Drehmomentes zur Andrehspannung des Befestigungselementes
über einen solchen Wirkungsgradfaktor und eine Befesti-
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gungselementkonstante ist genauer als das Beziehen einer tatsächlichen
Quetsch- bzw. Streckgrenze eines Befestigungselementes auf die Sehraubenandrehspannung. Das Anordnen einer
theoretischen Kurve in Bezug auf die tatsächliche Drehmomentwinkelkurve ist einfacher und genauer als das Zurückprojizieren
der Form der tatsächlichen Kurve auf den letztlichen Nullbelastungswinkel und dann das Drehen zu einem zuvor bezeichneten
Winkel, um das gewünschte Enddrehmoment zu erreichen.
Das Entwickeln und Benutzen des Wirkungsgrades, wie hier beschrieben,
erlaubt das Messen des Befestigungselementendrehmomentes
mit einem Drehmomentschlüssel, dessen Wert beim Multiplizieren mit dem Wirkungsgrad und einer Befestigungselementenkonstante
die Klemmbelastung des betrachteten Befestigungselementes
bestimmt. Damit ist eine Prüfung des Systems selbst möglich, um zu bestimmen, ob eine gewünschte Befestigungselementenanziehspannung
entwickelt worden ist oder später benutzt werden kann, um ein Befestigungselement auf dasjenige Drehmoment anzuziehen,
welches erforderlich ist, um eine gewünschte Klemmbelastung zu erreichen.
Diese Erfindung verwendet ein neues Verfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Endanziehspannungslast auf einem Befestigungselement genau gesteuert werden
kann, ob man auf ein einziges Befestigungselement einwirkt oder
beim Betrieb mit einer Anordnung auf eine Mehrzahl gleicher Befestigungselemente
einwirkt. Durch die Verwendung eines Wirkungsgrad- bzw. Leistungsfaktors, der errechnet werden kann, kann die
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Erstellung einer theoretischen Drehmomentenwinkelkurve erfolgen, wodurch die Drehmomentenbelastung zur Erreichung der letzlichen
Anziehspannung in dem Befestigungselement gewährleistet werden
kann.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mißt das System den Effekt der Reibung während eines Anziehzyklus und bestimmt, welches
Drehmoment erforderlich ist, um die erwünschte Anzugsspannung
in dem Befestigungselement oder den Befestigungselementen, auf die eingewirkt wird, zu erhalten.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das System das Prüfen ermöglicht, um zu sehen, ob die gewünschte Anziehspannungsbelastung
erreicht ist oder um später zu bestimmen, welche Anziehspannungsbeiastung auf einem Befestigungselement
erreicht wurde.
Weitere Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit den Zeichnungen und der Darstellung bevorzugter Ausführungsformen.
Es zeigen:
Figur 1 eine graphische Darstellung einer tatsächlichen Anziehkurve
gegenüber einer theoretischen Anziehkurve,
Figur 2 ein Diagramm unter Darstellung der Entwicklung einer Formel für einen Bereich unter einer tatsächlichen Drehmomentenwinkelkurve
,
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-IC-
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Figur 3 ein Diagramm unter Darstellung der tatsächlichen und auch der theoretischen Drehmomentenwinkelkurven, wie
sie benutzt werden, um einen Wirkungsgradfaktor zu bes timmen,
Figur 4 die schematische Darstellung einer Vorrichtung und eines Schaltkreises zum Erreichen des erfindungsgemäßen
Systems in Einstellphase und
Figur 5 die gleiche Darstellung, wobei jedoch der Betrieb des Systems gezeigt ist, um das Anziehen eines Befestigungselementes zu erreichen.
Unter Bezugnahme auf die Kurve mit der tatsächlichen Drehmomentenkurve
gegen die Winkelkurve sowie einer theoretischen Kurve (Figur 1) ist die theoretische Kurve eine Drehmomentenkurve gegen
Winkelkurve ohne Reibung. Das Drehmoment beim Quetschen bzw. Strecken (ty) ist proportional zur Anziehspannungslast des Befestigungselementes
beim Strecken bzw. Quetschen. Der Winkel (oCy) ist proportional zum Betrag der Längung des Befestigungselementes,
die sich beim Übergang ohne Belastung bis zum Strecken bzw. Quetschen ergibt. Beide diese Werte (oCy) und (ty) können
für irgendeine Größe und Arbeitslänge des Befestigungselementes bestimmt werden. Der Anstieg der theoretischen Kurve ist ty/od y
und wird als (C.) bezeichnet. Die Gleichung für die theoretische Kurve ist dann: t = Ο,,σΟ.
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Für eine Anordnung, bei welcher der Teil des letzten Anziehens nur in die Verlängerung des Befestigungselementes geht,
ist deshalb die theoretische Drehmomentenwinkelkurve t = C.c£.
Nun werden die Einstellungs- bzw. Setzpunkte Ti und Tm ausgewählt.
Ti muß groß genug sein, um sicherzustellen, daß die Teile der Anordnung verklammert bzw. zusammengeklemmt sind,
und Tm muß niedrig genug sein, um sicherzustellen, daß das Befestigungselement bei diesem Wert sich nicht streckt oder
gequetscht wird. Die Reibwirkung wird durch den Wirkungsgrad gemessen, welcher der tatsächliche Wert der erforderlichen Arbeit
ist, aufgeteilt in den Wert der Arbeit, die erforderlich ist, um ein Befestigungselement anzuziehen, wenn Reibung nicht
zugegen war. Der Bereich unter den Drehmomentenwinkelkurven ist proportional zur Arbeit oder Energie, die erforderlich ist,
um das Drehmoment des Befestigungselementes von Ti auf Tm zu
erhöhen. Der Bereich unter der tatsächlichen Kurve vom NuIldrehmoment
aus ist Ti 0c + A, und ebenso ist der Bereich unter der theoretischen Kurve ti 9c + al für das 9c-Segment der
Kurve (Figur 3).
Deshalb ist der Wirkungsgrad bzw. die Leistung: Wirk. = SSr &C + al
Der Wirkungsgrad ist also gleich dem theoretischen Drehmoment geteilt durch das tatsächliche Drehmoment. Deshalb gilt
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Wirk. = ~ oder Ti = ti/Wirk.
Setzt man in die obige Gleichung Ti = rp—j- ein, so ergibt sich
&M r-lr - ti QC + al
Wirk* - ti 6c + Al
Wirk.
Wirk. ( + Al) = ti 6c + al
ti 6c + Wirk. Al = ti 6c + al Wirk. Al = al
Wirk. = |j
Deshalb braucht nur der Bereich zwischen Ti und Tm sowie ti und tm für die Bestimmung des Wirkungsgrades errechnet zu werden.
Die Kurve der Figur 2 zeigt, daß der Bereich unter der tatsächlichen Kurve Al ist:
Al - Δ θ [T1" + T2" + T3" + j
TM" J .
Ähnlich zeigt die Kurve der Figur 3 den Bereich unter der theo retischen Kurve, der ist
ai = Φ ci θ
Der tatsächliche Bereich Al und der theoretische Bereich al unter
ihren entsprechenden Kurven werden bestimmt, und der Wirkungsgrad wird für jeden Anziehzyklus berechnet. Wenn der Wirkungsgrad einmal
bekannt ist, dann wird der theoretische Drehmomentenwert (ti)
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dadurch bestimmt, daß die Werte des Eins te1lungspunktes Ti und
des Wirkungsgrades multipliziert werden. Da die Gleichung für die theoretische Kurve bekannt ist, erlaubt die Bestimmung
eines Drehmomentenpunktes auf der Kurve die Bestimmung des Drehmomentes
an jeder anderen Stelle. Das Drehmoment (tm) ist gleich dem Drehmoment bei (ti) + der Steigung, multipliziert mit dem
Winkel zwischen ti und tm oder tm = ti + c.9c, wobei C1 die
Steigung des Wertes ty/oCy ist.
Das theoretische Drehmoment (ta), multipliziert mit der Befestigungselementenkonstante,ist
gleich der gewünschten Anziehspannung oder Befestigungselementenlast. Die Befestigungselementenkonstante
bezieht sich auf die axiale Verrückung pro Winkeldrehung, die für jedes gegebene Befestigungselement fest ist,
oder auch für Befestigungselemente mit der selben Aufbaueinzelheit,
d. h. Proportionen, und sie ist gleich dem Ganghöhenradius des Befestigungselementes, multipliziert mit der Anschnittwinkeltangente.
Dieses theoretische Drehmoment (ta) erhält man, wenn das theoretische Drehmoment (tm) addiert wird zur Steigung (c.),
multipliziert mit dem Winkel (/3), über (tm) hinausgedreht,
oder
ta - tm + c. Lj.
Wenn der Wirkungsgrad konstant bliebe, wäre der tatsächliche Drehmomentenwert (Ta), der für ta erforderlich ist, Ta = ta/tm
(Tm) (Figur 1).
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Da der Wirkungsgrad sich ändern kann, kann das tatsächliche Drehmoment Ta nicht den theoretischen Wert ta geben. Wenn deshalb
das tatsächliche Drehmoment gleich Ta ist, wird dieser Drehmomentenwert auf dem Befestigungselement gehalten, aber
der theoretische Drehmomentenwert (t) wird geprüft, um zu sehen, ob er gleich (ta) ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird
ein neuer Wert des tatsächlichen Drehmoments (Tf) vorher bezeichnet, der auf dem neuen Wirkungsgrad basiert, und das Verfahren
wird wiederholt. Wenn das theoretische Drehmoment (t) gleich (ta) ist, wird das tatsächliche Drehmoment, welches erforderlich
ist, um dieses zu erhalten, auf dem Befestigungselement gehalten. Der Wirkungsgrad an dieser Stelle wird dadurch
bestimmt, daß man das theoretische Drehmoment (t) durch das tatsächliche Drehmoment (T ) teilt und darstellt. Der Bedienungsmann
kann nun das Befestigungselement auf die gewünschte Anziehspannung überprüfen, denn er kennt das Drehmoment, den
Wirkungsgrad und die Befestigungselementenkonstante, die es annahm,
um diese Belastung zu erhalten.
Wenn die Steigung T^ vorher bestimmt werden kann, kann man nach
dem vorstehend beschriebenen Verfahren die Anziehspannung und
Längung bzw. Verlängerung messen, die bei der Quetschung bzw. Streckung des Befestigungselementes auftrat. Bei der anderen
Art Anordnung, bei welcher der letztere Teil des Anziehzyklus aus dem Verbiegen der Anordnung und der Verlängerung des Befestigungselementes
besteht, muß die Steigung auf der vollständigen Anordnung bestimmt werden, da die Winkeldrehung von der Befes
tigungs el emen tenver langer ung und der Anordnung absorbiert
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wird. Dies erfolgt folgendermaßen
Man betrachte die in Figur 1 gezeigte Kurve. Die Gleichung des theoretischen Drehmoments ist noch t = C1 o& » aber in diesem
Falle ist C. unbekannt. Um C. zu bestimmen, muß der Wert des
theoretischen Drehmoments (tyf) an der Quetsch- bzw. Streckgrenze
der tatsächlichen Drehmomentenwinkelkurve benutzt werden. Dieser Wert bzw. diese Größe muil ein Durchschnittswert bzw.
eine Durchschnittsgröße sein, denn er verändert sich nicht mit der Reibung, aber es ist ein Wert, den andere Anziehspannungssysteme
benutzen, um die Last zu steuern. Der Wert des Winkels (θγ) von der Stelle ohne Last bis zur Quetschung bzw. Streckung
ist ein anderer Wert als (oCy)« Die Darstellung zeigt, daß (9y) kleiner ist als (oCy), aber in Abhängigkeit davon, wieviel Verbiegen
oder Krümmen in der Anordnung auftritt, könnte cjer auch
größer sein als
Die Steigung C1 kann in der folgenden Weise be
stimmt werden:
ti = Ti Wirk, ti = Ti ^
tyf = tm + C
wo tm = ti + C1 9c
oder
ty1 = ti + C1 6c +
TiC. Gc
ty'
a =
+ C1 0c +
Ti 9c' 2A
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0c
Ti c, ec'
ti =
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Die Einstellungs- bzw. Setzpunkte Ti und Tm werden wie vorstehend
ausgewählt. Ein eingestelltes bzw. angezogenes Befestigungselement
wird dann bis zum Quetschen bzw. Strecken gefahren, und man erhält A., 6c und p„. Das Anzxehspannungssystem benutzt
diese Werte in der obigen Gleichung und löst nach C1 auf. Sobald
C^ bei dem angezogenen Befestigungselement bestimmt ist,
werden die nachfolgenden Befestigungselemente entsprechend durchlaufen.
Der Betrieb des in Rede stehenden Systems wird nun beschrieben:
Eine schematische Ansicht des Systems ist durch in den Figuren 4 und 5 gezeigte Schaltkreisanordnungen veranschaulicht. Figur
4 zeigt das System im Anziehzyklus, und Figur 5 zeigt es bei der Steuerung eines Anziehzyklus.
Wie man in Figur 5 sieht, wird Luft zu einem Rucks teilsehrauber
(5) zugeführt, wie er in der US-PS 3,50 7,173 beschrieben ist. Ein Druckregulator (3) stellt einen Druck zum Herunterlaufen
auf einem pilotgesteuerten Regulator (4) ein. Dieser Druck zum Herunterlaufen ist ein Wert bzw. eine Größe, der bzw. die das
Befestigungselement veranlaßt, auf ein Drehmoment, welches Tm
übersteigt, angezogen zu werden. Der Schrauber (5) hält dann dieses Drehmoment auf dem Befestigungselement.
Ein Winkelcodierer (6) treibt einen Zeitgeberschaltkreis (7), der einen Zeitimpuls gibt pro Graddrehung des Befestigungselementes
in Anziehrichtung, oder er kann für einen Impuls jeweils für 2 Grad eingestellt werden, oder für jede andere beliebige
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Gradeinstellung. Ein Drehmomentenwandler (8) gibt ein Analogspannungssignal,
welches dem Drehmoment proportional ist, das auf das Befestigungselement ausgeübt wird. Ein Spitzendrehmomentelement
(10) hält den letzthöchsten Wert des Drehmoments, welches durch ihn hindurchgelaufen ist. Der Drehmomentwert wird
zu einer Vergleichsschaltung (11) geführt, wo solange nichts passiert, bis der Drehmomentenwert den Einstellungs- bzw» Setspunkt
Ti (12) überschreitet.
Der erste Teil der Schaltung arbeitet als Quetsch- bzw. Setzdetektor
für das Befestigungselement, der für eine Notabschaltung benutzt wird, um einen Bruch des Befestigungselementes,
zum Beispiel der Schraube oder der Mutter, sowie jede Winkeldrehung zu verhindern, die ohne das Aufbauen eines Drehmomentes
vom Eintreten in den Steuerschaltkreis auftritt.
Dieser Schaltkreis arbeitet folgendermaßen:
Ein Zeitgeberimpuls bewegt einen Drehmomentenwert aus der Vergleichsschaltung
(11) und hält ihn in einem Proben- und Halteelement
(13). Derselbe Zeitgeberimpuls bewegte den vorhergehenden Drehmomentenwert, der sich in dem Proben- und Halteelement
(13) befand, zu einem Proben- und Halteelement (14). Ein Differentialverstärker
(15) nimmt die Differenz zwischen diesen zwei Werten auf und führt sie zu seiner Vergleichsschaltung (16).
Wenn der Differenzwert geringer ist als ein Einstellungswert
(17), dann geht er zu einem Impulszähler (18) durch. Wenn die Differenzwerte zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen unter der
* (13) « cmch Abtust-irni Speicher element $ζηα»ηΤ,
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Einstellgrenze (17) für genug Impulse zum Überschreiten einer Einstellgrenze (21) verbleiben, dann wird die Luft zum Schrauber
(5) durch das Ventil (1) abgeschaltet. Dieses wäre ein abgelehnter Festziehzyklus.
Wenn die Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen größer ist als die gesetzte Grenze (17), geht sie zu einer Einzelimpulsschaltung
(20), welche den Impulszähler (18) zurücksetzt. Wenn das Drehmoment geringer als ein eingestellter Wert
(56) ist, dann geht der Impuls auf eine Impulszählerschaltung
(22). Diese summiert die Impulse, die über der eingestellten Grenze (17) liegen, bis das Drehmoment gleich einem Einstellungs·
punkt (56) ist. Somit enthält das Element (22) die Anzahl der Impulse oder Grade zwischen den Drehmomentpunkten Ti und Tm,
welches der auf der Kurve in Figur 1 gezeigte Winkel Bc ist.
Dieser Wert der Impulse wird einem D-A-Wandler (23) zugeführt, welcher die Zählung in eine elektrische Spannung umwandelt und
sie in einem Proben- und Halteelement (24) speichert. Der Teil der Schaltung (25) bis zum Addierer (31) bestimmt den Bereich
(A^) unter der tatsächlichen Drehmomentenkurve durch die Gleichung
A = Δθ ' T " + T2" + T3" ... + 1/2 Tm"j siehe Figur 2.
Der Drehmomentenwert aus dem Proben- und Halteelement (13) wird zu einem Differentialverstärker (25) geführt, welcher den Einstellungspunktwert
Ti (12) davon subtrahiert. Der Differenzwert wird dann zu einem Proben- und Halteelement (26) zugeführt. Der
nächste Zeitgeberimpuls bewegt ihn zu einem analogen Addierer (27), wo er zu den vorhergehenden Impulswerten aus dem Proben-
und Halteelement (28) addiert wird. Ein logisches AND-Element
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(55) ist vorgesehen, um das Takten der Proben- und Halteelemente
(26) und (28) zu verhindern, wenn die Differenz zwischen Drehmomentenimpulsen kleiner ist als der Einstellpunkt (17).
Die Summe dieser Werte wird in dem Proben- und Halteelement (29) gehalten. Wenn das Drehmoment einen eingestellten Wert
Tm (56) überschreitet, geht der nächste Impuls über dem Einstellpunkt (17) durch eine Einzigimpulsschaltung (32) hindurch.
Diese Schaltung nimmt einen Zeitgeberimpuls heraus, welcher den Wert in dem Proben- und Halteelement (29) zur Addiereinrichtung
(31) bewegt. Er wird dann zu einem Einstellungspunktwert (30) addiert. Der Ausgang des Addierers (31) ist der Wert von A1,
der auf der Kurve der Figur 2 gezeigt ist.
Der Zeitgeberimpuls aus der Schaltung (32) bewegt auch den Wert
von 6c, der in dem Proben- und Halteelement (24) gespeichert ist, zu einem Vervielfacher (33), wo er mit einem Einstellungspunkt 1/2C^ multipliziert wird. Dieser Wert geht dann zu einem
anderen Vervielfacher (34), wo er wiederum mit 9c multipliziert
wird. Der Ausgang dieses Vervielfacher; ist C.Qc /2 oder a.
nach der Gleichung auf der Kurve der Figur 3.
Die Werte A^ aus der Addiereinrichtung (31) und a^ aus dem Vervielfacher
(34) werden zu einem Teiler (35) geführt. Der Ausgang des Teilers (35) ist der Wirk. Ein Vervielfacher (36) multipliziert
den Einstellungs punkt Ti (12) mit dem Wirk., um das
theoretische Drehmoment ti zu erhalten. Der theoretische Drehmomentenwert aus dem Vervielfacher (36) wird durch einen Addierer
(38) zum Ausgang C Qc aus dem Vervielfacher (37) addiert.
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Der Ausgang des Addierers (38) ist der theoretische Drehmomentenwert
tm. Dieser Wert tm wird einem Addierer (39) zugeführt, damit
er zu dem Wert (C.(J) aus einem Vervielfacher (41) hinzuaddiert
wird. Der Wert C^ß ist der Wert des Winkels nach Tm,
multipliziert mit der Steigungskonstanten C.. Bei Tm ist dieser
Wert Null, und somit ist der Ausgang des Addierers (39) noch tm. Der Wert von tm geht dann zu einem Teiler (43), wo er von einem
Einstellungspunkt (42) in den theoretischen Drehmomentenwert
ta geteilt wird. Der Wert ta ist das theoretische Drehmoment, welches notwendig ist, um die gewünschte Klemmlast zu erhalten.
Wenn das Drehmoment Tm überschritten hat, ging der Zeitgeberimpuls aus dem Element (32) durch ein logisches ODER-Element
(54) hindurch und zählte den Wert des Drehmomentes auf dem Befestigungselement
bei Tm zum Vervielfacher (44). Der Ausgang aus einem Teiler (43) ta/t wird mit dem Drehmoment aus einem
Proben- und Halteelement (47) multipliziert. Dies ist der Wert des tatsächlichen Drehmoments Ta, welches den theoretischen
Drehmomentenwert ta gibt, wenn der Wirkungsgrad bzw. die Leistung konstant bleibt. Der Wert Ta aus dem Vervielfacher (44)
wird zu einem Differentialverstärker (45) geführt. Wenn das tatsächliche
Drehmoment gleich Ta ist oder den Wert Ta überschreitet, wird eine Spannung aus dem Verstärker (45) gegeben. Dieses
Signal geht zum Ventil (2), welches den Druck zum Schrauber am weiteren Steigen hindert bzw. dessen Anstieg anhält. Somit
wird dieser Drehmomentenwert auf dem Befestigungselement gehalten.
Das Signal aus dem Verstärker (45) wird auch durch eine Einzelimpulsschaltung (46) hindurchgeführt. Diese Schaltung (46)
erzeugt einen Zeitgeberimpuls, der zu einer Vergleichsschaltung
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(51) geht. Wenn der Wert ta/tm aus dem Teiler (43) größer ist
als der Einstellungspunkt (50), geht der Zeitgeberimpuls durch ein logisches Element (57) zum Proben- und Halteelement (40)
und durch die Elemente (54) bis (47). Wenn das Proben- und Halteelement (40) getaktet wird, wird ein Wert von U zum Vervielfacher (41) zugeführt. Der Ausgang des Vervielfachers (41) wird (tm) am Addierer (39) hinzuaddiert. Dieser Wert wird durch den Teiler (43) in (ta) geteilt. Der Zeitgeberimpuls am Proben- und Halteelement (47) taktet den vorhandenen Wert des Drehmomentes auf dem Befestigungselement, und dieser Wert wird zum Vervielfacher (44) geschickt. Der Ausgang des Vervielfachers (44) ist
nun das neue Drehmoment, welches vorbezeichnet ist, um den theoretischen Drehmomentenwert (ta) zu erhalten. Wenn das neue, vorbezeichnete Drehmoment größer ist als das nun auf dem Befestigungselement befindliche Drehmoment, hält der Ausgang des Verstärkers (45) an, das Ventil (2) wird wieder geöffnet, und der Druck zum Werkzeug steigt.
als der Einstellungspunkt (50), geht der Zeitgeberimpuls durch ein logisches Element (57) zum Proben- und Halteelement (40)
und durch die Elemente (54) bis (47). Wenn das Proben- und Halteelement (40) getaktet wird, wird ein Wert von U zum Vervielfacher (41) zugeführt. Der Ausgang des Vervielfachers (41) wird (tm) am Addierer (39) hinzuaddiert. Dieser Wert wird durch den Teiler (43) in (ta) geteilt. Der Zeitgeberimpuls am Proben- und Halteelement (47) taktet den vorhandenen Wert des Drehmomentes auf dem Befestigungselement, und dieser Wert wird zum Vervielfacher (44) geschickt. Der Ausgang des Vervielfachers (44) ist
nun das neue Drehmoment, welches vorbezeichnet ist, um den theoretischen Drehmomentenwert (ta) zu erhalten. Wenn das neue, vorbezeichnete Drehmoment größer ist als das nun auf dem Befestigungselement befindliche Drehmoment, hält der Ausgang des Verstärkers (45) an, das Ventil (2) wird wieder geöffnet, und der Druck zum Werkzeug steigt.
Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis das theoretische Drehmoment
(t) gleich dem gewünschten Prozentsatz (ta) ist. An diesem Punkt ist das tatsächliche Drehmoment gleich dem vorbezeichneten
Drehmoment, und das Ventil (2) wird geschlossen und hält diesen Drehmomentenwert am Befestigungselement. Der Zeitgeberimpuls
aus der Schaltung (46) geht dann durch die Vergleichsschaltung (51) zum Proben- und Halteelement (52), da der Wert
ta/t kleiner ist als der Einstellungspunkt (50).
ta/t kleiner ist als der Einstellungspunkt (50).
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Der Zeitgeberimpuls bei (52) taktet den Wert des Wirkungsgrades
aus dem Teiler (48) zur Anzeige (53). Der Zyklus ist nun volls tandig.
Für die Betriebsbeschreibung des Systems beim Anziehen wird nun Bezug auf das Schema in Figur 4 genommen. Der Wert "eins" wird
für C.eingegeben, und der Wert ty1 aus der Kurve der Figur 1
wird für ta eingegeben. Ein Anziehzyklus wird bei der tatsächlichen Anordnung durchlaufen. Die Quetsch- bzw. Streckdetektorschaltung,
Teile (13) bis (19) beenden den Anziehzyklus beim Quetschen bzw. Strecken. Der Wert C wird durch die Gleichung
2J-
bestimmt C1 = ty' + Qc + (θ .
Wenn das Drehmoment Ti überschreitet, berechnen die Teile (25) bis (31) den Bereich unter der tatsächlichen Drehmomentenkurve
A.,, wie im Anziehzyklus beschrieben ist. Wenn das Drehmoment einmal den Tm-Einstellungspunkt (56) überschreitet, gibt die
Schaltung (32) einen Einzelzeitgeberimpuls aus. Dieser Impuls taktet den Wert 9c aus dem Proben- und Halteelement (24) zum
Vervielfacher (33). Da C1 nun eins ist, wird Qc mit 1/2 multipliziert.
Dieser Wert 1/2 6c geht zum Vervielfacher (34), wo
er wieder mit 0c multipliziert wird. Der Ausgang des Vervielfachers
(34) ist nun Qc /2. Dieser Wert geht zum Teil auf (35), wo er durch A1 aus dem Addierer (31) dividiert wird. Der Ausgang
aus dem Teiler (35) wird dann zum Vervielfacher (36) geführt,
wo er mit dem Ti-Einstellungspunkt (12) multipliziert wird. Der
Ausgang des Vervielfachers (36) ist jetzt Ti ec2/2Aa. Der Wert
1/2 0c aus dem Vervielfacher (33) geht ebenfalls zum Verviel-
130084/0235
fächer (37), wo er Gc wird. Dieser Wert 9c wird nun dem Ausgangswert
des Vervielfachers (36) durch den Addierer (38) addiert. Der Ausgang des Addierers (38) ist Ti 0c /2A + Gc.
Wenn die Quetsch- bzw. Streckdetektorschaltung das Signal aus der Vergleichsschaltung (19) gibt, um das Ventil (1) zu schließen,
geht dieses Signal ebenfalls zu dem logischen ODER-Element (57). Das Signal geht durch das logische Element (57) hindurch
und taktet das Proben- und Halteelement (40). Dieses bewegt den Wert des Winkels von Tm zum Strecken bzw. Quetschen ((5) zum
Vervielfacher (41). Da ein Wert einer eins für C. eingegeben
war, ist der Ausgang des Vervielfachers (41) noch (p). Dieser
Wert geht zum Addierer (39) und wird zum Ausgang des Addierers (38) addiert. Der Ausgang des Addierers (39) ist nun
Ti Gc 2/2A + 9c +(b . Der Teiler (43) teilt nun diesen Wert in
ty' aus dem Einstellungspunkt (42). Der Ausgang des Teilers (43) ist der Wert C1 und wird im Teil (49) dargestellt. Der
Wert C- und ta wird nun in die Einstellungspunktelemente eingegeben.
Das System kann nun benutzt werden, um gemäß Darstellung in Figur 5 den Anziehzyklus zu steuern.
te,
Leerseite
Claims (7)
- Patentansprücheil.! Verfahren zur Steuerung der Festziehspannung eines Befestigungselementes , bei welchem ein Motor zum Herunterdrehen und Anziehen eines Befestigungselementes angetrieben wird, sowie Einrichtungen vorgesehen sind zum Regulieren der Motorleistung zum Erhalten einer bestimmten Festziehspannung an dem Befestigungselement, dadurch gekennzeichnet , daß der Motorbetrieb für ein Drehen des Befestigungselementes in Gang gesetzt wird, ein die Drehungen des Befestigungselementes anzeigendes Signal erzeugt wird, ein dem Drehmoment, welches durch die Rotationsein-130064/0235richtung auf das Befestigungselement ausgeübt wird, proportionales Signal erzeugt wird, diese beiden Signale ausgenutzt werden, um die auf das Befestigungselement aufgewendete Arbeit zu bestimmen, diese Arbeit mit der äquivalenten Arbeit auf einem theoretischen Befestigungselement ohne Reibungsbelastung verglichen wird, ein Wirkungsgradfaktor aufgestellt wird, der auf diesen Vergleichen basiert und dazu verwendet wird, um das tatsächliche Drehmoment zu bestimmen, welches zum Erhalt der vorbestimmten Festziehspannung auf dem Befestigungselement erforderlich ist, und Abschalten des Motors bei Erreichen der vorbestimmten Festziehspannung auf dem Befestigungselement.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mehrere ähnliche Befestigungselemente heruntergedreht und angezogen werden, daß dabei die vorbestimmte Anziehspannung auf jedem Befestigungselement solange gehalten wird, bis auf allen Befestigungselementen die vorbestimmte Festziehspannung erhalten ist, und daß alle Befestigungselementmotoren abgeschaltet werden, wenn die vorbestimmte Anziehspannung auf allen Befestigungselementen erreicht ist.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkungsgradfaktor das Verhältnis zwischen dem Bereich unter einer theoretischen Drehmomentenrotatxonskurve zwischen ersten und zweiten Rotationspunkten auf der theoretischen Kurve und dem Bereich unter der tatsächlichen Drehmomentenrotatxonskurve zwischen diesen zwei Rotations-130064/0235punkten auf der tatsächlichen Kurve ist.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das theoretische Drehmoment, multipliziert mit einer Befestigungselementenkonstante gleich der gewünschten Befestigungselement-Anziehspannung ist.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf das Befestigungselement an der ersten Rotationsstelle
ausgeübte Drehmoment groß genug ist, um sicherzustellen,
daß die Teile einer Anordnung, welche durch das Befestigungselement gehalten werden, vollständig zusammengeklemmt sind, und daß das auf das Befestigungselement an der zweiten Rotationsstelle aufgebrachte Drehmoment gering genug
ist, um sicherzustellen, daß die Quetsch- bzw. Streckgrenze des Befestigungselementes nicht überschritten ist. - 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere mit einem Ruckstellschrauber, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zuführen einer Betriebsenergie zu dem Schrauber, eine Einrichtung zum Messen des vom Schrauber auf das Befestigungselement ausgeübten Drehmoments, eine Einrichtung zum Entwickeln eines Signals, welches die Drehung auf dem Befestigungselement anzeigt, die von dem Schrauber hervorgerufen ist, eine Einrichtung zum Entwickeln eines Analogsignales , welches dem von dem Schrauber auf das Befestigungselement ausgeübten Drehmoment proportional ist,130064/0235-Jf-eine Einrichtung zur Verwendung beider Signale zur Bestimmung der Arbeit, die vom Schrauber auf dem Befestigungselement aufgewendet wird, eine Einrichtung zum Vergleichen dieser Arbeit mit einer äquivalenten Arbeit auf einem theoretischen Befestigungselement ohne Reibungslast, eine Einrichtung zur Schaffung eines Wirkungsgradfaktors, der auf dem von der Vergleichseinrichtung ausgeführten Vergleich basiert, eine Einrichtung zur Verwendung des Wirkungsgradfaktors zur Bestimmung des tatsächlichen Drehmomentes, welches erforderlich ist, um eine vorbestimmte Anziehspannung auf dem Befestigungselement zu erhalten, und durch eine Einrichtung zum Abschalten der BetriebsenejgLe zum Schrauber, wenn das tatsächliche Drehmoment auf dem Befestigungselement entwickelt ist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung einer Vielzahl von Schraubern für ein gleichzeitiges Herunterschrauben einer Mehrzahl von gleichen Befestigungselementen zum Erhalten der vorbestimmten Anziehspannung in jedem Befestigungselement eine Einrichtung vorgesehen ist zum Abschalten der Betriebsenergie zu allen den Schraubern, wenn die vorbestimmte Anziehspannung auf jedem der vielen Befestigungselemente erzeugt ist.1300Θ4/0235
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