DE3127753A1

DE3127753A1 - "vorrichtung zum festziehen eines mit gewinde versehenen befestigungselements"

Info

Publication number: DE3127753A1
Application number: DE19813127753
Authority: DE
Inventors: Siavash 15215 Pittsburgh Pa. Eshghy
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1979-04-19
Filing date: 1981-07-14
Publication date: 1983-02-03
Also published as: US4219920A; BE889646A; GB2102152A; CA1166722A; FR2510456A1

Description

Patentanwälte - * . :

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

13. Juli 1981

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION

600 Grant Street

Pittsburgh, Pennsylvania 15219 /V.St.A.

Unser Zeichen: R 1026

Vorrichtung zum Festziehen eines mit Gewinde versehenen Befestigungselements

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein angetriebenes Werkzeug, vorzugsweise ein tragbares Werkzeug, zum Festziehen von mit Gewinde versehenen Befestigungselementen. Kürzlich ist ein neues Verfahren zum Anziehen von mit Gewinde versehenen Befestigungselementen eingeführt worden, das ein mit logarithmischem Maß arbeitendes Verfahren ist. Dieses Verfahren ist in der US-PS 4 179 786 genauer erläutert. Bei diesem Verfahren werden Drehmoment- und Winkelsignale analysiert, die während des Festziehens eines mit Gewinde versehenen Befestigungselements unterhalb der Elastizitätsgrenze eines Verbindungsbauelements erzeugt werden, die mit der Beanspruchung korreliert werden kann, wobei anhand der Analyse ein Abschaltparameter bestimmt wird, der speziell zu der Verbindung gehört, die gerade festgezogen wird.

Schw/Gl

Bei der Konstruktion einer Serie von Werkzeugen zur Durchführung des mit logarithmischem Maß arbeitenden Verfahrens hat es sich als wünschenswert erwiesen, ein vereinfachtes Verfahren zu schaffen, das, falls es erwünscht ist, in einem tragbaren Werkzeug verwirklicht werden kann, was bedeutet, daß die Datenverarbeitungs- oder Berechnungsschaltung zusammen mit der notwendigen elektrischen Energiequelle von der Bedienungsperson entweder in einem Traggehäuse oder im Werkzeug selbst getragen werden kann.

Eine Schwierigkeit bei der Konstruktion eines tragbaren Werkzeugs, bei dem das mit logarithmischem Maß arbeitende Verfahren angewendet wird, besteht darin, daß die Lage des Werkzeugs bezüglich des Werkstücks von der Bedienungsperson während des Festziehens des Befestigungselements verändert werden kann. Wenn die Bedienungsperson beispielsweise das Werkzeug um 10° während des Festziehens dreht, wird ein durch einen Winkel ausgedrückter Abschaltparameter zwangsläufig um 10° versetzt. Ob die Verbindung dabei zu wenig öder zu stark angezogen worden ist, hängt von der Richtung ab, in der das Werkzeug relativ zur Werkzeugrotation gedreht worden ist. Da ein Fehler von 10° am Ende des Festziehzyklus eine beträchtliche Spannung im Befestigungselement erzeugt, sind auf einer Winkelmessung beruhende Abschaltparameter für tragbare Werkzeuge unbrauchbar.

Selbst bei oberflächlichster Betrachtung ist zu erkennen, daß das in der erwähnten US-PS 4 179 786 beschriebene Verfahren hochentwickelt und anspruchsvoll ist und die Anwendung einer beträchtlichen Rechenkapazität sowie einer umfangreichen Software erfordert. Eine an ein vereinfachtes Verfahren gestellte Anforderung besteht darin, daß das Ergebnis unter dem Strich, d.h. die Spannungsstreuung pro

Standardabweichung, nicht wesentlich herabgesetzt werden sollte. Einer der überraschenden Aspekte der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Festziehergebnis, d.h. die Spannungsstreuung, im Vergleich mit dem früher entwickelten, mit logarithmischem Maß arbeitenden Lösungsweg des zuvor erwähnten US-Patents ziemlich günstig und wesentlich besser als das Verfahren mit Drehmomentsteuerung und/oder das Mutterndrehverfahren ist. Ein mit einer ziemlich festen Verbindung durchgeführter Test zeigte beispielsweise, daß die Spannungsstreuung in einer Standardabweichung bei dem hier vorliegenden Verfahren in der Größenordnung von 5% des gewünschten Spannungswerts lag. In der gleichen Gruppe von getesteten Befestigungselementen zeigte das Werkzeug eine 30%ige Streuung in einer Standardabweichung des Drehmoments bei konstanter Spannung. Das Verfahren mit Drehmomentsteuerung hätte daher eine Spannungsstreuung bei konstantem Drehmoment für eine Standardabweichung von etwa 30% gezeigt. Erfahrungsgemäß liegt die Spannungsstreuung bei der Anwendung des Mutterndrehverfahrens in der Größenordnung von etwa 8% pro Standardabweichung.

Gemäß einem Aspekt wird mit Hilfe der Erfindung während des Festziehens der Wert eines Festziehparameters bestimmt, der genügt, jedes Befestigungselementpaar bis zu einem gewünschten Endspannungswert festzuziehen, wobei der Parameter bei jedem Befestigungselementpaar anders ist. Das Festziehen des Befestigungselements wird dann abhängig von dem variablen Wert des ermittelten Festziehparameters beendet. Dies wir dadurch erreicht, daß auf das Befestigungselement mittels eines angetriebenen Werkzeugs Schraubeingangsgrößen übertragen werden und daß diese Eingangsgrößen zur Erzeugung von sie repräsentierenden Signalen abgetastet werden. Es sind Bestimmungsvorrichtungen vorgesehen, die abhängig von den erzeugten Signalen und von einem Verhältnis aus dem gewünschten

Endspannungswert im Befestigungselement und dem Spannungsanstieg im Befestigungselement den Endabschaltparameter bestimmen. Außerdem sind Abschaltvorrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe der Betrieb des Werkzeugs abhängig von dem Endabschaltparameter beendet wird.

Mit Hilfe der Erfindung soll also angegeben werden, wie in verbesserter und vereinfachter Weise das mit logarithmischem Maß arbeitende Verfahren zum Festziehen von mit Gewinde versehenen Befestigungselementen durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen.

Fig. 1 ein Diagramm mit typischen, während des kontinuierlichen Festziehens eines Befestigungselementpaars weit über seine Elastizitätsgrenze hinaus erzeugten Drehmoment-Winkel- und Spannungs-Winkel-Kurven,

Fig. 2 einen Abschnitt der Drehmoment-Winkel-Kurve von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Festziehvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 eine der Ansicht von Fig. 3 gleichende schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Baueinheiten.

In Fig. 1 sind eine typische Drehmoment-Winkel-Kurve 10 und eine entsprechende Sapnnungs-Winkel-Kurve 12 dargestellt, die während des kontinuierlichen Festziehens eines Befestigungselementpaars bis zu einem über die Elastizitätsgrenze des Befestigungsbolzens hinausgehenden Punkt aufgenommen worden sind; diese Kurven können mittels einer geeigneten Ausrüstung in einem Labor gemessen und gezeichnet werden. In der Drehmoment-Winkel-Kurve 10 gibt es einen typischen Freilaufbereich 14, in dem nur ein kleines Drehmoment zum Vorwärtsbewegen der Mutter erforderlich ist, so daß keine merkliche Spannung im Befestigungsbolzen existiert. Daran schließt sich ein Bereich 16 mit beginnender Klemmung an, in dem die Verbindungsteile in Eingriff miteinander gebracht werden. Daran schließt sich ein Bereich 18 an, in dem der Drehmomentanstieg TR im wesentlichen linear ist. Der Drehmomentanstieg TR und der Spannungsanstieg FR können im Bereich 18 der vollständigen Genauigkeit wegen in zwei Bereiche unterteilt werden, in denen der Drehmomentanstieg und der Spannungsanstieg zwar linear, jedoch ein wenig verschieden sind. Die erste Vereinfachung besteht nach der Erfindung darin, daß angenommen wird, daß im Bereich 18 ein einziger Spannungsansteig FR vorliegt. Es hat sich gezeigt, daß diese Vereinfachung nicht merklich zur Streuung der beobachteten Spannung in festgezogenen Bolzen beiträgt.

Im Freilaufbereich 14 ist der Drehmomentanstieg im wesentlichen Null. Der zum Vorwärtsbewegen der Mutter im Bereich 14 erforderliche Drehmomentwert hängt von der Reibung zwischen den Gewindegängen des Befestigungselementpaares ab; er ist daher von der Gewindegenauigkeit, von der Schmierung und ähnlichen Parametern abhängig. Es gibt auch Befestigungselemente, bei denen zum Vorwärtsbewegen der Mutter im Bereich 14 ein merkliches Drehmoment erforderlich ist; dieses Drehmoment wird

dabei mit T bezeichnet,
pv

Der Drehmomentanstieg TR fängt im wesentlichen während des Bereichs 16 der beginnenden Klemmung an, wesentlich größer zu werden. Im Bereich 18 nähert sich der Drehmomentanstieg TR einem linearen Verlauf. Wegen des Vorhandenseins drehzahlabhängiger Verluste wie des Schmiermittelquetschfilms und der Mikroplastizität der Oberflächenunregelmäßigkeiten zwischen den Befestigungsteilen und den zusammengeklemmten Stücken schneidet eine lineare Näherung der Drehmoment-Winkel-Kurve 10 im Bereich 18 die Winkelachse der Spannungs-Winkel-Kurve 12 nicht. Es existiert ein Versetzungswinkel α , der solchen drehzahlabhängigen Verlusten proportional ist. Der Versetzungswinkel α beschreibtden Winkelabstand zwischen dem Ausgangspunkt zwischen dem mittleren Drehmomentanstieg TR und dem Ausgangspunkt des mittleren Spannungsanstiegs FR. Wegen der Drehmoment-Drehzahl-Kurve des verwendeten Werkzeugs kann gezeigt werden, daß der Versetzungswinkel α vom Drehmomentanstieg abhängt, so daß das Versetzungsdrehmoment T eine Eigenschaft der Verbindung ist, wobei T das Produkt aus dem Versetzungswinkel α und dem

OS US

Drehmomentanstieg TR ist. Da das Versetzungsdrehmoment T einen ziemlich kleinen Wert hat, kann es im einfachsten Anwendungsfall der Erfindung vernachlässigt werden.

Die Elastizitätsgrenze 20 wird an einem Punkt erreicht, hinter dem die Formänderung nach einer Entlastung nicht mehr rückgängig gemacht werden kann; sie erscheint am oberen Ende des Bereichs 18, wie in der klassischen Mechanik allgemein bekannt ist. Irgendwo im Bereich 22 beginnen die Bolzen, sich plastisch und nicht mehr elastisch zu verformen. Der genaue Beginn der Nachgiebigkeitszone 22 kann schwer festgestellt werden, so daß die normale Definition der Elastizitätsgrenze auf 0,1 bis 0,2% Formänderung in gewisser Weise willkürlich ist. Die Proportionalitätsgrenze liegt wesentlich unter der Elastizitätsgrenze 20, nämlich

-4 ■

dort, wo das Verhältnis von Beanspruchung zu Formänderung nicht mehr konstant ist.

In der einfachsten Ausführungsform der Erfindung ist der einzige Verbindungsparameter, der vor in der Produktion durchgeführten Festziehoperationen bestimmt werden muß, der Spannungsanstieg FR der Verbindung. Diese Bestimmung wird zweckmäßigerweise dadurch ausgeführt, daß eine angemessen große Anzahl von Befestigungselementen ausgewählt wird, die unter Anwendung der Grundsätze der Erfindung festgezogen werden sollen, und daß der Wert des Spannungsanstiegs FR im Labor empirisch bestimmt wird. Zur Erzielung einer größeren Genauigkeit können auch andere Faktoren bestimmt werden, beispielsweise das Versetzungsdrehmoment T ,

OS

das bereits im Freilaufbereich vorhandene Drehmoment T und die Größe des Werkzeugüberlaufs, der entweder in Drehmoment- oder Winkeleinheiten ausgedrückt werden kann.

In der erwähnten US-PS 4 179 786 ist die folgende Gleichung angegeben:

dT/dct _ dF/da

Es ist zu erkennen, daß dT/da den Drehmomentanstieg des Befestigungselements angibt, während dF/da dem Spannungsanstieg entspricht. Durch Umstellen der Gleichung ergibt sich:

_π = — x TR (2)

^D FR

In dieser Gleichung ist T_ der zum Festziehen des Befestigungselements auf den gewünschten Spannungswert F_ erforderliche Drehmomentwert, FR ist der Spannungsanstieg der Verbindung

■fi ■

und TR ist der Drehmomentanstieg. Es ist zu erkennen, daß der Spannungsanstieg FR und der gewünschte Endspannungswert F" in dem Sinne vorherbestimmt werden, daß lange vor dem Festziehen eines bestimmten Befestigungselements Werte dafür erhalten oder ausgewählt werden. Demgemäß ist der Spannungsanstieg TR des Befestigungselements, das gerade angezogen wird, der einzige Wert, der während des Festziehvorgangs festgestellt werden muß, damit der Drehmomentwert T_n abgeleitet werden kann, der zum Festziehen des Befestigungselements bis auf den gewünschten Endspannungswert F_n benötigt wird.

Eine weitere Vereinfachung der Erfindung besteht darin, eine Zweipunktmessung des Drehmomentanstiegs und nicht eine Messung an mehreren Punkten mit einer anschließenden Glättung der Daten beispielsweise durch Anwendung der kleinsten Fehlerquadrate durchzuführen. Demnach gilt:

_{TD =} Id

FR

T₁ ist dabei ein Drehmomentwert, der ausreichend groß ist, daß er auf dem im wesentlichen linearen Abschnitt der Drehmoment-Winkel-Kurve 10 liegt, und T ist ein Drehmomentwert, der bei einem Winkelabstand α, von T₁ entfernt liegt, wie Fig. 2 zeigt.

Bei der Anwendung der Gleichung (3) gibt es mehrere Probleme. Neben dem Erfordernis, Werte für den gewünschten Endspannungswert F_n und für den Spannungsanstieg FR zu erhalten oder auszuwählen, muß ein Wert für den ersten Drehmomentparameter T₁ ausgewählt werden, der ausreichend hoch ist, damit er auf dem linearen Abschnitt der Drehmoment-Winkel-Kurve 10 liegt und dabei jedoch nicht so hoch ist, daß der Endabschaltbefehl

gegeben wird, nachdem das Befestigungselement die Elastizitätsgrenze erreicht oder den gewünschten Abschaltpunkt überschreitet- Der ausgewählte Wert des Drehmoments T₁ kann empirisch im Labor bestimmt werden, während die notwendigen Befestigungselemente zur Bestimmung des Spannungsanstiegs FR festgezogen werden. Der Drehmomentwert T₁ kann zwar ein wenig variieren, doch liegt er normalerweise im Bereich 20 bis 50% des mittleren Enddrehmomentwerts T_n .

ua

Ein weiteres zu lösendes Problem besteht darin, dafür zu sorgen, daß T₁ und T₂ durch ein geeignetes Winkelintervall voneinander entfernt liegen. Wenn T₁ und T₂ zu nahe beieinander liegen, wäre der aus (T₂ - T₁)Za, berechnete Wert des Drehmomentanstiegs zu stark von Störsignalen bei der Drehmomentabtastung beeinflußt, so daß er unzuverlässig oder fehlerhaft wäre. Wenn T₂ und T₁ zu weit auseinander liegen und T₁ genügend groß ist, ist es möglich, daß das Werkzeug das Befestigungselement über den gewünschten Spannungswert hinaus festgezogen hat, bevor die notwendigen Berechnungen beendet sind. Die Differenz zwischen T₁ und T₂ hängt von den elastischen Eigenschaften der Verbindung, d.h. vom Spannungsanstieg der Verbindung, ab. Wenn die Verbindung ziemlich hart ist, sollten T₁ und T₂ eher dicht beieinander liegen. Wenn die Verbindung ziemlich weich ist, sollten T₁ und T₂ eher weiter auseinander liegen. Typischerweise liegt der Winkelabstand zwischen T₂ und T₁ normalerweise im Bereich von 5 bis 30°. Der genaue Wert des Abstandes zwischen T₁ und T₂ kann im Labor während der Bestimmung des Spannungsanstiegs FR erhalten werden.

Es ist zu erkennen, daß die zur Durchführung der Gleichung (3) erforderliche Hardware je nach Wunsch einfach oder auch kompliziert sein kann. Die Einfachheit hat natürlich ihre Vorzüge, und sie ist einer der mittels der Erfindung erzielten Vorteile, Eine Analyse der Gleichung (3) zeigt, daß drei während des Festziehens gemessene Parameter vorhanden sind, nämlich T₁, ^2

und α,. Anstelle eines ausgefeilten Verfahrens zum Speichern aller notwendigen Werte werden gemäß der Erfindung zwei der drei Parameter vorbestimmt, und zwar in dem Sinne, daß zwei der drei Parameter vor dem im Verlauf eines Produktionsvorgangs erfolgenden Festziehen ausgewählt werden. Diese zwei Parameter können T₁ und α, oder T- und T₂ sein, ohne daß besondere Speichermöglichkeiten angewendet werden müssen. Wenn genügend Speicherplatz zur Verfügung gestellt würde, könnten auch To und α, vorbestimmt werden.

Wenn angenommen wird, daß T₁ und T„ ausgewählt werden sollen, reduziert sich die Gleichung (3) auf:

T = D J_ (4)

¹D FR(T₂ - T₁) * a_k ^K '

Da F_D, FR, T₁ und T- für eine bestimmte Verbindung konstante Größen sind, reduziert sich die Gleichung (4) auf:

T_D = C . a_k~¹ (5)

In dieser Gleichung steht C für den Ausdruck: F_C/FR (T₂ - T₁)

Unter der Annahme, daß T₁ und öl ausgewählt werden sollen, reduziert sich die Gleichung (3) auf:

^(T2 -

Da F_, FR, α, und T₁ für jeweils eine bestimmte Verbindung konstante Größen sind, reduziert sich die Gleichung (6) auf:

T_D = A(T₂ - B) (7)

-ν-

In dieser Gleichung steht A für: F^/FRfa, ) , und B steht für T .

Es zeigt sich, daß die analoge Schaltung zum Berechnen der Lösungen der Gleichungen (5) und/oder (7) relativ einfach ist.

Aus der US-PS 4 179 786 geht hervor, daß die Gleichung (3) eine in der Praxis vorkommende Verbindung nicht korrekt beschreibt, da es mehrere vom Festziehwerkzeug ausgeübte Drehmomentkomponenten gibt, die die Spannung im Befestigungsbolzen nicht beeinflussen. Insbesondere das bereits im Leerlaufbereich am Befestigungselement vorhandene Drehmoment T trägt nicht zur Spannung bei. Ein weiterer Faktor kommt noch erschwerend hinzu. Nachdem die Steuerschaltung dem Werkzeug angezeigt hat, anzuhalten, gibt es eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, an dem das Abschaltsignal erzeugt wird und dem tatsächlichen Anhalten des Werkzeugs. Dies ist als Überlauf bekannt, der als Winkelwert, beispielsweise α oder als Drehmomentwert, beispielsweise T , gemessen werden kann, wobei diese beiden Werte durch folgenden Ausdruck miteinander in Beziehung stehen:

^Tor ^{= TR} V

Gemäß einem Merkmal der Erfindung können Drehmomentkomponenten, die die Bolzenspannung nicht beeinflussen, und der Überlauf berücksichtigt werden.

Zur Verbesserung der mittels der Gleichung (5) durchgeführten Bestimmungen können Werte für das im Freilaufbereich vorhandene Drehmoment T , das Versetzungsdrehmoment T und den

pv ^J os

als Drehmoment ausgedrückten Überlauf T gemäß der folgenden Gleichung eingefügt werden:

T_D = (C - a_k-¹) ₊ T_{os +} T_pv - T_or. (9)

Dabei ist natürlich offensichtlich, daß einige oder alle dieser Kompensationsdrehmomentwerte eliminiert werden können, falls es erwünscht ist.

Auch die Gleichung (7) kann folgendermaßen in einer ausführlicheren Version geschrieben werden:

₁^ = A(T₀ -B) +T +T -T. (10)

D * 2 ' os pv or '

Vorbestimmung von T₁ und T

In Fig. 2 ist der Anfangsabschnitt der Drehmoment-Winkel-Kurve 10 dargestellt, die anhand von Daten gezeichnet werden kann, die während des Festziehens eines bestimmten Befestigungselements erzeugt werden» Da die Drehmomentwerte T.. und T„ vorbestimmt werden, muß nur der Winkel öl gemessen werden.

In Fig. 3 ist eine Festziehanordnung 24 nach der Erfindung dargestellt. Die Anordnung 24 enthält einen Schrauber 26 mit einem Motor 28, einer Ausgangsantriebswelle 30 und ein Treiberwerkzeug 32. Die Antriebswelle 30 wird vom Motor 28 angetrieben, damit sie auf ein vom Treiberwerkzeug 32 erfaßtes Befestigungselement ein Drehmoment ausübt und es dreht. Der Schrauber 26 kann ein Schrauber eines geeigneten Typs sein; meistens handelt es sich um einen Druckluftschrauber, bei dem der Druckluftstrom von einem geeigneten elektrisch erregten Motor oder Elektromagnet 34 gesteuert wird. Es sei bemerkt, daß der Motor 28 auf irgendeine geeignete Weise angetrieben werden kann. Für das vollständige Verständnis der Erfindung sind Einzelheiten des Schraubers 26 unwesentlich, so daß hier auf eine genaue Beschreibung verzichtet wird.

Der Schrauber 26 ist vorzugsweise ein tragbarer Schrauber; er enthält einen Drehmomentfühler 36, der ein sich änderndes Signal erzeugt, das das momentan auf das Befestigungselement ausgeübte Drehmoment repräsentiert. Der Drehmomentfühler 36 kann irgendein beliebiger Drehmomentfühler sein. An dem Schrauber 26 ist vorzugsweise in Zuordnung zur Welle des Motors 28 ein Winkelwandler oder Winkelcodierer 38 angebracht, der ein die Winkelverschiebung oder Drehung des Befestigungselements repräsentierendes Signal erzeugt. Der Drehmomentfühler 36 und der Winkelcodierer 38 können irgendwelche Baueinheiten sein, die geeignete Eingangsfestziehgrößen abtasten können, für die das Drehmoment und der Winkel Beispiele sind. Weitere Eingangsfestziehgrößen, beispielsweise die Motorbelastung, die Festziehzeit und dergleichen können je nach Wunsch ebenfalls ausgenützt werden. Typischerweise ist das Ausgangssignal des Drehmomentfühlers 36 ein analoges Signal, während das Ausgangssignal des Winkelcodierers 38 digital ist und aus einer Reihe von Impulsen besteht, von denen jeder einen vorbestimmten, vom Codierer 38 festgestellten Drehwinkel angibt.

Wie Fig. 3 zeigt, ist an den Schrauber 26 eine Steuerschaltung 40 über eine zum Drehmomentfühler 36 führende Leitung 42, eine zum Ausgang des Winkelcodierers 38 führende Leitung 44 und über eine zum Elektromagnet 34 führende Leitung 4 6 zum Abschalten des Schraubers 26 in Abhängigkeit von den von der Steuerschaltung 40 durchgeführten Bestimmungen angeschlossen. Die Steuerschaltung 40 enthält einen Zyklusstartschalter 48, der vorzugsweise innerhalb des Schraubers 26 in Zuordnung zum Bedienungsgriff 50 angebracht ist. Der Zyklusstartschalter 48 sorgt auch für eine Rückstellung in dem Sinne, daß er am Ende des Festziehzyklus geöffnet wird und die Speicherbaueinheiten der Steuerschaltung 40 gelöscht werden.

Die Steuerschaltung 40 enthält zwei Schaltungsabschnitte, nämlich einen Schaltungsabschnitt 52, der die Berücksichtigung des im Leerlaufbereich vorhandenen Drehmoments T ermöglicht, sowie eine Hauptrechenschaltung 54. Der Schaltungsabschnitt 52 enthält einen Zeitgeber 56, der über eine Leitung 58 mit dem Zyklusstartschalter 48 verbunden ist. Am Ende eines vorbestimmten, ziemlich kurzen Zeitintervalls gibt der Zeitgeber 56 über eine Leitung 60 ein Signal an einen Momentanwertspeicher 62, der an die Leitung 42 angeschlossen ist. Der im Momentanwertspeicher 62 gespeicherte Wert repräsentiert das im Leerlaufbereich vorhandene Drehmoment T , der an einem Ausgang 64 abgegeben wird. Aus Fig. geht hervor, daß der Wert dieses Drehmoments T an der Leitung 4 2 nicht lange vorhanden ist, so daß aus diesem Grund das Zeitintervall des Zeitgebers 56 zwangsläufig relativ kurz sein muß. Die maximal zulässige Länge des Zeitintervalls für das im Leerlaufbereich vorhandene Drehmoment hängt von der Länge des Befestigungsbolzens in bezug auf die zusammenzuklemmenden Teile und von der Leerlaufdrehzahl des Schraubers 26 ab, was für den Fachmann ohne weiteres erkennbar ist. Typischerweise hat das Zeitintervall für das im Leerlaufbereich vorhandene Drehmoment eine Dauer in der Größenordnung von etwa 0,5 Sekunden.

Der Schaltungsabschnitt 52 enthält auch einen Komparator 66 mit einem Eingang 68, an dem ein Signal anliegt, das einen maximal zulässigen Grenzwert für das im Leerlaufbetrieb vorhandene Drehmoment T repräsentiert. Ein Ausgang 70 des Komparators 66 führt zu einer im Zusammenhang mit Fig. 5 noch näher erläuterten Logikschaltung 72. Falls der im Momentanwertspeicher 62 gespeicherte Wert des im Leerlaufbetrieb vorhandenen Drehmoments größer als der maximal zulässige Wert ist, überträgt der Komparator 66 ein Signal zur

Logikschaltung 72, die dann ihrerseits über die zum Elektromagnet führende Leitung 46 ein Signal abgibt, das den Schrauber 26 abschaltet. Unter diesen Umständen wir erkennbar, daß mit dem Befestigungselement etwas nicht in Ordnung ist, beispielsweise eine schief aufgedrehte Mutter oder etwas ähnliches vorliegt.

Die Hauptrechenschaltung 54 enthält ein Subtraktionsglied 74, das einen mit der zum Drehmomentfühler führenden Leitung verbundenen Eingang und einen weiteren, mit dem Ausgang des Momentanwertspeichers 62 verbundenen Eingang aufweist. Das Subtraktionsglied 74 liefert somit an einer Ausgangsleitung ein Analogsignal, das ein eingestelltes Drehmoment T reprä-

sentiert, das gleich dem abgetasteten Drehmoment T abzüglich des im Leerlaufbereich vorhandenen Drehmoments T ist.

Die Ausgangsleitung 76 des Subtraktionsglieds ist an zwei Drehmomentkomparatoren 78, 80 angeschlossen. Der Komparator weist einen Eingang 82 auf, an dem ein das Drehmoment T₁ repräsentierendes Signal anliegt. Der Komparator 78 gibt daher an einer Leitung 84 ein Signal ab, wenn der eingestellte Drehmomentwert den Drehmomentwert T.. überschreitet. Mit Bezugnahme auf Fig. 2 läßt sich feststellen, daß der Festziehzyklus nach der Stelle 86 liegt, wenn der Komparator 78 leitet. Der Komparator 80 weist ebenfalls einen Eingang 88 auf, an dem ein den Drehmomentwert T~ repräsentierendes Signal anliegt; er weist ferner eine Ausgangsleitung 90 auf. Der Komparator leitet, wenn der eingestellte Drehmomentwert T größer als

der Drehmomentwert T₂ ist. Es ist zu erkennen, daß der Komparator 80 dann leitet, wenn der Festziehzyklus die in Fig. angegebene Stelle 92 erreicht.

Es läßt sich die Frage stellen, warum das im Leerlaufbereich vorhandene Drehmoment T vom laufenden Drehmoment T vor der Abgabe des dem laufenden Drehmoment entsprechenden Signals an die Drehmomentkomparatoren 78, 80 abgezogen wird. Da das im Leerlaufbereich vorhandene Drehmoment T von Verbindung zu Verbindung unterschiedlich ist, stellt das Abziehen des dieses Drehmoment repräsentierenden Signal vom laufenden Drehmomentsignal sicher, daß die Werte T und T„ in einem gewünschten Bereich des linearen Abschnitts der Drehmoment-Winkel-Kurve liegen. Beispielsweise sei angenommen, daß die Gruppe der gerade festzuziehenden Befestigungselemente normalerweise ein ziemlich hohes Drehmoment im Leerlaufbereich hat, während jedoch das momentan gerade anzuziehende Befestigungselement ein sehr geringes oder kein solches Drehmoment hat. In dieser Situation erscheint der Wert T„ im Signal für das laufende Drehmoment erst sehr spät im Festziehzyklus, möglicherweise erst nach dem gewünschten Abschaltpunkt. Wenn die Gruppe der Befestigungselemente kein oder nur ein geringes Drehmoment im Leerlaufbereich hat und das gerade anzuziehende Befestigungselement ein solches Drehmoment mit merklicher Größe hat, dann erscheint der Drehmomentwert T₁ im Signal für das laufende Drehmoment, während sich die Verbindung noch im Anfangsklemmbereich 16 befindet. Unter diesen Umständen ist der berechnete Drehmomentanstieg TR viel zu niedrig.

Die Ausgangsleitungen 84, 90 der Komparatoren 78 bzw. 80 sind an eine Antivalenzschaltung 94 angeschlossen. Wie der Fachmann weiß, gibt die Antivalenzschaltung 94 an einen Ausgang 96 ein Signal ab, wenn der Komparatorausgang 84 erregt ist, und das Signal endet, wenn der Komparatorausgang 90 erregt wird. Folglich erscheint am Ausgang 96 der Antivalenzschaltung ein Signal, das das Drehmomentintervall von T₁ bis T repräsentiert.

-Ά-

Der Ausgang 96 ist mit einer UND-Schaltung 98 verbunden, mit deren anderem Eingang die vom Winkelcodierer kommende Leitung 44 verbunden ist. Die UND-Schaltung 98 gibt an ihrem Ausgang 100 eine Folge von Winkelimpulsen ab, solange am Ausgang 96 der Antivalenzschaltung ein Signal vorhanden ist. Es ist zu erkennen, daß an der Leitung 44 immer dann Winkelimpulse auftreten, wenn der Schrauber 26 rotiert. Da die UND-Schaltung 98 ein Signal abgibt, das aufhört, wenn das Signal an der Leitung 96 aufhört, erscheint an der Ausgangsleitung 100 eine Folge von Winkelimpulsen, die den Winkel α, repräsentieren, der in Fig. 2 dargestellt ist.

Da die am Ausgang 100 erscheinenden Signale digital sind, d.h. aus einer Folge von Impulsen bestehen, ist es erwünscht, diese Impulse zur Bestimmung der Größe des Winkels α, zu zählen. Aus diesem Grund ist der Ausgang 100 an einen Zähler 102 angeschlossen, dessen Ausgang 104 mit einem Digital-Analog-Umsetzer 106 verbunden ist, der an seinem Ausgang 108 ein analoges Signal abgibt, das den Winkel α, repräsentiert.

Der Umsetzerausgang 108 ist an eine Teilerschaltung 110 angeschlossen, die einen Eingang 112 aufweist, an dem ein die Konstante C aus der Gleichung (5) oder der Gleichung (9) repräsentierendes Signal anliegt. Die Konstante C ist das Verhältnis aus dem gewünschten Endspannungswert F_n und dem Spannungsanstieg FR geteilt durch die Drehmomentdifferenz T~ Am Ausgang 114 der Teilerschaltung erscheint ein Signal, das das Drehmoment T_n gemäß der Gleichung (5) repräsentiert.

Zur Verbesserung des Werts des Drehmoments T_Q ist der Ausgang 114 an ein Additionsglied 116 angeschlossen, das einen Eingang 118 aufweist, an dem ein das Versetzungsdrehmoment T repräsentierendes Signal anliegt, und das einen Eingang 120

-W-

aufweist, der an eine Leitung 64 zum Anlegen eines das Drehmoment T repräsentierenden Signals angeschlossen ist. Am Ausgang 122 des Additionsglieds 116 liegt somit ein Signal, das entsprechend der folgenden Gleichung den Drehmomentwert T_D1 repräsentiert:

F
^TD1 ⁼ FR(T₂ - T₁) ^{+ T}os ^{+ T}pv ^{11)

Diese Gleichung ist im Prinzip die Gleichung (9) mit der Ausnahme, daß die überlaufdrehmomentkomponente T nicht berücksichtigt worden ist. Es ist zu erkennen, daß eine Berücksichtigung des Überlaufs erfolgen kann, indem ein Subtraktionsglied in die Ausgangsleitung 122 eingeschaltet wird, damit der dem Mittelwert des Überlaufs entsprechende Drehmomentwert, ausgedrückt in Drehmomenteinheiten, abgezogen wird, damit das Ergebnis der Gleichung (9) erhalten wird.

Das im Leerlaufbetrieb vorhandene Drehmoment T kann auf

pv

zweifache Weise berücksichtigt werden. Wie Fig. 3 zeigt, weist der Komparator 124 einen mit der Leitung 76 verbundenen Eingang auf, an dem ein die Drehmomentdifferenz T-T repräsentierendes Signal anliegt. Demnach wird folgender Vergleich durchgeführt:

V^T2 " V -1 ^T - V ⁼ * ^ak ^{+ T}os <¹²⁾

Diese Gleichung kann folgendermaßen umgewandelt werden:

F_D(T₂ - T₁) ,

_T = -ti £ L_ . α, + T +T (13)

FR k os pv

Diese Gleichung entspricht im Grunde der Gleichung (9) . In dieser Ausführung ist der Ausgang 122 mit dem Komparator 124 verbunden, der einen mit der Leitung 76 verbundenen Eingang aufweist, an dem das die Drehmomentdifferenz T-T repräsentierendes Signal anliegt. Wenn der Differenzwert T-T gleich T₁ ist, gibt der Komparator 124 an seinem Ausgang 126 ein Signal an die Logikschaltung ab, damit diese über die Leitung 76 zum Werkzeugmagneten ein Abschaltsignal liefert, das das Festziehen der Verbindung beendet.

Die Beendigung des Festziehens erfolgt also abhängig von einem Vergleich des Drehmomentwerts T_D1 mit der Drehmomentdifferenz T-T . Diese Bestimmung ist natürlich die gleiche, als würde der Wert für das Drehmoment T zum Signal am Ausgang 122 addiert und ein Vergleich zwischen dem laufenden Drehmoment T und dem Signal am Ausgang 122 nach der Addition des Drehmomentwerts T durchgeführt würde.

Somit ist zu erkennen, daß die Ausführungsform von Fig. 3 vorbestimmte Werte für T und T„ benutzt, den Winkelabstand α, zwischen diesen Werten mißt und in Abhängigkeit von diesen drei Parametern einen Endabschaltparameter berechnet.

Einer der überraschenden Aspekte der Erfindung besteht darin, daß die beobachtete Spannungsstreuung im Vergleich mit dem wesentlich komplizierteren und anspruchsvolleren digitalen Lösungsweg gemäß der US-PS 4 179 786 sich als gut erweist. In der genannten Patentschrift erscheint eine Tabelle, die die Spannungsstreuung folgendermaßen wiedergibt:

Spannungs- und. Drehmomentstreuung eine Standardabweichung

Spannungsstreuung, % Drehmomentstreuung Schmierzustand LRM* rp-O-T-N** bei 6300 lbs, %

trocken 2,2 6,4 18,5

geölt 2,4 5,0 13,8

gemischt 2,6 8.2 29,0

* Anziehen mittels Verfahren mit logarithmischem Maß ** Mutterfestziehverfahren

Diese Werte sind für einen Fehler von 1,8% eingestellt worden. Die in Fig. 1 angegebenen LRM-Werte sind Ergebnisse, die mit Hilfe des anspruchsvollen Systems nach der US-PS 4 179 786 erhalten worden sind. Die Spannungsstreuung in Befestigungselementen, die entsprechend der hier vorliegenden Erfindung festgezogen worden sind, ist um etwa 1 bis 2% größer als die mittels des anspruchsvollen Verfahrens erhaltene Streuung, d.h. daß sie im Bereich von etwa 3,2 bis 4,6% liegt.

Vorbestimmung von T und α.

Bei der nun zu beschreibenden Ausführungsform der Erfindung werden die in Fig. 2 angegebenen Werte T₁ und α, vorgegeben, so daß nur ein Wert tatsächlich gemessen werden muß, nämlich der Wert für T„.

In Fig. 4 ist diese weitere Ausführungsform einer Festziehanordnung 128 nach der Erfindung dargestellt. Die Anordnung 128 enthält einen Schrauber 130 mit einem Motor 132, einer Ausgangsantriebswelle 134 und einem Treiberwerkzeug 136. Die Antriebswelle 134 wird vom Motor 132 so angetrieben, daß auf ein vom Treiberwerkzeug 136 erfaßtes Befestigungselement

-Ib ~

ein Drehmoment ausgeübt wird, so daß es gedreht wird. Der Schrauber 130 wird typischerweise mit Druckluft angetrieben, wobei der Druckluftstrom von einem geeigneten elektrisch erregten Motor oder einem Elektromagnet 138 gesteuert wird.

Der Schrauber 130 enthält einen Drehmomentfühler 140 zur Erzeugung eines variierenden Signals, das das momentan gerade auf das Befestigungselement ausgeübte Drehmoment repräsentiert. Am Schrauber 130 ist vorzugsweise in Zuordnung zur Welle des Motors 132 ein Winkelcodierer 142 angebracht, der Signale erzeugt, die die WinkelverSchiebung oder Drehung des Befestigungselements repräsentieren.

Nach Fig. 4 enthält die Anordnung 128 auch eine Steuerschaltung 144, die mit dem Schrauber 130 über eine zum Drehmomentfühler 140 führende Leitung 146, eine zum Ausgang des Winkelcodierers 142 führende Leitung 148 und eine zum Elektromagnet 138 führende Leitung 150 angeschlossen ist. Der Elektromagnet 138 dient dazu, den Schrauber 130 in Abhängigkeit von den in der Steuerschaltung 144 durchgeführten Bestimmungen anzuhalten. Die Steuerschaltung 144 enthält einen Zyklusstartschalter 152, der vorzugsweise im Schrauber 130 in Zuordnung zum Bedienungsgriff 154 angebracht ist. Der Zyklusstartschalter 154 hat auch eine Rückstellfunktion, was bedeutet, daß er am Ende eines Festziehzyklus geöffnet wird und daß die Speichereinheiten der Steuerschaltung 144 gelöscht werden.

Die Steuerschaltung 144 enthält gemäß der Darstellung zwei Schaltungsabschnitte, nämlich einen Schaltungsabschnitt 156 zur Berücksichtigung des im Leerlaufbereich vorhandenen Drehmoments T und eine Hauptrechenschaltung 158. Der Schaltungsabschnitt 156 enthält einen Zeitgeber 160, der über eine Leitung 162 mit dem Zyklusstartschalter 152 verbunden

-JjL-

ist. Am Ende eines kurzen vorbestimmten Zeitintervalls gibt der Zeitgeber 160 über seine Ausgangsleitung 162 ein Signal an einen Momentanwertspeicher 164 ab, der einen weiteren, mit der vom Drehmomentfühler kommenden Leitung verbundenen Eingang aufweist. Das Signal an der vom Drehmomentfühler kommenden Leitung 146 ist natürlich das dem im Leerlaufbereich vorhandenen Drehmoment T repräsentierende Signal. Der Wert dieses Drehmoments T wird an den Momentanwertspeicher 164 geliefert und von diesem festgehalten. Der Momentanwertspeicher 164 weist einen Ausgang 166 auf, an dem ein Signal anliegt, das das Dreh:
noch genauer erläutert wird.

Signal anliegt, das das Drehmoment T repräsentiert, wie

Der Ausgang 166 ist mit einem Eingang einer Subtraktionsschaltung 167 verbunden, die einen weiteren mit der Leitung 146 verbundenen Eingang aufweist. Der Ausgang 168 der Subtraktionsschaltung gibt ein Signal ab, das das Drehmoment T

repräsentiert, das gleich dem laufenden Drehmoment T abzüglich des im Leerlaufbetrieb vorhandenen Drehmoments T ist.

pv

Die Hauptrechenschaltung 158 enthält einen an den Ausgang angeschlossenen Komparator 169 mit einem Eingang 170, an dem ein den vorbestimmten Wert von T₁ repräsentierendes Signal anliegt. Wenn der Wert des Drehmoments T den Wert des Drehmoments T₁ übersteigt, gibt der Komparator 169 an seinem Ausgang 172 ein Signal ab, das einem Zähler 174 zugeführt wird, dessen Eingang mit der zum Winkelcodierer führenden Leitung 148 verbunden ist. Der Ausgang 176 des Zählers 174 ist an einen Digital-Analog-Umsetzer 178 angeschlossen, der an seinem Ausgang ein analoges Signal abgibt, das den nach Erreichen des Drehmomentwerts T₁ durchlaufenen Winkel repräsentiert. Der Ausgang 180 des Umsetzers 178 ist mit einem Komparator verbunden, der einen weiteren Eingang 184 aufweist, an dem ein Signal anliegt, das den festen oder vorherbestimmten

Winkelwert α repräsentiert. Der Komparator 182 gibt daher an seinem Ausgang 186 ein Signal ab, wenn der nach Erreichen des Drehmomentwerts T₁ gemessene Winkel gleich dem vorbestimmten Winkelintervall a, ist. Der Komparator 182 gibt somit an seinem Ausgang 186 ein Signal ab, wenn der nach Erreichen des Drehmomentwerts T₁ vorhandene Winkel gleich dem vorbestimmten Winkelintervall cu ist.

Mit dem Ausgang des Komparators 186 ist ein Momentanwertspeicher 188 verbunden, der einen mit dem Komparatorausgang verbundenen Eingang aufweist. Wenn an beiden Leitungen 168 und 186 Signale erscheinen, gibt der Momentanwertspeicher 188 an seinem Ausgang 190 ein Signal ab, das den Wert des Drehmoments T» repräsentiert. Der Ausgang 190 ist mit einer Sub-' traktionsschaltung 192 verbunden, die einen Eingang 194 aufweist, an dem ein den vorbestimmten Drehmomentwert T₁ repräsentierendes Signal anliegt. Am Ausgang 196 der Subtraktionsschaltung 192 erscheint daher ein Signal, das dem Wert (T„ - T₁) entspricht, der bei der Vollendung der Berechnungen der Gleichung (7) von beträchtlichem Wert ist.

Der Ausgang der Subtraktionsschaltung 192 ist mit einer Multiplikationsschaltung 198 verbunden, die einen Eingang 200 aufweist, an dem ein den Parameter A in der Gleichung (7) repräsentierendes Signal anliegt, wobei dieser Parameter natürlich das gewünschte Verhältnis zwischen der Endspannung F„ und dem Spannungsanstieg FR geteilt durch das konstante Winkelintervall ou ist. Am Ausgang 202 der Multiplikationsschaltung 198 erscheint somit ein Signal, das den Drehmomentwert T_Q aus der Gleichung (7) repräsentiert.

Der Ausgang 202 ist an eine Additionsschaltung 204 angeschlossen, deren anderer Eingang 206 ein das Versetzungsdrehmoment T

repräsentierendes Signal empfängt. Am Ausgang 208 der Addi tionsschaltung 204 erscheint somit ein Signal, das das Drehmoment T.. repräsentiert, wie die folgende Gleichung zeigt:

- B) + T_os (14)

Diese Gleichung entspricht der Gleichung (10) mit der Ausnahme, daß die Überlaufdrehmomentkomponente T ' hier nicht berücksichtigt ist. Eine Berücksichtigung des Überlaufs kann dadurch erfolgen, daß in die Ausgangsleitung 208 eine Subtraktionsschaltung eingefügt wird, die den einem mittleren Überlauf entsprechenden Drehmomentwert, gemessen in Drehmomenteinheiten, zur Erzielung des Ergebnisses der Gleichung (10) abgezogen wird.

In jedem Fall ist der Ausgang 208 mit einem Komparator 210 verbunden, der einen mit dem Ausgang 168 verbundenen Eingang aufweist. Wenn der Drehmomentwert T gleich dem Drehmoment-

wert T_n1 ist, gibt der Komparator 210 an seinem Ausgang ein Signal an die Logikschaltung 214 ab, die über die Leitung 150 ein Absperrsignal an den Werkzeugmagneten 138 liefert, das das Festziehen der Verbindung beendet.

Das im Leerlaufbetrieb vorhandene Drehmoment T kann in der Ausführungsform von Fig. 4 dadurch berücksichtigt werden, daß der Komparator 210 mit einem Eingang mit der Leitung verbunden ist, an den ein die Drehmomentdifferenz T-T repräsentierendes Signal anliegt. Demnach wird folgender Vergleich durchgeführt:

pv , ⁽ 2 V - ^v '

^p FR(a_k)

3O *

Diese Gleichung kann folgendermaßen umgeschrieben werden:

- ν ⁺ ν

Diese Gleichung entspricht im Grunde der Gleichung (6).

Die Logikschaltung 214 stimmt vorzugsweise mit der Logikschaltung 72 überein, und sie besteht im wesentlichen aus einem Setz-Rücksetz-Flipflop, wie der Fachmann erkennen kann. Die Logkschaltung 214 enthält einen Signalnegator 216, der mit einer Leitung 218 verbunden ist, die an den Zyklusstartschalter 152 angeschlossen ist.

Die Logikschaltung 214 enthält ferner zwei NAND-Glieder 220, 222, die jeweils einen Ausgang 224, 226 aufweisen, der über Kreuz mit einem der Eingänge der jeweils anderen NAND-Schaltung 222, 220 verbunden ist. Der Eingang 228 der NAND-Schaltung 220 ist mit dem Negator 216 verbunden, und der Eingang 230 der NAND-Schaltung 222 ist mit dem Komparatorausgang 212 in der Ausfuhrungsform von Fig. 4 oder mit den Komparatorausgängen 70, 126 in der Ausführungsform von Fig. 3 verbunden. Der Ausgang 224 der NAND-Schaltung 220 ist an einen Treibertransistor 232 und an die Leitung 150 angeschlossen.

Am Beginn eines Festziehzyklus führt das Schließen des Zyklusstartschalters 152 zur Abgabe eines Signals über die Leitung 150, das den Schrauber 130 in Betrieb setzt. Wenn der Drehmomentkomparator 210 anspricht und dadurch angibt, daß das laufende Drehmoment an der Drehmomentleitung 126 gleich dem Signal an der Leitung 208 ist, gibt die Logikschaltung 214 über die Leitung 150 ein Signal ab, das den Schrauber 130

anhält. Wenn die Bedienungsperson den Griff 154 losläßt, wird der Zyklusstartschalter 152 geöffnet, was zum Rücksetzen der Logikschaltung 214 führt.

In der Ausführungsform von Fig. 3 läuft die gleiche Folge von Ereignissen ab, wenn das Signal an der Leitung 126 anzeigt, daß der eingestellte laufende Drehmomentwert T gleich dem berechneten Drehmomentabschaltparameter T_ni ist. Im Prinzip ergibt sich die gleiche Folge von Ereignissen, wenn der Komparator 66 für das im Leerlaufzustand vorhandene Drehmoment feststellt, daß dieses Drehmoment T , das bei einem bestimmten Befestigungselement vorgefunden wird, den Grenzwert für dieses Drehmoment überschreitet.

Es ist zu erkennen, daß die Ausführungsform von Fig. 4 vorbestimmte Werte für T₁ und α, benutzt, den beim Auftreten eines vorbestimmten Winkelintervalls α, erscheinenden Wert von T„ mißt und abhängig von diesen drei Parametern einen Abschaltparameter berechnet.

Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen bewirken beim Festziehen unterhalb der Elastizitätsgrenze eines Bauteils, das mit der Beanspruchung in Beziehung gebracht werden kann, die Bestimmung eines Abschaltparameters, der sich von Verbindung zu Verbindung ändert und mit dessen Hilfe das Festziehen bei Erreichen oder nahe bei Erreichen eines gewünschten Endspannungswerts F beendet wird.

Die Ausführungsform von Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform von Fig. 3 auf andere Weise als dies aufgrund der Erfordernisse der verschiedenen Verfahren zur Bestimmung des Drehmomentanstiegs TR erforderlich wäre.

Insbesondere enthält die Ausführungsform von Fig. 4 keine Abschaltmöglichkeit für ein im Leerlaufbereich vorhandenes Drehmoment T , wenn dieses Drehmoment einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet. Die Ausführungsform von Fig. 4 könnte natürlich ebenfalls mit einer solchen Abschaltmöglichkeit ausgestattet werden, wenn dies erwünscht ist.

Für die Erläuterung ist angenommen worden, daß die Überlaufdrehmomentkomponente T im Labor empirisch als ein Mittelwert für die anzuziehenden Befestigungselemente bestimmt wird und einfach als Abschlag vom Drehmomentwert T . zur Erzielung eines genaueren Abschaltparameters angerechnet wird. Eine genauere Bestimmung des Überlaufs kann natürlich auch während des Festziehens jedes Befestigungselements vorgegeben werden. Ein solches Verfahren ist in allgemeiner Form in der US-PS 4 179 78 6 beschrieben. Ein solcher, während des Festziehens jedes Befestigungselements ermittelter Wert der Überlaufdrehmomentkomponente T kann vom Drehmomentwert T-.. abgezogen werden, wie für den Fachmann erkennbar ist.

Die Erfindung ist hier im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben worden, doch können im Rahmen der Erfindung ohne weiteres Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden.

Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

13. Juli 1981

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION

600 Grant Street

Pittsburgh, Pennsylvania 15219 /V.St.A.

Unser Zeichen: R 1026

Patentansprüche

1.!vorrichtung zum Festziehen eines mit Gewinde versehenen Befestigungselements, gekennzeichnet durch ein angetriebenes Werkzeug zur übertragung von Eingangskenngrößen auf das Befestigungselement, eine Fühlervorrichtung, die die Eingangskenngrößen abtastet und diese Eingangskenngrößen repräsentierende Signale erzeugt, eine Bestimmungsvorrichtung, die in Abhängigkeit von den erzeugten Signalen und von einem Verhältnis aus einem gewünschten Endspannungswert im Befestigungselement und einem Spannungsanstieg des Befestigungselemente einen Endabschaltparameter bestimmt, und eine Abschaltvorrichtung zur Beendigung des Betriebs des Werkzeugs in Abhängigkeit von dem Endabschaltparameter.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlervorrichtung einen Fühler für das auf das Befestigungselement ausgeübte Drehmoment und einen Fühler für eine Drehwinkelfunktion des Befestigungselements enthält.

Schw/Gl

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsvorrichtung eine Berechnungseinrichtung enthält, die abhängig von den erzeugten Signalen den Endabschaltparameter aus dem Verhältnis und aus drei Parametern berechnet, wobei diese drei Parameter zwei Drehmomentwerte und der Abstand zwischen den zwei Drehmomentwerten sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsvorrichtung eine Einrichtung enthält, die vor dem Festziehen zwei der drei Parameter vorherbestimmt, und außerdem eine Einrichtung enthält, die während des Festziehens den dritten Parameter bestimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsvorrichtung eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben der zwei Drehmomentwerte enthält und daß die Fühlervorrichtung für den dritten Parameter eine Meßeinrichtung enthält, die abhängig von den zwei eingegebenen Drehmomentwerten und abhängig von dem Signal aus der Winkelfunktions-Fühlervorrichtung den Abstand zwischen den zwei Drehmomentwerten mißt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drehmomentwert niedriger als der zweite Drehmomentwert ist und daß die Fühlervorrichtung für den dritten Parameter eine Einrichtung enthält, die abhängig vom Auftreten eines dem zweiten Drehmomentwert äquivalenten Drehmoments den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Drehmomentwert mißt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelfunktions-Fühlervorrichtung eine Einrichtung zum Feststellen des Drehwinkels des Befestigungselements enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorherbestimmungsvorrichtung eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben eines ersten Drehmomentwerts sowie des Abstands zwischen den zwei Drehmomentwerten enthält und daß die Bestimmungsvorrichtung für den dritten Parameter eine Meßeinrichtung enthält, die abhängig von den zwei eingegebenen Werten und in Abhängigkeit von dem Signal aus dem Drehmomentfühler einen zweiten Drehmomentwert in vorbestimmtem Abstand von dem ersten Drehmomentwert mißt.

9. Vorrichtung zum Festziehen einer Verbindung, die ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement enthält, gekennzeichnet durch ein angetriebenes Werkzeug zum übertragen eines Drehmoments und einer Drehung auf das Befestigungselement mit einer Fühlervorrichtung zum Abtasten einer Funktion des auf das Befestigungselement übertragenen Drehmoments und zur Erzeugung eines diese Drehmomentfunktion repräsentierenden Signals sowie mit einer Fühlervorrichtung zum Abtasten einer Funktion der Drehung des Befestigungselements und zur Erzeugung eines diese Drehfunktion repräsentierenden Signals, die während des Festziehens unterhalb der Elastizitätsgrenze eines Verbindungsbauelements, die mit der Beanspruchung im Befestigungselement korreliert werden kann, einen von Verbindung zu Verbindung variablen Festziehparameter in Abhängigkeit von den drei von den Fühlervorrichtungen abgetasteten Parametern bestimmt, wobei diese Steuerschaltung eine Einrichtung zum Vorbestimmen von zwei der drei Parameter vor dem Festziehen und eine Einrichtung zum Bestimmen des dritten Parameters während des Festziehens enthält, und eine Abschalteinrichtung zur Beendigung des Betriebs des Werkzeugs in Abhängigkeit von einem Endabschaltparameter.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Parameter zwei Drehmomentwerte und der Abstand zwischen den zwei Drehmomentwerten sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorherbestimmungseinrichtung eine Einrichtung enthält, die die zwei Drehmomentwerte vorherbestimmt, und daß die Bestimmungseinrichtüng eine Einrichtung zum Bestimmen des Abstands zwischen den zwei Drehmomentwerten enthält.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung eine Einrichtung zum Bestimmen des Abstands zwischen den zwei Drehmomentwerten enthält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorherbestimmungseinrichtung eine Einrichtung zum Eingeben der zwei Drehmomentwerte enthält und daß die Bestimmungseinrichtung eine Einrichtung enthält, die abhängig von den zwei eingegebenen Drehmomentwerten und abhängig von dem Signal aus dem Drehfunktionsfühler den Abstand zwischen den zwei Drehmomentwerten mißt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drehmomentwert niedriger als der zweite Drehmomentwert ist und daß die Fühlervorrichtung für den dritten Parameter eine Einrichtung enthält, die abhängig vom Auftreten eines dem zweiten Drehmomentwert äquivalenten Drehmoments den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Drehmomentwert mißt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehfunktionsfühler eine Einrichtung zum Abtasten des Drehwinkels des Befestigungselements enthält.

16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorherbestimmungseinrichtung eine Einrichtung zum Eingeben eines ersten Drehmomentwerts enthält und daß die Bestimrnungseinrichtung für den dritten Parameter eine Einrichtung enthält, die abhängig von den zwei eingegebenen Werten und abhängig von dem Signal aus dem Drehmomentfühler einen zweiten Drehmomentwert in einem vorbestimmten Abstand vom ersten Drehmomentwert mißt.