DE3216773A1

DE3216773A1 - Vorrichtung zum anziehen eines ein gewinde tragenden verbindungselements mit begrenzung des endanzugsdrehmoments

Info

Publication number: DE3216773A1
Application number: DE19823216773
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr.-Ing. 7312 Kirchheim-Teck Mayer; Henning 3181 Parsau Otte
Original assignee: Volkswagen AG; Dr Staiger Mohilo and Co GmbH
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1982-05-05
Filing date: 1982-05-05
Publication date: 1983-11-10

Description

VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT .

3180 Wolfsburg

— 3 —

K 3266/1702pt-hu-sa

Vorrichtung zum Anziehen eines ein Gewinde tragenden Verbindungselements mit Begrenzung des Endanzugsdrehmoments

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art, bei.denen die Drehmoment-bcgrenzung auf den Maximalwert während der gesamten Vorschubbewegung des Verbindungselements, also beispielsweise einer Schraube oder einer Mutter, eingeschaltet ist, können Schwierigkeiten dann auftreten, wenn sich bereits während des ersten Teils der Vorschubbewegung ein den Maximalwert überschreitendes Drehmoment einstellt. Betrachtet man beispielsweise den Anziehvorgang e ner selbstschneidenden Schraube, so tritt zunächst bei Beginn des Gewinoeschneidvorgangs eine Drehmomentspitze auf, und auch während des sich anschließenden restlichen Teils des Gewindeschneiduorgangs'liegt das auftretende Drehmoment relativ hoch, bis es nach Beendigung des Schneidvorgangs auf einen niedrigen Wert absinkt; erst am Ende der Vorschubbewegung der Schraube, also wenn deren Schraubenkopf auf dem das Muttergewinde bildende Teil, beispielsweise einem Blech, aufliegt, steigt das Drehmoment wieder an. Da aber die Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung des Drehmoments auf den Maximalwert für den Endanzug während des gesamten Vorschubwegs wirksam ist, besteht die Gefahr oder sogar die Wahrscheinlichkeit, daß während des

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Gewindeschneidvorgangs die Drehmomentübertragung vom Schrauber zur Schraube unterbrochen wird.

Diese Gefahr besteht aber auch dann, wenn das Gewinde nicht während des Anzugsvorgangs des Verbindungselements geschnitten werden muß, sondern bereits hergestellt ist. Drehmomentspitzen schon bei Beginn des Anzugsvorgangs können nämlich beispielsweise durch Verunreinigungen, wie Staubkörnchen, im Gewinde hervorgerufen werden, und auch dann muß die durch das Wirksamwerden der Begrenzungseinrichtung erfolgende Unterbrechung der Drehmomentübertragung vom Schrauber oder dergleichen zum Verbindungselement als. Fehlauslösung angesprochen werden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die derartige unerwünschte Unterbrechungen der Drehmomentübertragung von der Anzugsvorrichtung zu dem das Gewinde tragenden Verbindungselement mit einfachen Mitteln vermeidet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Schlagwortartig besteht die Erfindung also in einer Einrichtung, die die Begrenzung des Drehmoments auf den vorgegebenen Maximalwert während eines großen ersten Teils der Vorschubbewegung des Verbindungseiements (Schraube, Mutter) bzw. des eigentlichen Schraubwerkzeugs .unterbindet. Besonders einfach ist die im Patentanspruch 2 geschützte Ausführungsform der Erfindung, die beispielsweise dadurch realisiert werden kann, daß der Sensor erst nach einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen des Verbindungselements ein Freigabesignal für die Drehmomentbegrenzung liefert. Diese konstruktive Ausbildung der Erfindung wird man insbesondere dann wählen, wenn Verbindungselemente mit gleichen Vorschubu/egen angezogen werden müssen. Ist dies nicht der Fall, liegen also beispielsweise Schrauben mit unterschiedlichen Schaftlängen vor, ist es zweckmäßig, eine direkte Messung des jeweiligen

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Abstands des Verbindungselements von dem Teil, mit dem es verbunden werden soll, vorzunehmen, beispielsweise über einen einen Anschlag aufweisenden Sensor.

In vielen Fällen, beispielsweise bei selbstschneidenden Schrauben, ist dagegen die in Anspruch 3 geschützte Ausführungsform der Erfindung von Vorteil. Sie geht davon aus, daß Drehmomentspitzen nur während eines bestimmten ersten Teils des Vorschubweges zu erwarten sind, so daß es genügt, die Drehmomentbegrenzung während dieses .Teils des. gesamten Vorschubufeges zu unterdrücken, danach aber freizugeben. Im Sonderfall einer selbstschneidenden Schraube bedeutet dies, daß während des Gewindeschneidvorgangs die Drehmomentbegrenzung unterdrückt, dagegen danach freigegeben wird.

Insbesondere bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Verwendung eines Drehwinkel- oder Umdrehungszahl-Sensors gemäß Patentanspruch 4 zweckmäßig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der gesamten Vorrichtung,

Fig. 2 den Verlauf des auftretenden Drehmoments H über dem Vorschubweg V bei einer selbstschneidenden Schraube und

Fig. 3 eine Ausführungsform des elektronischen Teils der Vorrichtung.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist hier angenommen, daß die beiden Werkstücke, z.B. Bleche, 1 und 2 mittels der selbstschneidenden Schraube 3 verbunden werden sollen. Dies geschieht mittels eines Schraubers, der das

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eigentliche Werkzeug 4 (Schrauberschaft nebst Aufnahme für den profilierten Schraubenkopf), an dem die Sensoreinrichtung 5 angeordnet ist, das Getriebe 6 und den Elektromotor 7 enthält. Die Erregung des Motors 7 kann über den Umschalter 8 frequenzmäßig zwischen 50 und 200 Hz umgeschaltet u/erden, so daß zur Erleichterung beispielsweise des Anschneidens des Gewindes zu Beginn des Anziehens der Schraube 3 mit niedriger, danach zwecks Beschleunigung des Anzugsvorgangs mit höherer Drehzahl gefahren wird.

Die Sensoreinrichtung 5 enthält einen Drehmomentsensor, der Signale für das jeweils übertragene Drehmoment M an die nachgeschaltete Elektronik 9 liefert, und einen Drehwinkel-Sensor, der nach Erhalt eines Einschaltsignals vom Drehmomentsensor den sich über eine größere Anzahl von Umdrehungen des eigentlichen Werkzeugs 4 erstreckenden Drehwinkel α als Maß für den zurückgelegten Vorschubweg in Form von elektrischen Signalen ebenfalls an die Elektronik 9 meldet.

Die sich während des Anziehens der Schraube 3, also über ihrem Vorschub V, ergebenden Drehmomentverhältnisse sind in Fig. 2 dargestellt: Zu Beginn des durch die Schraube 3 erfolgenden Schneidens des Muttergewindes in zumindest einem der beiden Werkstücke 1 und 2 steigt das Drehmoment M relativ steil an und durchfährt dabei die Werte MO bis M4. Zumindest der Drehmomentwert M4 überschreitet das vorgegebene maximale Endanzugsmoment, das hier den Wert M5 haben möge. Wäre also die Drehmoment-Begrenzungseinrichtung von Anfang an eingeschaltet, so würde sie bereits jetzt während des Gewindeschneidvorgangs die Drehmomentübertragung bzw. Drehmomenterzeugung unterbinden.

In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun dafür gesorgt, daß beim erstmaligen Erreichen des Drehmoments M2 der in der Sensoreinrichtung enthaltene Drehmomentsensor an den ebenfalls in dieser Einrichtung vorgesehenen, den Drehwinkel erfassenden Wegsensor ein Einschaltsignal für die Messung liefert, so daß dieser Wegsensor während des vorgegebenen, sich über mehrere Umdrehungen des eigentlichen Werkzeugs 4 nebst Schraube 3 er-

streckenden Drehwinkel & 1 ein Signal erzeugt, das während des diesem Droh- \uinkel entsprechenden Vorschubs der Schraube 3 die Begrenzung des Anzuqsdrehmoments auf den vorgegebenen Maximalwert unterbindet.

An diesen Drehu/inkel a 1, während dem die Drehmomente also relativ hoch sind, schließt sich ein weiterer Drehwinkel α 2 an, der einem Bereich des Vorschubwegs entspricht, in dem, da der Gewindeschneidvorgang beendet ist, die auftretenden Drehmomente relativ niedrig sind. Das bedeutet, daß während dieses Vorschubwegs die Drehmomentbegrenzung zwar eingeschaltet ist aber nicht anspricht. Erst wenn etwa bei Beendigung dieses zweiten Drehwinkelbereichs Of 2 der Kopf der Schraube 3 zur Auflage auf der zugekehrten Oberfache des Werkstücks 2 gelangt, steigt das Drehmoment wieder an, bis es schließlich den vorgegebenen Maximalwert M5 erreicht und der Schrauber abgeschaltet wird.

Im einzelnen geschieht dies mit der in Fig. 3 dargestellten Schaltung wie folgt:

Die Drehmomentsignale der Sensoreinrichtung 5 werden dem Grenzwertschalter 10 zugeführt, der in diesem Ausführungsbeispiel auf den Drehmomentwert M2 eingestellt ist und beim Überfahren dieses Werts ein Startsignal an den Winkelzähler 11 liefert, dem außerdem Signale für den von diesem Augenblick an zurückgelegten Drehwinkel α und damit für dan jeweiligen Vorschubweg geliefert werden. Der Komparator 12 vergleicht die Zählersignale laufend mit einem im Speicher 13 gespeicherten Wert, der dem Drehu/inkel a 1 in Fig. 2 entspricht. Während dieses Drehwinkels ei 1 bzw. des entsprechenden Teils des Vorschubs V ist der Umschalter 8 so angesteuert, daß der Motor 7 mit 50 Hz gespeist wird und damit mit relativ niedriger Drehzahl läuft. Am Ende des Drehwinkelintervalls a 1 liefert der Komparator 12 an den Umschalter 8 ein Umschaltsignal, so daß der Motor 7- nunmehr mit 200 Hz gespeist wird und mit höherer Drehzahl läuft.

Gleichzeitig steuern die Ausgangssignale des Komparators 12 den Schalter 1' so an, daß nunmehr die Einrichtung 15 zur Drehmomentbegrenzung mit den von

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der Sensoreinrichtung 5 abgegebenen Signalen für das Drehmoment M beaufschlagt wird, die ihrerseits beim Auftreten des vorgegebenen Maximalwerts die Energiezufuhr zum Motor 7 unterbindet.

Bei Erreichen des Drehmoments Ml steuert in diesem Ausführungsbeispiel die Begrenzungseinrichtung 15 den Umschalter wieder auf niedrigere Frequenz um.

In dem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß zur Erfassung des auftretenden maximalen Endanzugsdrehmoments das Moment direkt gemessen M/ird. Die Erfindung ist jedoch auch im Rahmen anderer, an sich bekannter Verfahren anwendbar, bei denen das Anzugsmoment gleichsam indirekt, z.B. durch Ablauf eines bestimmten Drehwinkels ab Anliegen des Schraubenkopfes, angezeigt durch Auftreten eines "mittleren" Drehmoments, bestimmt wird. Dieses Moment ist in Fig. 2 mit Ml, der vorgegebene Drehwinkel ist mit α 3 bezeichnet.

Wie aus der Beschreibung ersichtlich, arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteilhafter Weise mit an sich bekannten Teilen und Schaltungsbausteinen .

Claims

VO LK S WAG E N WE R K AKTIENGESELLSCHAFT . 3180 Wolfsburg K 3266/1702pt-hu-sa 03. Mai 1982 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Anziehen eines ein Gewinde tragenden Verbindungselements, insbesondere einer selbstschneidenden Schraube, mit einer Drehmoment-Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung des Endanzugsdrehmoments auf einen vorgegebenen Maximalwert, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungseinrichtung (15) eine Sensoreinrichtung (5) mit einem Sen-. sor für eine vom Vorschub (V) des Verbindungselements (3) abhängige Größe (α) zugeordnet ist, deren Ausgangssignale die Begrenzung des Drehmoments auf den Maximalwert (M5) nur während eines letzten Teils (α 2) des Vorschubwegs zulassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor den jeweiligen Abstand des Verbindungselements (3) von seiner endgültigen angezogenen Lage erfaßt und die Begrenzung des Drehmoments auf den Maximalwert (M5) erst bei Unterschreitung eines vorgegebenen Mindestwerts des Abstands zuläßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungseinrichtung (15) ein Weg- und ein Drehroomentsensor zugeordnet sind, von denen der Drehmomentsensor den Wegsensor beim erstmaligen Auftreten eines vorbestimmten Drehmomentwerts (M2), der kleiner als der Maximalwert (M5.) ist, einschaltet, während der Wegsensor ein Freigabesignal für die Drehmomentbegrenzung (15) auf den Maximalwert (M5) nach anschließendem Durchfahren eines Mindestvorschub^eges (al) abgibt.

Votsitzender Vorstand: Dr. tet pci. Can H. Hatin, Voisuender ■ Mors! Munzner, steüv. Vorsitzender · Osts Boigws'a · a-i i-i.-·.- e· sr·

des Aufsichtsrals: " Picf. D\ teci;n. Ernst f.a'a · Dr ju-r Peter Frerk · D'. |u(. Wollgsn j R Hebbel ■ Gunle· Hj'twiOi · Df. ret. ρο· v.er'%-· P ελ.~ο· r<ä-l Gusthl R_f;t;er SiIz der Gesellschaft: Wollsburg Amtsgericht WoUsburg HRB 215

-Z-

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Vorschub abhängige Größe der Drehu/inkel ( a ) oder die Umdrehungszahl ist.

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