DE19728909B4

DE19728909B4 - Method and device for producing screw connections

Info

Publication number: DE19728909B4
Application number: DE19728909A
Authority: DE
Inventors: Nikolas WAGNER
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: DE19728909A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung, bei dem Schraubelemente mittels eines von einer Druckluftzuleitung (11, 2, 3) mit Druckluft versorgten Druckluftschrauber eingedreht werden und bei Erreichen des vorgegebenen Drehmoments der Einschraubvorgang beendet wird, wobei aus einem Meßwert (V ., p) der Druckluft in der Druckluftzuleitung (2, 3) festgestellt wird, ob ein ordnungsgemäßer Einschraubvorgang vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Fourieranalyse des zeitlichen Verhaltens des Meßwerts (p, V .) geschlossen wird, ob eine ordnungsgemäße Verschraubung vorliegt oder nicht.Method for producing a screw connection, in which screw elements are screwed in by means of a pneumatic screwdriver supplied with compressed air from a compressed air supply line (11, 2, 3) and when the predetermined torque is reached the screwing operation is terminated, the compressed air being measured (V, p) in the compressed air supply line (2, 3) is determined whether a proper screwing is present, characterized in that it is concluded from a Fourier analysis of the temporal behavior of the measured value (p, V.), Whether a proper screw is present or not.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Schraubverbindungen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 18.The invention relates to a method and a device for producing screw connections according to the preambles of claims 1 and 18, respectively.

Druckluftschrauber werden in der industriellen Fertigung, insbesondere in der Endmontage einer Automobilfertigung, in großem Umfang eingesetzt. Dem Druckluftschrauber wird dabei von einer Druckluftversorgung über eine Zuleitung Druckluft zugeführt. Bei den überwiegend verwendeten Abschaltschraubern wird, wenn ein an dem Schrauber abtriebsseitig gemessenes Drehmoment einen Sollwert erreicht, die Luftzufuhr unterbrochen, im allgemeinen über ein mechanisch betätigtes Abschaltventil. Derartige Abschaltschrauber zeichnen sich unter anderem durch ihr geringes Gewicht, geringe Geräuschentwicklung, Robustheit, Langlebigkeit und ihren niedrigen Anschaffungspreis aus.Pneumatic screwdrivers are used extensively in industrial production, in particular in the final assembly of an automobile production. The compressed air screwdriver is supplied from a compressed air supply via a supply line compressed air. In the case of the predominantly used shut-off screwdrivers, when a torque measured on the output side of the nutrunner reaches a desired value, the air supply is interrupted, generally via a mechanically actuated shut-off valve. Such shut-off wrenches are characterized among other things by their low weight, low noise, robustness, longevity and their low purchase price.

Dabei können mehrere Probleme auftreten. Da in der Produktion in vielen Fertigungsschritten mehrere Verschraubungen durchgeführt werden müssen, können Verschraubungen versehentlich ausgelassen werden. Dies kann grundsätzlich durch Zählen der ordnungsgemäßen Verschraubungen z. B. pro Fertigungstakt oder pro Bauteil erreicht werden, wozu jedoch die Schraubvorgänge erfaßt werden müssen. Hierzu muß dementsprechend zwischen einer ordnungsgemäßen und einer Leerverschraubung unterschieden werden, bei der der Bedienende den Starthebel des Schraubers betätigt, ohne hierbei eine Schraube einzudrehen. Eine solche Leerverschraubung kann beispielsweise zwischen zwei Eindrehvorgängen auftreten, wenn der Bedienende die Funktionsfähigkeit des Schraubers testet oder versehentlich den Starthebel betätigt.There may be several problems. Since several screw connections must be carried out in production in many production steps, screwed connections can be omitted accidentally. This can basically by counting the proper screw z. B. per production cycle or per component can be achieved, but for which the screwing must be detected. For this purpose, it must therefore be distinguished between a proper and a Leerverschraubung in which the operator actuates the start lever of the screwdriver without screwing a screw here. Such empty screwing, for example, between two driving operations occur when the operator tests the functionality of the screwdriver or accidentally actuates the start lever.

Auch kann durch eine erhöhte Reibung an der Antriebsseite, d. h. am Motor, das Abschaltmoment nicht erreicht werden.Also, by an increased friction on the drive side, d. H. on the engine, the shutdown torque can not be achieved.

Weiterhin können Druckschwankungen in der Druckluftversorgung auftreten. Der Schrauber wird anfangs bei einem bestimmten Nenndruck auf ein Anziehdrehmoment eingestellt. Steigt beim Betrieb der Versorgungsdruck an, hat dies keine Auswirkungen. Fällt er aber unter einen bestimmten Mindestdruck ab, so wird das Solldrehmoment nicht erreicht, und anstatt abzuschalten, wird der Schrauber abgewürgt und bleibt stehen. Tritt eine Leckage an der Versorgungsleitung auf, so fällt der Versorgungsdruck am Schrauber ab, so daß der Schrauber ebenfalls abgewürgt wird und stehenbleibt.Furthermore, pressure fluctuations in the compressed air supply can occur. The nutrunner is initially set to a tightening torque at a specified nominal pressure. If the supply pressure increases during operation, this has no effect. But if it falls below a certain minimum pressure, the target torque is not reached, and instead of switching off, the screwdriver is strangled and stops. If there is a leak on the supply line, the supply pressure drops on the screwdriver, so that the screwdriver is also strangled and stops.

Als eine Möglichkeit zu einer Überwachung derartiger Fehler kann das Drehmoment und der Drehwinkel des Schraubelements über Sensoren erfaßt und mittels einer Auswerteelektronik gesteuert werden, wodurch gleichzeitig eine Zählung der Schraubvorgänge ermöglicht wird, was aber auch zu höheren Anschaffungskosten und Problemen in Gewicht, Größe, Robustheit und Anfälligkeit des Schraubers führt. Weiterhin ist der Einsatz elektronisch angetriebener und elektrisch überwachter Schrauber möglich, was jedoch ebenfalls zu hohen Investitionen (ca. ein Faktor 5 bis 10 gegenüber Druckluftschraubern) und ähnlichen Problemen wie bei Druckluftschraubern mit Sensoren führt.As a way to monitor such errors, the torque and the angle of rotation of the screw can be detected via sensors and controlled by an evaluation, which simultaneously allows a count of the screwing, but also to higher acquisition costs and problems in weight, size, ruggedness and Vulnerability of the screwdriver leads. Furthermore, the use of electronically driven and electrically monitored screwdrivers is possible, which, however, also leads to high investments (about a factor of 5 to 10 compared to pneumatic screwdrivers) and similar problems as with pneumatic screwdrivers with sensors.

Die DE 196 06 381 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Schraubverbindungen, bei dem Schraubelemente mittels eines von einer Druckluftzuleitung mit Druckluft versorgten Druckluftschraubers eingedreht werden und bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmoments der Einschraubvorgang beendet wird. Dabei wird in der Druckluftzuleitung über einen entsprechenden Sensor der Durchfluß gemessen, und aus dem zeitlichen Verhalten des Durchflusses während des Einschraubvorgangs geschlossen, ob eine ordnungsgemäße Verschraubung vorliegt. Hierzu wird überprüft, ob das Durchflußsignal zunächst einen breiten und hohen ersten Peak aufweist, der dem Einschraubvorgang entspricht, und unmittelbar anschließend einen zweiten breiten, viel niedrigerer Peak aufweist, der dem Festziehen der Verschraubung entspricht. Diese Überprüfung wird dabei durch eine logische Schaltung vorgenommen.The DE 196 06 381 A1 describes a device and a method for producing screwed connections, in which screwing elements are screwed in by means of a compressed-air screwdriver supplied with compressed air from a compressed air supply line and the screwing-in operation is terminated when a predetermined torque is reached. In this case, the flow is measured in the compressed air supply line via a corresponding sensor, and closed from the temporal behavior of the flow during the screwing, whether a proper screw is present. For this purpose, it is checked whether the flow signal first has a broad and high first peak, which corresponds to the screwing, and immediately thereafter has a second wide, much lower peak, which corresponds to the tightening of the screw. This check is made by a logical circuit.

Aus der EP 0 309 829 A1 ist bereits ein Verfahren zur Überwachung der mechanischen Integrität einer Komponente, insbesondere eines Bauteils des Kühlsystems eines Leichtwasserreaktors bekannt. Dabei wird davon ausgegangen, dass mögliche Schäden an mechanischen Strukturen oder Komponenten sich durch Änderungen in deren Schwingungsverhalten bemerkbar machen. Insbesondere kommt es zu Frequenzänderungen aber auch zu Amplitudenänderungen. Als Beispiel für einen Defekt an einer Komponente wird das Versagen einer Verschraubung angeführt. Aus diesem Stand der Technik ist es dabei bekannt, einen Vergleich zwischen der bei unbeschädigter Komponente gemessenen Vergleichsfrequenz und der Betriebsfrequenz vorzunehmen.From the EP 0 309 829 A1 A method for monitoring the mechanical integrity of a component, in particular a component of the cooling system of a light water reactor is already known. It is assumed that possible damage to mechanical structures or components is noticeable through changes in their vibration behavior. In particular, it comes to frequency changes but also to amplitude changes. As an example of a defect in a component, the failure of a screw is cited. From this prior art, it is known to make a comparison between the measured at undamaged component comparison frequency and the operating frequency.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Schraubverbindungen zu schaffen, mit denen derartige Fehler auf einfache und kostengünstige Weise erkannt werden können, wobei bereits bekannte Druckluftschrauber weitgehend weiterverwendet werden können.The invention has for its object to provide a method and an apparatus for producing screw, with which such errors can be detected in a simple and cost-effective manner, with already known pneumatic screwdrivers can be widely used.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 18 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung.This object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 18. The subclaims describe preferred Further developments of the method and apparatus of the invention.

Erfindungsgemäß wird somit vorgesehen, eine Fourieranalyse des Meßsignals, insbesondere eines Meßwerts des Durchflusses nach Anspruch 2 oder des Drucks nach Anspruch 3, vorzunehmen und aufgrund dieser Fourieranalyse die Qualität der Verschraubung zu beurteilen. Dabei kann insbesondere nach Anspruch 5 eine Fourieranalyse einer abfallenden Kante des Meßsignal-Peaks vorgenommen werden, um aus einem möglichen Nachschwingen des Meßsignals des Massenstroms auf den Vorgang der Verschraubung selbst Rückschlüsse ziehen zu können.According to the invention it is thus provided to perform a Fourier analysis of the measurement signal, in particular a measured value of the flow according to claim 2 or the pressure according to claim 3, and to judge the quality of the screw connection on the basis of this Fourier analysis. In this case, in particular according to claim 5, a Fourier analysis of a falling edge of the Meßsignal peaks are made in order to draw conclusions from a possible ringing of the measuring signal of the mass flow on the process of screwing.

Dabei kann eine derartige Fourieranalyse, insbesondere der abfallenden Kante des Meßsignal-Peaks nach Anspruch 5, insbesondere für ein Verfahren nach Anspruch 8 verwendet werden, bei dem die Unterbrechung des Druckluftstroms zu dem Druckluftschrauber durch zwei verschiedene Ventile bewerkstelligt wird, ein Startventil, mit dem der Bedienende den Massenstrom öffnet oder unterbricht, und ein Abschaltventil, mit dem die Luftzufuhr bei Erreichen des Solldrehmoments automatisch unterbrochen wird, da in diesem Fall eine unterschiedliche Beendigung des Druckluftflusses durch die beiden Ventile im Fall einer ordnungsgemäßen Verschraubung, bei dem die Druckluftzufuhr abgeschaltet wird, und einer Leerverschraubung, bei dem der Bedienende die Druckluftzufuhr über das Startventil unterbricht, gegeben ist.In this case, such a Fourier analysis, in particular the falling edge of the Meßsignal-peak according to claim 5, in particular for a method according to claim 8 are used, in which the interruption of the compressed air flow to the pneumatic screwdriver is accomplished by two different valves, a start valve, with the Operator opens the mass flow or interrupts, and a shut-off valve, with the air supply is automatically interrupted upon reaching the target torque, since in this case a different termination of the flow of compressed air through the two valves in the case of a proper screwing, in which the compressed air supply is turned off, and an empty fitting, in which the operator interrupts the compressed air supply via the start valve is given.

Die Erfindung wird im folgenden an einer Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 den Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 the structure of an embodiment of a device according to the invention;

2 den Verlauf des Druckluftstroms in dem Schrauber in 1; 2 the course of the compressed air flow in the screwdriver in 1 ;

3a, b Meßwerte des Massenstroms V . in der Druckluftzuleitung in Abhängigkeit von der Zeit jeweils bei einer ordnungsgemäßen Verschraubung und einer Leerverschraubung; 3a , b Measured values of the mass flow V. in the compressed air supply line as a function of time, in each case with a proper screw connection and a blank screw connection;

4a, b eine Fourieranalyse der Diagramme aus 3a, b; 4a , b a Fourier analysis of the diagrams 3a , b;

5a, b Meßwerte des Drucks in der Druckluftzuleitung in Abhängigkeit von der Zeit jeweils bei einer ordnungsgemäßen Verschraubung und einer Leerverschraubung; 5a , b Measured values of the pressure in the compressed air supply line as a function of time, in each case with a proper screw connection and a blank screw connection;

6a, b eine Fourieranalyse der Diagramme aus 5a, b; 6a , b a Fourier analysis of the diagrams 5a , b;

7 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Massenstroms V . bei einer Verschraubung, bei der das Solldrehmoment nicht erreicht wird. 7 a diagram of the time course of the mass flow V. in a screw connection in which the target torque is not reached.

Die in 1 gezeigte Druckluftschraubvorrichtung weist eine Druckluftversorgung 6 auf, die über ein Leitungsstück 11, eine Versorgungsleitung 2 und einen Spiralschlauch 3, die zusammen eine Druckluftzuleitung bilden, mit einem Druckluftschrauber 4 verbunden ist. Dabei sind zwischen dem Leitungsstück 11 und der Versorgungsleitung 2 ein Druckbegrenzer 10 und zwischen der Versorgungsleitung 2 und dem Spiralschlauch 3 ein Drucksensor 8 und ein Durchflußsensor 9 angeordnet, deren Meßwerte als analoge oder digitale elektrische Signale an einer Auswerteeinheit 5 weitergeleitet werden. Der Durchfluß kann dabei beispielsweise als Druckdifferenzmessung oder durch eine Heißfilmmessung bestimmt werden.In the 1 shown Druckluftschraubvorrichtung has a compressed air supply 6 on that over a pipe section 11 , a supply line 2 and a spiral hose 3 , which together form a compressed air supply line, with a pneumatic screwdriver 4 connected is. Here are between the line piece 11 and the supply line 2 a pressure limiter 10 and between the supply line 2 and the spiral hose 3 a pressure sensor 8th and a flow sensor 9 arranged, the measured values as analog or digital electrical signals to an evaluation 5 to get redirected. The flow can be determined, for example, as a pressure difference measurement or by a hot film measurement.

Im Druckluftweg 14 im Druckluftschrauber 4 sind gemäß 2 ein Startventil 13 und ein Abschaltventil 12 hintereinandergeschaltet. Bei Betätigung des Druckluftschraubers öffnet der Bedienende das Startventil 13, so daß ein Druckluftstrom im Druckluftweg 14 durch das geöffnete Startventil 13 und das im Ruhezustand geöffnete Abschaltventil 12 ermöglicht wird.In the compressed air path 14 in the pneumatic screwdriver 4 are according to 2 a start valve 13 and a shut-off valve 12 connected in series. When the compressed air screwdriver is actuated, the operator opens the start valve 13 , so that a compressed air flow in the compressed air path 14 through the opened start valve 13 and the shut-off valve opened at rest 12 is possible.

Dabei zeigt sich bei einem Zeitpunkt t1 ein Anstieg des gemessenen Massenstromes V . in 3 bzw. ein Abfall des Drucks p in 5. Zu dem Zeitpunkt t2 ist dann der jeweilige stationäre Wert bei geöffnetem Startventil und offenem Abschaltventil während der Verschraubung erreicht. Wird aufgrund höheren Widerstands der Schraube das Abschaltmoment erreicht, schließt das Abschaltventil 12, so daß in den Diagrammen 3b und 5b die Werte des Massenstroms V . und des Drucks p wieder auf die Ausgangswerte zurückgehen. Bei den 3a und 5a gehen die Meßwerte wieder auf die Ausgangswerte zurück, wenn der Bedienende das Startventil losläßt.In this case, an increase of the measured mass flow V is evident at a time t1. in 3 or a drop in the pressure p in 5 , At the time t2, the respective stationary value is then reached with the start valve open and the shut-off valve open during the screw connection. If the switch-off torque is reached due to the higher resistance of the screw, the shut-off valve closes 12 so that in the diagrams 3b and 5b the values of the mass flow V. and the pressure p back to the initial values. Both 3a and 5a the measured values return to the initial values when the operator releases the starting valve.

Die 2a und 4a zeigen jeweils den Massenstrom V . und den Druck p einer Leerverschraubung, bei der keine Schraube in ein Gewinde eingedreht wurde, wohingegen die Kurven 2b und 4b jeweils ordnungsgemäße Verschraubungen zeigen. Aus dem Abstand der Zeitpunkte t2 und t3 alleine kann dabei jeweils nicht zwischen einer Leerverschraubung und einer ordnungsgemäßen Verschraubung unterschieden werden. Zwar ergibt sich die Einschraubzeit grundsätzlich aus dem Quotienten der Gewindezahl und der Drehzahl der Abtriebswelle des Schraubers, bei den jeweiligen Einschraubvorgängen können sich jedoch aufgrund unterschiedlicher Bedienung des Startventils 13 und unterschiedlicher Reibung der Schraube im Gewinde unterschiedliche Werte ergeben. Die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t3 und t2 bzw. die Zeitdifferenz zwischen den jeweiligen Halbwertsbreiten der ansteigenden und der abfallenden Flanke kann weiterhin auch bei einer Leerverschraubung in etwa den gleichen Betrag einnehmen wie bei einer ordnungsgemäßen Verschraubung, wenn der Bedienende das Startventil in einem entsprechenden Zeitraum losläßt. Dementsprechend können eine ordnungsgemäße Verschraubung der 3b und 5b nicht von Leerverschraubungen der Kurven 3a und 5a alleine aufgrund des Flächenintegrals oder der Zeitdifferenz t3 und t2 bzw. t3 und t1 unterschieden werden.The 2a and 4a each show the mass flow V. and the pressure p of an empty fitting, in which no screw was screwed into a thread, whereas the curves 2 B and 4b each show proper screwing. From the distance of the times t2 and t3 alone can not be distinguished between a blank and a proper fitting in each case. Although the screwing time basically results from the quotient of the number of threads and the speed of the output shaft of the screwdriver, in the respective Einschraubvorgängen may, however, due different operation of the starting valve 13 and different friction of the screw in the thread give different values. The time difference between the times t3 and t2 or the time difference between the respective half-widths of the rising and the falling edge can continue to occupy about the same amount as in a proper screw even with a Leerverschraubung when the operator releases the start valve in a corresponding period , Accordingly, a proper screwing the 3b and 5b not of empty screwing the curves 3a and 5a can be distinguished solely on the basis of the area integral or the time difference t3 and t2 or t3 and t1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Meßkurven des Massestroms V . bzw. des Drucks p einer Fourier-Analyse zu unterziehen. Hierfür kann vorteilhafterweise eine Fast-Fourier-Transformation gewählt werden, die eine Frequenzanalyse der Meßkurve zuverlässig und schnell zur Verfügung stellt. Die Fouriertransformationen der Meßkurven der 3 und 5 sind jeweils in den 4 und 6 wiedergegeben. Dabei ist bei einer Leerverschraubung in den 4a und 6a keine Nachschwingung in dem gezeigten Frequenzdiagramm zu erkennen, wohingegen bei einer ordnungsgemäßen, d. h. harten Verschraubung eine deutliche Erhöhung zwischen 8 und 13 Hertz bei einem Maximum von etwa 10 Hertz zu erkennen ist.According to the invention, the curves of the mass flow V. or the pressure p to undergo a Fourier analysis. For this purpose, a fast Fourier transformation can advantageously be selected, which provides a frequency analysis of the measurement curve reliably and quickly. The Fourier transforms of the traces of 3 and 5 are each in the 4 and 6 played. It is in a Leerverschraubung in the 4a and 6a no reverberation can be seen in the frequency diagram shown, whereas in a proper, ie hard screwing a significant increase between 8 and 13 hertz at a maximum of about 10 hertz can be seen.

Die Erfindung geht dabei von der überraschenden Erkenntnis aus, daß sich bei einer ordnungsgemäßen Verschraubung ein Nachschwingen in der Meßkurve, in den gezeigten Diagrammen bei etwa 10 Hertz, feststellen läßt, wohingegen eine derartige Nachschwingung bei einer Leerverschraubung fehlt. Dementsprechend tritt eine Nachschwingung offensichtlich nur auf, wenn der Luftstrom im Druckluftweg 14 im Schrauber 4 zunächst durch das Abschaltventil 12 und anschließend durch das Startventil 13 unterbrochen wird, nicht jedoch bei einer Unterbrechung lediglich durch das Startventil 13. Die Schwingung kann dabei eventuell dadurch erklärt werden, daß der Reststrom, der bei gesperrtem Abschaltventil 12 verbleibt, durch Loslassen des Startventils 13 unterbrochen wird. Eine Unterbrechung dieses Reststroms durch das Startventil 13 bewirkt dabei eine Schwingung der Luftsäule, die durch den Spiralschlauch 3, den Durchflußsensor 9, den Drucksensor 8 und die Versorgungsleitung 2 zwischen dem Druckbegrenzer 10 und dem Schrauber 4 gebildet wird. Die Tatsache, daß diese Schwingung nur bei Unterbrechung des Reststroms des Abstandsventils 12 durch das Startventil 13 gebildet wird, kann durch das Modell einer Resonanzanregung in der Luftsäule erklärt werden. Bei der Schwingung der Luftsäule wirkt der Spiralschlauch 3 als Dämpfung. Das Schwingungssystem kann dabei durch das Ersatzmodell eines Feder-Masse-Dämpfers angenommen werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß sich die Druckluft nach dem Abschalten des Startventils in einem abgeschlossenem Volumen befindet, das eine Luftsäule bildet. Durch plötzliches Schließen der Druckleitung durch das Startventil des Schraubers wird ein Druckanstieg hervorgerufen. Der gesamte Luftstrom des Druckluftnetzes wird zunächst dafür verwendet, um die Leitung aufzuladen. Dies bedeutet, daß sich durch den Zustrom der Luft der Druck in einem eingeschlossenen Volumen erhöht. Die Druckluft verhält sich demnach wie ein Kontinum, in dem Wellenbewegungen mit Reflektionen und Überlagerungen des Druckes und des Luftstromes stattfinden. Weiterhin entstehen im Leitungssystem Dichteänderungen der Druckluft. Die Änderungen des Drucks und des Durchflusses können dabei in dem Drucksensor 8 und dem Durchflußsensor 9 gemessen werden.The invention is based on the surprising finding that in a proper screw ringing in the trace, in the diagrams shown at about 10 hertz, can be determined, whereas such reverberation is missing at a Leerverschraubung. Accordingly, a reverberation apparently only occurs when the air flow in the compressed air path 14 in the screwdriver 4 first through the shut-off valve 12 and then through the start valve 13 is interrupted, but not in an interruption only by the start valve 13 , The oscillation can possibly be explained by the fact that the residual current, which is blocked shut-off valve 12 remains by releasing the start valve 13 is interrupted. An interruption of this residual current through the start valve 13 causes a vibration of the air column through the spiral tube 3 , the flow sensor 9 , the pressure sensor 8th and the supply line 2 between the pressure limiter 10 and the screwdriver 4 is formed. The fact that this vibration only when interrupting the residual flow of the spacer valve 12 through the start valve 13 can be explained by the model of resonance excitation in the air column. When the oscillation of the air column, the spiral tube acts 3 as damping. The vibration system can be assumed by the replacement model of a spring-mass damper. It is assumed that the compressed air is after switching off the start valve in a closed volume, which forms an air column. The sudden closing of the pressure line through the start valve of the screwdriver causes a pressure increase. The entire air flow of the compressed air network is initially used to charge the line. This means that the influx of air increases the pressure in a trapped volume. Accordingly, the compressed air behaves like a contingent in which wave movements with reflections and superimpositions of the pressure and the air flow take place. Furthermore, density changes of the compressed air occur in the line system. The changes of the pressure and the flow can in the pressure sensor 8th and the flow sensor 9 be measured.

Auf der Grundlage der Idealen Gasgleichung kann die Frequenz der Schwingung dabei ermittelt werden, wenn eine Schwingung des Gases mit adiabatischer Kompression angenommen wird, bei der der Schlauch dämpfend wirkt.Based on the ideal gas equation, the frequency of the vibration can be determined by assuming a vibration of the gas with adiabatic compression at which the tube acts to damp.

Es ergibt sich dabei eine gute Übereinstimmung der gemessenen Frequenz und der berechneten Frequenz.This results in a good match of the measured frequency and the calculated frequency.

Somit kann durch eine einfache Fourieranalyse festgestellt werden, ob eine Leerverschraubung oder eine ordnungsgemäße Verschraubung vorliegt, bei der der Luftstrom zunächst durch das Abschaltventil und anschließend durch das Startventil unterbrochen wird.Thus, it can be determined by a simple Fourier analysis, whether a Leerverschraubung or a proper screw is present, in which the air flow is first interrupted by the shut-off valve and then by the start valve.

Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Aufbau der Druckluftschraubvorrichtung überprüft werden, ob der Schrauber nicht das gewünschte Abschaltmoment erreicht. In diesem Fall zeigt sich in den Meßwerten z. B. des Massenstroms V . ein Verhalten, wie es in der 7 gezeigt ist. Nach dem üblichen Anstieg der Meßkurve fällt diese nicht in einer scharfen Kante auf den Ruhewert zurück, sondern es zeigt sich über eine gewisse Zeitdauer ein höherer Meßwert, der als Schulter in der Meßkurve ersichtlich ist. Die Kurve fällt anschließend ab, wenn der Schrauber vom Bedienenden abgeschaltet wird. Auch hier ist keine Nachschwingung einer abfallenden Kurve zu sehen. Dieser Fall kann jedoch darüber hinaus von dem in den 3b und 5b gezeigten Fall einer Leerverschraubung aufgrund seines typischen Verhaltens unterschieden werden. Dabei kann zwischen den beiden Zuständen, daß der Schrauber z. B. aufgrund eines Gewindefehlers oder erhöhter Reibung auf seiner Antriebsseite das gewünschte Drehmoment nicht erreicht, und einem Fehler aufgrund eines zu geringen Drucks in der Zuführungsleitung, z. B. einer Leckage der Zuführung, unterschieden werden, indem der im Drucksensor 8 gemessene Druck p mit einem Sollwert verglichen wird.Furthermore, it can be checked with the inventive design of Druckluftschraubvorrichtung, whether the screwdriver does not reach the desired Abschaltmoment. In this case, z. B. the mass flow V. a behavior like that in the 7 is shown. After the usual rise of the trace, this does not fall back to the resting value in a sharp edge, but it shows over a certain period of time, a higher measured value, which is visible as a shoulder in the trace. The curve then drops off when the driver is switched off by the operator. Again, no reverberation of a sloping curve can be seen. However, this case may be moreover from that in the 3b and 5b shown case of a Leerverschraubung due to its typical behavior can be distinguished. It can be between the two states that the screwdriver z. B. due to a thread error or increased friction on its drive side, the desired torque is not reached, and an error due to low pressure in the supply line, for. As a leakage of the supply, can be distinguished by the pressure sensor in the 8th measured pressure p is compared with a setpoint.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei auch bei bereits verwendeten Schraubvorrichtungen angewandt werden, ohne daß es eines größeren Nachrüstaufwandes bedarf. Dabei muß insbesondere der Druckluftschrauber 4 selbst nicht mit weiteren Sensoren versehen werden, die eine komplizierte Weiterführung des Meßsignals vom Schrauber zu einer Auswerteeinheit erforderlich machen würden und somit in der Regel eine Neuanschaffung des Druckluftschraubers 4 selbst notwendig machen würden. Es müssen lediglich der Druck und der Durchfluß in der Druckluftzuleitung von der Druckluftversorgung 6 zum Druckluftschrauber 4 gemessen werden. Dabei kann der Durchfluß gemäß 3 durch eine Heißfilamentmessung oder als Druckdifferenz über eine Drosselstelle gemessen werden. Alternativ dazu kann der Durchfluß auch gemäß 5 als Druck nach einem langen geraden Rohr gemessen werden, da der Durchfluß sich aus einem solchen Idealfall, in dem der Druck nach einem langen geraden Rohr abfällt, berechnen läßt. Somit kann der Durchflußsensor 9 weggelassen werden.The method according to the invention can also be applied to already used screwing devices, without the need for a major retrofit effort. In particular, the pneumatic screwdriver must 4 even be provided with additional sensors that would require a complicated continuation of the measurement signal from the screwdriver to an evaluation and thus usually a new purchase of the compressed air screwdriver 4 necessary. It only need the pressure and flow in the compressed air supply from the compressed air supply 6 to the pneumatic screwdriver 4 be measured. In this case, the flow according to 3 be measured by a Heißfilamentmessung or as a pressure difference across a throttle point. Alternatively, the flow can also according to 5 be measured as a pressure after a long straight pipe, since the flow can be calculated from such an ideal case in which the pressure drops after a long straight pipe. Thus, the flow sensor 9 be omitted.

Die Auswertung der Meßwerte, d. h. die Fourieranalyse und die Bewertung dieser Fouriertransformation geschieht dabei in der Auswerteeinheit 5. Sie kann durch ein Vergleich mit vorgegebenen Werten z. B. einem Frequenzband zwischen 8 und 15 Hertz, oder einem aus einen theoretischen Modell des Schraubers genommenen Wert vorgenommen werden. Da diese Werte jedoch von Schrauber zu Schrauber variieren können, ist eine Auswertung mittels eines neuronalen Netzwerks sinnvoll, bei dem automatisch ein Frequenzband um einen gemessenen Peak herum mit anderen Frequenzbereichen verglichen wird, oder bei dem der Absolutwert des Integrals des Meßpeaks innerhalb eines gewissen Frequenzbereichs mit einem Referenzwert verglichen wird. Die Auswertung kann somit auf vorteilhafte Weise durch ein neuronales Netzwerk erfolgen, bei dem jeweils ein optimales Intervall des Fourierspektrums untersucht werden. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die Schwingungsfrequenz grundsätzlich von den spezifischen Eigenschaften jedes Schraubers bzw. Schraubensystems abhängig sein kann, so daß von Schraubvorrichtung zu Schraubvorrichtung unterschiedliche Frequenzwerte auftreten können. Ein entsprechend programmiertes neuronales Netzwerk kann sich diesen Besonderheiten jedes Systems anpassen und auch Änderungen jedes Systems mit der Zeit, z. B. aufgrund von Verschleiß oder einem Altem des Schlauchmaterials und damit einhergehend veränderter Dämpfung, berücksichtigt werden. Das neuronale Netzwerk kann weiterhin auch zur Klassifikation der aufgenommenen Meßsignale verwendet werden, indem aus den aufgenommenen Meßwerten verschiedene Zustände der Verschraubung und des Schraubersystems ermittelt werden.The evaluation of the measured values, ie the Fourier analysis and the evaluation of this Fourier transformation, takes place in the evaluation unit 5 , It can be compared with given values z. B. a frequency band between 8 and 15 Hertz, or a value taken from a theoretical model of the screwdriver value can be made. However, since these values can vary from screwdriver to screwdriver, evaluation by means of a neural network makes sense in which automatically a frequency band around a measured peak is compared with other frequency ranges, or in which the absolute value of the integral of the measured peak within a certain frequency range a reference value is compared. The evaluation can thus be carried out in an advantageous manner by a neural network in which an optimal interval of the Fourier spectrum is examined in each case. In this way, the fact is taken into account that the oscillation frequency can basically be dependent on the specific properties of each screwdriver or screw system, so that different frequency values can occur from screwdriver to screwdriver. An appropriately programmed neural network can adapt to these peculiarities of each system and also changes of each system over time, e.g. B. due to wear or an old of the tubing and concomitantly changed damping, are taken into account. The neural network can also be used to classify the recorded measurement signals by determining different states of the screw connection and of the screwdriver system from the recorded measured values.

Die fehlerhafte Verschraubung kann dabei an einer Anzeigevorrichtung 7 angezeigt werden.The faulty screwing can thereby on a display device 7 are displayed.

Dabei kann insbesondere auch die Anzahl der ordnungsgemäßen Verschraubungen z. B. pro Fertigungstakt oder pro Kraftfahrzeug gezählt werden und ein entsprechendes Fehlersignal bei Auslassen einer Verschraubung ausgegeben werden.In particular, the number of proper screw z. B. are counted per production cycle or per vehicle and a corresponding error signal output when omitting a screw connection.

Claims

Method for producing a screw connection, in which screw elements are connected by means of a compressed air supply line ( 11 . 2 . 3 ) are screwed with compressed air supplied compressed air screwdriver and when the predetermined torque of the screwing is terminated, wherein from a measured value (V., p) of the compressed air in the compressed air supply line ( 2 . 3 ) is determined whether a proper screwing is present, characterized in that it is concluded from a Fourier analysis of the temporal behavior of the measured value (p, V.) Whether a proper screw is present or not.

Method according to claim 1, characterized in that in the compressed air supply line ( 2 . 3 ) the flow (V.) is measured.

Method according to claim 1, characterized in that in the compressed air supply line ( 2 . 3 ) the pressure (p) is measured.

A method according to claim 3, characterized in that the pressure (p) is measured after a long tube and then inferred on the flow.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a Fourier analysis of a falling edge of the measuring signal peak is carried out.

Method according to Claim 5, characterized in that a value of the Fourier analysis in the range between 8 and 15 hertz, preferably 9 to 11 hertz, is recorded and compared with other signals or predetermined values.

A method according to claim 5, characterized in that a neural network is used in which an automatic adjustment of a frequency value to be examined takes place.

Method according to claim 7, characterized in that from the measured values by the neural network states of the screw and / or screwdriver system are determined.

Method according to one of Claims 5 to 8, characterized in that the compressed-air supply is controlled by means of two valves connected in series, a start valve to be actuated by the operator ( 13 ) and a shut-off valve ( 12 ), which interrupts the air supply when a desired target torque is reached.

Method according to claim 9, characterized in that the starting valve ( 13 ) upstream of the shut-off valve ( 12 ) is arranged.

Method according to Claim 10, characterized in that when the air flow is switched off by the shut-off valve ( 12 ) remains a residual current, the closing of the start valve ( 13 ) is interrupted.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that it is concluded upon detection of a longer high measured value after reaching a maximum height, in particular when measuring the flow rate (V) according to claim 2, after reaching a maximum value, that a turn-off torque is not reached has been.

A method according to claim 12, characterized in that when a too low pressure (p) is detected in the compressed air supply line, a corresponding error indication occurs.

Method according to one of Claims 1 to 13, characterized in that a time difference between an increase in the measured value in the compressed air supply line and a drop in the measured value in the compressed air supply line is compared with a quotient of the number of threads and the speed of the pneumatic screwdriver.

Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that a corresponding warning signal is output when a faulty screw connection is present.

A method for producing a plurality of screw connections using a method according to one of claims 1 to 15, characterized in that the number of proper screw connections per production cycle or per screwed component, preferably motor vehicle component, is counted and compared with a predetermined numerical value.

Method according to Claim 16, characterized in that, when the predetermined value is undershot, an error signal is output and / or the production line is stopped.

Device for carrying out a method according to one of Claims 1 to 17, characterized in that a measuring sensor ( 8th . 9 ) in the compressed air supply line ( 2 . 3 ) between the compressed air supply ( 6 ) and the pneumatic screwdriver ( 4 ) is provided.

Apparatus according to claim 18, characterized in that a pressure limiter in the compressed air supply line between a line piece ( 11 ) and a supply line ( 2 ) is provided.

Apparatus according to claim 18 or 19, characterized in that between the pneumatic screwdriver ( 4 ) and the supply line ( 2 ) a variable-length connection part, preferably a spiral tube, is provided.

Device according to one of Claims 1 to 20, characterized by a display device ( 7 ) to indicate a faulty screwing.