DD237631A1

DD237631A1 - Steuereinrichtung fuer drehwinkelgesteuerte schrauber

Info

Publication number: DD237631A1
Application number: DD27670685A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joerg Mai; Bernd Salzmann
Original assignee: Smab Forsch Entw Rat
Priority date: 1985-05-28
Filing date: 1985-05-28
Publication date: 1986-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung fuer drehwinkelgesteuerte Schrauber, die sich durch eine aufeinanderfolgende Drehmoment- und Drehwinkelerfassung durch eine Messwertgeberanordnung mit einer komplexen elektronischen Auswerteeinrichtung auszeichnet. Das Ziel der Erfindung, den mechanischen und elektronischen Aufwand bei der technischen Realisierung des drehwinkelorientierten Schraubverfahrens zu vermindern wird dadurch erreicht, dass durch eine optoelektronische Abtasteinrichtung von gegeneinander verdrehbaren Radialgitterscheiben ein drehmomentproportionales Signal ueber einen Stromfrequenzwandler und Zaehler einem Digitalkomparator zur Auswertung zugefuehrt und bei Soll-Istwertuebereinstimmung auf Drehwinkelauswertung umgeschaltet wird, wonach in analoger Weise ein drehwinkelproportionales Signal ausgewertet und bei Soll-Istwertuebereinstimmung ein Abschaltsignal fuer den Schrauberantrieb ausgeloest wird. Durch die erfindungsgemaesse Steuereinrichtung wird der messtechnische Aufwand zur Realisierung des drehwinkelorientierten Schraubenanzugsverfahrens wesentlich verringert, wodurch eine groessere Anwendungsbreite dieses Verfahrens ermoeglicht wird.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für drehwinkelgesteuerte Schrauber zur Realisierung des drehwinkelorientierten Schraubenanzugsverfahrens bei hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Schrauberantrieben.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind elektromechanische Einrichtungen und Einrichtungen mit elektronischen Anordnungen, die ein Festziehen der Schraube in Abhängigkeit vom Drehwinkel gewährleisten und damit das bekannte drehwinkelorientierte Schraubenanzugsverfahren technisch realisieren.

Gegenüber dem vorwiegend noch zur Anwendung kommenden Schraubverfahren, welches von dem toleranzbehafteten Schraubenanzugsdrehmoment als Meßgröße für ein Festziehen der Schraube ausgeht, gewährleistet das drehwinkelorientierte Schraubenanzugsverfahren eine Einengung der Toleranzgrenzen bei besserer Reproduzierbarkeit der Vorspannkraft der Schraubverbindung besonders auch bei automatischen Prozeßabläufen.

Das drehwinkelorientierte Schraubverfahren wird im wesentlichen durch eine aufeinanderfolgende Drehmoment- und Drehwinkelauswertung gekennzeichnet, wobei das Anziehen der Schraube bis zu einem bestimmten typischen Drehmoment,

z. B. beim Auftreten der Kopfreibung, erfolgt, woran sich ein weiteres Anziehen um einen vorgegebenen Drehwinkel anschließt, womit der Festziehvorgang beendet ist.

Für die Erfassung der Meßgrößen Drehmoment und Drehwinkel kommen funktionell getrennte, unterschiedlich wirkende Geberanordnungen zur Anwendung. Entsprechende Einrichtungen werden beispielsweise in der DE PS 2558251, DE OS 2751 885, DE PS 3049200, DE OS 3205090, DE OS 3210889 beschrieben.

So werden zur Drehmomenterfassung vorwiegend piezoelektrische- oder Dehnungsmeßstreifengeben verwendet, während die Drehwinkelmessung beispielsweise durch eine inkrementale, optoelektronisch wirkende Geberanordnung erfolgt.

Diese physikalisch unterschiedlich wirkenden, auch räumlich und funktionell getrennt angeordneten Meßwertgeber und der erforderliche nicht unerhebliche meß- und auswertetechnische Aufwand komplizieren die mechanische und elektronische Anordnung, was auch dazu beiträgt, daß das ökonomisch vorteilhafte drehwinkelorientierte Schraubenanzugsverfahren bisher nicht in der Industrie im notwendigen Umfang angewendet wurde.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den mechanischen und elektronischen Aufwand bei der technischen Realisierung des drehwinkelorientierten Schraubverfahrens zu vermindern, was zur größeren Verbreitung des Verfahrens in der Industrie beitragen soll, wobei durch die Verbesserung von Prozeßparametern Qualitätserhöhungen und Materialeinsparungen bei maschinellen Schraubarbeiten erzielt werden sollen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung zu entwickeln, die mittels einer optoelektronischen Abtasteinrichtung sowohl die Drehmoment- als auch die Drehwinkelerfassung von belastungsabhängig gegeneinander verdrehbaren Radialgitterscheiben und über eine komplexe Schaltung die Auswertung der erfaßten Signale zur Auslösung des Abschaltsignals für den Schrauberantrieb realisiert:

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die erforderliche aufeinanderfolgende Drehmoment- und Drehwinkelmessung von einer Meßgeberanordnung realisiert wird, indem durch eine optoelektronische Abtasteinrichtung von den gegeneinander verdrehbaren Radialgitterscheiben ein drehmomentproportionales Signal über einen Stromfrequenzwandler und Zähler einem Digitalkomparator zugeführt wird, der mit der Drehmomentsollwerteingabe verbunden ist und bei Soll-Istwertübereinstimmung auf Drehwinkelauswertung umschaltet, wonach von der gleichen Abtasteinrichtung das drehwinkelproportionale Signal über einen weiteren Zähler vom gleichen Digitalkomparator ausgewertet wird, der mit der Drehwinkelsollwerteingabe verbunden ist und bei Soll-Istwertübereinstimmung ein Abschaltsignal für den Schrauberantrieb auslöst.

Die Radialgitterscheiben werden in der ersten Einschraubphase zur optoelektronischen Messung des drehmomentproportionalen Überdeckungsgrades zur Gewinnung des Drehmomentsignales und in der sich anschließenden zweiten drehwinkelgesteuerten Einschraubphase zur Ermittlung des Drehwinkels durch optoelektronische Zählung der Radialgitterinkrementein gleicher Anordnung verwendet. Dabei wird ein pulslängenmoduliertes Signal mit

drehmomentproportional em Tastverhältnis einem Strom-Frequenz-Wandler zugeführt, wobei eine Integration des während der Tastzeiten des Eingangssignals wirksamen Konstantstromes mittels Kondensatoraufladung erfolgt. Bei Erreichen des Schwellwertes der im Strom-Frequenz-Wandler integrierten Triggerschaltung wird der Kondensator entladen, ein Zählimpuls ausgelöst und einem Tor zugeführt dessen Öffnungszeit von einem Zeitgeber bestimmt wird. Nach Ablauf der Öffnungszeit wird der im Zähler gespeicherte aktuelle Ist-Wert des Schraubenanzugsmomentes im Digitalkomparator mit einem eingegebenen Soll-Wert verglichen und bei Übereinstimmung erfolgt durch den Digitalkomparator die Umschaltung auf Drehwinkelmessung. Die weiteren von der optoelektronischen Abtasteinrichtung abgegebenen Impulse werden von einem zweiten Zähler als Istwert des Drehwinkels erfaßt und dem Digitalkomparatorzugeführt, der den Ist-Wert des Drehwinkels mit dem vorgegebenen Sollwert vergleicht. Bei Übereinstimmung von Soll- und Ist-Wert des Drehwinkels wird ein Abschaltsignal für den Schrauberantrieb ausgelöst.

Mit dieser erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird durch Verwendung nur eines Meßwertgebers für die nacheinander erfolgende Drehmoment-und Drehwinkelauswertung der meßtechnische Aufwand zur Realisierung desdrehwinkelorientierten Schraubenanzugsverfahrens wesentlich verringert, wodurch eine größere Anwendungsbreite dieses Verfahrens ermöglicht wird.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt:

Fig. 1 —das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung

Gemäß Fig. 1 besteht die Steuereinrichtung aus der optoelektronischen Abtasteinrichtung 1, dem Strom-Frequenz- Wandler 2, dem Zeitgeber 5 mit den Torschaltungen 3,6, dem Zähler 11 für den Ist-Wert des Schraubenanzugsmomentes, dem Zähler 11 für den Ist-Wert des Drehwinkels, dem Drehzahltester 7, der Sollwerteingabe 9 für das Schraubenanzugsmoment, der Sollwerteingabe 10 für den Drehwinkel, einem Digitalkomparator 8 mit 2 Toren E₁ und E₂. Der Funktionsablauf der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung kann folgendermaßen beschrieben werden: Eine nicht dargestellte torsionserzeugende Einrichtung in Form einer drehelastischen Kupplung oder einer Torsionswelle verdreht beim Schraubvorgang zwei Radialgitterscheiben gegeneinander, deren drehmomentproportionaler Überdeckungsgrad von der optoelektronischen Abtasteinrichtung 1 nach bekanntem Prinzip aufgenommen und als pulslängenmoduliertes Signal mit drehmomentproportionalem Tastverhältnis dem Strom-Frequenz-Wandler 2 zugeführt wird, wobei eine Integration des während der Tastzeiten des Eingangssignals wirksamen Konstantstromes mittels Kondensatoraufladung erfolgt. Bei Erreichen des Schwellwertes der im Strom-Frequenz-Wandler 2 integrierten Triggerschaltung wird der Kondensator geladen, ein Zählimpuls ausgelöst und dem Tor 3 zugeführt, dessen Öffnungszeit vom Zeitgeber 5 bestimmt wird. Die das Tor 3 während der Öffnungszeit durchlaufenden Pulsfolgen werden dem Zähler 4, der jeweils zu Beginn jedes Meßvorganges zurückgestellt wird, zugeführt.

Nach Ablauf der Öffnungszeit wird der im Zähler 4 gespeicherte aktuelle Ist-Wert des Schraubenanzugsmomentes im Digitalkomparator 8 mit dem eingegebenen Soll-Wert verglichen, wenn eine programmierbare Mindestdrehzahl der Radialgitterscheiben während des Meßvorganges nicht unterschritten wurde. Die dazu erforderliche Drehzahlmessung erfolgt durch Zählung der von der optoelektronischen Abtasteinrichtung 1 abgegebenen pulslängenmodulierten Impulse während der ebenfalls vom Zeitgeber 5 vorgegebenen Öffnungszeit der Mindestdrehzahl die weitere Signalverarbeitung (Soll-Istwert-Vergleich des Digitalkomparators) sperrt und somit Fehlmessungen verhindert. Das bei Erreichen des Soll-Wertes des Schraubenanzugsmomentes vom Digitalkomparator 8 abgegebene Signal veranlaßt die Umschaltung der Meßeinrichtung von Schraubenanzugsmomentmessung auf Drehwinkelmessung. Der mit Beginn der Drehwinkelmessung aktive Zähler 11 erfaßt dann die weiteren von der optoelektronischen Abtasteinrichtung 1 abgegebenen Impulse als Ist-Wert des Drehwinkels. Nach jeder Änderung des Zählerstandes des Zählers 11 erfolgt der Vergleich des Ist-Wertes des Drehwinkels mit dem vorgegebenen Soll-Wert im Digitalkomparator 8. Bei Übereinstimmung von Soll- und Ist-Wert des Drehwinkels wird ein Abschaltsignal für den Schrauberantrieb ausgegeben. Der Drehzahltester 7 ist während der Drehwinkelmessung unwirksam.

Claims

Patentanspruch:

Steuereinrichtung für drehwinkelgesteuerte Schrauber, die mittels einer optoelektronischen Abtasteinrichtung sowohl die Drehmoment- als auch die Drehwinkelerfassung von belastungsabhängig gegeneinander verdrehbaren Radialgitterscheiben und über eine komplexe Schaltung die Auswertung der erfaßten Signale zur Auslösung des Abschaltsignals für den Schrauberantrieb realisiert, dadurch gekennzeichnet, daß von der optoelektronischen Abtasteinrichtung sowohl das drehmomentproportionale als auch das drehwindelproportionale Signal über Zähler einem Digitalkomparator zugeführt werden.