DE102004021536A1

DE102004021536A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Schraubverbindungen

Info

Publication number: DE102004021536A1
Application number: DE102004021536A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schüle; Mike Voigt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-05-03
Filing date: 2004-05-03
Publication date: 2005-12-08
Also published as: WO2005108013A1; US20070095154A1; US8161613B2; JP2007535414A; EP1748869A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung mittels eines Abschaltschraubers (10), der bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmoments den Einschraubvorgang einer Verschraubung beendet. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass Daten, betreffend einen Arbeitsvorgang im Abschaltschrauber (10), ermittelt und an eine externe Überwachungseinheit (20) übermittelt werden. Außerdem wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Abschaltschrauber vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8.
Es ist bereits vorgeschlagen worden mittels elektrisch angetriebener und elektronisch kontrollierter Schrauber das erreichte Drehmoment zu messen, zu überwachen und zu dokumentieren. Die regelbaren Schrauber besitzen hierzu Mittel, insbesondere Drehmomentsensoren und/oder Drehwinkelsensoren, mittels der die Messwerte erfasst und einer Regelschaltung zugeführt werden. In Abhängigkeit der gemessenen Parameter wird der Schraubvorgang bei Erreichen der vorgegebenen Werte automatisch beendet. Weiterhin sind Abschaltschrauber bekannt, die durch eine mechanische Kupplung abgeschaltet werden.
Derartige Schrauber werden in der industriellen Fertigung in großem Umfang eingesetzt. Da in der Produktion häufig in vielen Fertigungsschritten mehrere Verschraubungen durchgeführt werden müssen, können Verschraubungen versehentlich ausgelassen werden. Eine Überwachung der korrekten Verschraubungen kann durch Zählen der ordnungsgemäßen Verschraubungen pro Schraubzyklus, z.B. pro Fertigungstakt oder pro Bauteil, erreicht werden, wozu jedoch die Schraubvorgänge erfasst werden müssen. Hierzu muss dementsprechend zwischen ordnungsgemäßen Verschraubungen und einer Leerverschraubung unterschieden werden, bei der der Bediener den Starthebel des Schraubers betätigt, ohne hierbei eine Schraube einzudrehen. Eine derartige Leerverschraubung kann beispielsweise zwischen zwei Eindrehvorgängen auftreten, wenn der Bediener die Funktionsfähigkeit des Schraubers testet oder versehentlich den Starthebel betätigt. Anderseits kann eine Leerverschraubung auftreten, wenn der Schraubvorgang vorzeitig abgebrochen wird.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung mittels eines Abschaltschraubers, der bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmoments einen Einschraubvorgang einer Verschraubung beendet.
Es wird vorgeschlagen, dass Daten betreffend einen Arbeitsvorgang im Abschaltschrauber ermittelt und an eine externe Überwachungseinheit übermittelt werden. Bevorzugt werden intern im Abschaltschrauber Betriebsdaten gewonnen und an die externe Überwachungseinheit übermittelt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise per Funkübertragung. Denkbar ist jedoch auch eine Übertragung über ein Kabel. Sind Daten außerhalb eines Toleranzbereichs, kann eine Fehlermeldung ausgegeben werden, insbesondere der Abschaltschrauber abgeschaltet werden.
Werden die Daten mittels einer Auswerteschaltung erfasst und/oder bewertet und an die Überwachungseinheit übermittelt, wobei die Überwachungseinheit die übermittelten Daten erfasst und anhand von vorgegebenen Grenzwerten auswertet und wird bei Nichterfüllung der Grenzwerte eine Fehlermeldung erzeugt, kann eine zuverlässige Qualitätskontrolle des Abschaltschraubers insbesondere in einem Produktionsprozess an einer Montagestraße erfolgen. Vorzugsweise besteht die Fehlermeldung im Sperren des Abschaltschraubers.
Bevorzugt werden Daten betreffend den Arbeitsvorgang, insbesondere betreffend die erfolgten ordnungsgemäßen und nicht erfolgten Verschraubungen, ermittelt und bei Vorliegen einer Anzahl von Verschraubungen außerhalb eines Toleranzbereichs der Abschaltschrauber gesperrt. Dies hat den Vorteil, dass durch das Sperren des Abschaltschraubers der Bediener in seiner Tätigkeit nicht fortfahren kann. Der Fehler im Schraubzyklus muss zuerst behoben werden. Dadurch wird eine verbesserte Qualitätskontrolle sowie ein Reduzierung von Ausschuss durch misslungene Verschraubungen erzielt. Vorzugsweise werden die Daten mittels einer Auswerteschaltung erfasst und an eine Überwachungseinheit, insbesondere eine entfernt vom Abschaltschrauber befindliche externe Überwachungseinheit, übermittelt. Vorzugsweise wird in der Auswerteschaltung erkannt und bewertet, ob eine Verschraubung erfolgreich durchgeführt wurde oder nicht. So leitet die Auswerteschaltung beispielsweise ein Signal „Verschraubung korrekt" oder „Verschraubung nicht in Ordnung" an die Überwachungseinheit. Die Überwachungseinheit erfasst die Daten und wertet diese anhand von vorgegebenen Grenzwerten aus. Liegen die Daten außerhalb des Toleranzbereichs, wird ein entsprechendes Signal an den Abschaltschrauber übermittelt.
Weiterhin können optional oder zusätzlich weitere, dem Fachmann sinnvoll erscheinende Daten, insbesondere Betriebsdaten des Abschaltschraubers, vom Abschaltschrauber an die Überwachungseinheit übermittelt werden, wie etwa, ob eine Verschraubung erfolgt ist, ob eine Verschraubung ordnungsgemäß oder nicht ordnungsgemäß war, und/oder die Uhrzeit und/oder ein Datum, wann eine Verschraubung vorgenommen wurde, und/oder eine Dauer des Verschraubungsvorgangs und/oder eine Dauer eines Gesamtzyklus, beispielsweise eine bestimmte Anzahl der Verschraubungen pro Schraubzyklus, und/oder Grenzwerte einer Stromaufnahme und/oder eines Spannungsabfalls bei der Verschraubung als Maß für die Güte der Verschraubung und/oder Informationen über ein Lösen oder ein Anziehen einer Schraube, d.h. über eine Betätigung von Rechts- oder Linkslauf des Abschaltschraubers. Vorteilhaft ist ferner, beim Entfernen des Abschaltschraubers aus einem Wirkungsbereich der externen Überwachungseinheit diesen abzuschalten und/oder zu sperren bzw. den Abschaltschrauber freizuschalten, wenn dieser in den Wirkungsbereich der Überwachungseinheit gebracht wird. Zweckmäßigerweise erfolgt eine Anmeldung des Abschaltschraubers bei der Überwachungseinheit in Form eines übermittelten Signals.
Durch die Erfassung der Daten in einer externen Überwachungseinheit, die beispielsweise mit einem Rechner gekoppelt ist, können die Daten online erfasst und ausgewertet werden. Durch Abgleich mit bestimmten Grenzwertkriterien wird beispielsweise die Güte der Verschraubungen überprüft, und bei Nichterfüllung der Grenzwertkriterien wird eine Korrektur der Verschraubungen erforderlich.
Über einen Drehmomentsensor im Abschaltschrauber können aktuelle Drehmomente erfasst und an die Auswerteschaltung übermittelt werden, wobei in der Auswerteschaltung anhand Erreichen eines Solldrehmoments festgestellt wird, ob eine ordnungsgemäße Verschraubung vorliegt. Ist bekannt, wie lange eine übliche Verschraubung dauert, kann die Zeitdauer für den Schraubvorgang als Kriterium für die Beurteilung dienen, ob eine Verschraubung gelungen oder nicht gelungen ist. Wird nach einer vorgegebenen Zeit keine Verschraubung festgestellt, d.h. schaltet der Abschaltschrauber nicht oder zu spät ab, kann eine fehlerhafte Verschraubung vorliegen. Schaltet der Abschaltschrauber dagegen zu früh ab, kann wiederum eine fehlerhafte Verschraubung vorliegen. Diese Daten werden vorzugsweise an die Überwachungseinheit übermittelt. Es können auch andere, sinnvoll erscheinende Messgrößen zur Erkennung einer fehlerhaften Verschraubung herangezogen werden.
Zweckmäßigerweise wird die Anzahl der Verschraubungen pro Schraubzyklus in der Auswerteschaltung erfasst. In einer günstigen Weiterbildung wird die Dauer der Verschraubung in der Auswerteschaltung erfasst. Optional oder zusätzlich kann die Stromaufnahme und der Spannungsabfall des Abschaltschraubers bei einer Verschraubung in der Auswerteschaltung erfasst werden. Besonders bevorzugt werden diese Daten nicht nur erfasst, sondern auch als korrekt oder fehlerhaft bewertet.
Vorzugsweise werden die ermittelten und bewerteten Daten der Auswerteschaltung mittels eines Senders an die externe Überwachungseinheit übermittelt. Ein Vorteil einer externen Überwachungseinheit besteht darin, dass mit einer einzigen Überwachungseinheit eine Mehrzahl von Abschaltschraubern, insbesondere akkubetriebenen Abschaltschraubern, überwacht werden kann, was beispielsweise in einer Produktionsstrasse vorteilhaft ist. Hierzu kann jeder der Mehr zahl der überwachten Abschaltschraubern über eine entsprechende Codierung zur eindeutigen Identifizierung verfügen, die der Überwachungseinheit bekannt ist. Denkbar ist jedoch auch, dass der Abschaltschrauber über ein Kabel mit der Überwachungseinheit verbunden ist und Daten zwischen Abschaltschrauber und Überwachungseinheit über das Kabel übermittelt werden. Gegebenenfalls kann auch eine Stromversorgung des Abschaltschraubers über das Kabel erfolgen.
Bevorzugt werden in der Überwachungseinheit Grenzwerte für die aus der Auswerteschaltung übermittelten Daten gespeichert, die mit den übermittelten Daten verglichen und ausgewertet werden. Bei Nichterfüllung der Grenzwertkriterien sendet die Überwachungseinheit ein Signal an den Abschaltschrauber aus, mit dem der Abschaltschrauber gesperrt wird.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens vorgeschlagen, bei der ein Abschaltschrauber mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, die über einen Sender mit einer externen Überwachungseinheit gekoppelt ist. Vorzugsweise weist der Abschaltschrauber einen Empfänger auf, mit dem über ein gesendetes Signal die Stromzufuhr des Abschaltschraubers unterbrochen wird.
Bevorzugt weist die Überwachungseinheit ein Sender-/Empfängersystem auf, mit dem die aus der Auswertschaltung übermittelten Daten empfangen werden und ein Sperrsignal an den Abschaltschrauber gesendet wird. Insbesondere kann das Sender-/Empfängersystem der Überwachungseinheit mit einem Sender-/Empfängersystem des Abschaltschraubers kommunizieren.
Vorteilhaft ist, wenn die Überwachungseinheit eine Auswerteeinheit aufweist, in die die aus der Auswerteschaltung übermittelten Daten gespeichert und mit Grenzwerten für die übermittelten Daten verglichen und ausgewertet werden. Bei Nichterfüllung der Grenzwertkriterien sendet die Auswerteeinheit ein Signal an den Abschaltschrauber aus, mit dem über eine Steuereinrichtung die Stromzufuhr im Abschaltschrauber unterbrochen wird. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit ein Rechner, der die Daten online verarbeitet.
Die Erfindung ist besonders für akkubetriebene Abschaltschrauber geeignet, besonders vorteilhaft für Industrieakkuschrauber.
Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Im folgenden zeigt
1 den schematischen Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der ein Abschaltschrauber 10 als akkubetriebener Abschaltschrauber ausgebildet ist. Der Abschaltschrauber 10 weist einen Drehmomentsensor 12 zur Erfas sung des Drehmomentes des Motors 14 auf. Des Weiteren besitzt der Abschaltschrauber 10 eine Steuereinrichtung 16, die den Motor 14 anschaltet oder abschaltet und einen Rechtslauf oder einen Linkslauf des Motors 14 veranlasst. Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung den Motor 14 in seiner Leistung und Drehzahl steuert.
Drehmomentsensor 12 und Steuereinrichtung 16 sind mit einer hier lediglich angedeuteten Auswerteschaltung 18 verbunden, insbesondere kann die Auswerteschaltung 18 im Abschaltschrauber 10 integriert sein. Die Auswerteschaltung 18 erkennt und entscheidet, ob eine Verschraubung ordnungsgemäß erfolgt ist oder nicht und liefert ein entsprechendes Signal an eine externe Überwachungseinheit 20. Gegebenenfalls kann die Auswerteschaltung 18 erkennen und entscheiden, ob andere Betriebsdaten des Abschaltschraubers 10 ordnungsgemäß sind oder nicht.
Das Drehmoment steigt mit dem Schraubfortschritt an, derart, dass in dem Moment, wo die Schraube mit ihrem Schraubkopf die zu verbindenden Teile berührt, das Drehmoment ansteigt. Das Drehmoment steigt bis zu einem Solldrehmoment an, zu dem der Abschaltschrauber 10 abschalten soll. Mittels der Auswerteschaltung 18 werden die aktuellen Daten „Verschraubung in Ordnung" und „Verschraubung nicht in Ordnung" erfasst und ausgewertet bzw. bewertet.
Arbeitet der Abschaltschrauber 10 im Leerlauf, ist dem Leerlauf ein bestimmtes Leerlaufdrehmoment, das kleiner als das Solldrehmoment ist, zugeordnet.
Liegt das Endmoment des Abschaltschraubers 10 unter dem Solldrehmoment erfolgt eine Leerverschraubung, die in der Auswerteschaltung 18 gezählt wird und als nicht ordnungsgemäß bewertet wird. Wird das Solldrehmoment erreicht, liegt eine ordnungsgemäße Verschraubung vor, die ebenfalls in der Auswerteschaltung 18 erfasst und als ordnungsgemäße Verschraubung bewertet wird.
Außerdem werden in der Auswerteschaltung 18 die Dauer der Verschraubung, sowie die Stromaufnahme und der Spannungsabfall während der Verschraubung erfasst.
Mittels eines Senders in der Auswerteschaltung 18 werden die ermittelten bzw. bewerteten Daten an eine externe Überwachungseinheit 20 übertragen. Die Überwachungseinheit 20 besitzt eine Auswerteeinheit 22 mit einem Sender-/Empfängersystem, mit dem die aus der Auswertschaltung 18 übermittelten Daten empfangen werden und gegebenenfalls ein Sperrsignal an den Abschaltschrauber 10 gesendet wird. Die Auswerteeinheit 22 ist beispielsweise ein Rechner, der die Daten online verarbeitet.
Die Auswerteeinheit 22 der Überwachungseinheit 20 speichert die aus der Auswerteschaltung 18 übermittelten Daten. Die übermittelten Daten werden mit Grenzwerten verglichen und ausgewertet, die in der Auswerteeinheit 22 gespeichert sind.
Bei Nichterfüllung der Grenzwertkriterien sendet die Auswerteeinheit 22 ein Signal an den Abschaltschrauber 10, mit dem über die Steuereinrichtung 16 die Stromzufuhr im Abschaltschrauber 10 unterbrochen wird.
Überschreitet z.B. die Anzahl der Leerverschraubungen einen bestimmten Grenzwert pro Schraubzyklus, wird der Abschaltschrauber 10 gesperrt. Werden die Grenzwerte von Stromaufnahme zu Spannungsabfall während der Verschraubung nicht erreicht, die ein Maß für die Güte der Verschraubung darstellen, wird der Abschaltschrauber 10 gesperrt und der Arbeitsvorgang unterbrochen. Der Bediener kann über die Steuereinrichtung 16 den Schraubvorgang fortsetzen, kann den Schraubzyklus jedoch nur erfolgreich durchführen, wenn die Fehler beseitigt sind. Wird die Fehlerquelle nicht beseitigt, wird der Abschaltschrauber 10 über die Überwachungseinheit 20 erneut gesperrt.
Ebenso kann der Abschaltschrauber 10 gesperrt werden, wenn dieser aus dem Wirkungsbereich der Überwachungseinheit 20 entfernt wird sowie freigeschaltet werden, wenn er in den Wirkungsbereich der Überwachungseinheit 20 gebracht wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung mittels eines Abschaltschraubers (10), der bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmoments den Einschraubvorgang einer Verschraubung beendet, dadurch gekennzeichnet, dass Daten betreffend einen Arbeitsvorgang im Abschaltschrauber (10) ermittelt und an eine externe Überwachungseinheit (20) übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten mittels einer Auswerteschaltung (18) erfasst und/oder bewertet und an die Überwachungseinheit (20) übermittelt werden, dass die Überwachungseinheit (20) die übermittelten Daten erfasst und anhand von vorgegebenen Grenzwerten auswertet und bei Nichterfüllung der Grenzwerte eine Fehlermeldung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Daten betreffend den Arbeitsvorgang ermittelt werden und bei Vorliegen einer Anzahl von nicht ordnungsgemäßen Arbeitsvorgängen außerhalb eines Toleranzbereichs der Abschaltschrauber (10) gesperrt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Drehmomentsensor (12) im Abschaltschrauber (10) ein aktuelles Drehmoment erfasst und an die Auswerteschaltung (18) übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteschaltung (18) anhand eines Erreichens eines Solldrehmoments festgestellt wird, ob eine ordnungsgemäße Verschraubung vorliegt.
Verfahren nach vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Verschraubungen pro Schraubzyklus in der Auswerteschaltung (18) erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Verschraubung in der Auswerteschaltung (18) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromaufnahme und/oder der Spannungsabfall einer Verschraubung in der Auswerteschaltung (18) erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Überwachungseinheit (20) Grenzwerte für die aus der Auswerteschaltung (18) übermittelten Daten gespeichert werden, die mit den übermittelten Daten verglichen und ausgewertet werden, und dass bei Nichterfüllung der Grenzwertkriterien die Überwachungseinheit (20) ein Signal an den Abschaltschrauber (10) aussendet, mit dem die Stromzufuhr im Abschaltschrauber (10) unterbrochen wird.
Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschaltschrauber (10) mit einer Auswerteschaltung (18) verbunden ist, die mit einer Überwachungseinheit (20) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschaltschrauber (10) eine Sender-/Empfängersystem aufweist, mit dem über ein gesendetes Signal eine Stromzufuhr des Abschaltschraubers (10) unterbrechbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (20) ein Sender-/Empfängersystem aufweist, mit dem die aus der Auswertschaltung (18) übermittelten Daten empfangen werden und ein Sperrsignal an den Abschaltschrauber (10) gesendet wird. 13, Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (20) eine Auswerteeinheit (22) aufweist, in die die aus der Auswerteschaltung (18) übermittelten Daten gespeichert und mit Grenzwerten für die übermittelten Daten verglichen und ausgewertet werden, und dass bei Nichterfüllung der Grenzwertkriterien die Auswerteeinheit ein Signal an den Abschaltschrauber (10) aussendet, mit dem über eine Steuereinrichtung (16) die Stromzufuhr im Abschaltschrauber (16) unterbrechbar ist.
Abschaltschrauber mit einer Sender-/Empfängereinheit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.