DE102007048187A1

DE102007048187A1 - Verfahren zur Herstellung einer Schraubverbindung

Info

Publication number: DE102007048187A1
Application number: DE200710048187
Authority: DE
Inventors: Andreas Ermisch
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: DE102007048187B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubverbindung, bei dem (a) eine Schraube durch Aufbringen eines Drehmomentes zur Herstellung einer Schraubverbindung gedreht wird, (b) während des Schraubvorganges der Drehwinkel der Schraube sowie das an der Schraube wirkende Drehmoment erfasst und gespeichert werden, so dass ein Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie erzeugbar ist und (c) die Schraube so weit gedreht wird, dass ein Fügepunkt der Kennlinie überschritten wird, ab dem das Drehmoment der Schraube linear mit dem Drehwinkel ansteigt. Dabei ist vorgesehen, dass nach dem Überschreiten des Fügepunktes (alphaF, MF) der Kennlinie (K1) aus den gespeicherten Werten für den Drehwinkel (alpha) und das Drehmoment (M) der Fügepunkt (alphaF, MF) als derjenige Punkt der Kennlinie (K1) bestimmt wird, an dem - vom linearen Bereich der Kennlinie (K1) her gesehen - der lineare Zusammenhang zwischen Drehmoment (M) und Drehwinkel (alpha) endet, und dass die Schraube (3) nach der Bestimmung des Fügepunktes (alphaF, MF) die Schraube (3) um einen Winkel (alphaW - (alphaS - alphaF)) weitergedreht wird oder das an der Schraube (3) wirkende Drehmoment um einen Betrag (MW - (MS - MF)) erhöht wird, der eine Funktion des Winkelwertes (alphaF) bzw. des Drehmomentes (MF) am Fügepunkt (alphaF, MF) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubverbindung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Beim Herstellen einer Schraubverbindung, insbesondere zur Herstellung einer Verbindung zwischen mindestens einem ersten und einem zweiten Bauteil mittels einer Schraube, wird eine Schraube durch Aufbringen eines Drehmomentes zur Herstellung der Schraubverbindung (zwischen den mindestens zwei Bauteilen) gedreht, wobei während des Schraubvorganges kontinuierlich oder zu bestimmten, vorgegebenen Zeitpunkten jeweils der Drehwinkel der Schraube sowie das an der Schraube wirkende Drehmoment erfasst und gespeichert werden und wobei die Schraube so weit angezogen wird, dass das so genannte Fügemoment überschritten wird, ab dem das an der Schraube wirkende Drehmoment eine lineare Funktion des Drehwinkels ist und linear mit dem Drehwinkel ansteigt.
Beim Drehen einer Schraube zur Herstellung einer Schraubverbindung, z. B. durch Eindrehen der Schraube in ein zugeordnetes Gegengewinde (einer Mutter), wirkt an der Schraube zunächst nur ein vergleichweise kleines Drehmoment, nämlich das so genannte Einschraubmoment, mit dem die Reibung zwischen dem Schraubengewinde und dem zugeordneten Gegengewinde überwunden werden muss. Kommt beim Drehen der Schraube schließlich der Schraubenkopf zur Auflage mit einem Bauteil der zu schaffenden Schraubverbindung, so führt dies zu einem deutlichen Anstieg des an der Schraube wirkenden Drehmomentes in Abhängigkeit vom Drehwinkel. D. h., das für eine weitere Drehung bzw. ein weiteres Anziehen der Schraube aufzubringende Drehmoment wird deutlich größer als das Einschraubmoment, welches bis zum Erreichen der Kopfauflage relevant ist. Nach Erreichen der Kopfauflage ist die Abhängigkeit des an der Schraube wirkenden Drehmomentes von dem Drehwinkel zunächst noch nicht linear, da Setzvorgänge an den an der Schraubverbindung beteiligten Bauteilen auftreten. Wenn diese Setzvorgänge abgeschlossen sind, wird das so genannte Fügemoment erreicht, ab dem das an der Schraube wirkende Drehmoment eine lineare Funktion des Drehwinkels bildet, und zwar linear mit diesem ansteigt.
In dem linearen Bereich einer Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie besteht auch eine einfache Beziehung zwischen der von der Schraube auf die Bauteile der Schraubverbindung ausgeübten Klemmkraft und dem Drehmoment bzw. Drehwinkel. Insbesondere kann in diesem Bereich der Kennlinie die Klemmkraft ebenfalls eine lineare Funktion des Drehwinkels sein und linear mit diesem ansteigen. Der von der Schraube aufgebrachten Klemmkraft, die die Tendenz hat, die zu verbindenden Bauteile zusammenzupressen (und dabei auch die einzelnen Bauteile jeweils zusammenzudrücken), entspricht dabei eine entgegengesetzt wirkende Zugkraft, die die Tendenz hat, die Schraube zu dehnen.
Wegen der auf die Schraube wirkenden Zugkraft wird im linearen Bereich der Schraubkennlinie, also nach Abschluss vorheriger Setzvorgänge an der Schraubverbindung beteiligter Bauteile und nach Überschreiten des so genannten Fügemomentes, die Schraube gedehnt, wobei zunächst eine elastische Schraubendehnung auftritt, die mit einer (im Wesentlichen) linearen Abhängigkeit der Klemmkraft vom Drehwinkel und somit mit einer direkten Beziehung zwischen Klemmkraft und Drehmoment verknüpft ist. Der lineare Bereich einer Kennlinie wird auch als elastischer Bereich der Schraube bezeichnet.
Bei Erreichen einer bestimmten Zugbelastung der Schraube, die als Streckgrenze bezeichnet wird, beginnt eine plastische Deformation des Schraubenwerkstoffs, so dass das an der Schraube wirkende Drehmoment und die Klemmkraft nicht mehr linear vom Drehwinkel abhängen und mit einer im Vergleich zum linearen Bereich bzw. elastischen Bereich geringeren Rate ansteigen. D. h., die Kennlinie ist hier, bezogen auf den linearen Bereich, vergleichsweise flach. Am Ende des plastischen Bereiches sind die auf die Schraube wirkenden Zugbelastungen so groß, dass letztere schließlich bricht.
Von Bedeutung für die Qualität einer Schraubverbindung ist vor allem die Klemmkraft, mit der die zu verbindenden Bauteile durch die Schraube zusammengedrückt bzw. gegeneinander gepresst werden. Die Klemmkraft muss groß genug sein, um die Last, für die eine bestimmte Verbindung ausgelegt ist, aufnehmen zu können. Ferner soll sich die Verbindung nicht unbeabsichtigt lösen, wenn sie äußeren Kräften ausgesetzt ist.
Wirken auf eine Schraubverbindung neben Querkräften (bezogen auf die Achse der Aschraubverbindung) auch Axialkräfte, so wird das Konzept der Klemmkraft auf die Betrachtung der verallgemeinerten Vorspannkraft erweitert, die die mit den Axialkräften verbundene Entlastung an der Trennfuge der Schraubverbindung berücksichtigt. Nachfolgend wird stets von Klemmkräften gesprochen werden, da die Frage der konkreten Belastung der Schraubverbindung für das Prinzip des zu beschreibenden Verfahrens nicht von Bedeutung ist; hierbei soll es sich jedoch um eine verallgemeinerte Klemmkraft handeln, in der – bei entsprechender Belastung der herzustellenden Schraubverbindung – auch die Effekte entlastender Axialkräfte berücksichtigt werden können.
Bisher gibt es jedoch keine einfachen, auch für die Serienproduktion geeigneten Möglichkeiten, die an einer Schraubverbindung wirkende Klemmkraft während der Herstellung der Schraubverbindung zu messen. Daher wird die Klemmkraft üblicherweise aus dem an der Schraube wirkenden Drehmoment (Anzugsmoment) geschätzt. (Die Klemmkraft ist als Funktion des Drehwinkels sowie der Gewindesteigung der Schraube beschreibbar.) Insbesondere im linearen Bereich einer Kennlinie besteht ein vergleichsweise einfacher Zusammenhang zwischen der Klemmkraft und dem Drehmoment, da beide Größen linear vom Drehwinkel der Schraube abhängen.
Allerdings ist zu beachten, dass sich jener Zusammenhang für eine zuverlässige Ermittlung der Klemmkraft nur dann einfach nutzen lässt, wenn das so genannte Fügepunkt bekannt ist, ab dem die Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie linear verläuft, ab dem also das Drehmoment der Schraube (und auch die Klemmkraft) eine lineare Funktion des Drehwinkels ist.
Nun hat sich allerdings eine hinreichend genaue Bestimmung des Fügemomentes, ab dem die besagte Kennlinie linear verläuft, in Abhängigkeit vom Drehwinkel in der Praxis als schwierig erwiesen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Kennlinie in der Umgebung des Fügepunktes bzw. Fügemomentes in der Regel recht steil ist und deshalb schon geringe Winkeländerungen zu vergleichsweise großen Änderungen des an der Schraube wirkenden Drehmomentes führen.
In der Praxis wird daher bei der Herstellung einer Schraubverbindung auf die Bestimmung des Fügemomentes verzichtet und die Schraube wird zunächst soweit angezogen, dass das Fügemoment in jedem Fall überschritten wird, also ein Bereich der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie erreicht ist, in dem das an der Schraube wirkende Drehmoment größer als das Fügemoment ist und jenes Drehmoment (und auch die Klemmkraft) linear vom Drehwinkel abhängt. Ab diesem, hier als Schaltmoment bezeichneten Moment wird dann die Schraube entweder bis zum Erreichen eines vorgegebenen Anziehmomentes (drehmomentgesteuert) oder eines vorgegebenen Festziehwinkels (drehwinkelgesteuert) weiter angezogen. Das Anziehmoment bzw. der Festziehwinkel werden dabei so gewählt, dass nach den bestehenden Erfahrungen an diesem Punkt mit einer bestimmten, für die betreffende Schraubverbindung geeigneten Klemmkraft gerechnet werden kann.
Je nach dem, ob das Festziehen der Schraube drehmomentgesteuert, also bis zum Erreichen eines vorgegebenen Anziehmomentes, oder drehwinkelgesteuert, also bis zu einem definierten Festziehwinkel, erfolgt, kann die jeweils andere dieser beiden Größen für eine Überprüfung der Qualität der Schraubverbindung herangezogen werden.
Wird etwa die Schraube ab dem Schaltmoment noch bis zu einem vordefinierten Anziehmoment weiter angezogen und wird dabei ab dem Erreichen des Schaltmomentes eine Drehwinkelzählung gestartet, die bis zum Erreichen des Anziehmomentes fortgesetzt wird, so lässt sich eine Plausibilitätskontrolle dahingehend durchführen, ob der zwischen dem Erreichen des Schaltmomentes und dem Erreichen des Anziehmomentes überstrichene Drehwinkel der Schraube bekannten Erfahrungswerten entspricht. Sollte dies nicht der Fall sein, so wäre dies ein Hinweis darauf, dass das Anziehmoment nicht durch ordnungsgemäßes Eindrehen der Schraube in ein Gegengewinde, sondern vielmehr aufgrund anderer Effekte, wie z. B. einer schräg sitzenden Schraube oder Schäden am Gewinde, erreicht worden ist.
Erfolgt das Eindrehen der Schraube demgegenüber drehwinkelgesteuert bis zum Erreichen eines vordefinierten Festziehwinkels, so kann anhand des an dieser Stelle wirkenden Drehmomentes eine Plausibilitätskontrolle dahingehend durchgeführt werden, ob der erreichte Festziehwinkel mit dem in diesem Winkelbereich üblicherweise wirkenden Drehmoment an der Schraube einhergeht. Sollte dies nicht der Fall sein, so wäre dies ein Hinweis auf Fehler in der Schraubverbindung.
Bekannte Schraubverfahren sind z. B. in dem Taschenbuch Schraubtechnik der Atlas Copco Tools Central Europe GmbH, Bestellnummer 9833 8648 04 beschrieben.
Da bei den vorstehend beschriebenen Verfahren auf die Bestimmung des Fügemomentes verzichtet wird, ab dem ein linearer Zusammenhang zwischen Drehmoment bzw. Klemmkraft einerseits und Drehwinkel andererseits beginnt, lässt sich bei Herstellung einer Schraubverbindung nach diesen Verfahren nicht präzise angeben, welcher Anteil des erreichten Drehmomentes (Anziehmoment) tatsächlich in eine an der Schraubverbindung wirkende Klemmkraft umgesetzt worden ist. Denn hierbei handelt es sich wesentlich um diejenigen Anteile des Anziehmomentes, die nach dem Erreichen des Fügemomentes (und damit dem Abschluss vorheriger Setvorgänge) aufgebracht werden.
Aus diesem Grund wird bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit der zu erreichenden Klemmkraft eine Schraube regelmäßig so weit angezogen, bis der vergleichsweise flache plastische Bereich der Kennlinie erreicht ist.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein neues Verfahren zur Herstellung einer Schraubverbindung anzugeben, bei dem mit möglichst einfachen Mitteln eine vorgebbare Klemmkraft erreichbar sein soll.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer Schraubverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach wird das Fügemoment rückwirkend bei Erreichen des bereits im linearen Kennlinienbereich der Schraube liegenden Schaltmomentes aus den gespeicherten Werten für Drehmoment und Drehwinkel ermittelt, indem – ausgehend von jenem Schaltmoment – anhand der gespeicherten Werte für Drehmoment und Drehwinkel, und zwar für sukzessive absteigende Werte von Drehmoment und Drehwinkel, derjenige Punkt ermittelt wird, an dem der lineare Zusammenhang zwischen Drehwinkel und Drehmoment endet. Hierbei handelt es sich um den gesuchten Fügepunkt bzw. das entsprechende Fügemoment.
Demnach wird der Fügepunkt hier erst bestimmt, nachdem die Schraube bereits soweit angezogen worden ist, dass sich die Schraubverbindung im linearen Bereich der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie befindet. Es liegt dann also bereits eine Anzahl gespeicherter Drehwinkel und zugeordneter Drehmomente in einem Bereich vor, in dem das Drehmoment linear mit dem Drehwinkel ansteigt (linearer Kennlinienbereich). Diese lineare Beziehung zwischen Drehmoment und Drehwinkel wird auf der Grundlage der während des Schraubprozesses gespeicherten Werte für Drehmoment und Drehwinkel solange zurückverfolgt, bis der lineare Zusammenhang nicht mehr gilt. Dies lässt sich z. B. einfach dadurch realisieren, dass für benachbarte Paare von Drehwinkel und zugehörigem Drehmoment jeweils die Steigung der linearen Kennlinie berechnet wird, also die Differenz nacheinander erfasster Werte des Drehmomentes durch die Differenz der entsprechenden Drehwinkelwerte dividiert wird. Diese Steigung ist im linearen Bereich der Kennlinie konstant.
Ausgehend von einem im linearen Kennlinienbereich liegenden Schaltmoment als Ausgangspunkt einer Prüfung, bei der die gemessene Kennlinie und deren gespeicherte Kennlinienpunkte (Drehwinkel, Drehmoment) rückwärts, hin zu kleineren Werten für Drehwinkel und Drehmoment durchlaufen werden, ist der Fügepunkt als derjenige Punkt erkennbar, an dem die besagte Steigung nicht mehr konstant ist. Die Schraube wird dann (drehwinkelgesteuert) um einen vorgebbaren Winkel bezogen auf den Drehwinkel am Fügepunkt (Fügewinkel) weitergedreht bzw. das an der Schraube wirkende Moment wird durch Drehen der Schraube (drehmomentgesteuert) um einen bestimmten Betrag bezogen auf das Drehmoment am Fügepunkt (Fügemoment) erhöht, um den Schraubvorgang abzuschließen.
Hierdurch lässt sich erreichen, dass beim Festlegen eines zu erreichenden Anziehmomentes bzw. eines zu erreichenden Festziehwinkels der Schraubverbindung die entsprechende Größe auf das Fügemoment bzw. den zugehörigen Fügewinkel bezogen werden kann, womit insbesondere festlegbar ist, wie stark (drehmomentgesteuert) bzw. wie weit (drehwinkelgesteuert) die Schraube nach dem Erreichen des Fügemomentes bzw. Fügewinkels noch angezogen werden soll.
Dies ermöglicht wiederum ein präziseres Erreichen einer vorgegebenen Klemmkraft der Schraubverbindung bezogen auf die am Fügepunkt wirkende Klemmkraft, da ja ab dem Fügepunkt der bekannte lineare Zusammenhang zwischen Klemmkraft und Drehwinkel und somit auch ein entsprechend einfacher Zusammenhang zwischen Klemmkraft und Drehmoment gilt. Es lässt sich daher vergleichsweise genau bestimmen, welcher Zunahme der Klemmkraft ein bestimmtes Weiterdrehen der Schraube ab dem Fügepunkt (drehmomentgesteuert oder drehwinkelgesteuert) entspricht.
Konkret kann etwa die Vorgabe bestehen, dass eine Schraube nach dem Erreichen des Fügepunktes noch um ein bestimmtes Moment oder um einen bestimmten Drehwinkel angezogen werden soll. Bei diesem Anziehmoment bzw. Festziehwinkel handelt es sich dann nicht um absolute Größen, bezogen auf den Wert Null, sondern vielmehr um relative Größen bezogen auf das Drehmoment bzw. den Drehwinkel am Fügepunkt, also bezogen auf das Fügemoment bzw. den Fügewinkel. Jene relativen Größen werden nachfolgend auch als relatives Anziehmoment (welches z. B. auf das Fügemoment bezogen ist) und als relativer Festziehwinkel (welcher beispielsweise auf den Fügewinkel bezogen ist) bezeichnet.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass sich die Schraube nach Bestimmung des Fügepunktes in einer Schraublage befindet, die dem jenseits des Fügepunktes im linearen Kennlinienbereich liegenden Schaltpunkt entspricht. Die Schraube darf also nicht mehr so stark bzw. so weit angezogen werden, als ob sie sich erst am Fügepunkt befände, sondern es muss vielmehr berücksichtigt werden, dass dieser Punkt bereits überschritten ist und die Schraube bereits ein Drehmoment und einen Drehwinkel erreicht hat, das bzw. der größer als das Fügemoment bzw. Fügewinkel ist. Die Schraube wird daher (drehmomentgesteuert) nur noch so stark weiter angezogen, wie es der Differenz zwischen dem angestrebten relativen Anziehmoment einerseits und dem Abstand des Schaltmomentes vom Fügemoment andererseits entspricht, bzw. in solchem Umfang weitergedreht, wie es der Differenz zwischen dem angestrebten relativen Festziehwinkel einerseits und dem Abstand des Schaltwinkels vom Fügewinkel andererseits entspricht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen:
1a eine schematische Darstellung zweier durch eine Schraubverbindung miteinander zu verbindender Bauteile sowie einer zugehörigen Befestigungsschraube mit Mutter;
1b die Anordnung aus 1a beim Erreichen der Kopfauflage der Befestigungsschraube;
1c die Anordnung aus 1a nach Erreichen des Fügepunktes;
2 eine Drehmoment-Drehwinkel- sowie eine Klemmkraft-Drehwinkel-Kennlinie des Schraubfalles aus den 1a bis 1c beim Anziehen der Schraube;
3 eine Drehmoment-Drehwinkel- sowie eine Klemmkraft-Drehwinkel-Kennlinie des Schraubfalles aus den 1a bis 1c beim Lösen der Schraubverbindung.
1a zeigt schematisch zwei Bauteile 1, 2, die mittels einer Befestigungsschraube 3 miteinander zu verbinden sind. Die beiden Bauteile 1, 2 liegen mit einander zugewandten inneren Oberflächen 11, 21 aneinander an und weisen in dem zur Herstellung der Schraubverbindung vorbereiteten Zustand miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen 10, 20 auf, die vom Schaft 30 der Schraube 3 durchgriffen werden.
Die Schraube 3 durchgreift die miteinander fluchtenden Durchgangsöffnungen 10, 20 der beiden Bauteile 1, 2 mit ihrem Schaft 30 derart, dass eine dem zweiten Bauteil 2 abgewandte äußere Oberfläche 12 eines ersten der beiden Bauteile einem Kopf 32 der Schraube 3 zugewandt ist und dass ein freier Endabschnitt des Schaftes 30 der Schraube 3 von der dem ersten Bauteil 1 abgewandten äußeren Oberfläche 22 des zweiten Bauteiles 2 absteht. Auf jenen freien Endabschnitt des Schraubenschaftes 30 ist eine mit einem Innengewinde 40 als Gegengewinde zum Gewinde des Schraubenschaftes 30 versehene Mutter 4 aufgedreht.
Zur Herstellung einer Schraubverbindung zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 mittels der Schraube 3 und der Mutter 4 wird auf die Befestigungsschraube 3 ein Drehmoment aufgebracht, und zwar entweder in der Weise, dass die zugeordnete Mutter 4 festgehalten und die Schraube 3 gedreht wird, oder umgekehrt in der Weise, dass die Schraube 3 festgehalten und die Mutter 4 gedreht wird. Weiterhin kann auch so vorgegangen werden, dass die Befestigungsschraube 3 und die Mutter 4 gleichzeitig gegeneinander verdreht werden.
Das Aufbringen eines Drehmomentes zur Herbeiführung einer Drehbewegung der Schraube 3 bezüglich der Mutter 4 erfolgt hier unter Verwendung eines mittels eines Steuergerätes 100 (elektrisch bzw. elektronisch) gesteuerten Werkzeugs 150 (in Form eines elektrischen Schraubendrehers). In dem Steuergerät 100 (in Form einer Steuerelektronik) werden während eines Schraubvorganges jeweils die aktuellen Werte des Drehwinkels sowie des aufgebrachten Drehmomentes erfasst und gespeichert.
Nachfolgend wird unter dem bei einem jeweiligen Schraubfall bzw. Schraubvorgang an der Befestigungsschraube 3 wirkenden Drehmoment stets dasjenige Drehmoment verstanden, dass aufzubringen ist, um die Befestigungsschraube 3 bei festgehaltener Mutter 4 weiter in die Mutter 4 einzudrehen, unabhängig davon, ob im konkreten Einzelfall die Befestigungsschraube 3 oder die Mutter 4 oder beide Komponenten 3, 4 gedreht werden. D. h., unter dem an der Befestigungsschraube 3 wirkenden Drehmoment wird nachfolgend stets dasjenige Drehmoment verstanden (Fiktion), das an der Befestigungsschraube 3 aufzubringen wäre, um diese weiter in die feststehende Mutter 4 einzudrehen. Dies soll auch dann gelten, wenn tatsächlich die Mutter 4 gedreht und die Schraube 3 festgehalten wird. In diesem Fall ist ja an der Befestigungsschraube 3 ein entsprechend großes Gegenmoment aufzubringen, um ein Mitdrehen der Schraube 3 beim Drehen der Mutter 4 zu verhindern, also die Befestigungsschraube 3 festzuhalten.
Entscheidend ist also dasjenige Drehmoment, das für ein Verdrehen von Schraube 3 und Mutter 4 relativ zueinander aufzubringen ist. Dieses Drehmoment M ist in 2 als Kurve einer Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie K1 in Abhängigkeit vom Drehwinkel α der Schraube 3 dargestellt.
Unter dem Drehwinkel α der Schraube 3 wird dabei derjenige Winkel verstanden, um den die Schraube 3 relativ zu der Mutter 4 verdreht wird, unabhängig davon, ob tatsächlich die Schraube 3 gedreht und die Mutter 4 festgehalten wird oder umgekehrt.
Zum Aufbringen eines Drehmomentes mittels eines geeigneten Werkzeugs 150 sind am Kopf 32 der Schraube 3 oder an der Mutter 4 entsprechende Betätigungsbereiche, z. B. in Form eines Außen- oder Innenmehrkantes vorgesehen, an dem ein Werkzeug 150 zum Einleiten eines Drehmomentes in die Schraube 3 bzw. in die Mutter 4 angreifen kann.
Am Beginn eines jeweiligen Schraubfalles bzw. Schraubvorganges wirken beim Eindrehen der Schraube 3 in die Mutter 4 (worunter hier nicht nur das Drehen der Schraube 3 bei festgehaltener Mutter 4, sondern auch der umgekehrte Vorgang verstanden wird) zunächst vergleichsweise kleine Drehmomente an der Schraube 3, die als so genannte Einschraubmomente bezeichnet werden. Hiermit ist im Wesentlichen die Reibung zu überwinden, die beim Eindrehen der Schraube 3 in die Mutter 4 zwischen dem Außengewinde des Schraubenschaftes 30 und dem Innengewinde 40 der Mutter 4 wirkt.
Kommt es während des Schraubvorganges zur so genannten ersten Kopfauflage, vergl. 1b, weil die Schraube 3 soweit in die Mutter 4 eingedreht worden ist, dass der Abstand zwischen Schraubenkopf 32 und Mutter 4 entlang des Schraubenschaftes 30 der Summe der Ausdehnung (also der Dicken) der beiden zu verbindenden Bauteile 1, 2 entlang des Schraubenschaftes 30 entspricht, so steigt das an der Schraube 3 für ein weiteres Eindrehen in die Mutter 4 wirkende Drehmoment M als Funktion des Drehwinkels α stark an, und zwar zunächst nicht linear, wie anhand des ersten Teiles der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie K1 aus 2 erkennbar.
In der zuletzt beschriebenen Phase eines Schraubvorganges kommt es an den miteinander zu verbindenden Bauteilen 1, 2 sowie der Schraube 3 und Mutter 4 zu Setz- und Einebnungsvorgängen. Diese sind abgeschlossen mit Erreichen des so genannten Fügepunktes (α_F, M_F), vergl. 1c, also einem Fügewinkel α_F, an dem an der Schraube 3 das so genannte Fügemoment M_F wirkt. Ab diesem Punkt besteht eine lineare Abhängigkeit des Drehmomentes M vom Drehwinkel α; das Drehmoment M steigt linear mit dem Drehwinkel α_F an, vergleiche die Kurve K1 in 2.
In dem linearen Bereich der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie K1 nimmt auch die Klemmkraft F, mit der die beiden Bauteile 1, 2 unter der Wirkung der Schraube 3 und Mutter 4 gegeneinander gedrückt bzw. gepresst werden, linear mit dem Drehwinkel α zu, vergleiche die gestrichelte Kurve K2 in 2, welche die Abhängigkeit der Klemmkraft F vom Drehwinkel α zeigt. Hierbei wirkt auf die Schraube 3 eine den Klemmkräften F entlang des Schraubenschaftes 30 entgegen gerichtete Zugkraft Z, welche die Tendenz hat, die Schraube 3 bzw. deren Schaft 30 zu dehnen, also zu längen. Diese Dehnung ist über den Bereich, in dem eine elastische Deformation, also eine elastische Dehnung des Schraubenschaftes 30 als Funktion der Zugkraft Z (und somit der Klemmkraft F) erfolgt, proportional zur Zugbelastung Z und somit zur Klemmkraft F. Dies entspricht dem linearen Anstieg der Klemmkraft F als Funktion des Drehwinkels α in dem so genannten elastischen Bereich der Schraube 3, also in der Phase eines Schraubvorganges, in der die Schraube 3 beim Einziehen in die Mutter 4 elastisch gedehnt wird. (Hierbei ist zu berücksichtigen, dass ab dem Fügepunkt ein weiteres Eindrehen der Schraube 3 in die Mutter 4 um einen bestimmten Drehwinkel α jeweils mit einer Dehnung bzw. Längung des Schaftes 30 der Schraube 3 einhergeht, die sich aus dem Produkt aus der Gewindesteigung der Schraube 3 bzw. Mutter 4 und dem besagten Drehwinkel α ergibt.)
Bei zunehmender Dehnung der Schraube 3 bzw. des Schaftes 30 der Schraube 3 geht dieser schließlich vom elastischen in den plastischen Bereich über, in dem es zu einer plastischen Deformation des Schraubenschaftes 30 kommt. Es besteht dann kein linearer Zusammenhang mehr zwischen Drehmoment M und Klemmkraft F einerseits sowie dem Drehwinkel andererseits.
Von Bedeutung ist hier, dass ab dem so genannten Fügepunkt (α_F, M_F), also dem Fügewinkel α_F, an dem an der Schraube 3 das so genannte Fügemoment M_F wirkt, sowohl die Klemmkraft F als auch das Drehmoment M jeweils linear mit dem Drehwinkel α zunehmen, wie weiter oben erläutert.
Die lineare Abhängigkeit sowohl des Drehmomentes M als auch der Klemmkraft F vom Drehwinkel α im so genannten elastischen Bereich der Schraube 3 jenseits des Fügepunktes (α_F, M_F) bzw. Fügewinkels α_F kann genutzt werden, um eine Schraube 3 so anzuziehen, dass eine definierte Klemmkraft F erreicht wird. Denn die lineare Abhängigkeit sowohl des Drehmomentes M als auch der Klemmkraft F vom Drehwinkel α führt dazu, dass sowohl bei einem drehmomentgesteuerten Vorgehen als auch bei einem drehwinkelgesteuerten Vorgehen jeweils ein einfacher Zusammenhang zwischen der Klemmkraft F und dem Drehmoment M bzw. dem Drehwinkel α als Parameter besteht.
Das Erreichen einer bestimmten, vorgegebenen Klemmkraft F ist wiederum entscheidend für die Qualität einer Schraubverbindung, damit diese die miteinander zu verbindenden Bauteile 1, 2 mit einer gewünschten Kraft zusammenhält und externen Beanspruchungen bis zu einer bestimmten, vorgegebenen Größe standhalten kann.
Von Bedeutung ist hierbei insbesondere die relative Klemmkraft am Ende des Schraubvorganges bezogen auf die Klemmkraft am Fügepunkt (α_F, M_F) bzw. Fügewinkel α_F, also die Differenz zwischen der Klemmkraft F_A am Ende eines Schraubvorganges und der Klemmkraft F_F am Fügepunkt. Diese relative Klemmkraft F_W = F_A – F_F (Überschussklemmkraft) bestimmt maßgeblich die so genannte Restklemmkraft, die beim Lösen einer Schraubverbindung überwunden werden muss, um zurück zu dem Fügepunkt (α_F, M_F) zu gelangen. Beim Lösen einer Schraubverbindung ist das Erreichen des Fügepunktes insofern von Bedeutung, als mit Erreichen des Fügepunktes keine fest verspannte Schraubverbindung mehr vorliegt.
Um ausgehend von dem Fügepunkt (α_F, M_F) entweder drehmomentgesteuert durch Weiterdrehen der Schraube 3 zur Erhöhung des Drehmomentes um einen bestimmten Drehmomentbetrag M_W oder drehwinkelgesteuert durch Weiterdrehen der Schraube 3 um einen bestimmten Winkel α_W eine bestimmte (vorgegebene) relative Klemmkraft F_W = F_A – F_F zu erreichen, ist die Kenntnis des Fügepunktes von Bedeutung, also die Kenntnis desjenigen Punktes der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie K1 bzw. der Klemmkraft-Drehwinkel-Kennlinie K2, an dem der nichtlineare Bereich der jeweiligen Kennlinie K1 bzw. K2 in den linearen Bereich übergeht.
Für eine zuverlässige Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) wird hier die Schraube 3 soweit in die Mutter 4 eingedreht, dass sich die Anordnung in jedem Fall bereits im linearen Bereich der Kennlinien K1, K2 befindet, nämlich bei einem Schaltwinkel α_S bzw. Schaltmoment M_S jenseits des Fügepunktes. Ein geeignetes Schaltmoment M_S bzw. ein geeigneter Schaltwinkel α_S lassen sich beispielsweise dadurch experimentell festlegen, dass für mehrere gleichartige Schraubverbindungen auf der Basis zu verbindender Bauteile 1, 2 sowie zur Verbindung der Bauteile verwendeter Schrauben 3 und Muttern 4 jeweils durch Herstellung einer entsprechenden Schraubverbindung festgestellt wird, bei welchen Werten des Drehwinkels α bzw. des Drehmomentes M sich die Anordnung in jedem Fall im linearen Bereich der Kennlinien K1, K2 befindet. Als Schaltmoment M_S bzw. Schwellwinkel α_S werden dann Werte festgelegt, die bei jeder der zuvor getesteten Schraubverbindungen jeweils deutlich im linearen Bereich der entsprechenden Kennlinien K1, K2 lagen.
In einem konkreten Schraubfall, wie hier anhand der 1a bis 1c dargestellt, wird dann die Schraube 3 bis zu dem Erreichen des (zuvor experimentell festgelegten) Schaltmomentes M_S in die Mutter eingedreht. Dann befindet sich die Schraube in jedem Fall im elastischen Bereich, entsprechend dem linearen Bereich der Kennlinien K1, K2.
Anhand der bis zum Erreichen des Schaltmomentes M_S bzw. des Schaltwinkels α_S erfassten und gespeicherten Werte für den Drehwinkel α und das Drehmoment M wird dann von oben her, also vom Schaltmoment M_S her kommend, der Wert des Fügemomentes M_F bzw. des zugehörigen Fügewinkels α_F ermittelt. Dies geschieht in der Weise, dass für sukzessive absteigende Werte des Drehmomentes M und des Drehwinkels α jeweils die aktuelle Steigung der das Drehmoment repräsentierenden Kennlinie K1 als Funktion des Drehwinkels ermittelt wird. Dies geschieht in der Weise, dass die Different benachbarter Werte des Drehmomentes M jeweils durch die Differenz der zugehörigen Werte des Drehwinkels α dividiert werden. Solange sich die Anordnung im linearen Bereich befindet, also dem elastischen Bereich der Schraube 3, ist jene Steigung konstant, entsprechend dem linearen Verlauf des Drehmomentes M als Funktion des Drehwinkels α.
Bei Erreichen des Fügepunktes (α_F, M_F) von oben, also vom Schaltpunkt (α_S, M_S) her, endet die Konstanz der Steigung der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie K1. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird der Fügepunkt (α_F, M_F) dadurch ermittelt, dass von einem oberhalb des Fügemomentes M_F (bzw. des Fügewinkels α_F) liegenden Schaltmoment M (bzw. Schaltwinkel α_S) her kommend und unter zunehmender Annäherung an den Fügepunkt (α_F, M_F) jeweils die Steigung der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie K1 bestimmt wird. Der Fügepunkt (α_F, M_F) ist dann gegeben als diejenige Stelle der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie K1, an der die Steigung der Kennlinie K1 sich zu ändern beginnt, also nicht mehr konstant ist.
Nachdem hierdurch der Fügepunkt, also der Fügewinkel α_F und das Fügemoment M_F bestimmt worden sind, ist die Schraube 3 durch weiteres Aufbringen eines Drehmomentes M noch so weit zu drehen, bis – je nach dem, ob der Schraubvorgang drehwinkel- oder drehmomentgesteuert abläuft – ein vorgegebener relativer Festziehwinkel α_W = α_A – α_F (Winkelweg) bzw. ein relatives Anziehmoment M_W = M_A – M_F erreicht worden ist, welches jeweils einer gewünschten relativen Klemmkraft F_W = F_A – F_F entspricht, vergleiche 2.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich die Schraubverbindung am Beginn jener letzten Schraubphase nicht mehr am Fügepunkt (α_F, M_F) sondern vielmehr bereits an einem jenseits des Fügepunktes liegenden Punkt der Schraubkennlinien K1, K2 befindet, mit einem Schaltmoment M_S und einem Schaltwinkel α_S, die jeweils größer sind als das Fügemoment M_F und der Fügewinkel α_F. Die Schraube 3 wird daher zum Erreichen der gewünschten relativen Klemmkraft bezogen auf die Klemmkraft F_F am Fügepunkt nicht um den relativen Drehwinkel α_W weitergedreht bzw. nicht einer Erhöhung des Drehmomentes um das relative Anziehmoment M_W ausgesetzt, sondern vielmehr erfolgt bei einem drehwinkelgesteuerten Schraubvorgang ein Weiterdrehen um einen Drehwinkel α_W – (α_S – α_F) = α_A – α_S bzw. bei einem drehmomentgesteuerten Schraubvorgang eine Erhöhung des Drehmomentes ausgehend von dem Schaltmoment M_S um einen Betrag M_W – (M_S – M_F) = M_A – M_S. Mit anderen Worten wird beim Weiterdrehen um einen bestimmten Winkel (im drehwinkelgesteuerten Fall) bzw. beim Erhöhen des Drehmomentes um einen bestimmten Betrag (im drehmomentgesteuerten Fall) jeweils berücksichtigt, dass der auf den Fügepunkt (α_F, M_F) bezogene relative Festziehwinkel α_W (Winkelweg) bzw. das auf den Fügepunkt (α_F, M_F) bezogene relative Anziehmoment M_W (Drehmomentbetrag) jeweils um den Wert zu verringern sind, der der Differenz α_S – α_F bzw. M_S – M_F des Drehwinkels bzw. des Drehmomentes an dem Schaltpunkt einerseits und am Fügepunkt andererseits entspricht.
Sofern der Schraubvorgang nach dem Erreichen des Schaltpunktes α_S, M_S der Kennlinie K1 bis zur Bestimmung des Fügepunktes α_F, M_F unterbrochen wird, also die Schraube 3 nicht weitergedreht wird, so bleibt der Schaltpunkt α_S, M_S während der Bestimmung des Fügepunktes α_F, M_F konstant. Falls jedoch während der Bestimmung des Fügepunktes α_F, M_F der Schraubvorgang nicht unterbrochen wird, also die Schraube 3 weitergedreht wird, so wandert der Schaltpunkt α_S, M_S während der Bestimmung des Fügepunktes α_F, M_F entlang der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie K1 weiter. Maßgeblich für die Festlegung des Winkels α_w – (α_S – α_F), um den die Schraube 3 nach Bestimmung des Fügepunktes α_F, M_F weitergedreht wird bzw. für den Betrag M_W – (M_S – M_F), um den das Drehmoment nach Bestimmung des Fügepunktes α_F, M_F noch erhöht wird, ist in jedem Fall der Schaltwinkel α_S bzw. das Schaltmoment M_S zu dem Zeitpunkt, zu dem nach Bestimmung des Fügepunktes α_F, M_F die abschließende Phase des Schraubvorganges begonnen wird.
Aufgrund des linearen Zusammenhangs zwischen Klemmkraft F und Drehwinkel α sowie auch zwischen Klemmkraft F und Drehmoment M im linearen Bereich der Kennlinien K1, K2 ist dabei eine vergleichsweise genaue Zuordnung zwischen einem relativen Festziehwinkel α_W oder einem relativen Anziehmoment M_W und einer zu erreichenden relativen Klemmkraft F_W bezogen auf den Fügepunkt (α_F, M_F) möglich.
Somit kann der Schraubvorgang insbesondere im elastischen Bereich der Schraube 3, also dem linearen Bereich der Kennlinien K1, K2 beendet werden und es ist nicht notwendig, bis in den plastischen Bereich zu gehen, in dem ein erhöhtes Risiko undefinierter plastischer Verformungen besteht.
Wird die in 1c dargestellte Schraubverbindung zu einem späteren Zeitpunkt wieder gelöst, so stimmen der Winkel, um den die Schraube 3 aus der Mutter 4 herauszudrehen ist, bzw. der Betrag, um den das an der Schraube 3 wirkende Drehmoment M zu reduzieren ist, um wieder zu dem Fügepunkt (α_F, M_F) zu gelangen, nicht genau mit den entsprechenden Werten für die besagten Größen überein, die zuvor beim Anziehen der Schraube 3 vom Fügepunkt (α_F, M_F) bis zum gewünschten (relativen) Festziehwinkel bzw. Anziehmoment aufzubringen waren. Dies ist darauf zurückzuführen, dass während des Bestehens der in 1c dargestellten Schraubverbindung, in Abhängigkeit von der Zeitdauer des Bestehens, Ausgleichs-, Setz- und Verschleißvorgänge auftreten, die zu einer Änderung der Klemmkraft, insbesondere der relativen Klemmkraft bezogen auf die Klemmkraft am Fügepunkt führen. Dementsprechend sind in 3, die sich auf das Lösen der Schraubverbindung aus 1c bezieht, die Werte für den Drehwinkel, das Drehmoment und die Klemmkraft am Fügepunkt einerseits sowie nach Beendigung des Schraubvorganges andererseits jeweils mit eigenen Bezugszeichen α_A', M_A und F_A' sowie α_F', M_F' und F_F' und die entsprechenden Kennlinien mit K1', K2' bezeichnet.
Die relative Klemmkraft F_A' – F_F' wird dabei für den Lösfall als Restklemmkraft F_R bezeichnet, vergleiche 3.
Sind vor Durchführung des eigentlichen Schraubvorganges anhand experimenteller Prüfungen die Steigung S_K2 der Klemmkraft-Drehwinkel-Kennlinie K2 sowie das Verhältnis V_R der Restklemmkraft F_R zur Differenz zwischen der Klemmkraft F_A am Ende des Schraubvorganges und der Klemmkraft F_F am Fügepunkt (V_R = F_R/(F_A – F_F)) ermittelt worden, so gilt für die Restklemmkraft: FR = (αA – αF)·SK2·VR.
Unter der Steigung S_K2 der Klemmkraft-Drehwinkel-Kennlinie aus 2 wird dabei die Änderung ΔF der Klemmkraft bei einer vorgegebenen Änderung Δα des Drehwinkels im linearen Bereich jener Kennlinie K2 (also im elastischen Bereich der Schraube) verstanden.
Entsprechend gilt bei einem Drehmoment-gesteuerten Schraubvorgang FR = (αA – αF)·S*K2·VR, wobei S*_K2 die Steigung der Klemmkraft-Drehmoment-Kennlinie im linearen Kennlinienbereich bezeichnet.
So lässt sich mit dem vorbeschriebenen Verfahren im Ergebnis nicht nur relativ genau angeben, wie groß die relative Klemmkraft F_W = F_A – F_F bezogen auf die Klemmkraft F_F am Fügepunkt ist, sondern es lässt sich auch ermitteln, wie groß die so genannte Restklemmkraft F_R ist, die nach einem bestimmten Zeitraum (z. B. nach mehreren Minuten, Stunden oder Tagen) noch in der Verbindung vorhanden ist und die beim Lösen der Schraubverbindung aufgebracht werden muss, um diese wieder in den Zustand am Fügepunkt zu überführen.
Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so durchgeführt werden, dass die Erhöhung des Drehwinkels bzw. Drehmomentes ab dem Fügepunkt so eingestellt wird, dass am Ende eine vorgegebene Restklemmkraft (bezogen auf einen bestimmten Zeitraum) erreicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Taschenbuch Schraubtechnik der Atlas Copco Tools Central Europe GmbH, Bestellnummer 9833 8648 04 [0016]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Schraubverbindung, bei dem a) eine Schraube durch Aufbringen eines Drehmomentes zur Herstellung einer Schraubverbindung gedreht wird, b) während des Schraubvorganges der Drehwinkel der Schraube sowie das an der Schraube wirkende Drehmoment erfasst und gespeichert werden, so dass eine Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie erzeugbar ist, und c) die Schraube so weit gedreht wird, dass ein Fügepunkt der Kennlinie überschritten wird, ab dem das Drehmoment der Schraube linear mit dem Drehwinkel ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass d) nach dem Überschreiten des Fügepunktes (α_F, M_F) der Kennlinie (K1) aus den gespeicherten Werten für den Drehwinkel (α) und das Drehmoment (M) der Fügepunkt (α_F, M_F) als derjenige Punkt der Kennlinie (K1) bestimmt wird, an dem – vom linearen Bereich der Kennlinie (K1) her gesehen – der lineare Zusammenhang zwischen Drehmoment (M) und Drehwinkel (α) endet, und e) nach der Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) die Schraube (3) um einen Winkel (α_W – (α_S – α_F)) weitergedreht wird oder das an der Schraube (3) wirkende Drehmoment um einen Betrag (M_W – (M_S – M_F)) erhöht wird, der eine Funktion des Winkelwertes (α_F) bzw. des Drehmomentes (M_F) am Fügepunkt (α_F, M_F) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im linearen Bereich der Kennlinie (K1) die von der Schraube (3) auf mittels der Schraube (3) zu verbindende Bauteile (1, 2) ausgeübte Klemmkraft (F) linear von dem Drehwinkel (α) und dem Drehmoment abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α_W – (α_S – α_F)), um den die Schraube (3) nach der Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) weitergedreht wird, oder der Betrag (M_W – (M_S – M_F)), um den das an der Schraube (3) wirkende Drehmoment (M) nach der Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) erhöht wird, gegeben ist als Funktion einer relativen, an der Schraubverbindung wirkenden Klemmkraft (F_W = F_A – F_F), um die die Klemmkraft (F) – auf die Klemmkraft (F_F) am Fügepunkt (α_F, M_F) bezogen – durch Weiterdrehen der Schraube erhöht werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α_W – (α_S – α_F)), um den die Schraube (3) nach der Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) weitergedreht wird, oder der Betrag (M_W – (M_S – M_F)), um den das an der Schraube (3) wirkende Drehmoment (M) nach der Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) erhöht wird, gegeben ist als Funktion einer relativen, an der Schraubverbindung wirkenden Restklemmkraft, um die die Restklemmkraft – auf die Restklemmkraft am Fügepunkt (α_F, M_F) bezogen – durch Weiterdrehen der Schraube erhöht wurde, wobei die Restklemmkraft hier eine zeitabhängige Klemmkraft bezeichnet, die sich an einer Schraubverbindung nach einer vorgebbaren Zeitspanne, z. B. durch Setzvorgänge ergibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Überschreiten des Fügepunktes (α_F, M_F) beim Drehen der Schraube (3) aus den gespeicherten Werten für Drehmoment (M) und Drehwinkel (α) die Steigung im linearen Bereich der Kennlinie (K1) berechnet wird und dass zur Ermittlung des Fügepunktes (α_F, M_F) derjenige Punkt der Kennlinie (K1) ermittelt wird, ab dem – vom linearen Bereich der Kennlinie (K1) her gesehen – erstmals eine von der Steigung im linearen Kennlinienbereich um einen vorgebbaren Mindestbetrag abweichende Steigung der Kennlinie (K1) auftritt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Steigung der Kennlinie (K1) die Differenz zeitlich aufeinander folgender Werte des Drehmomentes (M) durch die Differenz der zugehörigen Werte des Drehwinkels (α) dividiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (3) nach dem Überschreiten des Fügepunktes (α_F, M_F) bis zum Erreichen eines vorgebbaren Schaltpunktes (M_S, α_S) der Kennlinie (K1) weitergedreht wird, der im linearen Bereich der Kennlinie (K1) liegt, um den Fügepunkt (α_F, M_F) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Kennlinie (K1) beginnend an dem Schaltpunkt (M_S, α_S) sukzessive für absteigende Werte des Drehwinkels (α) und des Drehmomentes (M) berechnet und jeweils mit vorhergehenden Werten verglichen wird und dass als Fügepunkt (α_F, M_F) derjenige Punkt der Kennlinie (K1) gilt, an oder unmittelbar nach dem bei diesem Vergleich eine Änderung der Steigung auftritt, die einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehen der Schraube (3) zur Herstellung einer Schraubverbindung drehwinkelgesteuert erfolgt, so dass die Schraube (3) nach der Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) zum Abschließen des Schraubvorganges um einen Winkel (α_W – (α_S – α_F)) weitergedreht wird, der eine Funktion des Fügewinkels (α_F) am Fügepunkt (α_F, M_F) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α_W – (α_S – α_F)), um den die Schraube (3) nach Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) weitergedreht wird, gegeben ist durch die Differenz zwischen einem vorgegebenen Winkelweg (α_W) und dem Winkelabstand (α_S – α_F) zwischen dem Punkt (α_S, M_S) der Kennlinie (K1), an dem sich die Schraube (3) nach Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) befindet, und dem Fügepunkt (α_F, M_F).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehen der Schraube (3) zur Herstellung der Schraubverbindung drehmomentgesteuert erfolgt, so dass das an der Schraube (3) wirkende Drehmoment (M) nach der Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) zum Abschließen des Schraubvorganges um einen vom Fügemoment (M_F) am Fügepunkt (α_F, M_F) abhängigen Betrag (M_W – (M_S – M_F)) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag (M_W – (M_S – M_F)), um den das an der Schraube (3) wirkende Drehmoment (M) nach Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) erhöht wird, gegeben ist durch die Differenz (M_W – (M_S – M_F)) zwischen einem vorgegebenen Drehmomentwert (M_W) und dem Drehmomentabstand (M_S – M_F) zwischen dem Punkt (α_S, M_S) der Kennlinie (K1), an dem sich die Schraube (3) nach Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) befindet, und dem Drehmomentwert (α_F) am Fügepunkt (α_F, M_F).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Herstellung der Schraubverbindung anhand mehrerer vergleichbarer Schraubfälle ein Schaltpunkt (α_S, M_S) der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie (K1) ermittelt wird, der auf der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie (K1) jenseits des Fügepunktes (α_F, M_F) im linearen Bereich der Kennlinie (K1) liegt, und dass die Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) erfolgt, wenn die Schraube (3) bis zum Erreichen des Schaltpunktes (α_S, M_S) der Kennlinie (K1) gedreht worden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (3) während der Bestimmung des Fügepunktes (α_F, M_F) nicht gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehen der Schraube (3) mittels eines durch eine Steuereinrichtung (100) gesteuerten Werkzeuges (150) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (100) während des Schraubvorganges kontinuierlich oder in bestimmten Abständen den Drehwinkel (α) und das Drehmoment (M) erfasst und speichert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Schraubvorgang eine Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen (1, 2) mittels der Schraube (3) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (3) in eine mit einem Innengewinde (40) versehene Mutter (4) eingedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (3) in ein Gegengewinde eines Bauteiles (1, 2) gedreht wird, das mittels der Schraubverbindung festzulegen ist.