DE102008001817A1

DE102008001817A1 - Schraubverfahren

Info

Publication number: DE102008001817A1
Application number: DE200810001817
Authority: DE
Inventors: Eyk Daeumer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2009-11-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung, wobei das Verfahren vorsieht, die Schraubverbindung während eines ersten zeitlichen Abschnitts anzuziehen, bis ein Eindrehmoment Me zunimmt, und die Schraubverbindung während eines zweiten zeitlichen Abschnitts weiter anzuziehen, bis das Eindrehmoment Mi um ein festgelegtes Anzugdrehmoment Ma gestiegen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Schraubverfahren hinlänglich bekannt, bei welchen das Anziehen der Schraubverbindung durch eine voreingestellte Drehmomentschwelle begrenzt ist. Sobald die Drehmomentschwelle erreicht ist, findet kein Anziehen der Schraubverbindung mehr statt.
Nachteilig bei solchen Schraubverfahren ist, dass über einen tatsächlichen Kraftschluss der erzeugten Schraubverbindung, das heißt ein Verhältnis von Anzugsmoment zu Eindrehmoment, keine Aussage gemacht werden kann. Dabei ist das Anzugsmoment das Drehmoment, bei dem eine kraftschlüssige Verbindung vorliegt, während das Eindrehmoment das zum Beispiel an einer Schraube ausgeübte Drehmoment ist.
Dies kann einerseits dazu führen, dass die Schraube nicht hinreichend in ein Gewinde oder eine Bohrung eingedreht ist, da die Schraube beim Eindrehen beispielsweise ”verkantet” ist, und ein reguläres Eindrehen somit nicht mehr möglich ist. Obwohl die vorgegebene Drehmomentschwelle erreicht wird und das Anziehen der Schraubverbindung beendet wird, wurde keine kraftschlüssige Verbindung erzielt.
Andererseits kann es vorkommen, dass durch eine zu hoch vorgegebene Drehmomentschwelle eine Schraube zu stark eingedreht wird, und dadurch Teile der Schraubverbindung zerstört werden.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu umgehen, und ein verbessertes Schraubverfahren bzw. eine Vorrichtung bereitzustellen, welche einen Rückschluss auf den tatsächlichen Kraftschluss zulässt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Technische Lösung
Hierzu schlägt die Erfindung ein Schraubverfahren mit folgenden Schritten vor: Anziehen der Schraubverbindung während eines ersten zeitlichen Abschnitts, bis ein Eindrehmoment M_e zunimmt, weiteres Anziehen der Schraube während eines zweiten zeitlichen Abschnitts, bis das Eindrehmoment M_i um ein festgelegtes Anzugdrehmoment M_a gestiegen ist.
Vorteilhafte Wirkungen
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich daraus, dass Schwankungen in der Höhe der aufzuwendenden Eindrehmomente M_e eliminiert werden, so dass in sicherer Weise eine kraftschlüssige Verbindung erzielt werden kann. Dabei wird gemäß dem Verfahren beim Eindrehen zum Beispiel einer Schraube für hinreichend viele Drehwinkel α das jeweilige Eindrehmoment M_e erfasst; aus den erfassten Eindrehmomenten M_e wird ständig ein Mittelwert M_mittel gebildet. Vom jeweils gerade erfassten Eindrehmoment M_e wird dieser Mittelwert M_mittel subtrahiert. Die Differenz aus gerade erfasstem Eindrehmoment M_e und Mittelwert M_mittel kann als transformiertes Eindrehmoment M_t bezeichnet werden. Durch die Differenzbildung werden Schwankungen herausgefiltert und eine präzisere Prozessführung ermöglicht.
Sowie die so transformierten Eindrehmomentwerte M_t einen vorgegebenen Schwellmomentwert M_Schwelle erreichen, wird ein Bezugsmoment M_b gebildet. Dieses Bezugsmoment M_b bezieht sich auf die zuvor erfassten Eindrehmomente M_e, d. h. es ist im einfachsten Fall der Mittelwert aus diesen Eindrehmomenten M_e.
Zu diesem Bezugsmoment M_b wird sodann ein von dem jeweiligen zu verschraubenden Material abhängiges Anzugsmoment M_a aufaddiert; die Summe aus diesem Bezugsmoment M_b und dem Anzugsmoment M_a bildet dann ein Abschaltmoment M_A, welches die Obergrenze für die auf die Schraubverbindung auszuübenden Eindrehmomente M_e bedeutet. Das heißt, wird ein Eindrehmoment M_e erfasst, welches größer als das Abschaltmoment M_A ist, wird der Schraubvorgang abgebrochen, da dann eine kraftschlüssige Verbindung vorliegt.
Wie oben bereits angedeutet, besteht der Vorteil darin, dass der Anstieg bzw. das Anschwellen in der Höhe der Eindrehmomente durch die Transformation deutlich zum Vorschein kommt. Der gewichtete Mittelwert M_mittel wird dabei aus den erfassten Eindrehmomenten M_e gemäß der Formel
gebildet, wobei a(i) ein Korrekturterm ist, welcher eine beliebige Funktion sein kann. Der Korrekturterm a(n) kann zum Beispiel bei einem nicht-linearen Verlauf des Eindrehmoments verwendet werden, um eine relativ glatte Transformation zu erzeugen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 ein Drehmoment/Drehwinkel-Diagramm nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Ausführungsform der Erfindung
Mit Bezug auf 1 wird in einem ersten Schritt 100 ein Eindrehmoment M_e zu einem beliebigen Drehwinkel α erfasst. In 2, in welcher ein Drehmoment/Drehwinkel-Diagrammdargestellt ist, ist dies zum Beispiel der Punkt 101 auf der Eindrehmoment-Kurve M_e.
Sowie zu einer hinreichend großen Anzahl n von Drehwinkeln α das jeweilige Eindrehmoment M_e erfasst worden ist, wird in Schritt 200 in 1 ein gewichteter Mittelwert
aus den Eindrehmomenten M_e gebildet. Der Einfachheit halber ist das mehrmalige Erfassen von Eindrehmomentwerten M_e in dem in 1 gezeigten Ablaufdiagramm nicht dargestellt; rein rechnerisch wäre es natürlich möglich, den gewichteten. Mittelwert aus nur einem Wert zu bilden, was jedoch die Genauigkeit des Verfahrens reduziert.
Nach der Mittelwertbildung werden in einem Schritt 300 in 1 jeweils Transformationswerte M_t gemäß der Formel Mt = |Me – Mmittel| (2)gebildet. In 2 ist beispielhaft ein Transformationswert 301 dargestellt, welcher auf einer Transformationswert-Kurve M_t liegt.
Sodann wird in einem Schritt 400 in 1 geprüft, ob der Transformationswert M_t größer ist als ein vorgegebener Schwellmomentwert M_Schwelle. Dieser Schwellmomentwert M_Schwelle ist materialabhängig und kann empirisch oder auch durch ein herkömmliches mathematisches Verfahren ermittelt werden.
In 2 ist der Schwellmomentwert durch eine gestrichelte Linie M_Schwelle dargestellt.
Ergibt die Prüfung in Schritt 400, dass der Transformationswert M_t kleiner ist als der Schwellmomentwert M_Schwelle, springt der Ablauf wieder zu Schritt 100.
Ergibt die Prüfung in Schritt 400 jedoch, dass M_t ≥ M_Schwelle ist, wird in einem Schritt 500 ein Bezugsmoment M_b gemäß der Formel
berechnet. Alternativ kann das Bezugsmoment M_b auch durch eine andere Formel berechnet werden.
Dieses Bezugsmoment M_b ist in 2 als durchgezogene Linie M_b dargestellt. Dieses Bezugsmoment M_b wird also in Bezug gesetzt zu den bereits erfassten Eindrehmomenten M_e, und wie ein Vergleich der Formel (1) und (3) zeigt, kann das Bezugsmoment M_b dem Mittelwert M_mittel entsprechen.
Dann wird in einem Schritt 600 ein Abschaltmoment M_A gebildet, und zwar durch Addition eines – material- und/oder prozessabhängigen – Anzugsmoments M_a zu dem Bezugsmoment M_b, d. h. MA = Ma + Mb. (4)
In 2 ist das Hinzuaddieren des Anzugsmoments M_a zu dem Bezugsmoment M_b durch einen Pfeil M_a dargestellt.
Das Abschaltmoment M_A definiert die Grenze, bis zu der ein Anziehen der Schraubverbindung stattfinden darf, ohne dass es zu einer Beschädigung der Schraubverbindung kommt.
In einem Schritt 700 in 1 wird schließlich geprüft, ob das aktuell erfasste Eindrehmoment M_e größer als das Abschaltmoment M_A ist. Ist dies der Fall, dann wird das Anziehen der Schraubverbindung in Schritt 800 beendet, da nun davon ausgegangen werden kann, dass eine kraftschlüssige Verbindung realisiert worden ist.
Ist das aktuell erfasste Eindrehmoment M_e kleiner als das Abschaltmoment M_A, dann wird in Schritt 750 überprüft, ob ein Fehler vorliegt. Ein Fehler kann beispielsweise dann vorliegen, wenn ein beschädigtes Schraubgewinde ein Durchdrehen der Schraubverbindung bewirkt. Dieser Fehler kann beispielsweise durch eine Überwachung der Zeit erkannt werden. Ist das Abschaltmoment M_A nach einer vorgegebenen Zeit noch nicht erreicht, so liegt ein Fehler vor. Ein Fehler kann auch dadurch erkannt werden, dass der zeitliche Verlauf des Eindrehmoments M_e nicht innerhalb festgelegter Grenzbereiche liegt. Im Falle eines Fehlers kann in Schritt 850 beispielsweise eine Fehlermeldung ausgegeben und das Anziehen der Schraubverbindung abgebrochen werden.
Liegt kein Fehler vor, so springt das. Verfahren zurück zu Schritt 700, um das Anziehen der Schraubverbindung fortzusetzen, bis in Schritt 700 festgestellt wird, dass das Abschaltmoment M_A erreicht ist und der Schraubvorgang beendet ist.

Claims

Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung, wobei die Schraubverbindung während eines ersten zeitlichen Abschnitts angezogen wird, bis ein Eindrehmoment M_e zunimmt, wobei die Schraubverbindung während eines zweiten zeitlichen Abschnitts weiter angezogen wird, bis das Eindrehmoment M_e um ein festgelegtes Anzugdrehmoment M_a gestiegen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste zeitliche Abschnitt endet, sobald das aktuelle Eindrehmoment M_e einen Mittelwert M_mittel der bisherigen Eindrehmomente M_e um mindestens einen festgelegten Schwellwert M_Schwelle überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei am Ende des ersten zeitlichen Abschnitts ein Abschaltdrehmoment M_A als Summe des Mittelwerts M_mittel der bisherigen Eindrehmomente M_e und des Anzugdrehmoments M_a gebildet wird, wobei der zweite zeitliche Abschnitt endet, sobald das aktuelle Eindrehmoment M_e das Abschaltdrehmoment M_A überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei am Ende des ersten zeitlichen Abschnitts ein Abschaltdrehmoment M_A als Summe eines aus den bisherigen Eindrehmomenten M_e gebildeten Bezugsdrehmoments M_b und des Anzugdrehmoments M_a gebildet wird, wobei der zweite zeitliche Abschnitt endet, sobald das aktuelle Eindrehmoment M_e das Abschaltdrehmoment M_A überschreitet.
Verfahren nach Ansprüchen 2 oder 3, wobei der Mittelwert M_mittel nach der Formel
aus n bisherigen Eindrehmomenten M_e und einer vorgegebenen Korrekturfunktion a(n) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Schwellwert M_Schwelle abhängig von zu verschraubenden Materialien gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Schwellwert M_Schwelle durch mathematische Operationen berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anzugsdrehmoment M_a abhängig von zu verschraubenden Materialien gewählt wird.
Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung, wobei die Schraubverbindung durch die Schritte des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 8 erzeugbar ist.