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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur vergleichenden Leistungsmessung von Impulsschraubern, umfassend eine mit einem Testbolzen verbundene Kraftmesszelle, welche eine Schraubenmutteraufnahme aufweist, in welche der Testbolzen unter Vorspannung eines Federelements zumindest teilweise eingedreht ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 029 556 A1 ist bereits eine solche Vorrichtung bekannt, bei der die Drehmomentrate über eine Tellerfeder erzeugt wird, die auf radial verteilt angeordneten Stützen mit gleichem Abstand zu dem Testbolzen liegt. Der Abstand dieser Stützen zum Testbolzen ist mittels einer Verstelleinrichtung verstellbar.
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Impulsschrauber besitzen gegenüber konstant drehenden Schraubwerkzeugen einige Vorteile. Sie sind im Allgemeinen wesentlich schneller, erzeugen keine bis kaum Reaktionskräfte während einer Verschraubung und lassen aufgrund ihrer ständigen Stopp- und Drehbewegung mittels der Impulse die Schraubverbindung „arbeiten“. Dies hat wiederum positive Auswirkungen auf das Setzverhalten sowie die erreichte Vorspannkraft. Es besteht daher großes Interesse, Impulsschrauber verstärkt im Produktionsprozess einzusetzen.
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Um Impulsschrauber im Produktionsprozess einsetzen zu können, muss deren Genauigkeit aber rückführbar und reproduzierbar gemessen werden können. Hierfür gibt es seit Januar 2011 die Richtlinie 2649 des VDI/VDE. Diese Richtlinie spezifiziert die Rahmenbedingungen und den Prüfprozess für die vergleichende Leistungsmessung von hydraulischen Impulsschraubern. Die Schrauber werden hierbei auf Vorspannkraft mittels einer Kraftmesszelle gemessen. Der Einfluss des Schraubverbandes auf das Ergebnis wird in einer Vor- und einer Nachmessung durch vergleichende Messung mit einem sehr genauen eingeleiteten Drehmoment ermittelt. Eingeleitetes Drehmoment und erzeugte Vorspannkraft dürfen in ihrer Korrelation eine Streuung von maximal 5 % haben. Die Drehmomentrate für die standardisierte Prüfung wurde auf 30° und auf 180° Drehung des Testbolzens spezifiziert, gemessen ab der Hälfte des Zielmoments. Das setzt voraus, dass die Simulation der Drehmomentrate stufenlos einstellbar sein muss.
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Im Gegensatz zu konstant drehenden Schraubwerkzeugen, deren Leistungsabgabe relativ genau mit Drehmomentmessaufnehmern gemessen werden kann (vgl. z.B. die deutsche Offenlegungsschrift
DE 26 51 575 A1 ), ist das bei Impulsschraubern aufgrund der Dynamik nicht mit der geforderten Genauigkeit möglich. Impulsschrauber bringen die Drehkraft über asymptotisch ansteigende schnelle Drehmomentimpulse auf, die sich am Ende des Schraubvorgangs zu einer Gesamtvorspannkraft addieren. Da die Pulsfrequenz sehr hoch und die mit den Pulsen in die Verschraubung eingeleitete Energie nicht ermittelbar ist, lassen sich mit herkömmlichen Drehmomentaufnehmern keine guten Rückschlüsse auf eine erwartbare Vorspannkraft ziehen.
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Die Ermittlung der Drehmomentgenauigkeit bei Impulsschraubern war in der Vergangenheit immer eine unsichere Sache. Mit herkömmlichen, aber auch mit darauf abgestimmten Drehmomentaufnehmern lässt sich eine Drehmomentgenauigkeit von Impulsschraubern nicht akkurat ermitteln. Dies ist insbesondere der Pulsfrequenz geschuldet, die der eigenen Störfrequenz von Messaufnehmern bzw. der Messelektronik nahe kommt. Auch herkömmliche Schraubsimulatoren beeinflussten aufgrund ihrer wechselnden Reibverhältnisse das Prüfergebnis. Die eigentliche Genauigkeit des Schraubers war so nicht herauszufinden.
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Ziel einer Schraubverbindung ist die Vorspannung zwischen den Bauteilen, die das Schraubelement zusammenhält. Die richtige Vorspannung verhindert das selbständige Lösen der Bauteile voneinander. Leider lässt sich die Vorspannung mit vertretbarem Aufwand in einem Produktionsprozess nicht ermitteln. Die Hilfsgröße hierbei ist das Drehmoment. Bei einem langsam eingeleiteten Drehmoment wie es auch konstant drehende Werkzeuge erzeugen, lassen sich in Abhängigkeit zur Streuung der Reibverhältnisse relativ gute Rückschlüsse auf die erzielte Vorspannkraft ziehen. Daher hat sich in der Produktion durchgesetzt, Schraubwerkzeuge mit möglichst geringer Drehmomentstreuung einzusetzen. Impulsschrauber fielen aus dieser Betrachtung heraus, da sich ihre Drehmomentstreuung nicht rückführbar und reproduzierbar ermitteln ließ.
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Dies änderte die eingangs genannte Vorrichtung gemäß der
DE 10 2006 029 556 A1 , bei der allerdings eine Koppelung zwischen der Schraubenmutteraufnahme und der axial wirkenden Kraftmesszelle oberhalb der Tellerfeder liegt, was einen Austausch derselben und damit eine Anpassung an unterschiedliche Impulsschrauber sehr aufwändig macht. Die Stärke der Tellerfeder selbst und die Auflagepunkte bestimmen die Kapazität der Simulation und damit der Prüfvorrichtung. Zum Austausch der Tellerfeder ist es insbesondere bei dieser Anordnung erforderlich, den Testbolzen mitsamt der Schraubenmutteraufnahme und den dort erforderlichen Mitteln zur Fixierung der Tellerfeder zu demontieren, was sowohl zeit- und damit kostenaufwändig ist, als auch geschultes Personal erfordert.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur vergleichenden Leistungsmessung von Impulsschraubern zu schaffen, bei welcher die Drehmomentrate und damit die Federsteifigkeit einfach und schnell umgestellt und die Feder selbst einfach und ohne großen Aufwand, insbesondere ohne weitgehende Demontage der Vorrichtung, ausgetauscht werden kann.
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Dies gelingt durch eine Vorrichtung zur vergleichenden Leistungsmessung von Impulsschraubern gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere, sinnvolle Ausgestaltungen eines derartigen Impulsschraubers können den Unteransprüchen entnommen werden.
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Erfindungsgemäß umfasst eine derartige Vorrichtung zur vergleichenden Leistungsmessung einen Testbolzen, an welchem der jeweils zu überprüfende Impulsschrauber ansetzen kann. Dieser Testbolzen ist mit einer Kraftmesszelle verbunden, welche zur Messung einer auf sie wirkenden Zugkraft geeignet ist. Zur Verbindung zwischen dem Testbolzen und der Kraftmesszelle ist eine Schraubenmutteraufnahme vorgesehen, wobei es sich bei dieser Schraubenmutteraufnahme um eine Vorrichtung entweder zur Aufnahme einer Schraubenmutter oder aber zur direkten Aufnahme des Testbolzens über ein der Schraubenmutteraufnahme zugeordnetes Gewinde handeln kann.
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Mit Vorteil ist das Schraubenmuttergewinde hierbei als herausnehmbares Teil gestaltet, da es sich um ein Verschleißteil handelt. Die Form der Schraubenmutteraufnahme ist einerseits teuerer in der Herstellung, andererseits ermöglicht diese Konfiguration die Herstellung der Schraubenmutteraufnahme und des Schraubenmuttergewindes aus verschiedenen Materialien, so dass insbesondere die Schraubenmutteraufnahme aus Stahl, welcher eine möglichst unverfälschte Übertragung der Zugkraft auf die Kraftmesszelle gewährleistet, das Schraubenmuttergewinde hingegen vorzugsweise aus einer Bronzelegierung hergestellt sein kann, die im Gewinde für konstante Reibverhältnisse sorgt.
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Die Messung der letzthin durch den Impulsschrauber verursachten Zugkraft wird unter Berücksichtigung der Rückstellkraft eines Federelementes durchgeführt, welches zwischen einem Testbolzenkopf des Testbolzens und der Schraubenmutteraufnahme angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, das verwendete Federelement nach einem Entfernen des Testbolzens ohne Weiteres aus der Vorrichtung zu entnehmen, so dass wahlweise ein anderes Federelement eingesetzt werden kann oder eine Verstellung der Vorrichtung im entlasteten Zustand durchführbar ist.
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Es ist hierbei festzustellen, dass die mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchzuführende, vergleichende Leistungsmessung auch bei konstant drehenden Werkzeugen eingesetzt werden kann. Es handelt sich bei der Vorrichtung also um eine universell einsetzbare Lösung.
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Nachdem der Testbolzen ohnehin passend zum Impulsschrauber gewählt werden kann, und insoweit dieser Bolzen auch ohne Weiteres aus der Vorrichtung zu entfernen ist, kann aufgrund der vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung durch ein einfaches Entfernen des Testbolzens auch die verwendete Feder gleich mit entfernt werden, so dass eine Anpassung der Vorrichtung mit äußerst geringem Aufwand und Zeitbedarf ohne Weiteres vorgenommen werden kann.
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Ein weiterer vorteilhafter Effekt ergibt sich daraus, dass anstelle der im Stand der Technik verwendeten Tellerfeder eine Blattfeder verwendet wird, welche deutlich einfacher herzustellen ist. Diese ist vorteilhafter Weise an einander gegenüberliegenden Seiten aufgelagert, wobei die hierfür verwendeten Auflager bzw. deren Abstand voneinander die Feder maßgeblich mitbestimmen. Sinnvollerweise durchgreift der Testbolzen im bestimmungsgemäßen Zustand die verwendete Blattfeder mittig, jedoch kann auch eine außermittige Anordnung des Testbolzens im Rahmen der Erfindung vorgesehen werden.
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Um auch in Bezug auf die einstellbare Federkraft der Blattfeder möglichst variabel zu sein, können die wenigstens zwei Auflager, welche auch als ein gemeinsames, etwa im Halbkreis geführtes Auflager ausgestaltet sein können, einzeln oder gemeinsam verstellbar sein. Bei einer Verstellung rücken die beiden Auflager auf einen Testbolzen zu bzw. von ihm weg, so dass hierdurch die effektive Länge der Blattfeder und damit auch die Federkonstante angepasst werden kann. Die Verstellung der Auflager kann entweder mechanisch/manuell oder auch elektromotorisch vonstatten gehen, wobei in beiden Fällen beispielsweise ein Spindelantrieb eingesetzt werden kann, welcher eine stufenlose Einstellung der Position der beiden Auflager ermöglicht.
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Eine zusätzliche Verdrehsicherung im Stirnbereich der Blattfeder, welche auf einer oder beiden Seiten dieser Blattfeder vorgesehen sein kann, sorgt dafür, dass sich diese durch die Drehung des Testbolzens aufgrund der angelegten Kraft des Impulsschraubers nicht unkontrolliert bewegen kann. Eine Bewegung der Blattfeder hätte je nach Anordnung auf den Auflagern möglicherweise zur Folge, dass die Blattfeder von ihren Auflagern abrutschen könnte und hierbei unkontrollierte Bewegungen vollziehen könnte. Diese Gefahr ist aufgrund einer Verdrehsicherung, welche beispielsweise in Form einer in eine stirnseitig der Blattfeder angeordnete Einkerbung eingreifende Riegelvorrichtung ausgestaltet sein kann, gebannt. Ferner bewirkt die Verdrehsicherung den noch entscheidenderen Vorteil, dass hierdurch das eingeleitete Drehmoment unverfälscht in eine Zugkraft umgewandelt werden kann.
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Ergänzend ist festzustellen, dass die Verdrehsicherung bedarfsweise auch mit einem oder beiden Auflagern baueinheitlich verbunden sein kann. Hierdurch kann die Anordnung weiter vereinfacht werden, indem auf zusätzliche Teile verzichtet wird.
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Um eine möglichst punktförmige Belastung der Blattfeder zu ermöglichen, welche die gemessenen Ergebnisse verbessert, kann dem Testbolzenkopf eine Kugelpfanne zugeordnet sein, welche oberhalb eines Durchgangs des Testbolzens durch das jeweils verwendete Federelement bzw. im speziellen Fall die Blattfeder, angeordnet ist. Eine derartige Kugelpfanne kann beispielsweise über einen Haltearm um die Blattfeder herum gelegt sein und mit einem Gehäuseteil der Gesamtvorrichtung oder einer allfällig vorhandenen Trägerplatte fest verbunden sein. Zudem sorgt eine derartige Haltevorrichtung mit der Kugelpfanne dafür, dass Testbolzen und Blattfeder eine noch weiter definierte Position einnehmen.
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Der Kugelpfanne kann mit einigem weiteren Vorteil eine Opferscheibe zugeordnet sein, welche mit wenigstens einer rauen Oberfläche versehen und mit einem speziellen Fett geschmiert ist, um eine gleichmäßige Unterkopfreibung des Testbolzenkopfs zu gewährleisten. Idealerweise werden hierdurch keine Drehkräfte, sondern vielmehr nur Zugkräfte auf die Kraftmesszelle unterhalb der Schraubenmutteraufnahme wirken. Die Opferscheibe kann hierbei bedarfsweise ausgetauscht werden, um das Messergebnis zu verbessern. Sie stellt ein günstiges Verschleißteil dar, das die wesentlich teuerere Kugelpfanne im Betrieb schonen soll.
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Mit einigem weiteren Vorteil ist der Kraftmesszelle ein Zugkörper zugeordnet, der die Schraubenmutteraufnahme lösbar mit der Kraftmesszelle verbindet. Hierbei kann ein Aufsteck- oder Aufschiebemechanismus vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die Schraubenmutteraufnahme mit dem Zugkörper verbunden wird, um die Möglichkeit des Einsatzes verschiedener Schraubenmutteraufnahmen zu gewährleisten. Auf diese Weise kann auch die Schraubenmutteraufnahme beispielsweise bei der Verwendung anderer Testbolzen an eben diese angepasst werden. Gleichzeitig ist hierdurch gewährleistet, dass eine schnelle und einfachere Verbindung einer ersatzweise vorgesehenen Schraubenmutteraufnahme ermöglicht ist.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine Vorrichtung zur vergleichenden Leistungsmessung von Impulsschraubern in einer frontalen Draufsicht, und
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2 die Vorrichtung gemäß 1 in einer rückwärtigen, perspektivischen Ansicht von schräg oben.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche auf einer Trägerplatte 30 aufgebaut ist. Über Stützen 31 ist auf dieser Trägerplatte 30 eine Zwischenplatte 32 angeordnet, unter welcher eine Kraftmesszelle 20 zur Messung einer durch einen Impulsschrauber erzeugten Zugkraft hergerichtet ist. Zur Übertragung der Zugkraft weist die Kraftmesszelle 20 einen Zugkörper 21 auf, welcher über ein Halteelement 23 mit einer Schraubenmutteraufnahme 22 verbunden ist. In diese Schraubenmutteraufnahme 22 ist ein Testbolzen 10 mit seinem Testbolzenschaft 11 eingedreht, an dessen Testbolzenkopf 12 der Impulsschrauber angreift. Oberhalb der Schraubenmutteraufnahme 22 ist zur Halterung des Testbolzens 10 eine Kugelpfanne 37 an einem Haltearm 38 angeordnet, welche eine exakte Positionierung und eine möglichst punktuelle Wirkung des Testbolzens auf eine zwischen dem Testbolzenkopf 12 und der Schraubenmutteraufnahme 22 angeordnete Blattfeder 33 gewährleistet. Die Blattfeder 33 ist auf zwei Auflagern 35 aufgelegt und wird von einer beidseits angeordneten Verdrehsicherung 34 gegen ein Ausweichen aufgrund der vom Impulsschrauber an dem Testbolzen 10 bewirkten Drehung gehindert. Zwischen dem Testbolzenkopf 12 und der Kugelpfanne 37 ist hierbei eine Opferscheibe 39 eingelegt, welche im Falle einer Drehung des Testbolzens 10 mit einem Impulsschrauber für eine gleichmäßige Drehung und Reibung sorgt.
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Im Betrieb der Vorrichtung wird nunmehr der Impulsschrauber an dem Testbolzenkopf 12 ansetzen und den Testbolzen 10 in Drehung versetzen. Nachdem die Opferscheibe 39 für eine Drehbewegung des Testbolzens 10 mit möglichst konstanter Reibung in der Kugelpfanne 37 sorgt und die Kugelpfanne 37 eine möglichst punktuelle Auflage auf der Blattfeder 33 bewirkt, wirkt eine konzentrierte Kraft auf die Blattfeder 33, deren Gegenkraft von der unterhalb der Schraubenmutteraufnahme 22 angeordneten Kraftmesszelle aufgenommen wird. Aufgrund der so sich einstellenden Zugkraft bei einer vorbestimmten Drehung des Testbolzens 10 um einen normgemäß festgelegten Winkel von 30° bzw. 180° kann nunmehr die Leistung des geprüften Impulsschraubers bestimmt werden.
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Nach Abschluss eines solchen Tests kann ohne Weiteres der Testbolzen 10 wieder aus der Schraubenmutteraufnahme 22 herausgedreht werden, so dass nunmehr die Blattfeder 33 nur noch von der Verdrehsicherung 34 gehalten wird. Es ist also ohne Weiteres möglich, nunmehr die Blattfeder 33 herauszunehmen und bedarfsweise gegen eine andere Blattfeder 33 auszutauschen, so dass die Vorrichtung ohne Weiteres, insbesondere ohne große Umbauschritte, an den jeweiligen Impulsschrauber angepasst werden kann, um dessen Leistung idealerweise möglichst exakt zu bestimmen.
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2 zeigt nochmals die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben, wobei hierbei die rückwärtige Ansicht gezeigt ist. Insbesondere kann hier deutlich erkannt werden, dass die Kugelpfanne 37 einem Haltearm 38 zugeordnet ist, welcher um die Blattfeder 33 herum greift und so die Kugelpfanne 37 gegen eine Verdrehung sichert.
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Vorstehend beschrieben ist somit eine Vorrichtung zur vergleichenden Leistungsmessung von Impulsschraubern, welche eine vorteilhafte Anordnung des verwendeten Federelementes so realisiert, dass ein leichter Umbau dieser Vorrichtung zur Anpassung an verschiedene zu prüfende Impulsschrauber ermöglicht ist und damit eine deutliche Zeitersparnis bewirkt werden und auf den Einsatz von Fachpersonal zum Demontieren und Remontieren der Vorrichtung verzichtet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Testbolzen
- 11
- Testbolzenschaft
- 12
- Testbolzenkopf
- 20
- Kraftmesszelle
- 21
- Zugkörper
- 22
- Schraubenmutteraufnahme
- 23
- Halteelement
- 30
- Trägerplatte
- 31
- Stütze
- 32
- Zwischenplatte
- 33
- Blattfeder
- 34
- Verdrehsicherung
- 35
- Auflager
- 36
- Spindelantrieb
- 37
- Kugelpfanne
- 38
- Haltearm
- 39
- Opferscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006029556 A1 [0002, 0008]
- DE 2651575 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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