DE102011075859A1

DE102011075859A1 - Prüfvorrichtung für Impulsschrauber mit einem Testschraubbolzen

Info

Publication number: DE102011075859A1
Application number: DE102011075859A
Authority: DE
Inventors: Oskar Brandl; Konrad Schimming
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: DE102011075859B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für Impulsschrauber (10) mit einem Testschraubbolzen, der in eine Schraubenmutter einschraubbar ist und dessen Bolzenkopf in verschraubtem Zustand an einer Anlagefläche (42) anliegt, wobei die Prüfvorrichtung (10) mit einer zur Erfassung wenigstens einer für die Verschraubung des Bolzenkopfs und der Schraubenmutter charakteristischen Kenngröße ausgebildeten Messeinrichtung (1) ausgestattet ist, und die tung (53) aufweist, die zur Zufuhr eines Schmierstoffs in einen weitgehend zwischen dem Bolzenkopf und der Anlagefläche (42) liegenden Bereich ausgebildet ist.

Description

Die vorlegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung mit einem Testschraubbolzen für Impulsschrauber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Prüfung eines Impulsschraubers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Schraubverbindungen müssen oft mit einer vorgegebenen Vorspannkraft festgezogen werden, oder sie müssen zumindest mit einer Vorspannkraft festgezogen werden, die höchstens innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs von einem vorgegebenen Sollwert abweicht. Ein wichtiges und anschauliches Beispiel, mit dem sich die Sicherheitserfordernisse von Schraubverbindungen illustrieren lassen ist im Rahmen der Großserienfertigung von Kraftfahrzeugen zu finden. Ein Kraftfahrzeug weist eine Vielzahl an Schraubverbindungen auf, von denen viele für die Sicherheit des Fahrzeugs relevant sind. Schraubverbindungen an einem Fahrzeug werden bislang mit einem genau definierten Drehmoment festgezogen, um eine vorbestimmte Vorspannkraft mit hinreichender Genauigkeit zu erreichen.
Als Werkzeug zur Schaffung einer Schraubverbindung sehr geeignet sind beispielsweise Impulsschrauber, welche automatisch Drehmomentstöße auf eine Schraube übertragen. Ein großer Nachteil eines Impulsschraubers ist jedoch, dass es besonders schwierig ist, die nach dem Verschrauben tatsächlich in der Schraubverbindung generierte Vorspannkraft zu kontrollieren. Detaillierte Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere unterschiedliche Reibungsverhältnissen zwischen Schraubenkopf und der Fläche, auf welcher der Schraubenkopf bei verschraubtem Zustand aufzuliegen kommt, die in der Schraubverbindung erreichte Vorspannkraft maßgeblich beeinflussen. In der industriellen Praxis ist deshalb beim Einsatz von Impulsschraubern ein sehr kostenintensives Nacharbeiten einer automatisch erzeugten Schraubverbindung notwendig, nämlich das Nachknicken der Verschraubung mit einem Drehmomentschlüssel.
Da die Vorspannkraft, welche mittels eines Impulsschraubers erzeugt wird, nicht in einfacher Weise bestimmt werden kann, sind Prüfvorrichtungen entwickelt worden, mit welchen ein Impulsschrauber geprüft werden kann. Mit dem Impulsschrauber wird ein Testschraubbolzen in eine Schraubenmutter eingeschraubt, wobei mit der Prüfvorrichtung die erzeugte Vorspannkraft der Schraubverbindung zwischen Testschraubbolzen und Schraubenmutter exakt erfasst werden kann. Ziel ist es letztlich, mittels der Prüfvorrichtung Impulsfolgen des Impulsschraubers zur Erzeugung einer vorgegebenen Vorspannkraft zu erfassen, und anschließend für die Verschraubung von Schraubverbindungen vorzugeben, derart, dass eine vorgegebene Vorspannkraft auch tatsächlich erzeugt wird. Gelingt letzteres, ist der Schritt zur Maschinenfähigkeit eines Impulsschraubers gelungen.
Aus der Druckschrift DE 10 2006 029 556 A1 ist eine Prüfvorrichtung für Impulsschrauber bekannt. Diese weist einen Testschraubbolzen auf, der in eine Schraubenmutter einschraubbar ist und in eingeschraubtem Zustand an einer Anlagefläche anliegt. Die Anlagefläche ist unter Zwischenschaltung einer Axialkraftmesszelle und einer Vorspanneinrichtung gegenüber der Schraubenmutter axial federnd vorgespannt, wobei mit der Axialkraftmesszelle die mit der Prüfvorrichtung erzeugte Vorspannkraft gemessen werden kann. Die Vorspanneinrichtung ist außerdem mit einer konzentrisch zur Schraubenmutter angeordneten, kreisringförmigen Federscheibe ausgestattet, mit welcher die Steifigkeit der Feder einstellbar ist.
Auch aus der Druckschrift DE 10 2006 020 325 A1 ist eine Prüfvorrichtung für Impulsschrauber bekannt, mit welcher das Drehmoment einer Verschraubung ermittelt werden kann. Diese Prüfvorrichtung ist zudem dafür ausgebildet, das Drehmoment auch bei Verwendung von Schrauben mit unterschiedlichen Schraubkopfgeometrien zu erfassen. Erfahrungen haben jedoch ergeben, dass mit beiden der bekannten Prüfvorrichtungen zwar Vorspannkräfte, beziehungsweise Drehmomente genau erfasst werden können, dass aber die durch Drehimpulsstöße eines Impulsschraubers auf eine Schraubverbindung übertragenen Drehmomente sehr stark variieren, da die Reibung zwischen Anlagefläche und Kopf der verwendeten Schraube sehr unterschiedlich ausfällt.
Die Druckschrift DE 27 49 067 offenbart eine Vorrichtung zum Ermitteln des Reibwerts zwischen Schraube und Anlagefläche. Erfasst werden sowohl das Drehmoment als auch die Vorspannkraft der Schraubverbindung. Aus dem Verlauf von Drehmoment und Vorspannkraft lässt sich eine gegenseitige Abhängigkeit ermitteln und aus dem funktionalen Zusammenhang zwischen den beiden Größen lassen sich Rückschlüsse ziehen auf den jeweils zwischen Anlagefläche und Schraubenkopf vorherrschenden Reibwert. Messungen haben bestätigt, dass der vorherrschende Reibwert sehr starken Schwankungen unterworfen ist.
Die Auswertbarkeit einer Prüfung eines Impulsschraubers hängt aber sehr stark von den Umgebungsbedingungen, und insbesondere von dem genannten Reibwert zwischen Schraubenkopf und Anlagefläche ab. Bekannte Prüfvorrichtungen für Impulsschrauber sind deshalb ungeeignet, um verlässliche Aussagen über Impulsschrauber machen zu können, und bieten auch keine Grundlage, um einen Schritt in Richtung Maschinenfähigkeit von Impulsschraubern einleiten zu können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Prüfvorrichtung für Impulsschrauber zu schaffen, mit welcher sich die bei einem Schraubvorgang vorherrschenden Umgebungsparameter besser unter Kontrolle halten lassen, und darüber hinaus soll ein Verfahren zur Prüfung eines Impulsschraubers geschaffen werden, welches geeignet ist, um reproduzierbare Prüfergebnisse zu erzielen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe hinsichtlich der Prüfvorrichtung mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen nach dem Anspruch 10 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung sieht eine Prüfvorrichtung mit einem Testschraubbolzen für Impulsschrauber vor, der in eine Schraubenmutter einschraubbar ist und dessen Bolzenkopf in verschraubtem Zustand an einer Anlagefläche anliegt, wobei die Prüfvorrichtung einerseits mit einer zur Erfassung wenigstens einer für die Verschraubung des Bolzenkopfs und der Schraubenmutter charakteristischen Kenngröße ausgebildeten Messeinrichtung ausgestattet ist, und andererseits eine Schmiereinrichtung aufweist, die zur Zufuhr eines Schmierstoffs in einen weitgehend zwischen dem Bolzenkopf und der Anlagefläche liegenden Bereich ausgebildet ist. Mit der Messeinrichtung wird eine charakteristische Kenngröße für eine Verschraubung – beispielsweise die Vorspannkraft – erfasst, mit der Schmiereinrichtung wird eine besonders wichtige Umgebungsbedingung, nämlich der Reibwert zwischen dem Bolzenkopf und der Anlagefläche, weitgehend konstant gehalten.
Die Anlagefläche, an welcher der Bolzenkopf des Testschraubbolzens in verschraubtem Zustand anliegt, kann beispielsweise Teil eines Gehäuses der Prüfvorrichtung sein, beispielsweise eines Gehäuses der Messeinrichtung. Der für die Zufuhr von Schmierstoff zwischen die Anlagefläche und den Bolzenkopf vorgesehene Schmierstoff – beispielsweise eine Paste – ist vorzugsweise kompressibel, luftfrei und druckstabil. Geeignet ist beispielsweise eine Dispersion von Trägeröl und Festschmierstoff. Der Schmierstoff wird in einen weitgehend zwischen dem Bolzenkopf und der Anlagefläche liegenden Bereich zugeführt. Die Verteilung kann beispielsweise durch einen Einschraubvorgang und/oder einen Ausschraubvorgang bewirkt werden. Der Schmierstoff kann zudem – beispielweise wenn der Testschraubbolzen nicht oder zumindest nicht vollständig verschraubt ist – direkt in den Bereich zwischen Bolzenkopf und Anlagefläche zugeführt werden.
Gegenüber bekannten Prüfvorrichtungen für Impulsschrauber bietet die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung den Vorteil, dass der Reibwert zwischen dem Bolzenkopf und der Anlagefläche dank der Schmierung weitgehend konstant gehalten werden kann. Bei einem Einschraubvorgang mit einer bekannten Prüfvorrichtung werden wesentliche Anteile der auf den Testschraubbolzen ausgeübten Drehimpulsstöße infolge von Reibung zwischen dem Bolzenkopf und der Anlagefläche nicht in die Verschraubung eingetragen, sondern gehen als Reibung verloren. Bei einem Einschraubvorgang, der mittels der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung bewirkt wird, werden die Reibungsverhältnisse weitgehend konstant gehalten. Nur mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung ist also eine gute Reproduzierbarkeit von Einschraubvorgängen und begleitenden Messungen der charakteristischen Kenngröße einer erzeugten Verschraubung möglich. Um einen vorgegebenen Wert der für die Verschraubung charakteristischen Kenngröße mit hinreichender Genauigkeit zu erreichen, kann mittels der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung beispielsweise eine Impulsfolge ermittelt, anschließend für weitere Verschraubungen vorgegeben und entsprechend umgesetzt werden.
Mit der Axialkraftmesszelle wird als charakteristische Kenngröße einer Verschraubung die Vorspannkraft erfasst.
Vorzugsweise lässt sich die Zufuhr von Schmierstoff außerdem steuern und/oder regeln. Die Prüfvorrichtung ist hierfür in bevorzugter Weise mit einer Steuereinrichtung ausgestattet, mit welcher die Zufuhr von Schmierstoff steuerbar und/oder regelbar ist. Gesteuert werden kann der Schmierungsvorgang beispielsweise, indem Schmierstoff zu bestimmten Zeitpunkten zwischen den Bolzenkopf und die Anlagefläche zugeführt wird, zum Beispiel jeweils, wenn ein Ausschraubvorgang stattfindet, und der Testschraubbolzen bereits zu einem Drittel ausgeschraubt ist. Regeln lässt sich die Zufuhr beispielsweise, indem zusätzlich ein Sensor die Menge von Schmierstoff, welche zugeführt wurde, erfasst, und die Menge des neu zuzuführenden Schmierstoffs in Abhängigkeit der erfassten Menge bestimmt und ausgetragen wird.
Wenn Einschraubvorgänge und Ausschraubvorgänge vollständig automatisiert sind, kann auch ein vollständiger zeitlicher Verlauf für die Schmierstoffzufuhr vorgegeben werden. Der Verlauf kann beinhalten, zu welchem Zeitpunkt Schmierstoff während welcher Zeitdauer und auch wie viel Schmierstoff zu welchem Zeitpunkt zugeführt wird. Die Steuereinrichtung erlaubt also vorzugsweise eine Dosierung der Schmierstoffmenge. Besonders vorteilhaft ist es, vor und zusätzlich oder alternativ dazu nach einem Einschraubvorgang oder einem Ausschraubvorgang jeweils Schmierstoff zuzuführen. Wenn der Testschraubbolzen vollständig eingeschraubt wurde, geht der Schmierstoff zwischen dem Bolzenkopf und der Anlagefläche erfahrungsgemäß zu einem großen Anteil verloren, es ist daher von Vorteil zwischen jedem vollständigen Ein- und Ausschraubvorgang Schmierstoff zuzuführen.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung ist die Schmiereinrichtung zur Zufuhr von Schmierstoff zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vor und/oder während und/oder nach einem Schraubvorgang ausgebildet. Der vorbestimmte Zeitpunkt kann zum Beispiel so gewählt werden, dass der daraufhin folgende Einschraubvorgang oder Ausschraubvorgang in optimaler Weise zur Verteilung des Schmierstoffs auf die Region zwischen dem Bolzenkopf und der Anlagefläche beiträgt.
Die Schmiereinrichtung weist vorzugsweise eine Druckerzeugungseinrichtung auf, welche mit einem mit Schmierstoff befüllbaren Druckzylinder, einer Spindel und einem Schmierstoffauslass ausgestattet ist, wobei die Spindel mit einem in dem Druckzylinder angeordneten Kolben funktional gekoppelt ist. Damit der Druckzylinder mit Schmierstoff befüllbar ist, weist dieser vorzugsweise eine Bohrung auf, durch welche der Schmierstoff eingebracht werden kann, beispielsweise mittels einer dafür vorgesehenen Vakuumpumpe. Der Druckzylinder weist außerdem mindestens einen Schmierstoffauslass auf, durch welchen der Schmierstoff zur Zufuhr in den weitgehend zwischen den Testschraubbolzenkopf und der Anlagefläche liegenden Bereich ausgebracht werden kann.
Die funktionale Kopplung zwischen der Spindel und dem im Druckzylinder angeordneten Kolben dient zur Umsetzung einer Rotationsbewegung der Spindel um ihre Längsachse in eine Bewegung des Kolbens in Längsrichtung des Druckzylinders. Die Kolbenbewegung führt dann dazu, dass Schmierstoff im Druckzylinder komprimiert wird und/oder durch den Schmierstoffauslass hindurch ausgebracht wird.
Die Druckerzeugungseinrichtung bietet den Vorteil, dass der Druck, mit welchem der Schmierstoff für die Zufuhr gefördert wird, sehr genau kontrolliert und konstant gehalten werden kann. Bestimmte Schmierstoffe, Insbesondere Dispersionen von Trägeröl und Festschmierstoff, eventuell auch mit einem Verdicker und einem haftaktiven Wirkstoff versetzt, sind nur unter hohen Drücken überhaupt förderbar.
Zusätzlich lässt sich mit dem im Druckzylinder aufgebauten Druck auch erreichen, dass der Schmierstoff möglichst luftfrei und unter konstanten Umgebungsbedingungen für die Zufuhr bereitgehalten wird. Gleichzeitig bietet der Druckzylinder auch Raum für einen Schmierstoffvorrat, welcher für mehrere Einschraubvorgänge und Ausschraubvorgänge genutzt werden kann.
Die Schmiereinrichtung weist außerdem vorzugsweise eine Antriebseinrichtung mit einem Motor und einem mit einer Abtriebswelle des Motors funktional gekoppelten Untersetzungsgetriebe auf, wobei der Motor und das Untersetzungsgetriebe zur Betätigung der Schmiereinrichtung zum Austragen von Schmierstoff ausgebildet sind. Als Motor kann beispielsweise ein Schrittmotor eingesetzt werden, und als zur Übertragung einer Abtriebsbewegung des Motors in eine Rotationsbewegung der Spindel ausgebildetes Untersetzungsgetriebe dient beispielsweise ein Planetengetriebe.
Zur genauen Antriebssteuerung der Spindel ist das Getriebe als Untersetzungsgetriebe ausgebildet, vorzugsweise beträgt das Untersetzungsverhältnis ungefähr 10:1 bis 70:1, bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Untersetzungsverhältnis in der Größenordnung von 40:1. Auf diese Weise lässt sich eine sehr gleichmäßige Spindelrotation erzielen und extrem genau kontrollieren, und es lässt sich zudem auf einfache Weise – durch Kontrolle der Motorgeschwindigkeit – verhindern, dass ein vorgegebener Grenzdruck im Druckzylinder überschritten wird.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung ist die Prüfvorrichtung mit einem Ventil ausgestattet, welches einen Zuflussanschluss und einem Abflussanschluss aufweist, und außerdem mit einem Zylinderstift mit einer Querbohrung zum Durchlass von Schmierstoff, und mit einem steuerbaren Motor zur Drehbetätigung des Zylinderstifts zur fluidführenden Verbindung des Zuflussanschlusses und Abflussanschlusses.
Der Zuflussanschluss im Gehäuse des Ventils ist für das Einbringen von Schmiermittel vorgesehen. Wenn die Prüfvorrichtung ebenfalls eine Druckerzeugungseinrichtung aufweist, wird Schmierstoff aus dem Schmierstoffauslass des Druckzylinders ausgebracht und in den Zuflussanschluss des Ventilgehäuses eingebracht. Der Abflussanschluss dient wiederum dazu, Schmiermittel auszutragen. Zuflussanschluss und Abflussanschluss sind jedoch nicht jederzeit miteinander fluidisch verbunden, da mit dem Zylinderstift der Durchlass versperrt werden kann und damit der Durchlass von Schmierstoff kontrolliert werden kann. Schmiermittel kann durch die Querbohrung des Zylinderstifts hindurch treten, aber nur bei entsprechender Drehstellung des Zylinderstifts. Bei dieser Drehstellung des Zylinderstifts verbindet die Querbohrung den Zuflussanschluss und den Abflussanschluss zum Durchtritt von Schmierstoff. Die Rotationsbewegung des Zylinderstifts wird wiederum mit dem Motor zur Drehbetätigung des Zylinderstifts bewirkt. Als Motor kann ein Schrittmotor eingesetzt werden, andere Ausführungsformen sind aber auch denkbar.
Der Vorteil liegt darin, dass ein Nachfließen von Schmierstoff nach Beaufschlagung des Schmierstoffs durch den Kolben im Druckzylinder verhindert werden kann, da mit dem Ventil der Durchfluss des Schmierstoffs jederzeit ermöglicht oder verhindert werden kann. Der Schmierzeitpunkt und die Schmierstoffmenge, welche ausgetragen wird, lassen sich durch den Motor zur Drehbetätigung des Zylinderstifts extrem genau einstellen, beziehungsweise dosieren. Gleichzeitig lässt sich durch die optionale, räumliche Trennung von Druckerzeugungseinrichtung und Steuereinrichtung sowohl die Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Drucks als auch eine ganz exakte Dosierung der Schmierstoffzufuhr aufgabenspezifisch realisieren und optimieren.
Vorzugsweise sind die Druckerzeugungseinrichtung und/oder die Antriebseinrichtung und/oder das Ventil in Form einer funktionalen Modulbaugruppe ausgebildet. Wenn eine oder mehrere der genannten Komponenten der Prüfvorrichtung als funktionale Modulbaugruppe ausgebildet sind, lassen sich Teilbereiche der gesamten Konstruktion einzeln optimieren, außerdem ist die Wartung der Prüfvorrichtung erleichtert, und es lassen sich auch Tätigkeiten im gewöhnlichen Rahmen der Benutzung der Prüfvorrichtung wie etwa das Nachfüllen des Schmierstoffs einfacher und effizienter durchführen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Prüfvorrichtung außerdem eine Kalibriereinrichtung mit einem Referenzkraftaufnehmer und einer Betätigungsvorrichtung auf, mit welcher eine vom Referenzkraftaufnehmer erfassbare Zugkraft auf die Axialkraftmesszelle ausübbar ist, wobei die Axialkraftmesszelle zum Abgleich mit dem Referenzkraftaufnehmer einstellbar ist. Die Kalibriereinrichtung kann ein Spindel zur Beaufschlagung der Messzelle aufweisen, und als Betätigungsvorrichtung kann beispielsweise ein Handrad dienen.
Die Axialkraftmesszelle lässt sich mittels der Kalibriereinrichtung so einstellen, dass sie anschließend dieselbe Vorspannkraft anzeigt wie der Referenzkraftaufnehmer, die Kalibriereinrichtung dient somit zur Eichung der Prüfvorrichtung. Hierfür wird mit der Betätigungsvorrichtung eine Zugkraft auf die Axialkraftmesszelle ausgeübt und gleichzeitig wird die ausgeübte Zugkraft mit dem Referenzkraftaufnehmer erfasst. Wenn die Axialkraftmesszelle nicht denselben Wert für die Vorspannkraft wie der Referenzkraftaufnehmer erfasst, lässt sich die Axialkraftmesszelle einstellen, bis die beiden Messwerte identisch sind.
Zudem ist auch ein Verfahren zur Prüfung eines Impulsschraubers Gegenstand der Erfindung, gemäß dem ein durch den Impulsschrauber betätigbarer und in verschraubtem Zustand an einer Anlagefläche anliegender Testschraubbolzen in eine Schraubenmutter eingeschraubt wird, und mittels einer Axialkraftmesszelle die Vorspannkraft der Schraubverbindung erfasst wird, wobei mittels einer Schmiereinrichtung in einen weitgehend zwischen dem Bolzenkopf des Testschraubbolzens und der Anlagefläche liegenden Bereich Schmierstoff zugeführt wird. Es wird an dieser Stelle ausdrücklich auf die vorstehende Beschreibung der Prüfvorrichtung verwiesen.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Zufuhr von Schmierstoff gesteuert und/oder geregelt. Die Steuerung und/oder Regelung beinhaltet sowohl das Zuführen von Schmierstoff zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vor und/oder während und/oder nach einem Schraubvorgang, als auch das Dosieren der Schmierstoffmenge, welche zugeführt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem ersten Schritt Druck in einem Schmierstoff enthaltenden Druckzylinder aufgebaut. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass mittels einer Antriebseinrichtung über eine zwischengeschaltete Spindel ein Kolben im Druckzylinder in Richtung der Längsachse des Druckzylinders bewegt wird. Der im Druckzylinder aufgebaute Druck wird dann während einer vorgegebenen Zeitdauer gehalten. Diese Zeitdauer endet vorzugsweise mit dem Zeitpunkt, da ein Ausschraubvorgang einzusetzen beginnt.
In einem nächsten Schritt wird der Testschraubbolzen in die Schraubenmutter eingeschraubt. Daraufhin wird die Schraubverbindung wieder vollständig oder partiell gelöst, das heißt, dass der Testschraubbolzen vollständig oder partiell aus der Schraubenmutter herausgeschraubt wird. Hierauf wird das Auslassen von Schmiermittel mittels eines Ventils mit einem mit dem Druckzylinder fluidisch verbundenen Zuflussanschluss und mit einem Abflussanschluss zu einem vorgegebenen Zeitpunkt initiiert, wodurch Schmiermittel durch den Abflussanschluss weitgehend in einen Bereich zwischen Testschraubbolzen und Anlagefläche zugeführt wird.
Das Ventil ist zur Steuerung und/oder Regelung des Durchflusses von Schmiermittel vom Zuflussanschluss zum Abflussanschluss ausgebildet. Der vorgegebene Zeitpunkt zum Ausbringen von Schmierstoff ist beispielsweise auf einen Zeitpunkt während des Lösens der Schraube festgesetzt, etwa dann, wenn der Abstand zwischen dem Testschraubbolzenkopf und der Anlagefläche eine vorgegebene Größe erreicht hat. Es ist nach dem Verfahren auch möglich, dass beim Ausschraubvorgang der zugeführte Schmierstoff verteilt wird. Nachdem Schmiermittel in den Bereich zwischen Testschraubbolzen und Anlagefläche zugeführt wurde, wird das Austragen von Schmiermittel mittels des Ventils beendet.
Die hier aufgeführte Reihenfolge der durchzuführenden Schritte entspricht einer bevorzugten Ausführungsform, die Erfindung schließt jedoch auch Verfahren mit ein, gemäß denen die angegebenen Schritte in einer abweichenden Reihenfolge durchlaufen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren schließt vorzugsweise mit ein, dass mit einer Betätigungsvorrichtung eine vom Referenzkraftaufnehmer erfassbare Zugkraft auf die Axialkraftmesszelle ausgeübt wird, und die Axialkraftmesszelle zum Abgleich mit dem Referenzkraftaufnehmer eingestellt wird. Als Betätigungsvorrichtung kann wiederum, wie schon angeführt, ein Handrad dienen. Im Übrigen wird auf die obige Beschreibung einer entsprechenden Prüfvorrichtung mit einer Betätigungsvorrichtung und einem Referenzkraftaufnehmer verwiesen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
1 eine schematische Darstellung einer Prüfvorrichtung mit einer darauf montierten EC-Spindel;
2 eine Längsschnnittdarstellung einer Druckerzeugungseinrichtung, welche einen Teil einer Prüfvorrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 eine Längsschnittdarstellung einer Antriebseinrichtung, welche einen Teil einer Prüfvorrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 eine Längsschnittdarstellung eines Ventils, welches einen Teil einer Prüfvorrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 eine schematische Funktionsdarstellung verschiedener modularer Baugruppen einer Prüfvorrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; und
6 eine Längsschnittdarstellung einer Kalibriereinrichtung, welche einen Teil einer Prüfvorrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
1 zeigt eine schematische Darstellung des mechanischen Aufbaus einer Prüfvorrichtung 10 nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine EC-Spindel 3 als Antrieb dargestellt ist, anhand der die grundsätzliche Funktionalität der Prüfvorrichtung 10 erläutert wird.
Die Prüfvorrichtung 10 weist eine Messeinrichtung 1 mit einer in 1 schematisch dargestellten und in den 2 bis 4 anhand einzelner Baugruppen näher dargestellten Schmiereinrichtung 53 auf. Mit der Messeinrichtung 1 ist es möglich, die Vorspannkraft einer Schraubverbindung zum messen. 1 zeigt eine Bohrung 9, die von einem nicht näher dargestellten Testschraubbolzen durchsetzt werden kann. Anstelle eines Impulsschraubers ist in 1 jedoch die EC-Spindel 3 auf die Prüfvorrichtung 10 aufgesetzt, die im Testfall von einem nicht näher dargestellten Impulsschrauber ersetzt wird.
1 zeigt, wie die zur Prüfung der Funktionalität der Prüfvorrichtung 10 ausgebildate EC-Spindel 3 auf der Prüfvorrichtung 10 montiert ist. Über einem zylindrischen Einsatz mit der Bohrung 9 ist eine höhenverstellbare Traverse 8 befestigt. Auf diese können Schraubwerkzeuge, Sensoren und dergleichen befestigt werden. Sie lässt sich mit einer horizontalen Linearführung 6 und auch einer vertikalen Linearführung 7 frei bewegen und kann in der gewünschten Höhe mit nicht näher dargestellten Hebeln arretiert werden. Die EC-Spindel 3 ist zudem in einem Trägersystem 4 arretiert, welches an dem oberen Ende eines Trägergehäuses 5 befestigt ist.
Die gesamte Prüfvorrichtung 10 ist bei der dargestellten Ausführungsform auf eifern aus Aluminiumstangenprofilen aufgebauten Unterbau 2 montiert. Die EC-Spindel 3 lässt sich von der Prüfvorrichtung 10 in einfacher Weise entfernen, so dass mittels eines zu testenden Impulsschraubers ein Testschraubbolzen in die Bohrung 9 eingeschraubt werden kann. Mit der Messeinrichtung 1 kann dann die Vorspannkraft mittels einer nicht näher dargestellten Axialkraftmesszelle, welche sich im Inneren des Gehäuses der Messeinrichtung 1 befindet, ermittelt werden.
Neben der Messeinrichtung 1 weist die Prüfvorrichtung 10 die Schmiereinrichtung 53 auf, die zum Zuführen von Schmierstoff zwischen den Kopf des Testschraubbolzens und einer in der 5 ersichtliche Anlageflächen 42 ausgebildet ist. Die Anlagefläche 42 befindet sich bei der dargestellten Ausführungsform am Gehäuse der Messeinrichtung 1 im Bereich der Bohrung 9 angeordnet.
Wie in 5 zu sehen ist und nachfolgend erläutert wird, ist die Schmiereinrichtung 53 modular aufgebaut, das heißt, sie ist aus mehreren funktionalen Modulbaugruppen zusammengesetzt. Schnittdarstellungen der drei Modulbaugruppen der Schmiereinrichtung 53 sind in den 2, 3 und 4 gezeigt.
2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Druckerzeugungseinrichtung 23. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Druckerzeugungseinrichtung 23 als einfache Spindelpresse ausgebildet. Schmierstoff wird über eine Schmierstofffüllbohrung 21 in einen Druckzylinder 11 eingebracht, und zur Erzeugung des Drucks wird ein Kolben 12 vertikal innerhalb des Druckzylinders 11 verfahren. An der Unterseite des Druckzylinders 11 ist eine Bohrung eingebracht, welche als Schmierstoffauslass 22 dient.
Die Bewegung des Kolbens 12 erfolgt über einen Spindeltrieb. Über einen Gewindeeinsatz 13 kann der Kolben 11 durch eine innerhalb eines Spindelgehäuses 15 angeordnete Spindel 17 in axialer Richtung verfahren werden. Der Kolben 12 stützt sich an einem Flansch 14 und an einer Hülse 6 ab. Die Lagerung der Spindel 17 ist in einem Lagerflansch 18 untergebracht und erfolgt zur radialen Abstützung über ein Pendelkugellager 20 und zur axialen Abstützung über ein Rillenkugellager 19.
Angetrieben wird der Kolben 11 durch eine in der 3 dargestellte Antriebseinrichtung 31. Auch die Antriebseinrichtung 31 ist wiederum als funktionale Modulbaugruppe ausgebildet. Im unteren Bereich der 3. ist ein Teil der in 2 gezeigten Druckerzeugungseinrichtung 23 dargestellt, nämlich die Spindel 17 innerhalb des Lagerflanschs 18. Die gesamte Antriebseinrichtung 31 ist über das Kupplungsgehäuse 30 mittels Zentrierstiften, die für eine Zentrierung und eine Drehmomentübertragung sorgen, mit dem Lagerflansch 18 verbunden.
An der Spindel 17 ist eine Abschaltkupplung 24 angeordnet, welche mit einem zweistufigen Planetengetriebe 26 mit einer Untersetzung von 40:1 verbunden ist. Das Planetengetriebe 26 ist gegen Verdrehung gesichert in einem Getriebegehäuse 25 gelagert, welches mit dem Kupplungsgehäuse 30 verschraubt ist. Auf der in der 3 oben liegenden Seite des Getriebegehäuses 25 ist dieses mit einem Motorflansch 27 verschraubt, in welchem eine Kupplung 28 angeordnet ist. Die Kupplung 28 verbindet eine Abtriebswelle eines mit dem Motorflansch 27 verschraubten Motors 29 mit einer nicht näher dargestellten Sonnenwelle des Planetengetriebes 26.
Das Antriebsmodul 31 bewirkt den Vortrieb der Spindel 16, ohne dass jedoch ein vorgegebener Grenzdruck im Druckzylinder 11 überschritten wird. Das Abtriebsmoment des Schrittmotors 29 wird mit dem Planetengetriebe 26 untersetzt. So kann die Spindel 17 gleichmäßig angetrieben und die Drehwinkelbewegungen der Spindel 17 können sehr genau kontrolliert werden. Damit können auch die Bewegungen des Kolbens 12 und somit der Druck im Druckzylinder 11 sehr genau gesteuert werden.
Gelangt Schmierstoff aus dem Schmierstoffauslass 22 des Druckzylinders 11 heraus, so wird er in einen Zuflussanschluss 39 einer weiteren funktionalen Modulbaugruppe, nämlich eines in der 4 dargestellten Ventils 37 eingebracht. Das Ventil 37 weist einen gehärteten Zylinderstift 38 auf, welcher mit einer Querbohrung 41 versehen ist, durch die Schmierstoff gepresst werden kann. Je nach Drehwinkellage des Zylinderstifts 38 um seine Längsachse ist der Zuflussanschluss 39 mit der Querbohrung 41 verbunden oder nicht. Wenn der Zylinderstift 38 die Drehwinkellage einnimmt, welche ermöglicht, dass Schmierstoff via Zuflussanschluss 39 durch die Querbohrung 41 hindurch gelangen kann, wird der Schmierstoff anschließend durch einen Abflussanschluss 41 hindurchgeführt, und kann in einen Bereich zwischen den nicht näher dargestellten Testschraubbolzen und der Anlagefläche zugeführt werden.
Der Zylinderstift 38 ist im Ventilgehäuse 32 gelagert, wobei links und rechts des Ventilgehäuses 32 positionierte Kappen 33 nicht näher dargestellte Dichtringe fixieren, welche auf den Zylinderstift 38 gesteckt werden können und das System abdichten. An das Ventilgehäuse 32 ist außerdem ein Schrittmotor 36 angeflanscht, dessen Motorwelle über eine in einem Kupplungsgehäuse 34 angeordnete Kupplung 35 mit den Zylinderstift 38 verbunden ist Mit dem Schrittmotor 36 wird der Zylinderstift 38 um seine Längsachse verdreht. Damit kann das Ventil 37 positionsgenau geöffnet und geschlossen werden.
Die funktionale Kopplung zwischen den Baumodulgruppen der Schmiereinrichtung 53, nämlich der in 2 dargestellten Druckerzeugungseinrichtung, der in 3 dargestellten Antriebseinrichtung 31 und dem in 4 dargestellten Ventil 37 ist in einer schematischen Prinzipdarstellung in 5 zu sehen. Mit der Antriebseinrichtung 31 wird die Spindel 17 der Druckerzeugungseinrichtung 23 angetrieben, wodurch der Kolben 12 Druck im Druckzylinder 11 aufbaut. Wenn das Ventil 37 geöffnet ist, gelangt der Schmierstoff in den in der 1 dargestellten Bereich des zylindrischen Einsatzes mit der Bohrung 9, durch welche der Testschraubbolzen gesteckt wird, und zwar zwischen den Kopf des Testschraubbolzens und der Anlagefläche 42.
Während jedes mit der Prüfvorrichtung 10 durchgeführten Ausschraubvorgangs des nicht näher dargestellten Testschraubbolzens wird mittels der dargestellten Schmiereinrichtung Schmierstoff zwischen die Anlagefläche 42 und den Kopf des Testschraubbolzens zugeführt. Auf diese Weise werden die Reibungsverhältnisse zwischen dem Kopf des Testschraubbolzens und der Anlagefläche 42 weitgehend konstant gehalten. Wenn die Prüfvorrichtung 10 einen Drehimpuls auf den Testschraubbolzen überträgt, ist der Anteil an Drehmoment, welcher infolge von Reibung verloren geht, weitgehend konstant und die mit der Messeinrichtung 1 zu bestimmende Vorspannkraft der Verschraubung kann sehr genau bestimmt werden, und im Rahmen eines neuen Einschraubvorgangs mit hoher Genauigkeit reproduziert werden.
Bevor Messungen der Vorspannkraft einer mit einem Impulsschrauber festgezogenen Testverschraubung mit der Prüfvorrichtung 10 durchgeführt werden, ist es jeweils sinnvoll, dafür zu sorgen, dass die im Schraubfallsimulator 1 angeordnete Axialkraftmesszelle richtig geeicht ist. Hierfür ist eine in der 6 gezeigte Kalibriereinrichtung 52 vorgesehen. Anstelle eines Impulsschraubers wird für den Vorgang des Kalibrierens die Kalibriereinrichtung 52 mittels eines Adapters 48 auf die Messeinrichtung 1 aufgesetzt.
Die Kalibriereinrichtung 52 kann mit einer Betätigungsvorrichtung, bei der dargestellten Ausführungsform ein Handrad 50, zur Ausübung einer mit einem Referenzkraftaufnehmer 47 erfassbaren Zugkraft auf die Messeinrichtung 1 betätigt werden. Mit dem Handrad 50 wird über ein Getriebe 51 eine teilweise in einer Spindelmutter 44 angeordnete Spindelwelle 46 angetrieben, deren ausgeübte Kraft direkt vom Referenzkraftaufnehmer 47 erfasst wird. Das Getriebe 51 ist seitlich auf beiden Seiten an einem Lastrahmen 43 befestigt, der unterhalb des Getriebes zur Stabilität mit einer quer verlaufenden Verdrehsicherung 45 versehen ist, und der an einem Traversenprüfstand 49 befestigt ist.
Die von dem Referenzkraftaufnehmer 47 erfassten Messwerte kann ein Benutzer mit den mittels der Messeinrichtung 1 erfassten Messwerten vergleichen. Weichen die erfassten Messwerte voneinander ab, wird die Axialkraftmesszelle in der Messeinrichtung 1 derart eingestellt, dass die beiden Messwerte anschließend weitgehend identisch sind. Ist die Kalibrierung erfolgt, kann die Kalibriereinrichtung 55 entfernt werden, und die Prüfvorrichtung ist zu Messungen mit einem nicht näher dargestellten Impulsschrauber vorbereitet.
Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Patentansprüche und die Zeichnungen verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Messeinrichtung
2: Unterbau
3: EC-Spindel
4: Trägersystem für EC-Spindel
5: Trägergehäuse
6: horizontale Linearführung
7: vertikale Linearführung
8: höhenverstellbare Traverse
9: zylindrischer Einsatz mit Bohrung
10: Prüfvorrichtung
11: Druckzylinder
12: Kolben
13: Gewindeeinsatz
14: Flansch
15: Spindelgehäuse
16: Hülse
17: Spindel
18: Lagerflansch
19: Rillenkugellager
20: Pendelkugellager
21: Schmierstofffüllbohrung
22: Schmierstoffauslass
23: Druckerzeugungseinrichtung
24: Abschaltkupplung
25: Getriebegehäuse
26: Planetengetriebe
27: Motorflansch
28: Kupplung
29: Motor
30: Kupplungsgehäuse
31: Antriebseinrichtung
32: Ventilgehäuse
33: Kappe
34: Kupplungsgehäuse
35: Kupplung
36: Schrittmotor
37: Ventil
38: Zylinderstift
39: Zuflussanschluss
40: Abflussanschluss
41: Querbohrung
42: Anlagefläche
43: Lastrahmen
44: Spindelmutter
45: Verdrehsicherung
46: Spindelwelle
47: Referenzkraftaufnehmer
48: Adapter
49: Traversenprüfstand
50: Handrad
51: Getriebe
52: Kalibriereinrichtung
53: Schmiereinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006029556 A1 [0005]
DE 102006020325 A1 [0006]
DE 2749067 [0007]

Claims

Prüfvorrichtung mit einem Testschraubbolzen für Impulsschrauber (10), der in eine Schraubenmutter einschraubbar ist und dessen Bolzenkopf in verschraubtem Zustand an einer Anlagefläche (42) anliegt, wobei die Prüfvorrichtung (10) mit einer zur Erfassung wenigstens einer für die Verschraubung des Bolzenkopfs und der Schraubenmutter charakteristischen Kenngröße ausgebildeten Messeinrichtung (1) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung weiterhin eine Schmiereinrichtung (53) aufweist, die zur Zufuhr eines Schmierstoffs in einen weitgehend zwischen dem Bolzenkopf und der Anlagefläche (42) liegenden Bereich ausgebildet ist.
Prüfvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (1) zur Erfassung der Vorspannkraft als charakteristische Kenngröße ausgebildet ist.
Prüfvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, mit der die Zufuhr von Schmierstoff steuerbar und/oder regelbar ist.
Prüfvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiereinrichtung (53) zur Zufuhr von Schmierstoff zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vor und/oder während und/oder nach einem Schraubvorgang ausgebildet ist.
Prüfvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiereinrichtung (53) wenigstens eine Druckerzeugungseinrichtung (23) aufweist mit einem mit Schmierstoff befüllbaren Druckzylinder (11), einer Spindel (17) und einem Schmierstoffauslass (22), wobei die Spindel (17) mit einem in dem Druckzylinder (11) angeordneten Kolben (12) funktional gekoppelt ist.
Prüfvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiereinrichtung (53) wenigstens eine Antriebseinrichtung (31) mit einem Motor (29) und einem mit einer Abtriebswelle des Motors (29) funktional gekoppelten Untersetzungsgetriebe (26) zur Betätigung der Schmiereinrichtung (53) zum Austragen von Schmierstoff aufweist.
Prüfvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Ventil (37) mit einem Gehäuse (32), das einen Zuflussanschluss (39) und einen Abflussanschluss (40) aufweist, sowie einem Zylinderstift (38) mit einer Querbohrung (41) zum Durchlass von Schmierstoff, und einem steuerbaren Motor (36) zur Drehbetätigung des Zylinderstifts (38) zur fluidführenden Verbindung des Zuflussanschlusses (39) und Abflussanschlusses (40).
Prüfvorrichtung (10) nach Anspruche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinrichtung (23) und/oder die Antriebseinrichtung (31) und/oder das Ventil (37) in Form einer funktionalen Modulbaugruppe ausgebildet ist.
Prüfvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (10) eine Kalibriereinrichtung (52) mit einem Referenzkraftaufnehmer (47) und einer Betätigungsvorrichtung (50) aufweist, mit welcher eine vom Referenzkraftaufnehmer (47) erfassbare Zugkraft auf die Axialkraftmesszelle ausübbar ist, und die Axialkraftmesszelle zum Abgleich mit dem Referenzkraftaufnehmer (47) einstellbar ist.
Verfahren zur Prüfung eines Impulsschraubers, gemäß dem ein durch den Impulsschrauber betätigbarer und in verschraubtem Zustand an einer Anlagefläche (42) anliegender Testschraubbolzen in eine Schraubenmutter eingeschraubt wird, und mittels einer Axialkraftmesszelle die Vorspannkraft der Schraubverbindung erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Schmiereinrichtung (53) in einen weitgehend zwischen dem Bolzenkopf des Testschraubbolzens und der Anlagefläche (42) liegenden Bereich Schmierstoff zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Schmierstoff gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Aufbauen von Druck in einem Schmierstoff enthaltenden Druckzylinder (11); – Halten des Drucks im Druckzylinder (11) während einer vorgegebenen Zeitdauer; – Einschrauben des Testschraubbolzens in die Schraubenmutter; – Lösen der Schraubverbindung zwischen Testschraubbolzen und Schraubenmutter; – Initiieren einer Austragung von Schmiermittel mittels eines Ventils (37) mit einem mit dem Druckzylinder (11) fluidisch verbundenen Zuflussanschluss (39) und einem Abflussanschluss (40) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, wodurch Schmiermittel durch den Abflussanschluss (40) weitgehend in einen Bereich zwischen Testschraubbolzen und Anlagefläche (42) zugeführt wird; – Beenden der Austragung von Schmiermittel mittels des Ventils (37).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Betätigungsvorrichtung (50) eine von einem Referenzkraftaufnehmer (47) erfassbare Zugkraft auf die Axialkraftmesszelle ausgeübt wird, und die Axialkraftmesszelle zum Abgleich mit dem Referenzkraftaufnehmer (47) eingestellt wird.