DE102017223589A1 - Method for mounting a screw, mounting device and control device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Schraube unter Verwendung eines Drehmomentsensors und eines Winkelsensors, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube bis zu einem Zielmoment (32) eingedreht wird und ab einem Schwellmoment (24) ein Drehwinkel der Schraube beim Einschrauben sensiert und/oder ermittelt wird.Daneben betrifft die Erfindung eine Montagevorrichtung.Daneben betrifft die Erfindung eine SteuerungsvorrichtungThe invention relates to a method for mounting a screw using a torque sensor and an angle sensor, characterized in that the screw is screwed in to a target torque (32) and from a threshold torque (24) senses a rotation angle of the screw when screwing and / or determined In addition, the invention relates to a mounting device. In addition, the invention relates to a control device
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Schraube unter Verwendung eines Drehmomentsensors und eines Winkelsensors.The invention relates to a method for mounting a screw using a torque sensor and an angle sensor.
Es ist bekannt, die Schrauben bei der Montage bis zu einem Vordrehmoment anzuziehen, und danach die Schrauben noch um einen Zielwinkel mit Überwachung eines resultierenden Endmomentes anzuziehen. Durch das Verwenden des Vordrehmomentes soll sichergestellt werden, dass die Streuung des resultierenden Endmomentes im Vergleich zu einer alleinigen Verwendung eines Zielwinkels verringert ist.It is known to tighten the screws during assembly to a pre-torque, and then tighten the screws by a target angle with monitoring of a resulting end torque. By using the pre-torque, it is to be ensured that the dispersion of the resulting end torque is reduced in comparison with a sole use of a target angle.
Daneben ist es bekannt, die Verschraubung drehmomentgesteuert und streckgrenzengesteuert durchzuführen.In addition, it is known to perform the screw torque controlled and yield limit controlled.
Allerdings hat sich herausgestellt, dass auch bei der Verwendung des Vordrehmomentes Fehler auftreten können. Dabei kann es zu Setzvorgängen der Schraube kommen. Diese finden im Setz- und Fügebereich, der auf den Eindrehbereich folgt, statt. Im darauf folgenden Gleichmäßigkeitsbereich kommt es beim Wechsel von Drehmomentsteuerung zu Winkelsteuerung zu einem Moment, in dem das Montagewerkzeug unbestromt ist. Dadurch ergeben sich Ungenauigkeiten im resultierenden Endmoment, sowie dessen Bewertung und des Winkelstarts und des auf die Schraube wirkenden Nachdrehwinkels, auch Zielwinkel genanntHowever, it has been found that errors can occur even when using the pre-torque. This can lead to setting operations of the screw. These take place in the setting and joining area, which follows the insertion area. In the following uniformity range occurs when switching from torque control to angle control at a moment in which the assembly tool is de-energized. This results in inaccuracies in the resulting end torque, as well as its rating and the angular start and acting on the screw Nachdrehwinkels, also called target angle
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Montage einer Schraube anzugeben, bei dem die Streuung des Schwellmoments bzw. Vordrehmoments und des resultierenden Endmomentes weiter gesenkt wird.Proceeding from this, it is an object of the present invention to provide a method for mounting a screw, in which the scattering of the threshold torque or pre-torque and the resulting end torque is further reduced.
Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass die Schraube bis zu einem Zielmoment eingedreht wird und ab einem Schwellmoment ein Drehwinkel der Schraube beim Einschrauben sensiert und/oder ermittelt wird. Bei dem bekannten Vorgehen wird bis zum Erreichen des vorgegebenen Drehmomentes, keine Winkelsensierung vorgenommen. Es handelt sich also grundsätzlich um ein drehmomentgesteuertes Eindrehen der Schraube. Dadurch kommt es zu keinem Aussetzen des Drehmomentes. Durch die Winkelmessung kann aber eine Plausibilisierung des Eindrehvorgangs erfolgen. Als Kern der Erfindung wird daher angesehen, dass, zumindest zeitweise, ein gleichzeitiges Sensieren von Drehmoment und Drehwinkel erfolgt und trotzdem ein kontinuierlicher Vortrieb vorliegt.To solve this problem, it is proposed that the screw is screwed in to a target torque and senses a rotation angle of the screw when screwing in and / or determined from a threshold torque. In the known procedure, no angle adjustment is made until the predetermined torque is reached. It is therefore basically a torque-controlled screwing the screw. As a result, there is no suspension of torque. By measuring the angle, however, a plausibility check of the screwing-in process can take place. As the core of the invention is therefore considered that, at least temporarily, a simultaneous sensing of torque and angle of rotation takes place and still exists a continuous propulsion.
Bevorzugt erfolgt das gleichzeitige Sensieren von Drehmoment und Drehwinkel ab einem Schwellmoment, das kleiner als das Zielmoment oder resultierendes Endmoment und größer als 0 ist.Preferably, the simultaneous sensing of torque and angle of rotation takes place from a threshold torque which is smaller than the target torque or resulting final torque and greater than zero.
Die Schraube wird also bis zu dem definierten Zielmoment kontinuierlich und unterbrechungsfrei eingedreht. Ab dem vorgegebenen Schwellmoment wird auch der Drehwinkel bis zum Zielmoment gemessen.The screw is thus screwed in continuously and without interruption up to the defined target torque. From the given threshold torque and the rotation angle is measured to the target torque.
Vorteilhafterweise kann bei Erreichen und/oder Überschreiten des vorgegebenen Drehmomentes der Drehwinkel mit wenigstens einem vorgegebenen Drehwinkelschwellenwert verglichen werden. Auf diese Art und Weise soll sichergestellt werden, dass das sensierte Drehmoment nicht durch ein im Weg stehenden Grad oder ähnliches zustande kommt sondern durch die Anzugsposition der Schraube definiert ist.Advantageously, upon reaching and / or exceeding the predetermined torque, the angle of rotation can be compared with at least one predetermined angle of rotation threshold. In this way it should be ensured that the sensed torque does not come about by a standing in the way degree or the like but is defined by the tightening position of the screw.
Je nach Vorgehensweise kann in einer Ausgestaltung bei Über- oder Unterschreiten des Drehwinkelschwellenwertes die Verschraubung als fehlerhaft klassifiziert werden. Insbesondere kann die Verschraubung bei Unterschreiten eines unteren Drehwinkelschwellenwertes oder bei Überschreiten eines oberen Drehwinkelschwellenwertes als fehlerhaft klassifiziert werden. In diesem Fall wird der Montagevorgang abgebrochen und das Getriebe wird unter Aufsicht entweder rückmontiert, neu montiert oder aussortiert.Depending on the procedure, the screw connection can be classified as faulty in one embodiment when the rotary angle threshold value is exceeded or fallen short of. In particular, the screw connection can be classified as faulty if it falls below a lower angle of rotation threshold or if an upper angle of rotation threshold is exceeded. In this case, the assembly process is stopped and the gearbox is either rearranged, re-assembled or sorted out under supervision.
Eine Überprüfung möglicher Eindreh- und Setzbeeinflussungen im Schraubverbund sind weiter unten beschrieben und können in diesen Bereichen durch eine entsprechende Parametrierung erkannt und detektiert werden, so dass diese negativen Einflüsse als niO bewertet werden können, weiterhin kann über eine niO-Strategie entschieden werden ob ein Lösen der Schraube durch ein solches Ereignis erfolgt und der Vorgang generell als niO bewertet wird, oder ob ein Lösen und wiederholtes Anziehen zulässig ist.A review of possible screwing and setting influences in the screw connection are described below and can be detected and detected in these areas by a corresponding parameterization, so that these negative influences can be assessed as niO, also can be decided on a niO strategy whether a release The screw is made by such an event and the process is generally rated as NOK, or whether a loosening and repeated tightening is allowed.
Anders herum ausgedrückt existiert also ein Toleranzband, in dem die Schraube als fehlerfrei montiert gilt.Expressed differently, therefore, there is a tolerance band in which the screw is considered to be mounted error-free.
Alternativ kann vorgesehen werden, dass bei Unterschreiten eines, insbesondere unteren, Drehwinkelschwellenwertes die Schraube unter Sensierung des Drehmomentes nachgezogen wird. Wenn man davon ausgeht, dass der fehlerhaften Drehmomentangabe zugrunde liegt, dass die Schraube zeitweise blockiert ist, kann unter Überwindung des Hindernisses die Schraube entweder gelöst oder danach wieder angezogen werden. Auf diese Art und Weise kann die Fehlerquote bei der Verschraubung direkt im automatisierten Schraubprozess dadurch minimiert werden, dass die Verschraubungsprobleme im automatisierten Schraubvorgang behoben werden. Auf diese Art und Weise kann die Anzahl händisch zu montierender Schrauben verringert werden.Alternatively, it can be provided that, when falling below a, in particular lower, rotational angle threshold value, the screw is tightened while sensing the torque. Assuming that the faulty torque is based on the fact that the screw is temporarily blocked, the screw can be solved by overcoming the obstacle either or subsequently tightened again. On In this way, the error rate during screwing directly in the automated screwing process can be minimized by eliminating the screwing problems in the automated screwdriving process. In this way, the number of screws to be mounted manually can be reduced.
Vorzugsweise kann die Schraube bis zu einem vorgegebenen Drehmoment mit einer höheren Drehzahl eingedreht werden und ab dem vorgegebenen Drehmoment mit einer niedrigeren Drehzahl. Das vorgegebene Drehmoment kann vorzugsweise das Schwellmoment sein, es kann aber auch ein anderer Drehmomentwert sein.Preferably, the screw can be screwed up to a predetermined torque at a higher speed and from the predetermined torque at a lower speed. The predetermined torque may preferably be the threshold torque, but it may also be another torque value.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren beim Einschrauben einer Schraube an einem Kraftfahrzeuggetriebe durchgeführt. Insbesondere bei Kraftfahrzeuggetrieben kann es zu Montagepositionen des Getriebes kommen, bei dem eine Inspektion und händische Nachbereitung des Schraubvorganges sehr aufwändig und schwierig ist. Daher ist die Senkung der Fehlerquote des Einschraubvorganges sehr vorteilhaft.Advantageously, the method is carried out when screwing a screw on a motor vehicle transmission. In particular, in motor vehicle transmissions, there may be mounting positions of the transmission, in which an inspection and manual post-processing of the screwing is very complex and difficult. Therefore, the reduction of the error rate of the screwing is very beneficial.
Daneben betrifft die Erfindung eine Montagevorrichtung zur Montage einer Schraube, insbesondere an einem Kraftfahrzeuggetriebe, mit einem Drehmomentsensor, einem Winkelsensor, einer Steuerungseinrichtung und einer Anzugseinrichtung zum Anziehen der Schraube. Die Montagevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Montagevorrichtung dazu ausgebildet ist, das an der Schraube anliegende Drehmoment und den Drehwinkel der Schraube beim Einschrauben zumindest zeitweise gleichzeitig zu sensieren. Die Montage erfolgt dann wie zum Verfahren bereits beschrieben. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf das beschriebene Verfahren verwiesen. Die Ausgestaltung der Maschine und ihre Bedienung ergibt sich für den Fachmann unmittelbar.In addition, the invention relates to a mounting device for mounting a screw, in particular on a motor vehicle transmission, with a torque sensor, an angle sensor, a control device and a tightening device for tightening the screw. The mounting device is characterized in that the mounting device is adapted to at least temporarily sense the torque applied to the screw and the angle of rotation of the screw when screwing. The assembly is then as already described for the procedure. To avoid repetition, reference is made to the described method. The design of the machine and its operation results directly for the expert.
Vorteilhafterweise kann die Montagevorrichtung mittels einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des sensierten Drehmoments und/oder Drehwinkels mit redundanten Messwertaufnehmern überprüft werden. Für die Verwendung der Vergleichseinrichtungen sind vorzugsweise in der Steuerungseinrichtung entsprechende Programme einzurichten, diese sind zyklisch anzuwenden um die Genauigkeit der Drehmoment und Drehwinkelwerte zu überprüfen und damit zu gewährleisten, dass die Einrichtung fähig ist um die Vorgabewerte dauerhaft und sicher einhalten zu können.Advantageously, the mounting device can be checked by means of a comparison device for comparing the sensed torque and / or rotation angle with redundant transducers. For the use of the comparison devices, appropriate programs are preferably to be set up in the control device, these are to be used cyclically in order to check the accuracy of the torque and rotational angle values and thus to ensure that the device is capable of permanently and safely adhering to the default values.
Daneben betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung für eine Montagevorrichtung zur Montage einer Schraube. Die Steuerungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.In addition, the invention relates to a control device for a mounting device for mounting a screw. The control device is characterized in that it is designed to carry out the described method.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Figur. Dabei zeigt:
-
1 ein Ablaufschema eines Montageverfahrens, -
2 eine Montagevorrichtung, und -
3 ein Drehmomentdiagramm.
-
1 a flow chart of an assembly process, -
2 a mounting device, and -
3 a torque diagram.
Die
In Schritt
In Schritt
Ab Erreichen des ersten vorgegebenen Drehmomentes wird in Schritt
Mit Erreichen des Zielmomentes wird der Drehwinkel mit einem unteren Drehwinkelschwellenwert und einem oberen Drehwinkelschwellenwert verglichen. Liegt der erreichte Drehwinkel in Schritt
In Schritt
Der Drehmomentsensor
Der Eindrehbereich
Ebenfalls muss im Eindrehbereich
Im folgenden Setz- und Fügebereich
Im Gleichmäßigkeitsbereich
Im Stand der Technik ziehen Umschaltparameter, die bei der Programmierung des Schraubers bspw. durch Drehzahlwechsel zwischen dem Eindrehbereich
Ein weiterer Aspekt im Stand der Technik betrifft in diesem Zusammenhang auch das Losbrechverhalten der Schraube im Verbund, welches in Abhängigkeit zu den Umgebungsbedingungen wie Oberflächenrauigkeiten, Nachbiegigkeiten usw. ebenfalls zu Fehlinterpretationen führen und i.d.R. in der Folge auf die Dauerhaltbarkeit des Schraubenverbunds einen negativen Einfluss haben können.Another aspect of the prior art relates in this context also the breakaway behavior of the screw in the composite, which also lead to misinterpretations depending on the environmental conditions such as surface roughness, Nachbiegigkeiten, etc. and i.d.R. As a result, the durability of the bolted composite can have a negative impact.
Im Gleichmäßigkeitsbereich
Das Schwellmoment
Im Endbewertungsbereich
Im Folgenden werden Beispiele nach dem Stand der Technik und erfindungsgemäße Ausführungsformen gegenübergestellt.In the following, examples according to the prior art and embodiments according to the invention are compared.
Das erste Beispiel beschreibt einen bekannten winkelgesteuerten Anzug mit einem Vordrehmoment auf 10Nm +-1 Nm. Nach dem Erreichen des Vordrehmoments schaltet der Schrauber um auf Winkelsteuerung und wird dabei stromlos. Dies hat eine Zugkraftentlastung zur Folge. Das Vordrehmoment, welches als Steuergröße zielgenau hart zum Abschalten des Schraubers führt, kann nicht mehr verwendet werden, um mögliche Einflüsse wie z.B. Reibwerte ausserhalb Spezifikation usw. bis zum Erreichen das Drehmoments zu differenzieren.The first example describes a known angle-controlled tightening with a pre-torque of 10Nm + 1Nm. After reaching the pre-torque, the screwdriver switches over to angle control and is thereby de-energized. This results in a draft relief. The pre-torque, which as a control variable leads precisely to the shutdown of the screwdriver, can no longer be used to detect possible influences, such as, for example. Friction values outside specifications, etc., until the torque is reached.
Nach dem Erreichen des Vordrehmomentes wird die Drehwinkelbewertung durch die Wiederverspannung der Kraftangriffe zwischen Schraubspindel und Schraubenkopf, Torsion, Losbrechverhalten und Auswerteblindheit der Steuerungseinheit bei Schaltungsvorgängen verfälscht. Der ermittelte erreichte Drehwinkel wirkt dabei nicht vollends auf die Schraube bzw. die Verspannung der im Schraubverbund involvierten Teile. Beim Vorgehen nach dem ersten Beispiel, das auch bereits eingangs beschrieben wurde, führt damit zu großen Streuungen im resultierenden Endmoment.After reaching the pre-torque, the rotation angle evaluation is falsified by the re-tensioning of the force attacks between the screw spindle and screw head, torsion, breakaway behavior and evaluation blindness of the control unit during circuit operations. The determined angle of rotation achieved does not completely affect the screw or the tension of the parts involved in the screw connection. When proceeding according to the first example, which has already been described in the introduction, this leads to large variations in the resulting end torque.
Das zweite Beispiel beschreibt das erfindungsgemäße Vorgehen. Bei Erreichen des Schwellwertes
Die in wesentlichen Bereichen insbesondere bis zum Voranzugsmoment bzw. die beim Start in die Stufe des Endanzugs nicht mehr stattfindende Zugkraftunterbrechung führt zu einem volldynamischen Antrieb der Schraubspindel. Dadurch wird der spezifische Schraubverlauf des Schraubverbundes transparenter und im Fehlerfalle einfacher interpretierbar. Man kann also auch in der Fehleranalyse mögliche Ursachen schneller verifizieren. D.h. die Vorteile dieser Erfindung liegen also in der Reduzierung der niO Verschraubungen, einer schnelleren Fehleranalyse, sowie in der Robustheit bzw. verbesserter Funktionssicherheit der Schraubverbindung.The in essential areas, in particular up to Voranzugsmoment or at the start in the stage of the final suit no longer taking place interruption of traction leads to a fully dynamic drive of the screw. As a result, the specific screw course of the screw connection becomes more transparent and easier to interpret in the event of a fault. So you can also verify possible causes faster in the error analysis. That The advantages of this invention thus lie in the reduction of niO glands, a faster error analysis, as well as in the robustness or improved reliability of the screw.
Ganz allgemein gilt, dass diese Vorgehenweise für alle Verschraubungsfälle anwendbar ist, sowohl bei Schrauben als auch bei Muttern.As a general rule, this procedure applies to all bolting applications, both for bolts and nuts.
Die beschriebenen Bereiche können zusätzlich ebenfalls mit entsprechenden Überwachungskriterien kontrolliert werden. Dabei sind Schaltbefehle der Steuerung, die die Zugkraft unterbrechen, möglichst in den Eindrehbereich
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Montagevorrichtungmounter
- 22
- Gestellframe
- 33
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- 44
- Anzugsvorrichtungtightening device
- 55
- Drehmomentsensortorque sensor
- 66
- DrehwinkelsensorRotation angle sensor
- 77
- Schraubescrew
- 88th
- KraftfahrzeuggetriebeMotor vehicle transmission
- 99
- KupplungsglockeKupplungsglocke
- 1010
- Getriebegehäusegearbox
- 1212
- Achseaxis
- 1414
- Achseaxis
- 1616
- EindrehbereichEindrehbereich
- 1818
- KurveCurve
- 2020
- Setz- und FügebereichSetting and joining area
- 2222
- Gleichmäßigkeitsbereichuniformity area
- 2424
- Schwellmomentthreshold torque
- 2626
- Endpunktendpoint
- 2828
- EndbewertungsbereichEndbewertungsbereich
- 3030
- WinkelstartwertAngle start value
- 3232
- Enddrehmomentend torque
Claims (11)
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DE102017223589.6A DE102017223589A1 (en) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | Method for mounting a screw, mounting device and control device |
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DE102017223589.6A DE102017223589A1 (en) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | Method for mounting a screw, mounting device and control device |
Publications (1)
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