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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschrauben von wenigstens einer Schraube vermittels eines mit Steuerungsparametern angesteuerten Schraubwerkzeugs an wenigstens einen Verschraubungsort eines Bauteils.
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Entsprechende Verfahren zum Verschrauben von wenigstens einer Schraube vermittels eines mit Steuerungsparametern angesteuerten Schraubwerkzeugs an wenigstens einen Verschraubungsort eines Bauteils sind aus dem Stand der Technik dem Grunde nach bekannt. So ist es bekannt unter Zuhilfenahme eines mit Steuerungsparametern ansteuerbaren, elektrisch oder pneumatisch angetriebenen Schraubwerkzeugs eine Schraube an ein Bauteil zu verschrauben. Hierbei können unterschiedliche Schrauben und/oder unterschiedliche Verschraubungstypen verwendet werden, um ein erstes Bauteil an einem weiteren Bauteil zu verschrauben und damit eine verschraubte Verbindung des ersten und des zweiten Bauteils zu erwirken. Dabei wird das Schraubwerkzeug stets mit identischen Steuerungsparametern angesteuert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches insbesondere im Hinblick auf eine einfache und schnelle sowie kostengünstige Maßnahme die Qualität der herzustellenden Verschraubung erhöht und die Prozesszeit für den Verschraubungsvorgang der Schraube an dem Bauteil, insbesondere in der Betrachtung einer Serie von mehreren anzuschraubenden Schrauben, reduziert.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verschrauben von wenigstens einer Schraube vermittels eines mit Steuerungsparametern angesteuerten Schraubwerkzeugs an wenigstens einen Verschraubungsort eines Bauteils gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Schraubwerkzeug gemäß Anspruch 11 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens.
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Das Verfahren zum Verschrauben von wenigstens einer Schraube vermittels eines mit Steuerungsparametern angesteuerten, insbesondere elektrisch oder pneumatisch angetriebenen, Schraubwerkzeugs an wenigstens einen Verschraubungsort eines Bauteils, sieht dabei vor, dass zumindest eine Schraube an dem Bauteil angeschraubt oder herausgeschraubt wird. Bevorzugt kann eine Serie von wenigstens zwei Schrauben an dem Bauteil anzuschrauben oder herauszuschrauben sein. Die Steuerungsparameter können die Drehzahl und/oder das Drehmoment und/oder ein Reaktionsverhalten bei Vorliegen eines Widerstands (z. B. bei Anschlag eines Schraubkopfs an der Bauteiloberfläche) betreffen, insbesondere kann ein Steuerungsparameter die Drehzahl und/oder das Drehmoment in einen definierten Betriebsbereich stellen oder gezielt verändern. So kann in einem ersten Betriebsmodus das Schraubwerkzeug vermittels der Steuerungsparameter derart angesteuert werden, dass eine langsame Drehzahl und/oder ein relativ hohes Drehmoment auf eine Schraube übertragen wird. In einem zweiten Betriebsmodus können die Steuerungsparameter das Schraubwerkzeug derart ansteuern, dass dieses die Schraube mit einer hohen Drehzahl und/oder einem niedrigen Drehmoment antreibt.
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Die wenigstens eine Schraube kann dazu dienen direkt an ein Bauteil angeschraubt zu werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schraube verwendet werden, wenigstens ein zweites Bauteil mit dem ersten Bauteil kraft- und/oder formschlüssig zu verbinden. Hierbei kann das erste Bauteil eine Durchgangsbohrung und das zweite Bauteil ein Schraubenaufnahmegewinde zum Eingriff mit dem Schraubengewinde aufweisen.
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Grundsätzlich können wenigstens zwei Schraubfälle unterschieden werden, einerseits ein Schraubprozess, in welchem der Verschraubungsort vor dem Ansetzen der Schraube keine Schraubaufnahmeöffnung aufweist, insbesondere kein vorgeschnittenes Gewinde aufweist. In diesem Fall muss die Schraube sich sein, für die Schraubaufnahme dienendes Gewinde während des Einschraubens zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, selbst schneiden. Eine derartige Verschraubung wird nachfolgend auch als Direktverschraubung bezeichnet. Hierzu kann eine speziell für den Schneideprozess spezifisch ausgebildete Schraube bzw. eine, eine spezielle, diesen Schneideprozess unterstützende Geometrie aufweisende Schraube eingesetzt werden. In einem hiervon unterschiedlichen Schraubfall kann eine Schraube in ein zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, vorgeschnittenes Gewinde (Innengewinde) eingeschraubt werden. Dieser Schraubfall wird nachfolgend auch als konventionelle Verschraubung bezeichnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die folgenden Verfahrensschritte vor (a) Ausführen eines ersten Schraubvorgangs einer Schraube vermittels eines Schaubwerkzeugs, (b) Erfassen wenigstens eines, den ersten Schraubvorgang der Schraube charakterisierenden Schraubvorgangwerts während des ersten Schraubvorgangs vermittels einer Erfassungseinrichtung, (c) Zuordnen des wenigstens einen Schraubvorgangwerts zu einem vordefinierten Schraubreferenzwert, (d) Ausführen eines weiteren Schraubvorgangs einer Schraube vermittels eines Schraubwerkzeugs, wobei wenigstens ein Steuerungsparameter dieses Schraubwerkzeugs in Abhängigkeit des zugeordneten Schraubreferenzwerts gewählt bzw. modifiziert wird. Damit wird es ermöglicht, während des ersten Schraubvorgangs eine Eingangsinformation zu gewinnen, welche für eine Optimierung eines zeitlich später ausgeführten weiteren Schraubvorgangs verwendet wird. Wesentlich ist es hierbei, dass eine Zuordnung des während des ersten Schraubvorgangs vermittels der Erfassungseinrichtung erfassten Schraubvorgangswerts mit bzw. zu wenigstens einem vordefinierten Schraubreferenzwert erfolgt. Beispielsweise kann ein erster Schraubreferenzwert einen durch eine Schraube selbst sein Aufnahmegewinde schneidenden Schraubfall bzw. eine Direktverschraubung abbilden und ein weiterer vordefinierter Schraubreferenzwert eine konventionelle Verschraubung abbilden, also eine Verschraubung, bei welcher eine Schraube in ein vorgeschnittenes Gewinde eingeschraubt wird. Dadurch, dass während des ersten Schraubvorgangs eine Information zu einem vorliegenden Schraubfall gewonnen wird, kann diese Information ausgewertet werden und zur Ansteuerung eines Schraubwerkzeugs zur Verschraubung einer Schraube im Zuge eines weiteren Schraubvorgangs genutzt werden. Hierbei wird auf die Steuerungsparameter des Schraubwerkzeugs des zweiten Schraubvorgangs Einfluss genommen. Mit anderen Worten kann eine Schraubwerkzeug bzw. ein Verfahren angegeben werden, das dynamisch auf die erfassten Informationen der Erfassungseinrichtung die Steuerungsparameter des Schraubwerkzeugs ändert bzw. anpasst.
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Dadurch, dass die Ansteuerung des Schraubwerkzeugs des zweiten Schraubvorgangs in Abhängigkeit zu dem ersten Schraubvorgang steht, kann eine zeitlich optimierte Verschraubung von Schrauben ausgeführt werden, da auf Begeben- und/oder Eigenheiten des ersten unmittelbar oder mittelbar vorausgegangenen Schraubvorgangs berücksichtigt werden können. Mit anderen Worten kann in Abhängigkeit des zugeordneten Schraubreferenzwerts der Steuerungsparameter des Schraubwerkzeugs angepasst oder geändert werden. So ist es beispielsweise möglich, während des ersten Schraubvorgangs einen Verschraubungstyp zu identifizieren und eine, diesem Verschraubungstyp zugeordnete Art und Weise der Ansteuerung des Schraubwerkzeugs vorzunehmen. Hierbei kann beispielsweise ein verschraubungstypspezifisches Drehmoment und/oder eine verschraubungstypspezifische Drehzahl des Schraubwerkzeugs eingestellt werden.
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Es ist möglich, dass während des ersten Schraubvorgangs die Schraube bis zum Erreichen einer ersten Einschraubtiefe eingeschraubt oder herausgeschraubt wird, wobei die Einschraubtiefe eine geringere Eindringtiefe der Schraube darstellt als die bestimmungsgemäße Endeinschraubtiefe dieser Schraube und/oder einer Schraube, welche vermittels der in Abhängigkeit des zugeordneten Schraubreferenzwerts gewählten Steuerungsparameters eingeschraubt oder herausgeschraubt wird. So ist es möglich eine Schraube nur einen Bruchteil einer bestimmungsgemäß vorgesehenen Einschraubtiefe bzw. eines Gesamteinschraubweges hinein- oder herauszuschrauben und aus dieser Teilstrecke einer Gesamteinschraubstrecke einen Schraubvorgangwert zu ermitteln bzw. zu erfassen. Damit kann aus einem Teil einer Gesamteinschraubstrecke eine Information gewonnen werden, welche für wenigstens einen Teil der verbleibenden Einschraubstrecke dieser Schraube oder für wenigstens einen Teil der Strecke einer anderen Schraube zur Beeinflussung der Ansteuerung des Schraubwerkzeugs verwendet werden kann.
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Die erste Einschraubtiefe kann beispielsweise maximal zwei Drittel, bevorzugt maximal die Hälfte, besonders bevorzugt maximal einem Drittel, höchst bevorzugt maximal einem Viertel, der bestimmungsgemäßen Endeinschraubtiefe einer Schraube entsprechen. Mit einer Endeinschraubtiefe kann hierbei eine vorgesehene bzw. bestimmungsgemäß geplante Einschraubtiefe der Schraube im Verschraubten bzw. im eingeschraubten Zustand verstanden werden. Folglich bildet die erste Einschraubtiefe eine Teilstrecke einer für das gänzliche Einschrauben der Schraube vorgesehenen Gesamteinschraubstrecke. Mit anderen Worten entspricht die Strecke der Schraube die während des ersten Schraubvorgang zurückgelegt wird, maximal zwei Drittel, bevorzugt maximal der Hälfte, besonders bevorzugt maximal einem Drittel, höchst bevorzugt maximal einem Viertel, der Gesamtstrecke, welche die Schraube für den Schraubprozess, d. h. für ein komplettes bzw. bestimmungsgemäßes Einschrauben oder für ein komplettes Herausschrauben zurückzulegen hat. So kann beispielsweise der erste Schraubvorgang maximal 66 %, bevorzugt maximal 50 %, besonders bevorzugt maximal 33 %, höchst bevorzugt maximal 25 %, weiter bevorzugt maximal 10 %, der Gesamtstrecke umfassen, welche die Schraube während eines Einschaubprozesses oder eines Herausschraubprozesses zurückzulegen hat.
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Während des ersten und des weiteren bzw. eines zeitlich nachfolgenden Schraubvorgangs kann beispielsweise dieselbe Schraube verschraubt werden. Mit anderen Worten wird während dem Zurücklegen einer ersten Teilstrecke der Schraube auf deren Weg in die bestimmungsgemäße Einschraubposition ein Schraubvorgangswert ermittelt, welcher eine Beeinflussung auf die Steuerungsparameter für das Verschrauben der Schraube auf wenigstens eines restlichen bzw. verbleibenden Teils der noch zurückzulegenden Teilstrecke hat.
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Mit einer Verschraubung wird eine Bewegung einer Schraube verstanden die ein Hineinschrauben und/oder ein Hinausschrauben einer Schraube in ein Gewinde oder einen zum Gewinde umzuformenden Aufnahmebereichs umfasst. Es ist möglich, dass die Gesamtstrecke, welche von einer bestimmungsgemäß zu verschraubenden Schraube zurückzulegen ist, sowohl ein Hineinschrauben als auch ein Hinausschrauben umfasst.
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Während des ersten und des weiteren Schraubvorgangs können beispielsweise unterschiedliche Schrauben verschraubt werden, jedoch können (a) die Schrauben eine ähnliche oder identische geometrische Form und/oder Größe und/oder (b) einen ähnlichen oder identischen Schraubentyp und/oder die Verschraubungsorte eine ähnliche oder identische Art und/oder Beschaffenheit für das Verschrauben mit der Schraube aufweisen. Mit anderen Worten wird während des ersten Schraubvorgangs eine erste Schraube verschraubt und anhand dessen Schraubprozesses ein Schraubvorgangswert erfasst bzw. ermittelt. Dieser Schraubvorgangswert bzw. die in Abhängigkeit zu diesem Schraubvorgangswert erfolgende Zuordnung eines Schraubreferenzwerts wird zur Ausführung, insbesondere zur Optimierung, eines weiteren, eine andere Schraube betreffenden Schraubvorgangs genutzt. Der Optimierungsaspekt für den Verschraubungsvorgang der anderen bzw. der zweiten Schraube wird dadurch gesteigert, wenn die Schraube des ersten Schraubvorgangs und die Schraube des zweiten Schraubvorgangs dem gleichen Schraubentyp (z. B. Kunststoffschraube, Metallschraube, selbstschneidende Schraube, konventionelle bzw. nicht-gewindeschneidende Schraube, Senkkopfschraube, usw.) entspricht und/oder der Verschraubungsort gleichartig ist, d. h. z. B., dass beide Verschraubungsorte jeweils mit einem gleichartigen vorgeschnittenen Gewinde versehen sind. Auch können beide Verschraubungsorte aus dem gleichen Material bestehen, z. B. Kunststoff oder Metall. Alternativ oder zusätzlich können gleichartige Verschraubungsorte eine ähnliche, d. h. z. B. maximaler Unterschied von 20 %, bevorzugt 15 %, besonders bevorzugt 10 %, höchst bevorzugt 5 %, in deren Festigkeit und/oder Dichte und/oder Wandstärke bzw. Gewindelänge aufweisen. Als Beschaffenheit der Schraube kann hierbei verstanden werden, dass z. B. die Schraube in einem selbstschneidenden Schraubvorgang zumindest abschnittsweise das Außengewinde des Bauteils zur Aufnahme der Schraube selbst schneiden muss. Sodass sowohl beim ersten Schraubvorgang als auch bei dem weiteren Schraubvorgang jeweils ein durch die Schraube selbstschneidender Schraubvorgang ausgeführt wird. Auch könnten beide Schraubvorgänge jeweils einen nicht selbstschneidenden Schraubvorgang betreffen, d. h., dass zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, ein vorgefertigtes Gewinde in dem Bauteil vorliegt und die Schraube, ohne eine außengewindeformgebende Funktion in das vorgefertigte Gewinde eingebracht wird. Damit kann die Art oder Beschaffenheit der Schraube (z. B. Form und/oder Größe) und/oder die Art und Beschaffenheit des Verschraubungsorts für das Verschrauben mit der Schraube als gleichartig für zwei Schraubvorgänge verstanden werden, wenn in beiden Fällen jeweils ein durch die Schraube selbstschneidender Schraubvorgang oder ein durch die Schraube nicht selbstschneidender Schraubvorgang vorliegt.
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Wenigstens ein vordefinierter erster Schraubreferenzwert kann beispielsweise einen ein Aufnahmegewinde des Bauteils zur Aufnahme der Schraube durch die Schraube zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, selbst schneidenden Schraubvorgang abbilden bzw. einen solchen charakterisieren oder repräsentieren und wenigstens ein vordefinierter weiterer Schraubreferenzwert einen eine Schraube in ein zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, vorgefertigtes Aufnahmegewinde des Bauteils zur Aufnahme der Schraube betreffenden Schraubvorgang abbilden bzw. einen solchen spezifizieren oder repräsentieren.
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Wenigstens ein vordefinierter erster Steuerungsparameter kann beispielsweise einem ersten Schraubreferenzwert und ein vordefinierter weiterer Steuerungsparameter einem weiteren Schraubreferenzwert zugeordnet sein, wobei (a) der erste Steuerungsparameter eine Ansteuerung eines Schraubwerkzeugs zum Verschrauben einer Schraube unter Ausführung eines zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, durch die zu verschraubende Schraube selbst ausgeführten Aufnahmegewindeschneidvorgangs ausführt bzw. repräsentiert oder abbildet und (b) der weitere Steuerungsparameter eine Ansteuerung eines Schraubwerkzeugs zum Verschrauben einer Schraube in ein zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, vorgefertigtes Aufnahmegewinde des Bauteils zur Aufnahme der Schraube betreffenden Schraubvorgang ausführt bzw. repräsentiert oder abbildet. Beispielsweise kann für eine Verschraubung einer im Zuge einer Direktverschraubung verschraubten Schraube und bei Verschrauben einer sein Aufnahmegewinde zumindest abschnittsweise selbst schneidenden Schraube die Ansteuerung des Schraubwerkzeugs andersartig erfolgen, als wenn eine Schraube keine gewindeumformende Funktion für die noch bevorstehende Schraubbewegung auszuführen hat. So kann beispielsweise die durch das Schraubwerkzeug auf die Schraube induzierte bzw. aufgebrachte Drehzahl reduziert und/oder das Drehmoment erhöht werden, im Vergleich zu einer Schraube, welche in ein vorgefertigtes Gewinde eingeschraubt wird.
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Anhand der Erfassungseinrichtung und der nachgelagerten Auswertung bzw. Zuordnung eine ausgewertete Information kann abhängig vom Zuordnungs- und/oder Auswertungsergebnis im ersten Schraubvorgang die Aussage getroffen werden, ob die Schraube im Zuge einer Direktverschraubung verschraubt wird oder wurde oder ob die Schraube in ein vorgefertigtes Aufnahmegewinde eingeschraubt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Zuordnung und/oder Auswertung auch auf andersartige schraubentypspezifische und/oder verschraubungstypspezifische Aspekte gerichtet sein oder diese umfassen.
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Mit anderen Worten kann das Schraubwerkzeug bzw. eine diesem zugeordnete Auswerteeinheit anhand der Schraubkurve den Einschraub- und Furchzustand erkennen bzw. erfassen. Damit ist das Schraubwerkzeug in der, für zumindest zwei unterschiedliche Schraubphasen bzw. Schraubvorgänge, bevorzugt für sämtliche Schraubphasen bzw. Schraubvorgänge eines Schraubprozesses, die optimale Drehzahl auszuwählen. Alternativ oder zusätzlich kann diese Regelung drehmomentgesteuert ausgeführt werden, da sich das Einschraubmoment während des Furchvorgangs wesentlich erhöht.
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Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn anhand eines vordefinierten Schraubreferenzwerts der Zustand einer angehefteten aber noch bestimmungsgemäß festzuziehenden Schraube abgebildet bzw. repräsentiert wird. Eine angeheftete Schraube kann eine Schraube sein, welche bereits an einem Verschraubungsort eines Bauteils durch teilweises Einstecken oder Eindrehen bzw. Einschrauben aufgenommen ist. Beispielsweise weist das Bauteil einen Innengewindeabschnitt zur Aufnahme der Schraube auf, wobei die Schraube manuell oder durch ein Werkzeug derart an das Bauteil angebracht wird, dass die Schraube bereits an dem Innengewindeabschnitt teilweise eingeschraubt ist. Hierbei kann die Schraube beispielsweise nur wenige Gewindegänge in den Innengewindeabschnitt eingedreht sein oder bis zum Anschlag eines Schraubkopfs der Schraube an einem Bauteil. In ersterem Fall wird durch das Schraubwerkzeug ein weiteres Einschrauben auszuführen sein; in dem zweitgenannten Fall wird die Schraube, da diese bereits auf Anschlag eingedreht ists, durch das Schraubwerkzeug „lediglich“ angezogen, d. h. ein vordefiniertes Drehmoment aufgebracht. Eine als angeheftet bezeichnete Schraube kann auch als angefädelt oder vorgeheftet bezeichnet werden. So kann die Schraube im Zuge des dem ersten Schraubvorgang vorgelagerten Montageschritts z. B. bereits auf ein Viertel des Zieldrehmoments angezogen worden sein.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Schraubreferenzwert zur Ermittlung bzw. zur Auswahl eines vordefinierten Steuerungsparameters für das Schraubwerkzeug verwendet wird, welcher auf das Aufbringen eines gezielten Drehmoments auf die Schraube hin optimiert ist. So ist es möglich, dass das Schraubwerkzeug in diesem Fall eine relativ langsam drehende aber dafür ein hohes und/oder ein definiertes Drehmoment aufbringende Ansteuerung erfährt. Auch kann alternativ oder zusätzlich eine bei fortschreitendem Hineindrehen der Schraube eine, insbesondere kontinuierliche, Reduzierung der Drehgeschwindigkeit erfolgen, sodass zwar eine längere Prozesszeit zu verbuchen ist, jedoch das Zieldrehmoment der Schraube zuverlässig über das Werkzeug erreichbar ist. Der Gewinde schneidende Prozessschritt während der Ausführung einer Direktverschraubung und damit der Furchprozess sollte mit langsamer Drehzahl aufgrund der Umformprozesse und der dabei entstehenden Reibungswärme durchgeführt werden. Der anschließende Einschraubvorgang kann dann wieder mit hoher Drehzahl erfolgen. Zum Ende der Verschraubung kann beispielsweise die Drehzahl wieder abgesenkt werden, damit das Endmoment definiert erreicht wird.
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Der den ersten Schraubvorgang der Schraube charakterisierende Schraubvorgangswert kann beispielsweise eine Schraubkurve umfassen, insbesondere wird diese Schraubkurve durch den Verlauf von Drehzahl und Drehwinkel gebildet. Damit kann der Schraubvorgangswert nicht nur ein Einzelwert sein, sondern alternativ oder zusätzlich eine Relation aus wenigstens einem Wertepaar umfassen. Auch kann der Schraubvorgangswert einen Verlauf eines Einzelwerts (z. B. Tendenz) oder einen Verlauf eines Wertepaares (z. B. Steigung, lokales oder absolutes Maximum, usw.) umfassen. Ein derartiges Wertepaar kann beispielsweise das Drehmoment und die Drehzahl des Schraubwerkzeugs während des ersten und/oder weiteren Schraubvorgangs darstellen. Auch kann die Zuordnung- und/oder Auswertung des Schraubvorgangwerts beispielsweise einen Mustervergleich für wenigstens einen Verlauf eines Wertepaares umfassen.
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Für den ersten und/oder weiteren Schraubvorgang kann beispielsweise (a) eine aus Metall oder Kunststoff bestehende Schraube und/oder (b) ein aus Metall oder Kunststoff bestehendes, den Verschraubungsort bildendes Bauteil verwendet bzw. eingesetzt werden. Eine Auswerteeinheit bzw. eine Zuordnungseinheit kann beispielsweise eingerichtet sein, anhand der erfassten Schraubvorgangwerte diese Schraubreferenzwerten zuzuordnen, welche erkennen lassen bzw. unterscheiden zwischen einer Verschraubung (a) einer Metallschraube in ein Metallbauteil und/oder (b) einer Metallschraube in ein Kunststoffbauteil und/oder (c) eine Kunststoffschraube in ein Metallbauteil und/oder (d) eine Kunststoffschraube in ein Kunststoffbauteil. Neben den erwähnten Verbindungspartnerpaarungen kann die Schraube und/oder das Bauteil aus Kohlefaser, Glasfaser, Keramik, Textilmaterial, z. B. textile Flächengebilde wie z. B. Gewebe, Gewirke oder Filz, oder anderen Materialien gebildet sein. Die jeweiligen Materialien für die Schraube und/oder für das die Schraube aufnehmende Bauteil kann anhand des Schraubreferenzwerts ermittelt bzw. identifiziert werden.
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Neben dem Verfahren zum Verschrauben von wenigstens einer Schraube vermittels eines mit Steuerungsparametern angesteuerten Schraubwerkzeugs betrifft die Erfindung auch ein Schraubwerkzeug zum Verschrauben von wenigstens einer Schraube an wenigstens einen Verschraubungsort eines Bauteils, wobei das Schraubwerkzeug vermittels Steuerungsparameter ansteuerbar ist, wobei das Schraubwerkzeug eingerichtet ist ein hierin beschriebenes Verfahren auszuführen. Beispielsweise ist das Schraubwerkzeug mit einer Erfassungseinrichtung und/oder einer Auswerte- bzw. Zuordnungseinrichtung ausgestattet bzw. umfasst eine solche Einrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann das Schraubwerkzeug einen Datenspeicher umfassen in welchem wenigstens zwei unterschiedliche Steuerungsparameter abgelegt bzw. abrufbar gespeichert sind, sodass nach Zuordnung eines Schraubreferenzwerts anhand diesem ein entsprechender Steuerungsparameter ausgewählt und angewandt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Schraubwerkzeug eine Datenschnittstelle umfassen, über welche Daten an und/oder von (a) einem extern angeordneten oder ausgebildeten Datenspeicher und/oder (b) einer extern angeordneten oder ausgebildeten Auswerte- und/oder Zuordnungseinrichtung übertragen werden kann.
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Sämtliche Vorteile, Einzelheiten, Ausführungen und/oder Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auf das erfindungsgemäße Schraubwerkzeug übertragbar bzw. anzuwenden.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines Schraubwerkzeugs zur Ausführung eines Verfahrens zum Verschrauben einer Schraube während eines ersten Schraubvorgangs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Prinzipdarstellung eines Verschraubungszustands einer Schraube, nachdem ein weiterer Schraubvorgang ausgeführt wurde gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematisches Blockdiagramm einzelner Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Verschrauben einer Schraube gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4a-c schematische Diagramme zu unterschiedlichen Schraubkurvenverläufen.
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Das hierin beschriebene Verfahren dient zum Verschrauben von wenigstens einer Schraube 1 vermittels eines mit Steuerungsparametern 2, 15 angesteuerten Schraubwerkzeugs 3 an wenigstens einen Verschraubungsort 4 eines Bauteils 5. Die Steuerungsparameter 2, 15 dienen zur Ansteuerung eines Antriebs 16, insbesondere eines Elektromotors, des Schraubwerkzeugs 3, welcher zur Aufbringung eines Drehmoments auf die mit dem Schraubwerkzeug 3 in Eingriff stehenden Schraube verwendet wird. Wie in 3 dargestellt, umfasst das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte: (a) Ausführen 100 eines ersten Schraubvorgangs 6 einer Schraube 1 vermittels eines Schaubwerkzeugs 3, (b) Erfassen 101 wenigstens eines, den ersten Schraubvorgang 6 der Schraube 1 charakterisierenden Schraubvorgangwerts 7 während des ersten Schraubvorgangs 6 vermittels einer Erfassungseinrichtung 8, (c) Zuordnen 102 des wenigstens einen Schraubvorgangwerts 7 zu einem vordefinierten Schraubreferenzwert 9, 13, (d) Ausführen 103 eines weiteren Schraubvorgangs 10 einer Schraube 1 vermittels eines Schraubwerkzeugs 3, wobei wenigstens ein Steuerungsparameter 2, 15 dieses Schraubwerkzeugs 3 in Abhängigkeit des zugeordneten Schraubreferenzwerts 7 gewählt bzw. bestimmt wird.
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Während des ersten Schraubvorgangs 6 wird die Schraube 1 bis zum Erreichen einer ersten Einschraubtiefe 11, vgl. 1, eingeschraubt oder herausgeschraubt, wobei die Einschraubtiefe 11 eine geringere Eindringtiefe der Schraube 1 darstellt als die bestimmungsgemäße Endeinschraubtiefe 12, vgl. 2, dieser Schraube 1 und/oder einer anderen Schraube 1, welche vermittels der in Abhängigkeit des zugeordneten Schraubreferenzwerts 9, 13 gewählten Steuerungsparameters 2, 15 eingeschraubt und/oder herausgeschraubt wird. Die erste Einschraubtiefe 11 kann beispielsweise maximal zwei Drittel, bevorzugt maximal die Hälfte, besonders bevorzugt maximal einem Drittel, höchst bevorzugt maximal einem Viertel, der bestimmungsgemäßen Endeinschraubtiefe 12 einer Schraube 1 entsprechen. Mit anderen Worten wird in einem z. B. weniger als die Hälfte der Eindringtiefe der Schraube 1 in dem Bauteil 5 erfolgenden Strecke die bis dahin erfolgte Erfassung, der Schraubvorgangswert 7, analysiert bzw. zu einer Veränderung und/oder Beibehaltung der Steuerungsparameter 2, 15 des Antriebs 16 des Schraubwerkzeugs 3 verwendet.
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Während des ersten und des weiteren Schraubvorgangs 6, 10 kann beispielsweise dieselbe Schraube 1 verschraubt werden. In der 1 ist die Schraube am Ende des ersten Schraubvorgangs 6 und in 2 ist dieselbe Schraube 1 am Ende des weiteren, sich beispielsweise an den ersten Schraubvorgang 6 unmittelbar oder mittelbar anschließenden Schraubvorgang 10 dargestellt.
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Während des ersten und des weiteren Schraubvorgangs 6, 10 können beispielsweise unterschiedliche Schrauben 1 verschraubt werden, jedoch weisen die jeweils verwendeten Schrauben 1 eine ähnliche oder identische geometrische Form und/oder eine ähnliche oder identische Größe und/oder einen ähnlichen oder identischen Schraubentyp und/oder die Verschraubungsorte 4 eine ähnliche oder identische Art und/oder Beschaffenheit für das Verschrauben mit der Schraube 1 auf. Durch die Gleichartigkeit der Schraube 1 und/oder des Bauteils 5 des ersten Schraubvorgangs 6 und der Schraube 1 und/oder des Bauteils 5 des weiteren Schraubvorgangs 10 können die im Zuge des ersten Schraubvorgangs 6 gewonnen Informationen in einem größeren Grad zur Optimierung des Einsatzes des Schraubwerkzeugs 3 während des weiteren Schraubvorgangs 10 eingesetzt werden.
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Es ist möglich, dass wenigstens ein vordefinierter erster Schraubreferenzwert 9 einen ein Aufnahmegewinde 14 des Bauteils 5 zur Aufnahme der Schraube 1 durch die Schraube 1 zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, selbst schneidenden Schraubvorgang 6, 10 abbildet bzw. repräsentiert und wenigstens ein vordefinierter weiterer Schraubreferenzwert 13 einen, eine Schraube 1 in ein zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, vorgefertigtes Aufnahmegewinde 14 des Bauteils 5 zur Aufnahme der Schraube 1 betreffenden Schraubvorgang 6, 10 abbildet bzw. repräsentiert.
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Wenigstens ein vordefinierter erster Steuerungsparameter 2, 15 kann beispielsweise einem ersten Schraubreferenzwert 9 und ein vordefinierter weiterer Steuerungsparameter 15 einem weiteren Schraubreferenzwert 13 zugeordnet sein, wobei (a) der erste Steuerungsparameter 2, 15 eine Ansteuerung eines Schraubwerkzeugs 3 bzw. dessen Antriebs 16 zum Verschrauben einer Schraube 1 unter Ausführung eines zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, durch die zu verschraubende Schraube 1 selbst ausgeführten Aufnahmegewindeschneidvorgangs (nicht dargestellt) ausführt und (b) der weitere Steuerungsparameter 2, 15 eine Ansteuerung eines Schraubwerkzeugs 3 bzw. dessen Antriebs 16 zum Verschrauben einer Schraube 1 in ein zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, vorgefertigtes Aufnahmegewinde 14 des Bauteils 5 zur Aufnahme der Schraube 1 betreffenden Schraubvorgang 6, 10 ausführt.
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Anhand eines vordefinierten Schraubreferenzwerts 9, 13 kann beispielsweise der Zustand einer angehefteten aber noch bestimmungsgemäß festzuziehenden Schraube 1 abgebildet werden. Beispielsweise kann der in 2 dargestellte Zustand das Ende des ersten Schraubvorgangs 6 darstellen, in welchem der Schraubkopf auf einem weiteren Bauteil 18 anliegt, wobei noch kein bestimmungsgemäßes Drehmoment auf die Schraube 1 aufgebracht wurde. Das weitere Bauteil 18 kann einen Bestandteil einer Gruppe an Bauteilen 5, 18 bilden, welche das erste Bauteil 5 umfasst oder als separates Bauteil 18 betrachtet werden. Alternativ das weitere Bauteil 18 einen Teilabschnitt des ersten Bauteils 5 bilden. In dem sich daran anschließenden weiteren Schraubvorgang 10 kann das Ziel eines definierten Drehmoments verfolgt werden, wobei aufgrund der während des ersten Schraubvorgangs 6 erfassten Schraubvorgangswerts erkannt werden kann, dass der, insbesondere überwiegend, bevorzugt nahezu ausschließlich, drehmomentaufbringende Schritt bevorsteht, sodass durch eine entsprechende Ansteuerung des Schraubwerkzeugs 3 vermittels der aufgrund des Schraubvorgangwerts 7 zugeordneten weiteren Schraubreferenzwerts bzw. dem Steuerungsparameter 15 eine entsprechende geringe Drehzahl und folglich ein hohes Drehmoment aufbringende Ansteuerung des schraubwerkzeugseitigen Antriebs 16 ausführbar ist. Der den ersten Schraubvorgang 6 der Schraube 1 charakterisierende Schraubvorgangswert 7 kann beispielsweise eine Schraubkurve umfassen, insbesondere wird diese Schraubkurve durch den Verlauf von Drehzahl und Drehwinkel gebildet. Für den ersten und/oder weiteren Schraubvorgang 6, 10 kann beispielsweise (a) eine aus Metall oder Kunststoff bestehende Schraube 1 und/oder (b) ein aus Metall oder Kunststoff bestehendes, den Verschraubungsort 4 bildendes Bauteil 5 verwendet werden.
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Neben dem Verfahren umfasst die Erfindung auch ein wie in 1 dargestelltes Schraubwerkzeug 3 zum Verschrauben von wenigstens einer Schraube 1 an wenigstens einen Verschraubungsort 4 eines Bauteils 5. Das Schraubwerkzeug 3 ist hierbei vermittels Steuerungsparameter 2, 15 ansteuerbar. Hierbei kann die Erfassungseinrichtung 8 beispielsweise im oder am Schraubwerkzeug 3 verbaut und/oder integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Auswerte- und/oder Zuordnungseinrichtung 17 in oder an dem Schraubwerkzeug 3 verbaut und/oder integriert sein.
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In den 4a und 4b ist beispielhaft der Verlauf von Drehmoment zu Drehwinkel für eine Direktverschraubung bei einer Durchgangsbohrung, s. 4a, und bei einem Sackloch, s. 4b, dargestellt. In 4c gibt die durchgezogene Linie den Verlauf eines vorgeformten bzw. vorgeschnittenen Gewindes an, es ist im Vergleich zu den 4a und 4b ersichtlich, dass der anfängliche Abschnitt hierbei deutlich flacher verläuft. Die Strich-Punkt-Linie in 4c zeigt einen Verlauf des Drehmoments zu dem Drehwinkel einer bereits angefädelten Schraube 1 an, sodass zu Beginn des schraubwerkzeuggestützten Schraubprozesses und damit am Ursprung des Diagramms bereits ein steiler Anstieg zu ersehen ist. Diese Unterschiede in den Kurvenverläufen können über die Schraubvorgangswerte 7 erfasst und zur gezielten Ansteuerung dieses oder eines nachfolgenden Schraubprozesses eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraube
- 2
- erster Steuerungsparameter
- 3
- Schraubwerkzeug
- 4
- Verschraubungsort
- 5
- Bauteil
- 6
- erster Schraubvorgang
- 7
- Schraubvorgangswert
- 8
- Erfassungseinrichtung
- 9
- erster Schraubreferenzwert
- 10
- weiterer Schraubvorgang
- 11
- Einschraubtiefe von 1
- 12
- Endeinschraubtiefe von 1
- 13
- weiterer Schraubreferenzwert
- 14
- Aufnahmegewinde
- 15
- weiterer Steuerungsparameter
- 16
- Antrieb
- 17
- Auswerte- und/oder Zuordnungseinrichtung
- 18
- weiteres Bauteil
- 100
- Ausführen
- 101
- Erfassen
- 102
- Zuordnen
- 103
- Ausführen
