DE10243760B4

DE10243760B4 - Prüfstand für Kraftschrauber, der eine Bremse mit einer dünnen Scheibe umfasst

Info

Publication number: DE10243760B4
Application number: DE10243760A
Authority: DE
Inventors: Luigi Bareggi; Angelo Chiapuzzi
Original assignee: Atlas Copco BLM SRL
Current assignee: Atlas Copco Industrial Technique AB
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2022-09-21
Also published as: US6715361B2; ITMI20011993A0; ITMI20011993A1; US20030056564A1; DE10243760A1

Abstract

Prüfstand für Kraftschrauber, bestehend aus einer Kupplung (12) zur Verbindung mit dem Kopf eines Kraftschraubers und verbunden mit einer gesteuerten Bremseinheit (14) und einer Sensoreinheit (15), die die zwischen der Kupplung und der Bremseinheit übertragenen mechanischen Größen erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (14) einen kleinen Teller (17, 117) umfasst, der mit der Kupplung (12) zumindest in Drehrichtung starr verbunden ist und zwischen einer ersten Druckfläche (22), die axial durch ein Stellglied (19) gegen den kleinen Teller gedrückt wird, und einer zweiten feststehenden Gegenfläche (11) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prüfstand für Kraftschrauber mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und bezieht sich auf die Ausbildung der Bremseinheit.
Solche Prüfstände für Kraftschrauber sind Stand der Technik bekannt. Diese Prüfstände simulieren mit der Bremseinheit das Gegenmoment einer Schraube in der Anzugsphase und messen gleichzeitig die Kennwerte für Drehmoment und Drehwinkel, die ein im Prüfstand eingesetzter Kraftschrauber aufbringt und melden die Abweichungen dieser Kennwerte von einer zuvor festgelegten Kennlinie.
Bei diesen Prüfständen ist die korrekte Simulation des Gegenmoments der kritischste Teil, damit die durchgeführten Messungen tatsächlich repräsentativ für die Funktion des Kraftschraubers im normalen Gebrauch sind.
Bei dem bekannten Prüfstand nach der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 05 457 A1 besteht die Bremseinheit aus einer berührungslos arbeitenden elektromagnetisch wirkenden Bremse. Bei einem anderen bekannten Prüfstand nach der US Patentschrift 5,886,246 A wird die Bremseinheit durch einen gesteuerten Elektromotor gebildet.
Bei einem weiteren bekannten Prüfstand umfasst dieser eine kleine Platte, in die der zu prüfende Kraftschrauber eingesteckt wird. Eine Reibscheibe wird durch ein hydraulisches Stellglied gegen die kleine Platte gedrückt, so dass eine Bremskraft erzeugt wird.
Diese bekannten Systeme haben verschiedene Nachteile, von denen sich als besonders wichtig für die Genauigkeit der Messungen des Prüfstandes die hohe Trägheit der Bremse und die Reibung sowie das Kanten der Gleitschienen der beweglichen Teile der Bremse herausgestellt haben.
Das Problem der hohen Trägheit ergibt sich hauptsächlich aus der Tatsache, dass die kleine Scheibe der Bremse aus Metall mit relativ großer Dicke ausgeführt wird, um die Axialkräfte aushalten zu können, die entstehen, wenn die Reibscheibe gegen sie gedrückt wird. Das Problem der Gleitschienen ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass das gesamte vom Kraftschrauber erzeugte Drehmoment auf die Reibscheibe übertragen wird, die demzufolge gegen die axiale Drehung gesichert sein muss. Da der Druckzylinder keinerlei Drehwiderstand bieten kann, verschiebt sich die Scheibe entlang geeigneten Führungen.
Es wurde festgestellt, dass diese Anordnung im Fall von normalen Bremsen angemessen ist, deren einziger Zweck es ist, eine drehende Welle anzuhalten (zum Beispiel die Bremsen für Fahrzeuge), die sich jedoch im speziellen Fall der Prüfstände für Kraftschrauber als äußerst nachteilig darstellt.
Man hat nämlich festgestellt, dass insbesondere in den letzten Augenblicken vor dem Stillstand Vibrationen erzeugt werden, die die Gleichmäßigkeit der Bremsung zum delikatesten Augenblick des Zyklusses verändern, das heißt zum Zeitpunkt des Erreichens des Drehmoment-Scheitelwertes.
Eine herkömmliche Scheibe hat nämlich ein relativ hohes Trägheitsmoment und weist daher eine eher niedrige Resonanzfrequenz auf. Die Richtlinien für die Drehmomentmessungen bei Kraftschraubern verlangen jedoch im allgemeinen, dass die Messungen mit Filtern durchgeführt werden, die nur die Frequenzen oberhalb von 500 Hz ausblenden. Wegen des Trägheitsmoments haben die normalen Scheiben der Bremsen jedoch eine unter 500 Hz liegende Resonanzfrequenz, so dass alle Vibrationen der Scheibe und der Welle, mit der sie starr verbunden ist, auf den Drehmomentgeber übertragen werden und das Messsystem im Scheitelwert des Drehmoments Schwingungen verzeichnet, die die Hauptursache der Wiederholbarkeitsfehler bei den Messungen sind.
Allgemeines Ziel der Erfindung ist es, den oben erwähnten Nachteilen zu begegnen, indem ein Prüfstand für Kraftschrauber mit Bremssystem geliefert wird, der die Trägheiten verringert und folglich die Resonanzfrequenz erhöht. Weiterer Zweck ist es, einen Prüfstand zu liefern, der die Probleme verringert, die auf die Notwendigkeit einer Entgegnung der Drehung, die durch die Bremskraft erzeugt wird, zurückzuführen sind.
Dieses Ziel wird mit einem Prüfstand für Kraftschrauber erreicht, wie er mit seinen Ausgestaltungen in den Patentansprüchen angegeben ist.
Um den Erfindungsgedanken und die Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik noch klarer darzulegen, wird nachfolgend an Hand der beigefügten Zeichnungen mögliche Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, in denen der Erfindungsgedanke zur Anwendung kommt. Es zeigen:
1 einen schematischen teilweise geschnittenen Seitenaufriss eines erfindungsgemäßen Prüfstandes;
2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1;
3 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Details einer abweichenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes.
Bezugnehmend auf die Figuren zeigt 1 schematisch einen Schnitt durch einen allgemein mit 10 bezeichneten Prüfstand. Aus der Platte 11 des Prüfstandes kragt eine bekannte Kupplung 12 aus, die geeignet ist, sich mit dem Kopf 13 eines bekannten zu prüfenden Kraftschraubers zu verbinden.
Zwischen der Kupplung 12 und der mit ihr durch eine Welle 27 verbundenen Bremseinheit 14 ist eine bekannte Sensoreinheit für Drehmoment und Drehwinkel 15 geschaltet. Die Sensoreinheit ist mit einer Aufnehmer- und Kontrollvorrichtung 16, beispielsweise einem Mikroprozessor, nach dem Stand der Technik verbunden und deshalb nicht näher gezeigt und beschrieben. Während der Prüfungen eines Kraftschraubers steuert die Vorrichtung 16 in geeigneter Weise die Bremseinheit 14 und erfasst über die Sensoreinheit 15 die Kennwerte des Kraftschraubers, um dessen Übereinstimmung mit festgelegten Prüfparametern festzustellen. Diese Messungen und Prüfungen sind als solche dem Fachmann in diesem Gebiet bekannt und werden deshalb an dieser Stelle nicht näher beschrieben oder gezeigt.
Die Bremseinheit 14 umfasst einen kleinen vom Kraftschrauber in Drehbewegung versetzten Teller 17, der von geeigneten Reibungsflächen mittels eines Stellgliedes 19 (vorteilhafterweise hydraulisches Stellglied) gebremst wird.
Im Unterschied zu den bekannten Ausführungsformen ist der kleine Teller 17 in einer kleinen Stärke ausgeführt, da (was noch gezeigt wird) es ausreicht, wenn seine Steifigkeit für die um die Achse der Welle 27 bestehenden Torsionskräfte hinreichend widerstandsfähig ist, die durch das Abbremsen der Drehbewegung der Welle wirken.
Der kleine Teller ist mittels einer verschiebbaren Verbindung 20 auf der Welle gelagert, die ein axiales Gleiten des kleinen Tellers auf der Welle bei gleichzeitiger Arretierung der gegenseitigen Drehung zulässt. Dies kann durch geeignete Nuten auf der Welle und komplementäre Kupplungen 25 im Bundring 24 des kleinen Tellers erzielt werden.
Der kleine Teller kann vorteilhafterweise mittels Schneiden einer Stahlfolie ausgeführt werden. Um die Masse des kleinen Tellers zu verringern, kann dieser auch mit einem äußeren Ring 23, dem inneren Bundring 24 und Verbindungsarmen 26 wie in 2 dargestellt ausgeführt werden.
Die Bremseinheit umfasst auf der einen Seite des kleinen Tellers eine durch das Stellglied 19 betätigte Druckeinheit 18 mit Druckflächen 22 und auf der anderen Seite feststehende Gegenflächen 11. Bei Betätigung des Stellgliedes hat der kleine Teller eine Umfangsfläche, die zwischen den gegenüberliegenden Flächen 11, 22 geklemmt wird.
Obwohl beide Flächen, die auf die beiden Seiten des kleinen Tellers wirken, Reibungsflächen sein können, ist die wenigstens teilweise Trennung zwischen Druck- und Bremsfunktion besonders vorteilhaft, um so das auf das Druckstellglied und die eventuell vorhandenen Gleitschienen der Druckeinheit übertragene Bremsmoment zu verringern.
Aus diesem Grund sind die beweglichen Flächen 22 der Druckeinheit vorteilhafterweise so ausgeführt, dass ein Drehen des kleinen Tellers während der Druckbewegung möglich ist, so dass die vom kleinen Teller auf die Druckeinheit und von da auf das Stellglied übertragenen Torsionskräfte klein sind. Diese Flächen sind vorteilhafterweise aus einem geeigneten Werkstoff mit niedriger Reibung (zum Beispiel Teflon) ausgeführt.
Auf diese Weise überträgt die Druckeinheit niedrigere Kräfte auf die (nicht dargestellten) eventuell vorhandenen Schienen für das axiale Gleiten, und vermeidet das Kannten bzw. Schwierigkeiten beim axialen Gleiten. Im äußersten Fall können die Gleitschienen sogar entfallen.
Die Flächen 11 sind dagegen fest mit dem Gestell der Bremseinheit verbunden und aus einem geeigneten Reibungswerkstoff ausgeführt, um die Bremsfunktion des kleinen Tellers zu verwirklichen. Da sie fest mit dem Gestell verbunden sind, entlädt sich keinerlei Torsionskraft der Bremsung auf die Druckeinheit.
Selbstverständlich kann das axiale Gleiten der Umfangsfläche des kleinen Tellers für sein Festklemmen zwischen den gegenüberliegenden Druck- und Bremsflächen auch in anderer Weise dargestellt ausgeführt werden als hier gezeigt.
3 zeigt eine abweichende Ausführungsform, bei der die axiale Bewegung des peripheren Teils des kleinen Tellers, der während des Bremsens Kontakt mit den Druck- und Bremsflächen hat, in anderer Weise verwirklicht wird als durch die in 1 gezeigte Schiebemuffe 20.
In 3 ist ersichtlich, dass bei dieser abweichenden Ausführungsform der kleine Teller 117 einen Bundring 124 hat, der starr mit der Welle 27 (beispielsweise durch eine Einspannung mit Übermaß (Schrumpfsitz)) verbunden ist und der kleine Teller mit einem Teil 126 – zwischen dem Bundring und dem äußeren Bremssegment – mit konzentrisch geformten (vollen oder speichenförmigen) Wellen ausgeführt ist, so dass eine elastische Axialbewegung des peripheren Teils des kleinen Tellers gegenüber dem Bundring möglich ist.
Damit ist klar, wie die vorgenommenen Ziele erreicht werden. Der Druck ist auf beiden Seiten des kleinen Tellers symmetrisch und er kann sehr leicht ausgeführt werden, mit kleinster Trägheit, da sein Gefüge lediglich dem Torsionsmoment der Bremsung widerstehen muss (dem, weil es in der Ebene des kleinen Tellers wirkt, auch ein sehr dünner kleiner Teller widersteht, vorausgesetzt der Werkstoff hat die geeigneten Merkmale, wie beispielsweise Stahl).
Außerdem sind die durch die Führungen in den Systemen nach dem Stand der Technik verursachten Vibrationen, das Kanten und Rattern verringert. Die Tatsache, dass die Bremseinheit, zumindest teilweise, bodenfeste Reibungsflächen hat, sorgt dafür, dass diese als wirksamer Dämpfer eventueller Vibrationen, die während des Bremsens auf dem kleinen Teller entstehen, wirken.
Die Scheibe kann mit einem ausreichend begrenzten Trägheitsmoment ausgeführt werden, um die Resonanzfrequenz auf wesentlich über 500 Hz zu erhöhen.
Die geringe Scheibendicke lässt auch deren Flexibilität in axialer Richtung zu, durch die es möglich ist, eventuelle Fluchtungsfehler der Bremsflächen durch die Elastizität auszugleichen; diese Fehler können verschleißbedingt mit der Zeit auftreten, wobei so „zyklisches” Bremsen vermieden wird (was üblicherweise sinusförmige Störungen bei der Messwerterfassung erzeugt).
Die vorstehende Beschreibung einer Ausführungsform, die den Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung verwirklicht, ist selbstverständlich nur beispielhaft für den Erfindungsgedanken angeführt und darf deshalb nicht als Eingrenzung des Umfangs des hier beantragten Patents gesehen werden. Der genaue Aufbau und die Proportionen der verschiedenen Teil des Prüfstandes sowie das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein anderer Teile bekannter Technik können sich beispielsweise je nach den besonderen Erfordernissen bei der Verwirklichung des Prüfstandes ändern. Wälzlager können auch für die Druckflächen verwendet werden.

Claims

Prüfstand für Kraftschrauber, bestehend aus einer Kupplung (12) zur Verbindung mit dem Kopf eines Kraftschraubers und verbunden mit einer gesteuerten Bremseinheit (14) und einer Sensoreinheit (15), die die zwischen der Kupplung und der Bremseinheit übertragenen mechanischen Größen erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (14) einen kleinen Teller (17, 117) umfasst, der mit der Kupplung (12) zumindest in Drehrichtung starr verbunden ist und zwischen einer ersten Druckfläche (22), die axial durch ein Stellglied (19) gegen den kleinen Teller gedrückt wird, und einer zweiten feststehenden Gegenfläche (11) angeordnet ist.
Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kleine Teller (17, 117) aus dünnem Stahlblech ausgebildet ist.
Prüfstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kleine Teller (17, 117) aus dünnem Stahlblech mit Speichen ausgebildet ist.
Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfläche (22) während des Drucks eine Drehung des kleinen Tellers zulässt.
Prüfstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfläche (22) aus einem Gleitwerkstoff ausgebildet ist.
Prüfstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfläche (22) aus Teflon ausgebildet ist.
Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche mit einem Bremsenwerkstoff ausgeführt ist.
Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kleine Teller (17, 117) axial verschiebbar ist, um in Richtung auf die Gegenfläche (11) zu verfahren, wenn er von der Druckfläche (22) gedrückt wird.
Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kleine Teller (117) zwischen der Umfangsfläche und einer zentralen Muffe (124) einen Zwischenbereich (126) zur Verbindung mit der Kupplung (12) aufweist, die gewellt ausgeführt ist, um eine elastische Axialbewegung zwischen Muffe und Umfangsfläche zu zulassen, wenn die Umfangsfläche von der Druckfläche (22) gegen die Gegenfläche (11) gedrückt wird.
Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kleine Teller (17, 117) ein gegen normale Torsionsbeanspruchungen um die durch das Bremsen vorgegebene Achse widerstandsfähiges Gefüge aufweist, aber in axialer Richtung relativ flexibel ist.