DE10334244A1

DE10334244A1 - Schraubwerkzeug für winkelgetreues Einschrauben, sowie Verfahren hierfür

Info

Publication number: DE10334244A1
Application number: DE2003134244
Authority: DE
Inventors: Christian Braeuer; Stefan Holl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-17
Also published as: WO2005014233A1

Abstract

Die Erfindung besteht darin, ein Schraubwerkzeug (1) zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen (2) um einen Solldrehwinkel vorzustellen, das neben einem Winkelmesser (4a) einen Drehmomentmesser (4b) umfasst, sodass in Abhängigkeit vom gemessenen Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs ein Korrekturwinkel bestimmbar ist, um den das Schraubwerkzeug (1) zusätzlich zu dem von dem Winkelmesser (4a) angezeigten Drehwinkel weiterzudrehen ist. DOLLAR A Durch diese Korrektur ist der Fehlwinkel behebbar, der durch die Torsion des Schraubwerkzeugs (1) entsteht. DOLLAR A Außerdem werden Verfahren vorgestellt, die den Ablauf von winkelgetreuen Eindrehvorgängen sicherstellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schraubwerkzeug zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen um einen Solldrehwinkel sowie ein Verfahren für die winkelgetreue Einschraubung.

Moderne Schraubanlagen stellen den Grad der Verschraubung mittels Drehmomentüberwachung oder Winkelzug sicher.

Bei der Drehmomentüberwachung wird das aktuelle Drehmoment gemessen und das Montageelement nicht weiter als bis zum Erreichen eines vorgegebenen Wert des Drehmoments, des Solldrehmoments, gedreht.

Mit dem Winkelzug wird eine bestimmter Wert für einen Eindrehwinkels, der Solleindrehwinkel, vorgegeben und das Montageelement nur um diesen Eindrehwinkel eingeschraubt.

Mit diesen Massnahmen soll sichergestellt werden, dass das Montageelement, bei dem es sich um eine Schraube, eine Mutter oder ein einschraubbares funktionales Bauteil, wie beispielsweise eine Zündkerze, eine Elektrode oder ein Ventil handeln kann, einerseits so fest verschraubt ist, um die gewünschte Fixierung zu erreichen, andererseits die Verschraubung nicht so fest ausgeführt wird, dass es zu Schäden an den Gewinden oder sogar an dem Bauteil kommt.

Nachteile des Standes der Technik

Bei der Winkelzugmethode wird trotz des eingestellten Solldrehwinkels das Montageelement häufig nicht bis zum gewünschten Drehwinkel eingeschraubt. Die Ursache dafür liegt darin, dass das Schraubwerkzeug selbst beim Drehen eine Torsion erfährt, die bei der Winkelmessung unberücksichtigt bleibt. Dieser Fehlwinkel kann nicht durch das Hinzufügen eines Pauschalbetrags zum Solldrehwinkel korrigiert werden, da die Torsion des Schraubwerkzeug ein komplexer Prozess ist. Der tatsächliche Eindrehwinkel lässt sich im Nachhinein nur dadurch bestimmen, dass nach Absetzten des Schraubwerkzeugs vom Montageelement ein Fehlwinkel vom Solldrehwinkel abgezogen wird. Der Fehlwinkel kann durch die Vermessung der Restentspannung bestimmt werden. Er ergibt sich als der Winkel, der beim Zurückdrehen der bei dem Einschraubprozess aufgetretenen Torsion des Schraubwerkzeugs entsteht. Eine genaue Voreinstellung des Drehwinkels ist nicht möglich.

Bei der Drehmomentüberwachung hängt der Grad der Verschraubung stark von den beteiligten Schraubflächen ab, also von verwendeten Schmierfetten, Verschmutzungen, Fertigungstoleranzen usw. Die Streuung der Drehwinkel variiert demzufolge über einen großen Bereich.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Montageelement einzuschrauben und dabei einen vorgegebenen Eindrehwinkel exakt oder im Rahmen einer definierten Toleranz einzuhalten.

Lösung der Aufgabe

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, ein Schraubwerkzeug vorzustellen, das neben einem Winkelmesser einen Drehmomentmesser umfasst, sodass in Abhängigkeit von einem gemessenen Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs ein Korrekturwinkel bestimmbar ist, um den das Schraubwerkzeug zusätzlich zu dem von dem Winkelmesser angezeigten Drehwinkel weitergedreht wird.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren gelöst, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Die Torsionssteifigkeit des Schraubwerkzeugs wird in Abhängigkeit vom Drehmoment ermittelt und als Kennlinie gespeichert, das Montageelement wird um den Solldrehwinkel eingedreht, das Drehmoment wird gemessen, ein Korrekturwinkel, der abhängig vom Drehmoment beim Solldrehwinkel und damit von der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubelements ist, wird bestimmt und das Montageelement wird um den Korrekturwinkel weitergedreht.

Vorteile der Erfindung

Mithilfe des erfindungsgemäßen Schraubwerkzeugs kann der Fehlwinkel, der durch die Torsion des Schraubwerkzeuges entsteht, behoben werden und ein präziser Winkelzug ist möglich.

Dieser Fehler entsteht vor allem, weil der Winkelmesser am Schraubwerkzeug nicht so angebracht ist, das er unmittelbar an das schraubbare Montageelement anschliesst. Das heisst, es wird immer einen Abschnitt des Schraubwerkzeuges geben, der sich zwischen Montageelement und Winkelmesser befindet. Dieser erfährt durch die Kraftausübung des Schraubwerkzeugantriebes eine Torsion.

Um den Fehlwinkel zu korrigieren, der dadurch entsteht, ist es notwenig, zunächst die Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs zu bestimmen, insbesondere des Werkzeugabschnitts, der zwischen Winkelmesser und Montageelement liegt. Dazu wird die Torsionssteifigkeit in Abhängigkeit vom Drehmoment erfasst und als Kennlinie aufgenommen.

Wird das Montageelement nun angezogen und das vorliegende Drehmoment vom im erfindungsgemäßen Schraubwerkzeug befindlichen Drehmomentmesser erfasst, so kann aus diesem zusammen mit der Torsionssteifigkeitskennlinie der Winkel berechnet werden, um den das Schraubwerkzeug gedreht ist. Dieser Fehlwinkel wird zum bisher gedrehten Winkel hinzuaddiert, sodass das Montageelement tatsächlich präzise um den Solldrehwinkel gedreht werden kann.

Die Berechnung des Fehlwinkels kann aufgrund der gemessenen Werte vom Bediener vorgenommen werden.

Bevorzugt wird der Korrekturwinkel jedoch von einer Auswert- und Ausgabeeinheit, die mit dem Schraubwerkzeug verbunden ist, bestimmt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Schraubwerkzeug mit einer Steuereinheit ausgestattet, welche dafür sorgt, dass der während des Einschraubvorgangs bestimmte Korrekturwinkel direkt auf den bereits ausgeführten Solldrehwinkel aufgeschlagen wird.

Das Schraubwerkzeug kann als handgehaltenes Werkzeug ausgeführt sein, das über ein entsprechendes Anzeigeelement verfügt. Es kann auch als vollautomatisches Werkzeug in einer Fertigungsstrasse eingesetzt werden oder als Werkzeugelement eines Roboters verwendet werden. Für den automatisierten Einsatz ist es günstig, wenn das Schraubwerkzeug über eine Schnittstelle verfügt, mittels derer die Torsionssteifigkeitskennlinie und die Solldrehwinkel einprogrammierbar sind.

Das Werkzeug kann auch mit einem Selbsttestvorrichtung ausrüstbar sein, sodass die Torsionssteifigkeitskennlinie jederzeit aufnehmbar ist. Treten Abweichungen im Verlauf der Torsionssteifigkeitskennlinie auf, die über eine bestimmte Variation gegenüber einer Ausgangskennlinie hinausgehen, so kann dies ein Zeichen für einen Qualitätsverlust des Werkzeuges, beispielsweise durch Materialermüdung oder einen Bruch sein. Das Werkzeug verfügt damit also über einen Kontrollmechanismus, der die eigene Funktionsfähigkeit überwacht.

Das erfindungsgemäße Schraubwerkzeug wird vorteilhafterweise eingesetzt, indem das Schraubwerkzeug das Montageelement zunächst soweit eindreht, bis der vorgegebene Solldrehwinkel erreicht ist, dann der Korrekturwinkel bestimmt wird und das Schraubwerkzeug das Montageelement noch um den Korrekturwinkel weiterdreht.

In einem alternativen Verfahren kann jederzeit der tatsächliche Drehwinkel des Montageelements ermittelt werden, indem vom Drehwinkel des Schraubwerkzeugs der drehmoment- und torsionsabhängige Korrekturwinkel abgezogen wird. Dazu muss das Drehmoment kontinuierlich während des Eindrehvorgangs erfasst werden und ebenso kontinuierlich der Korrekturwinkel bestimmt werden. Erst wenn der tatsächliche Drehwinkel des Montageelements den vorgegebenen Solldrehwinkel erreicht hat, bzw. sich ihm innerhalb eines Toleranzbereiches nähert, ist der Eindrehvorgang zu beenden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, Zeichnung sowie den Ansprüchen hervor.
Zeichnung
Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Schraubwerkzeug;
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schraubwerkzeugs 1, das für das Einschrauben eines Montageelements 2 eingesetzt wird. Das Schraubwerkzeug 1 umfasst eine Schraubspindel 3 und eine Messeinheit 4, in welcher mit einem Winkelmesser 4a der Wert des Drehwinkels und mit einem Drehmomentmesser 4b der Wert des Drehmoments erfasst werden.
Die Messeinheit 4 kann nicht unmittelbar an der Werkzeugangriffsfläche 5 montiert werden, daher gibt es stets einen Fehlwinkel, der durch die Torsion des Abschnitts 7 zwischen Messeinheit 4 und Angriffsfläche 5 entsteht.
Für einen Eindrehvorgang wird zunächst die Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeuges erfasst. Nun wird das Schraubwerkzeug 1 an das Montageelement 2 gebracht und dieses soweit gedreht, bis die Messeinheit 4 den Wert eines vorgegebenen Solleindrehwinkels anzeigt. Gleichzeitig wird das Drehmoment erfasst. Aus dem Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlinie wird nun der Winkel berechnet, um den sich der Abschnitt 7 des Schraubwerkzeugs 1 zwischen Montageelement 2 und Messeinheit 4 gedreht hat. Um diesen Korrekturwinkel muss das Montageelement 2 noch weiter gedreht werden. Erst dann ist auch das Montageelement 2 um den Solldrehwinkel gedreht worden.

Claims

Schraubwerkzeug zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen um einen Solldrehwinkel umfassend eine Schraubspindel und einen Winkelmesser, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug (1) einen Drehmomentmesser (4b), sodass in Abhängigkeit vom gemessenen Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs (1) ein Korrekturwinkel bestimmbar ist, um den das Schraubwerkzeug (1) zusätzlich zu dem von dem Winkelmesser (4a) angezeigten Drehwinkel weiterzudrehen ist.
Schraubwerkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug eine Auswert- und Ausgabeeinheit umfasst, durch welche in Abhängigkeit vom gemessenen Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs (1) ein Korrekturwinkel bestimmbar ist, um den das Schraubwerkzeug (1) zusätzlich zu dem von dem Winkelmesser (4a) angezeigten Drehwinkel weiterzudrehen ist.
Schraubwerkzeug gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug eine Steuereinheit umfasst, durch die der tatsächlichen Wert des Drehwinkels ermittelbar, mit dem Solldrehwert abgleichbar und am Montageelement (2) umsetzbar ist.
Verfahren zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen mit einem Schraubwerkzeug, die eine Schraubspindel, ein Drehmomentmesser und einen Winkelmesser umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – die Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs (1) ermittelt wird, – das Montageelement (2) eingedreht wird, bis der Winkelmesser (4a) den Wert des Solldrehwinkels anzeigt, – von dem Drehmomentmesser (4b) das Drehmoment gemessen wird, – ein Korrekturwinkel, der abhängig vom Drehmoment beim Solldrehwinkel und damit von der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubelements (1) ist, bestimmt wird, – das Montageelement (2) um den Korrekturwinkel weitergedreht wird.
Verfahren zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen mit einem Schraubwerkzeug, die eine Schraubspindel, ein Drehmomentmesser und einen Winkelmesser umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs (1) ermittelt wird, b) ein Solldrehwinkel vorgegeben wird, c) das Montageelement (2) eingedreht wird, d) von dem Drehmomentmesser (4b) das Drehmoment gemessen wird, e) ein Korrekturwinkel, der abhängig vom Drehmoment beim momentanen Drehwinkel und damit von der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs (1) ist, bestimmt wird, f) der tatsächliche Drehwinkel berechnet wird, indem die Differenz zwischen momentanem Drehwinkel und Korrekturwinkel gebildet wird, g) abgefragt wird, ob tatsächlicher Drehwinkel und Solldrehwinkel sich bis auf vorgegebenen Toleranzbereich angenähert haben, h) wenn ja, ist der Eindrehvorgang beendet, wenn nein, weiter mit c) und den folgenden Schritten.