DE19507389A1 - Einrichtung zur Signalübertragung, insbesondere für eine Schraubvorrichtung zum ultraschallgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen - Google Patents
Einrichtung zur Signalübertragung, insbesondere für eine Schraubvorrichtung zum ultraschallgesteuerten Anziehen von SchraubverbindungenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur
Signalübertragung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es
ist schon eine derartige Einrichtung bekannt (EP 467 262
A1), die einen in einer Antriebsspindel untergebrachten
ersten Leiter zur Kontaktierung eines Schwingkörpers und
einen außerhalb der Antriebsspindel angeordneten zweiten
Leiter zur Kontaktierung einer Steuereinrichtung aufweist.
Die Signalübertragung vom ersten zum zweiten Leiter erfolgt
dabei berührend durch Schleifkontakte, sie kann jedoch auch
berührungslos induktiv oder kapazitiv erfolgen. In jedem
Falle sind hierzu separate Signalübertragungsmittel
erforderlich.
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß
die Signalübertragung ohne aufwendige, separate
Signalübertragungsmittel erfolgt. Auf diese Weise ist ein
einfacher und kompakter Aufbau der Einrichtung zur
Signalübertragung möglich.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Einrichtung
möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur
Signalübertragung in einer Schraubvorrichtung zum
ultraschallgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines mit II
bezeichneten Ausschnitts aus Fig. 1.
In Fig. 1 und 2 ist mit 10 eine Schraubvorrichtung zum
ultraschallgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen
bezeichnet. Bei einer solchen Schraubvorrichtung 10 wird in
einer in Fig. 1 schematisch dargestellten Schraubverbindung
11 eine ggf. vorliegende Vorspannkraft nach einem bekannten
Ultraschallaufzeit-Meßverfahren ermittelt und in einer
Steuereinrichtung 13 als Steuerungsgröße zum Steuern des
Schraubvorgangs herangezogen. Aufgrund der hohen
Genauigkeit, mit der die in der Schraubverbindung 11
vorhandene Vorspannkraft ermittelbar ist, können sehr enge
Toleranzen bezüglich zu erreichender Verschraubungssollwerte
erzielt werden.
Die Schraubvorrichtung 10 weist zur elektrischen Verbindung
eines Schwingkörpers 12 mit der Steuereinrichtung 13 und
umgekehrt Verbindungsleitungen 14, 15 auf. Bei dem
Schwingkörper 12 handelt es sich beispielsweise um einen
Piezokristall, der bei entsprechender elektrischer Anregung
hochfrequente akustische Schwingungen erzeugt und in die
Schraubverbindung 11 leitet. Umgekehrt empfängt der
Piezokristall Echoschwingungen aus der Schraubverbindung 11
und wandelt diese in zugehörige elektrische Echosignale um.
Durch Vergleichen von Erregersignalen und Echosignalen in
der schematisch dargestellten Steuereinrichtung 13 kann in
bekannter Weise auf den Spannungszustand in der
Schraubverbindung 11 und damit auf die aktuelle
Vorspannkraft geschlossen werden.
Die Schraubvorrichtung 10 ist mit einer Drehspindel 19
versehen, welche in Lagern 20, 21 gegenüber einem
hohlzylindrischen Gehäuseteil 22 gelagert ist. An ihrem
einem nicht dargestellten Antriebsmotor zugewandten Ende 23
ist die Drehspindel 19 mit Mitteln 24 zur Drehmitnahme
ausgestattet, die beispielsweise als Aufnahmeöffnung 18 für
einen Außenmehrkant ausgebildet sind. In die Aufnahmeöffnung
18 ist eine nicht dargestellte, mit Außenmehrkant versehene
Antriebswelle eines Antriebsmotors einsteckbar. An ihrem
anderen, der Schraubverbindung 11 zugewandten Ende 25 bildet
die Drehspindel 19 eine Werkzeugaufnahme 26, auf die ein in
Fig. 1 nicht dargestelltes Schraubwerkzeug, beispielsweise
eine Sechskantnuß, aufsteckbar ist.
Aufgrund der Verdrehbarkeit der Drehspindel 19 gegenüber dem
Gehäuseteil 22 sind zur Signalübertragung zwischen
Schwingkörper 12 und Steuereinrichtung 13
Signalübertragungsmittel 16 erforderlich. Die
Verbindungsleitungen 14, 15 bilden einen ersten Leiter 14,
der teilweise im Gehäuseteil 22 untergebracht ist und dessen
Wandung radial durchragt. Ein zweiter Leiter 15 ist
teilweise innerhalb der Drehspindel 19 untergebracht. Ein
Teilstück 15a des zweiten Leiters 15 durchragt die Wandung
der Drehspindel 19 radial und ein Teilstück 15b durchzieht
die Drehspindel 19 in einer axialen Durchgangsöffnung 27 zum
Ende 15 der Drehspindel 19 hin. Daran schließt sich ein als
Kontaktstift ausgebildetes Teilstück 15c an, mittels dessen
der Schwingkörper 12 elektrisch leitend kontaktierbar ist.
In Fig. 2 ist ein in Fig. 1 mit II bezeichneter,
gestrichelt angedeuteter Ausschnitt näher darstellt.
Deutlich erkennbar ist die im Gehäuseteil 22 mittels der
Lagerstelle 21 drehbar gelagerte Drehspindel 19, innerhalb
der der zweite Leiter 15 mit seinen Teilstücken 15a und 15b
untergebracht ist. Die Teilstücke 15b und 15c sind in einer
Verbindungsstelle 30 mittels einer Schraube 31 und einer
Metallhülse 32 elektrisch leitend verbunden. Ein Isolator 33
fixiert das Teilstück 15b des Leiters 15 innerhalb der
Durchgangsöffnung 27 in der Drehspindel 19. Das Teilstück
15b des Leiters 15 wird durch ein mit Isolierschicht
umgebendes Kabelstück gebildet. Ebenso ist das Teilstück 15a
des Leiters 15 mit einer Isolierschicht umgeben.
Die elektrische Kontaktierung des ersten Leiters 14 mit dem
zweiten Leiter 15 erfolgt über das Lager 21, das als
handelsübliches Wälzlager ausgebildet ist. Das Lager 21
weist einen Außenring 34 und einen Innenring 35 mit
dazwischenliegenden Wälzkörpern 36, insbesondere Kugeln,
auf. Außenring 34, Innenring 35 und Wälzkörper 36 sind aus
elektrisch leitenden Material gefertigt. Das Lager 21 kann
zusätzlich ein- oder beidseitig mit Dicht- oder Deckscheiben
37 versehen sein, die das Lager 21 gegen Eintritt von Staub
und Austritt von Schmiermittel schützen. Die Drehspindel 19
ist zu ihrem Ende 23 hin abgesetzt. Auf das abgesetzte
Spindelstück 38 ist eine Isolierhülse 39 aufgesetzt, die mit
der Drehspindel 19 drehfest verbunden, z. B. verklebt ist.
Auf der Isolierhülse 39 sitzt der Innenring 35 des Lagers 21
und wird vom Teilstück 15a des zweiten Leiters 15 elektrisch
kontaktiert. Die Isolierhülse 39 weist hierzu im Bereich
eines Bundes 40, der als axialer Anschlag für den Innenring
35 dient, eine Bohrung 41 auf, durch die ein Ende des
Teilstücks 15a zum Innenring 35 hindurchragt und den
Innenring 35 kontaktiert. Der Außenring 34 des Lagers 21
sitzt ebenfalls in einem ringförmigen Isolierkörper 42, der
spiel frei im Gehäuseteil 22 angeordnet ist und einen radial
nach innen vorspringenden Bund 45 als axialer Anschlag für
den Außenring 34 bildet. In Umfangsrichtung wird der
Isolierkörper 42 durch einen Radialstift 43 gehalten, der
radial in eine Längsnut 44 des Isolierkörpers 42 eingreift
und diesen gegen Verdrehen sichert. Im Isolierkörper 42 ist
ebenfalls eine Bohrung 46 vorgesehen, durch die hindurch der
erste Leiter 14 sich zum Außenring 34 erstreckt und diesen
elektrisch kontaktiert.
Da sich die Wälzkörper 36 einerseits am Außenring 34,
andererseits am Innenring 35 des Lagers 21 abstützen, ist
stets ein elektrischer Kontakt zwischen Außenring 34 und
Innenring 35 gegeben. Der sich dabei einstellende Widerstand
kann beispielsweise durch die Verwendung eines elektrisch
gut leitenden Schmiermittels verringert werden. Insbesondere
bei der Übertragung hochfrequenter Signale bei geringeren
Drehzahlen (kleiner 500 U/min) kommt die kapazitive
Koppelkomponente besonders gut zum tragen.
Eine weitere elektrische Kontaktierung des Schwingkörpers 12
z. B. für den Masseanschluß, ist über das Gehäuseteil 22, das
Lager 20, die Drehspindel 19 und das Schraubwerkzeug in
entsprechender Weise möglich. Das Lager 20 hierzu ohne
Isolierung zwischen Gehäuseteil 22 und Drehspindel 19
angeordnet. Durch die Isolierung des Lagers 21 gegenüber der
Drehspindel 19 und dem Gehäuseteil 22 läßt sich insgesamt
ein geschlossener Stromkreis realisieren.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Insbesondere läßt sich eine erfindungsgemäße
Signalübertragung auch über ein anderes elektrisch leitendes
Lager, z. B. Gleitlager, Axiallager, ermöglichen. Die
Signalübertragungsmittel 16 können beispielsweise auch in
einer Meßwelle zur Drehmomenterfassung vorgesehen sein. Die
Erfindung ist auch ganz allgemein zur Signalübertragung bei
relativ zueinander beweglichen Bauteilen anwendbar, von
denen ein erstes Bauteil entsprechend dem Gehäuseteil 22 zu
einem zweiten Bauteil entsprechend der Drehspindel 19
verdrehbar und/oder verschiebbar gelagert ist.
Claims (9)
1. Einrichtung zur Signalübertragung zwischen relativ
zueinander beweglich gelagerten Bauteilen (19, 22),
insbesondere zur Signalübertragung in einer
Schraubvorrichtung (10) zum ultraschallgesteuerten Anziehen
von Schraubverbindungen, mit einem ersten Bauteil (22),
einem zumindest teilweise im ersten Bauteil (22)
untergebrachten, gegenüber diesem elektrisch isolierten
ersten elektrischen Leiter (14), einem relativ zum ersten
Bauteil (22) beweglichen zweiten Bauteil (19) mit darin
zumindest teilweise untergebrachtem, gegenüber diesem
elektrisch isolierten zweiten elektrischen Leiter (15) und
mit Signalübertragungsmitteln (16), die eine
Signalübertragung vom ersten Leiter (14) auf den zweiten
Leiter (15) bzw. umgekehrt ermöglichen, dadurch
gekennzeichnet, daß als Signalübertragungsmittel (16)
wenigstens ein Lager (21), insbesondere Wälzlager,
vorgesehen ist, mittels dessen das erste Bauteil (22)
gegenüber dem zweiten Bauteil (19) axial und/oder in
Umfangsrichtung verschiebbar bzw. verdrehbar gelagert ist,
daß das Lager (21) zumindest teilweise aus elektrisch
leitendem Material besteht, daß das Lager (21) sowohl
gegenüber dem ersten Bauteil (22), als auch gegenüber dem
zweiten Bauteil (19) elektrisch isoliert angeordnet ist und
daß der erste (14) und der zweite (15) Leiter mit dem Lager
(21) elektrisch leitend verbunden sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Bauteil (22) als Gehäuseteil und das zweite
Bauteil (19) als Drehspindel ausgebildet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leiter (14, 15) über das Lager (21)
eine Steuereinrichtung (13) mit einer Meßeinrichtung (12)
der Schraubvorrichtung (10) elektrisch leitend verbinden.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (21) als Wälzlager mit
einem Außenring (34), einem Innenring (35) und
dazwischenliegenden Wälzkörpern (35) ausgebildet ist, welche
jeweils aus elektrisch leitendem Material hergestellt sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem ersten Bauteil (22) und dem Außenring (34) des
Lagers (21) ein ringförmiger Isolierkörper (42) und zwischen
dem zweiten Bauteil (15) und dem Innenring (35) des Lagers
(21) eine Isolierhülse (41) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Isolierhülse (41) gegenüber dem zweiten Bauteil (19) und
der Isolierkörper (42) gegenüber dem ersten Bauteil (22)
verdrehfest angeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das zweite Bauteil (19) ein abgesetztes, zylindrisches Ende
(23) aufweist, mit dem die Isolierhülse (41) verklebt ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Isolierhülse (41) und der
Isolierkörper (42) mit Bünden (40, 45) versehen sind, die
jeweils als axialer Anschlag für den Innenring (35) und den
Außenring (34) dienen.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (22) über ein
zweites Lager (20) mit dem zweiten Bauteil (19) elektrisch
leitend verbunden ist.
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