DE19946401A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Lagesicherung einer Schrauben-/Mutterverbindung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lagesicherung einer Schrauben-/Mutterverbindung. Aufgabe der Erfindung ist es, eine poduktionsstabile, formschlüssige Lagesicherung einer Schrauben-/Mutterverbindung zu schaffen, bei der gleichzeitig der Montageaufwand reduziert ist. Gelöst wird das dadurch, indem an einem Betätigungswerkzeug 8 ein Lageerkennungssystem 13 angeordnet ist, welches schaltungstechnisch mit einer Versorgungs-/Auswerteeinheit gekoppelt ist, wobei eine fluchtende Lage zweier Öffnungen 6, 7 mittels Lageerkennungssystem 13 sensorisch erfaßbar und ein Signal generierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lage­ sicherung einer Schrauben-/Mutterverbindung nach den Oberbegriffen von Hauptanspruch und Nebenanspruch.

Eine Schrauben-/Mutterverbindung dieser Art ist der Gattung der Maschinenelemente zubehörig und stellt eine Vorrichtung zum Befestigen und Verbinden von Teilen dar. Die Lagesicherung derartiger lösbarer Schrauben-/Mutterverbindungen ist kraftschlüssig, zum Beispiel mittels Gegenmutter oder Reibkegelmutter, oder formschlüssig, beispielsweise mittels Splint und Kronenmutter, realisierbar. Bei der formschlüs­ sigen Lagesicherung mittels Splint wird dieser quer zur Schraubenachse einer Schrauben-/Mutterverbindung in eine mit beiden Teilen (Schraube/­ Mutter) fluchtende Bohrung eingesetzt, so daß der Splint die Mutter und die Schraube durchdringt.

Bevorzugt wird der Splint am Umfang der Mutter ver- oder aufgebogen, so daß ein unerwünschtes Lösen vermeidbar ist.

Die Lagesicherung der Schrauben-/Mutterverbindung erfolgt ohne Berück­ sichtigung des Anzugsmomentes oder bevorzugt unter dem Aspekt eines vorgegebenen Anziehmomentes. Hierzu sind an der Schrauben-/Mutterver­ bindung konventionelle Betätigungswerkzeuge, zum Beispiel Schrauben­ schlüssel, Steckschlüssel oder drehmomentgesteuerte Betätigungswerk­ zeuge, zum Beispiel Drehmomentschlüssel, elektrische Schraubwerkzeuge, einsetzbar.

Von Nachteil bei diesen Vorrichtungen ist es, daß die quer zur Schrau­ benachse angeordneten Bohrungen/Öffnungen von Schraube und Mutter zur Aufnahme des Sicherungssplintes lediglich zufällig fluchten. Fluchten diese Bohrungen/Öffnungen nicht, so kann der Splint die Mutter und die Schraube nicht durchdringen, d. h. die gewünschte Lagesicherung der Schrauben-/Mutterverbindung ist nicht realisierbar. Das entsprechende Betätigungswerkzeug muß somit erneut eingesetzt werden, die Mutter wird um und längst der Schraubenachse so lange verdreht, bis die Bohrungen/Öffnungen von Schraube und Mutter fluch­ ten. Dieses Arbeitsprinzip ist aufwendig und subjektive Fehleinstel­ lungen sind nicht auszuschließen. Weiterhin kann ein gefordertes Anziehmoment über- oder unterschritten werden, so daß an der Schrau­ ben-/Mutterverbindung frühzeitiger Verschleiß auftritt oder eine instabile Lagesicherung an der Schrauben-/Mutterverbindung vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die ge­ nannten Nachteile vermeiden, die insbesondere eine produktionsstabile formschlüssige Lagesicherung einer Schrauben-/Mutterverbindung ge­ stattet und gleichzeitig den Montageaufwand reduziert.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Ausbildungsmerkmale von Hauptan­ spruch und Nebenanspruch. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Ein erster Vorteil der erfindungsgemäßen Schrauben-/Mutterverbindung ist darin begründet, daß eine Schraube und eine Mutter jeweils we­ nigstens eine rechtwinklig zur Schraubenachse angeordnete Bohrung/­ Öffnung aufweist, wobei diese Bohrungen/Öffnungen bereits gegen Ende der Montage (Durchführung der Schraubenbewegung) von Schraube und Mutter zueinander fluchtend zugeordnet werden. Damit kann nach der Positionierung der Schrauben-/Mutterverbindung sofort eine Sicherungs­ einrichtung diese Schrauben-/Mutterverbindung formschlüssig zwecks Lagesicherung durchdringen. Damit sind aufwendige Justierarbeiten hinfällig, subjektive Fehleinstellungen vermeidbar und jede weitere Schrauben-/Muterverbindung ist produktionsstabil bei geringem Montage­ aufwand montierbar.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die fluchtende Lage der Bohrungen/­ Öffnungen der Schrauben-/Mutterverbindung erfaßt und angezeigt wird und/oder mit einer Steuerung/Regelung schaltungstechnisch koppelbar ist. Damit ist auch eine manuelle oder mechanisierte/automatisierte Montage einer Schrauben-/Mutterverbindung unter Verwendung eines Betätigungswerkzeuges realisierbar.

Von Vorteil ist ebenso, daß die formschlüssige Lagesicherung der Schrauben-/Mutterverbindung unter Berücksichtigung eines definierten Anziehmomentes realisierbar ist. Damit ist ein Über- bzw. Unterschrei­ ten des Anziehmomentes vermeidbar. Die Lebensdauer der Schrauben-/Mut­ terverbindung ist durch die erfindungsgemäße Ausbildung deutlich erhöhbar. Bevorzugt sind beispielsweise unter dem Aspekt des Anzieh­ momentes die relevanten Werte der Schrauben-/Mutterverbindung, z. B. unter dem Aspekt der Qualitätssicherung, protokollierbar.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Schraube und/oder die Mutter der Schrauben-/Mutterverbindung mehrere Bohrungen/Öffnungen aufweisen können. Damit ist eine fluchtende Lage einer durchgehenden Bohrung/Öffnung der Schrauben-/Mutterverbindung kurzfristig erzielbar, die Sicherungseinrichtung ist schnell formschlüssig einbringbar und dies bei kurzen Montagezeiten.

Es ist ebenso vorteilhaft, daß das Betätigungswerkzeug bzw. Teile der Schrauben-/Mutterverbindung mit einem Lageerkennungssystem bzw. unterstützenden Hilfsmitteln ausgestattet sind. Derartige Lageerken­ nungssysteme sind insbesondere auf akustischer oder optischer Basis, vorzugsweise mit einem Sender und einem Empfänger, ausgebildet. Ein derartiges Lageerkennungssystem dient der Erkennung wenigstens einer quer zur Schraubenachse fluchtenden Bohrung/Öffnung einer Schrauben-/Mutterverbindung zwecks Aufnahme einer Sicherungseinrich­ tung für die Lagesicherung dieser Verbindung. Das Lageerkennungssystem generiert bei fluchtenden Bohrungen/Öffnungen zumindest ein Signal, so daß bei manueller Betätigung zumindest eine Anzeige zur Darstellung des Signales bzw. bei mechanisierter/automatisierter Betätigung vorzugsweise eine funktionsgleiche Anzeige und/oder eine Steuerung/Regelung für ein Betätigungswerkzeug aktiviert wird. Letztlich ist es vorteilhaft, daß erfindungsgemäß die Lagesicherung für jede Form von Schrauben, vorzugsweise Befestigungsschrauben, Gewindebolzen sowie für jede Form von Muttern, vorzugsweise Sechs­ kantmuttern, Kronenmuttern, realisierbar ist. Hierzu ist lediglich wenigstens eine quer zur Schraubenachse angeordnete Bohrung/Öffnung in der Schraube vorzusehen, um eine Sicherungseinrichtung, z. B. einen Splint, einen Bolzen, einen Stift oder einen Sicherungshaken, zur Lagesicherung aufnehmen zu können. Dazu weist die Mutter eine Bohrung oder zumindest eine entsprechende Öffnung auf.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert wer­ den.

Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1a eine Schrauben-/Mutterverbindung in Vorderansicht,

Fig. 1b eine Schrauben-/Mutterverbindung in Draufsicht,

Fig. 2 eine Schrauben-/Mutterverbindung in Eingriff mit einem Betätigungswerkzeug,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für ein Lageerkennungssystem,

Fig. 4 eine Schrauben-/Mutterverbindung mit einer hohlen Schraube,

Fig. 5a-c weitere Ausbildungen gem. Fig. 4

Eine Schrauben-/Mutterverbindung 1 stellt eine formschlüssige Ver­ bindung einer Schraube 2 und einer Mutter 3 dar. Diese Schrauben- /Mutterverbindung 1 ist in ihrer Lage gegen unbeabsichtigtes Öffnen zu sichern. Dazu weist die Schraube 2 wenigstens eine quer zur Schrau­ benachse 5 angeordnete Öffnung 6, beispielsweise eine Durchgangs­ bohrung, auf. Die Öffnung 6 kann dabei mittig oder außermittig zur Schraubenachse 5 angeordnet sein. Die der Schraube 2 zugeordnete Mutter 2 weist wenigstens eine Öffnung 7 auf, die abhängig von der einzusetzenden Mutter 3 ausgebildet ist. Beispielsweise kann die. Öffnung 7 der Mutter 3 eine quer zur Schraubenachse 5 angeordnete Bohrung oder als ein Freiraum beispielsweise zwischen den Kronen­ spitzen einer Kronenmutter ausgebildet sein. Die Öffnungen 6, 7 sind je nach verwendeter Schraube 2 zur entsprechenden Mutter 3 paßfähig (mittige oder außermittige Ausführung) angeordnet.

Die Mutter 3 ist mit einem Betätigungswerkzeug 8 in Funktionsverbin­ dung. Als Betätigungswerkzeuge 8 eignen sich bevorzugt eine Zange, ein Schraubenschlüssel, ein Steckschlüssel oder eine Nuß, ein Dreh­ momentschlüssel, ein elektrisch oder pneumatisch antreibbarer Schrau­ ber oder eine Handhabevorrichtung, beispielsweise ein Industriero­ borter mit entsprechender Greifeinrichtung. An dem Betätigungswerkzeug 8 ist wenigstens ein Lageerkennungssystem 13 angeordnet, welches schaltungstechnisch mit einer Versorgungs-/Auswerteeinheit 11 gekop­ pelt ist. Das Lageerkennungssystem 13 arbeitet sensorisch, bevor­ zugt auf optischer, pneumatischer oder akustischer Basis und dient der sensorischen Erfassung der fluchtenden Lage der Öffnungen 6, 7. D. h. wird die Schraube 2 und/oder die Mutter 3 um die und entlang der Schraubenachse 5 bewegt, so fluchten in einem definierten Bereich die im wesentlichen deckungsgleichen Öffnungen 6, 7. Diese Position der Öffnungen 6, 7 wird vom Lageerkennungssystem 13 erfaßt.

Gleichzeitig ist ein Signal 12 von einer Versorgungs-/Auswerteeinheit 11 generierbar.

In die fluchtenden Öffnungen 6, 7 ist eine Sicherungseinrichtung 4, z. B. ein Splint, formschlüssig einbringbar. Bevorzugt ist das Lageerkennungssystem 13 aus einem Sender 9a und einem Empfänger 10a gebildet.

In einer Ausbildung ist der Sender 9a und der Empfänger 10a umfangs­ seitig diametral am Betätigungswerkzeug 8 angeordnet. Das Betäti­ gungswerkzeug 8 kann ebenso Öffnungen 14, z. B. in Form von quer zur Schraubenachse 5 angeordneten Bohrungen, aufweisen, die mit dem Lageerkennungssystem 13 in Funktionsverbindung sind. An bzw. in diesen Öffnungen 14 ist beispielsweise der Sender 9a und der Empfänger 10a anzuordnen, so daß damit die fluchtende Lage der Öffnungen 6, 7 ein­ facher erfaßbar ist.

Das generierte Signal 12 ist in einer ersten Ausbildung an eine nach­ geschaltete Anzeige 15, vorzugsweise im Sichtbereich des Bedieners, zuführbar. Diese Ausbildung ist beispielsweise geeignet, wenn mit einem Betätigungswerkzeug 8 in Form eines Schraubenschlüssels oder eines Drehmomentschlüssels (mit Sender 9a und Empfänger 10a) die Schrauben-/Mutterverbindung 1 betätigt wird.

In einer weiteren Ausbildung ist das generierte Signal 12 an eine nachgeschaltete Steuerung/Regelung 16, bevorzugt eine SPS- oder CNC-Steuerung, zuführbar. Die Steuerung/Regelung 16 ist über die Versorgungs-/Auswerteeinheit 11 mit dem Sender 9a und dem Empfänger 10a am Betätigungswerkzeug 8 in Funktionsverbindung. Bei Bedarf ist das Signal 12 zusätzlich an die oben genannte Anzeige 15 zuführbar. Dabei ist das Lageerkennungssystem 13 vorzugsweise drahtlos, z. B. mittels Telemetrie mit der Versorgungs-/Auswerteeinheit 11 in Funk­ tionsverbindung. Alternativ sind die entsprechenden Informationen vom Lageerkennungssystem 13 mittels Schleifkontakt an die Versorgungs­ -/Auswerteeinhzeit 11 übertragbar.

In einer Weiterbildung (Fig. 4) ist die Schraube 2 im Bereich der Schraubenachse 5 hohl ausgebildet. Beispielsweise kann dies eine Durchgangs oder eine Sackbohrung in der Schraube 2 sein, welche mit den quer angeordneten Öffnungen 6, 7 in Funktionsverbindung ist. Das Betätigungswerkzeug 8 weist umfangsseitig einen Empfänger 10a auf und ist einerseits mit der Mutter 3 in Funktionsverbindung, um diese zu bewegen; andererseits ist am Betätigungswerkzeug 8, vorzugs­ weise zentrisch, ein Sender 9a angeordnet, welcher entlang der Schrau­ benachse 5 in die o. g. hohle Schraube 2 eine definierte Strecke bis zum Erreichen der quer verlaufenden Bohrungen 6, 7 einschiebbar ist. Damit sind die quer zur Schraubenachse 5 angeordneten Öffnungen 6, 7 sensorisch erfaßbar, so daß wiederum ein Signal 12 generierbar ist. Alternativ kann auch am Betätigungswerkzeug 8 der Sender 9a umfangsseitig und der Empfänger 10a bevorzugt zentrisch in die hohle Schraube 2 einschiebbar angeordnet sein.

In einer weiteren Ausführung (Fig. 5a-c) ist innerhalb der hohlen Schraube 2 im Bereich der Öffnungen 6, 7 eine Umlenkeinrichtung 17 angeordnet. Der Sender 9a ist hierbei stirnseitig zur Schrauben­ achse 5 und der Empfänger 10a ist umfangsseitig am Betätigungswerkzeug 8 angeordnet. Alternativ ist auch der Empfänger 10a stirnseitig an der Schraubenachse 5 und der Sender 9a umfangsseitig am Betätigungs­ werkzeug 8 anzuordnen. Wird der Sender 9a aktiviert, so werden die akustischen, optischen oder pneumatischen Signale durch die Umlenkein­ richtung 17 derart umgelenkt, daß über die quer verlaufenden Öffnungen 6, 7 der Empfänger 10a die fluchtende Lage der Öffnungen 6, 7 erfaßt und ein Signal 12 generierbar ist. Die Umlenkeinrichtung 17 ist derart bewegbar, daß zumindest beim Einsetzen der Sicherungseinrichtung 4 die Öffnungen 6, 7 frei liegen.

Das Arbeitsverfahren zur Lagesicherung der Schrauben-/Mutterverbindung ist dadurch charakterisiert, daß eine Mutter 3 (oder alternativ eine Schraube 2) um und längs der Schraubenachse 5 mittels Betätigungs­ werkzeug 8 bewegt wird. Dabei ist die quer zur Schraubenachse 5 ange­ ordneten Öffnung 6 sowie bei deckungsgleicher Lage die Öffnung 7 innerhalb der Schrauben-/Mutterverbindung 1 in einer fluchtenden Lage sensorisch erkennbar. Liegt eine fluchtende Lage der Öffnungen 6, 7 vor, wird bei stillgesetztem Betätigungswerkzeug 8 die Schrau­ ben-/Mutterverbindung 1 in selbsthemmender Position fixiert. In dieser Position wird anschließend die Sicherungseinrichtung 4 formschlüssig in die Öffnungen 6, 7 eingesetzt, um die Schrauben-/Mutterverbin­ dung 1 in ihrer Lage zu sichern.

Die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungen beschränkt. Vielmehr ist der Begriff der Schrauben-/Mutterverbindung 1 auch auf weitere Teile übertragbar. Z. B. kann statt der Mutter 3 ein ver­ gleichbares Bauteil mit Öffnung 7 mit der Schraube 2 in Verbindung stehen, welches ein Innengewinde aufweist und außen mit einem Betäti­ gungswerkzeug 8 in Funktionsverbindung bringbar ist. Ebenso ist das Lageerkennungssydstem 13 in weiteren Ausbildungen ausführbar. Bei­ spielsweise ist die fluchtende Lage der Öffnungen 6, 7 auf Basis der Lichtlaufzeitmessung oder auf Basis der Reflexion von polarisier­ tem Licht erfaßbar. Hierbei ist ein Sender und Empfänger 9b als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet, wobei Sender und Empfänger 9b mit einem Reflektor 10b in Funktionsverbindung sind. Sender und Empfänger 9b sind zum Reflektor 10b umfangsseitig diametral am Betätigungswerk­ zeug 8 angeordnet. Bei einer Ausbildung mittels hohler Schraube 2 ist der Sender und Empfänger 9b entlang der Schraubenachse 5 bewegbar und der Reflektor 10b ist umfangsseitig am Betätigungswerkzeug 8 angeordnet. Alternativ ist auch der Reflektor 10b entlang der Schrau­ benachse 5 bewegbar und der Sender und Empfänger 9b ist umfangsseitig am Betätigungswerkzeug 8 angeordnet. Bei pneumatischer Ausbildung des Lageerkennungsssystems 13 ist die fluchtende Lage der Öffnungen 6, 7 sensorisch mittels Druckänderung erkennbar. Die schaltungstech­ nische Verknüpfung des Lageerkennungssystemes 13 zur Versorgungs-/Aus­ werteeinheit 11 ist dabei analog der bereits beschriebenen Ausfüh­ rungen realisierbar. Das Signal 12 ist an die nachgeschaltete Anzeige 15 und/oder die mit dem Betätigungswerkzeug 8 gekoppelte Steuerung-/Regelungseinheit 16 zuführbar. Die Auswerteeinheit 11 ist ebenso in das mit einer schaltungstechnisch zugeordneten Versor­ gungseinheit 11 gekoppelte Lageerkennungssystem 13 integrierbar.

Bezugszeichenliste

1

Schrauben-/Mutterverbindung

2

Schraube

3

Mutter

4

Sicherungseinrichtung

5

Schraubenachse

6

Öffnung

7

Öffnung

8

Betätigungswerkzeug

9

a Sender

9

b Sender und Empfänger

10

a Empfänger

10

b Reflektor

11

Versorgungs-/Auswerteeinheit

12

Signal

13

Lageerkennungssystem

14

Bohrung

15

Anzeige

16

Steuerung/Regelung

17

Umlenkeinrichtung

Claims (11)

1. Verfahren zur Lagesicherung einer Schrauben-/Mutterverbindung mit wenigstens einer quer zur Schraubenachse angeordneten Öffnung zur formschlüssigen Aufnahme einer Sicherungseinrichtung unter Verwendung eines Betätigungswerkzeuges, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mutter oder Schraube um und längs der Schraubenachse mittels Betätigungswerkzeug bewegt wird und dabei die quer zur Schraubenachse angeordneten Öffnungen in der Schrauben-/Mutter­ verbindung in einer fluchtenden Lage sensorisch erkannt werden,
daß danach die Schrauben-/Mutterverbindung bei stillgesetztem Betätigungswerkzeug in dieser fluchtenden Lage der Öffnungen in selbsthemmender Position fixiert wird und daß anschließend die Sicherungseinrichtung formschlüssig in diese Öffnungen eingesetzt wird, um die Schrauben-/Mutterverbindung in ihrer Lage zu sichern.

2. Vorrichtung zur Lagesicherung einer Schrauben-/Mutterverbindung mit wenigstens einer quer zur Schraubenachse angeordneten Öff­ nung zur formschlüssigen Aufnahme einer Sicherungseinrichtung unter Verwendung eines Betätigungswerkzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Betätigungswerkzeug (8) ein Lageerkennungssystem (13) angeordnet ist, welches schaltungstechnisch mit einer Ver­ sorgungs-/Auswerteeinheit (11) gekoppelt ist, daß eine fluch­ tende Lage der Öffnungen (6, 7) mittels Lageerkennungssystem (13) sensorisch erfaßbar und zumindest ein Signal (12) generier­ bar ist und daß in die Öffnungen (6, 7) die Sicherungseinrichtung (4) formschlüssig einsetzbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lageerkennungssystem (13) aus einem Sender (9a) und einem Empfänger (10a) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (9a) und Empfänger (10a) oder Sender und Empfänger (9b) und Reflektor (10b) umfangsseitig diametral am Betätigungs­ werkzeug (8) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer hohlen Schraube (2) das Betätigungswerkzeug (8) einen entlang der Schraubenachse (5) bewegbar angeordneten Sen­ der (9a) und umfangsseitig den Empfänger (10a) oder einen ent­ lang der Schraubenachse (5) bewegbar angeordneten Sender und Empfänger (9b) und umfangsseitig den Reflektor (10b) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer hohlen Schraube (2) das Betätigungswerkzeug (8) einen entlang der Schraubenachse (5) bewegbar angeordneten Empfänger (10a) und umfangsseitig den Sender (9a) oder einen entlang der Schraubenachse (5) bewegbar angeordneten Reflektor (10b) und umfangsseitig den Sender und Empfänger (9b) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer hohlen Schraube (2) im Bereich der quer zur Schrau­ benachse (5) angeordneten Öffnungen (6, 7) eine Umlenkeinrich­ tung (17) angeordnet ist und daß wahlweise der Sender (9a) oder der Empfänger (10a) stirnseitig zur Schraubenachse (5) und wahlweise zugeordnet der Empfänger (10a) oder der Sender (9a) umfangsseitig am Betätigungswerkzeug (8) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach wenigstens Anspruch 2 und 3 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (12) an eine nachgeschaltete Anzeige (15) zuführ­ bar ist.

9. Vorrichtung nach wenigstens Anspruch 2 und 3 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (12) an eine nachgeschaltete Steuerungs-/Rege­ lungseinheit (16) zuführbar ist, welche mit dem Betätigungs­ werkzeug (8) in Funktionsverbindung ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lageerkennungssystem (13) drahtlos mit der Versorgungs- /Auswerteeinheit (11) in Funktionsverbindung ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lageerkennungssystem (13) aus einem Sender und Empfänger (9b) und einem Reflektor (10b) gebildet ist.