DE202010006554U1

DE202010006554U1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines drehmomentgenauen Anzugsmoments für Schraubverbindungen

Info

Publication number: DE202010006554U1
Application number: DE201020006554
Authority: DE
Original assignee: Losomat Schraubtechnik Neef GmbH; Loesomat Schraubtechnik Neef GmbH
Current assignee: Gedore Torque Solutions De GmbH
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2020-05-07

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung eines drehmomentgenauen Anzugsmoments für Schraubverbindungen, gekennzeichnet durch die Kombination aus Drehmomentvervielfältiger (100) und einem an diesen angepassten und zusammen mit diesem kalibrierten Drehmomentschlüssel (200).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines drehmomentgenauen Anzugsmoments für Schraubverbindungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Drehmomentvervielfältiger, nachfolgend auch Kraftvervielfältiger genannt, weisen im Allgemeinen hochübersetzte Planetengetriebe auf. Auch Stirnradgetriebe oder epizykloidische Getriebe werden vereinzelt bei Drehmomentvervielfältigern eingesetzt. Das Eingangsmoment wird dabei manuell eingestellt und zumeist mit Hilfe einer Ratsche oder mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels erzeugt. Das Ausgangsmoment des Getriebes kann dann anhand eines zuvor ermittelten und bekannten und beispielsweise in einer Tabelle gespeicherten Übersetzungsverhältnisses bestimmt werden. Dabei wird jedoch der Getriebewirkungsgrad nicht berücksichtigt. Alternativ wird das Ausgangsmoment einer Drehmoment-Einstelltabelle, die ebenfalls zuvor ermittelt wird, entnommen. Hierbei wird der Getriebewirkungsgrad berücksichtigt, wobei bei Zwischenwerten eine Interpolation vorgenommen wird.
Es besteht nun der Wunsch, im Rahmen der Qualitätssicherung mit manuellen Drehmoment- bzw. Kraftvervielfältigern die aufgebrachten Drehmoment-Werte stichprobenartig zu überprüfen und zu dokumentieren.
Zur Erfassung des Drehmoments sind hierfür unterschiedliche Vorrichtungen bekannt. Eine erste aus dem Stand der Technik bekannte Lösung sieht vor, in dem Getriebe des Kraftvervielfältigers einen Drehmomentsensor zu integrieren. Der Sensor muss in diesem Falle über ein externes Auswertegerät, auch Datenlogger genannt, mit Energie versorgt werden. In diesem werden die Daten aufgezeichnet und gespeichert.
Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Lösung sieht einen dem Kraftvervielfältiger nachgeschalteten Drehmomentsensor vor. Hierbei wird auf der Abtriebswelle des Getriebes ein geeigneter Drehmomentsensor angeordnet. Auch hier erfolgt die Energieversorgung und Datenaufzeichnung mittels eines kabelgebundenen externen Geräts.
Bei beiden aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen erfolgt die Energieversorgung des Sensors bzw. die Datenauswertung und Speicherung von außerhalb bzw. außerhalb. Hierzu sind elektrische Leitungen in Form von Kabeln und Auswertegeräte erforderlich, die harten Baustellenbedingungen ausgesetzt sind. Dabei werden oftmals die empfindlichen, frei verlegten Kabel versehentlich abgerissen oder beschädigt. Auch sind Steckverbindungen vorgesehen, die bei Kontakt mit anderen Bauteilen beschädigt und verbogen werden können. Auch sogenannte Schnittstellenbüchsen, die Steckverbindungen für die Kabel enthalten, und auf dem Getriebegehäuse als zusätzliches und über das Getriebegehäuse hinaus ragendes, in der Regel quaderförmig ausgebildetes Gehäuse angeordnet sind, können beschädigt werden. Nachteilig ist es auch, dass die erforderlichen Auswertegeräte zusätzlich zu den anderen Einrichtungen vom Bediener entweder umgehängt oder in Form von Gürteltaschen oder dergleichen getragen werden müssen. Die Daten übertragung zwischen den Sensoren und dem Auswertegerät erfolgt dabei zumeist über „fliegende” Kabel, die den Bediener zusätzlich behindern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu vermitteln, welche es dem Bediener erlaubt, ohne Einschränkungen durch Kabel oder externe Geräte eingesetzt zu werden und andererseits die größtmögliche Sicherheit bei der Ermittlung des Ausgangsdrehmoments sicherstellen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines drehmomentgenauen Anzugsmoments der eingangs beschriebenen Art durch einen Drehmomentvervielfältiger und einen an diesen angepassten und zusammen mit diesem kalibrierten elektronischen, das Drehmoment anzeigenden Drehmomentschlüssel gelöst. Die gemeinsame Kalibrierung des Drehmomentvervielfachers zusammen mit dem elektronischen Drehmomentschlüssel erfolgt dabei so, dass das Übersetzungsverhältnis anhand mindestens eines über den gesamten Drehmomentbereich gewonnenen Durchschnittswertes erfolgt. Dieses so bestimmte Übersetzungsverhältnis wird in dem Speicher des Drehmomentschlüssels gespeichert und bei der Bestimmung des Anzugsmoments der Schraubverbindung bei späteren Schraubvorgängen berücksichtigt.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
So sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass der elektronische Drehmomentschlüssel ein Display zu Anzeige des eingangs beschriebenen Ausgangsmoments aufweist, wobei Eingangs- und Ausgangsmoment auf das Getriebe bezogen sind.
Sehr vorteilhaft weist der Drehmomentschlüssel eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Drehmoment-Grenzwerten auf.
Bevorzugt weist der Drehmomentschlüssel darüber hinaus eine Speichereinrichtung zur Speicherung der das Anzugsmoment der Schraubverbindung charakterisierenden Daten auf. Die Speichereinrichtung umfasst dabei einen Schreib-Lesespeicher, sodass bei Bedarf die Kalibrierungen wiederholt und erneut vorgenommen werden können.
In dem Speicher ist – neben anderen Daten – vorteilhafterweise auch das bei der Kalibrierung ermittelte Übersetzungsverhältnis des Drehmomentvervielfältigers gespeichert.
Dabei ist das Übersetzungsverhältnis bevorzugt als Interpolationskurve des funktionalen Zusammenhangs des Ausgangsdrehmoments in Abhängigkeit von dem Eingangsdrehmoment des Drehmomentvervielfältigers in dem Speicher hinterlegt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Getriebe einen RFID-Transponder und der Drehmomentschlüssel einen RFID-Reader aufweisen, die aufeinander abgestimmt sind. In diesem Falle erkennt der Drehmomentschlüssel das Getriebe. Es können im Speicher hinterlegte, das Getriebe charakterisierende Daten zur Ermittlung des Anzugsmoments der Schraubverbindungen verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In den Figuren zeigen:
1 schematisch eine von der Erfindung Gebrauch machende Vorrichtung zur Erzeugung eines drehmomentgenauen Anzugsmoments für Schraubverbindungen;
2 der Drehmomentvervielfältiger der in 1 dargestellten Vorrichtung;
3 eine Draufsicht auf den in 2 dargestellten Drehmomentvervielfältiger;
4 das Ausgangsdrehmoment über dem Eingangsdrehmoment und
5 das Ausgangsdrehmoment über dem Eingangsdrehmoment zur Erläuterung der Kalibrierung der Vorrichtung.
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zur Erzeugung eines drehmomentgenauen Anzugsmoments umfasst einen Drehmomentvervielfältiger, im allgemeinen Sprachgebrauch und nachfolgend auch kurz Kraftvervielfältiger 100 genannt, der eine Eingangswelle 101 aufweist und eine Ausgangs- bzw. Abtriebswelle 102. Sowohl Eingangs- als auch Abtriebswelle enden jeweils beispielsweise mit einem Vierkant, an dem im Falle der Eingangswelle ein Drehmomentschlüssel 200 angreift und der im Falle der Abtriebswelle 102 in eine sogenannte „Kraftnuss” oder einfach „Nuss” 140 eingreift. Mittels der Nuss 140 wird ein Anzugsmoment auf eine (nicht dargestellte) Schraubverbindung übertragen. Der Drehmomentvervielfältiger 100 weist darüber hinaus einen an sich bekannten Reaktionsarm 130 auf, der ein Durchdrehen des Drehmomentvervielfältigers während des Schraubvorgangs durch Anschlagen an einem ortsfesten Gegenstand verhindert.
Der Drehmomentvervielfältiger 100 wird durch einen Drehmomentschlüssel 200 manuell betätigt. Hierzu weist der Drehmomentschlüssel 200 einen Griff 210 auf. Der Drehmomentschlüssel 200 selbst ist ein elektronischer Drehmomentschlüssel 200 mit einem Display 205 und einer Eingabeeinrichtung 220. Die Eingabeeinrichtung 220 dient beispielsweise zur Eingabe von den Schraubvorgang charakterisierenden Daten. Die Einstellung des Drehmomentschlüssels 200 erfolgt über ein Auswahlmenü. Nach Auswahl eines Menüpunktes werden das gewünschte Ausgangsmoment sowie die gewünschten Grenzwerte eingegeben. Während der Aufbringung des Drehmoments wird eine Bedienungsperson visuell über den Fortschritt, beispielsweise mittels Leuchtbalken, informiert. Kurz vor Erreichen des Zielmomentes kann die Bedienungsperson zusätzlich über ein akustisches Signal informiert werden. Nach Erreichen des Drehmomentes erfolgt eine ebenfalls bevorzugt optische und gegebenenfalls auch akustische „Okay” bzw. „Nichtokay”-Anzeige und der erreichte Wert des Drehmoments wird in einem Datenspeicher, der im Drehmomentschlüssel 200 vorgesehen ist (nicht dargestellt), gespeichert. Alle in dem Drehmomentschlüssel gespeicherten Werte können nach Abschluss sämtlicher Arbeiten an einen PC oder Laptop überfragen und dort weiter ausgewertet werden.
Grundidee der Erfindung ist es, zum einen eine autarke Vorrichtung zu vermitteln, welche ohne zusätzliche Kabel, eine externe Stromversorgung, entfernte Eingabe- und Anzeigegeräte und dergleichen auskommt. Hierzu ist der Drehmomentschlüssel batterie- oder akkubetrieben. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Drehmomentvervielfältiger 100 bzw. das Übersetzungsgetriebe 110 des Drehmomentvervielfältigers 100 einen RFID-Transponder aufweist, der mit einem in dem Drehmomentschlüssel 200 angeordneten RFID-Reader zusammenwirkt. In diesem Falle erkennt der Drehmomentschlüssel 200 gewissermaßen den Drehmomentvervielfältiger 100 bzw. das Getriebe 110 des Drehmomentvervielfältigers 100 und durch Rückgriff auf in dem Speicher des Drehmomentschlüssels 200 gespeicherte Werte, die in einer zuvor und nachfolgend noch näher zu beschreibenden gemeinsamen Kalibrierung ermittelt und gespeichert wurden, können Drehmomentwerte exakt eingestellt werden. In dem Speicher sind hierzu Übersetzungswerte gespeichert, die jeweils dem Getriebe 110 des Drehmomentvervielfältigers 100 zugeordnet sind. Diese Werte werden in einer in dem Drehmomentschlüssel 200 vorgesehenen Recheneinheit verwendet. Durch die Kombination aus RFID-Transponder und RFID-Reader sind Systemverwechslungen vollständig ausgeschlossen.
Die Kalibrierung des Systems aus Drehmomentvervielfältiger 100 und Drehmomentschlüssel 200 erfolgt dadurch, dass zunächst das tatsächliche Übersetzungsverhältnis über den gesamten Drehmomentbereich des Drehmomentvervielfältigers 100 ermittelt wird. Diese Kalibrierung wird nachfolgend anhand der 2 bis 5 erläutert. In 2 ist schematisch eine Seitenansicht des Drehmomentvervielfältiger 100 dargestellt. Eine Eingangswelle 101, die mit einem beispielsweise Vierkant endet, an dem der elektronische Drehmomentschlüssel 200 angreift, ist über das Getriebe 110 mit einer Ausgangswelle, die ebenfalls mit einem Vierkant 102 endet, der in eine Schlüsselnuss, auch als „Kraftnuss” 140 bezeichnet, eingreift. Die Kraftnuss 140 ist abtriebsseitig an den Schraubenkopf bzw. an die Mutter der Schraubverbindung angepasst. An der Eingangswelle wird ein Eingangsmoment M_E aufgebracht und am Ausgang des Getriebes 110 liegt ein Ausgangsmoment M_A an. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangsmoment M_E und Ausgangsmoment M_A wird durch das Getriebe 110 bestimmt. Es wird zunächst dieses Übersetzungsverhältnis bestimmt, wobei das Eingangsmoment M_E durch den elektronischen Drehmomentschlüssel 200 ermittelt wird, und das Ausgangsdrehmoment M_A durch einen Sensor 400, der an der Ausgangswelle angeordnet ist, erfasst wird. Dieser Sensor 400 ist nur bei der Kalibrierung vorgesehen. Im späteren Betrieb ist die Anordnung eines solchen Sensors 400 nicht erforderlich.
Die Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt nun dadurch, dass die Ausgangswelle und damit der Ausgangsvierkant 102 zunächst in eine erste Position gebracht werden, die einem Winkel von 0° entspricht (3b1)). Sodann wird die Schraubverbindung „angezogen”, indem das Eingangsmoment M_E aufgebracht wird und das Ausgangsmoment M_A ermittelt wird. Dabei ergibt sich ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Ausgangsmoment M_A und dem Eingangsmoment M_E, der in 4 schematisch durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Rein prinzipiell genügt eine solche Messreihe zur Bestimmung dieses funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Ausgangsmoment M_A dem Eingangsmoment M_E. In diesem Falle wird dann die Interpolationskurve der Funktion M_A (M_E) bestimmt und diese Interpolationskurve, insbesondere eine Interpolationsgerade, wie in den 4 und 5 dargestellt, gewissermaßen als Kennlinie gespeichert.
Um die Genauigkeit weiter zu steigern, können weitere Messreihen vorgesehen sein.
In einer zweiten Messreihe wird der Ausgangsvierkant 102, das heißt die Ausgangswelle um 90° verdreht, wie es rechts in 3b2) schematisch dargestellt ist und wiederum wird der Zusammenhang zwischen Ausgangsmoment M_A und Eingangsmoment M_E bestimmt, in 4 als durchgezogene Linie dargestellt.
Schließlich wird in einer dritten Messreihe die Ausgangswelle und damit der Ausgangsvierkant 102 um weitere 90° (3b3)) verdreht und es wird wiederum die Abhängigkeit des Ausgangsdrehmoments M_A von dem Eingangsdrehmoment M_E bestimmt. Dies ist in 4 durch eine gepunktete Linie dargestellt. Aus diesen drei Linien wird sodann eine Interpolationskurve, in erster Näherung eine Interpolationsgerade bestimmt, die in einem Speicher 250 des Drehmomentschlüssels 200 gespeichert wird und welche die Abhängigkeit des Ausgangsdrehmoments M_A von dem Eingangsdrehmoment M_E repräsentiert.
Bei der in 4 dargestellten Ausgestaltung wird die Interpolationskurve (die dargestellte Gerade) über den gesamten Drehmomentbereich gebildet. Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit ergibt sich, wenn zur Bestimmung der Interpolation die Kurve, wie in 5 dargestellt, beispielsweise in vier Unterbereiche I, II, III, IV des Eingangsdrehmoments M_E unterteilt wird und in jedem dieser Teilbereiche eine Interpolation vorgenommen wird. Auch hier ergibt sich ein im Wesentlichen linearer Verlauf. Die Zahl dieser Unterteilungen kann weiter erhöht werden, sodass im Grenzfalle eine exakte Approximation der Funktion M_A (M_E) möglich ist. Nach Abschluss der Kalibrierungen wird der Sensor 400 entfernt und die Abhängigkeit des Ausgangsdrehmoments M_A von dem Eingangsdrehmoment M_E wird – wie erwähnt – in dem Speicher des elektronischen Drehmomentschlüssels 200 ge speichert und bei späteren Schraubfällen verwendet. Auf diese Weise kann sehr genau das Anzugsmoment von Schraubverbindungen bestimmt werden.
Die Kalibrierung über verschiedenen Winkelbereiche ist erforderlich, da alle bekannten Getriebearten aufgrund der Eingriffsverhältnisse der Zahnflanken mehr oder weniger sinusförmige Schwankungen des Drehmomentverlaufs und damit des Kraftverlaufs aufweisen. Dies bedeutet, dass über den gesamten Drehmomentverlauf des Drehmomentvervielfältigers Abweichungen vom theoretisch errechneten Drehmoment nachweisbar sind. Durch die Kalibrierung können diese Abweichungen berücksichtigt und eliminiert werden.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung eines drehmomentgenauen Anzugsmoments für Schraubverbindungen, gekennzeichnet durch die Kombination aus Drehmomentvervielfältiger (100) und einem an diesen angepassten und zusammen mit diesem kalibrierten Drehmomentschlüssel (200).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentschlüssel (200) ein Display (205) zu Anzeige eines Eingangs- und Ausgangsmoments aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentschlüssel (200) eine Eingabeeinheit (220) zur Eingabe eines Drehmoment-Grenzwertes aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentschlüssel (200) einen Speicher (250) zur Speicherung der das Anzugsmoment charakterisierenden Daten aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher das bei der Kalibrierung ermittelte Übersetzungsverhältnis des Drehmomentvervielfältigers (100) gespeichert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis als Interpolationskurve des funktionalen Zusammenhangs des Ausgangsdrehmoments (M_A) in Abhängigkeit von dem Eingangsdrehmoment (M_E) des Drehmomentvervielfältigers (100) in dem Speicher (250) hinterlegt ist.