DE2336896A1

DE2336896A1 - Verfahren sowie verfahren zum anziehen eines befestigungselementes mit einem steifigkeits-messgeraet

Info

Publication number: DE2336896A1
Application number: DE19732336896
Authority: DE
Inventors: John Talbot Boys
Original assignee: Standard Pressed Steel Co
Current assignee: SPS Technologies LLC
Priority date: 1972-05-09
Filing date: 1973-05-08
Publication date: 1974-01-03
Also published as: ZA732939B; DE2336896B2; CA1002341A; JPS5535653B2; DE2336896C3; SE393455C; ES414515A1; JPS4970684A; DE2323123A1; GB1434726A; ZA742550B; IT1032021B; SE393455B; ES440520A1; AU5535473A; FR2184324A5; BR7304946D0

Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER

DR.-ING. H. KINKELDEY

DR.-ING. W. STOCKMAIR, Ae. E. ₍cauf inst oftechnj

8000 MDNCHEN 22 Maximilianstraße 43 Telefon 29 7100 / 29 6744 1221191 Tclcgra..i..i„ Monap i' M'ncW Telex 05-2O0

PATENTANWÄLTE

P 6237-J
20/Sä

STANDARD PRESSED STEEL CO.
Jenkintown, Pennsylvania 1904-6/USA

Vorrichtung sowie Verfahren zum Anziehen eines Befestigungselementes mit einem Steifiglceits-Meßgerät

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der

oder linearen Steifigkeit sowie ein Verfahren zur Durchführung einer solchen Bestimmung; insbesondere, jedoch nicht ausschließlich,befaßt sie sich mit dem Anziehen von mit Schraubengewinde versehenen oder anderen axial belasteten Befestigungselementen.

Die genaue Klemmkraft eines Befestigungselementes ist äußerst wichtig, wenn man sicherstellen will, ob eine das Befestigungselement enthaltende Verbindung im Betrieb versagen wird oder nicht. Es wird deshalb angestrebt, die Befestigungselemente bis zu einer genauen Vorspannung anzuziehen. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Anziehen eines mit einem Schraubengewinde versehenen Befestigungselementes auf eine vorher bestimmte Vorspannung zu schaffen, z.B.. auf die maximale Vorspannung, die ohne eine plastische Deformation des Befestigungselementes oder der Verbindung

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Bankkonten: H. Airfhfiuser, Manchen 173533 · Deutsche Bank, München 16/25078 · Postscheckkonto München 46212

erreichbar ist; außerdem soll ein Verfahren zum Anziehen eines solchen Befestigungselementes geschaffen werden. Weiterhin strebt die Erfindung an, ein verbessertes Meßgerät für die Steifigkeit oder den Gradienten des Drehmomentes zu schaffen, das nicht nur zum Anziehen von Befestigungselementen, sondern auch bei anderen Anwendungen benutzt werden kann, bei denen die Steifigkeit oder der Gradient des Drehmomentes bestimmt werden muß.

Das zum Anziehen eines mit einem Schraubengewinde versehenen Befestigungselementes notwendige Drehmoment ist eine Funktion von verschiedenen Variablen, nämlich der Steifigkeit der Verbindung, der Nachgiebigkeit des Befestigungselementes, der Oberflächenreibung und der Form des Gewindes. Eine die Beziehung zwischen dem Drehmoment und dem Drehwinkel eines Befestigungselementes zeigende allgemeine Charakteristik ist in der Kurve von Fig.1 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt; in dieser Kurve ist das Drehmoment über dem Drehwinkel für ein mit einem Schraubengewinde versehenes Befestigungselement bei einer typischen Anwendung aufgetragen. Der maximale Gradient der Kurve an einem Punkt A ist eine Funktion der oben erwähnten Variablen. Selbst bei einem Befestigungselement von gegebenem Durchmesser und gegebenem Aufbau des Gewindes kann der Gradient in weiten Bereichen variieren. Es hat sich herausgestellt, daß die Klemmkraft, an der der Gradient beginnt, unter den Maximalwert au fallen, relativ unabhängig von der Reibung und der Steifigkeit der Verbindung ist, und in erster Linie von der Streckgrenze des Befestigungselement es und/oder der Verbindung abhängt. Der mit X in Fig. 1 bezeichnete Punkt stellt einen Punkt auf der Drehmoment/Drehwinkel-Kurve dar, an dem das Befestigungselement auf eine Zugspannung in der Nähe seiner Streckgrenze angezogen ist. Eine weitere Drehung des Befestigungselementes würde die Wirkung haben, daß sich das Drehmoment einem Maximalwert nähert und die Zugspannung in dem Befestigungselement sich der Bruch-

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spannung nähern würde. In Abhängigkeit von der Duktilität und den Abmessungen des Befestigungselementes und/oder der Verbindung würde schließlich bei einem mit Y bezeichneten Punkt der Bruch auftreten.

Das allgemeine Ziel bei der Steuerung des Anziehens eines mit einem Schraubengewinde versehenen Befestigungselementes ist es, eine genaue Vorspannung für die Verbindung in der Nähe des Maximums zu erreichen, das das Befestigungselement aufbringen kann, ohne daß das Fließen beginnt. Eine übliche Methode ist das Anziehen mit Drehmomentsteuerung, bei dem ein maximales Drehmoment aufgebracht wird, um die gewünschte Vorspannkraft für die betreffenden Gewinde- und Reibungs-Bedingungen zu erreichen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß Variationen in der Beziehung zwischen Drehmoment und Materialspannung auftreten, da die exakten Reibungsverhältnisse bei den praktischen Bedingungen des Zusammenbaus des Befestigungselementes nicht bekannt * sind. Das führt zu schwankenden Vorspannkräften in der Schraubenverbindung für ein gegebenes Drehmoment. Eine weitere bekannte Methode, die nicht von den Reibungsbedingungen abhängt, besteht darin, die Verlängerung des Befestigungselementes zu messen.

In den meisten Fällen ist jedoch eine direkte Messung der Verlängerung unmöglich, und deshalb verwendet eine Modifikation dieser Methode ein winkelgesteuertes Anziehen, bei dem eine geschätzte Verlängerung durch das Anziehen auf einen genauen Anziehwinkel bewirkt wird. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß man bestimmen muß, an welchem Punkt man die Winkelmessung beginnen muß, wenn man mit Drehmoment/Drehwinkel-Kurven arbeitet, die unterschiedliche anfängliche und maximale Steigungen haben. Für Vorspannungen im elastischen Bereich ist diese Bestimmung extrem schwierig, da die Abweichung von einer typischen Kurve groß sein kann. Im plastischen Bereich des Befestigungselementes ändert jedoch ein Irrtum in der Winkelbestimmung die Vor-

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spannung nur geringfügig, und deshalb ist die Abweichung gering; aber für sehr kurze Befestigungselemente kann dieser Fehler in der Winkelbestimmung eine zu weite Beanspruchung in dem plastischen Bereich und damit einen Bruch verursachen. Winkelgesteuertes Anziehen in den plastischen Bereich ist deshalb nur annehmbar für lange Befestigungselemente (z.B. für solche, die mehr als sechs freie Gewindegänge haben), bei denen eine geringe plastische Verformung keine Schaden im Befestigungselement verursacht.

Es wird deshalb angestrebt, daß der optimale Punkt, an dem der Anziehvorgang aufhören soll, der Punkt ist, an dem der Gradient der Drehmoment /Drehwink el-Kur ve gerade begonnen hat, unter seinen maximalen Wert zu sinken, d.h., der Punkt, an dem das Befestigungselement gerade beginnt zu fließen. Nimmt man X in 3?ig.1 als einen Punkt, an dem der Gradient ein vorherbestimmtes Verhältnis des maximalen, für das Befestigungselement erreichten Gradienten ist, dann bestimmt dieser Punkt eine Lage, in der der Anziehvorgang abgebrochen werden sollte, um Kleinmkräfte zu ergeben, die im wesentlichen unabhängig von der Geometrie des Be ■ festigungselementes und den Reibungsbedingungen sind. Der Erfindung liegt deshalb weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit dem man in der Lage ist, den Punkt X während eines Anziehvorgangs festzustellen, so daß der Anziehvorgang sofort an diesem Punkt abgebrochen werden kannj weiterhin kann man diesen Punkt unabhängig von den Charakteristiken der Verbindung oder des Befestigungselementes identifizieren, d.h. ohne vorherige Kenntnisse von den Charakteristiken der Verbindung oder des Befestigungselementes oder daß eine Eichung notwendig ist.

Aus der DT-OS 1 703 681 ist bereits ein Schrauber bekannt, bei dem die Steigung der Drehmoment/Drehwinkel-Kurve laufend ermittelt wird. Hierzu wird in die Kraftübertragungsorgane ein

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elastisches Element eingefügt und ein Vergleich der Drehzahlen bzw. Winkelgeschwindigkeiten vor und nach diesem Element vorgenommen. Der Schrauber wird selbsttätig abgeschaltet, sobald die Steigung einen vorbestimmten Sollwert, der etwa der Fließgrenze der Schraube entsprechen soll, erreicht hat. Dieser Schrauber hat jedoch den Nachteil, daß der Sollwert experimentell oder rechnerisch für jeden speziellen Fall vorausbestiinmt werden muß. Dabei können wegen unvermeidbarer Uhgenauigkeiten Fälle nicht vermieden werden, bei denen, ähnlich wie bei dem winkelgesteuerten Anziehen, die Schraube zu weit über die Fließgrenze hinaus angezogen wird.

Der Erfindung liegt daher die Hauptaufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern des Belastungsvorganges eines Bauteils, insbesondere des Anziehvorgangs einer Schraubenverbindung, bei dem die Steigung der die Belastung über der Verformung angebenden Kurve laufend ermittelt und die Belastung bzw. die Belastungssteigerung beendet wird, sobald eine im Bereich der Fließgrenze des Bauteilwerkstoffes liegende Steigerung erreicht wird, zu schaffen, bei dem Berechnungen bzw. experimentelle Vorbestimmungen eines Sollwertes der Steigung wegfallen und sichergestellt ist, daß die Belastung des betreffenden Bauteils, insbesondere der Schraubverbindung, tatsächlich bis zur Streckgrenze des Werkstoffs, also optimal, erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Belastung bzw. Belastungssteigerung beendet wird, sobald die Steigung auf einen vorbestimmten Bruchteil der während des Belastungsvorgangs ermittelten und gespeicherten maximalen Steigung abgesunken ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine rechnerische oder experimentelle Bestimmung eines Steigungs- Sollwertes überflüssig.. Der Grenzwert der Belastung ergibt sich individuell

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.0

in jedem Anwendungsfall als Bruchteil der maximalen Steigung, die während des Belastungsvorgangs selbsttätig ermittelt und gespeichert wird. Bei Schraubenverbindüngen entfallen damit auch alle Umrüstvorgänge am Anziehgerät beim Wechseln von einer Schraubenverbindung auf eine andere sowie bei Beschränkung der Anwendung auf Schrauben genügender Länge und Duktilität.

Nach der Erfindung besteht eine Vorrichtung zur Bestimmung der Torsions- oder Längssteifigkeit, also das Steifigkeits-Meßgerät aus folgenden Teilen: Ausgangselemente, um ein bestimmtes Teil in Bewegung zu versetzen; Eingangselemente zur Aufnahme von Antriebskräften; verformbare Verbindungsglieder zwischen den Ausgangselementen und den Eingangselementen zur. Übertragung der Antriebskräfte von den Eingangselementen auf die Ausgangselemente; erste auf die Eingangselemente ansprechende Fühler zur Erzeugung einer ersten Reihe von Signalen, die die Verschiebung der Eingangselemente angeben; zweite auf die Ausgangselemente ansprechende Fühler zur Erzeugung einer zweiten Reihe von Signalen, die die Verschiebung der Ausgangselemente durch die Verbindungsglieder angeben, und eine auf die erste und zweite Reihe von Signalen ansprechende Vergleicheranordmmg zur Bestimmung der Differenz in der Zahl der Signale in der ersten und zweiten Reihe der Signale während einer gegebenen Zahl von aufeinanderfolgenden Signalen in der zweiten Reihe von Signalen, während die Antriebskraft von den Verbindungsgliedern von den Eingangselementen auf die Ausgangselemente übertragen wird, wobei die Differenz eine Funktion der Steifigkeit ist.

Das Steifigkeits-Meßgerät kann weiterhin auf die Vergleicheranordnung ansprechende Schaltungen zum aufeinanderfolgenden Speichern von Informationen umfassen, die die maximale Steifigkeit oder den Gradienten des Drehmomentes angeben, die bzw. der bis zu irgend einem bestimmten Punkt während des Antriebs des Teils auftritt 4

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Das Steifigkeits-Meßgerät kann so ausgelegt sein, daß es in der Lage ist, als Schrauber verwendet zu werden, wobei das auf die Eingangselemente ausgeübte Drehmoment aufgehoben wird, wenn die Differenz einen vorher bestimmten Bruchteil des maximalen Gradienten erreicht, der von den Schaltungen gespeichert ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform bestehen der erste und der zweite Fühler aus Differential-Kodierern, die auf den jeweiligen Eingangs- oder Ausgangselementen befestigt werden und in der Lage sind, eine genaue Zahl von einen gleichen Abstand zueinander habenden Signalen während einer vollständigen Drehung der jeweiligen Eingangs- oder Ausgangselemente abzugeben.

Die Erfindung schafft weiterhin eine Vorrichtung zum Anziehen eines Befestigungselementes, die folgende Teile umfaßt: Mit dem Befestigungselement in Eingriff kommende Einrichtungen zur Übertragung einer Anziehbewegung auf ein Befestigungselement; Vorrichtungen für die Zuführung von Antriebskräften; verformbare Verbindungsglieder zwischen den mit dem Befestigungselement .in Eingriff kommenden Einrichtungen und der Vorrichtung für die Zuführung von Antriebskräften zur Übertragung der Antriebskräfte auf die mit dem Befestigungselement in Eingriff kommende Einrichtung; erste- auf die Bewegung der Vorrichtung für die Zuführung von Antriebskräften ansprechende Fühler zur Erzeugung einer ersten Reihe von Signalen, die die Verschiebung der Vorrichtung für die Zuführung von Antriebskräften angeben; zweite auf die Bewegung der mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtungen ansprechende Fühler zur Erzeugung einer zweiten Reihe von Signalen, die die Verschiebung der mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtungen durch die Verbindungsglieder angeben; eine auf die erste und zweite Reihe von Signalen ansprechende Vergleicheranordnung zur Bestimmung der Differenz der Zahl der Signale in der ersten und zweiten Reihe der Signale

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während einer gegebenen Zahl von aufeinanderfolgenden Signalen in der zweiten Reihe der Signale, während die Antriebskräfte durch die Verbindungsglieder von der Vorrichtung für die Zuführung von Antriebskräften auf die mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtungen übertragen werden, wobei die Differenz eine Funktion der momentanen Steifigkeit ist; auf die Vergleicheranordnung ansprechende Schaltungen zum aufeinanderfolgenden Speichern von Informationen, die die maximale Steifigkeit angeben, die während des Anziehens des Befestigungselementes auftritt, und zur Erzeugung eines Steuersignals, wenn die momentane Steifigkeit auf einen vorherbestimmten Bruchteil der maximalen Steifigkeit gefallen ist, die sich während des Anziehens des Befestigungselementes einstellt; und schließlich noch auf das Steuersignal ansprechende Steuereinrichtungen zur Steuerung der Zufuhr von Antriebskräften durch die Vorrichtungen für die Zuführung von Antriebskräften.

Die Vorrichtung kann insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zum Anziehen eines mit einem Schraubengewinde versehenen Befestigungselementes verwendet werden; in diesem Fall besteht die Vorrichtung aus folgenden Teilen: Mit dem Befestigungselement in Eingriff kommende Einrichtungen zur Übertragung einer Drehbewegung auf ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement, Vorrichtungen für die Zufuhr von Drehkräften; drehverformbare Verbindungsglieder zwischen den mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Vorrichtungen und den Vorrichtungen zur Zufuhr von Drehkräften zur Übertragung einer Rotationskraft auf die mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtungen; erste auf die Bewegung der Vorrichtung für die Zufuhr von Drehkräften ansprechende Fühler zur Erzeugung einer ersten Reihe von Signalen, die die Drehverschiebung der Vorrichtung für die Zufuhr von Drehkräften angeben; zweite auf die mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtungen

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ansprechende Fühler zur Erzeugung einer zweiten Reihe von Signalen, die die Verschiebung der mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtungen durch die Verbindungsglieder angeben; eine auf die ersten und zweiten Signale ansprechende Vergleicheranordnung zur Bestimmung der Differenz der Zahl der Signale in der ersten und zweiten Reihe der Signale, während eine Drehkraft durch die Verbindungsglieder von der Vorrichtung für die Zufuhr von Drehkraft auf die mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtungen übertragen wird, wobei die Differenz eine Funktion des momentanen Gradienten des Drehmomentes des Befestigungselementes ist; auf die Vergleicheranordnung ansprechende Schaltungen zum aufeinanderfolgenden Speichern von Informationen, die den maximalen Gradienten des Drehmomentes angeben, der während des Anziehens des Befestigungselementes auftritt, und zum Erzeugen eines Steuersignals," wenn der momentane Gradient des Drehmomentes auf einen vorher bestimmten Bruchteil des maximalen Gradienten des Drehmomentes gefallen ist, der während des Anziehens d.es Befestigungselementes auftritt; und schließlich auf das Steuersignal ansprechende Steuereinrichtungen zur Steuerung der Zufuhr von Antriebskräften durch die Vorrichtung für die Zufuhr von Drehkräften.

Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung der Steifigkeit, bei dem verformbare Verbindungsglieder zur Übertragung von Antriebskräften von Eingangselementen auf Ausgangselemente verwendet werden, um eine Bewegung auf ein bestimmtes Teil auszuüben. Das Verfahren besteht aus folgenden Schritten: Es wird eine erste Reihe von Signalen erzeugt, die die Verschiebung der Eingangselemente angeben; es wird eine zweite Reihe von Signalen erzeugt, die die Verschiebung der Ausgangselemente durch die Verbindungsglieder angeben, und es werden die erste und zweite Reihe von Signalen durch Zählen

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der Differenz der Zahl der Signale in der ersten und zweiten Reihe der Signale während einer gegebenen Zahl von aufeinanderfolgenden Signalen in der zweiten Reihe von Signalen miteinan-* der verglichen, während Antriebskräfte durch die Verbindungsglieder von den Eingangselementen auf die Ausgangselemente übertragen werden, wobei die Differenz eine Punktion der Steifigkeit ist.

Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zum Anziehen eines Befestigungselementes durch eine Vorrichtung zur Zufuhr von Antriebskräften, die durch verformbare Verbindungsglieder mit dem Befestigungselement in Eingriff kommende Einrichtungen antreiben, wobei das Verfahren aus folgenden Schritten besteht: Es wird eine erste Reihe von Signalen erzeugt, die die Verschiebung der Vorrichtung für die Zufuhr von Antriebskräften angeben; es wird eine zweite Reihe von Signalen erzeugt, die die Verschiebung der mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtung durch die Verbindungsglieder angeben^ die erste und zweite Reihe von Signalen werden durch Zählen der Differenz der Zahl der Signale in der ersten und zweiten Reihe der Signale während einer gegebenen Zahl von aufeinanderfolgenden Signalen in der zweiten Reihe von Signalen miteinander verglichen, während Antriebskräfte durch die Verbindungsglieder von der Vorrichtung für die Zufuhr von Antriebskräften auf die mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtungen übertragen werden, wobei die Differenz eine Punktion der momentanen Steifigkeit der Verbindungsglieder ist; aufeinanderfolgend werden Informationen gespeichert, die die maximale Steifigkeit angeben, die während des Anziehens des Befestigungselementes auftritt, und schließlich wird ein Steuersignal erzeugt, das die Vorrich-Steifigkeit auf einen vorher bestimmten Bruchteil der maximalen Steifigkeit, gefallen ist, die während des Anziehens des Befestigungselements aufgetreten ist.

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Das Verfahren kann insbesondere, Jedoch nicht ausschließlich, zum Anziehen eines mit einem Schraubengewinde versehenen Befestigungselementes durch eine Vorrichtung zur Zufuhr von Drehkräften verwendet werden, die mit dem Befestigungselement in Eingriff kommende Einrichtungen durch drehverformbare Verbindungsglieder antreibt _y wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Es wird eine erste Reihe von Signalen erzeugt, die die Drehverschiebung der Vorrichtung für die Zufuhr von Drehkräften angeben; es wird eine zweite Reihe von Signalen erzeugt, die die Verschiebung der mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtungen durch die Verbindungsglieder angeben\ die erste und zweite Reihe von Signalen werden durch Zählen der Differenz der Zahl der Signale in der ersten und zweiten Reihe von Signalen während einer gegebenen Zahl von aufeinanderfolgenden Signalen in der zweiten Reihe von Signalen miteinander verglichen, während Antriebskräfte durch die Verbindungsglieder von der Vorrichtung für die Zufuhr von Drehkräften auf die mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Einrichtungen übertragen werden, wobei die Differenz eine Funktion des momentanen Gradienten des Drehmomentes des Befestigungselementes ist; aufeinanderfolgend werden Informationen gespeichert, die den maximalen Gradienten des Drehmomentes angeben, der während des Anziehens des Befestigungselementes auftritt; und schließlich wird ein Steuersignal erzeugt, das die Vorrichtung zur Zufuhr von Drehkräften steuert, wenn der momentane Gradient des Drehmomentes auf einen vorher bestimmten Bruchteil des maximalen Gradienten des Drehmomentes gefallen ist, der während des Anziehens des Befestigungselementes aufgetreten ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann das Steuersignal erzeugt werden, wenn der momentane Gradient des Drehmomentes auf im wesentlichen 50% des maximalen Gradienten des Dreh-

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momentes gefallen ist, der sich während des Anziehens des Befestigungselementes eingestellt hat.

Das Steuersignal würde üblicherweise dazu verwendet werden, die Vorrichtung für die Zufuhr von Antriebskräften zu stoppen; aber bei einigen Anwendungen kann sie dazu benutzt werden, daß man die Vorrichtung zur Zufuhr von Antriebskräften in dem Zustand beläßt, in dem der momentane Gradient des Drehmomentes auf dem oben erwähnten vorher bestimmten Bruchteil des maximalen Gradienten des Drehmomentes gehalten wird.

Die den Verfahren und Vorrichtungen nach dieser Erfindung zugrundeliegende Theorie soll im folgenden zusammengestellt werden.

Nimmt man an, daß die Koppelung zwischen den Eingangs- und Ausgangselementen gleich oder äquivalent einer elastisch verdrillbaren Welle mit einer praktisch linearen Charakteristik ist, wobei an jedem Ende der Welle ein Differential-Kodierer befestigt ist, und wenn k die Torsionsfedersteifigkeit der Welle und (2L und 0₂ die Winke !verschiebung en der beiden Enden der Welle sind, so ist das von der Welle übertragene Drehmoment M

M = k ((Zf₁ - 0₂)

Wenn das Ende der Welle mit der Winkelverschiebung 0₂ ^m^ ^dem anzuziehenden Befestigungselement verbunden wird und das andere Ende an einem Motor oder einem anderen Antriebsmittel befestigt wird, dann wird der Gradient der Drehmoment-Drehwinkel-Charakteristik, der die Koppelung und damit das Befestigungselement folgt, gegeben durch die Beziehung:

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Diese Gleichung kann nach zwei alternativen Verfahren berechnet werden; nach der ersten Methode wird sie auf folgende Weise entwickelt:

wobei 6),., Q₀ die Winkelgeschwindigkeiten der beiden .Wellenenden sind.

Wenn die Zeiten zwischen aufeinanderfolgenden Signalen oder Impulen von den Differential-Kodierern der Welle t. und tg sind, dann gilt

.1.1

und man erhält auf diese Weise

Die Zeiten t^ und to können elektronisch mit Hilfe der Signale oder Impulse gemessen werden, die man von den Differential-Kodierern erhält, und nach den notwendigen Berechnungen durch die Vorrichtung zur Bestimmung des Gradienten ergibt sich ein ^zu fiff., proportionales Ausgangssignal.
^ά? 2

ORIGINAL INSPECTED 309 8 81/0 996

Als Alternative kann die Gleichung
dM

Wc

= k

"berechnet werden, indem man kleine Wert-Differentiale verwendet, wie sich aus der folgenden Gleichung ergibt:

Wenn Differential-Kodierer mit hoher Auflösung, die in der Größenordnung von 4.000 bis 5·000 Impulse pro Umdrehung abgeben, benutzt werden, sind ^Wp ^un^· ^^λ aurch Zählen der Impulse

direkt meßbar. Wenn z.B. Δί^ρ <i^urcn Zählen von 100 Impulsen durch den Kodierer an dem dem Befestigungselement zugewandten Ende des Verbindungsgliedes für die Übertragung des Drehmomentes bestimmt" wird, erhält man den Gradienten direkt durch Zählen der Zahl der zusätzlichen Impulse, die von dem Kodierer an dem anderen Ende des Verbindungsgliedes während der Erzeugung der oben erwähnten 100 Impulse von dem Kodierer an dem dem Befestigungselement zugewandten Ende erzeugt werden. Wenn z.B. sechs zusätzliche Impulse an dem Kodierer an dem Ende für den Drehmomenteingang des Verbindungsgliedes gezählt werden, so gilt:

dM <- ? ⁶

Auf diese Weise muß die Vorrichtung zur Bestimmung des Gradienten entweder die Größe 2 - 1 feststellen, indem sie auf die Zeitintervalle zwischen 1 den von den beiden Kodierern erzeugten Impulse anspricht, oder sie muß die Größe

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stimmen, indem sie einfach die Zahlen der von den beiden Kodierern erzeugten Impulse zählt, oder indem sie die Zahl der zusätzlichen Impulse mißt, die von dem Kodierer an dem Ende für den Drehmomenteingang erzeugt werden, während der Kodierer an dem dem Befestigungselement zugewandten Ende eine bestimmte gegebene Zahl von Impulsen, z.B. 100, erzeugt.

Im folgenden soll die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, die wie bereits erwähnt, eine typische Drehmoment-Drehwinkel-Charakteristik zeigt; die von dem Verbindungsglied zur Übertragung des Drehmomentes und damit von dem Befestigungselement befolgte Kurve kann in drei Gebiete eingeteilt v^er den ι

I Ein Anfangsgebiet vor dem eigentlichen Anziehvorgang;

II Ein Gebiet während des Anziehens; und

III Ein Gebiet des Fließens und des anschließenden Bruchs des Befestigungselementes.

Im Gebiet I muß die Wirkung von Graten und Unregelmäßigkeiten in den Gewinden des Befestigungselementes unberücksichtigt bleiben, und deshalb muß die Vorrichtung zur Bestimmung des Gradienten der Einrichtung zur Übertragung des Drehmomentes zunächst bestimmen oder darüber informiert werden, daß das Gebiet I verlassen wurde und das Befestigungselement im Gebiet II angezogen wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Eintritt in das Gebiet II durch eine Messung des Drehmomentes festgestellt, die man aus den Signalen der Kodierer ableiten kann. Normalerweise wird die Steigung der Kurve praktisch konstant sein im Gebiet II, d.h. die Kurve wird annähernd eine gerade Linie sein; aber wenn die Kurve im Gebiet II gekrümmt ist, wird die .Steigung einen typischen maximalen Wert bei A erreichen.

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Wenn das Befestigungselement über das Gebiet II hinaus angezogen wird, erreicht man das Gebiet III; die Steigung der Kurve beginnt abzunehmen, wenn das Befestigungselement anfängt zu fließen, und schließlich wird das Befestigungselement am Punkt Y brechen. Der Übergangspunkt X zwischen den Gebieten II und III kann der Punkt sein, an dem die Steigung um einen bestimmten Bruchteil der maximalen Steigung bei A verringert worden ist. Es wird angestrebt, daß ein Befestigungselement bis zum Punkt X angezogen wird, und deshalb muß die Vorrichtung zur Bestimmung der Steigung in der Lage sein, festzustellen, caß das Gebiet II erreicht worden ist, und anschließend muß sie die momentane Steigung während des Anziehvorgangs bestimmen und sie kontinuierlich mit dem maximalen Wert bei A vergleichen, um festzustellen, wann der Punkt X erreicht worden ist. Die Vorrichtung zur Bestimmung der Stei- · gung kann irgendeine geeignete logische Schaltung oder Schaltungen sein, die auf die von den beiden Kodierern empfangenen Signale ansprechen. Wenn die Vorrichtung zur Bestimmung der Steigung festgestellt hat, daß der Punkt X erreicht worden ist, kann sie einen Stop-Befehl abgeben, so daß die Bedienungsperson den Anziehvorgang des Befestigungselementes beendet. Als Alternative kann der Stop-Befehl dazu verwendet werden, den Antriebsmotor oder andere Einrichtungen automatisch anzuhalten.

Zwei Ausführungsformen der Vorrichtung zum Anziehen eines mit einem Schraubengewinde versehenen Befestigungselementes nach der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die übrigen beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 2 eine Ansicht der ersten Aus führungs form der Vorrichtung Fig. 3 ei'n. Diagramm einer logischen Vorrichtung, die in Verbindung mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung verwendet werden soll, 309881/0996

ORIGINAL INSPECTED

Pig. 4 einen besonderen Teil der logischen Vorrichtung nach

Fig. 2 im Detail,
Fig. 5 die aus Fig. 1 erhaltene abgeleitete Kurve, d.h. eine

Kurve, in der dM gegen d^o aufgetragen ist, und df?

Fig. 6 eine alternative Ausführungsform der in Ansicht und Detail gezeigten Vorrichtung.

Im folgenden wird bezug auf Fig. 2 genommen, in der bei 1 ein mit einem Schraubengewinde versehenes Befestigungselement dargestellt ist; dieses Befestigungselement kommt mit einem Antriebselement 2, z.B. einem Schrauber, zur Drehung des Befestigungselementes in Eingriff, welches mit einer in einem Lager 3 gehaltenen Welle 5 verbunden ist. Die Welle 5 ist ferner in einem weiteren Lager 4 gelagert und trägt einen ersten Differential-Kodierer 6, Die Vorrichtung umfaßt weiterhin ein Lager 7, das eine Welle 8 hält, die einen zweiten Differential-Kodierer 9 trägt. Die Welle 8 ist von einem Motor IO angetrieben. Die Wellen 5 und 8 sind durch eine Schraubenfeder 11 verbunden. Wenn der Motor 10 läuft, dreht er die Welle 8 und diese dreht wiederum die Schraubenfeder 11, die die Welle 5 antreibt. Die Welle 5 dreht das Antriebselement 2, das das Befestigungselement 1 anzieht.

Die Kodierer 6 und 9 können von optischem, elektromagnetischem oder irgend einem anderen Typ sein, der in der Lage ist, in Verbindung mit festen, auf Licht ansprechenden oder anderen stationären Empfängervorrichtungen (nicht dargestellt) Signale zu erzeugen^ dadurch wird ^ine Reihe von Signalen erzeugt, die in genauen Intervallen auftreten, die der Winkeldrehung der Kodierer oder ihren Winkelgeschwindigkeiten und damit den Winkelgeschwindigkeiten der jeweiligen Wellen 5 und 8 entsprechen. Die Frequenz der von den jeweiligen Kodierern 6 und 9 erzeugten Signale gibt ihre jeweilige Winkelgeschwindigkeit oder eine

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Funktion davon an. Die Intervalle zwischen den von den Kodierern 6 und 9 erzeugten Signalen können z.B. mit elektronischen Mitteln gemessen werden. Aus den Zeitintervallen zwisehen den von den jeweiligen Kodierern erzeugten Signalen oder durch Zählen der Anzahl der Signale, wie oben erläutert wurde, kann der Gradient der Drehmoment-Drehwinkel-Kurve bestimmt werden, wie hier erläutert wird; wenn der Gradient· also auf einen Wert ^fallen ist, der anzeigt, daß der Punkt X in Fig.1 erreicht worden ist, dann würde der Bedienungsmann den Motor 10 anhalten. Die durch den Betrieb der Kodierer 6 und 9 erzeugten Signale werden auf eine logische Vorrichtung gegeben, die ein "Stop"-Signal erzeugt, das den Bedienungsmann informiert, daß der Motor 10 angehalten werden sollte, oder das "Stop"-Signal könnte dazu verwendet werden, den Motor automatisch anzuhalten. Dabei ist folgende Alternative möglich: Das von der logischen Vorrichtung erzeugte Signal ist kein "Stop"-Signal, sondern es wird dazu verwendet, das Befestigungselement unter einer praktisch konstanten Belastung zu halten; in diesem Falle könnte das Signal ein Steuersignal sein, das verhindert, daß eine zusätzliche Antriebskraft ausgeübt wird.

Im folgenden wird bezug auf Fig. 3 genommen, in der die logische Vorrichtung in der Form eines Blockdiagramms dargestellt ist. Beginnt man am oberen Ende dieses Diagramms, so bezeichnen die Bezugszahlen 6 und 9 <üe beiden Kodierer. Der linke Kodierer, d.h. das Gerät, das sich näher bei dem Befestigungselement befindet, gibt Impulse φ* ^a^» ^un<^· ^-^er rechte Kodierer, dh. das Gerät, das sich näher bei dem Motor 10 befindet, gibt Impulse ff^ ab. Die beiden Ströme von Impulsen werden auf eine Schaltung gegeben, die durch einen Block 20 dargestellt ist. Dieser zählt die Anzahl der Impulse gCj und ^i oder er testimmt die Zeitintervalle zwischen den Impulsen der jeweiligen Reihen von Impulsen, oder* er' berechnet den Gradienten aus den gemessenen Winkel-

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geschwindigkeiten. Ein Signal von dem Block 20 wird zu e^nem Block 21 geführt, der aus einer logischen Schaltung besteht, die entscheidet, ob das Gebiet II erreicht worden ist. Wenn die von dem Block 21 gegebene Antwort zustimmend ist, werden Signale an einen Block 22 gegeben, der aus einer logischen Schaltung besteht, der durch Bestimmung der Größen ^1 - ^2 oder 2 - 1 , wie oben erwähnt, eine Funktion des ^2 1 Gradienten berechnet.

Ausgangssignale von dem Block 22 werden zu einem Block 23 ge- ' führt. Dieser besteht aus einer weiteren logischen Schaltung, die die Gradientenfunktion mit einer gespeicherten maximalen Funktion vergleicht, die vorher von dem Block 22 bestimmt und in einer Schaltung gespeichert wurde, die durch einen Block 24 angedeutet ist. Der Block 23 gibt zustimmende oder negative Ausgangssignale, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Punkt X in Fig. 1 erreicht worden ist oder nicht. Venn das Ausgangssignal von dem Block 23 zustimmend ist, ist dieses der oben erwähnte Stop-Befehl, und der Anziehvorgang wird sofort beendet, wie oben gesagt wurde. Wenn das Ausgangssignal von dem Block negativ ist, wird ein Signal zurück auf den Block 22 gegeben, und dessen Schaltung fährt damit fort, kontinuierlich die Gradientenfunktion zu ergänzen und ein Ausgangssignal an Block 23 abzugeben.

Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Hauptkomponenten der elektronischen Schaltung zeigt, die durch den Block in Fig. 3 bezeichnet wird. Wie bereits erwähnt, bestimmt der Block 22 den Gradienten ^A^1 - ^h^2 oder AM . Die in Fig. 4 gezeigte elektronische ^2 &®2 Schaltung berech-

ZlM
net den Ausdruck jrr- , indem sie die Zahl der von dem Eingangs-

kodierer 9 während eines bestimmten Wertes 4^o empfangenen Impulses p^ mißt. Der gewählte Wert von Δ ^o wi^r<3- als Sehneniänge bezeichnet, weil die Messung äquivalent der Maßnahme ist, die Differenz zwischen den Meßwerten des Drehmomentes (M) über

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eine Sehne von praktisch konstanter Länge zu nehmen, die kontinuierlich an der M-0-Kurve entlang bewegt wird, wie durch a^b. und aobg in Fig. 1 angedeutet wird. Die Projektion der Sehnenlänge auf die pf-Achse wird durch die Charakteristik oder den Inhalt eines Schieberegisters 27 für die Sehnenlänge festgelegt, das jedes Mal betätigt wird, wenn es einen Auslöseimpuls erhält, wie im folgenden erläutert wird.

Die von dem Eingangskodierer 9 an dem dem Motor zugewandten Ende der Feder 11 empfangenen Impulse (^) v/erden direkt unter Berücksichtigung des Drehsinns des Rotors auf ein Restregister 25 gegeben. Dieses Restregister 25 hat die Aufgabe, die gfy, -Impulse zu speichern.

Die von dem Kodierer 6 an dem dem Ausgang oder Befestigungselement zugewandten Ende der Feder 11 empfangenen Impulse (^) werden von einem Prüfsystem 28 überprüft, um zu bestimmen, ob sich das Befestigungselement in der korrekten Richtung dreht, und werden dann dazu verwendet, das Restregister 25 zu verringern. Wenn der Kodierer 6 an dem dem Befestigungselement zugewandten Ende sich rückwärts drehen sollte, wird der Betrag der Rückwärtsdrehung gezählt und muß durch eine gleiche Vorwärtsdrehung gutgemacht werden, bevor irgendwelche ^o~^^mP^ul^{se aU}f ^as Restregister 25 gegeben werden. Sobald ein Impuls g^ ^-as Restregister 25 verringert hat, wird der dadurch gezeigte Wert überprüft. Wenn er größer als Null ist, sind mehr ^.-Impulse als ^2~^^mP^ul^8e aufgetreten, und als Ergebnis davon wird ein Signal durch ein Tor 29 sowohl zu einem Register 26 für den Gradienten als auch zu einem Schieberegister 27 für die Sehnenlänge geführt; außerdem wird das Restregister 25 verringert. Das Schieberegister 27 für die Sehnenlänge wird jedes Mal betätigt, wenn es einen Impuls i^p erhält, der vom Prüfsystem 28 durchgelassen wurde, wie durch den Pfeil 30 angedeutet wird, und wenn das Schieberegister

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27 weiterhin einen Impuls durch das Tor 29 erhält, registriert es "1" an SBinem Eingang. Wenn es keinen Impuls durch das Tor 29 erhält, registriert es "o". Jedes Mal, wenn der Ausgang des Schieberegisters 27 "1" registriert, verringert es das Register für den Gradienten um einen Impuls. Wenn der Ausgang des Schieberegisters "0" registriert, so hat das keine Auswirkung auf das Register für den Gradienten. Dadurch ergibt sich folgende Wirkungsweise: Jedes Mal, wenn das Schieberegister durch die Erzeugung eines Impulses φ~ im korrekten Sinne in Betrieb gesetzt wird, ändert sich das Register für den Gradienten entweder um einen Punkt oder es ändert sich nicht, und zwar in Abhängigkeit davon, ob positive "Meßwerte" von dem Restregister 25 und dem Ausgang des Schieberegisters 27 vorliegen. Das Schieberegister 27 für die Sehnenlänge hat eine Charakteristik oder einen Inhalt in der Weise, daß die Ablesung des Registers für den Gradienten über die effektive Sehnenlönge genommen wird.Die Sehnenlänge muß ausreichend lang sein, um die Wirkungen von Unstetigkeiten, d.h. unerwünschten Signalen,- die den Grundsignalen überlagert werden, auszumitteln. Ein Drehwinkel von 1 , der z.B. einem Impuls p'₂ entspricht, ist für diesen Zweck zu klein. Es hat sich herausgestellt, daß 20 ein geeigneter Wert des Drehwinkels ist, über den das Drehmoment gemessen werden soll; aber wenn nur z.B. alle 20° Ablesungen vorgenommen würden, könnte der Drehmoment-Drehwinkel-Kurve nicht gefolgt werden. Deshalb überlappen sich die Sehnen, wie z.B. a^b^, und a-Vbo in

Λ ISA" r\

Fig. 1, und Messungen von %-r über eine 20 -Sehne v/erden bei

2 ο

jedem ^-Impuls vorgenommen, d.h. bei ungefähr jedem Λ der Drehung. Wenn das Register 26 für den Gradienten im normalen Betrieb ist, ergibt der angezeigte Meßwert des Registers den

A M
Gradienten j-j— für das gerade untersuchte Befestigungselement. Signale von dem Meßgerät 26 für den Gradienten werden auf den Speicher für den maximalen Gradienten gegeben, d.h. zu dem Block 24- und zu der Vergleichsschaltung in Block 23 (siehe Ftg. 3).

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Das von dem Block 23 abgegebene Signal, um den das Befestigungselement antreibenden Motor anzuhalten, wird erzeugt, wenn das momentane Drehmoment auf z.B. 50% des erreichten maximalen Drehmomentes gefallen ist. Der Grund dafür iöt, daß die Ableitungen der M-^p~Kurve, das ist die in Fig. 5

gezeigte -r-> djzL-Kurve, einen Knickpunkt auf oder nahe

bei 50% des Maximalwertes hat, wie durch X in Fig. 5 angedeutet wird. Dieser Punkt ist auch'der steilste Teil der Kurve und damit der Punkt, an dem die Kurve am schnellsten durch eine darübergelegte "Rausch"-Kurve läuft. Der Punkt X ist deshalb der Punkt auf der Kurve, der die größte Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen, d.h. Störsignalen, geben wird.

Weil die Vorrichtung, in ihrer Form zum Anziehen eines Befestigungselementes, im wesentlichen ein Meßgerät für den Gradienten des Drehmomentes ist, und weil sie den momentanen Gradienten des Drehmomentes mit dem maximalen'Gradienten des Drehmomentes vergleichen kann, werden die Beschränkungen der existierenden Systeme zum Steuern des Anziehvorganges von Befestigungselernenten überwunden. Diese erfordern relativ genaue Vorkenntnisse der Drehmoment-Drehwinkel-Charakteristik, indem man entweder den ungefähren Wert des maximalen Gradienten kennt oder indem man das Drehmoment kennt, um eine bestimmte Kleimnkraft zu erzielen, oder indem man die Winkeldrehung kennt, um eine optimale Klemmkraft sicherzustellen.

Die hier beschriebene Vorrichtung erfordert keine Vorkenntnisse über eine besondere Drehmoment-Drehwinkel-Charakteristik, weil die Abweichung des momentanen Drehmomentes von dem maximalen Drehmoment automatisch bestimmt wird, und weil der Anziehvorgang automatisch gestoppt wird, wenn der Punkt X, an dem der momentane Gradient irgendein vorgegebener Bruchteil, z.B. 50%, des maximalen Gradienten ist, erreicht worden ist. Die Erfindung sch'afft deshalb eine Vorrichtung und ein Verfahren, das den bisher bekannten Systemen zum Anziehen überlegen ist.

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Verwendet man eine Technik, die analog der Form der Erfindung ist, die zum Anziehen eines Befestigungselementes angewandt wird, so kann das oben erwähnte Meßgerät für den Gradienten des Drehmomentes oder die Torsionssteifigkeit umgewandelt werden zu einem Meßgerät für die lineare Steifigkeit, indem man z.B. die am Ausgang vorliegende Drehung in eine lineare Bewegung umwandelt; das kann z.B. mit einem Rotations-Linear-Umwandler, wie z.B. einer mit einem Schraubengewinde v.ersehenen Vorrichtung, oder einem Zahnstangentrieb geschehen. Nach einem alternativen Vorschlag können lineare Kodierer und eine lineare Feder, oder andere linear nachgiebige Elemente, die zwischen den die Kodierer tragenden Elementen (Wellen) angeordnet werden, verwendet werden. Auf diese Weise kann der Fließpunkt in einem linearen System'auf ähnliche Weise bestimmt werden, wie es bei der Bestimmung des Fließpunktes in dem oben erwähnten Torsionssystem der Fall war. Damit kann z.B. der Fließpunkt von Zugproben in einer Vorrichtung für Zugversuche oder einer Kriechprüfmaschine ohne die Messung von Strecklängen und ohne die Notwendigkeit, separat die Kraft und die Verschiebung festzustellen, bestimmt werden.

Statt der Verwendung der Schraubenfeder 11 als Verbindungsglied z\d.schen den Eingangs- und Ausgangswellen ist auch der Einsatz einer Spiralfeder möglich. Als Altematiworschlag kann auch das Verbindungsglied zur Übertragung des Drehmomentes ein Torsionsstab oder eine Torsionshülse sein, der bzw. die zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen angeordnet ist oder Endteile hat, die die Eingangs- und"Ausgangswellen bilden. Diese Teile können aus Metall, Gummi oder einem Kunststoff sein, oder sie können aus irgendwelchen dieser Materialien zusammengesetzt sein.

Fig. 6 zeigt eine alternative Ausfuhrungsform der Vorrichtung, die stat-J; der in Fig. 2 dargestellten verwendet werden kann.

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Nach Fig. 2 wird die Feder 11 zusätzlich zu ihrer Verdrillung um ihre Längsachse gedreht, wenn das Befestigungselement der in Fig. 1 gezeigten Drehmoment-Drehwinkel-Kurve folgt. In einigen Anwendungsfällen kann das unerwünscht sein, und statt dessen könnte der in Fig. 6 gezeigte Apparat verwendet werden, in dem eine nicht drehbare Schraubenfeder 31 das Drehmoment zwischen einer von einem Motor 33 angetriebenen Eingangswelle 32 auf eine Ausgangswelle 34- überträgt, die so angeordnet ist, daß von ihr ein Befestigungselement oder ein anderer zu drehender Teil angetrieben wird. Die Eingangswelle 32 ist durch einen Getriebekasten 35? der ein Zahnradgetriebe enthält, das aus zeichnerischen Gründen nur als einfaches Differential-Zahnradgetriebe 36, dargestellt ist, mit der Ausgangwelle 34 verbunden. Wenn die Eingangswelle 32 die Ausgangswelle 34- Jait der gleichen Geschwindigkeit antreibt, d.h., wenn das Drehmoment M konstant ist, so wird keine Bewegung des Zahnradgetriebes 36 auftreten; aber wenn die Eingangswelle beginnt, sich schneller zu bewegen als die Ausgangswelle, also entsprechend dem Gebiet II in Fig. 1, wird das Zahnradgetriebe um die gemeinsame Achse der Wellen 32 und 34- schwingen und die Schwingbewegung auf das Gehäuse des Getriebekastens 35 übertragen. Ein Ende der Feder 31 ist mit einer Schlußwand 37 des Getriebekastens 35 verbunden, der so befestigt ist, daß er eine Schwingbewegung um die gemeinsame Achse der Wellen 32 und 34- ausführen kann; die Befestigung der Schlußwand 37 erfolgt über ein Lager 42. Das andere Ende der Feder ist an einer stationären Befestigungsplatte 38 angeordnet, in der die Ausgangswelle 34- in einem Lager 39 frei drehbar ist. Die Eingangswelle 32 trägt einen Differentialkodierer 40, der dem Kodierer 9 in Fig. 2 äquivalent ist, und die Ausgangswelle 34- trägt einen Differential-Kodierer 41, der dem Kodierer 6 In Fig. 2 äquivalent ist. Wenn man sich dem Punkt X nähert, und es tritt eine Änderung im Betrag der Differential-Rotation zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen auf, dann wird die Feder

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31 ein Drehmoment auf ähnliche Weise wie die Feder 11 in Fig.2 übertragen; die Feder 31 rotiert jedoch nicht, sondern sie verdrillt sich nur, und sie braucht deshalb nicht dynamisch ausgeglichen zu werden. Die Winkelabweichung zwischen den Wellen wird von den Kodferern 40 und 41 gemessen und ihre Signale werden durch die logischen Vorrichtungen, die in den Fig.3 und 4 gezeigt sind, weitergegeben und auf eine Weise verarbeitet, wie sie bereits beschrieben wurde. Ein weiterer Vorteil der in Fig. 6 gezeigten Anordnung ist, daß die axiale Länge der Vorrichtung reduziert werden kann, da der Getriebekasten 35 verkürzt und im Inneren der als Gehäuse dienenden Feder 31 angebracht werden kann, wie man der Darstellung entnimmt. Weiterhin können auch die Kodierer innerhalb der Feder angeordnet werden! Als Alternatiworschlag kann der Kodierer 40 an dem Eingangsende des Getriebekasteiis angeordnet werden, wie man der Darstellung entnimmt, und dadurch wird der Einsatz eines Kodierers von geringerem Auflösungsvermögen möglich, wodurch Kosten gespart werden.

Bei jeder Ausführungsform (d.h. Fig. 2 oder Fig. 6) der Vorrichtung können die logischen Schaltungen Schalter enthalten, die es ermöglichen, daß die Vorrichtung als normales Gerät zum Anziehen oder Schraubenschlüssel verwendet wird, bei dem das Drehmoment von dem Motor auf das Befestigungselement ohne Anzeige der Abweichung von einer linearen Drehmoment-Drehwinkel-Beziehung und ohne automatisches Stoppen des Antriebsmotors übertragen wird.

Obwohl in Fig. 2 eine Schraubenfeder 11 als Verbindungsglied zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen verwendet worden ist, d.h. das Gerät wird als ein Schrauber eingesetzt, auf den kontinuierlich während des Anziehvorgangs ein Eingangsdrehmoment ausgeübt wird, könnte das Gerät auch als Schlag-Schrauber be-

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nutzt werden, d.h. als Schrauber der Art, bei dem das Eingangsdrehmoment intermittierend in Schritten aufgebracht wird; dazu muß anstelle der Feder 11 ein Verbindungsglied verwendet werden, das eine praktisch nicht-nachgiebige, im wesentlichen lineare M-^-Charakteristik hat. Das Verbindungsglied würde in einem solchen Fall in der Wirkung ein nicht-rückfederndes Federelement sein, um einen Rückschlag der Vorrichtung zwischen den Perioden zu verhindern, während derer das Eingangsdrehmoment ausgeübt wird.

Die Steigung der Belastungs-Verformungskurve kann auch mit anderen Mitteln, beispielsweise gemäß DT-OS 1. 703 681 oder US-PS 3 643 501, erfolgen.

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Claims

Pat entansprüche

ί 1 .y Verfahren zum Steuern des Belastungsvorganges eines Bau-— teils, insbesondere des Anziehvorgangs einer Scliraubenverbindung, "bei dem die Steigung der die Belastung über dei¹ Verformung angebenden Kurve laufend ermittelt und die Belastung "bzw. die Belastungssteigerung beendet ■wird, sobald eine im Bereich der Pließgrenze des Bauteilwerkstoffes liegende Steigung erreicht wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Belastung "bzw. Belastungssteigerung beendet wird, sobald die Steigung auf einen vorbestimmten Bruchteil der während des Belastiuigsvorgangs ermittelten und gespeicherten maximalen Steigung abgesunken ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei chnet, daß die Steigung als ITe igung von sich überlappenden Sehnen der Kurve bestimmt wird, deren Längen so bemessen sind, daß auf mechanische und massungsbedingte Störungen zurückzuführende Unstetigkeiten und Unregelmäßigkeiten der Kurve unterdrückt werden.

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:Η.Λ·η>*»·Γ,Μ0ικΚ·«173533 ■ Dwritdn Bank, MOndMn IWSOTt · Po»tdi«dckontoM0ndMn4i212
3- Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwischen Ausgangselementen (5i 34-) und Eingangs el em ent en (8, 32) angeordnete, verformbare VerbincVingsglieder (11, 31) zur "übertragung von Antriebskräften von den Eingangselementen auf die Ausgangselemente, erste auf die Eingangs elemente (8, 32) ansprechende JHihler (9? 4-0) zur Erzeugung einer ersten Reihe von Signalen, die die Verschiebung der Eingangselemente angeben, zweite auf die Ausgangselemente (5, 34-) ansprechende S¹UhIer (6, 41) zur Erzeugung einer zweiten Reihe von Signalen, die die VeD?Schiebung der Ausgangselemente durch die Verbindungsglieder (11, 31) angeben, und durch eine auf die erste und zweite Reihe von Signalen ansprechende Vergleicheranordnung (22) zur Bestimmung der Differenz der Zahl der Signale in der ersten und zweiten Reihe von Signalen während einer gegebenen Zahl von Signalen, während die Antriebskräfte durch die Verbindungsglieder (11, 31) von den Eingangselementen auf die Ausgangselemente übertragen werden, wobei die Differenz eine Funktion der Steifigkeit; ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin auf die Vergleicheranordnung (22) ansprechende Schaltimgen (24) zum aufeinanderfolgenden Speichern von Informationen umfaßt, die die maximale Steifigkeit angeben, die bis zu irgend einem gegebenen Punkt während-des Antriebs eines Teils durch die Ausgangselemente (5, 34) auftritt.
5· Vorrichtung nach Anspruch 4 zur Bestimmung des Gardienten des Drehmoments, dadurch g e k e η n.-

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zeichnet , daß eine Drehbewegung von den Ausgangselementen (5ϊ 34·) auf ein Teil ausgeübt wird, daß die Eingangselemente (8, 32) Drehkräfte aufnehmen, daß ein Drehmoment von den Eingangselementen (8, 32) auf die Ausgangselemente (5, 34-) mit Hilfe der Verbindungsglieder (11, 31) übertragen wird, daß · auf die Eingangselemente (8, 32) ansprechende erste Fühler (9» 4-0) zur Erzeugung einer ersten Reihe von Signalen, die die Drehverschiebung der Eingangselemente darstellen vorgesehen sind, daß auf die Ausgangselemente (5, 34-) ansprechende zweite Fühler (6, 41) zur Erzeugung einer zweiten Reihe von Signalen, die die Drehverschiebung der Ausgangs elemente (5, 34-) durch die Verbindungsglieder (11, 3OaHgO^eIi, vorgesehen sind, und daß eine auf die erste und zweite Reihe von Signalen ansprechende Vergleieheranordnung (22) vorgesehen ist zur Bestimmung der Differenz der Zahl der Signale in der ersten und zweiten Reihe von Signalen während einer gegebenen ZaJiI von aufeinanderfolgenden Signalen in der zweiten Reihe von Signalen, während die Antriebskräfte von den Eingangcelementen auf die Ausgangselemente durch die Verbindungsglieder (11? 31) übertragen werden, v/ob ei die Differenz eine Funktion des Gradienten des Drehmomentes ist, das von den Verbindungsgliedern übertragen wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5? das alπ Schrauber verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß das auf die Eingangseiemente (5, 34-) ausgeübte Drehmoment aufgehoben wird, wenn die Differenz einen

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_ Jl _

vorgestimmten Bruchteil des maximalen Gradienten erreicht, der von den Schaltungen (24) gespeichert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, das als Schlag-Schrauber verwendbar ist, "bei dem das Eingangsdrehmoment intermittierend in Schritten ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungsglieder (11, 31) eine praktisch nicht-nachgiebige, im wesentlichen lineare Charakteristik haben.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 75 dadurch gekennzeichnet , daß das ü?eil ein Rotations-Linear-Umwandler ist. *
9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Vergleicheranordnung (22) eine auf ausgewählte Signale der zxireiten Reihe ansprechende Steuervorrichtung (27) und eine Zählvorrichtung (26) zum Zählen der gegebenen Anzahl der z\ireiten Reihe von Signalen umfaßt, wobei die Steuervorrichtung (27) die Zählvorrichtung (26) in Betrieb setzen kann, um eine Zählung der gegebenen Zahl von Signalen für jedes der ausgewählten Signale auszulösen (Fig. 4).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß jedes Signal in der aweiten Reihe ein ausgewähltes Signal ist, wodurch die Zählvorrichtung in Betrieb gesetzt wird, un eine Zählung der gegebenen Zahl von Signalen für jedes Signal in der zweiten Reihe auszulösen.

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11. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 3 "bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungsglieder im wesentlichen linear nachgebend sind. -
12. Vorrichtung nach-einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungsglieder eine praktisch nicht-nachgiebige, im wesentlichen lineare Charakteristik haben.
13- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der ersten und zweiten Fühler ein Differential-Kodierer (9) 1; ^yr0, 4-1) ist, der auf den jeweiligen Eingangsoder Ausgangselementen befestigt und in der Lage ist, eine genaue Anzahl von einen gleichen Abstand zueinander habenden Impulsen während einer vollständigen Drehung der jeweiligen Eingangs- oder Ausgangselemontc abzugeben.
. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4- oder 5 zum Anziehen eines Befesti^ungselenentes, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung weiter— "hin eine Schaltung (23) zur Erzeugung eines Steuersignals umfaßt, wenn die momentane Steifigkeit auf einen vorher bestimmten'Bruchteil der maximalen Steifigkeit gefallen ist, die während des Anziehens des Befestigungselementes auftritt, sowie weiterhin eine auf das Steuersignal ansprechende Steuervorrichtung zum Steuern der Eingabe von Antriebskräften durch die Vorrichtung zur Zufuhr von Antriebskräften enthält.
15· Vorrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet , daß ein Ende des Verbindungsgliedes(H)

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das "bei Torsion elastisch verformbar ist, direkt mit einer Eingangswelle (8) für Drehkräfte verbunden ist, und daß das andere Ende des bei Torsion elastisch verformbaren Verbindungsgliedes (11) direkt mit einer mit einem Befestigungselement in Eingriff kommenden Welle (5) verbunden ist (Pig. 2).
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß eine Eingangswelle (32) für die Drehkräfte mit einer mit einem Befestigungselement in Eingriff kommenden Welle (34) durch ein Getriebe (36) verbunden ist, das eine relative Rotationsbewegung zwischen diesen Teilen ermöglicht, und daß ein Ende eines bei Torsion elastisch verformbaren Verbindungsgliedes (31) von einem feststehenden Bauteil (37) getragen wird, das außerdem die Eingangswelle (32) für die Drehkräfte lagert, und daß das andere Ende des bei Torsion elastisch verformbaren Verbindungsgliedes (31) als !Reaktion auf eine Drehbewegung der mit dem Befestigungselement in Eingriff kommenden Welle (34) relativ zu ä.ev Eingangswelle für die Drehkräfte beweglich ist (!Fig. ■6).
17· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuersignal erzeugt wird, wenn die momentane Steifigkeit auf im wesentlichen 50 % der maximalen Steifigkeit gefallen ist, die während des Anziehens des Befestigungselementes auftritt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17? dadurch g e k e η η ze»ichnet , daß die Steuervorrichtung so gelagert

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ist, daß sie "bei Empfang des Steuersignals die Eingabe von Antriebskräften durch die Vorrichtung zur Zufuhr von Antriebskräften aufhebt.

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