DE2336896C3

DE2336896C3 - Vorrichtung mit einem Meßgerät zum Anziehen einer Verbindung von Bauteilen

Info

Publication number: DE2336896C3
Application number: DE2336896A
Authority: DE
Inventors: John Talbot Kilcullen Boys (Irland)
Original assignee: Standard Pressed Steel Co
Current assignee: SPS Technologies LLC
Priority date: 1972-05-09
Filing date: 1973-05-08
Publication date: 1978-09-21
Also published as: ZA732939B; DE2336896B2; CA1002341A; JPS5535653B2; SE393455C; ES414515A1; JPS4970684A; DE2336896A1; DE2323123A1; GB1434726A; ZA742550B; IT1032021B; SE393455B; ES440520A1; AU5535473A; FR2184324A5; BR7304946D0

Description

15

.15

■to Zahl von Signalen für jedes der ausgewählten Signale auszulösen (F i g. 4).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Signal in der zweiten Reihe ein ausgewähltes Signal ist, wodurch die Zählvorrichtung (26) in Betrieb gesetzt wird, um eine Zählung der gegebenen Zahl von Signalen für jedes Signal ir. der zweiten Reihe auszulösen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ersten und zweiten Fühler ein Differential-Kodierer (9, 1; 40, 41) ist, der auf dem jeweiligen Eingangs- bzw. Ausgangselement befestigt und in der Lage ist, eine genaue Anzahl von einen gleichen Abstand zueinander habenden Impulsen während eines vollständigen Bewegungszyklus der Eingangs- bzw. Ausgangselemente abzugeben.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (11) ein elastisches Torsionselement ist, daß ein Ende des Torsionselements direkt mit einer Eingangswelle (8) für die Drehkräfte verbunden ist, und daß das andere Ende des Torsionselements direkt mit einer mit dem Bauteil in Eingriff kommenden Welle (5) verbunden ist (F ig. 2).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangswelle (32) für die Drehkräfte mit einer mit dem Bauteil in Eingriff kommenden Welle (34) durch ein Getriebe (36) verbunden ist, das eine relative Rotationsbewegung zwischen diesen Teilen ermöglicht, und daß ein Ende des als elastisches Torsionselement ausgebildeten Verbindungsgliedes (31) von einem feststehenden Bauteil (37) getragen wird, das außerdem die Eingangswelle (32) für die Drehkräfte lagert, und daß das andere Ende des Torsionselements als Reaktion auf eine Drehbewegung der mit dem Bauteil in Eingriff kommenden Welle (34) relativ zu der Eingangswelle für die Drehkräfte beweglich ist (Fig. 6).

ti ¹S Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Schraubvorrichtungen dieser Art sind aus der DT-OS 03 681 und der US-PS 36 43 501 bekannt. Bei diesen wird das Anziehen der Schraube selbsttätig abgebrochen, wenn die Steigung der Belastungs-Verformungs-Kurve einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Dieser Wert ist im einen Fall ein bestimmtes, vorgewähltes Maß der Steigung und im anderen Fall der Übergang der Kurve in den nichtlinearen Bereich. Bei beiden Vorrichtungen wird also in den Schrauber ein bestimmter Wert oder ein bestimmtes Charakteristikum der Steigung der Kurve eingegeben. Wenn dieser Wert bzw. dieses Charakteristikum erreicht ist, wird der Anziehvorgang selbsttätig beendet.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird vorausgesetzt, daß der Verlauf des Anziehvorganges bekannt und vorhersagbar ist. Im einen Fall muß man wissen, welchen Wert die Steigung der Kurve im Moment des Erreichens der Fließgrenze hat. Im anderen Fall wird vorausgesetzt, daß die Kurve vor Erreichen der ließgrenze durchgehend linear ist. Damit lassen sich die bekannten Vorrichtungen aber nur auf ganz beschränkte Fälle anwenden, bei denen vorher der Verlauf der Belastungs-Verformungs-Kurve experimen-

tell ermittelt wurde und bei denen der'Kurvenverlauf Ober eine Mehrzahl gleichgelagerter Fälle konstant bleibt In der Praxis kann aber nicht jeder einzelne Anziehvorgang vorher durchgemessen werden, um den für das Abschalten charakteristischen Wert zu ermitteln. Es hat sich vielmehr ergeben, daß der Kurvenverlauf von Anzieh Vorgang zu Anziehvorgang erheblich variiert, und zwar sowohl bei unterschiedlichen Ausbildungen der Verbindung als auch bei übereinstimmenden Verbindungen. Beispielsweise ist das zum Anziehen eines mit einem Schraubengewinde versehenen Befestigungselements notwendige Drehmoment eine Funktion einer Vielzahl von Variabein, nämlich der Steifigkeit der Verbindung, der Nachgiebigkeit des Befestigungselements, der Oberflächenreibung und der Form des Gewindes. Es läßt sich daher kein allgemein gültiger Wert für die Steigung der Belastungskurve oder den Übergang von der Linearität zur Nicht-Linearität angeben, bei welchem der Anziehvorgang beendet werden muß. Mit einem in die Vorrichtung eingegebenen, vorbestimmten Wert als Abschaltkriterium läßt sich daher in den meisten Fällen praktisch nicht arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erläuterten Art so auszubilden, daß sie keinen vorher einzugebenden Wert oer Anziehkurve benötigt, sich vielmehr selbsttätig auf jeden Anziehfall einzustellen vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermittelt sich bei jedem individuellen Anziehfall selbsttätig einen charakteristischen Wert der Steigung der Anziehkuvve. Dieser Wert wird gespeichert. Der Anziehvorgang wird beendet, wenn die tatsächliche Steigung der Kurve ein vorbestimmtes Verhältnis zur gespeicherten Steigung erreicht hat. Dieses Verhältnis wird so gewählt, daß es einen signifikanten Belastungswert, insbesondere das Erreichen der Fließgrenze eines Befestigungselementes, angibt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher nicht erforderlich, für jeden einzelnen Anziehvorgang vorher den Verlauf der Belastungskurve zu ermitteln und den das Erreichen der Fließgrenze oder eines anderen signifikanten Zustandes charakterisierenden Wert festzulegen; vielmehr ermittelt sich die Vorrichtung die im elastischen Bereich auftretende Steigung selbst und schaltet ab, wenn die Steigung unter einen vorgegebenen Bruchteil der vorher ermittelten und gespeicherten Steigung abfällt. Dadurch läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne experimentelle Vorarbeiten auf beliebige Anziehvorgänge anwenden und gewährleistet unabhängig von der speziellen Ausgestaltung der Verbindung und unabhängig vom jeweiligen Reibungszustand der Verbindungsteile ein Beendigen des Anziehvorgangs im jeweils erwünschten Augenblick.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine typische Drehmoment-Drchwinkel-Kurve beim Anziehen einer Schraubverbindung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 3 ein Diagramm einer logischen Vorrichtung, die in Verbindung mit der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtune verwendet wird.

F i g. 4 einen besonderen Teil der logischen Vorrichtung nach F i g. 2 im Detail,

F i g. 5 die aus Fig. I erhaltene, abgeleitete Kurve und Fig.6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail.

Bevor auf die Einzelheiten der Zeichnungen eingegangen wird, sei nachfolgend die der Erfindung zugrunde liegende Theorie zusammengestellt:

Nimmt man an, daß die Kopplung zwischen den ίο 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 Η Φ\ und Φ₂ die Winkelverschiebungen der beiden Enden der Welle sind, so ist das von der Welle übertragene Drehmoment M

Wenn das Ende der Welle mit der Winkelverschiebung Φ₂ mit 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 Kopplung und damit das Befestigungselement folgt, gegeben durch die Beziehung:

fdfl,
άΦ₂ td<7>.

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

wobei cdi, O)₂ die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Wellenenden sind.

Wenn die Zeiten zwischen aufeinanderfolgenden Signalen oder Impulsen von den Differential-Kodierern der Welle t\ und h sind, dann gilt

, f2 ~ — ,

und man erhält auf diese Weise

UM

= k

Die Zeiten ii und t₂ 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

proportionales Ausgangssignal.
Als Alternative kann die Gleichung

_k{_X
άΦ₂ ~ \άΦ₂ I

berechnet werden, indem man kleine Wert-Differentiale

verwendet, wie sich aus der folgenden Gleichung ergibt:

IM

\φ₂

! - I0₂
10,

Wenn Differential-Kodiercr mit hoher Auflösung, die in der Größenordnung von 4000 bis 5000 Impulse pro Umdrehung abgeben, benutzt werden, sind ΔΦ2 und ΔΦ\ durch Zählen der Impulse direkt meßbar. Wenn z. B. ΔΊ>2 durch 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 obenerwähnten 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 Gndienten entweder die Größe

'2 - ti

feststellen, indem sie auf die Zeitintervalle zwischen den von den beiden Kodierern erzeugten Impulse anspricht, oder sie muß die Größe

10, - 10₂

UP₂

bestimmen, 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 »erden, während der Kodierer an dem dem Befestigungselement zugewandten Ende eine bestimmte gegebene Zahl von Impulsen,z. B. 100,erzeugt.

Im folgenden soll die F i g. 1 der Zeichnungen erläutert werden, die. wie bereits erwähnt, eine typische Drehmoment-Drehwmkel-Kurve beim Anziehen einer Schraubverbindung zeigt; die von dem Verbindungsglied zur Übertragung des Drehmomentes und damit von dem Befestigungselement befolgte Kurve kann in drei Gebiete eingeteilt werden:

I ein Anfangsgebiet vor dem eigentlichen Anziehvorgang,

I1 ein Gebiet während des Anziehens und

IH ein Gebiet des Fließens und des anschließenden Bruchs des Befestigungselementes.

Im Gebiet 1 muß die Wirkung von Graten und Unregelmäßigkeiten in den Gewinden des Befestigungselementes unberücksichtigt bleiben, und deshalb muß die Vorrichtung zur Bestimmung der Steigung zunächst bestimmen oder darüber informiert werden, daß das Gebiet 1 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 Il gekrümmt ist, wird die Steigung einen typischen maximalen Wert bei A erreichen.

Wenn das Befestigungselement über das Gebiet Il hinaus angezogen wird, erreicht man das Gebiet III; die Steigung der Kurve beginnl abzunehmen, wenn das Befestigungselement anfängt zu fließen, und schließlich wird das Befestigungselement am Punkt Vbrcchen. Der Übergangspunkt X zwischen der« Gebieten Il 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 angez.ogen wird, und deshalb muß die Vorrichtung zur Bestimmung der Steigung in der Lage sein, festzustellen, daß das Gebiet Il 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 Steigung kann irgendeine geeignete bgische Schaltung sein, die auf die von den beiden Kodierern empfangenen Signale anspricht. Wenn die Vorrichtung zur Bestimmung der Steigung festgestellt hat. daß der Punkt X erreicht worden ist. gibt sie einen Stop-Befehl ab. so daß die Bedienungsperson den Anziehvorgang des Befestigungselements beendet. Als Alternative kann der Stop-Befehl dazu verwendet werden, den Antriebsmotor oder andere Einrichtungen automatisch anzuhalten.

Im folgenden wird bezug auf F i g. 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 Befestigungselements 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 to 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 vom optischen elektromagnetischen oder irgendeinem anderen Typ sein, der in der Lage ist, in Verbindung mit festen, aul Licht ansprechenden oder anderen stationären Empfängervorrichtungen (nicht dargestellt) Signale zi erzeugen; dadurch wird eine Reihe von Signaler erzeugt die in genauen Intervallen auftreten, die dei Winkeldrehung der Kodierer oder ihren Winkelgeschwindigkeiten und damit den Winkelgeschwindigkei ten der jeweiligen Wellen 5 und 8 entsprechen. Di« Frequenz der von den jeweiligen Kodierern 6 und ί erzeugten Signale gibt ihre jeweilige Winkelgeschwm digkeit oder eine Funktion davon an. Die Intervall« zwischen den von den Kodierern 6 und 9 erzeugt« Signalen können, z. B. mit elektronischen Mitteln gemessen werden. Aus den Zeitmtervallen zwischen dei von den jeweiligen Kodierern erzeugten Signalen odei

durch /ählcn der Λη/.iihl der Signale, wie oben erläutert wurde, kann die Steigung der Drehniomeiu-Drehwin kel-Kurve bestimmt werden. Die durch den Betrieb der Kodierer 6 und 9 erzeugten Signale werden auf eine logische Vorrichtung gegeben, die ein »Stop«-Signal erzeugt, das den Bcdicnungsmami informiert, daß der Motor 10 angehalten werden stillte, oder das »Slop«-Sign.il könnte dazu verwendet werden, den Motor automatisch anzuhalten. Dabei ist folgende Alternative möglich: Das von der logischen Vorrichtung erzeugte Signal ist kein »Stopw-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 w ird.

im folgenden wird bezug auf l·' i g. 3 genommen, in der die logische Vorrichtung in der Form eines Blockdiagramms dargestellt ist. Beginnt man am oberen linde dieses Diagramms, so bezeichnen die Bezugszahlen 6 und 9 die beiden Kodierer. Der linke Kodierer, d. h. das Gerät, das sich näher bei dem Befestigungselement befindet, gibt Impulse Φι ab. und der rechte Kodierer, d. h. das Gerät, das sich näher bei dem Motor 10 befindet, gibt Impulse Φι ab. Die beiden Ströme von Impulsen werden auf eine Schaltung gegeben, die durch einen Block 20 dargestellt ist. Dieser zählt die Anzahl der Impulse Φι und Φ;. oder er bestimmt die Zeitintervalle zwischen den Impulsen der jeweiligen Reihen von Impulsen, oder er berechnet die Steigung aus den gemessenen Winkelgeschwindigkeiten. Fin Signal von dem Block 20 wird zu einem Block 21 geführt, der aus einer logischen Schaltung besteht, die entscheidet, ob das Gebiet Il 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

ΙΦ, - 1Φ₂

]φ₂

t-, - U

wie oben erwähnt, eine Funktion der Steigung berechnet.

Ausgangssignale von dem Block 22 werden zu einem Block 23 geführt. Dieser besteht aus einer weiteren logischen Schaltung, die die Steigungsfunktion mit einer gespeicherten maximalen Steigung 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 Xm F i g. 1 erreicht worden ist oder nicht Wenn das Ausgangssignal von dem Block 23 zustimmend ist, ist dieses der obenerwähnte Stop-Befehl und der Anziehvorgang wird sofort beendet Wenn das Ausgangssignal von dem Block 23 negativ ist wird ein Signal zurück auf den Block 22 gegeben, und dessen Schaltung fährt damit fort, kontinuierlich die Steigungsfunktion zn ergänzen und ein Ausgangssignal an Block 23 abzugeben.

F i g. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Hauptkomponenten der elektronischen Schaltung zeigt die durch den Block 22 in F i g. 3 bezeichnet wird. Wie bereits erwähnt, bestimmt der Block 22 die Steigung

oder

ΙΨ, - \Φ₂

μι

~\Φ₂ '

Die in I'ig. 4 gezeigte elektronische Schaltung berech-

'" net den Ausdruck —— . indem sie die Zahl der von dem I0₂

Fingangskodierer 9 während eines bestimmten Wertes ΔΦι empfangenen Impulses Φι mißt. Der gewählte Wert von ΔΦ> wird als Sehnenlänge bezeichnet, weil die

Ii Messung äquivalent der Maßnahme ist, die Differenz /wischen den Meßwerten des Drehmomentes (M)über eine Sehne von praktisch konstanter Länge zu nehmen, die kontinuierlich an der Μ-Φ-Kurve entlang bewegt wird, wie durch a\b\ und ,126; in F i g. 1 angedeutet wird.

2(i Die Projektion der Sehnenlänge auf die Φ-Achse wird durch die Charakteristik oder den Inhalt eines Schieberegisters 27 für die Sehnenlänge festgelegt, das jedesmal betätigt wird, wenn es einen Auslöseimpuls erhält, wie im folgenden erläutert wird.

2Ί Die von dem Eingangskodierer 9 an dem dem Motor zugewandten Ende der Feder 11 empfangenen Impulse (Φι) werden direkt unter Berücksichtigung des Drehsinns des Rotors auf ein Restregisler 25 gegeben. Dieses Restregister 25 hat die Aufgabe, die Φι-Impulse zu

3d speichern.

Die von dem Kodierer 6 an dem dem Ausgang oder Befestigungselement zugewandten Ende der Feder 11 empfangenen Impulse (Φ2) werden von einem Prüfsystem 28 überprüft, um zu bestimmen, ob sich das

υ 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

4(i gezählt und muß durch eine gleiche Vorwärtsdrehung gutgemacht werden, bevor irgendwelche «^-Impulse auf das Restregister 25 gegeben werden. Sobald ein Impuls Φ2 das Restregister 25 verringert hat. wird der dadurch gezeigte Wert überprüft. Wenn er größer als Null ist. sind mehr Φι-Impulse als $2-lmpulse aufgetreten, und als Ergebnis davon wird ein Signal durch ein Tor 29 sowohl zu einem Register 26 für die Steigung als auch zu einem Schieberegister 27 für die Sehnenlänge geführt; außerdem wird das Restregister 25 verringert.

Das Schieberegister 27 für die Sehnenlänge wird jedesmal betätigt, wenn es einen Impuls Φ2 erhält, der vom Prüfsystem 28 durchgelassen wurde, wie durch den Pfeil 30 angedeutet wird, und wenn das Schieberegister 27 weiterhin einen Impuls durch das Tor 29 erhält.

registriert es »1« an seinem Eingang. Wenn es keinen Impuls durch das Tor 29 erhält registriert es »0«. jedesmal, wenn der Ausgang des Schieberegisters 27 »1« registriert verringert es das Register für die Steigung um einen Impuls. Wenn der Ausgang des Schieberegisters »0« registriert, so hat das keine Auswirkung auf das Register für die Steigung. Dadurch ergibt sich folgende Wirkungsweise: Jedesmal, wenn das Schieberegister durch die Erzeugung eines Impulses Φ2 im korrekten Sinne in Betrieb gesetzt wird, ändert sich das Register für die Steigung 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 Sehnenlange hai eine Charakteristik oder einen Inhalt in der Weise, daß die Ablesung des Registers für die Steigung über die effektive Sehnenlänge genommen wird. Die Sehnenlänge muß ausreichend lang sein, um die Wirkungen von Unsteiigkeiten, d. h. unerwünschten Signalen, die den Grundsignalen überlagert werden, nus/iimitteln. Ein Drehwinkel von l°,der z. B. einem Impuls </'_> 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 Drehmonient-Drehwinkel-Kurve nicht gefolgt werden. Deshalb überlappen sich die Sehnen, wie z.B. <'i|6i und aith in Fig. 1, und Messungen von

über eine 20°-Sehne werden bei jedem Φ?-Impuls

IM KP₂

vorgenommen, d. h. bei ungefähr jedem Γ der Drehung. Wenn das Register 26 für die Steigung im normalen Betrieb ist, ergibt der angezeigte Meßwert des Registers

die Steigung

IM

für das gerade untersuchte Befestigungselement.

Signale von dem Meßgerät 26 für die Steigung werden auf den Speicher für die maximale Steigung gegeben, d. h. zu dem Block 24 und zu der Vergleichsschaltung in Block 23 (siehe F i g. 3).

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 ist. daß die Ableitungen der /W-'/'rKurve. das ist die in Fig. 5 gezeigte

-T-j- -d*2-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.

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 die momentane Steigung irgendein vorgegebener Bruchteil, z. B. 50%. der maximalen Steigung ist, erreicht worden ist.

Das obenerwähnte Meßgerät für die Steigung des Drehmomentes kann 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 versehenen 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 obenerwähnten Torsionssystem der Fall war. Damit kann z. B. der Fließpunkt von Zugproben in einer Vorrichtung für

_b5 Zugversuche oder einer Kriechprül'maschine 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 zwischen den Eingangs- und Ausgangswellcn ist auch der Einsatz einer Spiralfeder möglich. Als Alternativvorschlag kann auch das Verbindungsglied zur Übertragung des Drehmomentes ein Torsionsstab oder eine Torsionshülse sein, der bzw. die /wischen 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 Ausführungsforrn der Vorrichtung, die statt der in Fig. 2 dargestellten verwendet werden kann. Nach F i g. 2 wird die Feder 11 zusätzlich zu ihrer Verdrillung um ihre Längsachse gedreht, wenn das Befestigungselement der in F i g. 1 gezeigten Drehmoment-Drehwinkel-Kurve folgt. In einigen Anwendungsfällen kann das unerwünscht sein, tind statt dessen könnte der in F i g. 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 Ausgangswelle 34 verbunden. Wenn die Eingangswelle 32 die Ausgangswelle 34 mit 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 F i g. 2 äquivalent ist, und die Ausgangswelle 34 trägt einen Differential-Kodierer 41, der dem Kodierer 6 in F i g. 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 31 ein Drehmoment auf ähnliche Weise wie die Feder 11 in F i g. 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 Kodierern 40 und 41 gemessen und ihre Signale werden durch die logischen Vorrichtungen, die in den F i g. 3 und 4 gezeigt sind, weitergegeben und auf eine Weise verarbeitet wie sie bereits beschrieben wurde. Ein weiterer Vorteil der in F i g. 6 gezeigten Anordnung ist daß die axiale Länge

der Vonichtiing reduziert weiden 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 Alternativvorschlag kann der kndicrer 40 an dem Eingangsende des Getriebekasten angeordnet werden, wie man der Darstellung entnimmt, und dadurch wird der Einsat/ eines Kodierers von geringerem Auflösungsvermögen möglich, wodurch Kosten gespart werden.

Bei jeder Ausi'ührungslorm (d. h. F i g. 2 oder F i g. 6) der Vorrichtung können die logischen Schaltungen Schalter enthalten, die es ermöglichen, daß die Vorrichtung als normales Gerat zum Anziehen oder Schraubenschlüssel verwendet wird, bei dem das Drehmoment von dem Motor auf das Befestigungselement ohne Anzeige der Abweichung von einer linearen Drehmomcnt-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

ι während des Anziehvorgangs ein Eingangsdrehmomeiit ausgeübt wird, könnte das Gerät auch als Schlag-Schrauber benutzt werden, d. h. als Schrauber der Art, bei dem das F.ingangsdrel.moment intermittierend in Schritten aufgebracht wird; dazu muß anstelle der Feder

ίο 11 ein Verbindungsglied verwendet werden, das eine praktisch nicht nachgiebige, im wesentlichen lineare A-/-i>-Cliarakteristik hat. Das Verbindungsglied würde in einem solchen Fall in der Wirkung ein nichtrückfederndes Federelement sein, um einen Rückschlag der

is 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 17 03681 oder US-PS 36 43 501. ermittelt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung mit einem Meßgerät zum Anziehen einer Verbindung von Bauteilen, insbesondere einer Schraubverbindung, bei der die Steigung der die Belastung über der Verformung angebenden Kurve laufend ermittelt und ein Steuersignal erzeugt wird, sobald die Steigung einen bestimmten Wert erreicht hat insbesondere ein die Belastung bzw. Belastungssteigerung beim Erreichen einer der Fließgrenze oder eines anderen signifikanten Belastungswerts des Bauteils entsprechenden Steigung beendendes Steuersignal, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung während des Belastungsvorgangs im Anziehbereich der Kurve, etwa in deren geradem Teil, ermittelbar und speicherbar ist, und daß das Steuersigna! erzeugbar ist, sobald die Steigung ein vorbestimmtes Verhältnis zur gespeicherten Steigung erreicht hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Belastungsvorgangs erreichte maximale Steigung speicherbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal erzeugbar ist, sobald die Steigung im wesentlichen 50% der gespeicherten Steigung beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung als Neigung von sich überlappenden Sehnen der Kurve bestimmbar ist, deren Längen so bemessen sind, daß auf mechanische und messungsbedingte Störungen zurückzuführende Unstetigkeilen und Unregelmäßigkeiten der Kurve unterdrückt werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung beim Anziehen einer Schraubverbindung aus einer Signaifolge ermittelbar ist, die sich aus der Messung des Anziehmoments und dessen Änderung in konstanten Winkelabständen beim Eindrehen ergibt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem im Kraftübertragungsweg zwischen Eingangs- und Ausgangselementen angeordneten, verformbaren Verbindungsglied, einem ersten auf das Eingangselement ansprechenden Fühler zum Erzeugen einer ersten Reihe von der Bewegung des Eingangselements entsprechenden Signalen, einem /.weiten auf das Ausgangselement ansprechenden Fühler zum Erzeugen einer zweiten Reihe von der Bewegung des Ausgangselements entsprechenden Signalen und mit einer auf die erste und zweite Reihe von Signalen ansprechenden Vergleichereinrichtung zum Bestimmen der Differenz der Zahl der Signale in der ersten und zweiten Reihe von Signalen während einer gegebenen Zeit, gekennzeichnet durch eine auf die Vergleicheranordnung (22) ansprechende Schaltung (24) zum aufeinanderfolgenden Speichern von Informationen, die jeweils der maximalen Steigung Her Belastungs-Verformungs-Kurve entsprechen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichereinrichtung (22) eine auf ausgewählte Signale der /weiten Reihe ansprechende Steuervorrichtung (27) und eine Zählvorrichtung (26) zum Zählen der gegebenen Anzahl der /weiten Reihe von Signalen umfaßt, wobei die Steuervorrichtung (27) die Zählvorrichtung (26) in Hetrieb setzen kann, um eine Zahlung der gegebenen

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