DE2600940A1 - Anzugssystem mit einem qualitaetspruefgeraet - Google Patents

Anzugssystem mit einem qualitaetspruefgeraet

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DE2600940A1
DE2600940A1 DE19762600940 DE2600940A DE2600940A1 DE 2600940 A1 DE2600940 A1 DE 2600940A1 DE 19762600940 DE19762600940 DE 19762600940 DE 2600940 A DE2600940 A DE 2600940A DE 2600940 A1 DE2600940 A1 DE 2600940A1
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DE
Germany
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tightening
fastener
signal
signals
torque
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Withdrawn
Application number
DE19762600940
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English (en)
Inventor
Stanley K Smith
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SPS Technologies LLC
Original Assignee
Standard Pressed Steel Co
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Publication date
Application filed by Standard Pressed Steel Co filed Critical Standard Pressed Steel Co
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Publication of DE2600940A1 publication Critical patent/DE2600940A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25BTOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/145Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for fluid operated wrenches or screwdrivers
    • B25B23/1456Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for fluid operated wrenches or screwdrivers having electrical components

Description

  • Anzugssystem mit einem Qualitätsprüfgerät
  • Die Erfindung betrifft ein Anzugssystem zum Anziehen eines Befestigungselementes bis zu einem vorbestimmten Zustand.
  • Mit der zunehmenden Betonung der Produkt zuverlässigkeit und Produktsicherheit wird mehr Betonung auf die Verbindungsaufbauten innerhalb der Produkte gelegt, um die-Unversehrtheit -der Aufbauten und entsprechend die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Produkte zu verbessern. Da es seit langem bekannt ist, daß für eine optimale Verbindungsunversehrtheit die zur Sicherung der Verbindungsaufbauten verwendeten Befestigungselemente bis zu einem vorbestimmten Zustand angezogen werden sollten, der anzeigt, daß die axiale Bemessungsbelastung erzeugt worden ist und auf den Verbindungsaufbau einwirkt, und da man seit langem erkannt hat, daß konventionelle Anzugssysteme, wie z.B. vom Drehmoment geregelte Systeme in Zusammenbau-Pließbandoperationen zum Anziehen von Befestigungselementen auf ihre Bemessungsbelastung relativ ungenau sind, ist besonderer Nachdruck auf Anzugs systeme gelegt worden. Demzufolge sind oder werden verschiedene verfeinerte Anzugssysteme benutzt, welche das Anziehen eines Befestigungselementes in einem Verbindungsaufbau auf vorbestimmte, genauer auf die Bemessungsbelastung bezogene Zustände regeln und daher einen relativ großen Genauigkeitsgrad im Endzustand der Verbindung schaffen.
  • Beim Anziehen gewisser Verbindungsaufbauten hat man es als wünschenswert erkannt, die Größe oder andere Zustände der entscheidenden Eingangseigenschaft, d .h. die Eingangseigenschaft des Anzugszyklus, die benutzt wird, um zu bestimmen, daß das Befestigungselement in seinen vorbestimmten Zustand angezogen worden ist, zu benutzen, um eine Anzeige des Zustandes des Befestigungselementes und der Verbindung zu schaffen. Solche Anzeigen werden benutzt, um Fließbandbedienungspersonen, Qualitätsprüfinspektoren und anderen zu signalisieren, daß das Befestigungselement und die Verbindung zu einem vorbestimmten Zustand angezogen worden sind.
  • Gewisse Systeme der oben angeführten verfeinerten Anzugssysteme beruhen jedoch nicht ausschließlich auf der Größe oder einem anderen Zustand einer besonderen Eingangseigenschaft des Anzugszyklus, sondern beruhen vielmehr auf gewissen Beziehungen, deren Verwendung nicht für eine leicht unterscheidbare und bedeutungsvolle Anzeige des Zustandes des Befestigungselementes sorgt.
  • Daher müßten zeitraubende Versuche durchgeführt werden, um den Zustand des Befestigungselementes am Ende des Anzugszyklus zu messen. Solche Versuche können jedoch ungeeignet sein für gewisse Anzugsoperationen am Zusammenbau-Pließband.
  • Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein An«.ugssystem zum Anziehen eines Befestigungselementes bis zu einem vorbestimmten Zustand zu schaffen, welches ein Meßsystem zur Qualitätsprüfung enthält, das den Zustand ae s des Befestigungselementes im vorbestimmten Zustand mißt, wobei eine leicht unterscheidbare und bedeutungsvolle Anzeige des Zustandes des Befestigungselementes am Ende eines Anzugszyklus geschaffen wird.
  • Dies wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Schraubenschlüsseleinrichtung zum Anziehen eines Befestigungselementes, eine Regelungseinrichtung, die operativ mit der Schraubenschlüsseleinrichtung verbunden ist, um die den Antrieb der Schraubenschlüsseleinrichtung in dem vorbestimmten Zustand abzuschalten, und eine Qualitätsprüfeinrichtung zum Messen des Zustandes des Befestigungselementes in dem vorbestimmten Zustand und zum Schaffen einer Anzeige dieses Zustandes.
  • Das Meßsystem zur Qualitätsprüfung weist insbesondere eine Einrichtung auf, um zu bestimmen, ob erste und zweite Anzugseigenschaften beim vorbetimmten Zustand innerhalb eines Bereiches liegen, wie es von diesen Eigenschaften beim vorbestimmten Zustand erwartet wird. Falls erwünscht, können Anzeige signale erzeugt werden, welche anzeigen, daß die Anzugseigenschaften innerhalb des Bereiches oder unterhalb der unteren Grenzen oder oberhalb der oberen Grenzen des Bereiches liegen.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Darin zeigen: Pig. 1 eine grafische Dardellung der Beziehung zwischen zwei Anzugseigenschaften, die bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung benutzt werden, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Anzugssystems gemäß der Erfindung und Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 2.
  • In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Anzugssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, welche einen Schraubenschlüssel 50 zum Anziehen eines Befestigungselementes, eine Regelungseinrichtung 51 zum Unterbrechen des Antriebs des Schraubenschlüssels, wenn das BefestigungseRement bis zu einem vorbestimmten Zustand angezogen worden ist, und eine Meßeinrichtung 53 zur Qualitätsprüfung aufweist, welche für eine Anzeige des Zustandes des Befestigungselementes im vorbestimmten Zustand sorgt.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist der Schraubenschlüssel einen pneumatischen Motor 52 auf, dessen Betrieb durch ein geeignetes Magnetventil 54 gesteuert wird und der eine Ausgangswelle 56 durch einen irehzahlreduziergetriebekasten 58 antreibt, so daß die Ausgangswelle sich nicht mit der gleichen großen Drehzahl wie der Motor dreht. Die Ausgangswelle 56 trägt ein Anpaßstück 57 zur Befestigung einer Mitnehmerbacke 59 und ist in einer geeigneten Drehlageranordnung gelagert, welche die Drehung erleichtert und Biegebeanspruchungen in der Ausgangswelle aufnimmt. Die Lageranordnung 60 kann in einem festen Rahmen 62 gelagert sein, wobei jedoch die Benutzung des Rahmens für die Durchführung der Erfindung nicht notwendig ist. An diesem Punkte soll angemerkt werden, daß der Motor 52, der als Luftmotor beschrieben wird, auch von irgendeiner anderen geeigneten Bauart sein kann, z.B. von elektrischer, hydraulischer oder irgendeiner Kombination von pneumatischer, elektrischer oder hydraulischer Bauart. Es wird darüber hinaus angemerkt, daß die soweit beschriebene Vorrichtung im wesentlichen bekannt ist und nicht weiter im einzelnen erläutert werden muß.
  • Zwischen dem Getriebekasten 58 und der Lageranordnung 60 ist eine Wandlereinrichtung in Porm eines Drehmomentelemenes 64 angeordnet, welches ein das augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment darstellendes Signal erzeugt. Das Drehmomentelement 64 weist eine erste Befestigungsplatte 66 zur Befestigung des Elementes am Getriebekasten 58 und eine zweite Befestigungsplatte 68 zur Befestigung des Elementes an der Lageranordnung 60 auf0 In axialer Richtung des Schrabenschlüssels zwischen den Befestigungsplatten 66 und 68 sind eine Mehrzahl von Strebebauteilen 70 vorgesehen, welche etwas verformbar sind, d.h. welche relativ steife Bauteile darstellen, die etwas um die Achse des Schraubenschlüssel verdreht werden können. Wenn der Schraubenschlüssel 50 in Betrieb ist, um ein Befestigungselement anzuziehen, verursacht das auf den Schraubenschlüssel wirkende Reaktionsdrehmoment eine Verdrehung der Strebebauteile 70 um die Achse des Schraubenschlüssels, wobei der Betrag der Verdrehung proportional zu dem Reaktionsdrehmoment ist, welches natürlich im wesentlichen gleich und entgegengesetzt zu dem Drehmoment ist, mit welchem das Befestigungselement beaufschlagt wird. Jedes Strebebauteil 70 trägt einen Dehnungsmesser 72, welcher Teil einer Wheatston'schen Brückenschaltung (nicht gezeigt) ist, um ein das augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment darstellendes elektrisches Signal zu erzeugen. Anstelle von Dehnungsmessern können zur Erzeugung des elektrischen Signals Berührungs- oder Abstandsverschiebungsmesser benutzt werden.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin ein Abstandsmeßkopf 74 vorgesehen, welcher im Gehäuse des Motors 52 in der Nähe und im radialen Abstand von Drehflügeln 76 im Motor, wie deutlich in Fig. 2 dargestellt ist, gelagert ist. Der Abstandsmeßkopf 74 kann in Form einer Induktionsspule ausgebildet sein, welche ein elektrisches Signal erzeugt, wenn Metall ihr magnetisches Peld passiert. Da die Flügel 76 sich drehen, wenn das Befestigungselement angezogen wird, werden durch den Abstandsmeßkopf 74 Signale erzeugt, welche feste Zunahmen der Drehung des Befestigungselementes darstellen. Die Größe dieser Zunahmen hängt von der Anzahl der Flügel 76 im Motor 52 und dem Ubersetzungsverhältnis des Getriebekastens 58 ab. Es wird angemerkt, daß der Abstandsmeßkopf 74 ebenfalls mit einem der Zahnräder im Getriebekasten 58 in ähnlicher Weise zusammenwirken könnte.
  • An dieser Still wird angemerkt, daß das Regelungssystem 51 im wesentlichen mit der Offenbarung der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung (Serial No. . . . ) übereinstimmt, die gleichzeitig im Namen von John T. Boys für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehsteifigkeit oder linearen Steifigkeit angemeldet worden ist, welche eine continuation-in-part-Anmeldung der US-Patentanmeldung Serial No. 357 920, angemeldet am 7. Mai 1973, darstellt. Es wird jedoch angemerkt, daß verschiedene andere Regelungssysteme benutzt werden können in Ubereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Das Ausgangssignal des Drehmomentelementes 64, das das augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment darstellt, wird auf einen Drehmomentverstärker 78 gegeben, welcher das Drehmomentsignal auf eine Größe verstärkt, welche mit dem Rest des Regelungssystems kompatibel ist. Vom Verstärker 78 wird das Drehmomentsignal durch eine Schieberegistereinrichtung geleitet, welche bei dieser Ausführungsform eine Reihe von Iadungsgekoppelten Vorrichtungen in Form von Abtast- und Ilalteschaltungen 80, 82, 84 und 86 aufweist. Die Schieberegistereinrichtung wird durch Signale getaktet, welche feste Winkelzunahmen der Verschiebung des Befestigungselementes darstellen. Demgemäß werden Signale vom Abstandsmeßkopf 74, welche die Form von nadelförmigen Impulsen aufweisen, zu einem Rechteckwellengenerator 88 geleitet, welcher die Signale formt und die geformten Signale durch einen Sehnenlängenteiler 90 zu einem Analogschaltmitnehmer 92 leitet, welcher aufeinanderfolgend die Abtast- und Halteschaltungen taktet. Der Sehnenlängenteiler 90 ist eine geeignete Teilerschaltung, welche die Impulse vom Rechteckwellengenerator 88 elektronisch durch 1, 2, 4, 8, 16 oder 32 teilt, so daß jeder Impuls oder jeder zweite Impulse oder jeder vierte Impuls usw. zum Takten des Schieberegisters benutzt wird.
  • Der Analogschaltmitnehmer 92, obwohl nicht notwendig, gewährleistet, daß jede Abtast- und Halteschaltung ihr gespeichertes Signal vor Aufnahme eines neuen Signales entladen hat. Demgemäß taktet der Analogschaltmitnehmer 92 aufeinanderfolgend die Abtast- und Halteschaltungen, wobei zunächst die Schaltung 86, dann die Schaltung 84, dann die Schaltung 82 und schließlich die Schaltung 80 getaktet wird. Demzufolge hat die Abtast- und Halteschaltung 86 ihr gespeichertes Signal entladen, bevor sie ein neues Signal von der Abtast- und Xalteschaltung 84 empfängt, und s eiter. Das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 86 stellt das Drehmoment dar, das einen bestimmten Drehabstand vor diesem besonderen Augenblick vorhanden war, und wird durch ein Gradientenregister oder eine Vergleicherschaltung 94 in Form eines Differenzverstärkers geleitet, welcher ebenfalls ein das augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment darstellendes Signal vom Drehmomentverstärker 78 empfängt. Die Vergl eicherschal tung 94 subtrahiert ihre Bingangssignale und erzeugt ein Ausgangssignal, das den augenblicklichen Gradienten der Drehmoment- Drehung-Kurve darstellt, welche für das besondere anzuziehende Befestigungselement entworfen werden kann. Das Gradientensignal von der Vergleicherschaltung 94 wird auf einen geeigneten Gradientensignalverstärker 96 gegeben, welcher das Signal zu einer Größe verstärkt, die mit dem Rest des Regelungssystems kompatibel ist.
  • Von dem Gradientensignalverstärker 96 wird das augenblickliche Gradientensignal zu einer Einrichtung geleitet, um den maximalen Gradienten zu bestimmen, und ebenfalls zu einer Einrichtung, um das maximale und das augenblickliche Gradientensignal zu vergleichen. Um zunächst die Einrichtung zur Bestimmung des maximalen Gradienten anzusprechen, weist diese Einrichtung einen Vergleicher des maximalen Gradienten auf, welcher Eingangssignale vom Gradientensignalverstärker 96 und von einer Abtast- und Halteschaltung 102 empfängt, welche ebenfalls Signale vom Gradientensignalverstärker 96 empfängt.
  • Wie hiernach deutlicher wird, speichert die Abtast- und Halteschaltung 102 ein Signal, das den maximalen Gradienten darstellt, welcher bis zu einem Punkt im Anzugszyklus vor dem augenblicklichen Ausgangssignal vom Gradientensignalverstärker aufgetreten ist. Der Vergleicher 100 bestimmt, ob das augenblickliche Gradientensignal vom Gradientensignalverstärker 96 oder das vorher von der Abtast- und Halteschaltung 102 gespeicherte Signal größer ist. Wenn das augenblickliche Gradientensignal größer ist, liefert der Vergleicher 100 ein Ausgangssignal zu einem UND-Glied 104, das außerdem Signale vom Analogschaltmitnehmer 92 empfängt, wenn der Schaltmitnehmer ein Taktsignal zur Abtast- und Halteschaltung 84 ausgibt. Wenn beide Signale vom UND-Glied 104 empfangen werden, liefert dieses ein Signal zur Abtast- und Halteschaltung 102, das die Abtast- und Halteschaltung in die Lage versetzt,ein neues Signal vom Gradientensignalverstärker 96 zu empfangen, das den größeren Gradienten darstellt. Wenn der augenblickliche Gradient kleiner ist, erzeugt der Vergleicher 100 kein Ausgangssignal. Dies gilt ebenfalls für das UND-Glied 104, so daß die Abtast-und Halteschaltung 102 kein neues Gradientensignal empfangen kann. Durch Verwendung des Taktsignales vom Analogschaltmitnehmer 92 zur Abtast- und Halteschaltung 84 wird eine Zeitverzögerung geschaffen, welche ermöglicht, den Vergleich durchzuführen, bevor ein Taktsignal durch das UND-Glied 104 geliefert werden kann und bevor ein neues Gradientensignal erzeugt werden kann.
  • Im Hinblick auf die Einrichtung zum Vergleichen des größten und des augenblicklichen Gradientensignals kann man erkennen, daß bei der Zuleitung des den maximalen Gradienten darstellenden Signals von der Abtast- und Halteschaltung 102 zum Vergleicher 108 auEgeteilt wird und zu einer Teilungsschaltung 106 geleitet wird, welche das Signal durch die vorgegebene Beziehung teilen kann, welche zur Bestimmung der Der3ngsgrenze, gezeigt bei X auf der Drehmoment-Drehung-Kurve in Fig. 1 für das besondere anzuziehende Befestigungselement benutzt wird. Wenn die vorliegende Beziehung 50 ist, was bevorzugt wird und in der oben angeführten US-Patentanmeldung von John T. Boys erläutert wird, halbiert die Teilungsschaltung 106 das maximale gespeicherte Gradientensignal und liefert das Signal zu einem Steuerungsvergleicher 98, so daß es mit einem augenblicklichen Gradientensignal vom Gradientensignalverstärker 96 verglichen werden kann, das ebenfalls dem Steuerungsvergleicher zugeführt wird. Wenn die Eingangssignale des Steuerungsvergleichers gleich sind, oder wenn das Gradientensignal kleiner als das geteilte maximale Gradientensignal ist, erzeugt der Steuerungsvergleicher ein Ausgangssignal, das zu einem weiteren UND-Glied 108 geliefert wird. An dieser Stelle wird angemerkt, daß das Ausgangssignal des Vergleichers 98 direkt zu einem Ventilsteuerungsverstärker 110 geliefert werden könnte, welcher das Signal auf eine geeignete Größe verstärken würde, um das Solenoid im Ventil 54 zu schließen und den Motor 52 zu stoppen. Um jedoch zu gewährleisten, daß der Vergleicher 98 nicht unabsichtlich ein Ausgangssignal im Bereich vor dem Anziehen der Drehmoment-Drehung-Kurve erzeugt, d.h. im Bereich, der vom Schnittpunkt der Achsen zum Punkt A gezeigt ist, in welchem die Befestigungselemente sich relativ frei drehen und noch nicht mit den Teilen der Verbindung in Eingriff gekommen sind, um die Spannbelastung in dieser Verbindung aufzubauen, wird das UND-Glied 108 benutzt, das ein zusätzliches Eingangssignal von einem Paßdrehmomentvergleicher 112, wie auf der in Fig. 1 gezeigten Kurve dargestellt ist, empfängt. Die augenblicklichen Drehmomentsignale werden vom Drehmomentverstärker 78 zu einem Paßdrehmomentvergleicher 112 geleitet, welcher ebenfalls ein Eingangssignal von einem voreingestellten Paßdrehmomentsignalgeber 114 empfängt, der z.B. die Form eines geeigneten Potentiometers zur Erzeugung eines vorbestimmten Eingangssignals aufweisen kann, das ein ungefähr dem Paßdrehmoment entsprechendes Drehmoment darstellt. Die Einstellung im Paßdrehmomentsignalgeber 114 braucht nicht genau dem Paßpunkt zu entsprechen und kann eine Annäherung darstellen. So würde z.B. ein Signal genügen, das ungefähr 20 des Drehmomentwertes, der an der Dehnungsgrenze erwartet wird, darstellt. Wenn das augenblickliche Drehmoment signal vom Verstärker 78 das durch den PaBdrehnomentsignalgeber 114 erzeugte Signal übersteigt, erzeugt der Vergleicher 112 ein Ausgangssignal zum UND-Glied 108, wodurch die Zuleitung des Signals vom Steuerungsvergleicher 98 zum Ventilsteuerungsverstärker 110 ermöglicht wird. Das Ausgangssignal des Ventilsteuerungsverstärkers 110 wird zua-Magnetventil 54 geleitet, wobei dieses geschlossen und der Motor 52 gestoppt wird. Daher würden irgendwelche Signale, die zufällig durch den Steuerungsvergleicher 98 in dem Bereich der Drehmoment-Drehung- Kurve vor dem Anziehen erzeugt würden, das Magnetventil 54 nicht schließen. Schließlich ist ein Rückstellschalter vorgesehen, der benutzt werden kann, um die Schaltungen zu löschen und das Werkzeug für einen neuen Anzugsvorgang für ein anderes Befestigungselement vorzubereiten.
  • Im Hinblick auf die obige Beschreibung des Schraubenschlüssels und des Regelungssystems kann man erkennen, daß ein relativ genaues Anzugssystem geschaffen worden ist, das den Schraubenschlüssel in einem vorbestimmten, genau mit der Belastung auf dem Befestigungselement, d.h. der Dehnungsgrenze des Befestigungselementes, in Beziehung stehenden Zustand unterbricht.
  • Es ist ebenfalls klar, daß die Verwendung des Stoppsignals vom Vergleicher 98 oder des Gradientensignals vom Vergleicher 96 nicht notwendigerweise eine leicht unterscheidbare und bedeutungsvolle Anzeige des Zustandes des Befestigungselementes ergeben würde. D.h. diese Signale könnten erzeugt werden, wenn sich das Befestigungselement außerhalb der seine Eigenschaften bestimmenden Vorschrift befände oder anderweitig defekt wäre. Dementsprechend ist ein Meßsystem zur Qualitätsprüfung vorgesehen, um den Zustand der Verbindung zu messen, wenn der Schraubenschlüssel unterbrochen worden ist, um eine Anzeige zu schaffen, daß das Befestigungselement mit dem mit Schraubengewinde versehenen Bauteil in Eingriff steht oder die Verbindungsbauteile nicht defekt sind und das Befestigungselement daher richtig angezogen worden ist.
  • Bevor die bevorzugte Ausführungsform eines Meßsystems zur Qualitätsprüfung beschrieben wird, wird Bezug genommen auf Fig. 1, in welcher das Arbeitsprinzip grafisch dargestellt ist.
  • Wie bereits oben erwahnt worden ist, zeigt die in Fig. 1 dargestellte Kurve die Drehmoment-Drehung-Beziehung für irgendein besonderes anzuziehendes Befestigungselement. Es ist klar, daß das Regelungssystem 51 so arbeitet, um Signale zu erzeugen, welche diese Anzugseigenschaften darstellen, um die Dehnungsgrenze des Befestigungselementes, X auf der Kurve, zu bestimmen und den Schraubenschlüssel 50 zu unterbrechen. Die Dehnungsgrenze, welche natürlich ein vorbestimmter Zustand ist, steht in sehr genauer Beziehung mit der Axialbelastung des Befestigungselementes. Das Drehmoment steht in theoretischer Beziehung zu der Axialbelastung für ähnliche, in ähnlichen Verbindungen angezogene Befestigungselemente, aber bei der tatsächlichen Benutzung der Befestigungselemente variiert diese Beziehung aufgrund der verschiedenen Reibeigenschaften, welche die Befestigungselemente und/oder andere Bauteile der Verbindung antreffen, erheblich. So kann das Drehmoment, das für die Erzeugung einer gleichen Belastung in einer Anzahl von theoretisch ähnlichen Befestigungselementen erforderlich ist, um + 30% variieren. Daher kann für eine gewünschte, in dem Befestigungselement zu erzeugende Axialbelastung ein Bereich von Drehmomentwerten bestimmt werden, innerhalb dessen das dem Befestigungselement bei der gewünschten Axialbelastung zugeführte Drehmoment normalerweise erwartet werden kann. Gemäß dieser Erfindung wird der Drehmomentbereich bestimmt und von einer oberen Grenze, Tu auf der Kurve, und einer unteren Grenze, m auf der Kurve, begrenzt. Wenn der Schraubenschlüssel 50 unterbrochen wird, wird das dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment gemessen, um festzustellen, ob es innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt.
  • In ähnlicher. Weise wird die Drehung des Befestigungselementes gemes sen, wenn der Antrieb des Schraubenschlüssels abgeschaltet wird, um zu bestimmen, ob sie ebenfalls innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, innerhalb dessen die gewünschte Axialbelastung normalerweise erwartet werden kann. Dieser Bereich ist ebenfalls jeweils durch eine obere und eine untere Grenze, durch Ru und Rl in Fig. 1 dargestellt, begrenzt. An dieser Stelle wird angemerkt, daß die Drehung eines Befestigungselementes während eines Anzugzyklus ebenfalls mit der Axialbelastung in Beziehung steht, aber daß in der Praxis die Beziehung variiert aufgrund von Fehlern bei der Bestimmung, wann der Meßvorgang der nützlichen Drehung des Befestigungselementes begonnen werden sollte, was dem Durchschnittsfachmann ohne weiteres verständlich ist.
  • Der durch Ru und Rl begrenzte Bereich sollte derart sein, daß die no m lerweise zu erwartenden Fehler in Rechnung gestellt sind.
  • Wie aus Fig. 1 hervorgeht, begrenzen die Projektionen der Grenzen e us , R1, Ru ein Rechteck oder ein "Fenster", innerhalb dessen der Punkt X auf der Kurve normalerweise erwartet werden kann. Wenn der Schraubenschlüssel 50 durch das Regelungssystem 51 innerhalb des 'ISensters" unterbrochen wird, kann angenommen werden, daß das Befestigungselement richtig bis zu seinem vorbestimmten Zustand angezogen worden ist und daß eine leicht unterscheidbare und bedeutungsvolle Anzeige geschaffen werden kann. Wenn es gewünscht wird, kann nur eine der Ansugseigenschaften gemessen werden. Aufgrund des hohen Genauigkeitsgrades, der vom Regelungssystem 51 geschaffen wird, werden jedoch bevorzugt beide solche Eigenschaften gemessen, um ein Meßsystem der Qualitätsprüfungzu schaffen, das für eine größere Genauigkeit als konventionelle Systeme sorgt. Schließlich wird angemerkt, daß andere Anzugseigenschaften benutzt werden können, z.B. die Zeit und das Drehmoment. Da jedoch das Regelungssystem 51 schon Signale erzeugt, welche die Drehzunahme des Befestigungselementes darstellen, sind insbesondere die Drehung und das Drehmoment offenbart worden.
  • Wie man aus Fig. 2 erkennt, wird ein das dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment darstellendes Signal vom Drehmomentverstärker 78 zu einem Vergleicher 118 des unteren Drehmoments und einem Vergleicher 120 des oberen Drehmomentes geleitet. Der Vergleicher 118 des unteren Drehmomentes empfängt außerdem ein Eingangssignal von einem voreingestellten Signalgeber 122, welches die untere Drehmomentgrenze l des oben erläuterten vorbestimmten Bereichs darstellt. Wie man ebenfalls erkennt, empfängt der Vergleicher 120 des oberen Drehmomentes ein Signal von einem voreingestellten Signalgeber 124, das die obere Drehmomentgrenze Du des vorbestimmten Bereiches darstellt. Wenn das augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment kleiner als die untere Drehmomentgrenze ist, erzeugt der Vergleicher 118 ein hohes Ausgangssignal, das zur Erregung einer Anzeigelampe 126 benutzt wird. Wenn das augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment größer als die obere Drehmomentgrenze ist, erzeugt der Vergleicher 120 in ähnlicher Weise ein hohes Ausgangssignal, das zur Erregung einer anderen Anzeigelampe 128 benutzt wird. Wenn irgendeine Lampe erregt wird, ist eine Anzeige geschaffen worden, daß das dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment außerhalb des normalerweise erwarteten Bereiches liegt. Wenn das dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment größer als die untere Drehmomentgrenze und kleiner als die obere Drehmomentgrenze ist, erzeugen die Vergleicher 118 und 120 niedrige Ausgangssignale, welche zu einem NOR-Glied 130 geleitet werden. Wenn beide Eingangssignale niedrig sind, erzeugt das NOR-Glied 130 ein hohes Ausgangssignal, das eine andere Anzeigelampe 132 erregt, wodurch angezeigt wird, daß das augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment innerhalb des Bereiches liegt, der durch die in den Signalgebern 122 und 124 eingestellten Grenzen bestimmt ist. Wenn irgendein Eingangssignal des NOR-Gliedes 130 hoch ist, erzeugt es ein niedriges Ausgangssignal, wodurch die Anzeigelampe 132 nicht erregt wird.
  • Signale der Drehung werden durch eine Schaltung verarbeitet, die im allgemeinen der für das Drehmoment signal benutzten Schaltung ähnlich ist, ausgenommen, daß der Abstandsmeßkopf 74 Ausgangsimpulse erzeugt, welche die Zunahmewinkel der Drehung des Befestigungselementes darstellen. Demgemäß kann ein Signal vom Rechteckwellengenerator 88 zu einem Digital-Analog-Wandler 134 geleitet werden, welcher die Zunahmen addiert und ein Ausgangssignal erzeugt, das die gesamte Winkelverschiebung des Befestigungselementes darstellt. Es wird angemerkt, daß die Drehung des Befestigungselementes in dem Bereich der Drehmoment-Drehung-Kurve vor dem Anziehen nicht gezählt werden sollte. Daher wird ein Ausgangssignal vom Paßdrehmomentvergleicher 112 als Aktivierungssignal benutzt, welches den Digital-Analog-Wandler 134 aktiviert, wenn der Verbindungsaufbau zusammengeführt worden ist, und das tatsächliche Festziehen der Verbindung beginnt. Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 134 wird zu einem konventionellen Verstärker 136 geleitet, um das Signal auf eine Größe zu bringen, welche mit dem Rest der Schaltung kompatibel ist. Ähnlich dem Drehmomentsignal wird das Drehungssignal vom Verstärker 136 zu einem Vergleicher 158 des unteren Winkels und einem Vergleicher 140 des oberen Winkels geleitet.
  • Die Vergleicher 138 und 140 empfangen jeweils Signale von voreingestellten Signalgebern 142 und 144. Der voreingestellte Signalgeber 142 erzeugt ein Signal, das die untere Drehungsgrenze Rl des oben erläuterten vorbestimmten Bereichs darstellt. Der Signalgeber 144 erzeugt ein Ausgangssignal, das die obere Drehungsgrenze Ru des vorbestimmten Bereiches darstellt.
  • Wenn das Drehungssignal kleiner als das'Signal vom Signalgeber 142 ist, wird ein hohes Ausgangssignal erzeugt, um eine Anzeigelampe 156 zu erregen. Wenn das Drehungssignal höher als das Signal vom Signalgeber 144 ist, erzeugt in ähnlicher Weise der Vergleicher 140 ein hohes Ausgangssignal, das eine Anzeigelampe 148 erregt. Wenn irgendeine Lampe erregt wird, ist eine Anzeige geschaffen worden, daß die Drehung des Befestigungselementes sich außerhalb des normalerweise erwarteten Bereiches befindet. Wenn das Drehungssignal sich innerhalb des durch die Signalgeber 142 und 144 bestimmten Bereichsbefindet, erzeugen die Vergleicher 138 und 140 niedrige Ausgangssignale, welche zu einem NOR-Glied 150 geleitet werden. Wenn beide Eingangssignale niedrig sind, erzeugt das NOR-Glied 150 ein hohes Ausgangssignal, um eine Lampe 152 zu erregen, wodurch angezeigt wird, daß die Drehung des Befestigungselementes innerhalb des erwarteten Bereiches liegt. Wenn irgendein Eingangssignal zum NOR-Glied 150 hoch ist, erzeugt dieses ein niedriges Ausgangssignal, das die Anzeigelampe 152 nicht erregt. Die Anzeigelampen können farbenkodiert sein, um die Bestimmung des Zustandes der Verbindung zu erleichtern.
  • Da der endgültige angezogene Zustand des Befestigungselementes der zu messende Zustand ist, kann ein Signal vom UKD-Glied 108, welches das Signal zur Unterbrechung des Schraubenschlüssels erzeugt, als Aktivierungssignal benutzt werden, um die NOR-Glieder 130 und 150 in ihren Betriebszustand zu schalten. Das Signal vom UND-Glied 108 könnte ebenfalls als Aktivierungssignal benutzt werden, um die Vergleicher 118, 120, 138 und 150 in ihren Betriebszustand zu schalten. Dies ist jedoch nicht so dargestellt, da es wünschenswert erscheint, daß die Anzeigelampen 128 und 148 anzeigen können, daß die unteren Grenzen erreicht worden sind, und daß die Lampen 126 und 146 der Bedienungsperson des Systems eine Anzeige geben, daß die oberen Grenzen überschritten worden sind.
  • Im letzteren Pall könnte die Bedienungsperson den Schraubschlüssel 50 vor dem Bruch des Befestigungselementes unterbrechen. Es wird angemerkt, daß selbstverständlich Ausgangssignale von den Vergleichern 120 und 140 benutzt werden könnten, um den Schraubenschlüssel 50 vor dem Bruch des Befestigungselementes automatisch zu unterbrechen. Schließlich sollte vermerkt werden, daß die Drehmoment- und Drehungssignale aufgezeichnet werden können, wenn der Schraubenschlüssel 50 unterbrochen worden ist, um eine Aufzeichnung des Zustandes der Verbindung für spätere Benutzung zu erzeugen.

Claims (11)

  1. Patentansprüche Anzugssystem zum Anziehen eines Befestigungselementes bis zu einem vorbestimmten Zustand, gekennzeichnet durch eine Schraubenschlüsseleinrichtung (so) zum Anziehen eines Befestigungselementes, eine Regelungseinrichtung (51), die operativ mit der Schraubenschlüsseleinrichtung (50) verbunden ist, um den Antrieb für die Schraubenschlüsseleinrichtung (50) in den vorbestimmten Zustand abzuschalten, und eine Qualitätsprüfeinrichtung (53) zum Messen des Zustandes des Befestigungselementes in dem vorbestimmten Zustand und zum Schaffen einer Anzeige dieses Zustandes.
  2. 2. Anzugssystem nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualitätsprüfeinrichtung (53) eine Einrichtung (132, 152) aufweist, um festzustellen, ob wenigstens eine Anzugseigenschaft des Befestigungselementes innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
  3. 3. Anzugssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualitätsprüfeinrichtung (53) eine Einrichtung (132, 152) aufweist, um festzustellen, ob zwei Anzugseigenschaften des Befestigungselementes innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen.
  4. 4. Anzugssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualitätsprüfeinrichtung (53) eine Einrichtung (122, 124; 142, 144) aufweist zxr Erzeugung von einen Bereich darstellenden Signalen, innerhalb dessen eine Ansugseigenschaft normalerweise erwartet wird, und zur Vergleichung (118; 120; 138, 140) dieser Signale mit einem die Ansugseigenschaft im vorbestimmten Zustand darstellenden Signal.
  5. 5. Anzugssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualitätsprüfeinrichtung (53) eine Einrichtung zur Erzeugung von Signalen aufweist, welche die EingangBigenschaft im vorbestimmten Zustand darstellen und kleiner als die untere Grenze dieses Bereiches sind, größer als die obere Grenze dieses Bereiches sind oder innerhalb der unteren und oberen Grenze liegen.
  6. 6. Anzugssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualitätsprüfeinrichtung (53) eine Einrichtung aufweist zur Erzeugung von einen Bereich darstellenden Signalen, innerhalb dessen eine weitere Anzugseigenschaft normalerweise erwartet wird, und zur Vergleichung dieser Signale mit einem die weitere Anzugseigenschaft in dem vorbestimmten Zustand darstellenden Signal.
  7. 7. Anzugssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualitätsprüfeinrichtung (53) eine Einrichtung aufweist zur Erzeugung von die weitere Anzugseigenschaft im vorbestimmten Zustand darstellenden Signalen, welche kleiner als die untere Grenze dieses Bereiches sind, größer als die obere Grenze dieses Bereiches sind oder innerhalb der unteren und oberen Grenze liegen.
  8. 8. Anzugssystem nach einem der Anspruche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzugseigenschaften das Drehmoment und die Drehung sind.
  9. 9. Anzugasyßtem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß -die Regelungseinrichtung (51) so arbeitet, daß die Schraubenschlüsseleinrichtung (50) an der Dehnungsgrenze des Befestigungselementes unterbrochen wird.
  10. 10. Anzugssystem zum Anziehen eines Befestigungselementes bis zu einem vorbestimmten Zustand, gekennzeichnet durch eine Schraubenschlüsseleinrichtung (so) zum Anziehen eines Befestigungselementes, eine Regelungseinrichtung (ski), die operativ mit der Schraubenschlüsseleinrichtung (so) verbunden ist, um die Schraubenschlüsseleinrichtung (50) in dem vorbestimmten Zustand zu unterbrechen, und eine Qualitätsprüfeinrichtung (53) zum Messen des Zustandes des Befestigungselementes in dem vorbestimmten Zustand, wobei die Regelungseinrichtung (51) eine Meßeinrichtung (64,70; 74, 76) zur Erzeugung von die augenblicklichen Anzugseigenschaften, denen das Befestigungselement unterworfen ist, darstellenden Signale, eine Gradientenberechnungseinrichtung (94) zur Erzeugung von den augenblicklichen Gradienten einer Kurve, die für das anzuziehende Befestigungselement gezeichnet werden kann, darstellenden Signalen, eine Speichereinrichtung (102) zur Speicherung eines den für die Kurve berechneten maximalen Gradienten darstellenden Signals und eine Vergleichseinrichtung (98) für die Feststellung, wann ein augenblickliches Gradientensignal ein vorbetimmtes Verhältnis zu dem maximalen Gradientensignal hat, und für die Erzeugung eines Steuersignals zur Unterbrechung der Schraubenschlüsseleinrichtung (50) aufweist, und wobei die Qualitätsprufeinrichtung (53) eine Einrichtung (118, 120; 138, 140) zum Vergleich der die augenblicklichen Anzugseigenschaften darstellenden Signale mit den die obere und untere Grenze eines Bereiches darstellenden Signalen, innerhalb dessen die Anzugseigenschaften normalerweise zu erwarten sind, wenn das Steuersignal erzeugt wird, aufweist, wobei die QualitätsprüSeinrichtung (130, 132; 150, 152) Signale erzeugen kann, die anzeigen, ob die Eingangseigenschaft innerhalb dieser Bereiche liegen.
  11. 11. Anzugssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzugseigenschaften das Drehmoment und die Drehung sind.
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