DE2803675A1

DE2803675A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontrollierten festziehen von schraubverbindungselementen

Info

Publication number: DE2803675A1
Application number: DE19782803675
Authority: DE
Inventors: Walter C Vliet
Original assignee: Ingersoll Rand Co
Current assignee: Ingersoll Rand Co
Priority date: 1977-01-27
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1978-08-03
Also published as: US4104778A; IT1091986B; SE7800751L; DE2803675C2; SE440868B; FR2378609A1; IT7819711A0; GB1577401A; CA1098196A; FR2378609B1

Description

P/.TENTANV'ÄLTE

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-ING.

Ingersoll-Rand Company ir-66

Se/H 26. 1. 1978

Verfahren und Vorrichtung zum kontrollierten Festziehen von

Schraubverbindungselementen

Der ständig zunehmende Wunsch nach bestmöglicher Ausführung von Geräten hinsichtlich höchster Leistungsfähigkeit in Bezug auf Gewicht, Größe und Wirtschaftlichkeit des Materialverbrauchs hat beträchtliche Anstrengungen auf dem Gebiet des Pestziehens und Prüfens von Schraubverbindungen veranlaßt. Ein beträchtlicher Anteil früher Entwicklungsarbeit richtete, sich auf die Drehmomentsteuerung als Mittel für das Pestziehen von Schraubverbindungen. Allerdings ist die Genauigkeit dieses Verfahrens ernsthaft dadurch beschränkt, daß es empfindlich gegenüber solchen Faktoren wie Gewindezustand und anderen den Reibungskoeffizienten beeinflußenden Faktoren ist.

Um die V/irkung der Reibung geringstmöglich zu machen, wurde eine spätere Entwicklung durchgeführt, die oft als "Mutternverdreh"-Verfahren bezeichnet wird. Dieses Verfahren schrieb eine Kombination von Drehmoment und Drehung vor, wobei das Drehmoment sichern sollte, daß das Schraubverbindungselement auf seinen Sitz aufgelaufen war und die Drehung über das Gewinde der Schraube als Mikrometer dazu herangezogen wurde,

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D-707 SCHWABISCH CMÜND GEMEINSAME KONTEN: D-β MÜNCHEN 70 Telefon: (07171) 56 90 Deunche Bank München 70/37 369 (BLZ 700 700 10) Telefon: (0 89) 77 «9 H. SCHROETER Telegramme: Schroepat Schwäbisch Gmiind 02/00 535 (BLZ 413 700St) K.LEHMANN Telegramme: Schrocpw Telex: 724g 86t pagd d Posucheikonto Mündwn 1(7941-104 Lipowikyitrafie 10 Telex: 5 212 24» p»w« d

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die Dehnung des Schraubbolzens zu bestimmen. Dieses Verfahren erzielt eine beträchtliche Genauigkeit beim Festziehen von Schraubverbindungen, wenn der Zustand des SchraubVerbindungselements und des gesamten, die Verbindung darstellenden Systems einer sorgfältigen Kontrolle unterliegt. Indessen .führt der durch das Drehmoment gesteuerte Anfangspunkt oft durch Fehlstart zu Schwierigkeiten (wenn das Schraubverbindungselement oder das ganze Verbindungssystem noch nicht auf seinen Sitz aufgelaufen ist oder wenn der Zustand des Gewindes hohe Drehmomente vorkommen läßt).

Eine noch neuere Entwicklung ist das Verfahren, daß darin besteht, die Schraube bis zu ihrer erkennbaren Fließgrenze zu bringen (was ein wohldefinierter Punkt der Spannung ist) und diesen Punkt dazu zu verwenden, um zum schließlich gewünschten Spannungspunkt zu gelangen, was entweder über eine Speicherung des Festziehzyklus oder über ein "Mutternrüekdreh"-Verfahren geschieht. Während diese jüngeren Verfahren eine annehmbar genaue Schraubenspannung ergeben, haben sie einige Nachteile hinsichtlich ihrer universellen Anwendbarkeit. Bei vielen Anwendungen ist es nicht erwünscht, das Schraubverbindungselement bis zur Fließgrenze zu bringen. Die Verbindung kann möglicherweise die volle Spannung eines bis zur Fließgrenze gebrachten Schraubverbindungselements ohne Schaden nicht aushalten, so daß ein Verwerfen von Flanschen, Brechen von Dichtungen oder Versagen von Gewinden die Folge sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtung zu vermeiden und ein neues Verfahren und eine einfache Vorrichtung zum Festziehen von Schraubverbindungselementen zu schaffen, die bei universeller Anwendbarkeit, also bei Eignung auch für Schraubverbindungen, bei denen die Fließgrenze nicht erreicht werden darf, eine sichere Einhaltung der gewünschten Spannung in der Schraubverbindung sichern. Die Erfindung geht zur Lösung dieser Aufgabe von dem Gedanken aus, daß im Verlauf des Festziehens

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der Schraubverbindung ein definierter Punkt unterhalb der Fließgrenze gewählt wird, der als Ausgangspunkt für die weitere Verdrehung des Schraubverbindungselements dient. Dabei können dessen Gewindegänge als Mikrometer dienen, um das Schraubverbindungselement einer proportional bestimmten Zugbelastung zu unterwerfen.

Die Erfindung kann als Verbesserung des sogenannten "Mutternverdreh"-Verfahrens angesehen werden, bei dem der Anfangspunkt dadurch genauer bestimmt ist, daß man die Kennwerte der Verbindung benutzt.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die variablen Einflußgrößen auf den Verlauf des Pestziehvorgangs der Verbindung und des Schraubverbindungselementsj die vor Erreichen des linearen Teils der Drehmoment-/Drehungs-Kurve und dem neuartigen Anfangspunkt gemäß der Erfindung auftreten können, ausgeschaltet werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es nicht mehr norwendig ist, ein Schraubverbindungselement bis zu seiner Fließgrenze zu verdrehen, um einen wohldfinierten Punkt der Spannung im Verbindungselement zu erreichen, von dem aus gewünschte Spannungswerte im Verbindungselement zuverlässig angesteuert werden können.

Ein zusätzlicher Vorteil gemäß der Erfindung ergibt sich daraus, daß die über das Drehmoment aufzubringende Leistung bei gegebener Spannung für das Verbindungselement herabgesetzt ist, da vermieden wird, daß das Verbindungselement zum Erreichen des gewünschten Spannungspegels erst einmal über diesen hinaus gedreht werden muß.

Ein zur Ausführung der Erfindung geeignetes Gerät umfaßt im wesentlichen eine Einrichtung zum Verdrehen eines Schraubverbindungselements und zum Ausüben eines Drehmoments auf dieses, eine Einrichtung zum Messen der Verdrehung des Schraubverbindungselements,

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eine Einrichtung zum Messen des auf das Schraubverbindungselements ausgeübten Drehmoments, eine Einrichtung zur Feststellung der Änderungsgeschwindigkeit des auf das Schraubverbindungselements ausgeübten Drehmoments in Bezug auf die Änderungsgeschwindigkeit der dem Verbindungselement erteilten Drehung, eine Einrichtung zum Peststellen, wann die Änderungsgeschwindigkeit des auf das Schraubverbindungselement ausgeübten Drehmoments, bezogen auf die Verdrehung, eine Konstante wird, eine Einrichtung zur Durchführung eines vorbestimmten Betrags der Verdrehung des Schraubverbindungselements über die Drehung hinaus, die erforderlich ist, um die konstante Änderungsgeschwindigkeit zu erreichen, und eine auf das Erreichen des vorbestimmten Betrags der Verdrehung ansprechende Einrichtung zum Abschalten der Einrichtung, die dem Verbindungselement eine Drehung erteilt.

In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. 1: eine grafische Darstellung mit verschiedenen typischen Aufzeichnungen des Drehmoments über der Verdrehung für unterschiedliche Verläufe des Festziehens eines Schraubverbindungselements ,

Fig. 2: eine schematische Darstellung einer zur Durchführung der Erfindung vorteilhaft geeigneten Vorrichtung, in der die Kurvensteilheit dazu herangezogen wird, einen Anfangspunkt bei einem verbesserten "Mutternverdreh"-Verfahren zu setzen.

In Fig. 2 sind zwei Kurven dargestellt, die jeweils einen typischen Drehmomentverlauf beim Anziehen einer Schraubverbindung repräsentieren. Die Kurve 1 ist typisch für eine gut vorbereitete, harte Verbindung. In diesem Fall ist der anfängliche Drehmomentanstieg verhältnismäßig rasch und bleibt, wenn er einmal aufgetreten ist, konstant. Natürlich könnte die Kurve beträchtlich nach links verschoben sein, was davon abhängt, wie lang das Schraubverbindungselement ist und welche Drehung erforderlich

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ist, damit der Kopf des Schraubverbindungselements zu greifen beginnt. Die Kurve 2. ist typisch für eine Schraubverbindung, bei der die Verbindungsstelle selbst weicher als gemäß Kurve 1 ist und die Gewindegänge oder die Verbindungsstelle selbst einen regellosen Drehmomentverlauf während des Anfangsstadiums des Pestziehens verursacht. Der Grund ist in typischen Fällen darin zu sehen, daß die Gewindegänge schlecht oder schmutzig sind,daß sich an der Anlagefläche der Schraube Erhöhungen befinden oder daß das gesamte Verbindungssystem an manchen Stellen nachgibt.

Zum Beispiel kann eine Änderung der Geschwindigkeit daher rühren, daß sich eine weiche Dichtungsbeilage setzt, daß in der Verbindung zunächst eine Nachgiebigkeit auftritt oder daß das Gewinde nachgibt, was eine falsche lineare Steilheit erzeugt. Eines ist allerdings jeder Art solcher Festziehvorgänge gemeinsam, nämlich daß es irgend einen Punkt gibt, bei dem der Verlauf in einen verhältnismäßig linearen Abschnitt eintritt, während dessen die Spannung im Verbindungselement als proportional zur Verformung im Verbindungselement angesehen wird und die Verformung proportional der Verdrehung des Gewindes ist. Für jede der gezeigten Kurven wurden einige Punkte näher bezeichnet, die der weiteren Diskussion zugrunde gelegt werden. Der Punkt A ist derjenige Punkt, bei dem die Drehung soweit fortgeschritten ist, daß die Verbindung eine enge Berührung einnimmt. Daß bedeutet, daß jeder zufällige Abschnitt oder jedes Spiel in der Verbindung ausgeschaltet ist und eine weitere Verdrehung des Verbindungselements einen nennenswerten Anstieg des Drehmoments und des im Verbindungselement vorliegenden Spannungspegels zur Folge hat. Der Punkt B ist derjenige Punkt, bei dem das Verbindungselement in seinen Proportionalbereich der Spannung eintritt. Der Punkt C ist ein willkürlich gewählter mittlerer Prüfpunkt, der auch an mehreren Stellen angenommen werden kann, und dient" einer erfindungsgemäßen Maßnahme. Der Punkt D ist derjenige Punkt, bei dem das Drehmoment oder die Drehung des Verbindungselements die gewünschte Spannung in diesem hervorrufen. Der Punkt E ist

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das Ende des Proportionalbereichs und wird auch als Pließgrenze bezeichnet. Punkt F ist ein Punkt, bei dem bereits eine nichtelastische Verformung im Verbindungselement eingetreten ist.

Es kann festgestellt werden, daß in jedem Fall eines typischen Verlaufs des Pestziehens eines Verbindungselements die das Drehmoment über der Verdrehung darstellende Kurve eine verhältnismäßig konstante Steilheit für wenigstens einen Abschnitt des

ΔΈ

Pestziehzyklus zeigt. Das bedeutet, daß yrgr (Zuwachs des Drehmoments je Zuwachs der Verdrehung) eine Konstante K wird. Wenn ein Schraubendreher mit verhältnismäßig konstanter Geschwindigkeit verwendet wird, kann die Zeit anstelle der Verdrehung treten. Andere, der Spannung zugeordnete Parameter außer dem Drehmoment können ebenso Verwendung finden. Jedoch bedient sich das in dieser Beschreibung angenommene, bevorzugte Ausführungsbeispiel des Drehmoments als des Parameters, der der Spannung zugeordnet ist, da dieser Parameter verhältnismäßig gebräuchlich und bequem beim Pestziehen von Verbindungselementen anwendbar ist,

Wie schon oben beschrieben, gab es in der Vergangenheit einige Versuche, die Beziehung zwischen dem angewandten Drehmoment und der sich ergebenden Spannung zu verbessern. In US-PS 3 962 9I0 sind einige Prüfmethoden beschrieben, die die Zuverlässigkeit des Drehmoments als der Spannung zugeordnetem Parameter verbessert. Gemäß dem Verfahren dieser älteren Schrift wird angenommen, daß beim Auftreten gewisser vorbestimmter Pegel des Drehmoments innerhalb vorbestimmter Bereiche der Verdrehung für ein gegebenes Verbindungselement und unter der zusätzlichen Bedingung, daß ein willkürlich festgesetztes Setzmoment überschritten ist, das System zum Anziehen der Schraubverbindung zufriedenstellend arbeitet und ein annehmbarer Spannungspegel im Verbindungselement erzielt ist. Das System erfordert jedoch eine Vorbestimmüng des annehmbaren Bereichs des Drehmoments und / oder des Bereichs der Verdrehung und macht überdies

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von der Annahme Gebrauch, daß innerhalb dieser Bereiche ein annehmbarer Spannungswert erzielt wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht geeignet, einen gewünschten Spannungswert im Verhältnis zu wechselnden Reibungs- und Verbindungsbedingungen vorherzusagen, wie sie bei typischen Anwendung von Verbindern vorkommen.

US-PS 3 6^3 5ol beschreibt ein Verfahren zur Feststellung des Fließpunkt eines Verbindungselements bei dessen Drehung. Dadurch wurde ein nützlicher Bezugspunkt für die Spannung im Verbindungselement geschaffen, da die Fließgrenze des Verbindungselements auf einem wohldefinierten Pegel der Spannung in diesem liegt. Dieser Parameter wurde in einigen Systemen zum Festziehen von Verbindungselementen benutzt, und zwar sowohl als endgültiger Spannungswert als auch als Anfangspunkt zum Erreichen anderer Wert der Spannung im Verbindungselement. Wie jedoch schon oben erwähnt, hat dieses System den Nachteil, daß es die zunächst erfolgende Beanspruchung des Verbindungselements und der Verbindungsstelle bis zur Fließgrenze des Verbindungselements erforderlich macht, was in einigen Fällen nicht erwünscht oder möglich ist.

Die Erfindung geht einen hiervon abweichenden Weg zur exakten Feststellung von Spannungspegeln im Verbindungselement und kann dazu dienen, irgend einen gewünschten Wert der Spannung im Verbindungselement mit verbesserter Genauigkeit gegenüber älteren "Mutternverdreh"-Verfahren zu erzielen. Vorliegende Erfindung schlägt demgegenüber vor, daß der anfängliche Eintritt in den linearen Abschnitt der über der Verdrehung aufgetragenen Drehmomentkurve des Verbindungselements (spannungsbezogener Parameter) als Bestimmungspunkt herangezogen wird. Ein Gerät, mittels dessen die Steilheit der Drehmoment-/Drehungs-Kurve festeilbar ist, wurde in US-PS 3 962 9Io offenbart, Geräte zur Messung \on Drehmoment und Verdrehung sind im Stande der Technik wohl bekannt.

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In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm für die Schaltkreislogik des zur Veranschaulichung der Erfindung gewählten Ausführungsbeispiels dargestellt. t>as System umfaßt ein kraftbetriebenes Festziehwerkzeug 1, z. B. einen Mutterndreher. Das Festziehwerkzeug 1 ist mit einem Abschaltventil 2 versehen. Die Abtriebsseite des Festziehwerkzeugs arbeitet auf eine Welle 3, die einen Einsatz 4 zum Erfassen eines typischen Schraubverbindungselements in Drehung versetzt. Die vom Festziehwerkzeug veranlaßt^ Drehung wird von einem Winkelkodierer 5 überwacht, der die Verdrehung der Welle 3 in weiterverarbeitbare Impulssignale umsetzt. Im gezeigten, bevorzugten Beispiel ist angenommen, daß für jeden Grad der Drehung ein'Impuls erzeugt wird. Das auf die Welle 3 ausgeübte Drehmoment wird durch einen Drehmomentumsetzer 6 überwacht, der ein Analogsignal proportional dem abgegebenen Drehmoment erzeugt.

Die Impulssignale des Winkelkodierers 5 werden einem Zähler 7 zur Festlegung der Übernahmehäufigkeit zugeführt. Der Zähler 7 zählt die Impulse des Winkelkodierers 5 und erzeugt ein Ausgangsimpulssignal für jede vorbestimmte oder gesetzte Summe von Eingangsimpulsen. Typischerweise kann ein Impuls für acht Eingangsimpulse abgegeben werden, was von der festzuziehenden Verbindung abhängt.

Der Ausgang des Zählers 7 zur Festlegung der Ubernahehäufigkeit wird dazu benutzt, zwei wiederholt auftretende Auslöseimpulse zu erzeugen. Dies geschieht in der V/eise, daß ein Übernahme-Auslösekreis 8 mit einem Signalimpuls arbeitet, der etwa halb so lang wie das 8-Impuls-Intervall ist. Die vorangehende Kante des erwähnten Signalimpulses wird benutzt, um ein Auslösesignal A kurzer Dauer zu erzeugen, während die nachlaufende oder abfallen de Kante des Signalimpulses benutzt wird, um ein Auslösesignal B kurzer Dauer mittels bekannter Techniken zu erzeugen. Die Signale A und B wechseln einander mit gleichen Abständen ab und dienen als Zeitsteuersignale sowohl bei der Feststellung der Steilheit, als auch der Änderungsgeschwindigkeit der Steilheit in der dazu bestimmten, später zu beschreibenden logischen Schaltung.

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Der Ausgang des Drehmomentumsetzers 6 dient in folgender V/eise der Feststellung der Steilheit der Drehmoment-Drehungs-Kurve des Schraubverbindungselements. Das das Drehmoment repräsentierende Analogsignal wird zunächst im Verstärker 9 verstärkt. Das Auslösesignal A dient der Ansteuerung eines Übernahme-ZHalte-Kreises 10, der durch dieses Signal veranlaßt wird, den Ausgang des Analogverstärkers 9 zu übernehmen und festzuhalten. Der Übernahme-/Halte-Kreis Io gibt fortwährend ein Signal ab, das proportional dem Eingangssignal ist, bis er wieder auf den neuesten Stand gebracht wird, wenn er erneut ein Auslösesignal A empfängt. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird der Ausgang des übernahme-/Halte-Kreises Io sowohl einem Differenzverstärker 11 als auch einem Übernahme-/Halte-Kreis 12 zugeführt. Der Übernahme-/ Halte-Kreis 12 übernimmt das Signal aber nur auf Befehl eines Auslösesignals B. Der Übernahme-/Halte-Kreis 12 ist mit seinem Ausgang wiederum an einen Übernahme-/Halte-Kreis 13 angeschlossen, der das Signal jedoch wiederum nur dann übernimmt, wenn er von einem Auslösesignal A dazu veranlaßt wird. Der Ausgang des Übernahme-/Halte-Kreises 13 geht an den Differenzverstärker

V/ie für den Fachmann klar ist, entspricht der Ausgang des Übernahme-/Halte-Kreises 13 dem Drehmomentpegel zur Zeit des jeweils als vorletztes aufgetretenen Auslösesignals A, während der Ausgang des Übernahme-/Halte-Kreises Io dem Drehmomentpegel zum Zeitpunkt des jeweils als letztes aufgetretenen Auslösesignals A entspricht. Da der Signalausgang proportional zum Anstieg des Drehmoments während eines Intervals zwischen zwei A-Impulsen ist und da das Interval zwischen zwei Α-Impulsen proportional zum Verdrehwinkel ist, ist einzusehen, daß· das dem Differenzverstärker 11 zugeführte Differenzsignal der Drehmomentzuwachs je Drehungsinterval, daß heißt proportional der Steilheit der Drehmoment-Drehungs-Kurve des Verbindungselements ist.

Eine ähnliche Technik findet Verwendung, um die Änderungsgeschwindigkeit der Steilheit der Drehmoment-Drehungs-Kurve fest-

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zustellen. In diesem Pall wird der Ausgang des Differenzverstärkers 11 (Steilheit) einem Übernahme-/Halte-Kreis lh zugeführt, der das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 11 jedoch nur übernimmt, wenn er von einem Auslöseimpuls B dazu veranlaßt wird. Dies wird deshalb so gemacht, damit die Übernahme des Signals zu einem Zeitpunkt verhindert wird, in dem der Differenzverstärker 11 durch ein Auslösesignal A veranlaßt wird, auf den neuesten Stand gebracht zu werden. Der Ausgang des Ubernahme-/Halte-Kreises 14 wird einem Differenzverstärker 15 und auch einem Übernahme/Halte-Kreis 16 zugeführt, der das Signal dann übernimmt, wenn er von einem Auslösesignal A dazu veranlaßt wird. Der Ausgang des Übernahme-/Halte-Kreises 16 geht an einen Übernahme-/Halte-Kreis 17, der das Signal übernimmt, wenn das Auslösesignal B auftritt. Der Ausgang des übernahme-/Halte-Kreises 17 wird dem Differenzverstärker 15 zugeführt .

Die Wirkungsweise ist ähnlich der bereits oben beschriebenen. Die durch den Ausgang des Übernahme-/Halte-Kreises 17 wiedergegebene Steilheit ist die Steilheit während des vorletzten A-Impuls-Intervals. Der Ausgang des Differenzverstärkers 15 gibt deshalb die Änderung der Steilheit für ein Interval oder die Änderungsgeschwindigkeit der Steilheit wieder. Der Ausgang des .Verstärkers 15 wird einem Vergleicher 18 zugeführt. Das vom Verstärker 15 abgenommene Signal ist ein Analogsignal, das je nach Größe der Änderungsgeschwindigkeit der Steilheit der Drehmoment-Drehungs-Kurve zu- oder abnimmt. Im Proportionalbereich der normalen Drehmoment-Drehungs-Kurve eines Verbindungselements nähert sich dieses Signal dem Wert Null. Aus praktischen Gründen ist ein Bezugssignal-Kreis 19 vorgesehen, der einen Bezugswert für die Steilheitsänderungsgeschwindigkeit zur Verfügung stellt. Solange die Änderungsgeschwindigkeit der Steil heit unterhalb des durch das Bezugssignal gegebenen Werts liegt, geht ein Ausgangssignal vom Vergleicher 18 zu einem Und-Logikkreis

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Das Steilheits-Ausgangssignal des Differenzverstärkers 11 wird auch einem Vergleicher 21 zugeführt, der als Steilheit-Vergleicher dient. Dort wird das Signal vom Differenzverstärker 11 mit einem voreingestellten Steilheitsbezugssignal verglichen, das von einem Bezugssignal-Kreis 22, der voreinstellbar ist, zur Verfügung gestellt wird. Sobald und solange das Steilheitssignal des Differenzverstärkers 11 größer als das Steilheits-Bezugssignal des Steilheits-Bezugssignal-Kreises 22 ist, wird vom Vergleicherein Analogsignal an den Und-Logikkreis 2o abgegeben. Es ist ersichtlich, daß bei gleichseitigem Vorliegen der durch den Und-Logikkreis 2o verknüpften Bedingungen, nämlich einerseits beim Vorliegen einer Steilheitsänderungsgeschwindigkeit (Ausgang des Vergleichers 18) niedriger als das Steilheitsänderungsgeschwindigkeits-Bezugssignal vom Bezugssignal-Kreis 19 und gleichzeitigem Vorliegen eines Steilheitssignals größer als das Steilheits-Bezugssignal des Bezugssignal-Kreises 22 (Ausgang des Vergleichers 21), der Und-Logikkreis 2o ein Signal an den Zähler 23 abgibt, um diesen in Tätigkeit zu setzen. An diesem Punkt beginnt der Zähler 13, die vom Winkelkodierer 5 abgegebenen Impulse zu übernehmen und zu zählen, die proportional der Verdrehung sind. Wenn eine Zählervoreinstellung überschritten ist, wird ein Abschaltsignal an das Abschaltventil 2 abgegeben. Auf diese Weise wird eine vorbestimmte Verdrehung durchgeführt, nachdem die Steilheit der Drehmoment-Drehungs-Kurve einen konstanten und vorgewählten Minimalwert eingenommen hat. Die in Fig. 2 zu den Baueinheiten 7, 19, 22 und 23 gezeichneten Anhängsel ohne eigenes Bezugszeichen versinnbildlichen die Setzeingänge zu den betreffenden Baueinheiten, womit diese voreinstellbar sind.

Nach dieser Beschreibung des logischen Schaltkreises für das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist der Fachmann in der Lage, festzustellen, daß der Mutterndreher zunächst das Befestigungselement schnell eindrehen wird. Während dieser Zeitspanne gibt es zufällige Anhebungen des Drehmoments, bis das Verbindungselement auf seinen Sitz aufgelaufen und die Verbindungsstelle ii enge Berührung gebracht ist. An dieser Stelle beginnt sich im typischen Fall das Verbindungselement elastisch zu verformen und zwar mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit bei gegebenen

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gleichförmigen Zuwachs der angewandten Last. Dies hat die

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typische Konstanz des Werts yrj~ zur Folge, die die Drehmoment-Drehungs-Kurve zeigt (Punkt B bis Punkt E der Fig. 1). Verwendet man den Punkt B der Fig. 1, an dem die Steilheit mit einer Konstante K auftritt, als Anfangspunkt für die Verdrehung des Verbindungselements um einen weiteren vorbestimmten Betrag der Drehung ähnlich wie bei dem sogenannten "Mutternverdreh"-Verfahren, erhält man ein genaues Anziehverfahren für ein Verbindungselement, das den Vorteil eines definierten Anfangspunkts im Vergleich zu einem willkürlich gewählten Drehmoment gemäß der bekannten "Mutternverdreh"-Methode hat.

Als weiteres Prüfverfahren kann die Steilheitskonstante K mit einer vorbestimmten Konstante verglichen werden, z. B. beim Punkt C. Damit wird zusätzlich sichergestellt, daß sich das Verbindungssystem innerhalb eines vorbeschriebenen Bereichs von Variablen befindet, zu denen der Gewindezustand, die Ge¹-windereibung und die Härte einer Dichtung gehören können.

Bei Anwendung der Erfindung ist es möglich, einen gewünschten Pegel der Spannung im Verbindungselement zu erzielen, ohne daß es notwendig ist, das Verbindungselement bis zur Fließgrenze zu bringen. Mit oder ohne geeignete Systemprüfungen kann das Verbindungselement bis zu jedem gewünschten Pegel der Spannung angezogen werden. Bei Gebrauch des Geräts gemäß der Erfindung ist es für den Benutzer notwendig, die Anzahl von

Proben konstanter Steilheit festzulegen, die dem Vorhandensollen sein einer gleichbleibenden Steilheit entsprechen/.Außerdem ist entweder durch theoretische Berechnung für ein gegebenes Verbindungssystem oder aufgrund der Ergebnisse von Experimenten festzulegen, welche vorbestimmte Drehung erwünscht ist. Unter normalen Herstelltoleranzen werden die sich ergebenden Spannungspegel im Verbindungselement wesentlich· verbessert gegenüber den Spannungspegeln sein, die sich mit der früheren Art des "Mutternverdreh"-Verfahrens erzielen ließen. Auch muß das

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Verbindunselement nicht bis zur Fließgrenze gebracht werden, ^s damit ein Pegel für die Spannung festgelegt ist. überdies ist das Gerät wesentlich vereinfacht gegenüber dem, das erforderlich ist, wenn man eine Fließgrenzenbestimmung vorni.nmt. Dies gilt insbesondere, wenn man einen von der Fließgrenze abweichenden Spannungpegel einhalten möchte. Zusätzlich verringert das erfindungsgemäße System die über das Drehmoment aufzubringende Leistung und die zum Anziehen benötigte Zeit, da die Schritte wegfallen, die sonst notwendig sind, um das Verbindungselement zunächst bis zur Fließgrenze zu bringen.

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Claims

PATENTANWÄLTE HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN O Q Π ^ P 7 ^ DIPL.-PHYS. DIPL.-INC. L W U <J U / 0 Ingersoll-Rand Company ir-66 Se/H 26. 1. 1978 PATENTANSPRÜCHE

1.) Verfahren zum Festziehen eines Schraubverbindungselements, dadurch gekennzeichnet ,

daß das Schraubverbindungselement verdreht wird,

daß das auf das Schraubverbindungselement ausgeübte Drehmoment und die ihm erteilte Drehung überwacht werden, um festzustellen, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Drehmomentzuwachses, bezogen auf die Einheit der Drehung, konstant wird,

und daß das Schraubverbindungselement nach Erreichen der Konstanz der Änderungsgeschwindigkeit des auf die Einheit der Drehung bezogenen Drehmomentzuwachses um einen vorgeschriebenen Drehwinkel verdreht wird.

2. Vorrichtung zum Festziehen von Schraubverbindungselementen,

ο gekennzeichnet durch

go eine Festzieheinrichtung (1) zum Verdrehen eines Schrauben
_x Verbindungselements,

^^^ 711 τπ Μ ί^ ^* ^ ^ η

ο eine Einrichtung (5>6)/des durch die Festzieheinrichtu.ng

ep auf das Schraubverbindungselement ausgeübte Drehmoments ^w und der ihm erteilten Drehung,

D-707 SCHWÄBISCH GMÜND GEMEINSAME KONTEN: D-8 MÖNCHEN 70

Telefon: (07171) 5690 Deutid« Bjnk München 70/_37369. (BL£7S0£00 10) Telefon: (0 89) 7789 56

H. SCHROETER Telegrimme: Sdiroep« Schwübisdi Q ^J₁VId oalOOiPfei^fe-OTOtt _K_ LEHMANN Telegramme: Sdiroepat

BodugMK 49 Telex: 724116t pagdd POKidicckkonto München 167941-104 LipowskystriSe 10 Telex: 5212248 pawe d

eine Einrichtung (7> 9> 23) zur Übernahme der Messung von Drehmoment'und Drehung,

eine Einrichtung (7, 8, 9, lo, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) zum Feststellen einer auf die Einheit der Drehung bezogenen Änderungsgeschwindigkeit des Drehmoments,

eine überwachungseinrichtung (18, 19) zur Feststellung, wann die auf die Einheit der Drehung bezogene Änderungsgeschwindigkeit des Drehmoments konstant' igt, und zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit hiervon,

eine Einrichtung (2o, 21, 22, 23), um das Schraubverbindungselement auf das genannte Signal hin um einen vorbestimmten Verdrehwinkel zu verdrehen,

und eine Abschalteinrichtung (2), um auf das Erreichen des vorbestimmten Verdrehwinkels die weitere Verdrehung des Schraubverbindungselements anzuhalten.

3. Verfahren zum Festziehen eines Schraubverbindungselements, dadurch gekennzeichnet ,

daß das Schraubverbindungselement verdreht wird,

daß ein erster und ein zweiter Eingangskennwert für das Festziehen überwacht werden, die in Beziehung zum Fortschreiten des Festziehvorgangs für das Schraubverbindungselement stehen und zur Kenntlichmachung des Proportionalbereichs des Festziehvorgangs für das Schraubverbindungselement geeignet sind,

daß festgestellt wird, wann das Schraubverbindungselement in seinen Proportionalbereich gedreht ist,

und daß das Schraubverbindungselement um einen weiteren vorbestimmten, proportional bestimmten Betrag verdreht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der weitere, proportional bestimmte Betrag ein vorbestimmter Verdrehwinkel ist, der in Gang gesetzt wird, nachdem'die fort-

809831/08Ö5 OKz:iirL \ΐ:ϊ?-ζζτέο

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laufende überwachung des ersten und des zweiten Eingangskennwerts für das Pestziehen festgestellt hat, daß das Schraubverbindungselement in seinen Proportionalbereich des Pestziehens eingetreten ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingangskennwert das Drehmoment und der zweite Eingangskennwert die Verdrehung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingangskennwert das Drehmoment und der zweite Eingangskennwert die Zeit ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere, proportional bestimmte Betrag ein über die Zeit gesteuerter,zusätzlicher Verdrehwinkel ist.

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