DE2804880A1

DE2804880A1 - Werkzeug zum ausueben eines drehmoments o.dgl.

Info

Publication number: DE2804880A1
Application number: DE19782804880
Authority: DE
Inventors: Siavash Eshghy; George D Hall; Dennis R Hammerle
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1977-02-07
Filing date: 1978-02-04
Publication date: 1978-08-10
Also published as: FR2379355B1; DE2804880C2; AR224497A1; BE863705A; GB1584485A; CA1091962A; SE7801348L; IT1092405B; AU516539B2; US4106570A; ES466724A1; FR2379355A1; AU3259078A; IT7819935A0; BR7800723A; JPS53104500A; ZA78351B

Description

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, 600 Grant Street, Pittsburgh, Pennsylvania 152 19 (V.St.A.)

Werkzeug zum Ausüben eines Drehmomentes o.dgl.

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Ausüben eines Drehmomentes o.dgl. und eine Vorrichtung zum Befestigen von mit Gewinde versehenen Befestigungsstücken o.dgl. sowie ein drehmomentanwendendes Werkzeug.

Eine typische Anordnung zum Ausüben eines Drehmomentes auf mit Gewinde versehene Befestigungsmittel oder ähnliches enthält einen Druckluftmotor und eine Zahnradübersetzung, die eine Antriebswelle bzw. einen Antrieb treibt, der typischerweise eine Steckfassung oder ein Schraubenzieher ist. In vielen Techniken oder Verfahren zum Steuern oder Fühlen des Grades, bis zu dem ein Befestigungsmittel angezogen ist, wird eine Messung des Vorschubwinkels des Be-

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Büro Bremen:

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festigungsmittels ausgeführt. Ein herkömmliches Verfahren, bei dem eine Winkelbestimmung erforderlich ist, wird als "Anzugs-Verfahren zum Mutternanziehen" bezeichnet, welches in seiner einfachsten Form ein Befestigungsmittel bis zu einem vorbestimmten unteren Drehmomentwert vorantreibt, woraufhin das Befestigungsmittel um einen zusätzlichen konstanten, vorbestimmten Winkel gedreht wird. Ein anderes typisches Befestigungsverfahren, das eine Winkelfühlung erfordert, ist in einem Artikel beschrieben, der unter dem Titel "Electronic Torque Controls Set Fasteners¹ Tension" in Assembly Engineering, September 1974, S. 42 bis 45, erschienen ist.

Obwohl typische winkelfühl- und drehmomentausübende Werkzeuge den Winkelfühler oder die Sonde zwischen der Zahnradübertragung und dem Antrieb anordnen, ist in der US-PS 3 982 419 ein Werkzeug gezeigt, das den Winkel vor dem Motor mißt.

Bei winkelfühl- und drehmomentausübenden Werkzeugen nach dem Stand der Technik treten zwei wesentliche Nachteile auf. Der erste liegt darin, daß kein Mittel zum Kompensieren der Torsionsverdrehung der Ausgangswelle bekannt ist. Wie ersichtlich werden wird, enthält der Betrag der Verdrehung oder der Torsion den Unterschied zwischen dem gefühlten Betrag der Rotation der Ausgangswelle und dem Betrag der tatsächlich auftretenden Drehung des Befestigungsmittels. Der Betrag der Torsionsverdrehung ist eine Funktion des ausgeübten Drehmomentes und der Torsionssteifigkeit der Ausgangswelle sowie des Befestigungsmittels.

Bei der Anwendung des oben erwähnten Anzugs-Verfahrens zum Mutteranziehen wird der Betrag, um den das Befestigungsmittel anzuziehen ist, nachdem ein bestimmter Drehmomentwert erreicht wurde, normalerweise empirisch bestimmt. Wenn die

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empirische Winkelbestimmung bei einer hohen Torsionssteifigkeit oder einer kurzen Ausgangswelle durchgeführt wird und das Werkzeug eine geringe Torsionssteifigkeit oder eine lange Ausgangswelle aufweist, ist wegen der empirischen Bestimmung die tatsächliche Befestigungsdrehung im Herstellungsprozeß entsprechend kurz. Daher kann bei langen Ausgangswellen, die bei vielen Spindelwerkzeugen üblich sind, der Betrag der Verdrehung in signifikanter Weise die Anklemmbelastung oder Spannung im Befestigungsmittel beeinflussen.

Die Wirkung des ausgeübten Drehmomentes ist ebenfalls signifikant, aber geringer. Unter der Annahme, daß die empirische Bestimmung des Betrags, um welchen das Befestigungsmittel nach Erreichen eines vorbestimmten Drehmomentwertes weiterzudrehen ist, bei Befestigungsmitteln mit durchschnittlicher Drehmomentrate gemacht wurde, hat das Vorhandensein von Befestigungsmitteln mit hohen oder geringen Drehmomentraten im Herstellungsprozeß eine Wirkung auf den Unterschied zwischen dem Betrag der Befestigungsdrehung, die tatsächlich auftritt, und dem Betrag der gemessenen Rotation. Beispielsweise liegt für einen Bolzen oder eine Schraube mit einem hohen Drehmoment, die gewünschtenfalls nach Erreichen des vorbestimmten Drehmomentwertes um weiterzudrehen ist, die tatsächliche Drehung des Befestigungsmittels wesentlich unter 100 , da in der Ausgangswelle ein signifikanter Betrag an Verwindung auftritt. In einem Bolzen oder einer Schraube mit geringer Drehmomentrate kann der Betrag der tatsächlichen Bolzendrehung unter ähnlichen Umständen 100 überschreiten, der der empirisch bestimmte Wert einen bestimmten Betrag an Verwindung einschließt, der größer ist, als der bei einem Bolzen oder einer Schraube mit geringer Torsionsrate ausgeübte Verwindungsgrad. Es ist daher offensichtlich, daß das Anzugs-Verfahren zum Mutteranziehen nicht unabhängig von

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der zwischen den Befestigungsteilen entwickelten Reibung ist, wie es normalerweise angenommen wird.

Das zweite Problem bei winkelfühl- und torsionsausübenden Werkzeugen liegt daran, daß die Auflösung des Sensors oder der Sonde zu wünschen übrig läßt. Es ist sofort offensichtlich, daß die Genauigkeit eines Winkelfühlers, der zwischen der Zahnradübersetzung und dem Antrieb angeordnet ist, eine Funktion der Zahl der verschiedenen Stellungen der Welle ist, die tatsächlich durch den Sensor wahrgenommen werden. Dies ergibt sich aus der folgenden Tabelle.

	TABELLE 1	Sensorge nauigkeit
Tatsächlich Stellungen	fühlbare einer Welle	60°
6		18°
20		7,2°
50		3,6°
100		1°
360

Da der Durchmesser der Welle in der Größenordnung von 12,7 bis 25,4 mm (1/2 bis 1") liegt, ist es offensichtlich, daß es sowohl eine praktische als auch eine theoretische Grenze für die Zahl der Schaftstellungen gibt, die der Winkelfühler messen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein Werkzeug bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die die Verwindung des Befestigungsmittels und die Torsionsverwindung der Antriebsverbindung zwischen Befestigungsmittel und Anordnungsstelle des Winke If ühlers kompensiert.

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Als Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Werkzeug der eingangs genannten Art vorgesehen, das gekennzeichnet ist durch Mittel zum Anwenden eines Drehmomentes auf ein Werkstück; durch Mittel zum Bestimmen der Drehung der drehmomentausübenden Mittel; Mittel zum Fühlen eines auf das Werkstück ausgeübten Drehmoments; und Kompensatormittel zum Kompensieren der bestimmten Drehung als Funktion des angewendeten Drehmomentes.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Befestigen mit Gewinde versehener Befestigungsmittel zeichnet sich aus durch Mittel zum Anwenden eines Drehmomentes auf ein Werkstück; durch Mittel zum Bestimmen der Rotation der drehmomentausübenden Mittel; Mittel zum Fühlen eines auf das Werkstück ausgeübten Drehmomentes; und Kompensatormittel zum Kompensieren der bestimmten Rotation als Funktion des angewendeten Drehmomentes.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Befestigen von mit Gewinde versehener Befestigungsmittel zeichnet sich aus durch Mittel zum Anwenden eines Drehmomentes auf die Befestigungsmittel zum drehbaren Vorschieben derselben; durch Mittel zum Bestimmen der Rotation der drehmomentausubenden Mittel; Sensormittel zum Fühlen des auf das Befestigungsmittel ausgeübten Drehmomentes; und während des Festziehens des Befestigungsmittels wirkende Mittel zum Korrigieren der Rotationsbestimmung als Funktion des ausgeübten Drehmomentes und der Drehsteifigkeit der drehmomentausübenden Mittel.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Kupplung mit einer Ausgangswelle zum lösbaren Verbinden an einem Werkstück; eine Zahnradübersetzung mit einem Ausgang, der an der Ausgangswelle angekoppelt ist, einem Eingang und einer Zähnung, die wirksam den Eingang und den Ausgang zum Antrieb des

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Ausgangs mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Eingang verbindet; einen Drehmotor mit einem Ausgang an einem ersten Ende des Motors, wobei der Ausgang wirksam mit dem Eingang der Zahnradübersetzung verbunden ist, und mit einem zweiten Motorende, das dem ersten Ende des Motors gegenüberliegt; durch einen Winkelfühler, der am zweiten Ende des Motors zum Fühlen der Winkeldrehung desselben angeordnet ist; und durch Kompensatormittel zum Kompensieren der Messung der Drehung als Funktion des ausgeübten Drehmomentes.

Erfindungsgemäß werden also die obengenannten Nachteile dadurch überwunden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zum Kompensieren der Verwindung des Befestigungsmittels und des Verwindens der Antriebsreihe zwischen der Antriebsverbindung mit dem Befestigungsmittel und der Stelle des Winkelfühlers vorsieht. Zusätzlich wird die Auflösung oder Genauigkeit des Winkelfühlers wesentlich dadurch vergrößert, daß der Winkelfühler zum Ablesen am Motor statt an der Ausgangswelle angeordnet ist. Da die Zahnradübertragung zwischen Motor und Ausgangswelle bzw. Antriebswelle typischerweise mit einem Zahnradübersetzungsverhältnis von 20 bis 40 : 1 arbeitet, ist eine Prüfeinheit, die im Stande ist, nur sechs verschiedene Stellungen des Motors festzustellen, tatsächlich fähig, 120 bis 240 Stellungen der Ausgangswelle oder der Antriebswelle festzustellen, was eine Winkelgenauigkeit von 3,0 bis 1,5 bedeutet. Unter gleichen Umständen sind bei einem Fühler, der im Stande ist, nur 12 verschiedene Motorstellungen festzustellen, zwischen 240 und 480 Stellungen der Ausgangswelle feststellbar, was einer Sensorgenauigkeit von 1,5 bis 0,75° entspricht. Entsprechend wird die Sensorauflösung wesentlich verbessert.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung,

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in der ein Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 in teilweise geschnittener Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Drehmoment-Werkzeug;

Fig. 2 den Endteil des Werkzeugs der Fig. 1 ; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Kompensators zur Korrektur von Winkelmessungen.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Drehmomentwerkzeug 10 dargestellt, das als hauptsächliche Komponenten eine Befestigungskupplung 10, einen Drehmomentwandler 14, ein Gehäuse 16, das eine Zahnradübersetzung und einen Druckluftmotor 20 enthält, einen Winkelumsetzer und eine Luftsteuereinheit aufweist.

Die Befestigungskupplung 12 enthält ein Gehäuse 26, das drehbar eine Antriebswelle 28 aufnimmt, die an ihrem freien Ende ein Verbindungsstück zur Aufnahme einer Kupplung besitzt, wie beispielsweise eine Steckhülse, einen Schraubenzieher oder andere drehmomentübertragende Verbindungen zum lösbaren Verbinden eines Antriebs mit einem Befestigungsoder Werkstück.

Die Antriebswelle 28 erstreckt sich durch den Drehmomentwandler 14, der von bekannter Art sein kann, jedoch verläßliche Drehmomentwert liefern muß. Eine geeignete Art eines Drehmomentwandlers 14 besitzt einen Spannungsmesser, der direkt an der Antriebswelle 28 mit geeigneten Übertragungseinrichtungen 30 am Gehäuse befestigt ist. Solch ein geeigneter Drehmomentwandler 14 ist beispielsweise erhältlich von der Fa. Lebow Associates, Troy, Michigan, bekannt unter der Bezeichnung "Rotary Transformer Torque Pickup Unit,

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Type 2". Eine elektrische Leitung 32 erstreckt sich vom Drehmomentwandler 14 zu geeigneten Leseeinrichtungen (nicht gezeigt) oder zum Schaltkreis der Fig. 3, der weiter unten ausführlicher erklärt wird.

Das angetriebene Ende der Antriebswelle 28 erstreckt sich durch einen Ansatz 34 und eine Zwischenwand 36 in eine Ausnehmung 38 im Gehäuse 16. Eine Kupplung 40 verbindet die Antriebswelle 28 mit einer Welle 42, die einen Teil der Zahnradübersetzung 18 enthält. Die Kupplung 40 ist in herkömmlicher Weise an einem Ende mit Keilnuten versehen, um entsprechende Keilnuten der Welle 28 aufzunehmen und besitzt eine polygonale Ausnehmung am entgegengesetzten Ende, um ein ähnlich geformtes Ende der Welle 42 aufzunehmen. Die Welle 42 ist im Gehäuse 16 durch geeignete Lager drehbar gelagert.

Die Zahnradübersetzung 18 kann von beliebiger, geeigneter Art sein und ist als Planetengetriebe mit einem Eingang dargestellt. Das Übersetzungsverhältnis, das durch die Zahnradübersetzung 18 erreicht wird, liegt wünschenswerterweise bei 10 : 1 und vorzugsweise in der Größenordnung von 20 bis 50 : 1.

Der Motor ist als Flügelmotor mit einem Ausgang 48 dargestellt, der antreibend mit dem Zahnradübersetzungs-Eingang 46 verbunden ist. Der Motorausgang 48 ist in einer Endplatte 50 des Motors 20 angeordnet, die geeignete Lager 52 zum drehbaren Befestigen des Motorausgangs 48 aufweist. Das entgegengesetzte Ende des Motors 20 hat eine Stummelwelle 54, die durch geeignete Lager 56 in der Motorendplatte 58 drehbar gelagert ist. Ein Dichtungsblock 60 erstreckt sich über das Ende der Welle 54 und ist relativ zu dieser durch einen geeigneten O-Ring 62 abgedichtet. Wie im folgenden ausführlicher dargestellt ist, sitzt der

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Dichtungsblock 60 an einem Luftdurchgang 64, der zum Motor 20 führt, wobei die Entlüftung durch einen gebogenen Schlitz 66 im Gehäuse 16 erfolgt. Wie üblich ist der Schlitz 66 durch einen luftdurchlässiges Teil 68 geschlossen.

An das Ende des Gehäuses 16 ist durch geeignete Mittel, wie Bolzen oder ähnliches, ein Gehäuse 70 angehängt, das den Winkelfühler oder Winkelumsetzer 22 und die Luftsteuereinheit 24 trägt. Obwohl der Winkelumsetzer 22 von irgendeiner geeigneten Art sein kann, ist er dargestellt als ein in der Nähe der Radiofrequenz arbeitender Typ, wie er durch die Fa. Banner Engineering Corporation, Minneapolis, Minnesota, als "Modell NIGA-2" erhältlich ist. Winkelumsetzer dieser Art besitzen eine Kodierscheibe 72, die in einer Ausnehmung 74 zwischen dem Gehäuse 70 und dem Dichtungsblock 60 angeordnet ist. Die Kodierscheibe 72 ist durch die Verwendung zusätzlicher Splinte o.dgl. am Ende der Motorwelle 54 angebracht und durch eine geeignete Verbindung 76 gehalten. Die Kodierscheibe 72 besteht aus Metall und hat auf ihrem Umfang eine Vielzahl, beispielsweise sechs, Schlitze 78 gleichen Abstandes, die mit einer Radiofrequenzsonde 80 zusammenwirken. Die Sonde 80 fühlt prinzipiell die Anwesenheit der Schlitze 78 und liefert einen gepulsten Ausgang im Ansprechen auf das Auftreten eines Schlitzes in unmittelbarer Nachbarschaft des Sondenendes. Die Sonde 80 ist im Gehäuse 70 in einem Durchgang 82 mit einem Satz Schrauben 84 angebracht, die sich senkrecht zur Sonde in das Gehäuse 70 erstrecken, um die Sonde 80 in Stellung zu halten. Eine geeignete elektrische Leitung führt aus dem Gehäuse 70 zu geeigneten Ausleseeinrichtungen, die im folgenden noch erläutert werden.

Bei einer Ausführungsform des Werkzeuges 10 beträgt das Übersetzungsverhältnis des Zahnradübersetzers 18 ungefähr 37 : 1. Bei dieser Vorrichtung beträgt die Winkelauflösung

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1,6 . Es ist offensichtlich, daß in einem optischen Winkelfühler die Zahl der fühlbaren Stellen auf der Scheibe 72 wesentlich größer sein kann, wodurch die Auflösung wesentlich erhöht wird.

Die Luftsteuereinheit 24 hat einen Einlaß 88, der sich in eine Ausnehmung 90 öffnet, die ein Kugelventil 92 enthält, das durch eine Feder 94 gegen einen Ventilsitz 96 gedrückt wird, der durch ein Abschlußteil 98 gehalten wird, das in eine Ausnehmung 100 des Gehäuses .70 eingesetzt ist. Das Abschlußteil 98 besitzt einen Längsdurchgang 102 und einen durchsetzenden Querdurchgang 104, der zu einer Luftdurchführung 106 im Gehäuse 70 führt. Die Durchführung 106 kommuniziert schließlich mit dem Durchgang 64, um Druckluft zum Flügelmotor 20 zu leiten, wenn das Kugelventil 92 unter dem Einfluß eines Stabes 108 in Abstand vom Ventilsitz 96 gehalten wird. Der Stab 108 ist der Ausgang eines Kolbenmagneten 110, der am Ende des Gehäuses 70 hängt und durch eine elektrische Leitung 112 anregbar ist.

Es ist ersichtlich, daß die Anregung des Kolbenmagneten durch elektrischen Strom, der durch die Leitung 112 führt, bewirkt, daß der Ausgang 108 des Kolbenmagneten hervortritt und dabei das Kugelventil 92 aus dem Sitz 96 ablöst. Entsprechend tritt Hochdruckluft in den Einlaß 88 und durch die Durchgänge 102, 104, 106, 64 in den Flügelmotor 20. Die Hochdruckluft dreht den Flügelmotor 20 und tritt durch das luftdurchlässige Teil 68 wieder aus. Die Drehung des Flügelmotors 20 bewirkt eine Drehung der Zahnradübersetzung 18, wodurch die Antriebswelle 28 angetrieben wird und derart ein Drehmoment auf ein Arbeitsstück oder ein Befestigungsteil ausübt.

Wie oben angedeutet, ist die Torsion oder Verwindung in in der Antriebsreihe von dem Befestigungsmittel, die nicht

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die Drehung des Befestigungsmittels bewirkt, eine Funktion des ausgeübten Drehmoments und der Torsionssteifigkeit der Antriebskette und des Befestigungsmittels. Die unberücksichtigt zu lassende WinkelverwindungrC . kann ausgedrückt werden durch:

«C_t = Λ T (1) .

ι(1· ist eine Konstante für jedes Werkzeug, die die Torsionssteifigkeit der Antriebsreihe und des Befestigungsmittels berücksichtigt, und T ist das ausgeübte Drehmoment. Ein Wert füriii kann üblicherweise unter Benutzung elementarer Mechanik oder bei schwierigeren Bedingungen empirisch bestimmt werden. Derart ist der tatsächliche Betrag der Winkeldrehung des Befestigungsmittels:

tatsächlich m t ^v '

CC ist der durch die Sonde oder den Fühler 22 gefühlte m ^

Winkel.

Im folgenden wird Bezug auf die Fig. 3 genommen. Dort ist eine technische Möglichkeit zur Kompensierung der Drehbestimmung des Winkelfühlers 22 dargestellt. Ein Kompensator 114 besitzt einen Multipliermodul 116, wie beispielsweise einen Analog-Multiplier mit vier Quadranten, wie er von der Fa. Analog Devices, Inc., Norwood, Massachusetts, als "Modell 435" erhältich ist. Der Multipliermodul 116 ist mit der Leitung 32 des Drehmomentwandlers 14 verbunden. Ein Eingang 118 zum Multiplier 116 liefert üblicherweise die Zuführung des Wertes für iU.· . Der Ausgang aus dem Multiplier 116 liefert das Produkt Jl-T, das in Übereinstimmung mit Gleichung (1) oC, ist. Der Wert für <:.£., erscheint auf einer elektrischen Leitung 120, die vom Multiplier 116 zu einem Subtraktionsmodul 122 führt. Der Subtraktionsmodul

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ist üblicherweise ein Operationsverstärker, wie er von der Fa. Analog Devices, Inc., Norwood, Massachusetts, als "Modell 741" erhältlich ist.

Die Impulssignale, die in der elektrischen Leitung 86 erscheinen, welche den Ausgang des Winkelfühlers 22 enthält, werden zu einem Zähler 124 geliefert, der die Zahl der Impulse aufsummiert. Der Zähler 124 kann natürlich von jeder geeigneten Art sein. Ein digitales Signal, das den Wert der durch den Zähler 124 aufsummierten Impulse darstellt, wird der Leitung 126 zugeführt, die mit einem Digital-Analog-Konverter oder -Wandler 128 irgendeiner geeigneten Art verbunden ist, der das digitale Signal in ein entsprechendes analoges Signal umwandelt, das einer Leitung 130 zugeführt wird, die mit dem Subtraktionsmodul 122 verbunden ist. Der Subtraktionsmodul 122 zieht tatsächlich den Wert ^t vom Gesamtwert der Impulse oder <"L ab, der auf der Leitung 130 auftritt. Der Ausgang des Subtraktionsmoduls 122 erscheint auf einer elektrischen Leitung 132 und stellt den tatsächlichen Wert oC. . .. , -, . , dar. Die

tatsachlich

Leitung 132 ist mit einer Vergleichseinheit oder einem Komparator 134 verbunden, der einen Eingang 136 besitzt, welcher ein Signal führt, das den gewünschten Drehwinkel für das Befestigungsmittel oder <X, .. ,. darstellt. Der Komparator 134 kann beispielsweise ein von der Fa. Analog Devices, Inc., Norwood, Massachusetts, als "Modell 741; erhältlicher Operationsverstärker sein. Wenn der Wert von <- tatsächlich ^{gleich dem Wert VOn} ^gewünscht ^ist' schaltet der Vergleicher 134 die Magnetspule 110 ab, was dem Kugelventil 92 erlaubt, wieder gegen den Sitz 96 zu schließen, wodurch der Rotationsvorschub der Antriebswelle 28 angehalten wird.

Es ist daher offensichtlich, daß der Kompensator 114 eine Korrektur des gefühlten Vorschubwinkels der Antriebswelle

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98 in einen korrigierten Wert, der den tatsächlichen Rotati ons vor schub des Befestigungsmittels darstellt, ausführt. Der Schaltkreis der Fig. 3 ist entsprechend verwendbar bei Anzugs-Verfahren zum Befestigen von Muttern und Drehmoment-Anzugs-Befestigungsverfahren, wie sie in dem oben erwähnten Artikel in der Zeitschrift "Assembly Engineering" dargestellt sind.

Die erfindungsgemäße Kompensatxonstechnik ist auch nützlich in Verbindung mit einer Befestigungsmethode, wie sie in der Zeitschrift "Design Engineering", (London), Januar 1975, auf den Seiten 21 bis 23 und 25, 27 sowie 29 beschrieben ist. Dieses Verfahren beruht grundlegend auf der Feststellung der Fließgrenze und dem Anhalten der Befestigungsdrehung im Ansprechen darauf. Die Fließgrenze wird festgestellt durch Vergleich von Drehmoment-Zusatzwerten über ziemlich enge Winkelabschnitte. Wenn das Verhältnis der letzten gerechneten Drehmomentrate zu einer vorherberechneten Drehmomentrate einen bestimmten Wert erreicht, wird der Schluß gezogen, daß der Fließpunkt oder die Fließgrenze erreicht wurde, und entsprechend die Befestigungsdrehung angehalten. Eine Zweipunktmessungs-Drehmomentrate zwischen zwei Punkten ist:

TR = T₉ - T₁ ,_.

m2 - m1

wobei T„ der gefühlte Drehmomentwert am zweiten Punkt,T₁ der gefühlte Wert am ersten Punkt, m2 der gemessene Winkel des Drehvorschubs am zweiten Punkt und m1 der gemessene Winkel des Drehvorschubs am ersten Punkt ist. Wenn der gefühlte Wert von m2 und m1 durch die Torsionsverbindung der Antriebswelle und des Befestigungsmittels berührt wird, ist es offensichtlich, daß der berechnete Wert von TR durch

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diese Verbindung beeinträchtigt wird. Es kann gezeigt v/erden, daß ein korrekter TR-Wert TR , lautet:

^TRKorrekt

[1 + (TR_m) 1

Gewünschtenfalls ist eine sehr gute Näherung für TR,

korrekt *

TR₁ , , = TR C 1 - (TR P (5) korrekt m m

wobei (TR ) sehr klein ist. Derart sollte bei Techniken in Übereinstimmung mit der Methode nach der Zeitschrift "Design Engineering" das zu vergleichende Verhältnis nicht das Verhältnis der gemessenen Drehmomentrate, sondern das Verhältnis der tatsächlichen oder korrigierten Drehmomentraten sein, das die Effekte von Verwindungen der Werkzeug-Antriebsreihe und des Befestigungsmittels ausschaltet.

Eine andere Befestigungsmethode, bei der die Erfindung anwendbar ist, benutzt die Befestigungsspannungsrate, d.h., das Anwachsen in der Spannung im Befestigungsmittel pro Einheit des Schraubwinkelvorschubes. Bei dieser Technik weicht der empirisch bestimmte Wert für die Spannungsrate FR von einer korrigierten Spannungsrate FR, als Funktion des angewandten Drehmoments ab. Es kann gezeigt werden, daß in sehr guter Näherung für die korrigierte oder tatsächliche Spannungsrate FR , , gilt:

^FRakt ^{= FR}m ^{ti +}

wobei TR der gemessene Wert der Drehmomentrate über im wesentlichen die gleiche Winkelspannung wie die angewandte Spannungsrate ist. Wenn der korrigierte Wert der Spannungs-

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rate FR, bei Berechnungen zur Bestimmung der tatsäch-Kor

lieh im Herstellungsbefestigungsmittel auftretenden Spannungen benutzt wird, kann die Berechnung unter Verwendung der offensichtlichen Spannungsrate FR ~ψ kompensiert werden. Eine sehr gute Näherung für die offensichtliche Spannungsrate FR_off ist:

^off ^{= FR}akt ^ri - ^(TRm^{):i (7)}·

Es ist daher offensichtlich, daß die erfindungsgemäße Technik oder die erfindungsgemäße Vorrichtung in vielen verschiedenen Befestigungsverfahren benutzt werden können, die eine genaue Bestimmung des Winkels des Drehvorschubs des Befestigungsmittels verlangen. Obwohl der dargestellte Schaltkreis der Fig. 3 im wesentlichen eine Analog-Einrichtung bildet, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß die gleiche Schaltungsoperation durch Digitalumwandlung bzw. -berechnungen durchführbar ist. Entsprechend kann die erfindungsgemäße Schaltung oder die erfindungsgemäße Vergleichtechnik zur Beobachtung von Befestigungen, im Gegensatz zum Steuern von Befestigungen, benutzt werden, indem lediglich der Wert < "HT" h ^aus ^^er leitung 132 ausgegeben wird.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln 'als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

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Claims

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R 919

Ansprüche

.fly Werkzeug zum Ausüben eines Drehmomentes o.dgl., gekennzeichnet durch Mittel (10, 12, 14, 16, 18, 20, 40, 42, 46, 48) zum Anwenden eines Drehmomentes auf ein Werkstück; durch Mittel (22, 72, 74, 78, 80) zum Bestimmen der Rotation der drehmomentausübenden Mittel (10 - 20, 40 - 48); Mittel (30, 32) zum Fühlen eines auf das Werkstück ausgeübten Drehmomentes; und Kompensatormittel (114) zum Kompensieren der bestimmten Rotation als Funktion des angewendeten Drehmomentes.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatormittel (114) Mittel (116, 122) zum Kompensieren der Rotationsbestimraung als Funktion der Torsionssteif igkeit der drehmomentausübenden Mittel (10 - 20, 40 - 48) aufweisen.
3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatormittel (114) Mittel (116, 120) zum Kompensieren der Rotationsbestimmung als Funktion der Torsionssteif igkeit der drehmomentausübenden Mittel (18, 20, 2 8) zwischen Werkstück und Fühlmittel (30, 32) aufweisen.

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4. Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatormittel· (114) Mittel· (116, 120) zum Kompensieren der Rotationsbestimmung ais Funktion der Torsionssteifigkeit des Werkstücks aufweisen.
5. Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drehmomentausübenden Mittel· (10 - 20, 40 - 48) einen Antrieb (28) zur iösbaren Verbindung mit dem Werkstück, einen Drehmotor (20) und eine Übersetzung (18) aufweisen, die den Motor (20) und den Antrieb (28) zum Drehen des Antriebs (28) mit einer Geschwindigkeit, die geringer als die Motorgeschwindigkeit und ein vorbestimmter Anteil derseiben ist, verbindet; und daß die Bestimmungsmittel· (22, 72, 74, 78, 80) Mittel· (72, 78, 80) zum Führen der Winkeidrehung des Motors (20) besitzen.
6. Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drehmomentausübenden Mittel· (10 - 20, 40 - 48) einen Antrieb (2 8) zur iösbaren Verbindung mit einem Werkstück, einen Motor (20) mit einer DrehWe^e (48) und eine Übersetzung (18) aufweisen, die die MotorWe^e (48) und den Antrieb (2 8) zu einer Drehung des Antriebs (28) verbindet, weiche langsamer al·s die Drehung der MotorWeMe (48) und ein vorbestimmter Anteil· derselben ist; und daß die Mittel (22, 73, 74, 78, 80) zum Bestimmen der Drehung Mittel (22, 78, 80) zum Füllen der Winkeidrehung der Motorwe^e (48) aufweisen.
7. Vorrichtung zum Befestigen von mit Gewinde versehenen Befestigungsstücken o.dgl·., gekennzeichnet durch Mittel· (10 - 20, 28, 40 - 48) zum Anwenden eines Drehmomentes auf die Befestigungsmittel· zum drehbaren Vorschieben derseiben; durch Mittel· (22, 72, 74, 78, 80) zum Bestimmen der Rotation der drehmomentausübenden Mittel· (10 - 20, 28, 40, 48); Sensormittel· (30- 32) zum Füllen des auf das Befestigungs-

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mittel ausgeübten Drehmomentes; und während des Festziehens des Befestigungsmittels wirkende Mittel (114) zum Korrigieren der Rotationsbestimmung als Funktion des ausgeübten Drehmomentes und der Drehsteifigkeit der drehmoment ausübenden Mittel (10 - 20, 28, 40 - 48).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel (92, 94, 96, 98, 102, 108, 110) zum Anhalten des Drehvorschubs des Befestigungsmittels in Abhängigkeit von der korrigierten Rotationsbestimraung.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel (92, 94, 96, 98, 102, 108, 110) zum Anhalten des Drehvorschubs des -Befestigungsmittels in Abhängigkeit von einer Funktion der korrigierten Rotationsbestimmung.
10. Drehmomentanwendendes Werkzeug, gekennzeichnet durch eine Kupplung (12) mit einer Ausgangswelle (28) zum lösbaren Verbinden an einem Werkstück; eine Zahnradübersetzung (18) mit einem Ausgang (42), der an der Ausgangswelle (28) angekoppelt ist, einem Eingang und einer Zähnung, die v/irksam den Eingang (46) und den Ausgang (42) zum Antrieb des Ausgangs (42) mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Eingang (46) verbindet; einen Drehmotor (20) mit einem Ausgang (48) an einem ersten Ende des Motors (20), wobei der Ausgang (48) wirksam mit dem Eingang (46) der Zahnradübersetzung (18) verbunden ist, und mit einem zweiten Motorende, das dem ersten Ende des Motors (20) gegenüberliegt; durch einen Winkelfühler (72, 78, 80), der am zweiten Ende des Motors (20) zum Fühlen der Winkeldrehung desselben angeordnet ist; und durch Kompensatormittel (114) zum Kompensieren der Messung der Drehung als Funktion des ausgeübten Drehmomentes.
11. Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

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BOEHMERT & BOEHMERT

-V

der Motor (20) an einem zweiten Ende eine Welle (54) aufweist, und daß der Winkelfühler Fühlmittel (72, 78, 80) zum Bestimmen der Winkeldrehung der Welle (54) aufweist.
12. Werkzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich net, daß die Zahnradübersetzung (18) ein Verhältnis von mindestens 10 : 1 zwischen dem übersetzungseingang (46) und dem Ausgang (42) gewährleistet.

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