DE3009871A1

DE3009871A1 - Einrichtung zur drehmomentkontrolle

Info

Publication number: DE3009871A1
Application number: DE19803009871
Authority: DE
Inventors: Eugene J Marcinkiewicz
Original assignee: GSE Inc
Current assignee: GSE Inc
Priority date: 1979-03-15
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1980-09-25
Also published as: US4244213A; CA1115086A; DE3009871C2

Description

PATENTANWÄLTE

SCHAUMBURG, SCHULZ-DÖRLAM & THOENES 3 Q 0 9 8 7 1

ZUSELASSENE VERTRETER VOR OCM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

GSE, Inc.

23640 Research Drive Farmington Hills, Michigan 48024, USA

KARL-HEINZ SCHAUMBURa, OlpL-Ing.

WOLPQANQ SCHULZ-DORLAM Ingtnlaur dlplOm* E.N.S.I. aranobl·

DR. DIETER THOENES, Dlpl.-Phya.

G 7007 - SBrt

Einrichtung zur Drehmomentkontrolle

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MAUERKlRCHERSTFtASSE 31 · D - 8OOO MÜNCHEN βθ-· TELEFON (Οββ) 081070 undOe7B31 Telex saaoio espat d

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Drehmomentkontrolle insbesondere an einem zuvor angezogenen Befestigungselement, bestehend aus einem Werkzeug zur Erzeugung eines Drehmoments und einer mit diesem gekoppelten Drehmoment-Meßvorrichtung.

In vielen industriellen Herstellungsprozessen ist es unerläßlich, an Befestigungselementen ein genau vorgegebenes Drehmoment zu erzeugen. Beispielsweise ist es im Kraftfahrzeugbau erforderlich, Schraubbolzen mit in einem vorgeschriebenen Toleranzbereich liegendem Drehmoment festzuziehen, um zwei Teile in der richtigen Weise miteinander zu verbinden. Hiernach wurde bisher üblicherweise in der Qualitätskontrolle ein von Hand zu bedienender Drehmomentschlüssel verwendet, mit dem das zuvor zur Einwirkung gebrachte Drehmoment durch Beobachtung der Bewegung eines Anzeigers bis kurz vor dem "Nachgeben" oder Abreißen des Befestigungselements festgestellt wurde. Spätere Verbesserungen einer solchen Prüfung sehen den Einsatz eines Drehmomentschlüssel vor, bei dem die Position des Anzeigers auf dem maximal einwirkenden Drehmoment gehalten wird.

Diese bisherigen Verfahren zur Kontrolle eines zur Einwirkung gebrachten Drehmoments arbeiten jedoch nicht sehr genau und sind deshalb nicht genau reproduzierbar. Auch unter idealen Bedingungen ist dann das festgestellte Drehmoment gleichzeitig das "Abreißmoment", durch das eine weitere Relativbewegung des Befestigungselemente hervorgerufen wird, nicht aber das zuvor erzeugte und zu kontrollierende Drehmoment. Unter realen Arbeitsbedingungen kann aber auch dieses Abreißmoment nicht genau festgestellt werden, da die Bedienungsperson nicht in der Lage ist, das zur Einwirkung gelangende Drehmoment augenblicklich zu unterbrechen, sobald eine Bewegung des Befestigungselements festgestellt wird.

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Es ist dehalb Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung anzugeben, die eine genaue Messung eines zuvor an einem drehbaren Element, insbesondere einem Befestigungselement, zur Einwirkung gebrachten Drehmoments ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der negative Einbruch im Verlauf des Drehmoments eine genauere Anzeige des zuvor zur Einwirkung gebrachten Drehmoments ermöglicht, als dies bisher der Fall war. Dieser negative Drehmomenteinbruch ist das Drehmomentminimum, das unmittelbar nach dem ersten positiven Spitzenwert oder Drehmomentabriß und vor einer weiteren Zunahme des Drehmoments bei weiterer Krafteinwirkung auftritt. Der Wandler gibt ein Ausgangssignal ab, das das zur Kontrolle erzeugte Drehmoment bis zur Bewegung des beaufschlagten Elements angibt. Der Positiv-Signalspitzenauswerter stellt das Maximum des Ausgangssignals des Wandlers fest, bevor es wieder abfällt. Der Negativ-Signalspitzenauswerter stellt das Minimum des Ausgangssignals des Wandlers fest, bevor es wieder ansteigt. Der Negativ-Signalspitzenauswerter wird bei Feststellung eines in negativer Richtung verlaufenden Signalabfalls am Wandler durch ein Schaltnetzwerk wirksam geschaltet. Die Anzeigevorrichtung dient zur visuellen Anzeige des AusgangsSignaIs des Negativ-Signalspitzenauswerters, so daß sich darauf ein Meßwert ergibt, der genauer dem zu kontrollierenden Drehmoment angenähert ist, als es mit bisherigen Verfahren möglich war.

Zur Erfindung gehört weiter eine zusätzliche Anzeige der ersten positiven Signalspitze des Wandlers, welche das

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Abreißmoment angibt, und des maximalen Moments während der gesamten Moiaenteinwirkung. Diese zusätzliche Anzeige gewährleistet, daß während der Prüfung kein zu großes Drehmoment zur Einwirkung gebracht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Einrichtung nach der Erfindung in der praktischen Anwendung,

Fig. 2A-H Signalverläufe innerhalb einer Einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Blockdiagramm der elektrischen Signalverarbeitungsschaltung innerhalb einer Einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 die schaltungstechnischen Einzelheiten des Blockdiagramms nach Fig. 3 und

Fig. 5 ein Blockdiagramm ähnlich Fig. 3 für ein weiteres Merkmal der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur überprüfung bzw. Messung eines Drehmoments dargestellt. Es handelt sich dabei um einen Schlüssel 10 mit einem Handgriff 12, an dem ein Gehäuse 14 befestigt ist. Dieses enthält eine Leuchtdiodenanzeige 16, die mit einer elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist, welche im folgenden noch näher erläutert wird. Das Gehäuse 14 enthält ferner eine Anzeigelampe 18, einen Wahlschalter 20 und einen Rück stellschalter 22. Ein Schaft 24, der sich an das Gehäuse 14 anschließt, ist an seinem freien Ende mit einem zylindrischen

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Kopf 26 versehen. Dieser Kopf 26 enthält Dehnungsmeßstreifen oder andere Wandler, mit denen ein mit dem Schlüssel erzeugtes Drehmoment festgestellt werden kann. Eine genauere Erläuterung eines derartigen Wandlers enthält beispielsweise die US-PS 4 125 016.

Bei einer typischen Anwendung dieser Einrichtung wird ein
auf ein Befestigungselement, beispielsweise einen Schraubbolzen 28, zuvor zur Einwirkung gebrachtes Drehmoment festgestellt. Der Kopf 26 des Schlüssels 10 hat an seiner Unterseite einen geeigneten Sockel zur Aufnahme des Kopfes des
Bolzens 28. Der Schlüssel 10 wird dann von der Bedienungsperson in Befestigungsrichtung gedreht, bis eine weitere
Drehbewegung des Schraubbolzens 28 festgestellt wird. Dies wird in der Industrie üblicherweise als "Abreißen" des geprüften Befestigungselements bezeichnet. Fig. 2A zeigt
einen typischen Drehmomentsignalverlauf, der bei diesem
PrüfVorgang auftreten kann. Das Drehmoment nimmt mit zunehmender Krafteinwirkung durch die Bedienungsperson zu, bis
der Punkt 30 erreicht ist, bei dem das Befestigungselement mitgenommen wird. Dieser Punkt 30 wird deshalb auch als
Abreißmoment bezeichnet. Unmittelbar nach Auftreten dieses Moments fällt der Momentwert auf ein Minimum 32 ab. Dieser Punkt wird als Drehmomentsenke bezeichnet. Es ist nicht
vollständig geklärt, warum das Drehmomentsignal trotz weiterer Krafteinwirkung mit dem Schlüssel 10 abfällt. Es ist jedoch anzunehmen, daß dieser vorübergehende Signalabfall
durch die Überwindung von Reibungskräften zwischen dem Befestigungselement und dem zu befestigenden Teil hervorgerufen wird. Nach kurzer Zeit steigt das Drehmomentsignal
wieder auf ein Maximum 34 an, bis die Bedienungsperson
keine weitere Kraft mit dem Schlüssel TO ausübt. Das Maxi mum 34 hängt natürlich davon ab, wie schnell die weitere
Kräfteinwirkung beendet wird, nachdem die Bewegung des Befestigungselements festgestellt wurde.

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Es treten also drei interessante Drehmomentwerte auf, nämlich das Abreißmoment 30, die Momentsenke 32 und das Maximum 34. Von Wichtigkeit ist dabei, daß die Drehmomentsenke 32 sich als genauere Anzeige für ein zuvor zur Einwirkung
gebrachtes Drehmoment eignet. Dieser Wert ist in Fig. 2A
bei 36 angezeigt. Es ist leicht zu erkennen, daß die bisherigen Verfahren zur Feststellung der Drehmomentwerte 30 oder 34 keine genaue Anzeige eines zuvor aufgebrachten Drehmoments ermöglichen. Einzig kann aus einer derartigen Messung abgeleitet werden, daß mindestens eine gewisse vorgeschriebene Kraft eingewirkt hat, jedoch kann damit kaum ein genaues
Drehmoment abgeleitet werden, da jeder Bedienungsperson
unterschiedliche Fehlerfaktoren zuzuschreiben sind. Im
Gegensatz dazu ermöglicht eine Einrichtung nach der Erfindung eine genaue Feststellung aller drei Drehmomentwerte.

Fig. 3 zeigt in einem Blockdiagramm die elektrische Schaltung einer Einrichtung nach der Erfindung. Ein Wandler 40, der Dehnungsmeßstreifen enthält, wird durch eine geregelte Spannungsquelle 42 gespeist, die auch die anderen erforderlichen Spannungswerte für weitere Schaltungsteile liefert. ■ Ein Stecker 44 verbindet die Spannungsquelle 42 mit dem
Stromversorgungsnetz. Der Wandler 40 kann auch andere geeignete Wandlerelemente zur Feststellung eines Drehmoments enthalten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Dehnungsmeßstreifen im Kopf 26 in Form einer Brückenschaltung miteinander verbunden, die ein Differenzsignal an einen Verstärker 46
abgibt, welches dem einwirkenden Drehmoment entspricht.

Eine Nullabgleichschaltung 48 dient zur Einstellung des
Ausgangssignals des Verstärkers 46 auf den Wert Null, wenn mit dem Schlüssel 10 kein Drehmoment erzeugt wird. Die
Nullabgleichschaltung 48 kann gleichfalls unterschiedliche

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Ausfuhrungsformen haben. Beispielsweise kann ein manuell einstellbares Potentiometer vorgesehen sein, jedoch kann auch ein halbautomatischer Nullabgleich durch Drücken eines Tastenschalters oder auch ein Nullabgleich über eine Zeitsteuerschaltung abhängig von vorherigen Bedingungen durchgeführt werden, wenn die Einrichtung beispielsweise in automatischen Herstellungsstraßen verwendet wird. Ein in geeigneter Weise verstärktes und abgeglichenes Signal des Wandlers 40 wird dann einem Potentiometer 50 zur Meßbereichseinstellung zugeführt.

Das daraus erhaltene Signal wird dann auf fünf Signalwege verteilt, die insgesamt mit einem Schaltungspunkt 52 verbunden sind. Der erste Signalweg führt zu einem Halbleiterschalter 54, der durch Signale auf einer Steuerleitung 56 gesteuert wird. Bei einer positiven Spannung oder einem Oben-Signal auf der Steuerleitung 56 wird der Halbleiterschalter 54 leitend gesteuert und schaltet die Signale des Schaltungspunktes 52 auf den Eingang eines Speichers 58 für positive Signalspitzen. Der Zweck dieses Speichers 58 besteht darin, das Abreißmoment 30 gemäß Fig. 3A zu speichern. Ein einfacher Spitzendetektor kann nicht zwischen dem Abreißmomentsignal 30 und dem Signalmaximum 34 unterscheiden. Deshalb wird ein negativer Signalverlauf des Drehmomentsignals festgestellt und der Halbleiterschalter 54 damit abgeschaltet. Ein Beispiel eines Eingangssignals für den Speicher 58 ist in Fig. 2C dargestellt, während Fig. 2B das Ausgangssignal dieses Speichers 58 zeigt.

Das Ausgangssignal des Speichers 58 wird einem Gleichpegeleinsteller 60 zugeführt. Sein Ausgangssignal spefst einen Vergleicher 62, dem als zweites Eingangssignal über die Leitung 64 das Drehmomentsignal des Schaltungspunkts 52 zugeführt wird. Wie in Fig. 2D gezeigt, erzeugt der Gleichpegeleinsteller eine Pegelverschiebung in negativer Richtung

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gegenüber dem Ausgangssignal des Speichers 58. Ohne diese Pege!verschiebung würden beide Eingangssignale des Vergleichers 64 übereinstimmen, so daß sich dadurch ein unbestimmter Ansteuerzustand ergäbe. Dieses Problem könnte zwar durch Dämpfung eines der beiden Eingangssignale des Vergleichers 64 mittels eines einfachen Spannungsteilers gelöst werden, jedoch könnte der Vergleicher 64 dann gegenüber dem Pegelwert empfindlich sein, bei dem die Steigungsumkehr des Wandlerausgangssignals erfolgt. Andererseits liefert der Gleichpegeleinsteller 60 eine konstante Verschiebung des Wandlerausgangssignals, die erforderlich ist, um Signaländerungen infolge Störungen unwirksam zu machen und doch eine Auswertung der Steigungsumkehr zum frühestmöglichen Zeitpunkt zu ermöglichen. Durch Vergleich der Fig. 2A und 2D ist zu erkennen, daß während des Anstiegs des Drehmomentsignals die Eingangssignale des Vergleichers 64 nicht übereinstimmen. Wenn dann der Abfall des Drehmomentsignals beginnt, werden die Eingangssignale des Vergleichers 64 an dem Punkt gleich, der durch die Pegelverschiebung des Gleichpegeleinstellers 60 bestimmt ist. Wenn der Vergleicher 62 die Signalkoinzidenz feststellt, gibt er ein Ausgangssignal an den Setzeingang einer bistabilen RS-Schaltung 66 ab, das den negativen Verlauf des Wandlersignals angibt. Zu Beginn der Einwirkung des Prüfdrehmoments wird die bistabile Schaltung 66 über einen Schalter 22 zurückgesetzt, wodurch ein positiver Spannungspegel auf der Steuerleitung 56 auftritt und die Wandlersignale dem Speicher zugeführt werden. Wird die bistabile Schaltung 66 jedoch gesetzt, so führt die Steuerleitung 56 einen niedrigen Pegel, wodurch der Halbleiterschalter 54 geöffnet und eine Speicherung positiver Drehmomentwerte im Speicher 58 verhindert wird. Das Ausgangssignal des Speichers 58 kann entsprechend über einen Schalter 20 auf eine Anzeigevorrichtung 16 gekoppelt werden, die den Signalverlauf dann anzeigt.

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Im Zusammenhang mit der Auswertung der Drehmomentsenke 32 ist zu berücksichtigen/ daß die Steuerleitung 68 durch die anfängliche Rückstellung der bistabilen Schaltung 70 bei Beginn des Prüfdrehmoments analog zur bistabilen Schaltung 66 einen niedrigen Pegel führte. Nachdem der Q-Ausgang der bistabilen Schaltung 66 bei Feststellung eines negativ abfallenden Wandlerausgangssignals einen geringen Potential wert angenommen hat, geschieht dies auch am Ausgang des ODER-Glieds 72. Das niedrige Ausgangssignal des ODER-Glieds 72 wird einem Halbleiterschalter 74 und über einen Inverter 78 einem Halbleiterschalter 76 zugeführt. Der Inverter 78 gibt ein Oben-Signal für den Halbleiterschalter 76 ab, wodurch dieser leitend gesteuert wird und das Wandlerausgangs signal dem Negativ-Signalspitzenspeicher 80 bei der Feststellung eines negativ abfallenden Signalverlaufs zuführt. Fig. 2F zeigt das Ausgangssignal des Inverters 78. Umgekehrt nimmt der Halbleiterschalter 74 einen nichtleitenden Zustand an. Sein Zweck besteht darin, anfangs den Eingang des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 auf einen vorbestimmten positiven Spannungspegel während der Rückstellung der Schaltung zu Beginn eines PrüfVorgangs einzustellen. Wenn die Speicheranschlüsse Y und Y¹ bei der Rücksetzung kurzgeschlossen werden, wird der Eingang des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 auf einen Spannungspegel +V über den Halbleiterschalter 74 eingestellt, der zu diesem Zeitpunkt leitend gesteuert ist. Ein Widerstand 83 und ein Kondensator 85 filtern Ausgleichsvorgänge aus, wenn der Halbleiterschalter 76 erstmals leitend gesteuert wird. Fig. 2G zeigt das Ausgangssignal des Negativ-Signalspitzenspeichers 80. Der Wert +V ist von geringerer Wichtigkeit, solange er höher als der normalerweise zu erwartende negative Spitzenpegel liegt. Wie dem Fachmann nun klar wird, bewirken die weniger positiven Wandlerausgangssignale eine sukzessive Verringerung des zuvor gespeicherten Werts derart, daß letztlich das Ausgangssignal des Speichers 80 der am

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wenigsten positive oder am stärksten negative Wert ist, der festgestellt wird, wenn der Halbleiterschalter 76 leitend gesteuert ist. Der minimale Wert des Drehmomentsignals bzw. die Drehmomentsenke wird auf diese Weise in dem Negativ-Signalspitzenspeicher 80 gespeichert und kann dann an der Anzeige 16 durch entsprechende Betätigung des Schalters 20 zur Anzeige gebracht werden.

Das Ausgangssignal des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 wird einem Eingang eines Vergleichers 82 über ein Potentiometer 84 zugeführt. Es sei bemerkt, daß in dem Speicher 80 negativ verlaufende Signalwerte gespeichert werden, und zwar bis zur Feststellung eines positiven Signalanstiegs im Vergleicher 82 auf der Leitung 86, die mit dem Wandlerausgang verbunden ist. Das Potentiometer 84 dient zur Einstellung der erforderlichen Pegelversetzung ähnlich wie der Gleichpegeleinsteller 60. Eine konstante Pegelverlagerung, die durch einen solchen Gleichpegeleinsteller erzeugt wird, könnte vorteilhaft sein. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dies ein nicht erforderlicher Aufwand wäre und daß zufriedenstellende Ergebnisse auch durch ein einfaches Potentiometer an dieser Stelle erreicht werden. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Verstärkung des Speichers 80 so eingestellt, daß seine Ausgangssignale relativ zu den Wandlerausgangssignalen auf der Leitung 86 während des negativen Signalverlaufs positiver sind. Wenn das Wandlerausgangssignal auf der Leitung 86 erneut ansteigt, werden die Signale auf den Leitungen 86 und 84 praktisch gleich, so daß ein Ausgangssignal am Vergleicher 82 abgegeben wird, durch das die bistabile Schaltung 70 gesetzt wird. Das Oben-Signal am Q-Ausgang der bistabilen Schaltung 70 aktiviert eine Anzeigelampe 18 über einen Verstärker 88, so daß eine sichtbare Anzeige darüber erfolgt, daß die Drehmomentsenke festgestellt wurde und daß die Bedienungsperson

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kein weiteres Drehmoment erzeugen muß. Das Oben-Signal der bistabilen Schaltung 70 wird ferner einem Eingang des ODER-Gliedes 72 zugeführt. Dieses gibt dann ein Oben-Signal ab, wodurch die leitenden Zustände der Halbleiterschalter 74 und 76 beseitigt werden.

Es ist natürlich praktisch unmöglich, jegliches weitere Drehmoment an dem Schlüssel 10 sofort zu unterbrechen, wenn die Anzeigelampe 18 aufleuchtet. Aus unterschiedlichsten Gründen kann schließlich ein zu großes Drehmoment auf das Befestigungselement einwirken. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die maximale positive Kraftwirkung an dem Befestigungselement während des gesamten PrüfVorganges gleichfalls festgestellt und angezeigt. Das Wandlersignal des Schaltungspunktes 52 wird hierzu einem zweiten Positiv-Signalspitzenspeicher 90 zugeführt, der gleichartig wie der Speicher 58 aufgebaut ist. Ein Halbleiterschalter 92 ist während des gesamten Prüfvorgangs leitend mit Ausnahme der Zeit, zu dem die Drehmomentsenke festgestellt wird. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes wird über die Steuerleitung 94 dem Halbleiterschalter 92 zugeführt, so daß ein Unten-Signal auf der Steuerleitung 94 eine Sperrung der Zuführung des Wandlerausgangssignals zum Speicher 90 an dem Halbleiterschalter 92 bewirkt. Es sei daran erinnert, daß die einzige Zeit, zu der das ODER-Glied 72 ein Unten-Signal abgibt, die Zeit des negativen Signalverlaufs des Wandlerausgangssignals ist. Entsprechend stellt der Speicher 90 beispielsweise das Signal 34 fest und speichert es, denn es gibt das während des gesamten Prüfvorgangs zur Einwirkung gebrachte maximale Drehmoment an. Der Verlauf des Ausgangssignals des zweiten Positiv-Signalspitzenspeichers 90 ist in Fig. 2H dargestellt. Dieses Signal wird der Anzeigevorrichtung 16 über den Schalter 20 zugeführt, durch dessen Stellung die visuelle Anzeige des Signals möglich ist.

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Es ist zu erkennen, daß das Abreißmoment 30, die Drehmomentsenke 32 und das maximale Drehmoment 34 jeweils wahlweise angezeigt werden können. Potentiometer 96, 98 und 100 sowie ein Widerstand 102 dienen zur Meßbereichseinstellung an der Anzeigevorrichtung 16 in an sich bekannter Weise.

Fig. 4 zeigt die schaltungstechnische Ausführung des in Fig. 3 gezeigten Blockschaltbildes. Die Funktionsblöcke aus Fig. 3 sind in Fig. 4 durch gestrichelte Linien angedeutet. Eine besondere Erläuterung der Schaltungsverbindung einer jeden Komponente ist nicht erforderlich, wenn eine Schaltung der in Fig. 4 gezeigten Art auf der Basis der Anordnung nach Fig. 3 aufgebaut werden soll.

Der Verstärker 46_: enthält einen Operationsverstärker IC3 mit zugeordneten Widerständen zur Verstärkungseinstellung, wie dies für sich bekannt ist. Der Ausgang des Verstärkers 46 ist mit der Nullabgleichsschaltung 48 verbunden, in der ein Potentiometer P1 das Ausgangssignal so einregelt, daß bei Ruhestellung des Drehmomentschlüssels am Ausgang der Signalwert Null erscheint. Der erste Positiv-Signalspitzenspeicher 58 enthält mehrere Einzelschaltungen IC5, Q3, Q4 und IC6, deren Funktion darin besteht, eine Ladung mit einem Kondensator C1 zu speichern, die den ersten Spitzenwert des Drehmomentsignals angibt, ohne daß der Kondensator C1 durch Signale geringerer Amplitude entladen wird. Der Gleichpegeleinsteller 60 enthält eine integrierte Schaltung IC7, deren Ausgangssignal durch die Einstellung eines Potentiometers P5 so geregelt wird, daß sich dadurch eine Pegelversetzung ergibt. Der nicht invertierende Eingang des Vergleichers 62 ist mit dem Ausgang des Gleichpegeleinstellers 60 verbunden, während der invertierende Eingang das Wandlerausgangssignal vom Schaltungspunkt 52 erhält. Wenn das Signal des Gleichpegeleinstellers 60 das Wandlersignal überschreitet, so wird die bistabile Schaltung 66

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gesetzt. Sie besteht aus zwei in Kreuzverbindung geschalteten NOR-Gliedern. Das ODER-Glied 72 besteht aus zwei Dioden D2 und D3, die die Halbleiterschalter 74 und 76 steuern, welche aus integrierten Schaltungen IC-11C und IC-11B bestehen. Der Negativ-Signalspitzenspeicher 80 enthält eine Reihenschaltung von Komponenten IC2B, Transistoren Q5 und Q6 und IC2C. Bei erstmaliger Rücksetzung der Schaltung wird der Kondensator C9 auf etwa +V geladen. Bei Empfang weniger positiver Signale wird der Kondensator C 9 entsprechend entladen. Somit hält der Kondensator C9 das minimale negative Ausgangssignal bzw. die Drehmomentsenke 32. Der invertierende Eingang des Vergleichers 82 ist mit dem Ausgang des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 über ein Potentiometer 84 verbunden. Der nicht invertierende Eingang ist mit dem Wandlersignal am Schaltungspunkt 52 verbunden. Die Verstärkung der Komponenten des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 ist auf einen hohen Wert eingestellt, so daß eine positive Pegelverschiebung gegenüber dem Wandlersignal erreicht wird. Wenn das Wandlersignal also positiver gegenüber der Negativ-Signalspitze wird, so gibt der Vergleicher 82 ein Ausgangssignal ab, das der bistabilen Schaltung 70 zugeführt wird, welche aus zwei in Kreuzverbindung geschalteten NOR-Gliedern besteht. Ein Ausgangssignal der bistabilen Schaltung 70 bringt die Diode D3 in den leitenden Zustand, wodurch über den Halbleiterschalter 92 der zweite Positiv-Signalspitzenspeicher 90 die maximale positive Signalspitze während des gesamten Prüfvorgangs feststellt. Der zweite Positiv-Signalspitzenspeicher 90 ist praktisch identisch zum ersten Speicher 58 aufgebaut. Das Ausgangssignal dieses ersten Speichers 58, des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 und des zweiten Positiv-Signalspitzenspeichers 90 wird einem Dreistufenschalter 20 über die Potentiometer 98, 100 und 96 zugeführt.

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Um die Einrichtung in Betrieb zu nehmen, wird die Stromversorgung eingeschaltet und der Rücksetz schalter 22 gedrückt, wodurch die bistabilen Schaltungen rückgesetzt werden und die Signalspitzenauswerter in ihren Ausgangszustand gelangen. Die Anzeigevorrichtung 60 wird dann auf Null gestellt und zeigt ein Nullsignal an. Dies kann auf verschiedenste Weise erfolgen, beispielsweise mit einem automatischen Nullabgleich. Der Drehmomentschlüssel wird dann auf das zu prüfende Befestigungselement gesetzt und gedreht, bis die Anzeigelampe 18 aufleuchtet. Durch geeignete Einstellung des Schalters 20 können dann das Abreißmoment 30, die Drehmomentsenke 32 und das maximale Drehmoment 34 während des gesamten Prüfvorgangs wahlweise angezeigt werden.

Die Einzelteile der Schaltung sind vorzugsweise auf gedruckten Schaltungsplatten angeodnet, die in geeigneter Weise im Gehäuse 14 montiert sind. Es können jedoch auch andere Ausführungsformen, beispielsweise die Herstellung der Gesamtschaltung in integrierter Technik, vorgesehen sein. Ähnlich können andere Anzeigevorrichtungen verwendet werden, die nicht unbedingt zusammen mit der zugehörigen Schaltung am Drehmomentschlüssel 10 untergebracht sein müssen.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Merkmal der Erfindung, das eine automatische Unterscheidung solcher Wandlerausgangssignale ermöglicht, die einerseits während des PrüfVorgangs, andererseits außerhalb des Prüfvorgangs bzw. zu dessen Vorbereitung erzeugt werden. Beispielsweise kann die Bedienungsperson beim Aufsetzen des Drehmomentschlüsse1-kopfes 26 auf einen Schraubbolzen 28 zufällig ein geringes Drehmoment ausüben, durch das eine Fehlauswertung eines Prüfvorgangs möglich ist. Um diese Möglichkeit auszuschalten, ist ein Schwellwertvergleicher 110 vorgesehen,

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der das Wandlerausgangssignal auf der Leitung 112 mit einem vorbestimmten Spannungswert vergleicht, der über eine Leitung 114 und einen Spannungsteiler aus einem Widerstand 116 und einem Potentiometer 118 von der positiven Betriebsspannung +V abgeleitet wird. Das Potentiometer 118 ist so eingestellt, daß es einen Spannungswert erzeugt, der höher als das Wandlerausgangssignal· liegt, welches außerhalb des PrüfVorgangs erzeugt werden kann. Ein einfaches Beispiel sei beispielsweise, daß ein zu prüfendes Befestigungselement mit einem Drehmoment von 13,8 mkg anzuziehen ist und daß das Wandlerausgangssignal bei diesem Drehmoment eine Spannung von etwa 10V hat. Ein Wandlerausgangssignal von mindestens 5 V würde während des Prüfvorgangs sicher auftreten, da die Bedienungsperson ein Drehmoment von mindestens 13,8 mkg erzeugen muß, um das Abreißmoment zu erreichen. Andererseits kann ein Wandlerausgangssignal von weniger als 5 V während der Prüfvorbereitung erzeugt werden. Somit sollte das Potentiometer 118 so eingestellt werden, daß auf der Leitung 114 ein Spannungswert von 5 V erscheint. Der Vergleicher 110 gibt dann ein Ausgangssignal auf der Leitung 120 nur ab, wenn das Wandlerausgangssignal auf der Leitung 112 diesen Spannungswert überschreitet.

Das Ausgangssignal des Vergleichers 110 auf der Leitung und das Ausgangssignal am Q-Ausgang der bistabilen Schaltung 66 sind auf zwei Eingänge eines UND-Glieds 122 geführt, dessen Ausgang mit der Steuerleitung 56 verbunden ist. Es sei daran erinnert, daß der Q-Ausgang ein Oben-Signal führt, wenn die Schaltung anfangs rückgesetzt wird. Die Steuer leitung 56 führt jedoch ein Unten-Signal, das den Halbleiterschalter 54 sperrt, bis ein Oben-Signal auf der Leitung 120 vom Vergleicher 110 empfangen wird.

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In

Auf diese Weise wird die gesamte übrige Schaltung ge- ■ sperrt/ bis das Wandlerausgangssignal den voreingestellten Spannungswert überschreitet, wodurch Fehlablesungen vermieden werden, die auf äußere Einflüsse zurückzuführen sind/ welche nicht zum eigentlichen PrüfVorgang gehören.

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Claims

Patentansprüche

(j 1./Einrichtung zur Drehmomentkontrolle insbesondere an einem zuvor angezogenen Befestigungselement, bestehend aus einem Werkzeug zur Erzeugung eines Drehmoments und einer mit diesem gekoppelten Drehmoment-Meßvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment-Meßvorrichtung einen Wandler (40) zur Erzeugung eines das mit dem Werkzeug (10) erzeugte Drehmoment angebenden Ausgangssignals, einen ersten Positiv-Signalspitzenauswerter (58) zur Feststellung des maximalen positiven Ausgangssignals des Wandlers (40) vor einem Signalabfall/ einen Negativ-Signalspitzenauswerter (80) zur Feststellung des minimalen negativen Ausgangssignals des Wandlers (40) vor erneutem Signalanstieg, ein mit dem Ausgang des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58) verbundenes Netzwerk (60, 62, 66) zur Ansteuerung des Negativ-Signalspitzenauswerters (80) bei Feststellung eines Abfalls des Ausgangssignals des Wandlers (40) und eine Anzeigevorrichtung (16) zur Anzeige des Ausgangssignals des Negativ-Signalspitzenauswerters (80) enthält.

Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk einen ersten Vergleicher (62) zum Vergleich des Ausgangssignals des Wandlers (40) mit dem Ausgangssignal des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58) enthält, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58) von dem Ausgangssignal des Wandlers (40) abweicht und dessen abfallenden Verlauf angibt.

Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk ferner einen Gleichpegeleinsteller (60) zwischen dem ersten Positiv-Signalspitzenauswerter (58) und·

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dem Vergleicher (62) enthält, der das Ausgangssignal des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58) gegenüber dem Ausgangssignal des Wandlers (40) im Pegel verschiebt, wobei der Vergleicher (62) ein Ausgangssignal abgibt, wenn beide ihm zugeführten Signale zusammenfallen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk ferner eine bistabile Schaltung (66) enthält, die mit dem Ausgangssignal des Vergleichers (62) angesteuert ist, daß zwischen dem Wandler (40) und dem ersten Positiv-Signalspitzenauswerter (58) eine erste Schaltervorrichtung (54) vorgesehen ist, daß zwischen dem Wandler (40) und dem Negativ-Signalspitzenauswerter (80) eine zweite Schaltervorrichtung (76) vorgesehen ist, daß beide Schaltervorrichtungen (54, 76) durch das Ausgangssignal der ersten bistabilen Schaltung (66) gesteuert sind, wobei die erste Schaltervorrichtung (54) in den nichtleitenden Zustand gesteuert wird, um weitere Ausgangssignale des Wandlers (40) gegenüber dem ersten Positiv-Signalspitzenauswerter (58) zu sperren und die zweite Schaltervorrichtung (76) leitend gesteuert wird, um den Negativ-Signalspitzenauswerter (80) bei Feststellung eines abfallenden Ausgangssignals des Wandlers (40) anzusteuern .

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Schaltervorrichtung (74) zwischen einer Bezugspotentialquelle (+V) und dem Negativ-Signalspitzenauswerter (80) vorgesehen ist, die ein Bezugspotential an den Negativ-Signalspitzenauswerter (80) abgibt und von dem.Ausgangssignal der ersten bistabilen Schaltung (66) angesteuert ist, wobei sie bei Feststellung eines abfallenden Ausgangssignals des Wandlers (40) gesperrt wird.

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6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Vergleicher (82) zum Vergleich des Ausgangssignals des Negativ-Signalspitzenauswerters (80) und des Ausgangssignals des Wandlers (40) vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal des Wandlers (40) nach einem Abfall erneut positiv ansteigt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pegeleinstellvorrichtung (84) zwischen dem Negativ-Signalspitzenauswerter (80) und dem zweiten Vergleicher (82) vorgesehen ist, die eine positive PegelverSetzung gegenüber dem abfallenden Ausgangssignal des Wandlers (40) derart erzeugt, daß der zweite Vergleicher (82) ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal des Wandlers (40) und das Ausgangssignal des Negativ-Signalspitzenauswerters (80) zusammenfallen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichet, daß eine zweite bistabile Schaltung (70) mit dem Ausgang des zweiten Vergleichers (82) verbunden ist, deren Ausgang mit der zweiten Schaltervorrichtung (76) gekoppelt ist, so daß diese gesperrt wird, wenn das Ausgangssignal des Wandlers (40) erneut positiv ansteigt.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalisierungsvorrichtung (18) mit dem Ausgang des Negativ-Signalspitzenauswerters (80) verbunden ist, die bei Feststellung einer negativen Signalspitze aktiviert wird.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Positiv-Signalspitzenauswerter (90) zur Feststellung des maximalen positiven

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Ausgangssignals des Wandlers (40) während der gesamten Drehmomentkontrolle vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Schaltervorrichtung (92) zwischen dem Wandler (40) und dem zweiten Positiv-Signalspitzenauswerter (90) vorgesehen ist und daß das Ausgangssignal des Netzwerks (60, 62, 66) der vierten Schaltervorrichtung (92) als Steuersignal zugeführt ist, um den zweiten Positiv-Signalspitzenauswerter (90) bei Feststellung eines abfallenden Ausgangssignals des Wandlers (40) zu sperren.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltervorrichtung (20) zur wahlweisen Anzeige des Ausgangssignals des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58), des Negativ-Signalspitzenauswerters (80) und des zweiten Positiv-Signalspitzenauswerters (90) vorgesehen ist.

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diskriminatorschaltung (110) zur Sperrung der Ansteuerung des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58) vor überschreiten eines vorbestimmten Wertes durch das Ausgangssignal des Wandlers

(40) vorgesehen ist, um eine Fehlauswertung von Ausgangssignalen des Wandlers (40) außerhalb des Kontrollvorgangs zu verhindern.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskriminatorschaltung eine einstellbare Spannungsquelle (116, 118) und einen Schwellwertvergleicher (110) zum Vergleich des Ausgangssignals des Wandlers (40) mit dem Ausgangssignal der Spannungsquelle (116, 118) umfaßt, wobei der Schwellwertvergleicher (110) ein

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Ausgangssignal dann abgibt, wenn das Ausgangssignal des Wandlers (40) das Ausgangssignal der einstellbaren Spannungsquelle (116, 118) überschreitet, und daß die erste Schaltervorrichtung (54) bei Ansteuerung mit dem Ausgangssignal des Schwellwertvergleichers (110) leitend steuerbar ist, um das Ausgangssignal des Wandlers (40) auf den ersten Positiv-Signalspitzenauswerter (58) zu leiten.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine logische Verknüpfung (122) vorgesehen ist, deren einer Steuereingang mit dem Ausgang des Schwellwertvergleichers (110) und deren anderer Steuereingang mit einem Ausgang des Netzwerks (60, 62, 66) verbunden ist und deren Ausgang mit der ersten Schaltervorrichtung (54) verbunden ist, so daß der Leitf ähigkeitszus'tand der ersten Schaltervorrichtung (54) einerseits vom Ausgangssignal des Schwellwertvergleichers (110), andererseits vom Ausgangssignal des Netzwerks (60, 62, 66) abhängt .

16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Positiv-Signalspitzenauswerter (58), der zweite Positiv-Signalspitzenauswerter (90) und der Negativ-Signalspitzenauswerter (80) jeweils ein Signalspitzenspeicher ist.

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