DE3139372A1 - Verfahren zum messen des drehmoments und des drehwinkels sowie zum auswerten der messsignale beim anziehen einer schraube mittels eines hanschraubenschluessels - Google Patents

Description

• Verfahrenzun Messen des 9rehmoments und
• des Drehwinkels sowie zum Auswerten der Meßsignale beim Anziehen einer Schraube mittels eines Handschraubenschlüssels Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Drehmoments und des Drehwinkels sowie zum Auswerten der Meßsignale beim Anziehen einer Schraube mittels eines Handschraubenschlüssels, bei dem die Drehkraft am Handgriff des Schlüssels eingeleitet und über dessen Hebelarm und den sich daran anschließenden kombinierten Ratschen-und Meßkopf auf den Abtrieb übertragen wird, der unmittelbar oder mittelbar über ein Einsatzwerkzeug auf die Schraube einwirkt.
• Bei bekannten derartigen Verfahren werden die Meßsignale weiterverarbeitet, um entweder nur eine Qualitätsaussage zu erhalten oder um den Schraubvorgang im geeigneten Augenblick zu beenden. In manchen Fällen wird insbesondere eine beginnende Verformung der Schraube als Abschaltkriterium für eine optimale Ausnutzung und Belastung der Schraube benutzt Die Anwendung solcher Verfahren mit den dazu erforderlichen Vorrichtungen ist aus Kostengründen blsher vor allem auf Gro&-serienproduktionen bei mehr oder weniger automatisierten Anlagen beschränkt geblieben.
• Es ist Auf gabeder Erfindung, ein Verfahren deneingangs genannten Art einschließlIch geeigneter Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zu finden, das bzw. die einerseits von der Kostenseite her auch für Reparaturbetriebe, Handwerksbetriebe und sonstige kleinere Anwender interessant sind und andererseits auch die Möglichkeit bieten, einen vollständigen Verschraubvorgang reproduzierbar festzuhalten.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das an der Schraube angreifende Drehmoment als Durchbiegung des Hebelarms des Schraubenschlüssels und die Bewegung des kombinierten Ratschen-und Meßkopfs relativ zu seiner lagefixierten Basis als Drehwinkel in einer als Bes.tandteil des Handschraubenschlüssels ausgebildeten Registriereinheit in der Weise erfaßbar sind, daß die Augenblickswerte des Drehmoments und des Drehwinkels während des Schraubvorgangs optisch und/oder akustisch zur Anzeige gebracht werden und der vollständige Verschraubungsverlauf dokumentlerbar ist.
• Zur Durchführung des Verfahrens hat es sich dabei als besonders zweckmäßig erwiesen, die Registriereinheit an einem am Hebelarm des Handschraubenschlüssels angebrachten starren Ubertragungsglied in Form einer Brücke zu befestigen und mit einem Schreibmechanismus auszurüsten, der eine Führung für einen Schreibstift enthält, die einerseits mit den Hebelarm des Handschraubenschlüssels verbunden ist und andererseits unter der Wirkung eines Zugseils steht, das bei der Drehbewegung des Hebelarms gegen die Kraft einer an er Führung angreifenden Rückholfeder auf eine in kombinierten Ratschen-und Meßkopf unter--georachte, sich bei entsprechender Drehbelastung an der Basis des Ratschen-und Meßkopis selbsttätig;verankernde Trommel aufgewickelt wird.
• Der innerhalb der Registriereinheit befindliche Schreib stift führt demzufolge eine zweidimensionale Bewegung aus, die einerseits proportional zum aufgebrachten Drehmoment und andererseits proportional zum Drehwinkel ist.
• Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung, die eine beispielsweise Ausführung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch veranschaulicht, erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Handschraubenschlüssels, Fig. 2 eine Ansicht des Schraubenschlüssels gemäß Fig.1 von oben, Fig 3 einen Längsschnitt durch den kombinierten Ratschen- und Meßkopf des Schraubenschlüssels, Fig. 4 eine Ansicht längs des Schnittes A-A durch Fig.3, Fig. 5 eine Ansicht entlang des Schnittes B-B durch Fig 3 9 Fig. 6 eine Ansicht des Schraubenschlüssels gemäß Fig.1 von oben, jedoch bei ausgelenktem Hebelarm, Fig. 7 eine Ansicht längs des Schnittes durch Figo6 Fig 8 den prinzipiellen Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit vom Drehwinkel bei einen Verschraubvorgang, Fig. 9 die Prinzipdarstellung eines mit das maximale Drehmoment und den maximalen Drehwinkel definierenden Kontaktstreif en versehenen Auf zeichnungsträgers in elektrischer Zuordnung zum Schreib stift und Signalgebern einschließlich der Speisespannungsquelle.
• Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, besteht der Handschraubenschlüssel nach der Erfindung aus einem mit einem Handgriff 1 versehenen Hebelarm 2, einem sich daran anschließenden kombinierten Ratschen--und MeR-kopf 3, welcher eine mittels einer Gabel 4 und eines Haftmagneten 5 festgehaltene Basis 6 aufweist und eine Abtriebswelle 7 enthält, die über ein Einsatzwerkzeug 8 auf die Schraube 9 einwirkt.
• Am Hebelarm 2 ist ein tbertragungsglied in Form einer starren Brücke 9 angebracht, an der eine Registriereinheit 10 befestigt ist. Die Registriereinheit enthält, wie aus den Figuren 3, 6 und 7 ersichtlich ist, einen Schreibmechanismus, der im wesentlichen aus einem in einer Führung 11 gehalterten Schreibstift 12 und einem diesem zugeordneten, an einem ausschwenkbaren Träger 13 befestlgbaren Aufzeichnungsträger 14 beispielsweise in Form eines Wachs- oder Kohlepapiers besteht. Die Registriereinheit ist des weiteren mit CodiZerstiften 15 ausgestattet, die den Aufzeichnungsträger 14 beispielsweise mit Perforationen versehen. Diese Perforationen können u.a. auch als Codierung für den Meßbereich des jeweils verwendeten Werkzeugs benutzt werden, um eine eindeutige Zuordnung zu gewährleisten.
• Die Führung 11 des Schreibstifts 12 ist, wie Fi.7 zeigt, fest mit dem Hebelarm 2 des Handschraubenschlüsstels verbunden und steht, wie aus Fig.3 hervorgeht, unter den Einfluß einer Rückholfeder 16. An der Führung 11 des Schreibstifts 12 greift des weiteren ein Zugseil 17 an, das auf eine in Innern des kombinierten Ratschen- und Meßkopfes 3 befindliche Seiltrommel 18 unter ttberwlndung der Rückholkraft der Feder 16 aufFrickelbar ist.
• Der Drehwinkel wird über die Drehbewegung des Ratschen-und Meßkopfes 3 relativ zu seiner lagefixierten Basis 6 erfaßt. Zu diesem Zweck enthält der kombinierte Ratschen-und Meßkopf im Innern seines Gehäuses ein mit der Abtriebs welle 7 vereinigtes Zahnrad 19, dem zwei Sperrklinken 20 und 21 zugeordnet sind. Diese Sperrklinken sind beweglich gelagert und in ihrem dem Zahnkranz 22 des Zahnrads 19 abgewandten Endbereich å jeweils keilförmig ausgebildet Oberhalb und unterhalb der keilförmigen Endbereiche der, beiden Sperrklinken befinden sich Kugeln 23,24, die an den Schrägflächen der Sperrklinken anliegen Die oberen Kugeln 23 können sich dabei axial und radial an den betreffenden Innenwandungen des kombinierten Ratschen- und Meßkopfgehäuses abstützen, die unteren Kugeln 24 jedoch nur radial. Axial liegen diese Kugeln auf der Oberseite der Seiltrommel 18 auf Auf die Seiltrommel wirkt axial eine Druckfeder 25 ein, die sich einerseits in einer Ausnehmung in der Nabe der Seilrolle und andererseits auf der Stirnfläche einer Stellschraube 26 abstützt, welche in die Basis 6 eingeschraubt ist. Die Seiltrommel 18 weist an'ihrer der Basid 6 gegenüberliegenden Unterseite eine Verzahnung 27 auf0 Desgleichen ist die Basis 6 -mit einer korrespondierenden Gegenverzahnung 28 versehen Am Außenumfang der Seiltrommel 18 befindet sich des weiteren ein Rastenkranz 29, dem eine um eine Bolzen 30 schwenkbare Sperrklinke 31 zugeordnet ist Beim Aufbringen einer Drehbelastung werden die beiden nicht fest gelagerten Sperrklinken 20 und 21 mit ihren keilförmigen Enden zwischen die Kugeln 23 und 24 gedrückt, wodurch der Abstand der Kugeln vergrößert wird Da die oberen Kugeln wegen ihrer Anlage an der Innenseite des Gehäusedeckels des eßkopfes 3 nicht nach oben ausweichen können, wird die Seiltrommel 18 gegen die Kraft der Feder 25 nach unten gedrückt, bis ihre Xerzahnung 27 schließlich mit der korrespondierenden Verzahnung 28 der Basis 6 in Eingriff kommt In diesem Fall ist die Seiltrommel in der Basis verankert Diese Arretierung der Seiltrommel erfolgt somit völlig selbsttätig Die Sperrklinken 20 und 21 kommen in dieser Lage der Seiltrommel zur Anlage an einen Anschlag. Infolge dieser Abstützung können die Spe;rrklinken ein größeres-Drehmoment übertragen.
• Wird nun der Hebelarm 2 de s des Handschraubenschlüssels weiterbewegt, dann wird das Zugseil 17 auf die Seiltrommel 18 aufgewickelt, und der-Schreibstift führt demgemäß eine dem Drehwinkel proportionale Bewegung aus. Da die Führung 11 des Schreibstiftes 12 mit dem Hebelarm 2 des Handschraubenschlüssels verbunden ist, ergibt sich innerhalb der Registriereinheit eine zweidimensionale Bewegung, die dem Drehmoment und den Drehwinkel proportional ist und dem gesamten Verlauf der Verschraubung entspricht.
• Während des Nachholvorgangs werden die Sperrklinken 20 und 21 entlastet und damit die Drehwinkelmessung unterbrochen. Gleichzeitig tritt die Sperrklinke 31 in Funktion und verhindert ein Zurücklaufen;.des Schreibstifts 12. Zu-Beginn der Drehwinkelmessung kann das sogenannte Anigemoment Ms eingestellt werden, indem die Felde325 mittels der Stellschraube 26 in die entsprechende bzw. gewünschte Vorspannungslage gebracht wird. Zu Beginn einer neuen-Messung wird die Sperrklinke 31 über den Auslöser 32 abgehoben, so daß die Rückholfeder 16 den Schreibstift 12 in seine Ausgangslage zurückholen kann.
• Wie Fig. 7 zu entnehmen ist, enthält die Registriereinheit eine transparente Leiste oder Abdeckung 33 in Form einer Glasscheibe, die mit einem Skalenraster 34'versehen ist, an dem während der Verschraubung die Augenblickswerte des Drehmoments und des Drehwinkels abgelesen und überwacht werden können. Auf dem von unten her in die Registriereinheit eingelegten Wachs-oder Kohlepapier wird der Verlauf des kompletten Schraubvorgangs festgehalten. Dieser Verlauf ist somit auch reproduzierbar.
• Zur Erleichterung der Bedienung können am Skalenraster 34 zusätzlich verschiebbare Kontaktlineale 35 angebracht werden, die ein optisches oder akustisches Signal auslösen, wenn die für den jeweiligen Schraubfall empfohlenen Maximalwerte erreicht werden. Da nicht nur die Endwerte, sondern der gesamte Verlauf der Verschraubung dokumentierbar ist, können aus dieser Dokumentation auch noch später vielfältige Schlüsse gezogen oder Fehler ermittelt werden So können sich beispielsweise im nachhinein Beweisanzeichen für eine fehlende Dichtung oder Beilagscheibe, für einen störenden Stanzgrat oder Lacktropfen sowie für ein vorzeitiges Nachgeben der Verbindung bzw. der Schraube ergeben Fig. 9 zeigt einen mit das maximale Drehmoment und den maximalen Drehwinkel definierenden Kontakt streifen 36 und 37 oder dergleichen Kontaktelemente ausgestatteten Aufzeichnungsträger 14. Der Schreibstift 12 ist hierbei zum Zwecke einer Signalgabe an den einen Pol einer Spannungsquelle 38 angeschlossen. Am anderen Pol dieser Spannungsquelle liegt eine Anzeigelampe 39 und parallel dazu ein Signalhorn 400 Die Lampe 39 und das Signalhorn 40 sind ausgangsseitig über ein Kontaktlineal 35 leitend mit den Kontaktleisten 36 und 37 verbunden. Erreicht der Schreib stift 12 vorzeitig eine der beiden Kontaktleisten, so wird der Stromkreis für die Signalgeber geschlossen, so daß diese ansprechen Es besteht auch die Möglichkeit, die Anordnung so zu treffen, daß eine hontaktgabe über den Schreibstift 12 nur bzw erst dann erfolgt, wenn der Schreib stift den Kreuzungspunkt der Kontaktleisten erreicht hat und in diesem Punkt eine Kontaktgabe bewirkt Anstelle elektrischer Kontaktstreifen können auch mechanische Klickauslöser oder dgl. benutzt werden In weiterer Ausgestaltung der erfindung können die Augenblickswerte des Drehmoments und des Drehwinkels auch elektronisch erfaßt und ausgewertet werden, ferner kann auch die DoLumentation des vollständigen Verschraubungsverlaufs auf elektronischem Wege gegebenenfalls unter Verwendung elektronischer Drehmoment enverstärker durchgeführt werden In Fig. 8 ist der gesamte Verlauf einer Verschraubung, wie er auf dem Aufzeichnungsträger 14 dokumnentiert wird, im Prinzip veranschaulicht.
• Leerseite

Claims (1)

1. Patent ansprüche 1. Verfahren zum Messen des Drehmoments und des Drehwinkels sowie zum Auswerten der Meßsignale beim Anziehen einer Schraube mit tels eines Handschraubenschlüssels, bei dem die Drehkraft am Handgriff des Schlüssels eingeleitet und über dessen Hebelarm und den sich daran anschließenden kombinierten Ratschen-und Meßkopf auf den Abtrieb übertragen wird, der unmittelbar oder mittelbar über ein Einsatzwerkzeug auf die Schraube einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das an der Schraube angreifende Drehmoment als Durchbiegung des Hebelarms des Schraubenschlüssels und die Bewegung des kombinierten Ratschen-und Meßkopfes relativ zu seiner--lagefixierten Basis als Drehwinkel in einer als Bestandteil des Handschraubenschlüssels ausgebildeten Registriereinheit in der Weise erfaßbar sind, daß die Augenblickswerte des Drehmcments und des Drer.winkels während des Schraubvorgangs optisch und/oder akustisch zur Anzeige gebracht werden und der vollstanaige Verschraubllngsverlauf dokumentierbar ist.

   2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinheit an einem am Hebelarm des Handschraubenschlüssels angebrachten starren Übertragungsglied befestigt und mit einem Schreibmechaiftsmus ausgerüstet ist, der eine Führung für einen Schreibstift enthält, die einerseits mit dem Hebelarm des Handschraubenschlüssels verbunden ist und an der andererseits ein Zugseil angreift, das bei der Bewegung des Hebelarms gegen die Kraft einer Rückhlf eder auf eine im kombinierten Ratscher-und Meßkopf untergebrachte, bei entsprechender Drehbelastung an der Basis des Ratschen-und Meßkopfes slch'9elbsttätig arretierende Trommel aufgewickelt wird.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreib stift innerhalb der Registriereinheit eine zweidimensionale Bewegung ausführt, die einerseits proportional zum aufgebrachten Drehmoment und andererseits proportional zum Drehwinkel ist.

   4. Vorrichtung zer Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kombinierte Ratschen-und Meßkopf im Gehäuseinneren eine aus einem mit der Abtriebswelle vereinigten Zahnrad und aus zwei diesem zugeordneten, beweglich gelagerten und an ihren den Zahnkranz abgewandten Enden jeweils keilförmig ausgebildeten Sperrklinken bestehende Ratsche enthält, wobei am keilförmigen Ende jeder Sperrklinke oben und unten Kugeln angreifen, deren Abstand bei einer Drehbelastung infolge der Keilwirkung der Sperrklinkenenden vergrößert wird, sodaß die oberen Kugeln zur Anlage an der Innenseite des Meßkopfgehäuses kommen und die auf die Seiltrommel von oben her einwirkenden unteren Kugeln die an ihrer Unterseite mit einer Verzahnung versehene Seiltrommel entgegen der Kraft einer Rückstellfeder gegen die mit einer korrespondierenden Gegenverzahnung versehene Basis des kombinierten Ratschen-und Meßkopfes drücken, wodurch die Seiltrommel arretiert ist und zugleich die Sperrklinken an einem Festanschlag anliegen und hierdurch die Ubertragung größerer Drehmomente ermöglichen.

   5. Vorrichtung nach-einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ? bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der auf die Seiltrommel einwirkenden Feder mittels einer Stellschraube veränderbar ist.

   6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der an ihrem Außenumfang mit einer Rastverzahnung versehenen Seiltrommel eine Sperrklinke zugeordnet ist, die ein Zurücklaufen des Schreibstiftes infolge der auf diesen einwirkenden Rückholfeder beim Nachholen des Schlüssels verhindert 7 Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch- gekennzeichnet, daß die Basis des kombinierten Ratschen-und Meßkopfes mittels eines gabelförmigen Halters und eines Haft elements festleg bar ist.

   8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinheit mit einer transparenten Abdeckung versehen ist, die ein Skalenraster aufweist, welches das Ablesen und/oder überwachen der augenblicklichen Drehmoment-und Drehwinkelwerte ermöglicht 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Skalenraster zusätzlich mit verschiebbaren Kontaktlinealen oder dgl. für eine optische und/oder akustische Signalgabe bei Erreichen der vorgegebenen Maximalwerte des Drehmoments und des Drehwinkels versehen ist.

   ?O. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinheit eine Aufnahme für das Einlegen eines Aufzeichnungsträgers zur Registrierung der Bewegungen des Schreibstifts enthält 11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger durch ein Wachs-oder Kohlepapier verkörpert ist.

   12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinheit mit Mitteln zur Codierung des Aufzeichnungsträgers versehen ist 13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger mit das maximale Drehmoment und/oder den maximalen Drehwinkel definierenden Kontaktstreifen versehen ist, die an den einen Pol einer Spannnngsquelle angeschlossen sind, deren anderer Pol mit dem Schreibstift leitend verbunden ist, und daß bei Erreichen der besågten Maximalwerte der Stromkreis für einen akustischen und/oder optischen Signalgeber geschlossen wird.

   14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Augenblickswerte des Drehmoments und des Drehwinkels elek-.

   trofrisch erfaßt werden und die Dokumentation des vollständigen VerschraubungsverlauSs ebenfalls auf elektronischem Weg erfolgt.