DE3205090A1

DE3205090A1 - Verfahren und vorrichtung zum anziehen von schrauben

Info

Publication number: DE3205090A1
Application number: DE19823205090
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(grad.) 6090 Rüsselsheim Himmel; Thomas Ing.(grad.) 6237 Liederbach Hühnert; Walter 6093 Flörsheim Richter
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1982-02-12
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1983-09-08
Also published as: DE3205090C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor-
richtung zum Anziehen von Schrauben unter Anwendung von mehreren Einschraubstufen mittels einer Schraubvorrichtung, bestehend aus einem Schrauber mit einem druckluftbetriebenen Motor, mit dem zunächst in ein oder zwei Einschraubstufen ein bestimmtes Anziehdrehmoment (Fügemoment) auf die Schraube ausgeübt wird, und einer Verstellvorrichtung für ein drehwinkelgesteuertes Anziehen der Schraube entsprechend einer dritten Einschraubstufe.
Es ist bekannt, die Drehwinkelsteuerung als Anziehverfahren für das motorische Anziehen von Schraubverbindungen in der Praxis der Massenfertigung anzuwenden. Dabei ist es zweckmäßig, die Verbindung zunächst mit einem sog. Fügemoment auf eine Zwischenvorspannkraft vorzuspannen und anschließend um einen bestimmten Winkel in den plastischen Bereich der Schraube anzuspannen, wobei die Drehwinkelsteuerung entsprechend der Verlängerung der Schraube erfolgt.
Das Vorspannen der Schraubverbindung bis in den plastischen Bereich der Schraube ist von besonderem Vorteil, da einesteils die Schraube optimal ausgenutzt ist und anderenteils im plastischen Bereich nur noch geringfügige Änderungen der Vorspannkraft durch evtl. Schwankungen des Drehwinkels auftreten.
Die bekannten Verfahren zur drehwinkelgesteuerten Montage von Schraubverbindungen verwenden zur Steuerung und Kontrolle umfangreiche elektronische Meß- und Steuereinrichtungen sowie elektromechanische Meßwertwandler. Diese Aggregate sind teuer und sehr wartungsintensiv, da sie zugleich komplizierte elektronische Uberwachungseinrichtungen erfordern, um Systemschädigungen mit daraus folgender unvorschriftsmäßiger Arbeitsweise rechtzeitig erkennen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das drehwinkelgesteuerte Anziehverfahren entscheidend zu vereinfachen und Einrichtungskosten unter Verzicht auf eine umfangreiche und aufwendige Steuerungs- und Regelungselektronik durch Verwendung handelsüblicher Druckluftdrehschrauber einzusparen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels einer Verstelleinrichtung eine drehwinkelgesteuerte Montage von Schraubverbindungen durchgeführt wird, in der Weise, daß mittels der Verstelleinrichtung entsprechend einer abschließenden Einschraubstufe bei unter Versorgungsluftdruck stehendem Schrauber entweder das Werkstück entgegen der Einschraubdrehrichtung oder das Gehäuse des Schraubers in Einschraubdrehrichtung um einen einer erwünschten Spannungserhöhung der Schraube bis in den plastischen Bereich entsprechenden Drehwinkel verdreht wird.
Das bei dieser erfindungsgemäßen Einschraubstufe an der Antriebswelle des Schraubers verfügbare Drehmoment beträgt ungefähr das Doppelte des normalen, in der ersten und zweiten Einschraubstufe nutzbaren Drehmomentes des Schraubers.
Damit steht ein ausreichendes Drehmoment zur Verfügung, um die Schraubverbindung um einen bestimmten Verdrehwinkel weiter anzuziehen. Der Schrauber wirkt in dieser Einschraubstufe zugleich als Rutschkupplung, so daß die Anwendung eines überhöhten Drehmomentes ausgeschlossen wird.
Sollten aus montagetechnischen Gründen höhere oder niedrigere Drehmomentbegrenzungen bei Aufschalten des Weiterdrehwinkels notwendig sein, so kann dies durch entsprechende Erhöhung oder Absenkung des Versorgungsluftdruckes leicht erreicht werden.
Zur Erzielung möglichst gleicher Vorspannkräfte ist ein gewisses Maß plastischer Verformung der Schraube notwendig.
Andererseits sollte aber auch die plastische Deformation in Grenzen gehalten werden, um die Schraube nicht zu schädigen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der in der abschließenden Einschraubstufe aufgeschaltete Verdrehwinkel so gewählt, daß die plastische Verformung der Schraube 1 % nicht übersteigt Vorzugsweise wird eine plastische Verformung von 1/2 °/ó gewählt.
Entsprechend einem weiteren, sehr wichtigen Merkmal der Erfindung wird eine genaue Einhaltung des mittels eines Druckluft drehs chraubers auf die Schraubverbindung aufgegebenen Anziehdrehmomentes entsprechend einer ersten und zweiten Einschraubstufe durch Verwendung einer Schraubvorrichtung gemäß DE-PS 24 03 520 ermöglicht. Dieses eine weitgehend konstante Zwischenvorspannkraft aufbauende Fügemoment wird in zwei Einschraubstufen in bekannter Weise wie folgt erzeugt: Bei Erreichen eines bestimmten von Fall zu Fall sehr schwankenden Anziehdrehmomentes, bei dem entsprechend einer ersten Einschraubstufe der Schrauber zum Stillstand kommt, wird anschließend entsprechend einer zweiten Einschraubstufe mittels der Verstelleinrichtung entweder das Werkstück in Einschraubdrehrichtung oder das Gehäuse des Schraubers entgegen der Einschraubdrehrichtung um einen bestimmten Drehwinkel relativ zueinander verdreht.
Dabei wirken bekanntlich eine größere Zahl von Drehmomentspitzen des Druckluftdrehschraubers in Form von Drehmoment impulsen auf die Schraubverbindung ein mit der Folge, daß ein Anziehdrehmoment auf die Schraubverbindung in Höhe der maximalen Drehmomentspitzen ausgeübt wird. Dadurch wird eine weitgehend gleichgroße Zwischenvorspannkraft bei jedem Einschraubvorgang erzielt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die Verstelleinrichtung aus einem Verstellmotor, einer Übertragungsstange und einem an dem zu verstellenden Teil befestigten, hebelartigen Anschlußglied.
Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn eine einzige Verstelleinrichtung für das drehmoment gesteuerte als auch für das winkelgesteuerte Anziehen der Schraubverbindung verwendet wird.
Zweckmäßigerweise ist das Gehäuse des Schraubers als das zu verstellende Teil in Wälzlagern drehbar gelagert, wobei nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mittels der Verstelleinrichtung das Schraubergehäuse zur Erzeugung eines möglichst gleichen Anziehdrehmomentes entsprechend der zweiten Einschraubstufe (Fügemoment) zuerst entgegen der Einschraubdrehrichtung und anschließend zur Erzeugung der erwünschten Vorspannungserhöhung der Schraubverbindung bis in den plastischen Bereich entsprechend der dritten Einschraubstufe in Eins chraubdrehrichtung um bestimmte Winkelb-eträge verdreht wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Schraubvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vereinfachter Form dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht auf die Schraubvorrichtung in Mittelstellung der Verstelleinrichtung und Fig. 2 eine Ansicht in Längsachse des Drehschraubers.
Der Druckluftdrehschrauber 11 ist unter Verwendung zweier Kugellager 12 und 13 in einer Halterung 14 drehbar gelagert.
Der Einlaß für die Druckluft ist mit 15 und das Werkstück, an dem eine Schraubverbindung hergestellt werden soll, mit 16 bezeichnet. An dem Schrauber 11 greift eine Verstelleinrichtung 17 an, die aus einem Verstellmotor 17a, einer Übertragungsstange 18 und einem Hebel 19 gebildet ist. Die Übertragungsstange 18 steht einerseits mit dem Verstellmotor 17a in Verbindung und ist andererseits an dem Hebel 19 angelenkt, der an dem Gehäuse lla des Schraubers 11 befestigt ist.
In einer ersten Einschraubstufe ist die Ubertragungsstange 18 gesperrt, so daß sich das Gehäuse lla des Druckluftdrehschraubers 11 nicht drehen kann und das Anzugsmoment des Schraubers 11 in vollem Umfang auf die Schraubverbindung aufgebracht werden kann. Sobald das Schraubengegendrehmoment auf das Anzugsmoment angewachsen ist und aufgrund des eingetretenen statischen Gleichgewichtszustandes der Schrauber 11 zum Stillstand gekommen ist (abgewürgt worden ist), wird das Gehäuse lla des Schraubers 11 unter Last gegenüber der feststehenden Antriebsspindel 20 durch Verstellen der Ubertragungsstange 18 nach rechts - Pfeilrichtung 21 -entsprechend der zweiten Einschraubstufe entgegen der Einschraubdrehrichtung um einen Winkel oG verdreht.
Dabei wirken die auf den Drehwinkel cc entfallenden Drehmomentspitzen des sägezahnartig pulsierenden Drehmomentverlaufs der Antriebsspindel nacheinander auf die Schraubverbindung ein und heben die Anzugsmomente aller mit dieser Schraubvorrichtung angezogenen Schraubverbindungen auf den Wert der innerhalb des Verdrehwinkels oc vorkommenden höchsten Drehmomentspitze an.
Danach wird ausgehend von der erreichten Stellung des Schraubergehäuses lla durch Verstellen der tbertragungsstange 18 nach links - Pfeilrichtung 22 - entsprechend der dritten Einschraubstufe das Schraubergehäuse lla in Einschraubdrehrichtung um einen Winkel/3 verdreht. Bei diesem Verfahrensschritt arbeitet der druckluftbetriebene Motor des Schraubers 11 als Pumpe gegen den Luftdruck im Leitungsnetz, wobei an der Antriebsspindel ein auf die Schraubverbindung wirkendes Antriebsdrehmoment von ca. der doppelten Höhe des bei üblicher Arbeitsweise des Schraubers vorhandenen Anziehdrehmomentes verfügbar ist. Der Schrauber hat bei diesem Arbeitsgang gleichzeitig die Funktion einer Rutschkupplung, die etwa bei Überschreiten des zweifachen Betrages des üblichen Anziehdrehmomentes anspricht. Dieser Betrag wird jedoch bei einer Verdrehung des Schraubergehäuses um den Winkel p in Einschraubrichtung nicht erreicht, so daß das für den Verdrehwinkel ß benötigte Drehmoment mit Sicherheit zur Verfügung steht.
Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Schraubvorrichtung kann vorteilhaft in automatisierten Fertigungsstraßen eingesetzt werden.
Leerseite

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Anziehen von Schrauben Ansprüche W Verfahren zum Anziehen von Schrauben auf eine bestimmte Vorspannung unter Anwendung von mehreren Einschraubstufen mittels einer Schraubvorrichtung, bestehend aus einem Schrauber mit einem druckluftbetriebenen Motor, mit dem zunächst in ein oder zwei Einschraubstufen ein bestimmtes Anziehdrehmoment (Fügemoment) auf die Schraube ausgeübt wird, und einer Verstelleinrichtung für ein drehwinkelgesteuertes Anziehen der Schraube entsprechend einer dritten Einschraubstufe, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Verstelleinrichtung (17) bei angesetztem und unter Versorgungsluftdruck stehendem Schrauber (ia) entweder das Werkstück (16) entgegen der Einschraubdrehrichtung oder das Gehäuse (lla) des Schraubers (11) in Einschraubdrehrichtung um einen einer vorgegebenen Spannungserhöhung der Schraube entsprechenden Drehwinkel (A ) bis in den plastischen Bereich der Schraube verdreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der abschließenden Einschraubstufe durch die Verstelleinrichtung (17) aufgebrachte Verdrehwinkel (ß ) so gewählt ist, daß eine plastische Verformung der Schraube von unter 1 X eintritt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der abschließenden Einschraubstufe durch die Verstelleinrichtung (17) aufgebrachte Verdrehwinkel (/ ) so gewählt ist, daß eine plastische Verformung der Schraube von 1/2 % eintritt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zunächst aufzubringende Anziehdrehmoment (Fügemoment) in bekannter Weise in zwei Einschraubstufen erreicht wird, wobei entsprechend der ersten Einschraubstufe der Schraube (11) bei Erreichen eines bestimmten Anziehdrehmomentes (Abwürgemoment) zunächst zum Stillstand kommt und anschließend entsprechend der zweiten Einschraubstufe mittels der Verstelleinrichtung (17) entweder das Werkstück (16) in Einschraubdrehrichtung oder das Gehäuse (lla) des Schraubers (11) entgegen der Einschraubdrehrichtung um einen bestimmten Drehwinkel Coü) verdreht.
5. Schraubvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (17) aus einem Verstellmotor (17a), einer Übertragungsstange (18) und einem mit dem zu verstellenden Teil verbundenen, Drehmoment übertragenden Element (19) besteht.
6. Schraubvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verstellende Teil in Wälzlagern (12, 13) gelagert ist.
7. Schraubvorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verstellende Teil durch das Gehäuse (lla) des Schraubers (11) gebildet ist, und die Übertragungsstange (18) der Verstelleinrichtung an dem mit dem Gehäuse (via) des Schraubers (11) verbundenen Drehmoment übertragenden Element (19) angelenkt ist.
8. Verfahren und Schraubvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines möglichst gleichen Anziehdrehmomentes das Gehäuse (liga) des Schraubers (11) durch die Verstelleinrichtung (17) entsprechend der zweiten Einschraubstufe (Fügemoment) entgegen der Einschraubdrehrichtung (Winkel g ) und zur Erzeugung der erwünschten Vorspannungs erhöhung der Schraubverbindung entsprechend der dritten Einschraubstufe in Einschraubdrehrichtung (Winkel/3 ) um bestimmte Winkelbeträge (oG , ß ) zu verdreht wird.
9. Verfahren und Schraubvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Pleuelschraube von Personenwagenmotoren der Rückdrehwinkel (dG) 900 und der Vordrehwinkel ( / ) 300 beträgt.