DE3230642A1 - Verfahren und vorrichtung zum anziehen eines ein gewinde tragenden verbindungselements - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Anziehen eines ein Gewinde tragenden Verbindungselements Die Erfindung betrifFt ein Verfahren gemaß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1; ferner betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
• Beispielsweise beim automatischen Verschrauben von wachsgefluteten Teilen von Kraftfahrzeug-Karosserien ergeben sich Schwierigkeiten durch Zwischenschichten aus dem dem Korrosionsschutz dienenden 'Sachs sowohl zwischen den zu verbindenden Teilen selbst als auch zwischen den Schrauben einerseits und den zu verbindenden Teilen andererseits. Während sich Zwischenschichten in Trennfugen zwischen den zu verbindenden Teilen insbesondere deshalb nachteilig bemerkbar machen, weil das letztlich durch das Anzugsmomtr.t der Verbindung hervorgerufene Ausdrücken des Wachses aus diesen Fugen (luskrl -chen) nach kurzer Zeit trotz Einhaltens des vorgegebenen Anzugsdrchmoments des Schraubers zu einem Lockern der Verbindung führt, bewirkt das an den Verbindungselement (Schraube) selbst haftende Wachs eine nachteiliqe Beeinflussung des Reibwertes irn Bereich des Gewindes und des Kopfes, d.h. Vorspannkraftschwankungen, die im ungünstigsten Fall zur Zerstörung der Werbindungselemente führen können.
• Ein ähnliches Setzverhalten zeigen beispielsweise nichtplane Bleche oder Bauteil.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei dem bzw. denen die beschriebenen nachteiligen Einflüsse von zeitlichen Setzerscheinungen vermieden sind.
• Das diese Aufgabe lösende erfindungsgemäße Verfahren besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprche.
• Durch die Unterbrechung des Anziehens des Verbindungselements jeweils bei Erreichen eines vorgegebenen Anzugsmoments für vorbestimmte Zeiten, d.h. die Unterteilung des gesamten Anziehens in mehrere, mit bestimmten zeitlichen Abständen aufeinanderfolgende Anziehworgänge, wird dem viskosen Pdaterial, also beispielsweise Wachs, gleichsam die Fwlöglichkeit gegeben, unter der Wirkung der jeweils erreichten Anzugskraft (Anzugsmoment) aus den definierten Zwischenräumen herauszufließen oder zu kriechen, ohne daß hierdurch das endgültige Anzugsmoment der Verbindung vermindert wird; zwar ergibt sich während der zeitlichen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Anziehvorgängen infolge des Auskriechens des viskosen Materials eine Verringerung des Anzugsmoments, aber diese wird bei dem nächstfolgenden Anziehvorgang wieder beseitigt. Bei nichtplanen Bauteilen können sich diese innerhalb der zeitlichen Abstände plan ausrichten.
• Bei einem automatischen Schrauber ist es zwecks Berücksichtigung der Tatsache, daß bei Beendigung der zeitlichen Intervalle ein relativ hohes Anzugsmoment der Verbindung vorliegen kann, zweckmäßig, für einen "Anlauf" des Schraubers zu sorgen. Dies geschieht gemäß Patentanspruch 3 in oer Weise, daß bei Beendigung der zeitlichen Abstande der Schrauber nicht sofort wieder in Vorschubrichtung des Verbindungselements dreht, sondern zunächst beispielsweise 90 bis 1800 in Gegenrichtung dreht, also die Verbindung etwas gelöst wird.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand des figürlich dargestellten Ausfi@@-rungsbeispiels für eine Vorrichtung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine -teilweise schematische- Gesamtdarstellun der Vorrichtung, Fig. 2 den Verlauf des Anzugsmoments M uber dem als Meßgröße für den Vorschub V des Verbindungselements dienenden Drehwinkel a und Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Elektronik.
• Betrachtet man zunächst Fig. 1, so sollen die Bleche 1 und 2 mittels der Schraube 3 und der Mutter 4 fest miteinander verbunden werden. Beispiels weise bei wachsgefluteten Teilen besteht die Gefahr, daß sich zwischen den Blechen 1 und 2 eine Trennfuge 5 mit Wachs bildet, und daß auch unt @ dem Kopf der Schraube 3 bei 6 sowie im Bereich des Gewindes bei 7 Zwischenschichten aus Wachs vorliegen, die beim raschen Anziehen der Schraubverbiiidung ein hohes, zum automatischen Abschalten des Elektromotors 8 des Seht au bers führendes Anzugsmoment erzeugen, dann aber durch die von dem Anzugsmoment ausgeübten Kräfte teilweise herausgedruckt werden, so daß nach kurzer Zeit die Schraubverbindung wieder lose ist. Außerdem beeintruJchtioen diesa Wachsschichten die Reibverhaltnisse insbesondere unter dem Schraubenkopf und im Bereich de Gewindes. wodurch die Gefahr einer 7 ersterung der Schraube 3 gegeben ist.
• Dem sollen die erfindungsgemäßen Ma#nahmen entgegenwirken. Cetrachltt man zunächst weiter Fig. 1, so ist zwischen der Aufnahme 9 ?½r der prol rten Kopf der Schraube 3 am Schrauber und dem Getriebe 10 des Schraubers @ Sensor 11 für das jeweilige Drehmoment F1 und den Drehwinkel α angeordnet.
• Die Ausgangssignale dieses Sensors 11 gelangen in die Elektronik aur den Umschalter 13 mit den drei Stellungen 14, 15 und 16 einwirk t, diesem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der Schraubermotor 8 bis zum Erreichen eines Drehmoments M1 zwecks Erzielung eines schnellen Vorschubs mit einem Strom relativ hoher Frequenz, beispielsweise 200 Hz, betrieben und dann auf langsameren Vorschub, d.h. Speisung mit niedrigerer Frequenz, beispielsweise 50 Hz, umgeschaltet wird. Klemme 14 symbolisiert also die Speisung mit 200 Hz, Klemme 15 die Speisung mit 50 Hz Bei Stellung des Schalters auf Klemme 16 liegt wiederum eine Speisung mit 50 Hz vor, jedoch so, daß der Elektromotor 8 in entgegengesetzter Richtung dreht, wie dies für die bereits beschriebene Gewinnung eines "Anlaufs" des Schraubers am Ende jedes der zeitlichen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Anziehvorgängen zweckmäßig ist.
• Den Verlauf des Anzugsdrehmoments M über dem Vorschub V der Schraube 3, hier erfaßt durch den Drehwinkel a , zeigt Fig. 2: Bis zum Erreichen des Drehmoments M1, erfaßt mittels des Sensors 11, erfolgt das Anziehen der Verbindung mit relativ hoher Drehzahl infolge Speisung des Schraubermotors 8 mit 200 Hz. Dieser Bereich interessiert im Rahmen der Erfindung nicht. Anschließend treten höhere Momente auf, weshalb der Schraubermotor nunmehr mit 50 Hz gespeist wird. Bei Erreichen des vorgegebenen Drehmomentwerts M2 wird, wie noch anhand Fig. 3 erläutert wird, eine Sicherheitsabschaltung aktiviert, die jedoch erst dann wirksam wird, wenn das kritische Drehmoment 5 erreicht wird. Dabei kann es sich zugleich um das höchste Anzugsdrehmoment handeln, das mit dem letzten Anziehvorgang erreicht werden soll, bei dem die Unterteilung in weitere einzelne, jeweils durch das Erreichen des Drehmomentwerts 114 beendete Anziehvorgjnge unterbunden ist.
• Nimmt man einmal das Erreichen des Drchmomentwerts M2 als ßezugspunkt für den Drehwinkel a in den einzelnen Anziehvorgängen, so erfolgt Also ein An stieg des Drehmoments M gemäß einer Kurve bis zum Erreichen des Drehmoments M4 durch einen Vorschub der Schraube 3, der gekennzeichnet ist durch den Drehwinkel a 1. Infolge des beschriebenen Kriechens des Wachses verringert sich dann das Drehmoment (beispielsweise um 20%) wieder auf einen erheblich geringeren Wert M3 innerhalb des beispielsweise einige Sekunden betragenden zeitlichen Abstands zwischen aufeinanderfolgenden Anziehvorgängen.
• Der nächstfolgende Anziehvorgang beginnt nun nicht mit einer erneuten Dr hung der Schraube 3 in Vorschubrichtung V, sondern zunächst mit einer Drehung um beispielsweise 90 bis 1800 in entgegengesetzter Richtung (Losen), wie dies durch die Winkel a 2 in Fig. 2 angedeutet ist. Erst danach erfolgt die Umschaltung auf erneuten Vorschubbetrieb, so daß der Schrauber den notwendigen Schwung zum Erreichen des Drehmoments M für den nächsten Anziehvor gang erhält.
• Dies wird mittels der in Fig. 3 dargestellten Elektronik erreicht. Wie man erkennt, werden die wiederum mit M bezeichneten Drehmomentsignale des Sensors 11 dem Grenzwertschalter 20 zugeführt, den sie bei Drehmomenten oberhalb des Werts M1 durchschalten. Alle Drehmomente, die größer sind als der Wert Ml, gelangen daher sowohl zum Winkelzähler 21, den sie ansteuern, als auch zum Komparator 22. Der Komparator 22 ist sowohl ein Komparator für der Drehwinkel a , und zwar zur Erzeugung von Signalen für den Winkelwert a 2 (siehe Fig. 2), als auch ein Komparator für vorgegebene Werte des Drehmoments M. Die vorgegebenen Winkel und Drehmomentwerte sind im Speicher 23 gspeichert.
• Sobald das Drehmoment den Wert M2 erreicht, wird uber den Sicherhejtssch'iter 24 die Drehmoment-Begrenzung 25 aktiviert, die, sobald d(r Drehmomentwert M5 erreicht ist, irn Umschalter 13 den Stromkreis für den Schraubermotor 8 unterbricht. Beim Wert 5 kann es sich entweder um einen kritischen Drehmomentwert oder aber um das endgültig zu erreichende Anzugsmoment handeln. Ein Ansteuersignal für den Sicherheitsschalter 24 wird im Komparator 22 gewonnen; der Übersichtlichkeit halber ist auch dieses Signal mit M2 bezeichnet.
• Sobald das Drehmoment den Wert H4 erreicht, erzeugt der Komparator 22 ein entsprechenues Ansteuersignal für die Zeitstufe 26, die den Erregerstrom kreis des Schraubermotors 8 im Umschalter 13 für eine vorgegebene Zeit, beispielsweise variierbar zwischen 0,2 und 5 s, unterbricht, so daß zwischen aufeinanderfolgenden Anziehvorgängen ein definierte zeitlicher Abstand gewährleistet ist. Nach Beendigung jedes zeitlichen Abstands erfolgt jedoch nicht sofort eine erneute Vorschubbewegung der Schraube 3, sondern zwecks Cewinnung eines Anlaufs für den Schrauber zunächst eine Drehung desselben entgegen der Vorschubrichtung um einen vorgegebenen Winkelwert, der nach Rückstellung des Winkelzählers 21 (ausgelöst durch ein bei Beendigung des zeitlichen Abstands in der Zeitstufe 26 erzeugtes Signal) im Komparator 22 definiert wird. Dieser vorgegebene Winkelwert ist ebenfalls im Speicher 23 gespeichert, so daß der Komparator einen Soll-Istwert-Vergleich vornehmen kann.
• Geht man davon aus, daß das endgültige Anzugsdrehmoment größer ist als das in Fig. 2 mit M4 bezeichnete Drehmoment, bei dem der jeweilige Anziehvorgang unterbrochen wird, so muß am Schluß des Anziehens diese Unterbrechung des Anziehvorgangs unterbunden werden. Dem dient der Zähler 27, der von der Zeitstufe 26 bei jeder ihrer Betätigungen ein Signal erhält und nur noch eine Unterbrechung des Erregerkreises für den Schraubermotor 8 beim Auftreten des höchsten Drehmoments M5, also durch Betätigung der Begrenzung 25, zuläßt. Der Zähler 27 unterdrückt auch die Umschaltung von 50 Hz- auf 200 Hz-Betrieb bei Absinken des Moments auf Werte unter M1.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Anziehen eines ein Gewinde tragenden Verbindungselements, insbesondere einer Schraube, zum Verbinden von Teilen, insbesondere Blechen, die sich setzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Anziehen in mehrere Anziehworgänge unterteilt ist, die in das Setzen durch die jeweils erreichte Anzugskraft ermöglichenden zeitlichen Abständen aufeinander folgen.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Schrauber ein Sensor (11) für das jeweilige Dueb moment (M) zugeordnet ist, der bei Erreichen eines vorgeqebenen Drehmoments (M4) eine die zeitlichen Abstände definierende, einen Betätigurigsschalter (13) für den Schrauber steuernde Zeitstufe (25) einschaltet.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jem Schraube ein Sensor (11) für eine Meßgröße für den Vorschub Drehwinkel a ' Verbindungselements (3) zugeordnet ist, der auf einen Komparator '22 nebst Speicher (23) für vorgegebene Werte der Meßgröße (« ) arbeitet, und daß die Zeitstufe (26) nach Ablauf der zeitlichen Abstande zunächst einen Rücklauf des Schraubers um einen vorgegebenen Werft (α 2) der Meßgröße (a ) einschaltet.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitstufe (26) ferner auf einen Zahler (27) arbeitet, der nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Anziehvorgängen die weitere Unterteilung des Anziehens in Anziehvorgänge unterbindet.