DE3305457A1

DE3305457A1 - Verfahren und vorrichtung zum pruefen von kraftschraubern

Info

Publication number: DE3305457A1
Application number: DE19833305457
Authority: DE
Inventors: Johann 5630 Remscheid Schatz
Original assignee: Schatz Testronic 5630 Remscheid GmbH; SCHATZ TESTRONIC GmbH
Current assignee: Schatz AG
Priority date: 1983-02-17
Filing date: 1983-02-17
Publication date: 1984-08-23
Also published as: DE3305457C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen
von Kraftschraubern Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Kraftschraubern, bei dem eine mit dem Abtrieb des Kraftschraubers gekoppelte Welle mit gesteuert zunehmender Bremskraft bis zum Stillstand des Kraftschraubers gebremst und das vom Kraftschrauber auf die Welle ausgeübte Drehmoment gemessen und der Meßwert ausgewertet wird.
Kraftschrauber, d. h. Druckluft- oder Elektro-Schrauber, müssen nach Fertigstellung oder nach Reparaturen bzw. zur vorbeugenden Instandhaltung daraufhin geprüft werden, inwieweit und mit welcher Genauigkeit bzw.
Wiederholbarkeit das Verhalten des Kraftschraubers beim tatsächlichen Anziehen einer Schraubverbindung den Sollwerten entspricht, und um den Kraftschrauber gegebenenfalls nachjustieren zu können.
Aus der DE-QS 28 53 908 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Welle mittels einer Reibungsbremse gebremst wird, deren Reibungsglieder hydraulisch oder pneumatisch durch ein Druckmittel mit einstellbarem Druckanstieg beaufschlagt werden. Das bis zum Stillstand der Welle erreichte maximale Drehmoment wird gespeichert und kann abgelesen werden. Bei dieser bekannten Einrichtung können durch unterschiedliches Einstellen des zeitlichen Druckanstieges an der Bremse harte und weiche Schraubfälle simuliert werden, d.h. Schraubfälle, bei denen die Schraube bis zum Festziehen auf ein bestimmtes Anzugsmoment um einen mehr oder weniger großen Drehwinkel gedreht wird.
Diese bekannte Einrichtung und das mit ihr durchführbare Verfahren, bei denen nur der zeitliche Druckgradient der Bremse vorgegeben werden kann und das maximal erreichbare Drehmoment der einzige ausgewer- tete Meßwert ist, ermöglichen jedoch noch keine optimale und reproduzierbare Erfassung aller für die verschiedenen Schraubfelle maßgeblichen Parameter des Prüfvorgangs. Es kann z.B. nicht berücksichtigt werden, daß in der Praxis außer der Härte des Schraubfells auch das Gewindenennmaß sowie die jeweilige Motordrehzahl des Kraftschraubers einen erheblichen Einfluß auf die Anziehzeit, auf den zeitlichen Drehmomentanstieg und auf das letztlich erreichte Anziehdrehmoment haben, so daß, wenn diese Parameter nicht berücksichtigt werden und lediglich der zeitliche Drehmomentanstieg vorgegeben wird, eine erhebliche Verfälschung des Meßvorganges eintreten kann. Auch eine Berücksichtigung z.B. des Fügemomentes ist bei der bekannten Einrichtung nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art, sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, die eine genauere und wirklichkeitsgetreuere Simulation des Anziehverhaltens der verschiedensten, vorgebbaren Schraubverbindungen und eine vollständigere und exaktere Aussage über das Verhalten des Kraftschraubers in diesen Fällen ermöglicht, und die weiterhin die Voraussetzung für einen programmgesteuerten automatischen Prüfungsablauf bietet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren der genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß während der Bremsung sowohl das Drehmoment an der Welle als auch der Drehwinkel der Welle wiederholt oder kontinuierlich gemessen und gemeinsam ausgewertet werden.
Hierdurch werden verschiedene wichtige Vorteile erzielt. Einerseits erhält man als Ergebnis des Prüfvorganges nicht nur, wie beim bekannten Verfahren, einen einzigen Meßwert über das erreichte maximale Anzugsmoment, sondern eine kontinuierliche Folge von zusammengehörenden Meßwerten des Drehmoments und des jeweiligen Drehwinkels, die gemeinsam eine Aussage über den vollständigen Drehmomentverlauf während des ganzen Anziehvorgangs ermöglichen und damit auch eine genauere, von verfälschenden Einflüssen des Prüfvorganges befreite Auswertung des tatsächlich erreichten Anzugsdrehmomentes gestatten. Zum anderen können die gemessenen Drehwinkelwerte dazu verwendet werden, den Anstieg der auf die Welle ausgeübten Bremskraft drehwinkelabhängig zu steuern, so daß man für jeden Prüfvorgang einen bestimmten Wert des sogenannten Differenzenquotienten, d.h.,daß Quotienten aus Drehmomentzuwachs und Drehwinkelzuwachs, vorgeben kann. Dieser Differenzenquotient ist ein wichtiges Maß,um vergleichbare Prüfvoraussetzungen bei der Simulation von Schraubverbindungen unterschiedlichen Nennmaßes und gleichzeitig unterschiedlicher Härte reproduzieren zu können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist vorzugsweise zum Bremsen der Welle eine berührungslos und trägheitsfrei arbeitende elektromagnetische Bremseinrichtung auf. Damit ist gewährleistet, daß ein für den jeweiligen Prüfvorgang vorgegebener drehwinkelabhängiger Verlauf des Drehmoments auch tatsächlich mit hinreichender Genauigkeit an der Welle reproduziert werden kann, ohne durch Trägheitseffekte, z.B. auch bei unterschiedlichen Ausgangsdrehzahlen des Kraftschraubers, verfälscht zu werden.
Es kann vorteilhaft sein, zur Anpassung an unterschiedlich rasch ablaufende Prüffälle eine Kombination von zwei Bremseinrichtungen unterschiedlichen Typs, z.B.
Elektromagnetbremse und Magnetpulverbremse, vorzusehen.
Der gesamte Prüfvorgang wird erfindungsgemäß vorzugsweise automatisch nach Programm gesteuert, wobei insbesondere eine selbsttätige Wiederholung von Meßzyklen ohne oder mit Abänderung der Meßparameter möglich ist, z.B. entsprechend einem vom Anmelder vorgeschriebenen Meßreihenprogramm. Entsprechend kann eine anschließende rechnerische Auswertung nach Mittelwert, Standardabweichung, Maximal- und Minimalwerten, etc.
durchgeführt werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in perspektivischer Darstellung die mechanischen Teile einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit schematisch daran angeschlossenem Blockschaltbild der zugehörigen Auswerte- und Steuereinrichtungen.
In Lagerböcken 3, die auf einer Grundplatte 1 befestigt sind, ist mittels Führungsstangen 5 ein Montageflansch 7 unverdrehbar längsverschieblich geführt. In einer Öffnung dieses Montageflansches 7 kann der jeweils zu prüfende Kraftschrauber 9 aufgenommen und z.B. mittels eines Spannfutters 11 unverdrehbar festgelegt werden. Die Abtriebswelle 13 des Kraftschraubers 9 wird durch einen Steckschlüsseleinsatz 15 mit einer Welle 17 gekoppelt, die in einem Lagerbock 19 auf der Grundplatte 1 drehbar gelagert ist. Zum Bremsen der Welle 17 mit einer steuer- bzw. regelbaren Bremskraft sind zwei jeweils berührungslos wirkende Bremsen unterschiedlichen Typs vorgesehen, nämlich eine Magnetpulverbremse 21 und eine Elektromagnetbremse 23. Die Drehzahl der Welle 17 kann mit einem Drehzahlgeber 25 gemessen werden. In den Steckschlilsseleinsatz 15 ist ferner ein Meßwertaufnehmer 27 eingefügt und durch eine Lasche 29 mit der Grundplatte 1 drehfest verbunden, mit dem einerseits das momentan vom Kraftschrauber 9 auf die Welle 17 ausgeübte Drehmoment, und andererseits der momentane Drehwinkel des Steckschlüsseleinsatzes 15 und damit der Welle 17 gemessen werden kann.
Die Meßwerte für Drehwinkel, Drehmoment und gegebenenfalls Drehzahl werden, wie schematisch dargestellt, über geeignete Leitungen einem Rechner 31 zugeführt, der sowohl die Datenauswertung vornimmt als auch den Prüfablauf steuert. Falls der zu prüfende Kraftschrauber 9 je nach Fabrikat und Typ einen eigenen Reaktions-Drehmoment-Meßwertaufnehmer und/oder einen Drehwinkelgeber aufweist, können deren geräteintern erfaßte Meßwerte ebenfalls über einen Ausgang 33 dem Rechner 31 zugeführt und dort mit den am Prüfgerät gemessenen Werten verglichen werden. Der Rechner 31 ist mit einem Programmwählgerät 35 verbunden oder kombiniert, an welchem mittels geeigneter Wählschalter, die mit einfach ablesbaren Symbolen versehen sein können, der jeweils zu prüfende Schraubfallj oder auch eine automatisch zu durchlaufende Folge von Schraubfällen, vorgegeben werden kann. Der Rechner 31 beaufschlagt ein Steuergerät 37, welches einerseits über einen Bremsregler 39 die Beaufschlagung einer oder beider Bremsen 21, 23 mit einer kontrolliert ansteigenden Bremskraft bewirkt, und andererseits das Inbetriebsetzen des Kraftschraubers 9 steuert, z.B. über eine Luftdruckschalt- und Steuereinrichtung 41, falls es sich um einen druckluftbetriebenen Kraftschrauber handelt.
Die vom Rechner erfaßten, verglichenen bzw. errechneten Werte werden einer Anzeigeeinheit 43 zugeführt, wo sie in geeigneter Weise angezeigt, ausgedruckt und/ oder grafisch dargestellt werden können.
Je nach dem vorgewählten Prüfprogramm kann der Prüfvorgang die folgenden Vorgänge durchlaufen: - Einschalten; - Anlauf mit Beruhigungszeit zur Uberwindung des Losbrechmomentes der Schwungmasse« - Messung der Leerlaufdrehzahl; - Messung der Leistungsaufnahme (Luftdruck beim Druckluft-Schrauber bzw. Spannung beim Elektro-Schrauber)im Leerlauf; - Einschalten einer oder beider Bremsen mit kontinuierlich ansteigender Beaufschlagung; - Messung des dabei zunehmenden Drehmomentes M am Meßwertaufnehmer 27; - Messung des Drehwinkels ab Erreichen eines bestimmten Mindestdrehmomentes (entsprechend dem - Fügemoment der Schraubverbindung); - kontrollierte Steigerung der Bremskraft derart, daß der Quotient aus Drehmomentzunahme und Drehwinkelzunahme (Differenzenquotient) einem vorgegebenen konstanten Wert entspricht; - Bremsen bis zum Stillstand über einen gesamten Winkelweg, der je nach der Härte des Schraubfalls vorgebbar ist (z.B. 300, 1200, 3600, 7200 für harte, mittelharte, mittelweiche, weiche Schraubverbindungen), jeweils gemessen ab Erreichen des Fügemoments; Abwürgen (pneumatisch) oder Abschalten (elektrisch) des Schraubermotors; - Anzeige des erreichten Spitzendrehmoments; Anzeige des Drehwinkels vom Fügemomentenstillstand; - Erfassung der Drehmomentveränderung während des Abwürgens oder Abschaltens nach Schrauberstillstand; - Anzeige oder Ausdrucken der Werte, ggf. Wiederholung des Prüfvorganges mit gleichen oder unterschiedlichen vorgegebenen Werten; bei wiederholten Messungen dann statistische Auswertung der einzelnen Meßwerte und Ermittlung des arithmetischen Mittelwertes, der Standardabweichung, der Maximal- und Minimalwerte, etc., bezogen auf die Anzahl der Prüfvorgange.
Die erfindungsgemäße Möglichkeit, die Bremskraft trägheitslos entsprechend einem vorgegebenen Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit vom Drehwinkel zu steuern unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Drehzahl, hat insbesondere den Vorteil, daß verfälschende Auswirkungen der kinetischen Energie des Schraubers eliminiert bzw. berücksichtigt werden können. Es muß vermieden bzw. bei der Justage des Kraftschraubers berücksichtigt werden, daß der Kraftschrauber bei gleichem Gewindenennmaß im harten Schraubfall durch die schnellere Abbremsung ein höheres End-Anzugsdrehmoment erzeugt als bei einem weichen Schraubfall.
Weitere Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen in der Prüfung der Getriebestandfestigkeit bei Dauerlauf unter verschiedenen vorbestimmten Belastungsbedingungen, sowie in der Möglichkeit, die am Meßwertaufnehmer 27 gemessenen Drehmoment-und Drehwinkelwerte M, mit den Werten M', t eines im Kraftschrauber 9 fabrikmäßig eingebauten Drehmomentgebers bzw. Drehwinkelgebers zu vergleichen.
Die Vorrichtung ermöglicht einen rechnergesteuerten, automatischen Prüfablauf, bei der vorgebbare Meßzyklen beliebig oft wiederholt werden können. Dies bedeutet eine erhebliche Rationalisierung und Zeitersparnis z.B.
bei der Erstellung der von der Automobilindustrie teilweise vorgeschriebenen Meßreihen für Kraftschrauber.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Kraftschraubern Patent ansprüche Verfahren zum Prüfen von kraftschraubern, bei dem eine mit dem Abtrieb des Kraftschraubers gekoppelte Welle mit gesteuert zunehmender Bremskraft bis zum Stillstand des Kraftschraubers gebremst und das vom Kraftschrauber auf die Welle ausgeübte Drehmoment gemessen und der Meßwert ausgewertet wird, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß während der Bremsung sowohl das auf die Welle ausgeübte Drehmoment als auch der Drehwinkel der Welle wiederholt oder kontinuierlich gemessen und gemeinsam ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Zunahme der Bremskraft in Abhängigkeit vom gemessenen Drehwinkel gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Steuerung derart erfolgt, daß der Differenzenquotient aus der Zunahme des Drehmoments und der Zunahme des Drehwinkels einen vorgebbaren konstanten Wert hat.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerung derart erfolgt, daß die Welle nach einer vorgegebenen, wähtbaren Gesamtzunahme des Drehwinkels zum Stillstand kommt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zunahme des Drehwinkels von derjenigen Winkelstellung der Welle aus gemessen wird, bei dem nach Beginn der Bremsung das Drehmoment einen vorgegebenen, dem Fügemoment einer Schraubverbindung entsprechenden Wert erreicht hat.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auch die Drehzahl der Welle insbesondere bis zum Beginn der Bremsung gemessen und in die Auswertung einbezogen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , iß die Meßwerte einem Rechner zugeführt werden, der in Abhängigkeit von den Meßwerten und/oder daraus errechneten Werten den Ablauf der Prüfung und die Anzeige und/oder Aufzeichnung der Meßwerte steuert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Rechner selbsttätig eine ggf.

mehrfache Wiederholung des Prüfvorgangs mit gleichen oder nach Programm geänderten Vorgabewerten für Drehmomente und/oder Drehwinkel steuert.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß dem Rechner außer den an der Welle gemessenen Werten des Drehmoments und Drehwinkels auch die Signale eines im Kraftschrauber eingegebenen Drehmomentwinkelgebers zugeführt und mit den Meßwerten verglichen werden.
10. Einrichtung zum Prüfen von Kraftschraubern nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer Halterung zur drehfesten Aufnahme des Kraftschraubers, einer mit dem Abtrieb des Kraftschraubers kuppelbaren Welle, einer auf die Welle wirkenden Bremseinrichtung, einem Steuergerät zum Steuern einer kontrolliert zunehmenden Bremskraft der Bremseinrichtung, einem der Welle zugeordneten Drehmoment-Meßwerteaufnehmer sowie einem daran angeschlossenen Auswerte- und/oder Anzeigegerät, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Welle Meßwerteaufnehmer (29) für Drehmoment und Drehwinkel zugeordnet sind, und daß das Auswertegerät einen Rechner (31) zum Vergleichen und/oder Verknüpfen der Drehmoment- und Drehwinkelmeßwerte aufweist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Steuergerät (37) zum Stauern des Anstiegs der Bremskraft der Bremseinrichtung (21, 23) durch den Rechner (31) steuerbar ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Bremseinrichtung mindestens eine berührungslos elektromagnetisch wirkende Bremse (21, 23) aufweist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Bremseinrichtung zwei Bremsen (21, 23) unterschiedlicher Bremscharakteristik aufweist und daß das Steuergerät (37) zum gleichzeitigen oder wahlweisen Steuern der einen oder anderen Bremse ausgebildet ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Bremse eine Elektromagnetbremse, eine Elektromagnetpulverbremse, eine Wirbelstrombremse, ein Gleichstromgenerator od.

dgl., insbesondere eine Kombination aus zwei der vorgenannten Bremsen, vorgesehen ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß dem Rechner (21) bzw.

Steuergerät (37) eine Einrichtung (35) zum Vorwählen eines Prüfablaufs mit vorgegebenen Parametern und/oder einer vorgegebenen Folge von Prüfabläufen zugeordnet ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Vorwähleinrichtung (35) von Hand bedienbare Wählschalter mit den unterschiedlichen Prüfabläufen zugeordneten Kennzeichnungen aufweist.