DE3305457C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Prüfen von Kraftschraubern von der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 angegebenen Art. Ein Verfahren und eine Einrichtung dieser Art sind aus DE-OS 28 53 908 bekannt.

Von Kraftschraubern, d. h. Druckluft- oder Elektroschrau­ bern, die in Fertigungsbetrieben wie z. B. der Automobil­ industrie in großen Stückzahlen und in verschiedenen Größen im Einsatz sind, wird gefordert, daß sie Schraubverbindun­ gen auf ein vorgegebenes, zuverlässig reproduzierbares An­ zugsdrehmoment festziehen. Vor dem Einsatz der neuen oder reparierten Kraftschrauber, sowie auch in regelmäßigen War­ tungsintervallen muß geprüft werden, inwieweit und mit wel­ cher Genauigkeit bzw. Wiederholbarkeit das Verhalten des Kraftschraubers beim tatsächlichen Anziehen einer Schraub­ verbindung den Sollwerten entspricht, und ob der Kraft­ schrauber nachjustiert oder repariert werden muß.

Bei der aus DE-OS 28 53 908 bekannten Prüfeinrichtung wird die Welle mittels einer Reibungsbremse gebremst, deren Rei­ bungsglieder hydraulisch oder pneumatisch durch ein Druck­ mittel mit einstellbarem Druckanstieg beaufschlagt werden. Das bis zum Stillstand der Welle erreichte maximale Drehmo­ ment wird gespeichert und kann abgelesen werden. Durch un­ terschiedliches Einstellen des zeitlichen Druckanstieges an der Bremse können harte und weiche Schraubfälle simuliert werden, d. h. Schraubfälle, bei denen die Schraube bis zum Erreichen des Anzugsdrehmoments um einen kleinen oder großen Winkel gedreht wird. Die bekannte Einrichtung und das mit ihr durchführbare Verfahren, bei denen der zeitli­ che Anstieg der Bremskraft vorgegeben wird, und lediglich das maximal erreichbare Drehmoment als Meßgröße erfaßt wird, ermöglichen jedoch noch keine optimale und reprodu­ zierbare Erfassung aller für die verschiedenen Schraubfälle maßgeblichen Parameter des Prüfvorganges. Es kann z. B. nicht berücksichtigt werden, daß in der Praxis außer der Härte der Schraubverbindung auch deren Gewindenennmaß, so­ wie insbesondere die Motordrehzahl des jeweiligen Kraft­ schraubers einen erheblichen Einfluß auf die Anziehzeit, auf den zeitlichen Drehmomentanstieg und auf das letztlich erreichte Anziehdrehmoment haben. Auch der Zeitpunkt des Erreichens des sogenannten Fügemomentes der Schraubverbin­ dung ist bei der bekannten Einrichtung nicht möglich. Wenn die vorgenannten Parameter nicht berücksichtigt werden und wenn lediglich ein zeitlicher Drehmomentanstieg vorgegeben wird, kann dies den Meßvorgang und das Prüfergebnis verfäl­ schen.

Aus US-PS 39 62 910 ist ein Verfahren zum Prüfen von Schraubverbindungen bekannt, mit dem geprüft werden kann, ob beim Festziehen einer Schraubverbindung das gewünschte Anzugsdrehmoment eingehalten wird und ob die Schraubverbin­ dung fehlerhaft ist. Zu diesem Zweck werden beim Festziehen der Schraubverbindung das maximal erreichte Drehmoment und der Drehwinkel der Schraube gemessen. Wird ein vorgegebenes Anzugsdrehmoment nicht innerhalb eines vorgegebenen Dreh­ winkelbereichs erreicht, so wird die Schraubverbindung als fehlerhaft beurteilt. Drehmoment und Drehwinkel können mit­ tels am Kraftschrauber vorhandener Sensoren gemessen wer­ den. Dieses Verfahren setzt aber das einwandfreie Funktio­ nieren des Kraftschraubers und der an ihm vorhandenen Sen­ soren voraus, es ermöglicht nicht die Prüfung von Kraft­ schraubern auf ordnungsgemäßes Schraubverhalten, insbeson­ dere bei Schraubverbindungen unterschiedlicher Härte. Ent­ sprechendes gilt von der DE-OS 28 43 810, die ein ähnliches Verfahren zur Prüfung von Schraubverbindungen, nicht von Kraftschraubern betrifft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art, sowie eine Einrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, die eine genauere und wirklich­ keitsgetreuere Simulation des Anziehverhaltens der ver­ schiedensten, vorgebbaren Schraubverbindungen und eine vollständigere und exaktere Aussage über das Verhalten des Kraftschraubers in diesen Fällen ermöglicht, und die wei­ terhin die Voraussetzung für einen programmgesteuerten au­ tomatischen Prüfungsablauf bietet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Drehmoment auch der Drehwinkel der Welle während der Bremsung wiederholt oder kontinuierlich gemes­ sen wird und daß die Zunahme der Bremskraft in Abhängigkeit vom gemessenen Drehwinkel derart gesteuert wird, daß der Differenzenquotient aus der Zunahme des Drehmoments und der Zunahme des Drehwinkels einen vorgebbaren konstanten Wert hat.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht der zeitli­ che, sondern der auf den Drehwinkel bezogene Anstieg des Drehmomentes vorgegeben. Damit kann die Härte des zu simu­ lierenden Schraubfalls exakt vorgegeben werden. Es kann da­ her geprüft werden, ob der Kraftschrauber harte und weiche Schraubverbindungen, d. h. solche mit kurzem oder langem Schraubweg, zuverlässig auf das gleiche Enddrehmoment fest­ zieht, wodurch eine realitätsgerechte Prüfung des Schrau­ bers ermöglicht wird.

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 Prüfvor­ gang vorgegebener drehwinkelabhängiger Verlauf des Dreh­ moments auch tatsächlich mit hinreichender Genauigkeit an der Welle reproduziert werden kann, ohne durch Träg­ heitseffekt, z. B. auch bei unterschiedlichen Ausgangs­ drehzahlen des Kraftschraubers, verfälscht zu werden. Es kann vorteilhaft sein, zur Anpassung an unterschied­ lich rasch ablaufende Prüffälle eine Kombination von zwei Bremseinrichtungen unterschiedlichen Typs, z. B. Elektromagnetbremse und Magnetpulverbremse, vorzusehen.

Der gesamte Prüfvorgang wird vor­ zugsweise automatisch nach Programm gesteuert, wobei insbesondere eine selbsttätige Wiederholung von Meß­ zyklen ohne oder mit Abänderung der Meßparameter mög­ lich ist z. B. entsprechend einem vom Anwender vor­ geschriebenen Meßreihenprogramm. Entsprechend kann eine anschließende rechnerische Auswertung nach Mittelwert, Standardabweichung, Maximal- und Minimalwerten, etc. durchgeführt werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgen­ den anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in perspektivischer Darstellung die mechanischen Teile einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit schematisch daran angeschlossenem Blockschaltbild der zugehörigen Auswerte- und Steuereinrichtungen.

In Lagerböcken 3, die auf einer Grundplatte 1 be­ festigt sind, ist mittels Führunsstangen 5 ein Montage­ flansch 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 dreh­ bar 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 Steckschlüsseleinsatz 15 ist ferner ein Meßwert­ aufnehmer 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 aus­ geübte Drehmoment, und andererseits der momentane Dreh­ winkel des Steckschlüsseleinsatzes 15 und damit der Welle 17 gemessen werden kann.

Die Meßwerte für Drehwinkel, Drehmoment und gegebenen­ falls Drehzahl werden, wie schematisch dargestellt, über geeignete Leitungen einem Rechner 31 zugeführt, der so­ wohl die Datenauswertung vornimmt als auch den Prüfablauf steuert. Falls der zu prüfende Kraftschrauber 9 je nach Fabrikat und Typ einen eigenen Reaktions-Drehmoment-Meß­ wertaufnehmer 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 wer­ den. Der Rechner 31 ist mit einem Programmwählgerät 35 verbunden oder kombiniert, an welchem z. B. mittels geeigneter Wählschalter, die mit einfach ablesbaren Symbolen versehen sein können, der jeweils zu prüfen­ de Schraubfall, oder auch eine automatisch zu durch­ laufende Folge von Schraubfällen, vorgegeben werden kann. Der Rechner 31 beaufschlagt ein Steuergerät 37, welches einerseits über einen Bremsregler 39 die Be­ aufschlagung einer oder beider Bremsen 21, 23 mit einer kontrolliert ansteigenden Bremskraft bewirkt, und ande­ rerseits das Inbetriebsetzen des Kraftschraubers 9 steuert, z. B. über eine Luftdruckschalt- und Steuer­ einrichtung 41, falls es sich um einen druckluftbe­ triebenen Kraftschrauber handelt.

Die vom Rechner erfaßten, verglichenen bzw. er­ rechneten 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 Prüf­ vorgang die folgenden Vorgänge durchlaufen:

• - Einschalten;
• - Anlauf mit Beruhigungszeit zur Überwindung des Los­ brechmomentes der Schwungmasse,
• - Messung der Leerlaufdrehzahl;
• - Messun der Leistungsaufnahme (Luftdruck beim Druckluft-Schrauber bzw. Spannung beim Elektro- Schrauber) im Leerlauf;
• - Einschalten einer oder beider Bremsen mit kon­ tinuierlich ansteigender Beaufschlagung;
• - Messung des dabei zunehmenden Drehmomentes M am Meßwertaufnehmer 27;
• - Messung des Drehwinkels ab Erreichen eines be­ stimmten Mindestdrehmomentes (entsprechend dem Fügemoment der Schraubverbindung);
• - kontrollierte Steigerung der Bremskraft derart, daß der Quotient aus Drehmomentzunahme und Dreh­ winkelzunahme (Differenzenquotient) einem vorgege­ benen konstanten Wert entspricht;
• - Bremsen bis zum Stillstand über einen gesamten Win­ kelweg, der je nach der Härte des Schraubfalls vor­ gebbar ist (z. B. 30°, 120°, 360°, 720° für harte, mittelharte, mittelweiche, weiche Schraubverbin­ dungen), jeweils gemessen ab Erreichen des Fügemoments;
• - Abwürgen (pneumatisch) oder Abschalten (elektrisch) des Schraubermotors;
• - Anzeige des erreichten Spitzendrehmoments;
• - Anzeige des Drehwinkels vom Fügemoment bis zum Stillstand;
• - Erfassung der Drehmomentveränderung während des Abwürgens oder Abschaltens nach Schrauberstill­ stand;
• - Anzeige oder Ausdrucken der Werte, ggf. Wieder­ holung des Prüfvorganges mit gleichen oder unter­ schiedlichen vorgegebenen Werten;

bei wiederholten Messungen dann statistische Auswer­ tung der einzelnen Meßwerte und Ermittlung des arithme­ tischen Mittelwertes, der Standardabweichung, der Maxi­ mal- und Minimalwerte, etc., bezogen auf die Anzahl der Prüfvorgännge.

Weitere Möglichkeiten der Ein­ richtung bestehen in der Prüfung der Getriebestand­ festigkeit bei Dauerlauf unter verschiedenen vorbe­ stimmten Belastungsbedinungen, sowie in der Möglich­ keit, die am Meßwertaufnehmer 27 gemessenen Drehmoment- und Drehwinkelwerte M, ϕ mit den Werten M′, ϕ′ eines im Kraftschrauber 9 eingebauten Drehmoment­ gebers bzw. Drehwinkelgebers zu vergleichen.

Claims (10)

1. 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 dabei das vom Kraftschrauber auf die Welle ausgeübte Drehmoment wiederholt oder kontinu­ ierlich gemessen und der Meßwert ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Drehmoment (M) auch der Drehwinkel (ϕ) der Welle (17) während der Bremsung wiederholt oder kontinuierlich gemessen wird und daß die Zunahme der Bremskraft in Abhängigkeit vom gemesse­ nen Drehwinkel (ϕ) derart gesteuert wird, daß der Differen­ zenquotient aus der Zunahme des Drehmoments (M) und der Zu­ nahme des Drehwinkels (ϕ) einen vorgebbaren konstanten Wert hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zunahme des Drehwinkels (ϕ) von derjenigen Winkelstellung der Welle (17) aus gemessen wird, bei der nach Beginn der Bremsung das Drehmoment (M) einen vorgegebenen, dem Fügemoment einer Schraubverbindung ent­ sprechenden Wert erreicht hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich die Drehzahl der Welle (17), insbesondere bis zum Beginn der Bremsung, gemessen und in die Auswertung einbezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels eines in einem Rechner (31) gespeicherten Prüfprogrammes selbsttätig eine mehrfache Wiederholung des Prüfvorganges mit gleichen oder geänderten Vorgabewerten für Drehmomente (M) und/oder Drehwinkel (ϕ) gesteuert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß außer den an der Welle (17) erfaßten Meßwerten des Drehmoments (M) und Drehwinkels (ϕ) auch die Signale eines im Kraftschrauber vorhandenen Drehmoment- und/oder Drehwinkelgebers erfaßt und mit den Meßwerten verglichen werden.

6. Einrichtung zum Prüfen von Kraftschraubern nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Hal­ terung zur drehfesten Aufnahme des Kraftschraubers, einer mit dem Abtrieb des Kraftschraubers kuppelbaren Welle, einer auf die Welle wirkenden Bremseinrichtung, einem Steu­ ergerät zum Steuern einer kontrolliert zunehmenden Brems­ kraft der Bremseinrichtung, einem der Welle zugeordneten Drehmoment-Meßwerteaufnehmer sowie einem daran angeschlos­ senen Auswerte- und/oder Anzeigegerät, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Welle (17) Meßwertauf­ nehmer (25, 27) für Drehmoment (M) und Drehwinkel (ϕ) zuge­ ordnet sind, daß das Auswertegerät einen Rechner (31) zum Vergleichen und/oder Verknüpfen der Drehmoment- und Dreh­ winkelmeßwerte (M, ϕ) aufweist, und daß das Steuergerät (37) zum Steuern des Anstiegs der Bremskraft der Bremsein­ richtung (21, 23) seinerseits durch den Rechner (31) steu­ erbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremseinrichtung (21, 23) minde­ stens eine elektromagnetisch wirkende Bremse (21, bzw. 23) aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (21, 23) zwei Bremsen (21, 23) unterschiedlicher Bremscharakteri­ stik aufweist und daß das Steuergerät (37) zum gleichzeiti­ gen oder wahlweisen Steuern der Bremsen (21, 23) ausgebil­ det ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Bremse (21, 23) minde­ stens eine Elektromagnetbremse, eine Elektromagnetpulver­ bremse, eine Wirbelstrombremse, ein Gleichstromgenerator oder eine Kombination aus zwei der vorgenannten Bremsen vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Einrichtung (35) zum Vorwählen eines Prüfablaufs mit vorgegebenen Parametern und/oder einer vorgegebenen Folge von Prüfabläufen vorgesehen ist.