DE3837942C2

DE3837942C2 -

Info

Publication number: DE3837942C2
Application number: DE19883837942
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.-Ing. Bauer (Fh), 7022 Leinfelden-Echterdingen, De; Marcus Dipl.-Ing. Batora (Fh), 7100 Heilbronn, De
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-11-09
Filing date: 1988-11-09
Publication date: 1991-04-11
Also published as: DE3837942A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Schraubverfahren nach der Gattung des Anspruches 1 und von einer Vorrichtung nach der Gattung des Anspruches 5. Es sind schon Schraubverfahren bekannt, bei dem eine Schraube in mehreren Stufen in ein Werkstück eingeschraubt wird. Üblicherweise wird eine Schraube nach dem Ansetzen mit zu nächst hoher Drehzahl eingeschraubt und nach dem Aufsetzen des Schraubkopfes auf die Werkstückoberfläche mit niedrigerer Drehzahl festgezogen.

Aus der DE-OS 25 58 251 ist ein zweistufiges Schraubverfahren zum automatischen Festspannen von Schrauben bekannt, bei dem das Fest spannen in einer ersten Phase unter Drehen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt und anschließend in einer zweiten Phase die Geschwin digkeit bis zum vollständigen Festspannen der Schraube verringert wird.

Ist dieses Schraubverfahren in einer Schraubvorrichtung realisiert, dann muß die Schraubvorrichtung bei geänderten Schraubbedingungen unter Umständen umgebaut werden. Beispielsweise müssen die Schraub geschwindigkeit, die Drehmomenteinstellung und Winkelwerte geändert oder sogar neue Meßsensoren eingebaut werden. Dadurch fallen Umrüst kosten an. Auch ist ungünstig, daß während der Umrüstdauer die Schraubvorrichtung nicht genutzt werden kann, so daß sich durch die Standzeiten die Betriebskosten noch einmal erhöhen. In einem Mon tagewerk, in dem beispielsweise sehr viele Schraubvorrichtungen betrieben werden, sind daher lange Umrüstzeiten besonders teuer und dadurch unerwünscht.

Aus der Zeitschrift "Technische Rundschau", 'Die Flexibilisierung der Schraubmontage' (1985, Heft 39, Seite 12 bis 22) sind elektrische Mehrfachschrauber der eingangs genannten Art bekannt, mit denen eine Schraube insbesondere in einem zweistufigen Schraubverfahren bis zu vorgegebenen Drehmomenten oder Drehwinkeln festgezogen werden kann. In einer ersten Stufe wird im allgemeinen die Schraube mit hoher Drehzahl eingedreht, bis der Kopf auf dem Werkstück aufsetzt. Dieses wird durch einen starken Anstieg des Drehmomentes erkannt. In einer zweiten Stufe wird dann die Schraube festgezogen, bis der vorgegebene Grenzwert des Drehmomentes erreicht ist. Dabei wurden die Grenzwerte zum Umschalten von der einen Stufe in die andere bzw. zum Abschalten des Schraubvorganges in einem vorher durchzuführenden Programmiervorgang eingegeben und abgespeichert. Sind verschiedene Schrauben mit unterschiedlichen Drehmomenten einzuschrauben, dann müssen die unterschiedlichen Parameter wie Drehgeschwindigkeit, Drehrichtung, Drehmoment, Drehwinkel oder Streckgrenze für jede Schraubstufe getrennt eingegeben werden. Dieses Eingabeverfahren erfordert daher relativ viel Zeit und kann leicht zu fehlerhaften Eingaben führen, insbesondere dann, wenn die Bedienperson relativ unerfahren in der Bedienung des Schraubgerätes ist. Dadurch können sich fehlerhafte Schraubverbindungen ergeben, die insgesamt unbefriedigend sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schraubverfahren bzw. eine Schraubvorrichtung anzugeben, bei denen durch vorprogrammierte Schraubsegmente die Programmierung eines speziellen Schraubfalls erheblich vereinfacht wird. Insbesondere können dadurch Eingabefehler weitgehend vermieden werden, so daß zuverlässige Schraubverbindungen herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des nebengeordneten Anspruchs 5 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Schraubverfah ren modular aus Schraubmodulen zusammengesetzt ist, die beliebig an einander reihbar sind. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß jedes Schraubmodul für sich durch Start- und Stopparameter programmierbar ist. Dadurch ist jedes Schraubverfahren auf einfachste Weise und in kürzester Zeit adaptierbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Durch die Programmierung der einzelnen Schraubmodule ist vorteilhaft eine einfache Anpassung an gewünschte Schraubbedingungen gewähr leistet. Auch ist vorteilhaft, wenn bereits eingegebene Schraub module in einer Bibliothek abgespeichert sind. Sie sind dann auf ein fache Weise aufzurufen und zu einem neuen Schraubvorgang beliebig zu kombinieren.

Bei einfacheren Schraubbedingungen werden dagegen in vorteilhafter Weise die Schraubmodule nacheinander eingegeben und von der Steuer einheit sequentiell abgearbeitet. Dadurch ist der Schraubvorgang für den Bediener besonders übersichtlich.

Eine weitere Vereinfachung der Eingabe ist in vorteilhafter Weise auch darin zu sehen, daß die Ausgangsparameter eines Schraubmoduls als Eingangsparameter eines nachfolgenden Schraubmoduls verwendet werden.

Um einen Schraubvorgang aus wirtschaftlichen Gründen möglichst schnell durchzuführen, ist es vorteilhaft, als Eingangsparameter die Drehzahl und Drehrichtung des Schraubers vorzugeben und als Aus gangsparameter ein Drehmoment oder einen Drehwinkel. Dadurch wird erreicht, daß die Schraube mit hoher Drehgeschwindigkeit einge schraubt und bei Erreichen eines definierten Drehmomentes umge schaltet wird auf ein neues Schraubmodul, um die Schraube definiert festzuziehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ihren kennzeichnenden Merkmalen kann in vorteilhafter Weise einfach und zuverlässig aufgebaut wer den. Sie ist aus handelsüblichen Baugruppen aufbaubar und damit in der Fertigung preiswert herstellbar. Da die Schraubmodule identisch aufgebaut sind, sind sie gegeneinander leicht austauschbar und können immer wieder durch dieselbe Interpretationslogik bearbeitet werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Schraubverfahrens und

Fig. 2 das Flußdiagramm eines Schraubvorgangs.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß eine Eingabeeinheit 4 mit einem Eingabespeicher 1 verbunden ist. Als Eingabeeinheit ist eine dem Fachmann bekannte handelsübliche Tastatur verwendbar, die ent sprechende Datenleitungen zum Eingabespeicher 1 aufweist. Der Ein gabespeicher 1 ist unterteilt in mehrere Speicherbereiche M 1, M 2, . . . Mi. In diese Speicherbereiche werden für jedes Schraubsegment 19, aus denen der gesamte Schraubvorgang zusammengesetzt ist, die Startparameter, Stopparameter und deren Grenzwerte abgespeichert. Die Anzahl der Speicherbereiche Mi ist lediglich begrenzt durch die Kapazität des Eingabespeichers 1. Er ist jedoch ausreichend groß bemessen, um alle vorkommenden Schraubverfahren speichern zu können.

Der Eingabespeicher 1 ist wiederum verbunden mit einer Steuereinheit 2, an die auch der Schrauber 3 und der Sensor 5 angeschlossen sind. Der in dem Eingabespeicher 1 enthaltene Datensatz für die Start/Stop-Parameter 21, 22 dient zur Steuerung eines oder mehrerer Schraubmodule 20. Das Schraubmodul 20 enthält geeignete Mittel, die die Anforderungen an das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm erfül len. Diese Mittel sind dem Fachmann bekannt und daher nicht näher erläutert. Sie können ein Programm aufweisen oder auch hardwaremäßig aus handelsüblichen Komponenten wie Speicher, Zähler, Vergleicher aufgebaut sein. Die Steuereinheit 2 ist mit einem Schrauber 3 ver bunden, der für sich ebenfalls bekannt ist. An ihn ist ein Sensor 5 angeschlossen, der die Istwerte der programmierten Start/Stop-Para meter 21, 22 mißt. Über die Steuereinheit 2 wird nicht nur der Datentransfer zwischen den einzelnen Baugruppen sichergestellt, sondern sie bewirkt auch, daß der Schrauber 3 mit der entsprechenden Energie versorgt wird. Die Steuereinheit 2 beinhaltet ebenfalls ein Ablaufprogramm, das jedoch ebenfalls nicht Gegenstand der Erfindung ist, da es dem Fachmann bekannt ist.

Im folgenden wird die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels be schrieben. Ein Schraubprogramm 18 ist aus mehreren Schraubsegmenten 19 zusammengesetzt und gibt den kompletten Ablauf eines Schraubvor ganges vor. In dem Eingabespeicher 1 können ein oder mehrere Schraub programme 18 gespeichert werden, die aus beliebig kombinierten Schraubsegmenten 19 zusammengesetzt sind und über einen Namen, bei spielsweise P1, aufgerufen werden. In dem Schraubprogramm 18 sind im wesentlichen die Namen der gewünschten Schraubsegmente 19 aufge listet und die Reihenfolge festgelegt, in der sie abgearbeitet wer den sollen. Die Schraubsegmente 19 sind in Form einer Bibliothek im Eingabespeicher 1 gespeichert und werden wie folgt programmiert.

Über die Eingabeeinheit 4 werden zunächst für das erste Schraubseg ment 19 Start/Stop-Parameter 21, 22 eingegeben. Als Startparameter können beispielsweise die Drehzahl, die Drehrichtung oder eine ent sprechende Anzahl von Impulsen z.B. Drehzahlimpulse eingegeben wer den. Als Stopparameter 22 kann beispielsweise ein Drehmoment, eine Schraubzeit und/oder eine Einschraubtiefe programmiert werden. Die Auswahl der Parameter und deren Größe ist praktisch beliebig und durch den Anwendungsfall bestimmt. Selbstverständlich können auch andere Parameter sowohl als Startparameter 21 wie auch als Stoppara meter 22 eingegeben werden.

Nach der Programmierung des ersten Speicherbereichs wird dieser z.B. als Schraubsegment M1 definiert. Auf die gleiche Weise können die weiteren Speicherbereiche für weitere Schraubsegmente 19 definiert werden. Über die Steuereinheit 2 werden nun gemäß Fig. 2, Pos. 10 beispielsweise das Schraubprogramm P1 gewählt und in Pos. 11 die Daten der programmierten Parameter des gewünschten Schraubensegmen tes M2 . . . Mi in das Schraubmodul 20 eingelesen. Das Schraubmodul 20 löst auf externe Anforderung hin einen Startvorgang für den Schrau ber 3 aus. Entsprechend den programmierten Startparametern 21 wird in Pos. 12 der Schrauber 3 beispielsweise auf eine Solldrehzahl und Drehrichtung eingestellt. Nun wird der Sensor 5 aktiviert, der in Pos. 13 die Istwerte des Schraubers 3 erfaßt und sie über die Steuereinheit 2 dem Schraubmodul 20 zuführt. In einem ersten Soll-Ist-Vergleich in Pos. 14 wird kontrolliert, ob die eingegebenen Startbedingungen eingehalten werden. Ist das nicht der Fall, dann wird in Pos. 24 ein Fehlersignal ausgegeben oder der Schraubvorgang abgebrochen. Sind jedoch die Startparameter erreicht, dann werden in Pos. 25 vom Sensor 5 die Istwerte der Stopparameter gemessen. An stelle eines Sensors 5 können auch mehrere Sensoren für verschiedene Parameter verwendet werden, damit man in der Wahl der Parameter mög lichst frei ist. Ist beispielsweise als Grenzwert für einen Stop parameter 22 das Drehmoment eingegeben, dann wird nun vom Sensor 5 laufend der Istwert des Drehmomentes gemessen, was durch die Schleife 32 zum Ausdruck kommt. In dem Vergleicher 27 wird nun über prüft, ob der Istwert des Drehmomentes größer ist als der program mierte Grenzwert. Für diesen Fall wird die Funktion dieses Schraub moduls beendet. Anstelle eines Parameters als Stopparameter können auch mehrere Stopparameter vorgesehen werden. So kann beispielsweise auch eine Einschraubzeit vorgegeben werden, die dann anspricht, wenn der Grenzwert des programmierten Drehmomentes noch nicht erreicht ist. Es kann vorkommen, daß das Gewinde einer Schraube defekt ist, so daß ein Festziehen der Schraube nicht möglich ist. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit wird dann der Schraubvorgang für dieses Schraubsegment beendet.

Nach Beendigung eines Schraubsegmentes 19 wird in einer weiteren Ab frage 29 von der Steuereinheit 2 in Pos. 29 überprüft, ob noch ein weiteres oder mehrere Schraubsegmente 19 vorhanden sind. Ist dieses der Fall, dann beginnt mit dem Einlesen von neuen Start/Stop-Para metern 21, 22 der Lauf eines weiteren Schraubsegmentes 19. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis alle gewünschten Schraubsegmente 19 abgearbeitet sind. Danach wird das Schraubprogramm 18 in Pos. 28 beendet. Dabei ist die Reihenfolge der Schraubsegmente 19 nicht zwangsläufig festgelegt. Durch entsprechende Programmierung können die Schraubsegmente 19 zu einem Schraubprogramm 18 in beliebiger Reihenfolge zusammengesetzt werden. Durch dieses wahlweise Zusammen setzen der Schraubsegmente ist dieses Schraubverfahren sehr flexibel und leicht an beliebige Schraubbedingungen anpaßbar.

Claims

1. Verfahren zum stufenweisen Festziehen von Schrauben mit einer Schraubvorrichtung, bei der ein Schraubvorgang aus mehreren Schraubsegmenten gebildet wird, wobei in jedem Schraubsegment mindestens ein Stopparameter der Schraubvorrichtung gemessen wird und bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes des Stopparameters auf ein weiteres Schraubsegment umgeschaltet oder abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Schraubsegment (19) sowohl mindestens ein Startparameter (21) als auch mindestens ein Stopparameter (22) in einen Speicher (1) eingebbar sind, daß die Schraubsegmente in ihrer Reihenfolge beliebig abrufbar sind und daß ein Fehlersignal abgegeben wird und/oder der Schraubvorgang abgebrochen wird, wenn der Istwert des Startparameters vom wenigstens einen gespeicherten Wert des Startparameters (21) abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubsegmente (19) sequentiell in der Reihenfolge abgearbeitet werden, in der sie im jeweiligen Schraubprogramm festgelegt wurden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stopparameter (22) eines Schraubsegmentes (19) gleichzeitig als Startparameter (21) eines nachfolgenden Schraubsegmentes (19) verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß als Startparameter (21) die Drehzahl und Drehrichtung und als Stopparameter (22) ein Drehmoment, Drehwinkel, Streckgrenze, Tiefe und/oder eine Zeit vorgegeben wird.

5. Vorrichtung zum stufenweisen Festziehen von Schrauben mit einer Schraubvorrichtung, einer Steuer- und Überwachungselektronik zur Steuerung mehrerer Schraubsegmente des Schraubvorganges, die beim Erreichen eines vorgegebenen Wertes für einen Stopparameter auf ein weiteres Schraubsegment umschaltet oder abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Eingabespeicher (1) für jedes Schraubsegment (19) mindestens ein Startparameter (21) und mindestens ein Stopparameter (22) speicherbar ist, daß für jeden speicherbaren Startparamater (21) und jeden speicherbaren Stopparameter (22) ein Istwert-Sensor (5) vorgesehen ist, und daß ein Soll-Istwert-Vergleicher (14) für den Startparameter (21) mit einem Fehlersignalgeber (24) und/oder einem Abschalter verbunden ist.