DE4331827C1

DE4331827C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Sicherung für Schraubverbindungen

Info

Publication number: DE4331827C1
Application number: DE4331827A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Kirmse; Gerd Prof Dr Herziger; Hans-Georg Dr Treusch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE FRAUNHOFER
Priority date: 1993-09-18
Filing date: 1993-09-18
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2013-09-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Sicherung für Schraubverbindungen, wobei das Ver schrauben durch ein automatisches Montagewerkzeug mit einem mechani schen Schraubkopf ausgeführt wird, ferner durch die Schraubverbindung mit einer vorgewählten Vorspannung die verschraubten Bauteile zusammengehal ten werden, mit den Merkmalen der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 10 beschriebenen Gattungen.

Aus dem Stand der Technik sind Sicherungen an sich bekannt. Das Erhalten der Vorspannung von dynamisch beanspruchten Schraubverbindungen ist jedoch mit Problemen behaftet. Der auf eine Schraube wirkende Anteil der schwingen den Last ist von Elastizitäten von Schraube und verspannten Bauteilen derart abhängig, daß mit wachsender relativer Nachgiebigkeit der Schraube deren Anteil daran abnimmt. Der Abbau der entsprechenden verminderten Span nungsspitzen am Kopfansatz und am ersten Muttergewinde machen solche Schraubverbindungen dauerschwingfest. Verwendet man zu diesem Zweck Dehnschrauben aus hochfestem Material, wie z. B. Zylinderkopfschrauben für Verbrennungsmotoren, so tragen diese den vorstehend geschilderten Verhält nissen dadurch Rechnung, daß sie mit einem verjüngten langen Schrauben schaft mit größerem Gewindedurchmesser und großen Übergangsradien (Kerbwirkung) versehen sind. Den gleichen Effekt einer höheren Elastizität kann man durch eine entsprechende Druckhülse oder ein Tellerfederpaket zwischen Schraubenkopf und Bauteil erreichen.

Stoffschlüssige Sicherungen, wie sie etwa durch Kleben, Körnerschlag und durch einen Schweißpunkt zu erreichen sind, und formschlüssige Sicherungen, wie beispielsweise ein Sicherungsblech oder ein Splint, verhindern zwar das Losdrehen der Schraube, bzw. der Schraubverbindung, wirken aber einem Vor spannungsabbau insbesondere durch Setzen nicht entgegen. Gleiches gilt für die vielfältig verwendeten Sicherungsmuttern. Die meisten Sicherungen für Schraubverbindungen sollen darum Kraftschluß und Formschluß kombinieren, wie das beispielsweise bei Federringen, Hochspannungsringen, Sicherungsrin gen, Zahnscheiben, Federscheiben und speziellen Schraubenkopfformen der Fall ist. In der Regel bringen derartige Schraubensicherungen einen zusätzlichen Material- und Gewichtsaufwand mit sich, der auf der einen Seite den Montage aufwand erhöht und bei bewegten Geräten, z. B. in Gestalt eines Automobils zu einem erhöhten Energieverbrauch führt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine für die Massenfertigung geeignete, einfache, preiswerte und stoffschlüssige Sicherung, ein Verfahren zum Herstellen der Sicherung und eine entsprechende Vorrichtung dazu zu schaffen, die insbesondere in Abstimmung auf die unterschiedlichen Anwen dungsfälle eine Sicherung mit im Betrag veränderbaren Lösedrehmoment ermöglicht, ferner eine Anpassung der Sicherung an die unterschiedlichen Schraubenformen und Schraubengrößen zuläßt, wobei die Erhaltung der Vorspannung von dynamisch beanspruchten Schraubverbindungen ohne zu sätzliche Bauteile gewährleistet sein muß, darüber hinaus die Bestandteile der Schraubverbindung und die verschraubten Bauteile nach dem erneuten Lösen der mit einer Sicherung versehenen Schraubverbindung eine Wiederverwen dung aller Teile der Schraubverbindung und der verschraubten Bauteile gestatten und schließlich die Bewegungsfreiheit des Schraubkopfes des automatischen Montagewerkzeuges für Schraubverbindungen durch die Montage der Sicherungen nicht eingeschränkt wird.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 10 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteil hafte Weiterbildungen der Erfindungsgegenstände sind in den Merkmalen der Unteransprüche 2-9 und 11-30 gekennzeichnet.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß durch das Setzen von ein oder mehreren Mikroschweißpunkten an die aneinanderliegenden Grenzflächen von Teilen der Schraubverbindung, wie z. B. Schraubenkopf, Schraube oder Mutter und den verschraubten Bauteilen einerseits eine stoffschlüssige Sicherung der Schraubverbindung allein oder mit den Bauteilen erzielt wird, andererseits das Haltevermögen der Sicherung frei wählbar ist, und zwar je nach dem, wie viele Mikroschweißpunkte gesetzt werden. Da die Mikroschweißpunkte nur einen sehr geringen Durchmesser aufweisen und damit nur eine begrenzte Haltekraft pro Mikroschweißpunkt haben, läßt sich die Sicherung ohne Auslösung einer Zerstörung oder einer Funktionsunfähigkeit der Schraubverbindung lösen, in dem man ein über den gemeinsamen Haltekräften der aufaddierten Mikroschweißpunkte liegendes Lösedrehmoment an der Schraubverbindung ansetzt. Da die geometrischen Abmessungen der Durch messer der Mikroschweißpunkte gering gehalten sind, so daß sie nur einen klei nen Teil der Länge des Umfangs der aneinanderliegenden Grenzflächen von Teilen der Schraubverbindung und den verschraubten Teilen erreichen, können nach dem Lösen der Schraubverbindung von den verschraubten Teilen alle diese Teile der Schraubverbindung wie der verschraubten Teile wieder verwendet werden, da die Veränderungen durch die stoffschlüssigen Verbin dungen der Mikroschweißpunkte an der Schraubverbindungen wie auch an den verschraubten Teilen nur geringfügiger Natur sind.

Die erfindungsgemäße Sicherung benötigt im Gegensatz zum Stand der Technik keinen zusätzlichen Materialaufwand und schafft auch keine zusätzlichen Gewichte für die Schraubverbindung. Die Erhaltung der Vorspannung der dynamisch beanspruchten Schraubverbindung ist ohne jegliche zusätzliche Bauteile möglich. Da die Optikanordnung zur Strahlformung und Strahlführung des Laserstrahls zum Erzeugen der Sicherung in den mechanischen Schraub kopf des automatischen Montagewerkzeuges integriert ist, kann die Sicherung in jeder beliebigen Lage des Schraubkopfes erzeugt werden. Durch den Einbau der Optikanordnung in den mechanischen Schraubkopf und durch die Zuführung der Laserstrahlenergie über flexible Lichtleitfasern bleibt die Bewegungsfreiheit des Schraubkopfes zum Festziehen der Schraubverbindun gen völlig uneingeschränkt.

Die Haltekraft bzw. das Lösemoment der erfindungsgemäßen Sicherung läßt sich über die Aufaddierung der Anzahl der gesetzten Mikroschweißpunkte und/oder die Größe der Mikroschweißpunktdurchmesser und/oder durch die Menge der abgestrahlten Pulsenergie pro Mikroschweißpunkt genau einstellen. Diese Veränderung der Haltekraft bzw. des Lösedrehmoments läßt sich on-line zur Montage der Schraubverbindung durchführen. Eine Änderung der Strahlführung in den Optikanordnungen, beispielsweise durch Verschieben und/oder Schwenken von Umlenkspiegel bzw. Fokussieroptik erlaubt eine An passung der Sicherung an die unterschiedlichen Schraubenformen und Schraubengrößen ebenfalls direkt während des Herstellungsprozesses der Si cherung. Diese Anpassung erfolgt durch eine Zwangsführung der Elemente der Optikanordnung durch den Schraubenantrieb, der ja jeweils beim Verschrauben an die entsprechende Schraubengröße zwangsweise angepaßt ist.

Es zeigt

Fig. 1 Eine Schraubverbindung mit der erfindungsgemäßen Siche rung aus Mikroschweißpunkten in Teilschnittdarstellung,

Fig. 2 in schematischer Teilschnittdarstellung des mechanischen Schraubkopfes eines automatischen Montagewerkzeugs mit in den Schraubkopf eingebauter Optikanordnung für die Mikroschweißpunkte und

Fig. 3-5 unterschiedliche Optikanordnungen zur Strahlführung und Strahlformung.

Aus der Fig. 1 ist eine Schraubverbindung 1 für die verschraubten Bauteile 2 und 3 ersichtlich. Die Bauteile können beispielsweise als Platten, Bleche, Stützen oder aus beliebigen Bauteilen bestehen, die mittels einer Schraubverbindung verbunden werden. Die Schraubverbindung 1 bildet stets eine dynamisch beanspruchte Schraubverbindung, die ferner mit einer vorgewählten Vorspan nung die verschraubten Bauteile 2 und 3 zusammenzuhalten hat. Die Schraub verbindung 1 selbst besteht aus einer Schraube 4, die mit einem Schraubenkopf 5 versehen ist und einer Mutter 6. Um ein selbsttätiges Lösen der Schraubver bindung bzw. einen Vorspannungsabbau zu verhindern, ist für dynamisch beanspruchte Schraubverbindungen, wie bewegten Apparaten, Vorrichtungen und Fahrzeugen, eine Sicherung erforderlich. Da die auftretenden dynamischen Beanspruchungen bzw. Kräfte je nach Anwendungsfall starken Schwankungen unterliegen, ist es erforderlich, die Sicherung an die verschiedenen Belastungs fälle mit stets unterschiedlich hohen Haltekräften anzupassen bzw. mit entspre chenden Lösedrehmomenten zu versehen.

Eine derartige hier stoffschlüssig ausgebildete Sicherung wird durch die Mikro schweißpunkte 7 gemäß der Fig. 1 schematisch gezeigt. Diese Mikroschweiß punkte 7 haben eine kleine Geometrie, d. h. die geometrische Abmessung der Durchmesser eines Mikroschweißpunktes oder auch mehrerer aufaddierter Durchmesser von Mikroschweißpunkten erreichen nur einen kleinen Teil der Länge des Umfangs der aneinanderliegenden Grenzflächen von Teilen der Schraubverbindung allein oder/und den verschraubten Teilen. D.h., daß die Umfangslinien des Schraubenkopfes 5 bzw. der Mutter 6 an den Stellen, an de nen sie auf den verschraubten Bauteilen aufliegen, bedeutend länger sind, als die aufaddierten Durchmesser der Mikroschweißpunkte. Die geometrischen Abmessungen der Durchmesser der Mikroschweißpunkte 7 sind derart klein, daß es nur zu einer sehr geringen Beeinflussung des Schraubenkörpers bzw. der zu verbindenden Teile kommt. Dies hat zur Folge, daß es nicht zur Zerstörung der Teile der Schraubverbindung bzw. der verschraubten Bauteile kommt und deshalb die Funktion der Schraube bzw. Mutter und auch der verschraubten Bauteile erhalten bleibt, wenn die Schraubverbindung wieder ge löst wurde. Infolge dieser geringen Beeinflussung ist die Wiederverwendbarkeit der Einzelteile der Schraubverbindung wie auch der verschraubten Bauteile möglich. Infolge der geringen Abmessung der Durchmesser der Mikroschweiß punkte kann auch die aus einem oder mehr Mikroschweißpunkten gebildete stoffschlüssige Sicherung mittels eines Schraubwerkzeuges, das an der Schraubverbindung angreift, wieder gelöst werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, daß das aufgewandte Lösedrehmoment je nach Anzahl der vorhandenen Mikroschweißpunkte größer als die Haltekraft von einem oder den aufaddierten Haltekräften von mehreren Mikroschweißpunkten ist.

Das Setzen der Mikroschweißpunkte erfolgt mit demselben Werkzeug wie das Verschrauben und Anziehen der Schraubverbindung, nämlich mittels eines me chanischen Schraubkopfes 8, in den ein Schraubenantrieb 9 eingebaut ist. Der mechanische Schraubkopf 8 ist Bestandteil eines automatischen Montagewerk zeuges, das hier jedoch nicht dargestellt ist, und beispielsweise als Industriero boter ausgebildet sein kann. Solche automatischen Montagewerkzeuge werden beispielsweise bei der Massenfertigung von Apparaten, Vorrichtungen und Fahrzeugen eingesetzt. Mittels eines hier ebenfalls nicht dargestellten freibeweg lichen Montagearmes ist der Schraubkopf 8 mit dem Montagewerkzeug verbunden, daher ist der Schraubkopf ebenfalls freibeweglich ausgebildet. Die Bewegung des Schraubkopfes bzw. des entsprechenden Armes erfolgt mit Hilfe einer automatischen Steuerung, die auch den Verschraubungsvorgang automatisch steuert. Die Schraubverbindung 1 wird mittels dem Schraubenan trieb 9 bis zu einer vorgewählten Vorspannung der zu verschraubenden Bauteile 2 und 3 angezogen.

In den Schraubkopf 8 ist nun gleichzeitig eine Optikanordnung eingebaut. Die Optikanordnung ist derart angeordnet, daß der Schraubkopf 8 als Zentrierstütze für die Optikanordnung zum Anbringen bzw. Setzen der Mikroschweißpunkte ausgebildet ist. Die Laserstrahlung zum Setzen der Mikroschweißpunkte wird dem Schraubkopf über flexible Lichtleitfasern 10 zugeführt. Dem Schraubkopf wird parallel dazu auch seine Antriebsenergie, z. B. in elektrischer Form oder als Druckluft mit beweglicher Versorgungsleitung, zugeführt. Dadurch wird sichergestellt, daß die freie Beweglichkeit des mechanischen Schraubkopfes nahezu unbeschränkt bleibt. Von dem Schraubkopf 8 räumlich getrennt ist eine externe Energiequelle für die Pulsenergie des Laserstrahls vorgesehen, die auch eine entsprechende elektronische Steuerung zum Anbringen der Mikroschweiß punkte besitzt, wobei weder die Energiequelle noch die Steuerung in Fig. 2 dargestellt sind. Als Energie- bzw. Laserstrahlquelle können beispielsweise ge pulste Festkörperlaser Verwendung finden, wie Nd-Glas, Nd:YAG und derglei chen. Da der elektrisch-optische Wirkungsgrad der gepulsten Festkörperlaser nur bei 2-4% liegt, können auch gepulste Laserdioden eingesetzt werden, de ren elektrisch-optischer Wirkungsgrad bei 50% liegt.

Auf das Verfahren zum Herstellen der Sicherung, ferner die Funktion der dazu erforderlichen Vorrichtung und auf die Eigenschaften bzw. die Veränderung der Eigenschaften der Sicherung soll nun eingegangen werden.

In Fig. 2 sind wiederum zwei verschraubte Bauteile 2 und 3 zu erkennen, wobei selbstverständlich noch mehr als zwei Bauteile durch die Schraubverbindung 1 befestigt werden können. Der Schraubkopf 8 wird mit dem nicht dargestellten und freibeweglichen Montagearm des automatischen Montagewerkzeuges auf die Mutter 6 der Schraubverbindung gesetzt. Der Schraubenantrieb 9 zieht sodann die Mutter 6 der Schraubverbindung auf die vorgewählte Vorspannung an. Dies alles erfolgt gemäß einem vorgegebenen Steuerprogramm. Direkt an schließend wird ohne eine Veränderung der Stellung des Schraubkopfes 8 das Setzen der Mikroschweißpunkte 7 durch die in den Schraubkopf 8 eingebaute Optikanordnung durchgeführt, auch dies geschieht entsprechend einem automatisch gesteuerten Programmablauf. Der Übersichtlichkeit halber sind die erforderlichen Vorrichtungen zum Antrieb des Schraubenantriebs 9 in der Fig. 2 weggelassen worden. In Fig. 2 ist auch gezeigt, daß die Mikroschweißpunkte 7 allein an den aneinanderliegenden Grenzflächen von Teilen der Schraubver bindung, hier nämlich der Mutter 6 und der Schraube 4, ebenfalls gesetzt werden können. Die Durchmesser der Mikroschweißpunkte sind derart klein, daß es nur zu einer sehr geringen Veränderung des Gewindes des Schrauben körpers und der Mutter kommt, so daß auch hier eine Lösung der Schraubver bindung möglich ist, und zwar derart, daß eine Wiederverwendbarkeit der Teile der Schraubverbindung gegeben ist und auch in diesem Fall die aufaddierten Durchmesser mehrerer Mikroschweißpunkte nur einen kleinen Teil der Länge des Umfangs der aneinanderliegenden Grenzflächen der Teile der Schraubver bindung erreichen.

Die Strahlformung und Strahlführung des Laserstrahls erfolgt beispielsweise in einer ersten Optikanordnung 16 gemäß Fig. 5. In der ersten Optikanordnung 16 werden mehrere Teilstrahlen, hier sind zwei Strahlen dargestellt, gleichzeitig erzeugt. Dazu wird der aus den Lichtleitfasern 10 kommende Laserstrahl mit der Kollimationsoptik 11 in einem parallelen Strahl ausgerichtet. Ein Strahlteiler 12 teilt den Laserstrahl und lenkt ihn zu den Umlenkspiegeln 13. Von dort werden sie einer segmentierten Fokussieroptik 17 zugeführt, die die Strahlen auf die Orte fokussiert, an denen die Mikroschweißpunkte gesetzt werden sollen, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Mit den segmentierten optischen Linsen können also mit der ersten Optikanordnung 16 eine bestimmte Anzahl von Mikro schweißpunkten gleichzeitig erzeugt werden. Läßt man durch eine geeignete Antriebsanordnung für die Umlenkspiegel 13 und die segmentierte Fokussierop tik 17 die Umlenkspiegel und Fokussieroptik rotieren, so drehen sich die Laserteilstrahlen um die Mutter 6, bzw. den Schraubenkopf 5 herum, und es las sen sich zeitlich nacheinander die schon einmal gesetzten Mikroschweißpunkte an anderer Stelle erneut setzen. Dieser Vorgang kann bei entsprechenden An forderungen an die Haltekraft bzw. das Lösedrehmoment mehrfach wiederholt werden. Eine Änderung der Strahlführung läßt sich in einfacher Weise bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 über ein Verkippen der Umlenkspiegel 13 und der Fokussieroptik 14 oder bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 durch ein Verschieben und/oder Verkippen der Umlenkspiegel 13 und der segmentierten Fokussieroptik 17 erzielen, so daß die Strahlführung jederzeit an die unter schiedlichen Größen der Schraubenköpfe 5, der Schraube 4 bzw. der Muttern 6 angepaßt werden kann. Diese Änderung der Strahlführung zum Setzen der Mi kroschweißpunkte kann unmittelbar on-line während der Montage von unter schiedlichen Schraubverbindungen durch den Schraubkopf an gleichen oder verschiedenen Bearbeitungsgegenständen erfolgen. Sowohl die Rotationsan triebe für die Umlenkspiegel 13 und die Fokussieroptik 14, bzw. die segmentierte Fokussieroptik 17 als auch die Vorrichtungen zum Verschieben und/oder Verkippen der Umlenkspiegel 13 und der segmentierten Fokussieroptik 17 bzw. der Fokussieroptik 14 sind der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellt.

Eine weitere Möglichkeit zum gleichzeitigen Erzeugen von mehreren Teilstrahlen besteht in einer zweiten Optikanordnung 18 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. Die zweite Optikanordnung 18 besteht aus einer Kollimationsoptik 11 und einer segmentierten Fokussieroptik 17. Läßt man die segmentierte Fokussieroptik 17 mit einem hier nicht dargestellten Rotationsantrieb sich drehen, so lassen sich auch bei der zweiten Optikanordnung zeitlich nacheinan der die bereits vorher gesetzten Mikroschweißpunkte erneut einfach oder mehrfach setzen. Die Anpassung an die verschiedenen Durchmesser der Schraubenköpfe, Muttern oder Schrauben läßt sich wiederum durch eine hier nicht dargestellte Verstellvorrichtung durch Verschieben und/oder Verkippen der segmentierten Fokussieroptik 17 erreichen. Darüber hinaus kann man zum Erzeugen von einem Strahl und mehreren zeitlich nacheinander erzeugten Mi kroschweißpunkten eine dritte Optikanordnung 19 zur Strahlformung und Strahlführung einsetzen. Die dritte Optikanordnung 19 besteht aus einer Kollimationsoptik 11 und einer Fokussieroptik 20. Die Fokussieroptik 20 ist so ausgebildet, daß sie nur einen Laserstrahl erzeugt. Bringt man an der Fokus sieroptik 20 einen hier nicht dargestellten Rotationsantrieb an, so kann man mit Hilfe der sich drehenden Fokussieroptik 20 zeitlich nacheinander mehrere Mikro schweißpunkte an den aneinanderliegenden Grenzflächen von Teilen der Schraubverbindungen allein oder an den aneinanderliegenden Grenzflächen von Teilen der Schraubverbindungen und den verschraubten Bauteilen erzielen. Auch bei der dritten Optikanordnung 19 läßt sich durch eine entsprechende, hier nicht dargestellte Vorrichtung, die Fokussieroptik 20 durch Verschieben und/oder Verkippen an die unterschiedlichen Maße verschiedener Schraubver bindungen anpassen.

Die Änderung der Strahlführung zur entsprechenden Anpassung an die unter schiedlich großen Querschnitte und Formen verschiedener Schraubverbindun gen der ersten, zweiten und dritten Optikanordnung 16,18 und 19 erfolgt mittels einer Zwangsführung, die hier nicht dargestellt ist. Diese Zwangsführung ist an den Schraubenantrieb 9 direkt gekoppelt. Je nach Stellung des Schraubenan triebs 9, die sich wiederum nach der Größe der jeweils anzuziehenden Mutter 6 bzw. Schraubkopfes 5 richtet, werden die Verstellvorrichtungen für die Umlenk spiegel und die diversen Fokussieroptiken genau analog der Stellung des Schraubenantriebs 9 eingestellt, so daß die Laserstrahlen zum Anbringen der Mikroschweißpunkte jeweils entsprechend der Größe der Schraubverbindung mitgeführt werden. Die Zwangsführung der ersten, zweiten und dritten Optikan ordnung 16, 18 und 19 zur Änderung der Strahlführung kann durch eine mechanische, hier ebenfalls nicht dargestellte Kopplung an den Schraubenan trieb geschehen. Hier sind auch optische und elektrische Kopplungen an den Schraubenantrieb und eine entsprechende Steuerung der Umlenkspiegel und Fokussieroptiken möglich. An den Ausführungsbeispielen, nämlich der ersten, zweiten und dritten Optikanordnung 16,18 und 19, sowie in Fig. 2, ist zwischen den Optikanordnungen und der Schraubverbindung bzw. den verschraubten Bauteilen jeweils ein Schutzglas 15 vorgesehen, um die Optikanordnungen vor Beschädigung durch die Schweißung zu schützen. Nach Setzen der Mikro schweißpunkte 7 kann durch eine hier ebenfalls nicht dargestellte und in dem Schraubkopf 8 angeordnete Düse auf jeden Mikroschweißpunkt 7 eine isolierende Deckschicht aufgespritzt werden. Für die isolierende Deckschicht kann beispielsweise Lack oder auch jeder andere für eine derartige Isolierung geeignete Stoff verwendet werden.

Die Haltekraft pro Mikroschweißpunkt der Sicherung, die den jeweiligen Löse drehmoment pro Mikroschweißpunktesicherung entspricht, läßt sich durch die Anzahl der gesetzten Mikroschweißpunkte definiert einstellen und verändern. Das Lösedrehmoment läßt sich darüber hinaus durch die Größe der Mikro schweißpunktedurchmesser beeinflussen und auch durch die Menge der Pulsenergie, die pro Mikroschweißpunkt aufgewandt wird. Die genannten drei Parameter zur definierten Einstellung des Lösedrehmoments wird man je nach den verwendeten Materialien und den Anforderungen im jeweiligen Anwen dungsfall in der Praxis auswählen bzw. verwenden. Die Einstellbarkeit des Lösedrehmoments der Sicherung läßt sich zur Montage der Schraubverbindung on-line ausführen.

Bezugszeichenliste

1 Schraubverbindung
2 verschraubtes Bauteil
3 verschraubtes Bauteil
4 Schraube
5 Schraubenkopf
6 Mutter
7 Mikroschweißpunkte
8 Schraubkopf
9 Schraubenantrieb
10 Lichtleitfasern
11 Kollimationsoptik
12 Strahlteilern
13 Umlenkspiegeln
14 Fokussieroptik
15 Schutzglas
16 erste Optikanordnung
17 segmentierte Fokussieroptik
18 zweite Optikanordnung
19 dritte Optikanordnung
20 Fokussieroptik

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen einer Sicherung für Schraubverbindungen, die durch ein automatisches Montagewerkzeug mit einem mechanischen Schraubkopf ausgeführt werden und die die verschraubten Bauteile mit einer vorgewählten Vorspannung zusammenhalten, bei dem die Sicherung nach dem Abschluß der Verschraubung durch Schweißen erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an aneinanderliegenden Grenzflächen von Teilen der Schraubver bindung (1) allein oder an aneinanderliegenden Grenzflächen von Teilen der Schraubverbindung (1) und der verschraubten Bauteile (2, 3) durch einen Laserstrahl, der mit einer in den mechanischen Schraubkopf (8) integrierten Optik (10-20) auf die Grenzflächen fokusiert wird, mindestens ein Mikro schweißpunkt (7) hergestellt wird, und daß nur ein kleiner Teil des Umfangs der Schraubverbindung (1) verschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Schraubkopf (8) des automatischen Montagewerk zeuges sich frei bewegen kann, und daß der in dem Schraubkopf (8) inte grierten Optikanordnung die Laserstrahlenergie über flexible Lichtleitfa sern (10) zufließt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösedrehmoment der Sicherung durch die Anzahl der gesetzten Mikroschweißpunkte (7) und/oder die Größe der Mikroschweißpunkte durchmesser und/oder die Menge der Pulsenergie pro Mikroschweißpunkt definiert einstellbar verändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen des Lösedrehmoments der Sicherung on-line zur Montage der Schraubverbindungen (1) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Strahlführung zur entsprechenden Anpassung an die unterschiedlich großen Querschnitte und Formen verschiedener Schraubverbindungen (1) der Optikanordnung mittels einer Zwangsführung durchgeführt wird, die an den Schraubenantrieb (9) gekoppelt ist und von der Stellung des Schraubenantriebs (9) gesteuert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlquelle mit einem gepulsten Festkörperlaser arbeitet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlquelle mit gepulsten Laserdioden arbeitet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Setzen der Mikroschweißpunkte (7) eine isolierende Deckschicht auf diese Punkte aufgespritzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Deckschicht aus Lack besteht.

10. Vorrichtung zum Erzeugen einer Sicherung für Schraubverbindungen mit einem automatischen Montagewerkzeug, das einen mechanischen Schraubkopf aufweist, der Schraubverbindungen mit einer vorgewählten Vorspannung erzeugt, und über eine Schweißeinrichtung zur Herstellung der Sicherung der Schraubverbindung verfügt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mechanischen Schraubkopf (8) eine Optik (10-20) integriert ist, daß die Optik einen Laserstrahl aufaneinanderliegende Grenzflächen von Teilen der Schraubverbindung (1) allein oder aufaneinanderliegende Grenzflächen von Teilen der Schraubverbindungen (1) und der verschraubten Bauteile (2, 3) zur Erzeugung mindestens eines Mikroschweißpunktes (7) fokusiert, und daß die Verschweißung nur einen kleinen Teil des Umfangs der Schraubverbindung (1) ausmacht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Schraubkopf (8) des automatischen Montagewerk zeugs mit einem frei beweglichen Schraubkopf (8) ausgestattet ist, und daß die Optikanordnung über in den freibeweglichen Schraubkopf (8) geführte flexible Lichtleitfasern (10) mit der Energiequelle verbunden ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine externe vom Schraubkopf (8) räumlich getrennte Energiequelle und eine entsprechende elektronische Steuerung für die Pulsenergie des Laserstrahls vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubkopf (8) als Zentrierstütze für die Optikanordnung zum Setzen der Mikroschweißpunkte (7) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösedrehmoment der Sicherung durch die Anzahl der gesetzten Mikroschweißpunkte (7) und/oder die Größe der Mikroschweißpunkt durchmesser und/oder durch die Menge der Pulsenergie pro Mikro schweißpunkt (7) definiert einstellbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellbarkeit des Lösedrehmoments der Sicherung on-line zur Montage der Schraubverbindung (1) erfolgt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Erzeugung mehrerer Teilstrahlen eine erste Optikanordnung (16) zur Strahlformung und Strahlführung aus einer Kollimationsoptik (11), Strahlteilen (12), Umlenkspiegeln (13) und einer segmentierten Fokussieroptik (17) oder einer Fokussieroptik (14) aufgebaut ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Optikanordnung Umlenkspiegel (13) und die segmentierte Fokussieroptik (17) bzw. die Fokussieroptik (14) mittels eines Rota tionsantriebs drehbar ausgeführt sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Strahlführung der ersten Optikanordnung durch Verschieben und/oder Verkippen der Umlenkspiegel (13) und der seg mentierten Fokussieroptik (17) bzw. die Fokussieroptik (14) erfolgt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Erzeugung mehrerer Teilstrahlen eine zweite Optikanordnung (18) zur Strahlformung und Strahlführung aus einer Kollimationsoptik (11) und einer segmentierten Fokussieroptik (17) gebildet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei der zweiten Optikanordnung (18) die segmentierte Fokussier optik (17) mittels eines Rotationsantriebs drehbar ausgeführt ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, 19, 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Strahlführung der zweiten Optikanordnung (18) durch Verschieben und/oder Verkippen der segmentierten Fokussieroptik (17) erfolgt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von einem oder mehreren zeitlich nacheinander erzeugter Teilstrahlen eine dritte Optikanordnung (19) zur Strahlformung und Strahlführung aus einer Kollimationsoptik (11), einer Fokussieroptik (20) und einem Rotationsantrieb für die Fokussieroptik (20) besteht.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Strahlführung der dritten Optikanordnung (19) durch Verschieben und/oder Verkippen der Fokussieroptik (20) erfolgt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Strahlführung zur entsprechenden Anpassung an die unterschiedlich großen Querschnitte und Formen verschiedener Schraubverbindungen (1) der ersten, zweiten und dritten Optikanord nung (16, 18 und 19) mittels einer Zwangsführung erfolgt, die an den Schraubenantrieb (9) gekoppelt ist und von der Stellung des Schrauben antriebs (9) gesteuert wird.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführung der ersten, zweiten und dritten Optikanordnung (16, 18 und 19) zur Änderung der Strahlführung durch eine mechanische Kopplung an den Schraubenantrieb (9) geschieht.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten, zweiten und dritten Optikanordnung (16, 18 und 19) und der Schraubverbindung (1) bzw. den verschraubten Bauteilen (2, 3) jeweils ein Schutzglas (15) angeordnet ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlquelle als gepulster Festkörperlaser ausgeführt ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß als Laserstrahlquelle gepulste Laserdioden dienen.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schraubkopf (8) eine Düse angeordnet ist, die eine isolierende Deckschicht auf die Mikroschweißpunkte (7) aufspritzt.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen Lack aufspritzt.