DE4331846A1 - Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anziehen einer Schraub­ verbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 25 58 251 in der Weise bekannt, daß als Kriterium für das Vorliegen des Fügepunktes ein bestimmter Wert der Drehkraft des Schraubers, also des Anzugs­ moments, herangezogen wird. Dies ist jedoch insofern nachteilig, als das zum Fügen erforderliche Anzugsmoment schon aufgrund von Toleranzen der Bestandteile der Schraubverbindung relativ großen Schwankungen unterliegt. Das bekannte Verfahren arbeitet also nur dann zuverlässig, wenn man große Toleranzen bei dem endgül­ tigen Anzugsmoment zuläßt. Dies ist aber häufig nicht möglich. Betrachtet man den Fall einer Achszapfenverschraubung mit ver­ prägter Radnabe, die ein Radlager trägt, so können zu große Anzugsmomente zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Rad­ lagers führen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein gattungs­ gemäßes Verfahren zu schaffen, das das Erreichen des Fügepunktes auch bei Schraubverbindungen, deren Einzelteilabmessungen in relativ großen Toleranzbereichen schwanken können, mit hoher Genauigkeit erfaßt. Der Fügepunkt bildet dann den Ausgang für den zweiten Verfahrensschritt, in dem ein Verspannen um einen vorgegebenen, zuvor beispielsweise durch Versuche ermittelten Drehwinkel erfolgt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, eine vorteilhafte Aus­ bildung des Verfahrens beschreibt der Unteranspruch.

Bei der Erfindung wird also nicht das Erreichen eines bestimmten Absolutwerts des Anzugsmoments als Kriterium für das Vorliegen des Fügepunktes ausgenutzt, sondern ein signifikanter Knick im Verlauf des Anzugsmoments über dem Drehwinkel; dieser Knick wird in Gestalt eines Sprunges im Gradientenverlauf erfaßt.

Der Verlauf des Gradienten des Anzugsmoments kann in bekannter Weise durch Differentiation des Momentenverlaufs selbst erfol­ gen, der durch Signale an einer Meßwelle des Schraubers oder - bei einem elektrischen Schrauber - durch Differentiation des Verlaufs des Schrauberstroms gewonnen werden kann.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Her­ stellung einer Achszapfenverschraubung für ein Kraftfahrzeug unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Achszapfenverschraubung und deren Fig. 2, 3 und 4 den Verlauf von Anzugsmoment, Anzugsmomenten­ gradient und nach Erreichen des Fügepunkts aufgebrachter Kraft zeigen.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man, daß das einen bekannten und daher im Einzelnen nicht zu beschreibende Radlager 1 von der Radnabe 2 getragen ist, die über ihre Innenverzahnung 3, die mit einer Außenverzahnung des Achszapfens 4 zusammen­ wirkt, drehfest mit diesem verbunden ist. Dabei sind die Abmes­ sungen der zusammenwirkenden Verzahnungen so gewählt, daß bei der Montage durch Aufbringen eines Anzugsmoments auf die Mutter 5 der Achszapfen 4 unter Überdeckung der definierten Verzah­ nungen durch die Radnabe 2 gezogen wird, wobei nach sattem Aufliegen der verschiedenen Bestandteile dieser Schraubverbin­ dung an den Stellen 6 und 7, d. h. nach dem Fügen, das endgül­ tige Anzugsmoment durch Verdrehen der Mutter 5 auf dem Gewinde­ stutzen des Achszapfens 4 um einen vorgegebenen Drehwinkel α eingestellt wird.

Betrachtet man nun den Verlauf des Anzugsmoments M über dem Drehwinkel α gemäß Fig. 2, so ergibt sich, ausgehend von einem Anfangsmoment M1, bis zum Fügepunkt (Drehwinkel α1) ein Momen­ tenanstieg bis zu einem Wert M2, der aber in seiner Größe in starkem Maße von den Toleranzen der einzelnen Bestandteile der Schraubverbindung abhängig ist. Der Momentenverlauf zwischen den Drehwinkeln 0 und α1 kann daher auch oberhalb oder unterhalb der in Fig. 2 gezeichneten Linie liegen, so daß der Momentenwert am Fügepunkt α1 höher oder tiefer als dargestellt liegen kann. Würde man daher entsprechend dem Stand der Technik den Absolut­ wert des Anzugsmoments als Kriterium für das Erreichen des Füge­ punkts α1 ansehen, käme man zu großen, in vielen Fällen nicht tragbaren Streuungen.

Betrachtet man nochmals die in Fig. 1 dargestellte Achszapfen­ verschraubung, so stützen sich die Hauptbestandteile 2 und 4 in axialer Richtung aneinander unter Einspannung des Radlagers 1 ab. Die Verspannung des Radlagers 1 darf nicht mit beliebiger Kraft erfolgen, da sonst die Gefahr einer Beschädigung oder Zer­ störung des Radlagers gegeben wäre. Das bedeutet, daß das Er­ reichen des Fügepunkts α1 mit großer Genauigkeit detektiert werden muß.

Erfindungsgemäß geschieht dies durch Erfassen des Knicks im Momentenverlauf beim Erreichen des Fügepunkts α1; dieser Knick ist unabhängig von der absoluten Größe des Moments M2 und kann gemäß Fig. 3 durch den Sprung im Verlauf des Gradienten über dem Drehwinkel α leicht und sicher erfaßt werden.

Sobald in dieser Weise das Erreichen des Fügepunktes α1 detekiert ist, erfolgt gemäß Fig. 4 ein Anziehen der Schraub­ verbindung um einen vorgegebenen Winkelwert bis zum Erreichen des Winkels α2, wodurch die endgültige Verspannkraft Fv ein­ gestellt wird.

Verständlicherweise gibt es eine Vielzahl von Anwendungsfällen für das erfindungsgemäße Verfahren. So eignet sich das Verfahren für die automatische Montage bei Verschraubungen im elastischen Bereich, bei denen in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen die zu verspannenden Teile mit einer vorgegebenen Kraft gefügt werden müssen, ehe der eigentliche Verschraubvorgang (Aufbringen der Klemmkraft) beginnt. In diesem Zusammenhang sei nur das Verspannen mehrerer welliger Bleche oder Schrauben mit selbst­ schneidenden Gewinden angeführt.

In allen Fällen bietet die Erfindung den Vorteil des Erzielens einer von den jeweiligen Teiletoleranzen weitgehend unabhängigen Spannkraft.

Sollte in Einzelfällen die Gefahr bestehen, daß beispielsweise durch Fremdkörper oder die Art der zusammenwirkenden Oberflächen von Bestandteilen der betreffenden Schraubverbindung bereits vor dem Erreichen des Fügepunkts Sprünge in dem Verlauf des Gradien­ ten des Anzugsmoments auftreten, kann man in einer Auswerteein­ heit ein Fenster vorsehen, das nur in einem gewissen Bereich um den theoretisch zu erwartenden Fügepunkt herum auftretende Sprünge im Gradientenverlauf zur Auswertung gelangen läßt.

Claims (2)

1. Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt ein Anziehen bis zur Auflage der Bestandteile der Schraubverbindung aufeinander (Füge­ punkt) und in einem zweiten Verfahrensschritt ein Verspannen um einen vorgegebenen Drehwinkel erfolgt, und bei dem zur Feststellung des Fügepunktes ein Signal aus dem Verlauf des Anzugsmoments gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient () des Verlaufs des Anzugsmoments (M) gebildet und als Kriterium für das Erreichen des Fügepunktes (α1) ein positiver Sprung im Gradientenverlauf () herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein in ein Fenster fallender Sprung im Gradientenverlauf () herangezogen wird, das auf einen Soll-Fügepunkt nebst zuläs­ sigen Abweichungen begrenzt ist.