DE4431675B4 - Schraubvorrichtung zum ultraschallgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen - Google Patents
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Abstract
Schraubworrichtung zum ultraschallgesteuerten Anziehen einer Schraubverbindung, welche Schraubvorrichtung (10) ein Schraubwerkzeug (13) zur Ausübung eines Schraubmomentes auf die Schraubverbindung aufweist und mit Mitteln (17, 20) zur elektrischen Ansteuerung eines mit der Schraubverbindung schwingungsmäßig gekoppelten Schwingkörpers (19) und einer Signalrückmeldung versehen ist, welche Mittel (20) ein elektrisch leitendes Übertragungselement (21) zur Übertragung von elektrischen Signalen auf den Schwingkörper (19) sowie der Rückmeldung von Echosignalen und einen Masseanschluss umfassen, der von einem Masseleiter (25) gebildet wird, welcher gegenüber dem Übertragungselement (21) elektrisch isoliert ist, dadürch gekennzeichnet, dass der Messeanschluss zumindest auch bei von der Schraubverbindung abgezogener Schraubvorrichtung (10) gegenüber dem Schraubwerkzeug (13) elektrisch isoliert ist.
Description
- Die Erfindung geht aus von einer Schraubvorrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1. Es ist schon eine derartige Schraubvorrichtung bekannt (
DE 42 31 429 C1 ), die mit. Mitteln zur elektrischen Ansteuerung eines an einer Schraubverbindung angeordneten Schwingkörpers und zur Rückmeldung von Meßsignalen versehen ist. Die spannungazuführung zum Schwingkörper erfolgt über einen in einem Schraubwerkzeug aufgenommenen, federnden Kontaktstift, wobei der Stromkreis über ein Schraubwerkzeug selbst, eine Drehantriebswelle sowie über Gehäuseteile der Schraubvorrichtung geschlossen wird. Durch eine fehlerhafte Kontaktierung in dieser Masseleitung, beispielsweise im Bereich der elektrischen Kontaktflächen zwischen Schraubwerkzeug und Schraubverbindung, sowie durch externe Störeinflüsse auf die Masseleitung, beispielsweise hervorgerufen durch elektromagnetische Schwingungen, kann die Ultraschallmessung des Anzugmomentes und damit die Schraubgenauigkeit der Schraubvorrichtung ungünstig beeinträchtigt werden. Die SchriftEP 0 422 346 A2 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines eleklrischen Kontaktes zur Versorgung eines Schwingkörpers, der beispielsweise am Kopf einer Schraube montiert ist. Die Ansteuerung des Schwingkörpers erfolgt hierbei über einen gegenüber der Messeleitung isolierten federgelagerten Kontaktpin, wobei die Messeleitung selbst in elektrischem Kontakt mit der Antriebswelle steht, also nicht isoliert erfolgt. Dies kann zu Beeinträchtigungen der vom Schwingkörper abgegriffenen elektrishen Signale führen. - Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auf die mittels eines durch Ultraschallwellen angeregten Schwingkörpers durchgeführter Messungen einwirkende Störeinflüsse möglichst kastengünstig zu reduzieren, um ein weitgehend unverkfälschtes Messergebnis sicherzustellen.
- Vorteile der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Schraubvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß störende Einflüsse auf das Meßergebnis reduzierbar sind und somit eine höhere Schraubgenauigkeit erzielbar ist. Darüber hinaus ist ein sicherer Massekontakt beim Ansetzen des Schraubwerkzeuges auch dann gewährleistet, wenn sich die Kanten von Schraubwerkzeug und Schraubenkopf nicht exakt decken und daher der Schraubenkopf nicht richtig auf den Schraubenkopf aufsetzbar ist. Auch in diesem Fall ist über den Masseleiter ein sicherer Massekontakt gegeben, so daß das Verschraubungsmoment durch einfaches Anfahren der Schraubverbindung ermittelbar ist, ohne zuvor den Schraubantrieb zwecks Ausrichten der Kanten aktivieren zu müssen.
- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Schraubvorrichtung möglich.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch den schraubwerkzeugseitigen Teil einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schraubvorrichtung.
- Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- In der Zeichnung ist mit
10 ein vorderer, schraubwerkzeugseitiger Teil einer Schraubvorrichtung bezeichnet. Die Schraubvorrichtung10 ist mit einer Drehantriebswelle11 versehen, welche mittels eines nicht näher dargestellten Antriebsmotors drehend antreibbar ist. Am in1 dargestellten Ende der Drehantriebswelle11 ist eine Schraubwerkzeugaufnahme12 für ein Schraubwerkzeug13 vorgesehen, das zum Anziehen einer Schraubverbindung dient. Von der Schraubverbindung ist lediglich eine Schraube14 beispielhaft dargestellt. Die Schraubvorrichtung10 kann jedoch ebenso an eine Mutter der Schraubverbindung angesetzt werden. Das Schraubwerkzeug13 ist beispielsweise mit einer als Innensechskant ausgebildeten Aufnahmeöffnung15 für einen sechskantigen Schraubenkopf16 der Schraube14 ausgebildet. - Am Schraubenkopf
16 befindet sich stirnseitig ein Schwingkörper19 , der mit der Schraube14 schwingungsmäßig gekoppelt ist. Bei dem Schwingkörper19 handelt es sich beispielsweise um einen Piezokristall, der bei entsprechender elektrischer Anregung hochfrequente akkustische Schwingungen erzeugt und in die Schraubverbindung leitet. Umgekehrt empfängt der Piezokristall Echoschwingungen aus der Schraubverbindung und wandelt diese in zugehörige Echosignale um. Durch Vergleichen von Erregersignalen und Echosignalen in einer schematisch dargestellten Auswerteeinrichtung17 kann in bekannter Weise auf den Spannungszustand in der Schraubverbindung und damit auf das aktuelle Verschraubungsmoment geschlossen werden. - Die Schraubvorrichtung
10 ist mit an der Auswerteeinrichtung17 angeschlossenen Mitteln20 zur Ansteuerung des Schwingkörpers19 und Rückmeldung der Echosignale ausgestattet. Die Mittel20 umfassen ein Übertragungselement21 , das sich überwiegend innerhalb der Drehantriebswelle11 in einer Axialbohrung18 axial erstreckt. Das Übertragungselement21 ist an seinem schraubwerkzeugseitigen Ende zweiteilig mit einem axial teleskopartig verschiebbaren, mit einer Feder in Richtung auf die Schraube14 belasteten Kontaktstift22 ausgebildet. Das Übertragungselement21 ist entsprechend hohlzylindrisch geformt, so daß der Kontaktstift22 axial einfedern kann. An der freien Spitze des Übertragungselementes21 bzw. dessen Kontaktstiftes22 ist eine Kontaktfläche24 vorgesehen, die zur Ansteuerung des stirnseitig am Schraubenkopf16 angebrachten Schwingkörpers19 dient und deshalb bei auf die Schraube14 aufgesetztem Schraubwerkzeug13 an diesem zur Anlage kommt. - Der Stromkreis zum Schwingkörper
19 wird über einen Masseleiter25 geschlossen. Der Masseanschluß durch den Masseleiter25 erfolgt über den Schraubenkopf16 , an dessen Oberfläche sich der Schwingkörper19 befindet. Der Masseleiter25 ist etwa hülsenförmig ausgebildet und umgibt konzentrisch das Übertragungselement21 im vorderen Teil der Schraubvorrichtung10 . Dabei sind das Übertragungselement21 und der Masseleiter25 durch einen Isolator26 bzw. im Bereich des Kontaktstiftes22 durch räumlichen Abstand voneinander elektrisch isoliert. - Der Masseleiter
25 kann sich wie der Kontaktstift22 axial federnd verschieben. Hierzu wird er von einem Federelement27 axial nach vorn beaufschlagt. Beim Ansetzen des Schraubwerkzeugs13 an die Schraube14 kontaktiert die freie Stirnseite28 des Masseleiters25 den elektrisch leitenden Schraubenkopf16 mit radialem Abstand zum Schwingkörper19 . - Die Drehantriebswelle
11 und das Schraubwerkzeug13 sind über ein Mehrkantprofil30 im Bereich der Schraubwerkzeugaufnahme12 drehschlüssig verbunden. Die Schraubwerkzeugaufnahme12 ist als Außenmehrkant31 ausgebildet und am Schraubwerkzeug13 ist ein korrespondierender Innenmehrkant32 vorgesehen. Im Beispielsfall wir das Mehrkantprofil30 durch ein Vierkantprofil gebildet. Etwa mittig in der Schraubwerkzeugaufnahme12 befindet sich eine Ringnut33 . In die Ringnut33 greifen zwei Verbindungskörper34 radial ein. Die Verbindungskörper34 sind jeweils in einander gegenüberliegenden Bohrungen35 angeordnet, die die Wandung des Schraubwerkzeugs13 im Bereich des Mehrkantprofils30 radial durchquert. Die Verbindungskörper34 sind stiftförmig ausgebildet und an ihrer in die Ringnut33 eingreifenden Seite36 abgerundet. Bei Eingriff der Verbindungskörper34 in die Ringnut33 wird das Schraubwerkzeug13 axial auf der Schraubwerkzeugaufnahme12 formschlüssig festgelegt. Radial außen werden die Verbindungskörper34 von einem Sicherungselement37 überdeckt und in ihrer Verbindungsstellung gehalten. Das Sicherungselement37 ist dabei ringförmig, z.B. als O-Ring ausgebildet. Die stiftförmigen Verbindungskörper34 haben innerhalb der Bohrungen35 Spiel, so daß sie nach Entfernen des Sicherungselements37 radial nach außen verschoben werden können, wobei sie außer Eingriff mit der Ringnut33 gelangen, so daß das Schraubwerkzeug13 von der Drehantriebswelle11 abnehmbar ist. Am Außenumfang des Schraubwerkzeugs13 ist im Bereich der Bohrungen35 eine umlaufende Nut38 vorgesehen, in der das Sicherungselement37 angeordnet ist. Zwischen Bohrung35 und Sicherungselement37 ist ein Spiel vorgesehen, so daß das Schraubwerkzeug13 axial an der Stirnseite der Drehantriebswelle11 anschlagen kann. - Durch die federnde Verschiebbarkeit von Kontaktstift
22 und Masseleiter25 ist eine störungsunempfindliche Ansteuerung des Schwingkörpers19 und Rückmeldung der Echosignale während des Einschraubens möglich. Um die Schraubvorrichtung10 nicht ständig nachfahren zu müssen wird die Schraubvorrichtung10 derart an der Schraubverbindung angesetetzt, daß sich der Schraubenkopf16 relativ tief in der Aufnahmeöffnung15 des Schraubwerkzeugs13 befindet, maximal bis zu einem Anschlag39 , der vom Isolator26 axial vor der Schraubaufnahme12 gebildet wird. Aus Schutzgründen ragen der Kontaktstift22 des Übertragungselementes21 sowie der Masseleiter25 bei vom Schraubenkopf16 abgenommenem Schraubwerkzeug13 nicht über das Schraubwerkzeug13 axial hinaus. Um auch bei nicht vollständig auf den Schraubenkopf16 aufgesetztem Schraubwerkzeug13 den Schwingkörper19 ansteuern zu können, ist auf der der Schraube14 zugewandten Stirnseite eine axiale, kreisförmige Ausnehmung40 , die beispielsweise durch einen umlaufenden Einstich gebildet ist, angebracht, welche einen größeren Durchmesser hat als das Eckenmaß des Schraubenkopfes16 . Die Schraube16 kann daher auch bei sich nicht deckenden Kanten von Aufnahmeöffnung15 und Schraubenkopf16 soweit in das Schraubwerkzeug13 eintauchen, daß eine einwandfreie elektrische Kontaktierung gewährleistet ist. In diesem Falle müssen dann zum vollständigen Aufsetzen des Schraubwerkzeuges13 die Kanten durch Verdrehen mittels des Schraubantriebes in Deckung gebracht werden. Bei vollständig aufgesetztem Schraubwerkzeug13 bewegt sich dann der Schraubenkopf16 während des Schraubens innerhalb der Aufnahmeöffnung nach axial vorn, wobei der nachrückende Kontaktstift22 und Masseleiter25 für eine ununterbrochene Ansteuerung des Schwingkörpers19 sorgen.
Claims (8)
- Schraubworrichtung zum ultraschallgesteuerten Anziehen einer Schraubverbindung, welche Schraubvorrichtung (
10 ) ein Schraubwerkzeug (13 ) zur Ausübung eines Schraubmomentes auf die Schraubverbindung aufweist und mit Mitteln (17 ,20 ) zur elektrischen Ansteuerung eines mit der Schraubverbindung schwingungsmäßig gekoppelten Schwingkörpers (19 ) und einer Signalrückmeldung versehen ist, welche Mittel (20 ) ein elektrisch leitendes Übertragungselement (21 ) zur Übertragung von elektrischen Signalen auf den Schwingkörper (19 ) sowie der Rückmeldung von Echosignalen und einen Masseanschluss umfassen, der von einem Masseleiter (25 ) gebildet wird, welcher gegenüber dem Übertragungselement (21 ) elektrisch isoliert ist, dadürch gekennzeichnet, dass der Messeanschluss zumindest auch bei von der Schraubverbindung abgezogener Schraubvorrichtung (10) gegenüber dem Schraubwerkzeug (13 ) elektrisch isoliert ist. - Schraubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubwerkzeug (
13 ) eine axiale Durchgangsöffnung (15 ,32 ) hat, in der der Masseleiter (25 ) angeordnet ist. - Schraubvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseleiter (
25 ) hülsenförmig ausgebildet ist und das Übertragungselement (21 ) derart konzentrisch umgibt, daß es die Schraubverbindung bei darauf aufgesetztem Schraubwerkzeug (13 ) mit radialem Abstand zum Schwingkörper (19 ) elektrisch kontaktiert. - Schraubvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseleiter (
25 ) die Schraubvorrichtung (10 ) im Bereich der Stirnfläche eines Schraubenkopfes (16 ) einer Schraube (14 ) kontaktiert. - Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseleiter (
25 ) von einem Federelement (27 ) in Richtung auf die Schraubverbindung beaufschlagt wird und entgegen der Vorspannung des Federelements (27 ) axial verschiebbar ist. - Schraubvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Masseleiter (
25 ) mit dem darin isoliert aufgenommenen Übertragungselement (21 ) in einer Axialbohrung (18 ) einer Drehantriebswelle (11 ) geführt ist. - Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (
22 ) des Übertragungselementes (21 ) und des Masseleiters (25 ) in einer als Aufnahmeöffnung (15 ) für einen Schraubenkopf (16 ) ausgebildeten vorderen Bereich der Durchgangsöffnung (15 ,32 ) angeordnet ist. - Schraubvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubwerkzeug (
13 ) an seiner vorderen Stirnseite mit einer axialen, umlaufenden Ausnehmung (40 ) versehen ist, die einen größeren Durchmesser als das Eckenmaß des zugehörigen Schraubenkopfes (16 ) hat.
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