EP0758288A1 - Einrichtung zur signalübertragung, insbesondere für eine schraubvorrichtung zum ultraschallgesteuerten anziehen von schraubverbindungen - Google Patents

Einrichtung zur signalübertragung, insbesondere für eine schraubvorrichtung zum ultraschallgesteuerten anziehen von schraubverbindungen

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EP0758288A1
EP0758288A1 EP96901715A EP96901715A EP0758288A1 EP 0758288 A1 EP0758288 A1 EP 0758288A1 EP 96901715 A EP96901715 A EP 96901715A EP 96901715 A EP96901715 A EP 96901715A EP 0758288 A1 EP0758288 A1 EP 0758288A1
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bearing
conductor
signal transmission
electrically
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Robert Bosch GmbH
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25B23/142—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for hand operated wrenches or screwdrivers
    • B25B23/1422—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for hand operated wrenches or screwdrivers torque indicators or adjustable torque limiters
    • B25B23/1425—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for hand operated wrenches or screwdrivers torque indicators or adjustable torque limiters by electrical means

Definitions

  • the invention is based on a device for signal transmission according to the preamble of claim 1.
  • a device for signal transmission is already known (EP 467 262 AI), which has a first conductor accommodated in a drive spindle for contacting an oscillating body and a second conductor arranged outside the drive spindle for contacting a control device.
  • the signal transmission from the first to the second conductor takes place in a touching manner using sliding contacts, but it can also be done inductively or capacitively without contact. In any case, separate signal transmission means are required for this.
  • the device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the signal transmission takes place without complex, separate signal transmission means. That way is a simple and compact construction of the device for signal transmission possible.
  • FIG. 1 shows a device for signal transmission in a screwing device for the ultrasound-controlled tightening of screw connections
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of a section from FIG. 1 labeled II.
  • 10 denotes a screwing device for the ultrasound-controlled tightening of screw connections.
  • a prestressing force that may be present is determined in a screw connection 11 shown schematically in FIG. 1 according to a known ultrasonic transit time measuring method and is used in a control device 13 as a control variable for controlling the screwing process. Due to the high accuracy with which the prestressing force present in the screw connection 11 can be determined, very tight
  • the screwing device 10 has for the electrical connection of a vibrating body 12 to the control device 13 and vice versa connecting lines 14, 15.
  • the vibrating body 12 is, for example, a piezo crystal that generates high-frequency acoustic vibrations with appropriate electrical excitation and guides it into the screw connection 11. Conversely, the receives
  • Piezo crystal echo vibrations from the screw connection 11 and converts them into associated electrical echo signals.
  • excitation signals and echo signals in the schematically illustrated control device 13, the state of tension in the screw connection 11 and thus the current pretensioning force can be deduced in a known manner.
  • the screwing device 10 is provided with a rotating spindle 19 which is mounted in bearings 20, 21 opposite a hollow cylindrical housing part 22.
  • the rotary spindle 19 is equipped with means 24 for rotary driving, which are designed, for example, as a receiving opening 18 for an external polygon.
  • a drive shaft of a drive motor, not shown, provided with an external polygon, can be inserted into the receiving opening 18.
  • the rotating spindle 19 forms a tool holder 26, onto which a screwing tool, not shown in FIG. 1, for example a hexagon nut, can be plugged.
  • the connecting lines 14, 15 form a first conductor 14, which is partially accommodated in the housing part 22 and extends radially through its wall.
  • a second conductor 15 is partially housed within the rotating spindle 19.
  • Section 15a of the second conductor 15 projects radially through the wall of the rotating spindle 19 and a section 15b passes through the rotating spindle 19 in an axial through opening 27 towards the end 15 of the rotating spindle 19.
  • This is followed by a section 15c designed as a contact pin, by means of which the oscillating body 12 can be contacted in an electrically conductive manner.
  • FIG. 2 shows a detail indicated by II in FIG. 1, indicated by dashed lines. Is clearly recognizable in the housing part 22 by means of the
  • Bearing point 21 rotatably mounted rotary spindle 19, within which the second conductor 15 is accommodated with its sections 15a and 15b.
  • the sections 15b and 15c are connected in an electrically conductive manner in a connection point 30 by means of a screw 31 and a metal sleeve 32.
  • An insulator 33 fixes the section 15b of the conductor 15 within the passage opening 27 in the rotating spindle 19.
  • the section 15b of the conductor 15 is formed by a cable section surrounding the insulating layer.
  • the section 15a of the conductor 15 is also surrounded by an insulating layer.
  • the electrical contacting of the first conductor 14 with the second conductor 15 takes place via the bearing 21, which is designed as a commercially available rolling bearing.
  • the bearing 21 has an outer ring 34 and an inner ring 35 with roller bodies 36, in particular balls, lying between them. Outer ring 34, inner ring 35 and rolling elements 36 are made of electrically conductive material.
  • the bearing 21 can additionally be provided on one or both sides with sealing or cover disks 37 which protect the bearing 21 against the entry of dust and the escape of lubricant.
  • the rotary spindle 19 is offset towards its end 23. An insulating sleeve 39 is placed on the offset spindle piece 38, which is connected to the rotary spindle 19 in a rotationally fixed manner, for example is glued.
  • the inner ring 35 of the bearing 21 is seated on the insulating sleeve 39 and is electrically contacted by section 15a of the second conductor 15.
  • the insulating sleeve 39 has in the region of a collar 40, which serves as an axial stop for the inner ring 35, a bore 41 through which one end of the section 15a projects to the inner ring 35 and the
  • Inner ring 35 contacted.
  • the outer ring 34 of the bearing 21 is also seated in an annular insulating body 42 which is arranged in the housing part 22 without play and forms a radially inwardly projecting collar 45 as an axial stop for the outer ring 34.
  • annular insulating body 42 which is arranged in the housing part 22 without play and forms a radially inwardly projecting collar 45 as an axial stop for the outer ring 34.
  • Insulating body 42 held by a radial pin 43 which engages radially in a longitudinal groove 44 of the insulating body 42 and secures it against rotation.
  • a bore 46 is also provided in the insulating body 42, through which the first conductor 14 extends to the outer ring 34 and makes electrical contact therewith.
  • the resistance that arises in this case can be reduced, for example, by using an electrically highly conductive lubricant.
  • the capacitive coupling component is particularly effective when transmitting high-frequency signals at lower speeds (less than 500 rpm).
  • a further electrical contacting of the vibrating body 12, for example for the ground connection, is possible in a corresponding manner via the housing part 22, the bearing 20, the rotating spindle 19 and the screwing tool.
  • the bearing 20 is arranged without insulation between the housing part 22 and the rotary spindle 19.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment shown.
  • signal transmission according to the invention can also be made possible via another electrically conductive bearing, for example a slide bearing, axial bearing.
  • Signal transmission means 16 can, for example, also be provided in a measuring shaft for torque detection.
  • the invention can also be used quite generally for signal transmission in the case of components which are movable relative to one another, of which a first component corresponding to the housing part 22 is rotatably and / or displaceably mounted to a second component corresponding to the rotating spindle 19.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Signalübertragung zwischen relativ zueinander beweglich gelagerten Bauteilen (22, 19) vorgeschlagen. Ein erster Leiter (14) ist teilweise in einem ersten Bauteil (22) untergebracht, während ein zweiter Leiter (15) teilweise in einem zweiten Bauteil (19) angeordnet ist, das gegenüber dem ersten Bauteil (22) über ein Lager (21) drehbar gelagert ist. Das Lager (21) ist mittels eines Isolierkörpers (42) und einer Isolierhülse (39) gegenüber den Bauteilen (19, 22) elektrisch isoliert. Der erste Leiter (14) und der zweite Leiter (15) sind über das Lager (21) elektrisch leitend miteinander verbunden. Auf diese Weise ist ein unterbrechungsfreier Kontakt zwischen dem ersten Leiter (14) und dem zweiten Leiter (15) gewährleistet.

Description

Einrichtung zur Siσnalübertraσunσ. insbesondere für eine Schraubvorrichtung zum ultraschallσesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Signalübertragung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es ist schon eine derartige Einrichtung bekannt (EP 467 262 AI) , die einen in einer Antriebsspindel untergebrachten ersten Leiter zur Kontaktierung eines Schwingkörpers und einen außerhalb der Antriebsspindel angeordneten zweiten Leiter zur Kontaktierung einer Steuereinrichtung aufweist. Die Signalübertragung vom ersten zum zweiten Leiter erfolgt dabei berührend durch Schleifkontakte, sie kann jedoch auch berührungslos induktiv oder kapazitiv erfolgen. In jedem Falle sind hierzu separate Signalübertragungsmittel erforderlich.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Signalübertragung ohne aufwendige, separate Signalübertragungsmittel erfolgt. Auf diese Weise ist ein einfacher und kompakter Aufbau der Einrichtung zur Signalübertragung möglich.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Einrichtung möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt eine Einrichtung zur Signalübertragung in einer Schraubvorrichtung zum ultraschallgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen und Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines mit II bezeichneten Ausschnitts aus Figur 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 und 2 ist mit 10 eine Schraubvorrichtung zum ultraschallgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen bezeichnet. Bei einer solchen Schraubvorrichtung 10 wird in einer in Figur 1 schematisch dargestellten Schraubverbindung 11 eine ggf. vorliegende Vorspannkraft nach einem bekannten Ultraschallaufzeit-Meßverfahren ermittelt und in einer Steuereinrichtung 13 als Steuerungsgröße zum Steuern des Schraubvorgangs herangezogen. Aufgrund der hohen Genauigkeit, mit der die in der Schraubverbindung 11 vorhandene Vorspannkraft ermittelbar ist, können sehr enge
Toleranzen bezüglich zu erreichender Verschraubungssollwerte erzielt werden.
Die Schraubvorrichtung 10 weist zur elektrischen Verbindung eines Schwingkörpers 12 mit der Steuereinrichtung 13 und umgekehrt Verbindungsieitungen 14, 15 auf. Bei dem Schwingkörper 12 handelt es sich beispielsweise um einen Piezokristall, der bei entsprechender elektrischer Anregung hochfrequente akkustische Schwingungen erzeugt und in die Schraubverbindung 11 leitet. Umgekehrt empfängt der
Piezokristall Echpschwingungen aus der Schraubverbindung 11 und wandelt diese in zugehörige elektrische Echosignale um. Durch Vergleichen von Erregersignalen und Echosignalen in der schematisch dargestellten Steuereinrichtung 13 kann in bekannter Weise auf den Spannungszustand in der Schraubverbindung 11 und damit auf die aktuelle Vorspannkraft geschlossen werden.
Die Schraubvorrichtung 10 ist mit einer Drehspindel 19 versehen, welche in Lagern 20, 21 gegenüber einem hohlzylindrischen Gehäuseteil 22 gelagert ist. An ihrem einem nicht dargestellten Antriebsmotor zugewandten Ende 23 ist die Drehspindel 19 mit Mitteln 24 zur Drehmitnahme ausgestattet, die beispielsweise als Aufnahmeöffnung 18 für einen Außenmehrkant ausgebildet sind. In die Aufnahmeöffnung 18 ist eine nicht dargestellte, mit Außenmehrkant versehene Antriebswelle eines Antriebsmotors einsteckbar. An ihrem anderen, der Schraubverbindung 11 zugewandten Ende 25 bildet die Drehspindel 19 eine Werkzeugaufnahme 26, auf die ein in Figur 1 nicht dargestelltes Schraubwerkzeug, beispielsweise eine Sechskantnuß, aufsteckbar ist.
Aufgrund der Verdrehbarkeit der Drehspindel 19 gegenüber dem Gehäuseteil 22 sind zur Signalübertragung zwischen Schwingkörper 12 und Steuereinrichtung 13
Signalübertragungsmittel 16 erforderlich. Die Verbindungsieitungen 14, 15 bilden einen ersten Leiter 14, der teilweise im Gehäuseteil 22 untergebracht ist und dessen Wandung radial durchragt. Ein zweiter Leiter 15 ist teilweise innerhalb der Drehspindel 19 untergebracht. Ein Teilstück 15a des zweiten Leiters 15 durchragt die Wandung der Drehspindel 19 radial und ein Teilstück 15b durchzieht die Drehspindel 19 in einer axialen Durchgangsöffnung 27 zum Ende 15 der Drehspindel 19 hin. Daran schließt sich ein als Kontaktstift ausgebildetes Teilstück 15c an, mittels dessen der Schwingkörper 12 elektrisch leitend kontaktierbar ist.
In Figur 2 ist ein in Figur 1 mit II bezeichneter, gestrichelt angedeuteter Ausschnitt näher darstellt. Deutlich erkennbar ist die im Gehäuseteil 22 mittels der
Lagerstelle 21 drehbar gelagerte Drehspindel 19, innerhalb der der zweite Leiter 15 mit seinen Teilstücken 15a und 15b untergebracht ist. Die Teilstücke 15b und 15c sind in einer Verbindungsstelle 30 mittels einer Schraube 31 und einer Metallhülse 32 elektrisch leitend verbunden. Ein Isolator 33 fixiert das Teilstück 15b des Leiters 15 innerhalb der Durchgangsoffnung 27 in der Drehspindel 19. Das Teilstück 15b des Leiters 15 wird durch ein mit Isolierschicht umgebendes Kabelstück gebildet. Ebenso ist das Teilstück 15a des Leiters 15 mit einer Isolierschicht umgeben.
Die elektrische Kontaktierung des ersten Leiters 14 mit dem zweiten Leiter 15 erfolgt über das Lager 21, das als handelsübliches Wälzlager ausgebildet ist. Das Lager 21 weist einen Außenring 34 und einen Innenring 35 mit dazwischenliegenden Wälzkörpern 36, insbesondere Kugeln, auf. Außenring 34, Innenring 35 und Wälzkörper 36 sind aus elektrisch leitenden Material gefertigt. Das Lager 21 kann zusätzlich ein- oder beidseitig mit Dicht- oder Deckscheiben 37 versehen sein, die das Lager 21 gegen Eintritt von Staub und Austritt von Schmiermittel schützen. Die Drehspindel 19 ist zu ihrem Ende 23 hin abgesetzt. Auf das abgesetzte Spindelstück 38 ist eine Isolierhülse 39 aufgesetzt, die mit der Drehspindel 19 drehfest verbunden, z.B. verklebt ist. Auf der Isolierhülse 39 sitzt der Innenring 35 des Lagers 21 und wird vom Teilstück 15a des zweiten Leiters 15 elektrisch kontaktiert. Die Isolierhülse 39 weist hierzu im Bereich eines Bundes 40, der als axialer Anschlag für den Innenring 35 dient, eine Bohrung 41 auf, durch die ein Ende des Teilstücks 15a zum Innenring 35 hindurchragt und den
Innenring 35 kontaktiert. Der Außenring 34 des Lagers 21 sitzt ebenfalls in einem ringförmigen Isolierkörper 42, der spielfrei im Gehäuseteil 22 angeordnet ist und einen radial nach innen vorspringenden Bund 45 als axialer Anschlag für den Außenring 34 bildet. In Umfangsrichtung wird der
Isolierkörper 42 durch einen Radialstift 43 gehalten, der radial in eine Längsnut 44 des Isolierkörpers 42 eingreift und diesen gegen Verdrehen sichert. Im Isolierkörper 42 ist ebenfalls eine Bohrung 46 vorgesehen, durch die hindurch der erste Leiter 14 sich zum Außenring 34 erstreckt und diesen elektrisch kontaktiert.
Da sich die Wälzkörper 36 einerseits am Außenring 34, andererseits am Innenring 35 des Lagers 21 abstützen, ist stets ein elektrischer Kontakt zwischen Außenring 34 und
Innenring 35 gegeben. Der sich dabei einstellende Widerstand kann beispielsweise durch die Verwendung eines elektrisch gut leitenden Schmiermittels verringert werden. Insbesondere bei der Übertragung hochfrequenter Signale bei geringeren Drehzahlen (kleiner 500 U/min) kommt die kapazitive Koppelkomponente besonders gut zum tragen.
Eine weitere elektrische Kontaktierung des Schwingkörpers 12 z.B. für den Masseanschluß, ist über das Gehäuseteil 22, das Lager 20, die Drehspindel 19 und das Schraubwerkzeug in entsprechender Weise möglich. Das Lager 20 hierzu ohne Isolierung zwischen Gehäuseteil 22 und Drehspindel 19 angeordnet. Durch die Isolierung des Lagers 21 gegenüber der Drehspindel 19 und dem Gehäuseteil 22 läßt sich insgesamt ein geschlossener Stromkreis realisieren. Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere läßt sich eine erfindungsgemäße Signalübertragung auch über ein anderes elektrisch leitendes Lager, z.B. Gleitlager, Axiallager, ermöglichen. Die
Signalübertragungsmittel 16 können beispielsweise auch in einer Meßwelle zur Drehmomenterfassung vorgesehen sein. Die Erfindung ist auch ganz allgemein zur Signalübertragung bei relativ zueinander beweglichen Bauteilen anwendbar, von denen ein erstes Bauteil entsprechend dem Gehäuseteil 22 zu einem zweiten Bauteil entsprechend der Drehspindel 19 verdrehbar und/oder verschiebbar gelagert ist.

Claims

Ansprüche
1. Einrichtung zur Signalübertragung zwischen relativ zueinander beweglich gelagerten Bauteilen (19, 22), insbesondere zur Signalübertragung in einer
Schraubvorrichtung (10) zum ultraschallgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen, mit einem ersten Bauteil (22) , einem zumindest teilweise im ersten Bauteil (22) untergebrachten, gegenüber diesem elektrisch isolierten ersten elektrischen Leiter (14) , einem relativ zum ersten Bauteil (22) beweglichen zweiten Bauteil (19) mit darin zumindest teilweise untergebrachtem, gegenüber diesem elektrisch isolierten zweiten elektrischen Leiter (15) und mit Signalübertragungsmitteln (16) , die eine Signalübertragung vom ersten Leiter (14) auf den zweiten Leiter (15) bzw. umgekehrt ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalübertragungsmittel (16) wenigstens ein Lager (21) , insbesondere Wälzlager, vorgesehen ist, mittels dessen das erste Bauteil (22) gegenüber dem zweiten Bauteil (19) axial und/oder in Umfangsrichtung verschiebbar bzw. verdrehbar gelagert ist, daß das Lager (21) zumindest teilweise aus elektrisch leitendem Material besteht, daß das Lager (21) sowohl gegenüber dem ersten Bauteil (22) , als auch gegenüber dem zweiten Bauteil (19) elektrisch isoliert angeordnet ist und daß der erste (14) und der zweite (15) Leiter mit dem Lager (21) elektrisch leitend verbunden sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (22) als Gehäuseteil und das zweite Bauteil (19) als Drehspindel ausgebildet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (14, 15) über das Lager (21) eine Steuereinrichtung (13) mit einer Meßeinrichtung (12) der Schraubvorrichtung (10) elektrisch leitend verbinden.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (21) als Wälzlager mit einem Außenring (34) , einem Innenring (35) und dazwischenliegenden Wälzkörpern (35) ausgebildet ist, welche jeweils aus elektrisch leitendem Material hergestellt sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Bauteil (22) und dem Außenring (34) des Lagers (21) ein ringförmiger Isolierkörper (42) und zwischen dem zweiten Bauteil (15) und dem Innenring (35) des Lagers (21) eine Isolierhülse (41) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülse (41) gegenüber dem zweiten Bauteil (19) und der Isolierkörper (42) gegenüber dem ersten Bauteil (22) verdrehfest angeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (19) ein abgesetztes, zylindrisches Ende
(23) aufweist, mit dem die Isolierhülse (41) verklebt ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülse (41) und der Isolierkörper (42) mit Bünden (40, 45) versehen sind, die jeweils als axialer Anschlag für den Innenring (35) und den Außenring (34) dienen.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (22) über ein zweites Lager (20) mit dem zweiten Bauteil (19) elektrisch leitend verbunden ist.
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