Schraubwerkzeug für winkelgetreues Einschrauben, sowie Verfahren hierfür
Die Erfindung betrifft ein Schraubwerkzeug zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen um einen Solldrehwinkel sowie ein Verfahren für die winkelgetreue Einschraubung.
Stand der Technik
Moderne Schraubanlagen stellen den Grad der Verschraubung mittels Drehmomentüberwachung oder Winkelzug sicher.
Bei der Drehmomentüberwachung wird das aktuelle Drehmoment gemessen und das Montageelement nicht weiter als bis zum Erreichen eines vorgegebenen Wert des Drehmoments, des Solldrehmoments, ge- dreht.
Mit dem Winkelzug wird eine bestimmter Wert für einen Eindrehwm- kels, der Solleindrehwmkel, vorgegeben und das Montageelement nur um diesen Eindrehwinkel eingeschraubt
Mit diesen Massnahmen soll sichergestellt werden, dass das Montageelement, bei dem es sich um eine Schraube, eine Mutter oder ein einschraubbares funktionales Bauteil, wie beispielsweise eine Zündkerze, eine Elektrode oder ein Ventil handeln kann, einerseits so fest verschraubt ist, um die gewünschte Fixierung zu erreichen, andererseits die Verschraubung nicht so fest ausgeführt wird, dass es zu Schaden an den Gewinden oder sogar an dem Bauteil kommt.
Nachteile des Standes der Technik
Bei der Winkelzugmethode wird trotz des eingestellten Solldrehwin- kels das Montageelement häufig nicht b s zum gewünschten Drehwinkel eingeschraubt. Die Ursache dafür liegt darin, dass das Schraubwerkzeug selbst beim Drehen eine Torsion erfahrt, die bei der Winkelmessung unberücksichtigt bleibt. Dieser Fehlwinkel kann nicht durch das Hinzufugen eines Pauschalbetrags zum Solldrehwinkel korrigiert werden, da die Torsion des Schraubwerkzeug ein komplexer Prozess ist. Der tatsächliche Eindrehwinkel lasst sich im Nachhinein nur dadurch bestimmen, dass nach Absetzten des Schraub- Werkzeugs vom Montageelement ein Fehlwinkel vom Solldrehwinkel abgezogen wird. Der Fehlwinkel kann durch die Vermessung der Restentspannung bestimmt werden. Er ergibt sich als der Winkel, der beim Zur ckdrehen der bei dem Einschraubprozess aufgetretenen Torsion des Schraubwerkzeugs entsteht. Eine genaue Voreinstellung des Drehwinkels ist nicht möglich.
Bei der Drehmomentuberwachung hangt der Grad der Verschraubung stark von den beteiligten Schraubflachen ab, also von verwendeten Schmierfetten, Verschmutzungen, Fertigungstoleranzen usw. Die Streuung der Drehwinkel variiert demzufolge über einen großen Be- reich.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Montageelement einzuschrauben und dabei einen vorgegebenen Eindrehwinkel exakt oder im Rahmen einer definierten Toleranz einzuhalten.
Losung der Aufgabe
Die Losung der Aufgabe besteht darin, ein Schraubwerkzeug vorzustellen, das neben einem Winkelmesser einen Drehmomentmesser um- fasst, sodass in Abhängigkeit von einem gemessenen Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlmie des Schraubwerkzeugs ein Korrekturwinkel bestimmbar ist, um den das Schraubwerkzeug zusätzlich zu dem von dem Winkelmesser angezeigten Drehwinkel weitergedreht wird.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren gelost, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Die Torsionssteiflgkeit des Schraubwerkzeugs wird in Abhängigkeit vom Drehmoment ermittelt und als Kennlinie gespeichert, das Montageelement wird um den Soll- drehwmkel eingedreht, das Drehmoment wird gemessen, ein Korrek- turwinkel, der abhangig vom Drehmoment beim Solldrehwinkel und damit von der Torsionssteifigkeitskennlmie des Schraubelements ist,
wird bestimmt und das Montageelement wird um den Korrekturwinkel weitergedreht .
Vorteile der Erfindung
Mithilfe des erfindungsgemäßen Schraubwerkzeugs kann der Fehlwinkel, der durch die Torsion des Schraubwerkzeuges entsteht, behoben werden und ein präziser Winkelzug ist möglich.
Dieser Fehler entsteht vor allem, weil der Winkelmesser am Schraubwerkzeug nicht so angebracht ist, das er unmittelbar an das schraubbare Montageelement anschliesst. Das heisst, es wird immer einen Abschnitt , des Schraubwerkzeuges geben, der sich zwischen Montageelement und Winkelmesser befindet. Dieser erfährt durch die Kraftausübung des Schraubwerkzeugantriebes eine Torsion.
Um den Fehlwinkel zu korrigieren, der dadurch entsteht, ist es notwenig, zunächst die Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraub- Werkzeugs zu bestimmen, insbesondere des Werkzeugabschnitts, der zwischen Winkelmesser und Montageelement liegt. Dazu wird die Tor- sionssteifigkeit in Abhängigkeit vom Drehmoment erfasst und als Kennlinie aufgenommen.
Wird das Montageelement nun angezogen und das vorliegende Drehmoment vom im erfindungsgemäßen Schraubwerkzeug befindlichen Drehmomentmesser erfasst, so kann aus diesem zusammen mit der Torsionssteifigkeitskennlinie der Winkel berechnet werden, um den das Schraubwerkzeug gedreht ist. Dieser Fehlwinkel wird zum bisher ge- drehten Winkel hinzuaddiert, sodass das Montageelement tatsächlich präzise um den Solldrehwinkel gedreht werden kann.
Die Berechnung des Fehlwinkels kann aufgrund der gemessenen Werte vom Bediener vorgenommen werden.
Bevorzugt wird der Korrekturwinkel jedoch von einer Auswert- und Ausgabeeinheit, die mit dem Schraubwerkzeug verbunden ist, bestimmt .
In einer weiteren vorteilhaften Ausf hrung ist das Schraubwerkzeug mit einer Steuereinheit ausgestattet, welche dafür sorgt, dass der wahrend des Einschraubvorgangs bestimmte Korrekturwinkel direkt auf den bereits ausgeführten Solldrehwinkel aufgeschlagen wird.
Das Schraubwerkzeug kann als handgehaltenes Werkzeug ausgeführt sein, das über ein entsprechendes Anzeigeelement verfugt. Es kann auch als vollautomatisches Werkzeug m einer Fertigungsstrasse eingesetzt werden oder als Werkzeugelement eines Roboters verwendet werden. Für den automatisierten Einsatz ist es gunstig, wenn das Schraubwerkzeug ber eine Schnittstelle verfugt, mittels derer die Torsionssteifigkeitskennl ie und die Solldrehwinkel einprogrammierbar sind.
Das Werkzeug kann auch mit einem Selbsttestvorrichtung ausrustbar sein, sodass die Torsionssteifigkeitskennlmie jederzeit aufnehm- bar ist. Treten Abweichungen im Verlauf der Torsionssteifigkeitskennlmie auf, die über eine bestimmte Variation gegenüber einer Ausgangskennlime hinausgehen, so kann dies ein Zeichen für einen Qualitatsverlust des Werkzeuges, beispielsweise durch Materialerm dung oder einen Bruch sein. Das Werkzeug verfugt damit also über einen Kontrollmechanismus, der die eigene Funktionsfahigkeit überwacht .
Das erfmdungsgemaße Schraubwerkzeug wird vorteilhafterweise eingesetzt, indem das Schraubwerkzeug das Montageelement zunächst soweit eindreht, bis der vorgegebene Solldrehwinkel erreicht ist, dann der Korrekturwinkel bestimmt wird und das Schraubwerkzeug das Montageelement noch um den Korrekturwinkel weiterdreht.
In einem alternativen Verfahren kann jederzeit der tatsachliche Drehwinkel des Montageelements ermittelt werden, indem vom Dreh- Winkel des Schraubwerkzeugs der drehmoment- und torsionsabhangige Korrekturwinkel abgezogen wird. Dazu muss das Drehmoment kontinuierlich wahrend des Emdrehvorgangs erfasst werden und ebenso kontinuierlich der Korrekturwinkel bestimmt werden. Erst wenn der tatsachliche Drehwinkel des Montageelements den vorgegebenen Soll- dröhwinkel erreicht hat, bzw. sich ihm innerhalb eines Toleranzbereiches nähert, ist der Eindrehvorgang zu beenden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, Zeichnung sowie den Ansprüchen hervor.
Zeichnung
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Ansicht auf ein erfmdungsgemaßes Schraubwerkzeug;
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Figur -1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schraubwerkzeugs 1, das für das Einschrauben eines Montageelements 2 eingesetzt wird. Das Schraubwerkzeug 1 umfasst eine Schraubspindel 3 und eine Messeinheit 4, in welcher mit einem Winkelmesser 4a der Wert des Drehwinkels und mit einem Drehmomentmesser 4b der Wert des Drehmoments erfasst werden.
Die Messeinheit 4 kann nicht unmittelbar an der Werkzeugangriffsfläche 5 montiert werden, daher gibt es stets einen Fehlwinkel, der durch die Torsion des Abschnitts 7 zwischen Messeinheit 4 undAngriffsfläche 5 entsteht.
Für -einen Eindrehvorgang wird zunächst die Torsionssteifigkeitskennlmie des Schraubwerkzeuges erfasst. Nun wird das Schraubwerkzeug 1 an das Montageelement 2 gebracht und dieses soweit gedreht, bis die Messeinheit 4 den Wert eines vorgegebenen Solleindrehwin- kels anzeigt. Gleichzeitig wird das Drehmoment erfasst. Aus dem
Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlinie wird nun der Winkel berechnet, um den sich der Abschnitt 7 des Schraubwerkzeugs 1 zwischen Montageelement 2 und Messeinheit 4 gedreht hat. Um diesen Korrekturwinkel muss das Montageelement 2 noch weiter gedreht wer- den. Erst dann ist auch das Montageelement 2 um den Solldrehwinkel gedreht worden.