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Verfahren zum streckgrenzgesteuer-
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ten Anziehen von Schraubverbindungen Die sich am meisten auswirkenden
Störeinflüsse beim streckgrenzgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen sind
einerseits durch schwankende Reibung und mechanische Schwingungen im System hervorgerufene
Ungleichmäßigkeiten im Nomentenverlauf und andererseits der unvermeidliche Nachlauf
des Schraubers 9 bedingt durch dessen Massenträgheit und die verzögerte Ausführung
des Abschaltbefehls.
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Bei einem bekannten Verfahren zum streckgrenzgesteuerten Anziehen
von Schraubverbindungen, wobei der winkelabhängige Drehmomentanstieg während der
Verschraubung fortlaufend gemessen wird und die Schraubvorrichtung selbsttätig abgeschaltet
wird, wenn der Drehmomentanstieg einen voreingestellten Wert unterschreitet, wird
davon ausgegangen, daß, bedingt durch die Reibung, zueinander proportional gestreckte
ähnliche Verläufe der Verschraubungseurven (Drehmoment als Funktion des Drehwinkels)
entstehen und demgemaß ein jeweils ermittelter maximaler Gradient das Maß für die
proportionale Streckung darstellt Als Abschaltpunkt für den Verschraubvorgang wird
daher ein bestimmte Bruchteil des ermittelten maximalen Gradienten gewählt. Der
sich nach erfolgtem Abschaltbefehlai>schließende Nachlauf des Schraubers zeigt
jedoch kein Proportionalverhalten Es ist vielmehr so, daß der Nachlauf bei großer
Reibung und hohen Momenten kürzer ist als bei kleiner Reibung und geringen Nomenten,
da der Schrauber im letzteren Fall während der Verschraubung durch die Reibung weniger
stark abgebremst wird0
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, durch Ausgleich des Nachlauf einer Schraubvorrichtung nach erfolgtem Abschaltbefehl
nachlaufbedingte Fehlinterpretationen der Schraubverbindung weitestgehend auszuschließen
sowie bleibende Verformungen einer Schraubverbindung zu vermeiden.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der voreinzustellende
Wert des DrehJomentanstiegs so gewählt wird, daß ein Nachlauf des Schraubers kompensiert
wird, derart, daß die Verschraubung unmittelbar vor dem Einsetzen einer bleibenden
Verformung zum Stillstand kommt.
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Die bekannten, auf proportional gestreckte Verläufe der Verschraubungskurven
abgestellten Verfahren zum streckgrenzgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen
können nach der Erfindung dahingehend ergänzt werden, daß der Nachlauf des Schraubers
bzw. d-er Schraubvorrichtung nach dem Abschaltbefehl durch einen voreingestellten
konstanten Gradientenanteil im Bbschaltkriterium ausgeglichen wird.
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Um ein vorzeitiges Abschalten des Schraubers durch starke Schwankungen
des Gradienten zu vermeiden, wird nach einem weiteren Gedanken der Erfindung zu
Beginn der Verschraubung ein Mindestwinkel vorgegeben, innerhalb dem.eine Abschaltung
des Schraubers nicht möglich ist.
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Bei Herstelluiigsfehlern,beispielsweise in Form eines nicht richtig
geschnittenen Gewindes oder eines abgebrochenen Gewindebohrers, wobei der abgebrochene
Teil noch in der Sackbohrung steckt, ergibt sich ein Kräfteverlauf mit zunächst
verhältnismäßig steilen Drehmomentanstieg und einer.anschließenlen Nichtlinearität.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine derartige Nichtlinearität im Kurvenverlauf
des Drehmoments über dem Drehwinkel als Abschaltkriterium gewählt, indem der maximale
Gradient gespeichert und der gespeicherte Gradientenwert mit dem Augenblickswert
des Gradienten verglichen wird und die Abschaltung erfolgt, wenn die Differenz zwischen
dem gespeicherten Gradientenwert und dem Augenblickswert des Gradienten größer wird
als ein fest vorgegebener Diffezgradient.
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Zur Bestimmung des Gradienten des winkelabhängigen Drehmoments sieht
die Erfindung vor, daß ein Bruchteil der Differenz zwischen dem augenblicklichen
Meßwert des Gradienten und einem Steigungsspeicherwert dem Speicherwert zugeschlagen
wird und dieser dann als Gradientensignal benutzt wird.
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Die Erfindung wird im nachstehenden anhand eines Schaubilds und einer
Schaltanordnung im Prinzip erläutert.
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Es zeigen: Fig.1 den Kurvenverlauf M = f (#) einer Verschraubung bei
großer Reibung und den Kurvenververlauf einer Verschraubung M' = f (#) bei verhältnismäßig
geringer Reibung, Fig.2 eine Schaltanordnung für eine zeitunabhängig exponentiell
abklingende Bewertung der Meßgrößen.
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In Fig. 1 liegt dem Verschraubungsvorgang M - f (#) ein großer, dem
Verschraubungsvorgang Mg = f (#) hingegen ein geringer Reibungskoeffizient zugrunde.
Dementsprechend -ist der Anstieg G ( y) zu Beginn der Verschraubung M (#) größer
als der Anstieg G' C) der Verschraubung Mg ().
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Erfolgt der Abschaltbefehl in beiden Fällen bei einem definierten
gleichen Gradientenverhältnis (Drehwinkelf #" ), so entspricht der Nachlauf des
Schraubers bzw. der Schraubvorrichtung im Falle der Kurve M ( y) dem Winkelα
, im Falleder KurveM' (#) hingegen dem Winkel α' . Dasheißt, der Schrauberkommtbei
grosser Reibung schneller zum Stillstand als bei kleiner Reibung.
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Dieser unterschiedliche Nachlauf wirkt sich nachteilig auf die Auswertung
des Schraubvorgangs aus und kann zu Fehlinterpretationen führen. Bezogen auf einen
optimalen Stillstandspunkt OS des Schraubers oder der Schraubvorrichtung und bei
Vorgabe eines absoluten Gradienten Ga ergeben die Nachlaufwinkel& und α'
bzw. die entsprechenden Nachlaufstrecken die Schnittpunkte S1 und S2 zwischen den
abfallenden Ästen der Gradienten G (? ) und G°( #). Der Absolutwert des Gradienten
Ga wird also beim Schraubvorgang
mit großer Reibung später erreicht
als beim Schraubf all mit 1(1 einer Reibung und führt ztsammen mit dem kurzen Nachlauf;#
zum gewünschten Abschaltpunkt OS. Beim Schraubvorgang mit kleiner Reibun$führt dementsprechend
der längere Nachlauf iS zum Abschaltpunkt OS.
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Durch diese Nachlaufkompensation wird pewirkt, daß die Verschraubung
an einem definierten Punkt zum Stillstand kommt. Der Stillstandspunkt wird.-dabei
in der Regel nahe beim Einsetzen einer bleibenden Verformung (Streckgrenze) gewählt.
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Um den Einfluß von Unregelmäßigkeiten im Momentenverlauf (Störspitzen)
auf die Qualität der Verschraubung weitestgehend zu eliminieren, sind die Meßgrößen
zeitunabhängig exponentiell abklingend zu bewerten. Das Abklingen des Einflusses
der Störspitzen muß dabei deshalb zeitunabhängig erfolgen, weil die Schraubvorgänge
mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufen können. Eine hierfür geeignete
Schaltanordnung zeigt Fig.2.
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Diese Schaltanordnung umfaßt einen Winkelimpulsgeber 1, einen Digitalteiler
2, einen diesem nachgeschalteten monostabilen Schalter 3, einen auf diesen folgenden
monostabilen Schalter 4 sowie einen an eine Brücke 5 angeschlossenen Verstärker
6, an dessen Ausgang ein Kondensator 7 liegt, dessen Ausgang an den Eingang eines
weiteren Verstärkers 8 geführt ist. Dem VerstärX ker 8 ist eine durch den Widerstand
9 und den Speicherkondensator 10 gebildete RC-Kombination nachgeordnet, auf die
ein Verstärker 11 folgt.
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Die Funktion dieser Schaltung ist wie folgt: Zu Beginn des ersten
Winkelimpulses zum Zeitpunkt t wird der Kondensator 7 aber den Schaltkontakt S7
des monostabilen Abfrageschalters 4 am Ausgang auf 0 Volt entladen. Beim zweiten
Winkelimpuls zum Zeitpunkt t1 ist der Eingang des Verstärkers 8 um den gleichen
Betrag wie das Drehmoment angestiegen. Der Schaltkontakt S2 des monostabilen Schalters
3 wird nun für eine definierte kurze Zeit geschlossen, die geringer ist als die
Zeitkonstante P R9C10. Daher wird der Kondensator 10 nur auf
einen
Bruchteil des verstärkten Steigungswerts aufgeladen Anschließend wird über den monostabilen
Schalter 4 der Kondensator 7 wieder entladen und damit eine neue Steigungsmessung
eingeleitet, die zum Zeitpunkt t2 wieder anteilig in den Speicherkondensator 1C
übernommen wird. Der Ubernahmebruchteil ist dabei abhängig vom Verhältnis der Schließzeit
des Schaltkontakts S2 zur Zeitkonstante > . C10, jedoch völlig unabhängig von
der zwischen den beiden Schlieperioden verstrichenen Zeit, also unabhangig von der
Drehzahl des Schraubers und damit von der Geschwindigkeit, mit der die Drehmomentwinkelkurve
durchlaufen wird Die Nachladung erfolgt über Cio, an dem die Spannungsdifferenz
zwischen dem neuen Steigungssignal und dem im Kondensator 10 gespeicherten Wert
liegt.
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Werden lange Schrauben verwendet oder weiche Materialien verschraubt,
so ergibt sich ein sehr großer Drehwinkel und der Momentanstieg pro Grad wird entsprechend
gering Um trotzden große Steigungssignale zu erhalten, muß der Abtastabstand vergrößert
werden. Dies kann vorteilhaft durch einen Digitalteiler 2 vor den Abfragemonoflop
4 erfolgen, dessen Teilverhältnis über eine entsprechende Vorwahl dem Winkelmeßbereich
angepaßt werden kann