Schraubwerkzeug zum Eindrehen empfindlicher Bauteile sowie Verfah- ren hierfür
Die Erfindung betrifft ein Schraubwerkzeug zum Einschrauben eines empfindlichen Montageelements sowie ein Verfahren dafür.
Stand der Technik
Moderne Schraubanlagen stellen den Grad der Verschraubung mittels Drehmomentüberwachung oder Winkelzug sicher.
Bei der Drehmomentüberwachung wird der Wert des Drehmoments gemessen und das ontageelement nicht weiter als bis zum Erreichen eines vorgegebenen Drehmoments, des Solldrehmoments, gedreht.
Bei dem Winkelzug wird ein bestimmter Solleindrehwinkel 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 Z ndkerze, 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 Solldrehwm- kels das Montageelement häufig nicht b s zum gewünschten Drehwm- kel 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 kom- plexer Prozess ist. Der tatsächliche Eindrehwinkel lasst sich im
Nachhinein nur dadurch bestimmen, dass nach Absetzten des Schraubwerkzeugs vom Montageelement die Restentspannung, also das Zurückdrehen der bei dem Emschraubprozess aufgetretenen Torsion des Schraubwerkzeugs, gemessen und vom Solldrehwinkel abgezogen wird. Eine genaue Voreinstellung des Drehwinkels ist nicht möglich Die Winkelanzugmethode eignet sich vorwiegend für Dehnschrauben, also Montageelemente, die selbst nicht anfällig für eine Torsion sind.
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 Bereich .
Es kann einerseits dazu kommen, dass Montageelemente zu fest eingedreht werden, und dabei womöglich eine sie beschädigende Verformung erleiden. Andererseits ist es möglich, dass nur eine vorübergehende Haftreibung zwischen den Verschraubungsflachen des Montageelements und seines Verschraubungspartners, z.B. durch ein Schmutzpartikel, für ein ausreichendes Drehmoment sorgt, aufgrund dessen der Drehvorgang zu früh abgebrochen wird und es nicht zu einem ausreichenden Halt oder Kontakt kommt.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine haltbare Verschraubung ohne oder mit nur geringfügiger, bzw. definierter Verformung des Montageelements zu erreichen.
Losung der Aufgabe
Die Losung der Aufgabe besteht darin, ein Schraubwerkzeug vorzu- stellen, das neben einem Drehmomentmesser einen Winkelmesser ura- fasst, sodass nach Erreichen eines vorgegebenen Werts f r das Drehmoment, des Drehmomentschwellwerts, das Schraubwerkzeug zusätzlich um einen definierten Winkel, der großer als 0 Grad ist, weitergedreht wird.
Die Aufgabe w rd ferner durch ein Verfahren gelost, das aus einer Abfolge von drehmomentkontroUierten und winkelkontroUierten Eindrehschritten besteht.
Vorteile der Erfindung
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das er- findungsgemaße Schraubwerkzeug eine Verschraubung ermöglicht, bei der eine mögliche Verformung des Montageelements entweder gar nicht stattfindet, oder zumindest nicht von der Reibung zwischen den Verschraubungsflachen abhangt.
Wenn das Montagelement zunächst nur bis zu einem Erreichen eines Drehmomentschwellwert gedreht wird, so kann durch geeignete Wahl dieses Schwellwerts sichergestellt werden, dass bei einer derartigen Anzugstarke das Montageelement nicht beeinträchtigt wird. Um jedoch eine ausreichende Fixierung des Montageelementes zu erreichen, wird das Montageelement noch um einen definierten und m t dem Winkelmesser kontrollierbaren Winkel weitergedreht. Dieser ist so gewählt, dass das zusätzliche Drehmoment, welches durch die Weiterdrehung um den Winkel ausgeübt wird, keine bzw. eine vorgegebene Verformung hervorruft, die die spatere Funktionsweise des Montageelements beeinträchtigt.
Das erfindungsgemaße Schraubwerkzeug kann als handgehaltenes Werkzeug ausgeführt sein, das über eine Drehmoment- und Hinkelanzeige für einen Bediener verfugt. Es kann auch als vollautomatisches Werkzeug in einer Fertigungsstrasse eingesetzt werden oder als Werkzeugelement eines Roboters verwendet werden. Für den automati-
sierten Einsatz ist es gunstig, wenn das Schraubwerkzeug über eine Schnittstelle verfugt, mittels derer der Drehmomentschwellwert und der definierte Drehwinkel eingebbar sind.
Vorteilhafter wird die Erfindung weitergebildet, indem das Schraubwerkzeug über eine Steuereinheit verfugt, die m Abhängigkeit von einem oder mehreren Drehmomentschwellwerten einen sukzessiven Ablauf von drehmoment- und wmkelkontrolliertem Eindrehen erlaubt .
Der Vorteil des erfmdungsgemaß beanspruchten Verfahrens liegt ebenfalls darin, dass ein Einschrauben ermöglicht wird, bei welchem eine feste Verschraubung erreicht und gleichzeitig das Montageelement schonend behandelt wird. Je nachdem, worum es sich bei dem Montageelement handelt, rauss beispielsweise darauf geachtet werden, dass es nicht zu einer Torsion des Montageelements kommt oder dass die Schraubverbindung wieder losbar ist.
Um nur vorübergehende Störungen m dem drehmomentkontroUierten Einschraubvorgang zu verhindern, kann ein zusätzlicher Verfahrensschritt eingeführt werden. Dabei wird nach dem Anzug des Montageelements bis zu einem vorgegebenen Drehmoment die Verschraubung zunächst wieder gelost, um anschließend die drehmomentkontrollier- te Verschraubung nochmals durchzufuhren.
Beim Losen werden die Verschraubungsflachen des Montageelements und seines Verschraubungspartners, also die Kontaktflachen der zu verschraubenden Elemente, geglättet.
Es kann sein, dass durch Schmutzpartikel zwischen den Verschrau- bungsflachen, eine Verkantung von Werkzeug zu Montageelement, einer Verhärtung des Schmiermittels oder anderer ungewunschter Einflüsse, bei der Verschraubung kurzzeitig ein Drehmoment entsteht, das den Schwellwert erreicht und den Abbruch des Verschraubungs- vorgang auslost. Es kommt in diesem Fall zu einem sogenannten „unechten" Ansteigen des Drehmoments .
Wird der Einschraubvorgang tatsächlich beendet, so ist d e Verbm- düng möglicherweise nicht fest genug. Um dem entgegenzuwirken, werden die Verschraubungsflachen beim Losen gegeneinander bewegt und die Verschraubung der nunmehr geglätteten Verschraubungsflachen erneut drehmomentkontrolliert durchgef hrt.
Nach diesem Vorgang kann die Verschraubung um einen vorgegebenen Winkel weitergeführt werden, entweder um einen negativen Winkel, wodurch die Verschraubung wieder etwas gelockert wird, um einen positiven Winkel, entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren, oder um den Winkel 0 Grad, was einer rein drehmomentkontroUierten Einschraubung entspricht.
Das erfindungsgemaße Verfahren wird vorteilhaft weitergebildet, indem die Losung des Schraubvorgangs nur bis zu einem bestimmten zweiten unteren Schwellwert des Drehmoments vorgenommen wird. Mit dem zweiten Schwellwert kann sicher gestellt werden, dass die Losung des Montagelements nicht vollst ndig erfolgt, sondern das Montageelement m Kontakt mit seinem Verschraubungspartner bleibt. Dadurch wird ein Verrutschen verhindert und ein Neuansetzen vermieden .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, Zeichnungen sowie den Ansprüchen hervor.
Zeichnungen
Es zeigt:
Figur 1 den Zusammenhang zwischen Drehmoment und Montagewinkel bei der herkömmlichen drehmomentkontrollierten Verschraubung;
Figur 2 den Zusammenhang zwischen Drehmoment und Montagewinkel bei sukzessiv durchgeführter drehmoment- und winkelkon- trollierter Verschraubung.
Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt den Zusammenhang zwischen Drehmoment, aufgetragen auf der y-Achse 1 und dem Drehwinkel, um den das Montageelement gedreht wird, im folgenden Montagewinkel genannt, aufgetragen auf der x-Achse 2 bei der herkömmlichen drehmomentkontrollierten Verschraubung. Je nach der Reibung zwischen den Verschraubungsflachen des Montageelements und seines Verschraubungspartners kommt es bei Erreichen des Drehmomentsollwerts 3, in diesem Beispiel 50 Nm, zu unterschiedlichen Montagewinkeln .
In dem Diagramm sind mehrere Montagekurven 4 dargestellt, welche das gemessene Drehmoment bei einem bestimmten Montagewinkel für verschiedene Einschraubvorgänge zeigen.
Die Steigungen der eingezeichneten Montagekurven 4 ergeben sich aufgrund verschiedener Reibungen zwischen den Schraubflächen des Montagelements und seines Verschraubungspartners, Schmiermittel, Oberflächenbeschaffenheiten, Fertigungstoleranzen u.s.w., auf die praktisch kein Einfluss genommen werden kann. In diesem Beispiel entsteht eine erhebliche Streubreite 5 der Montagewinkel.
Figur 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Drehmoment, aufgetragen auf der y-Achse 11 und Montagewinkel, aufgetragen auf der x-Achse 12 bei sukzessiv durchgeführter drehmoment- und winkelkontrollier- ter Verschraubung. Die Steigungen der Montagekurven 14 entsprechen denen in Figur 1, jedoch sind die Kurven so verschoben, dass der Bezugswinkel 16 für alle Kurven bei einem bestimmten Drehmoment 13 liegt, sich die Kurven also nicht wie in Figur 1 in dem Punkt schneiden, an dem das Drehmoment und der Montagewinkel den Wert 0 haben.
Die Montagelemente werden zunächst nur bis zu einem Drehmomentschwellwert 13 gedreht, in diesem Beispiel 10 Nm, anschließend um einen vorgegeben Winkel 17, hier 12 Grad, weitergedreht. Die Streubreite der Montagewinkel 15 ist deutlich kleiner, da sie mit dem kleineren Drehmomentschwellwert 13 zusammenhängt.