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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verschrauben
von Schraubkörpern.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Schraubsysteme
bekannt. Diese weisen dabei üblicherweise
eine Schraubspindel und ein auch als Nuss bezeichnetes Werkzeug
auf. Daneben weisen derartige Systeme üblicherweise eine Software, einschließlich eines
Schraubprogramms für
Drehmoment- und Drehwinkelanwahl entsprechenden Anwendungsfällen auf.
Eine optimale Schraubverbindung wird im Stand der Technik durch
eine gezielte Auslegung der Schraubverbindung erreicht, wie beispielsweise
einem weichen oder harten Schraubfall, einer Auswahl der Materialien,
oder einem erforderlichen Kraftschluss. Dabei platziert ein Mitarbeiter
das Schraubwerkzeug an einer Schraube, stellt ein Schraubprogramm
am Rechner ein und führt
den Schraubvorgang durch. Dieser Vorgang wird nach Bedarf wiederholt.
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Dabei
tritt teilweise das Problem auf, dass mehrere Schraubvorgänge manuell
durchzuführen sind
und diese Schraubvorgänge
gegebenenfalls unterschiedliche Drehmomente und Drehwinkel ggf.
unter Einsatz des gleichen. Werkzeugs erfordern. Dies kann dazu
führen,
dass Schrauben mit falschem Drehmoment, falschem Drehwinkel oder
auch gar nicht angezogen werden. Das Versagen einer Schraubverbindung
im Belastungsfall kann wiederum zum Funktionsverlust oder zu schwerwiegenden Unfällen führen.
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Aus
dem Stand der Technik sind diverse Verfahren zur Fehlervermeidung
bekannt. So ist es bekannt, dass jede Schraube mit einem bestimmten Werkzeug
angezogen wird. Wenn für
jeden Schraubfall das Werkzeug gewechselt wird, kann heute mit der
Entnahme des Werkzeuges bzw. der Schraubnuss aus einem Werkzeugköcher ein
jeweils neues Schraubprogramm angewählt werden. Hierzu wird der
Köcher
mit einem Kontakt versehen, der die Entnahme des Werkzeugs an die
Software meldet. Wird jedoch mit demselben Werkzeug ein weiterer Schraubprozess
durchgeführt,
für den
ein anderes Drehmoment erforderlich ist, so kann dies mit dem genannten
Werkzeug nicht realisiert werden.
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Weiterhin
ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass jede Schraube mit
einem Ultraschallsensor ausgestattet ist, über den die Schraube im Raum
lokalisiert werden kann. Sobald das Werkzeug an die Schraube geführt wird,
wird über
die Position der Schraube das richtige Schraubprogramm geladen.
Für eine
eindeutige Lokalisierung der Schraube dürfen diese aufgrund des Auflösungsvermögens von
Ultraschallwellen nicht zu dicht beieinander liegen, da sonst diese
Schraubüberwachung
nicht realisiert werden kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Anziehen
von Schrauben mit einer insbesondere softwaregestützten Drehmoment-
und Drehwinkelüberwachung
zur Verfügung
zu stellen. Dabei soll auch eine Verschraubung von mehreren Schrauben
mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehwinkel möglich sein.
Weiterhin soll eine optimale Schraubverbindung durch Anwahl eines
jeweils korrekten Schraubprogramms bei einer manuellen Verschraubung
sichergestellt werden.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß durch
eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch
11 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Verschrauben von Schraubkörpern
weist ein Schraubwerkzeug auf, welches eine Schraubspindel und eine
Antriebseinrichtung zum Antreiben der Schraubspindel, sowie einen
Werkzeugkopf zum Kontaktieren bzw. Verschrauben der Schraubkörper aufweist.
Dabei weist das Schraubwerkzeug eine Steuerungseinrichtung auf,
welche die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von dem Schraubkörper und insbesondere
in Abhängigkeit
von physikalischen Eigenschaften des Schraubkörpers und/oder eines mit den
Schraubkörper
zu versehenden Produkts ansteuert.
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Erfindungsgemäß weist
der Schraubkörper eine
Sendeeinrichtung zum Aussenden von Signalen auf, welche für physikalische
Eigenschaften des Schraubkörpers
charakteristisch sind und es ist weiterhin eine Empfangseinrichtung
zum Empfang der von der Sendeeinrichtung ausgegebenen Signale vorgesehen.
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Bei
dem Werkzeugkopf handelt es sich dabei, wie oben gesagt, bevorzugt
um die so genannte Nuss, mit dem die Schraubkörper angezogen werden. Bei
den physikalischen Eigenschaften des Schraubkörpers handelt es sich um Eigenschaften wie
das Material, eine Kopfgröße, ein
maximales Drehmoment, einen Verschraubungs-Drehwinkel und dergleichen.
Damit wird insbesondere eine Sendeeinrichtung beschrieben, welche
ein bestimmtes elektromagnetisches Signal ausgibt. Bei der Sendeeinrichtung
kann es sich jedoch auch um ein passives Element handeln, welches
beispielsweise bei Bestrahlung oder Beleuchtung eine bestimmte Information
ausgibt. So kann es sich bei der Sendeeinrichtung beispielsweise
um einen Barcode handeln, der bei Beleuchtung eine bestimmte optische
Information ausgibt, wobei aus dieser Information charakteristische
Eigenschaften für
den Schraubkörper
ablesbar sind. In diesem Fall weist die Empfangseinrichtung bevorzugt
ein Bildaufnahmeelement für
Aufnahme dieses Barcodes bzw. eines Bildes desselben auf.
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Unter
Schraubkörpern
werden hierbei einerseits Schrauben jeglicher Art verstanden, jedoch auch
andere Befestigungsmittel, welche durch Drehung eines Körpers gegenüber einem
anderen Körper
befestigt oder gelöst
werden können.
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Durch
diese Vorgehensweise können
sicherheits- und funktionsrelevante Schraubverbindungen gewährleistet
werden und es kann vermieden werden, dass beispielsweise ein nicht
korrektes Drehmoment zu einer Fehlfunktion führt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
weisen die Schraubkörper
eine Speichereinrichtung auf, in der für die Schraubkörper charakteristische
Daten abgelegt sind. Bei diesen Daten kann es sich, wie oben erwähnt, um
charakteristische Daten des Schraubkörpers, wie beispielsweise ein
maximales Drehmoment und dergleichen handeln. Die Speichereinrichtung
kann dabei gemeinsam mit der Sendeeinrichtung, beispielsweise in
Form eines unten genauer beschriebenen RFID-Tags, ausgeführt sein.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Empfangseinrichtung
an dem Schraubwerkzeug angeordnet. Besonders bevorzugt ist dabei
die Empfangseinrichtung in einem Endbereich der Schraubspindel angeordnet,
so dass sie während
des Schraubvorgangs möglichst
nahe an dem Schraubkörper
herangeführt
werden kann. Auf diese Weise kann bei entsprechender Auslegung der Empfangsreichweiten
sichergestellt werden, dass nur die Signale der Sendeeinrichtung
der gerade angezogenen Schraube empfangbar sind.
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Vorzugsweise
weist das Schraubwerkzeug eine Sendeeinrichtung auf, um Signale
an eine Empfangseinrichtung der Schraube zu übermitteln. Mit Hilfe dieser
Sendeeinrichtung können
dabei Daten für
einen Schraubvorgang auf die Speichereinrichtung der Schraube geschrieben
werden.
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Vorzugsweise
sind die in der Speichereinrichtung abgelegten Daten veränderbar.
So kann beispielsweise ein veränderbarer
Speicher vorgesehen werden, in den auch Daten über einen aktuellen Schraubvorgang,
insbesondere durch das Schraubwerkzeug selbst, abgelegt werden können. So
kann beispielsweise abgelegt werden, mit wie vielen Umdrehungen
eine bestimmte Schraube angezogen wurde und auch mit welchem Drehmoment.
Auf diese Weise ist auch eine Dokumentation eines vollständig und
richtig durchgeführten
Schraubvorgangs auf jeder einzelnen Schraube möglich. Daneben wäre auch
eine Überprüfung des
Schraubvorgangs denkbar.
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Vorzugsweise
wird auch das für
den Schraubprozess erforderliche Schraubprogramm auf der Schraube
selbst gespeichert und auch der vollständig durchgeführte Schraubprozess
wird auf der Schraube bzw. deren Speichereinrichtung dokumentiert.
Damit wird der Schraubvorgang auf Grundlage von Daten ausgeführt, welche
in der Schraube selbst abgelegt sind.
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Weiterhin
ist es möglich, über die
Schraube das richtige Schraubprogramm auszuwählen, wodurch sich manuelle
Verschraubungen besser und sicherer durchführen lassen. Im Gegensatz zum
Stand der Technik ist daher eine Überprüfung möglich, ob eine Verschraubung überhaupt
und falls ja, auch korrekt durchgeführt worden ist, da das Greifen
der richtigen Schraube abgesichert ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Sendeeinrichtung
in oder an einem Kopf des Schraubkörpers angeordnet. Auf diese
Weise kann einerseits sichergestellt werden, dass während des
Schraubvorgangs die Sendeeinrichtung sehr nahe an dem Werkzeug ist
und somit nicht versehentlich die Signale einer anderen Schraube
aufgenommen werden. Weiterhin ist es mit vergleichsweise geringem
Aufwand möglich,
die Sendeeinrichtung in einem Kopf zu integrieren.
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Bevorzugt
sind die Schraubkörper
mit RFID-Tags ausgestattet. Diese RFID-Tags erlauben einerseits
die Ausgabe von Signalen und andererseits auch die Aufzeichnung
von Daten. Damit ist auf einem derartigen Tag sowohl eine Lese-
als auch eine Schreibfunktion aufgebracht. Als Frequenz für die Informationsübertragung
wird vorzugsweise eine Frequenz in einem Bereich von 125 kHz verwendet. Diese
Frequenz eignet sich besonders für
die hier vorteilhaften geringen Sendereichweiten.
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Vorzugsweise
ist in der Speichereinrichtung auch ein für einen Schraubprozess für eine spezielle Schraube
charakteristischer Schraubablauf gespeichert. So kann beispielsweise
gespeichert sein, dass sich das Drehmoment während des Schraubvorgangs in
vorbestimmter Weise ändern
kann.
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Vorzugsweise
ist in der Speichereinrichtung auch ein an der Schraube bereits
vorgenommener Schraubverlauf ablegbar. Genauer wird hier gespeichert,
wie eine bestimmte Schraube bereits angezogen wurde.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung
eine Prüfeinrichtung auf,
welche die von den Sendeeinrichtungen mehrerer Schraubkörper ausgegebenen
Signale aufnimmt. Auf diese Weise kann nach einem Schraubvorgang mehrerer
Schrauben überprüft werden,
ob diese Schrauben korrekt angezogen wurden. Damit wird eine Pulklesung
der RFID-Tags aller Schrauben an einem bestimmten Produkt ermöglicht und
auf diese Weise beispielsweise die Überprüfung einer Verschraubung zwischen
zwei Produkten. Dabei ist es möglich,
dass auf den Schrauben selbst ein Schraubprogramm aufgebracht ist,
welches anschließend ausgelesen
werden kann. Vorzugsweise ist dieses Schraubprogramm codiert auf
der Schraube bzw. dessen RFID-Tag gespeichert. Durch die Codierung können Fehlbehandlungen
der Schraube verhindert werden. Eine Programmierung dieses Schraubprogramms
erfolgt bevorzugt im Vorfeld der eigentlichen Verschraubung.
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Weiterhin
können
Informationen bzw. sog. Flags auf der Schraube angebracht werden,
welche beispielsweise darüber
informieren, ob ein Schraubvorgang erfolgreich oder nicht erfolgreich
war. Daneben können
auch weitere Daten über
eine Nutzungsdauer der Schraube, Belastungsfälle und dergleichen aufgenommen
werden.
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Vorzugsweise
gibt die Sendeeinrichtung der Schraube ein Signal aus, welches eindeutig
identifizierbar ist. So kann beispielsweise neben den charakteristischen
Daten für
die Schraube auch eine Adresse mit übermittelt werden, welche eine
eindeutige Identifizierung der betreffenden Schraube erlaubt. Dabei
wäre es
auch möglich,
einen metallischen Kopf der Schraube selbst als Transponder für die Übertragung
von Daten einzusetzen.
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Die
oben erwähnte
Prüfeinrichtung
sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung
sind jedoch auch zum Lösen
von Schrauben einsetzbar.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum
Behandeln von Schraubkörpern,
wobei mit einem Schraubwerkzeug, welches eine Schraubspindel und
eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Schraubspindel sowie
einen Werkzeugkopf zum Kontaktieren der Schraubkörper aufweist, die Schraubkörper behandelt
werden und wobei die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von dem zu behandelnden
Schraubkörper
bzw. in Abhängigkeit
von physikalischen Eigenschaften dieses Schraubkörpers gesteuert wird.
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Erfindungsgemäß gibt eine
Sendeeinrichtung des Schraubkörpers
wenigstens ein Signal aus, welches für eine physikalische Eigenschaft
des Schraubkörpers
charakteristisch ist und eine Empfangseinrichtung nimmt dieses Signal
auf. Auch hier kann es sich bei dem ausgegebenen Signal um ein passiv
ausgegebenes Signal, wie beispielsweise ein Bild eines beleuchteten
Barcodes, handeln. Bevorzugt gibt jedoch die Sendeeinrichtung aktiv
ein bevorzugt elektromagnetisches Signal aus.
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Vorzugsweise
werden in einer Speichereinrichtung des Schraubkörpers für den Schraubkörper charakteristische
Daten abgelegt, wobei es sich, wie oben erwähnt, bei diesen Daten beispielsweise
um physikalische Daten des Schraubkörpers selbst handeln kann,
oder auch um Daten über
bereits vorgenommene Schraubvorgänge
an diesem Schraubkörper.
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Damit
werden vorzugsweise in der Speichereinrichtung des Schraubkörpers auch
für einen Schraubvorgang
mit diesem Schraubkörper
charakteristische Daten abgelegt.
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Vorzugsweise
werden im Anschluss an einem Schraubvorgang charakteristische Daten
mehrerer Schraubkörper
ausgelesen, um, wie oben erwähnt,
zu überprüfen, ob
ein Satz mehrerer Schrauben korrekt angezogen wurde.
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Weitere
Ausführungsformen
und Beispiele ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
Darin
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verschrauben von
Schraubkörpern;
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2a eine
Darstellung eines erfindungsgemäßen Schraubkörpers in
einer ersten Ausführungsform;
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2b eine
Darstellung eines erfindungsgemäßen Schraubkörper in
einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine
schematische Darstellung eines Schraubwerkzeugs; und
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4 eine
schematische Darstellung einer Prüfeinrichtung.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum
Verschrauben von Schraubkörpern 10.
Dabei weist diese Vorrichtung 1 ein Schraubwerkzeug 2 auf,
welches eine Antriebseinrichtung 12 zum Antreiben einer
Schraubspindel 4 aufweist. An einem Ende dieser Schraubspindel 4 ist
ein Werkzeugkopf 6 angeordnet, der die Schraube 10 bzw.
deren Kopf 10a zur Verschraubung kontaktiert. Dabei ist
dieser Werkzeugkopf 6 vorzugsweise von der Schraubspindel 4 abnehmbar
und durch andere Werkzeugköpfe
je nach den zu verschraubenden Schrauben eintauschbar. Das Bezugszeichen 8 bezieht
sich auf eine Steuerungseinrichtung, welche die Antriebseinrichtung 12 steuert.
Weiterhin ist an dem Ende der Schraubspindel eine Empfangseinrichtung 16 angeordnet,
welche in der Lage ist, Signale einer Sendeeinrichtung 22, die
in dem Kopf 10a der Schraube 10 integriert ist, aufzunehmen.
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Weiterhin
weist der Schraubkörper 10 eine Speichereinrichtung 24 auf,
in der Informationen abgelegt sein können, welche die Schraube 10 beschreiben.
Daneben ist auch eine Empfangseinrichtung 14 in Form beispielsweise
einer Antenne vorgesehen, welche einen Empfang von Signalen erlaubt, welche
von einer Sendeeinrichtung 28, die ebenfalls an der Schraubspindel 4 angeordnet
ist, stammen. Das Bezugszeichen S1 bezieht sich auf ein Sendesignal,
welche von der Sendeinrichtung 22 an das Schraubwerkzeug 2 ausgegeben
wird.
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2a zeigt
einen Schraubkörper 10 in
einer ersten Ausführungsform,
hier genauer eine Sechskantschraube. Im Falle dieser Schraube erfolgt
ein Eingriff durch das Werkzeug am Außenumfang der Schraubenkopfes 10a,
so dass hier vorteilhaft ein RFID-Tag 30 zentrisch in dem
Kopf 10a der Schraube untergebracht ist. Auf diese Weise
ist der RFID-Tag 30 gut gegen äußere Einflüsse geschützt. Dieser RFID-Tag weist
hier die Sendeeinrichtung 22, die Speichereinrichtung 24 und
auch die Empfangseinrichtung 14 auf.
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2b zeigt
ein weiteres Beispiel für
eine Schraube, nämlich
eine Zylinderschraube. Diese Schraube wird durch einen Eingriff
des Werkzeugs in den Innenraum des Kopfes 10a verschraubt,
so dass hier der RFID-Tag 30 günstig am Außenumfang dieser Schraube,
wie in 2b gezeigt, angeordnet ist. Bei
den beiden in den 2a und 2b gezeigten Schrauben
sind die jeweiligen Tags damit in Richtung des Werkzeugkopfes nicht
durch metallische Elemente verdeckt.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Teils einer Schraubspindel 4,
in der eine Empfangseinrichtung 16 angeordnet ist. Genauer
enthält hier
das Werkzeug einen RFID-Reader
zum Auslesen und Beschreiben der Schraube, genauer des RFID-Tags
dieser Schraube.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer Prüfstation 40. Diese
Prüfstation
weist hier Empfangseinrichtungen 18 auf, die links und
rechtsseitig bezüglich
einer Vielzahl von Schrauben 10 angeordnet sind bzw. werden.
Auf diese Weise kann eine korrekte Verschraubung eines Produkts 5 überprüft werden.
Dabei können
die Empfangseinrichtung 18 auch identifizieren, von welcher
der Schrauben 10 ein bestimmtes Sendesignal stammt und
auf diese Weise beispielsweise im Falle der mittleren Schraube feststellen,
dass diese Schraube nicht korrekt angezogen wurde. Dabei wurden
während
des Schraubvorgangs auf die jeweiligen RFID-Tags 30 Informationen über den
Schraubvorgang geschrieben und auf diese Weise kann festgestellt
werden, dass die mittlere Schraube 10 nicht oder zu wenig
anzogen wurde.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Schraubwerkzeug
- 4
- Schraubspindel
- 5
- Produkt
- 6
- Werkzeugkopf
- 8
- Steuerungseinrichtung
- 10
- Schraubkörper
- 10a
- Kopf
- 12
- Antriebseinrichtung
- 14
- Empfangseinrichtung
(des Schraubkörpers)
- 16,
18
- Empfangseinrichtung
- 22
- Sendeeinrichtung
des Schraubkörpers
- 28
- Sendeeinrichtung
des Schraubwerkzeugs
- 24
- Speichereinrichtung
- 30
- RFID-Tag
- 40
- Prüfeinrichtung