DE10334245A1

DE10334245A1 - Schraubwerkzeug zum Eindrehen empfindlicher Bauteile sowie Verfahren hierfür

Info

Publication number: DE10334245A1
Application number: DE2003134245
Authority: DE
Inventors: Christian Braeuer; Stefan Holl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-17
Also published as: WO2005014232A1

Abstract

Die Erfindung besteht darin, ein Schraubwerkzeug vorzustellen, das neben einem Drehmomentmesser einen Winkelmesser umfasst, sodass in nach Erreichen eines Drehmomentschwellwerts das Schraubwerkzeug zusätzlich um einen definierten Winkel, der größer als 0 DEG ist, weitergedreht wird. DOLLAR A Außerdem werden Verfahren vorgestellt, die aus einer Abfolge von drehmomentkontrollierten und winkelkontrollierten Eindrehschritten bestehen. DOLLAR A Mit der Erfindung wird eine feste Verschraubung ohne oder mit nur geringfügiger bzw. definierter Verformung des Montageelements erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schraubwerkzeug zum Einschrauben eines empfindlichen Montageelements sowie ein Verfahren dafür.

Moderne Schraubanlagen stellen den Grad der Verschraubung mittels Drehmomentüberwachung oder Winkelzug sicher.

Bei der Drehmomentüberwachung wird der Wert des Drehmoments gemessen und das Montageelement 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 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 Schäden an den Gewinden oder sogar an dem Bauteil kommt.

Nachteile des Standes der Technik

Bei der Winkelzugmethode wird trotz des eingestellten Solldrehwinkels das Montageelement häufig nicht bis zum gewünschten Drehwinkel eingeschraubt. Die Ursache dafür liegt darin, dass das Schraubwerkzeug selbst beim Drehen eine Torsion erfährt, die bei der Winkelmessung unberücksichtigt bleibt. Dieser Fehlwinkel kann nicht durch das Hinzufügen eines Pauschalbetrags zum Solldrehwinkel korrigiert werden, da die Torsion des Schraubwerkzeug ein komplexer Prozess ist. Der tatsächliche Eindrehwinkel lässt sich im Nachhinein nur dadurch bestimmen, dass nach Absetzten des Schraubwerkzeugs vom Montageelement die Restentspannung, also das Zurückdrehen der bei dem Einschraubprozess 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 Drehmomentüberwachung hängt der Grad der Verschraubung stark von den beteiligten Schraubflächen 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 Verschraubungsflächen 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.

Lösung der Aufgabe

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, ein Schraubwerkzeug vorzustellen, das neben einem Drehmomentmesser einen Winkelmesser umfasst, sodass nach Erreichen eines vorgegebenen Werts für das Drehmoment, des Drehmomentschwellwerts, das Schraubwerkzeug zusätzlich um einen definierten Winkel, der größer als 0 Grad ist, weitergedreht wird.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren gelöst, das aus einer Abfolge von drehmomentkontrollierten und winkelkontrollierten Eindrehschritten besteht.

Vorteile der Erfindung

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Schraubwerkzeug eine Verschraubung ermöglicht, bei der eine mögliche Verformung des Montageelements entweder gar nicht stattfindet, oder zumindest nicht von der Reibung zwischen den Verschraubungsflächen abhängt.

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 Anzugstärke das Montageelement nicht beeinträchtigt wird. Um jedoch eine ausreichende Fixierung des Montageelementes zu erreichen, wird das Montageelement noch um einen definierten und mit 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 spätere Funktionsweise des Montageelements beeinträchtigt.

Das erfindungsgemäße Schraubwerkzeug kann als handgehaltenes Werkzeug ausgeführt sein, das über eine Drehmoment- und Winkelanzeige für einen Bediener verfügt. 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 günstig, wenn das Schraubwerkzeug über eine Schnittstelle verfügt, mittels derer der Drehmomentschwellwert und der definierte Drehwinkel eingebbar sind.

Vorteilhafter wird die Erfindung weitergebildet, indem das Schraubwerkzeug über eine Steuereinheit verfügt, die in Abhängigkeit von einem oder mehreren Drehmomentschwellwerten einen sukzessiven Ablauf von drehmoment- und winkelkontrolliertem Eindrehen erlaubt.

Der Vorteil des erfindungsgemäß 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, muss beispielsweise darauf geachtet werden, dass es nicht zu einer Torsion des Montageelements kommt oder dass die Schraubverbindung wieder lösbar ist.

Um nur vorübergehende Störungen in dem drehmomentkontrollierten 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 gelöst, um anschließend die drehmomentkontrollierte Verschraubung nochmals durchzuführen.

Beim Lösen werden die Verschraubungsflächen des Montageelements und seines Verschraubungspartners, also die Kontaktflächen der zu verschraubenden Elemente, geglättet.

Es kann sein, dass durch Schmutzpartikel zwischen den Verschraubungsflächen, eine Verkantung von Werkzeug zu Montageelement, einer Verhärtung des Schmiermittels oder anderer ungewünschter Einflüsse, bei der Verschraubung kurzzeitig ein Drehmoment entsteht, das den Schwellwert erreicht und den Abbruch des Verschraubungsvorgang auslöst. Es kommt in diesem Fall zu einem sogenannten „unechten" Ansteigen des Drehmoments.

Wird der Einschraubvorgang tatsächlich beendet, so ist die Verbindung möglicherweise nicht fest genug. Um dem entgegenzuwirken, werden die Verschraubungsflächen beim Lösen gegeneinander bewegt und die Verschraubung der nunmehr geglätteten Verschraubungsflächen erneut drehmomentkontrolliert durchgeführt.

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 drehmomentkontrollierten Einschraubung entspricht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft weitergebildet, indem die Lösung des Schraubvorgangs nur bis zu einem bestimmten zweiten unteren Schwellwert des Drehmoments vorgenommen wird. Mit dem zweiten Schwellwert kann sicher gestellt werden, dass die Lösung des Montagelements nicht vollständig erfolgt, sondern das Montageelement in 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:
1 den Zusammenhang zwischen Drehmoment und Montagewinkel bei der herkömmlichen drehmomentkontrollierten Verschraubung;
2 den Zusammenhang zwischen Drehmoment und Montagewinkel bei sukzessiv durchgeführter drehmoment- und winkelkontrollierter Verschraubung.
Ausführungsbeispiele
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 Verschraubungsflächen 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.
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 winkelkontrollierter Verschraubung. Die Steigungen der Montagekurven 14 entsprechen denen in 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 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.

Claims

Schraubwerkzeug zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen umfassend eine Schraubspindel und einen Drehmomentmesser, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug einen Winkelmesser umfasst, sodass nach Erreichen eines Drehmomentschwellwerts das Schraubwerkzeug zusätzlich um einen definierten Winkel weitergedreht wird.
Schraubwerkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug eine Kontrolleinheit umfasst, die die Eingabe von mindestens einem Drehmomentschwellwert und mindestens einem Drehwinkel und oder die Anzeige des momentanen Drehmoments sowie Drehwinkels ermöglicht.
Schraubwerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug eine Steuereinheit umfasst, die einen sukzessiven Ablauf von drehmomentkontrolliertem und winkelkontrolliertem Einschrauben erlaubt.
Verfahren zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen mit einem Schraubwerkzeug, das eine Schraubspindel und ein Drehmomentmesser umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Drehmomentschwellwert (15) und ein definierter Winkel (16), der größer als 0 Grad ist, vorgegeben werden, – das Montageelement bis zu einem Drehmomentschwellwert (15) eingedreht wird, – das Montageelement um den definierten Winkel (16) weiter eingedreht wird.
Verfahren zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen mit einem Schraubwerkzeug, das eine Schraubspindel und ein Drehmomentmesser umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Drehmomentschwellwert (15) und ein definierter Winkel (16) vorgegeben werden, – das Drehmoment gemessen wird, – das Montageelement bis zu einem Drehmomentschwellwert (15) eingedreht wird, – das Montageelement wieder gelöst wird, – das Montageelement wieder bis zu einem Drehmomentschwellwert (15) eingedreht wird, – das Montageelement um den definierten Winkel (16) weiter eingedreht wird.
Verfahren zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen mit einem Schraubwerkzeug, das eine Schraubspindel und ein Drehmomentmesser umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – ein erster oberer Drehmomentschwellwert, ein zweiter unterer Drehmomentschwellwert und ein definierter Winkel vorgegeben werden, – das Drehmoment gemessen wird, – das Montageelement bis zu einem ersten oberen Drehmomentschwellwert (15) eingedreht wird, – das Montagelement bis zu einem zweiten unteren Drehmomentschwellwert gelöst wird, – das Montageelement wieder bis zu einem ersten oberen Drehmomentschwellwert (15) eingedreht wird, – das Montageelement um den definierten Winkel (16) weiter eingedreht wird.