DE3009871C2 - Verfahren und Einrichtung zur Drehmomentkontrolle - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des an einem Befestigungselement zuvor zur Einwirkung gebrachten Drehmoments, bei dem ein mindestens bis zu einem Abreißwert, bei dem eine Relativbewegung des Befestigungselements in Befestigungsrichtung hervorgerufen wird, ansteigendes Drehmoment am Befestigungselement erzeugt, ein elektrisches Signal entsprechend dem Wert des an dem Befestigungselement jeweils wirksamen Drehmoments gebildet und dieser bzw. der am Befestigungselement maximal erzeugte Drehmomentwert durch Auswerten des elektrischen Signals gemessen und angezeigt wird.
• Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Werkzeug zum Erzeugen des ansteigenden Drehmoments am Befestigungselement und mit einer mit dem Werkzeug gekoppelten Drehmoment-Meßvorrichtung, die einen Wandler zur Erzeugung des den Drehmomentverlauf wiedergebenden elektrischen Signals, eine zur Feststellung eines Extrems des Verlaufs des elektrischen Signals geeignete elektrische Signalauswertevorrichtung und eine durch das elektrische Signal gesteuerte Drehmomentanzeigevorrichtung enthält.
• Bei vielen industriellen Herstellungsprozessen, wie beispielsweise bei der Kraftfahrzeugherstellung, ist es unerläßlich, ein an Befestigungselementen aufgebrachtes, vorgegebenes Drehmoment genau zu kontrollieren. Hierzu wurde bisher üblicherweise in der Qualitätskontrolle ein von Hand zu bedienender Drehmomentschlüssel verwendet, mit dem das zuvor zur Einwirkung gebrachte Drehmoment durch Beobachtung der Bewegung eines Anzeigers bis kurz vor dem "Nachgeben" oder Abreißen des Befestigungselements festgestellt wurde. Spätere Verbesserungen einer solchen Prüfung sehen den Einsatz eines Drehmomentschlüssels vor, bei dem die Position des Anzeigers auf dem maximal einwirkenden Drehmoment gehalten wird.
• Eine weitere Ausführung eines zur Drehmomentkontrolle an einem zuvor angezogenen Befestigungselement bisher verwendeten Drehmomentschlüssels ist in der US-PS 41 25 016 beschrieben. Bei diesem Drehmomentschlüssel sind im Innern des auf das jeweilige Befestigungselement kraftschlüssig anzubringenden Kopfteils Dehnungsmeßstreifen vorgesehen, die als Wandler zum Erzeugen eines analogen elektrischen Signals entsprechend dem Wert des an dem Befestigungselement jeweils wirksamen Drehmoments dienen. Das analoge elektrische Signal wird in ein äquivalentes digitales elektrisches Signal umgesetzt, welches zur Anzeige des an dem Befestigungselement jeweils wirksamen Drehmoments einer digitalen Leuchtdiodenanzeige zugeführt wird. Dieser bekannte Drehmomentschlüssel kann auch in eine weitere Betriebsart umgestellt werden, bei der nur der Höchstwert des an dem jeweiligen zu kontrollierenden Befestigungselement zur Einwirkung gebrachten Drehmoments angezeigt wird.
• Ferner ist aus der US-PS 40 74 772 eine Einrichtung zur Steuerung einer Anlage zum erstmaligen Aufbringen und Erzeugen eines Drehmoments an einem Befestigungselement bekannt. Die Einrichtung schaltet die Anlage zum Erzeugen eines Drehmoments ab, wenn das am Befestigungselement anliegende Drehmoment in Abhängigkeit von der eingestellten Betriebsart der Anlage entweder einen vorgegebenen Schwellenwert oder einen Wert erreicht, bei dem sich das Befestigungselement plastisch zu verformen beginnt. Mit dieser Anlage ist es zwar möglich, Befestigungselemente mit einem bestimmten Drehmoment festzuziehen. Die Kontrolle, d. h. das Messen und Anzeigen eines beliebigen zuvor an einem Befestigungselement zur Einwirkung gebrachten Drehmoments, ist mit dieser Anlage jedoch nicht möglich, da dazu zumindest eine Drehmomentanzeigevorrichtung erforderlich wäre.
• Die bisher bekannten Einrichtungen zur Kontrolle eines zuvor an einem Befestigungselement zur Einwirkung gebrachten Drehmoments arbeiten jedoch nicht genau. Auch unter idealen Bedingungen ist das festgestellte Drehmoment das "Abreißmoment", durch das eine weitere Relativbewegung des Befestigungselements hervorgerufen wird, nicht aber das zuvor erzeugte und zu kontrollierende Drehmoment. Unter realen Arbeitsbedingungen kann aber auch dieses Abreißmoment nicht genau festgestellt werden, da die Bedienungsperson nicht in der Lage ist, das zur Einwirkung gelangende Drehmoment augenblicklich zu unterbrechen, sobald eine Bewegung des Befestigungselements festgestellt wird.
• Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur genauen Kontrolle eines zuvor an einem Befestigungselement zur Einwirkung gebrachten Drehmoments anzugeben.
• Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren eingangs genannter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein erstes relatives Maximum und ein unmittelbar darauffolgendes relatives Minimum des den Drehmomentverlauf wiedergebenden elektrischen Signals festgestellt werden und daß der am Befestigungselement wirksame Drehmomentwert mindestens beim relativen Minimum des Verlaufs des elektrischen Signals gemessen und angezeigt wird.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das dem ersten relativen Maximum unmittelbar folgende relative Minimum des Verlaufes des zur Drehmomentkontrolle an einem Befestigungselement erzeugten Drehmoments dem zuvor an dem Befestigungselement zur Einwirkung gebrachten Drehmoment genauer entspricht, als das "Abreißmoment", durch das eine weitere Relativbewegung des Befestigungselementes hervorgerufen wird. Dies läßt sich dadurch erklären, daß der Wert des "Abreißmoments" den Drehmomentwert darstellt, der zur Überwindung des Haftreibungsmomentes des bereits festgezogenen, zu kontrollierenden Befestigungselementes benötigt wird, während der Drehmomentwert am unmittelbar darauffolgenden relativen Minimum des Drehmomentverlaufes denjenigen Drehmomentwert darstellt, bei dem sich das Befestigungselement weiterzudrehen beginnt, d. h. bei dem also das auf das Befestigungselement einwirkende "Reibdrehmoment" gerade vom Haftreibungswert zum Gleitreibungswert umgeschlagen ist. Da beim ursprünglichen Festziehen des Befestigungselements auch nur das auf dieses einwirkende Gleitreibungsmoment und nicht ein etwaiges Haftreibungsmoment überwunden werden mußte, stimmt der Drehmomentwert beim relativen Minimum des Verlaufs des zur Drehmomentkontrolle an einem Befestigungselement erzeugten Drehmoments wesentlich genauer mit dem ursprünglich aufgebrauchten Drehmoment überein, als dies beim "Abreißmoment" der Fall ist.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt
• Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Einrichtung nach der Erfindung in der praktischen Anwendung,
• Fig. 2A-H Signalverläufe innerhalb einer Einrichtung nach der Erfindung,
• Fig. 3 ein Blockdiagramm der elektrischen Signalverarbeitungsschaltung innerhalb einer Einrichtung nach der Erfindung,
• Fig. 4 die schaltungstechnischen Einzelheiten des Blockdiagramms nach Fig. 3 und
• Fig. 5 ein Blockdiagramm ähnlich Fig. 3 einer weiteren Ausführung der elektrischen Signalverarbeitungsschaltung.
• In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Überprüfung bzw. Messung eines Drehmoments dargestellt. Es handelt sich dabei um einen Schlüssel 10 mit einem Handgriff 12, an dem ein Gehäuse 14 befestigt ist. Dieses enthält eine Leuchtdiodenanzeige 16, die mit einer elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist, welche im folgenden noch näher erläutert wird. Das Gehäuse 14 enthält ferner eine Anzeigelampe 18, einen Wahlschalter 20 und einen Rückstellschalter 22. Ein Schaft 24, der sich an das Gehäuse 14 anschließt, ist an seinem freien Ende mit einem zylindrischen Kopf 26 versehen. Dieser Kopf 26 enthält Dehnungsmeßstreifen oder andere Wandler, mit denen ein mit dem Schlüssel 10 erzeugtes Drehmoment festgestellt werden kann. Eine genauere Erläuterung eines derartigen Wandlers enthält beispielsweise die US-PS 41 25 016.
• Bei einer typischen Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird ein auf ein Befestigungselement, beispielsweise einen Schraubbolzen 28, zuvor zur Einwirkung gebrachtes Drehmoment festgestellt. Der Kopf 26 des Schlüssels 10 hat an seiner Unterseite einen geeigneten Sockel zur Aufnahme des Kopfes des Bolzens 28. Der Schlüssel 10 wird dann von der Bedienungsperson in Befestigungsrichtung gedreht, bis eine weitere Drehbewegung des Schraubbolzens 28 festgestellt wird. Dies wird in der Industrie üblicherweise als "Abreißen" des geprüften Befestigungselements bezeichnet. Fig. 2A zeigt einen typischen Drehmomentsignalverlauf, der bei diesem Prüfvorgang auftreten kann. Das Drehmoment nimmt mit zunehmender Krafteinwirkung durch die Bedienungsperson zu, bis der Punkt 30 erreicht ist, bei dem das Befestigungselement mitgenommen wird. Dieser Punkt 30 wird deshalb auch als Abreißmoment bezeichnet. Unmittelbar nach Auftreten dieses Moments fällt der Momentwert auf ein Minimum 32 ab. Dieser Punkt wird als Drehmomentsenke bezeichnet. Es ist nicht vollständig geklärt, warum das Drehmomentsignal trotz weiterer Krafteinwirkung mit dem Schlüssel 10 abfällt. Es ist jedoch anzunehmen, daß dieser vorübergehende Signalabfall durch die Überwindung von Reibungskräften zwischen dem Befestigungselement und dem zu befestigenden Teil hervorgerufen wird. Nach kurzer Zeit steigt das Drehmomentsignal wieder auf ein Maximum 34 an, bis die Bedienungsperson keine weitere Kraft mit dem Schlüssel 10 ausübt. Das Maximum 34 hängt natürlich davon ab, wie schnell die weitere Krafteinwirkung beendet wird, nachdem die Bewegung des Befestigungselements festgestellt wurde.
• Es treten also drei interessante Drehmomentwerte auf, nämlich das Abreißmoment 30, die Momentsenke 32 und das Maximum 34. Von Wichtigkeit ist dabei, daß die Drehmomentsenke 32 sich als genauere Anzeige für ein zuvor zur Einwirkung gebrachtes Drehmoment eignet. Dieser Wert ist in Fig. 2A bei 36 angezeigt. Es ist leicht zu erkennen, daß die bisherigen Verfahren zur Feststellung der Drehmomentwerte 30 oder 34 keine genaue Anzeige eines zuvor aufgebrachten Drehmoments ermöglichen. Einzig kann aus einer derartigen Messung abgeleitet werden, daß mindestens eine gewisse vorgeschriebene Kraft eingewirkt hat, jedoch kann damit kaum ein genaues Drehmoment abgeleitet werden, da jeder Bedienungsperson unterschiedliche Fehlerfaktoren zuzuschreiben sind. Im Gegensatz dazu ermöglicht eine Einrichtung nach der Erfindung eine genaue Feststellung aller drei Drehmomentwerte.
• Fig. 3 zeigt in einem Blockdiagramm die elektrische Schaltung einer Einrichtung nach der Erfindung. Ein Wandler 40, der Dehnungsmeßstreifen enthält, wird durch eine geregelte Spannungsquelle 42 gespeist, die auch die anderen erforderlichen Spannungswerte für weitere Schaltungsteile liefert. Ein Stecker 44 verbindet die Spannungsquelle 42 mit dem Stromversorgungsnetz. Der Wandler 40 kann auch andere geeignete Wandlerelemente zur Feststellung eines Drehmoments enthalten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Dehnunsmeßstreifen im Kopf 26 in Form einer Brückenschaltung miteinander verbunden, die ein Differenzsignal an einen Verstärker 46 abgibt, welches dem einwirkenden Drehmoment entspricht.
• Eine Nullabgleichschaltung 48 dient zur Einstellung des Ausgangssignals des Verstärkers 46 auf den Wert Null, wenn mit dem Schlüssel 10 kein Drehmoment erzeugt wird. Die Nullabgleichschaltung 48 kann gleichfalls unterschiedliche Ausführungsformen haben. Beispielsweise kann ein manuell einstellbares Potentiometer vorgesehen sein, jedoch kann auch ein halbautomatischer Nullabgleich durch Drücken eines Tastenschalters oder auch ein Nullabgleich über eine Zeitsteuerschaltung abhängig von vorherigen Bedingungen durchgeführt werden, wenn die Einrichtung beispielsweise in automatischen Herstellungsstraßen verwendet wird. Ein in geeigneter Weise verstärktes und abgeglichenes Signal des Wandlers 40 wird dann einem Potentiometer 50 zur Meßbereichseinstellung zugeführt.
• Das daraus erhaltene Signal wird dann auf fünf Signalwege verteilt, die insgesamt mit einem Schaltungspunkt 52 verbunden sind. Der erste Signalweg führt zu einem Halbleiterschalter 54, der durch Signale auf einer Steuerleitung 56 gesteuert wird. Bei einer positiven Spannung oder einem Oben-Signal auf der Steuerleitung 56 wird der Halbleiterschalter 54 leitend gesteuert und schaltet die Signale des Schaltungspunktes 52 auf den Eingang eines Speichers 58 für positive Signalspitzen. Der Zweck dieses Speichers 58 besteht darin, das Abreißmoment 30 gemäß Fig. 3A zu speichern. Ein einfacher Spitzendetektor kann nicht zwischen dem Abreißmomentsignal 30 und dem Signalmaximum 34 unterscheiden. Deshalb wird ein negativer Signalverlauf des Drehmomentsignals festgestellt und der Halbleiterschalter 54 damit abgeschaltet. Ein Beispiel eines Eingangssignals für den Speicher 58 ist in Fig. 2C dargestellt, während Fig. 2B das Ausgangssignal dieses Speichers 58 zeigt.
• Das Ausgangssignal des Speichers 58 wird einem Gleichpegeleinsteller 60 zugeführt. Sein Ausgangssignal speist einen Vergleicher 62, dem als zweites Eingangssignal über die Leitung 64 das Drehmomentsignal des Schaltungspunkts 52 zugeführt wird. Wie in Fig. 2D gezeigt, erzeugt der Gleichpegeleinsteller eine Pegelverschiebung in negativer Richtung gegenüber dem Ausgangssignal des Speichers 58. Ohne diese Pegelverschiebung würden beide Eingangssignale des Vergleichers 62 übereinstimmen, so daß sich dadurch ein unbestimmter Ansteuerzustand ergäbe. Dieses Problem könnte zwar durch Dämpfung eines der beiden Eingangssignale des Vergleichers 62 mittels eines einfachen Spannungsteilers gelöst werden, jedoch könnte der Vergleicher 62 dann gegenüber dem Pegelwert empfindlich sein, bei dem die Steigungsumkehr des Wandlerausgangssignals erfolgt. Andererseits liefert der Gleichpegeleinsteller 60 eine konstante Verschiebung des Wandlerausgangssignals, die erforderlich ist, um Signaländerungen infolge Störungen unwirksam zu machen und doch eine Auswertung der Steigungsumkehr zum frühestmöglichen Zeitpunkt zu ermöglichen. Durch Vergleich der Fig. 2A und 2D ist zu erkennen, daß während des Anstiegs des Drehmomentsignals die Eingangssignale des Vergleichers 62 nicht übereinstimmen. Wenn dann der Abfall des Drehmomentsignals beginnt, werden die Eingangssignale des Vergleichers 62 an dem Punkt gleich, der durch die Pegelverschiebung des Gleichpegeleinstellers 60 bestimmt ist. Wenn der Vergleicher 62 die Signalkoinzidenz feststellt, gibt er ein Ausgangssignal an den Setzeingang einer bistabilen RS- Schaltung 66 ab, das den negativen Verlauf des Wandlersignals angibt. Zu Beginn der Einwirkung des Prüfdrehmoments wird die bistabile Schaltung 66 über einen Schalter 22 zurückgesetzt, wodurch ein positiver Spannungspegel auf der Steuerleitung 56 auftritt und die Wandlersignale dem Speicher 58 zugeführt werden. Wird die bistabile Schaltung 66 jedoch gesetzt, so führt die Steuerleitung 56 einen niedrigen Pegel, wodurch der Halbleiterschalter 54 geöffnet und eine Speicherung positiver Drehmomentwerte im Speicher 58 verhindert wird. Das Ausgangssignal des Speichers 58 kann entsprechend über einen Schalter 20 auf eine Anzeigevorrichtung 16 gekoppelt werden, die den Signalverlauf dann anzeigt.
• Im Zusammenhang mit der Auswertung der Drehmomentsenke 32 ist zu berücksichtigen, daß die Steuerleitung 68 durch die anfängliche Rückstellung der bistabilen Schaltung 70 bei Beginn des Prüfdrehmoments analog zur bistabilen Schaltung 66 einen niedrigen Pegel führte. Nachdem der ≙-Ausgang der bistabilen Schaltung 66 bei Feststellung eines negativ abfallenden Wandlerausgangssignals einen geringen Potentialwert angenommen hat, geschieht dies auch am Ausgang des ODER-Glieds 72. Das niedrige Ausgangssignal des ODER-Glieds 72 wird einem Halbleiterschalter 74 und über einen Inverter 78 einem Halbleiterschalter 76 zugeführt. Der Inverter 78 gibt ein Oben-Signal für den Halbleiterschalter 76 ab, wodurch dieser leitend gesteuert wird und das Wandlerausgangssignal dem Negativ-Signalspitzenspeicher 80 bei der Feststellung eines negativ abfallenden Signalverlaufs zuführt. Fig. 2F zeigt das Ausgangssignal des Inverters 78. Umgekehrt nimmt der Halbleiterschalter 74 einen nichtleitenden Zustand an. Sein Zweck besteht darin, anfangs den Eingang des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 auf einen vorbestimmten positiven Spannungspegel während der Rückstellung der Schaltung zu Beginn eines Prüfvorgangs einzustellen. Wenn die Speicheranschlüsse Y und Y&min; bei der Rücksetzung kurzgeschlossen werden, wird der Eingang des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 auf einen Spannungspegel +V über den Halbleiterschalter 74 eingestellt, der zu diesem Zeitpunkt leitend gesteuert ist. Ein Widerstand 83 und ein Kondensator 85 filtern Ausgleichsvorgänge aus, wenn der Halbleiterschalter 76 erstmals leitend gesteuert wird. Fig. 2G zeigt das Ausgangssignal des Negativ-Signalspitzenspeichers 80. Der Wert +V ist von geringerer Wichtigkeit, solange er höher als der normalerweise zu erwartende negative Spitzenpegel liegt. Wie dem Fachmann nun klar wird, bewirken die weniger positiven Wandlerausgangssignale eine sukzessive Verringerung des zuvor gespeicherten Werts derart, daß letztlich das Ausgangssignal des Speiches 80 der am wenigsten positive oder am stärksten negative Wert ist, der festgestellt wird, wenn der Halbleiterschalter 76 leitend gesteuert ist. Der minimale Wert des Drehmomentsignals bzw. die Drehmomentsenke wird auf diese Weise in dem Negativ- Signalspitzenspeicher 80 gespeichert und kann dann an der Anzeige 16 durch entsprechende Betätigung des Schalters 20 zur Anzeige gebracht werden.
• Das Ausgangssignal des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 wird einem Eingang eines Vergleichers 82 über ein Potentiometer 84 zugeführt. Es sei bemerkt, daß in dem Speicher 80 negativ verlaufende Signalwerte gespeichert werden, und zwar bis zur Feststellung eines positiven Signalanstiegs im Vergleicher 82 auf der Leitung 86, die mit dem Wandlerausgang verbunden ist. Das Potentiometer 84 dient zur Einstellung der erforderlichen Pegelversetzung ähnlich wie der Gleichpegeleinsteller 60. Eine konstante Pegelverlagerung, die durch einen solchen Gleichpegeleinsteller erzeugt wird, könnte vorteihaft sein. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dies ein nicht erforderlicher Aufwand wäre und daß zufriedenstellende Ergebnisse auch durch ein einfaches Potentiometer an dieser Stelle erreicht werden. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Verstärkung des Speichers 80 so eingestellt, daß seine Ausgangssignale relativ zu den Wandlerausgangssignalen auf der Leitung 86 während des negativen Signalverlaufs positiver sind. Wenn das Wandlerausgangssignal auf der Leitung 86 erneut ansteigt, werden die Signale auf den Leitungen 86 und 84 praktisch gleich, so daß ein Ausgangssignal am Vergleicher 82 abgegeben wird, durch das die bistabile Schaltung 70 gesetzt wird. Das Oben- Signal am Q-Ausgang der bistabilen Schaltung 70 aktiviert eine Anzeigelampe 18 über einen Verstärker 88, so daß eine sichtbare Anzeige darüber erfolgt, daß die Drehmomentsenke festgestellt wurde und daß die Bedienungsperson kein weiteres Drehmoment erzeugen muß. Das Oben-Signal der bistabilen Schaltung 70 wird ferner einem Eingang des ODER-Gliedes 72 zugeführt. Dieses gibt dann ein Oben-Signal ab, wodurch die leitenden Zustände der Halbleiterschalter 74 und 76 beseitigt werden.
• Es ist natürlich praktisch unmöglich, jegliches weitere Drehmoment an dem Schlüssel 10 sofort zu unterbrechen, wenn die Anzeigelampe 18 aufleuchtet. Aus unterschiedlichsten Gründen kann schließlich ein zu großes Drehmoment auf das Befestigungselement einwirken. Um dies erkennen zu können wird die maximale positive Kraftwirkung an dem Befestigungselement während des gesamten Prüfvorganges gleichfalls festgestellt und angezeigt. Das Wandlersignal des Schaltungspunktes 52 wird hierzu einem zweiten Positiv-Signalspitzenspeicher 90 zugeführt, der gleichartig wie der Speicher 58 aufgebaut ist. Ein Halbleiterschalter 92 ist während des gesamten Prüfvorgangs leitend mit Ausnahme der Zeit, zu dem die Drehmomentsenke festgestellt wird. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 72 wird über die Steuerleitung 94 dem Halbleiterschalter 92 zugeführt, so daß ein Unten-Signal auf der Steuerleitung 94 eine Sperrung der Zuführung des Wandlerausgangssignals zum Speicher 90 an dem Halbleiterschalter 92 bewirkt. Es sei daran erinnert, daß die einzige Zeit, zu der das ODER- Glied 72 ein Unten-Signal abgibt, die Zeit des negativen Signalverlaufs des Wandlerausgangssignals ist. Entsprechend stellt der Speicher 90 beispielsweise das Signal 34 fest und speichert es, denn es gibt das während des gesamten Prüfvorgangs zur Einwirkung gebrachte maximale Drehmoment an. Der Verlauf des Ausgangssignals des zweiten Positiv- Signalspitzenspeichers 90 ist in Fig. 2H dargestellt. Dieses Signal wird der Anzeigevorrichtung 16 über den Schalter 20 zugeführt, durch dessen Stellung die visuelle Anzeige des Signals möglich ist.
• Es ist zu erkennen, daß das Abreißmoment 30, die Drehmomentsenke 32 und das maximale Drehmoment 34 jeweils wahlweise angezeigt werden können. Potentiometer 96, 98 und 100 sowie ein Widerstand 102 dienen zur Meßbereichseinstellung an der Anzeigevorrichtung 16 in an sich bekannter Weise.
• Fig. 4 zeigt die schaltungstechnische Ausführung des in Fig. 3 gezeigten Blockschaltbildes. Die Funktionsblöcke aus Fig. 3 sind in Fig. 4 durch gestrichelte Linien angedeutet. Eine besondere Erläuterung der Schaltungsverbindung einer jeden Komponente ist nicht erforderlich, wenn eine Schaltung der in Fig. 4 gezeigten Art auf der Basis der Anordnung nach Fig. 3 aufgebaut werden soll.
• Der Verstärker 46 enthält einen Operationsverstärker IC 3 mit zugeordneten Widerständen zur Verstärkungseinstellung, wie dies für sich bekannt ist. Der Ausgang des Verstärkers 46 ist mit der Nullabgleichsschaltung 48 verbunden, in der ein Potentiometer P 1 das Ausgangssignal so einregelt, daß bei Ruhestellung des Drehmomentschlüssels am Ausgang der Signalwert Null erscheint. Der erste Positiv-Signalspitzenspeicher 58 enthält mehrere Einzelschaltungen IC 5, Q 3, Q 4 und IC 6, deren Funktion darin besteht, eine Ladung mit einem Kondensator C 1 zu speichern, die den ersten Spitzenwert des Drehmomentsignals angibt, ohne daß der Kondensator C 1 durch Signale geringerer Amplitude entladen wird. Der Gleichpegeleinsteller 60 enthält eine integrierte Schaltung IC 7, deren Ausgangssignal durch die Einstellung eines Potentiometers P 5 so geregelt wird, daß sich dadurch eine Pegelversetzung ergibt. Der nicht invertierende Eingang des Vergleichers 62 ist mit dem Ausgang des Gleichpegeleinstellers 60 verbunden, während der invertierende Eingang das Wandlerausgangssignal vom Schaltungspunkt 52 erhält. Wenn das Signal des Gleichpegeleinstellers 60 das Wandlersignal überschreitet, so wird die bistabile Schaltung 66gesetzt. Sie besteht aus zwei in Kreuzverbindung geschalteten NOR-Gliedern. Das ODER-Glied 72 besteht aus zwei Dioden D2 und D 3, die die Halbleiterschalter 74 und 76 steuern, welche aus integrierten Schaltungen IC-11 C und IC-11 B bestehen. Der Negativ-Signalspitzenspeicher 80 enthält eine Reihenschaltung von Komponenten IC 2 B, Transistoren Q 5 und Q 6 und IC 2 C. Bei erstmaliger Rücksetzung der Schaltung wird der Kondensator C 9 auf etwa +V geladen. Bei Empfang weniger positiver Signale wird der Kondensator C 9 entsprechend entladen. Somit hält der Kondensator C 9 das minimale negative Ausgangssignal bzw. die Drehmomentsenke 32. Der invertierende Eingang des Vergleichers 82 ist mit dem Ausgang des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 über ein Potentiometer 84 verbunden. Der nicht invertierende Eingang ist mit dem Wandlersignal am Schaltungspunkt 52 verbunden. Die Verstärkung der Komponenten des Negativ-Signalspitzenspeichers 80 ist auf einen hohen Wert eingestellt, so daß eine positive Pegelverschiebung gegenüber dem Wandlersignal erreicht wird. Wenn das Wandlersignal also positiver gegenüber der Negativ-Signalspitze wird, so gibt der Vergleicher 82 ein Ausgangssignal ab, das der bistabilen Schaltung 70 zugeführt wird, welche aus zwei in Kreuzverbindung geschalteten NOR-Gliedern besteht. Ein Ausgangssignal der bistabilen Schaltung 70 bringt die Diode KD 3 in den leitenden Zustand, wodurch über den Halbleiterschalter 92 der zweite Positiv-Signalspitzenspeicher 90 die maximale positive Signalspitze während des gesamten Prüfvorgangs feststellt. Der zweite Positiv-Signalspitzenspeicher 90 ist praktisch identisch zum ersten Speicher 58 aufgebaut. Das Ausgangssignal dieses ersten Speichers 58, des Negativ- Signalspitzenspeichers 80 und des zweiten Positiv-Signalspitzenspeichers 90 wird einem Dreistufenschalter 20 über die Potentiometer 98, 100 und 96 zugeführt.
• Um die Einrichtung in Betrieb zu nehmen, wird die Stromversorgung eingeschaltet und der Rücksetzschalter 22 gedrückt, wodurch die bistabilen Schaltungen rückgesetzt werden und die Signalspitzenauswerter in ihren Ausgangszustand gelangen. Die Anzeigevorrichtung 60 wird dann auf Null gestellt und zeigt ein Nullsignal an. Dies kann auf verschiedenste Weise erfolgen, beispielsweise mit einem automatischen Nullabgleich. Der Drehmomentschlüssel wird dann auf das zu prüfende Befestigungselement gesetzt und gedreht, bis die Anzeigelampe 18 aufleuchtet. Durch geeignete Einstellung des Schalters 20 können dann das Abreißmoment 30, die Drehmomentsenke 32 und das maximale Drehmoment 34 während des gesamten Prüfvorgangs wahlweise angezeigt werden.
• Die Einzelteile der Schaltung sind vorzugsweise auf gedruckten Schaltungsplatten angeordnet, die in geeigneter Weise im Gehäuse 14 montiert sind. Es können jedoch auch andere Ausführungsformen, beispielsweise die Herstellung der Gesamtschaltung in integrierter Technik, vorgesehen sein. Ähnlich können andere Anzeigevorrichtungen verwendet werden, die nicht unbedingt zusammen mit der zugehörigen Schaltung am Drehmomentschlüssel 10 untergebracht sein müssen.
• Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführung der elektrischen Signalverarbeitungsschaltung. Sie ermöglicht eine automatische Unterscheidung von Wandlerausgangssignalen, die einerseits während des Prüfvorgangs und andererseits außerhalb des Prüfvorgangs bzw. zu dessen Vorbereitung erzeugt werden. Beispielsweise kann die Bedienungsperson beim Aufsetzen des Drehmomentschlüsselkopfes 26 auf einen Schraubbolzen 28 zufällig ein geringes Drehmoment ausüben, durch das eine Fehlauswertung eines Prüfvorgangs möglich ist. Um diese Möglichkeit auszuschalten, ist ein Schwellwertvergleicher 110 vorgesehen, der das Wandlerausgangssignal auf der Leitung 112 mit einem vorbestimmten Spannungswert vergleicht, der über eine Leitung 114 und einen Spannungsteiler aus einem Widerstand 116 und einem Potentiometer 118 von der positiven Betriebsspannung +V abgeleitet wird. Das Potentiometer 118 ist so eingestellt, daß es einen Spannungswert erzeugt, der höher als das Wandlerausgangssignal liegt, welches außerhalb des Prüfvorgangs erzeugt werden kann. Ein einfaches Beispiel sei beispielsweise, daß ein zu prüfendes Befestigungselement mit einem Drehmoment von 13,8 mkg anzuziehen ist und daß das Wandlerausgangssignal bei diesem Drehmoment eine Spannung von etwa 10 V hat. Ein Wandlerausgangssignal von mindestens 5 V würde während des Prüfvorgangs sicher auftreten, da die Bedienungsperson ein Drehmoment von mindestens 13,8 mkg erzeugen muß, um das Abreißmoment zu erreichen. Andererseits kann ein Wandlerausgangssignal von weniger als 5 V während der Prüfvorbereitung erzeugt werden. Somit sollte das Potentiometer 118 so eingestellt werden, daß auf der Leitung 114 ein Spannungswert von 5 V erscheint. Der Vergleicher 110 gibt dann ein Ausgangssignal auf der Leitung 120 nur ab, wenn das Wandlerausgangssignal auf der Leitung 112 diesen Spannungswert überschreitet.
• Das Ausgangssignal des Vergleichers 110 auf der Leitung 120 und das Ausgangssignal am ≙-Ausgang der bistabilen Schaltung 66 sind auf zwei Eingänge eines UND-Glieds 122 geführt, dessen Ausgang mit der Steuerleitung 56 verbunden ist. Es sei daran erinnert, daß der ≙-Ausgang ein Oben- Signal führt, wenn die Schaltung anfangs rückgesetzt wird. Die Steuerleitung 56 führt jedoch ein Unten-Signal, das den Halbleiterschalter 54 sperrt, bis ein Oben-Signal auf der Leitung 120 vom Vergleicher 110 empfangen wird.
• Auf diese Weise wird die gesamte übrige Schaltung gesperrt, bis das Wandlerausgangssignal den voreingestellten Spannungswert überschreitet, wodurch Fehlablesungen vermieden werden, die auf äußere Einflüsse zurückzuführen sind, welche nicht zum eigentlichen Prüfvorgang gehören.

Claims (26)

1. Verfahren zur Kontrolle des an einem Befestigungselement zuvor zur Einwirkung gebrachten Drehmoments, bei dem ein mindestens bis zu einem Abreißwert, bei dem eine Relativbewegung des Befestigungselements in Befestigungsrichtung hervorgerufen wird, ansteigendes Drehmoment am Befestigungselement erzeugt, ein elektrisches Signal entsprechend dem Wert des an dem Befestigungselement jeweils wirksamen Drehmoments gebildet und dieser bzw. der am Befestigungselement maximal erzeugte Drehmomentwert durch Auswerten des elektrischen Signals gemessen und angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein erstes relatives Maximum (30) und ein unmittelbar darauffolgendes relatives Minimum (32) des den Drehmomentverlauf wiedergebenden elektrischen Signals festgestellt werden und daß der am Befestigungselement (28) wirksame Drehmomentwert mindestens einem relativen Minimum (32) des Verlaufs des elektrischen Signals gemessen und angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das absolute Maximum (34) des den Drehmomentverlauf wiedergebenden elektrischen Signals festgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am Befestigungselement (28) wirksame Drehmomentwert beim ersten relativen Maximum (30) des Verlaufs des elektrischen Signals gemessen und angezeigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der am Befestigungselement (28) wirksame Drehmomentwert beim absoluten Maximum (34) des Verlaufs des elektrischen Signals gemessen und angezeigt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der am Befestigungselement (28) wirksame Drehmomentwert beim relativen und/oder absoluten Maximum (30, 34) des Verlaufs des elektrischen Signals durch Speicherung des jeweils positivsten Wertes des elektrischen Signals ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der am Befestigungselement (28) wirksame Drehmomentwert beim relativen Minimum (32) des Verlaufs des elektrischen Signals durch Speicherung des jeweils negativsten Wertes des elektrischen Signals ermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung des ersten relativen Maximums (30) und/oder des relativen Minimums (32) der jeweils gespeicherte Signalwert mit dem jeweiligen Wert des elektrischen Signals verglichen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung des ersten relativen Maximums (30) der jeweils gespeicherte positivste Signalwert einer Pegelverschiebung in negativer Richtung unterzogen und anschließend mit dem jeweiligen Wert des elektrischen Signals auf Gleichheit überprüft wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung des relativen Minimums (32) der jeweils gespeicherte negativste Signalwert einer Pegelverschiebung in positiver Richtung unterzogen und anschließend mit dem jeweiligen Wert des elektrischen Signals auf Gleichheit überprüft wird.

10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Werkzeug zum Erzeugen des ansteigenden Drehmoments am Befestigungselement in Befestigungsrichtung und mit einer mit dem Werkzeug gekoppelten Drehmoment-Meßvorrichtung, die einen Wandler zur Erzeugung des den Drehmomentverlauf wiedergebenden elektrischen Signals, eine zur Feststellung des Extrems des Verlaufs des elektrischen Signals geeignete elektrische Signalauswertevorrichtung und eine durch das elektrische Signal gesteuerte Drehmomentanzeigevorrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Signalauswertevorrichtung zur Feststellung mindestens des ersten relativen Maximums (30) und des unmittelbar darauffolgenden relativen Minimums (32) und zur Messung mindestens des relativen Minimums (32) des Verlaufs des elektrischen Signals vorgesehen ist und daß die Drehmomentanzeigevorrichtung (16) zur Anzeige des Drehmomentwertes am Befestigungselement (28) mindestens beim relativen Minimum (32) des Verlaufs des elektrischen Signals dient.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Signalauswertevorrichtung einen ersten Positiv-Signalspitzenauswerter (58) zur Feststellung und/oder Messung des ersten relativen Maximums (30) des elektrischen Signals, einen Negativ-Signalspitzenauswerter (80) zur Feststellung und Messung des relativen Minimums (32) des elektrischen Signals und ein mit dem Ausgang des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58) verbundenes Netzwerk (60, 62, 66) zur Ansteuerung des Negativ-Signalspitzenauswerters ( 80) bei Feststellung eines Abfalls des elektrischen Signals enthält.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk ( 60, 62, 66) einen ersten Vergleicher (62) zum Vergleich des elektrischen Signals mit dem Ausgangssignal des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58) enthält, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58) von dem elektrischen Signal abweicht und dessen abfallenden Verlauf angibt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk (60, 62, 66) ferner einen Gleichpegeleinsteller (60) zwischen dem ersten Positiv-Signalspitzenauswerter (58) und dem Vergleicher (62) enthält, der das Ausgangssignal des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58) gegenüber dem elektrischen Signal im Pegel verschiebt und das der Vergleicher (62) ein Ausgangssignal abgibt, wenn beide ihm zugeführten Signale übereinstimmen.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk (60, 62, 66) ferner eine bistabile Schaltung (66) enthält, die mit dem Ausgangssignal des Vergleichers (62) angesteuert ist, daß zwischen dem Wandler (40) und dem ersten Positiv-Signalspitzenauswerter (58) eine erste Schaltervorrichtung (54) vorgesehen ist, daß zwischen dem Wandler (40) und dem Negativ-Signalspitzenauswerter (80) eine zweite Schaltervorrichtung (76) vorgesehen ist und daß beide Schaltervorrichtungen (54, 76) durch das Ausgangssignal der ersten bistabilen Schaltung (66) gesteuert sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Schaltervorrichtung (74) zwischen einer Bezugspotentialquelle (+V) und dem Negativ-Signalspitzenauswerter (80) vorgesehen ist, die ein Bezugspotential an den Negativ- Signalspitzenauswerter (80) abgibt und von dem Ausgangssignal der ersten bistabilen Schaltung (66) angesteuert ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Vergleicher (82) zum Vergleich des Ausgangssignals des Negativ-Signalspitzenauswerters (80) und des elektrischen Signals vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn das elektrische Signal nach einem Abfall erneut positiv ansteigt.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pegeleinstellvorrichtung (84) zwischen dem Negativ-Signalspitzenauswerter ( 80) und dem zweiten Vergleicher (82) vorgesehen ist, die eine positive Pegelversetzung gegenüber dem abfallenden elektrischen Signal derart erzeugt, daß der zweite Vergleicher (82) ein Ausgangssignal abgibt, wenn das elektrische Signal und das Ausgangssignal des Negativ-Signalspitzenauswerters (80) übereinstimmen.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite bistabile Schaltung (70) mit dem Ausgang des zweiten Vergleichers (82) verbunden ist, deren Ausgang mit der zweiten Schaltervorrichtung (76) gekoppelt ist.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalisierungsvorrichtung (18) mit dem Ausgang des Negativ-Signalspitzenauswerters (80) verbunden ist, die bei Feststellung einer negativen Signalspitze aktiviert wird.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Positiv-Signalspitzenauswerter (90) zur Feststellung des absoluten Maximums des elektrischen Signals während der gesamten Drehmomentkontrolle vorgesehen ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Schaltervorrichtung (92) zwischen dem Wandler (40) und dem zweiten Positiv-Signalspitzenauswerter (90) vorgesehen ist und daß das Ausgangssignal des Netzwerks (60, 62, 66) der vierten Schaltervorrichtung (92) als Steuersignal zugeführt ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltervorrichtung (20) zur wahlweisen Anzeige des Ausgangssignals des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58), des Negativ-Signalspitzenauswerters (80) und des zweiten Positiv-Signalspitzenauswerters (90) vorgesehen ist.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diskriminatorschaltung (110) zur Sperrung der Ansteuerung des ersten Positiv-Signalspitzenauswerters (58) vor Überschreiten eines vorbestimmten Wertes durch das elektrische Signal vorgesehen ist.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskriminatorschaltung eine einstellbare Spannungsquelle (116, 118) und einen Schwellwertvergleicher (110) zum Vergleich des elektrischen Signals mit dem Ausgangssignal der Spannungsquelle (116, 118) umfaßt und daß die erste Schaltervorrichtung (54) bei Ansteuerung mit dem Ausgangssignal des Schwellwertvergleichers (110) leitend steuerbar ist, um das elektrische Signal auf den ersten Positiv-Signalspitzenauswerter ( 58) zu leiten.

25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine logische Verknüpfung (122) vorgesehen ist, deren einer Steuereingang mit dem Ausgang des Schwellwertvergleichers (110) und deren anderer Steuereingang mit einem Ausgang des Netzwerks (60, 62, 66) verbunden ist und deren Ausgang mit der ersten Schaltervorrichtung (54) verbunden ist.

26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Positiv-Signalspitzenauswerter (58), der zweite Positiv-Signalspitzenauswerter (90) und der Negativ- Signalspitzenauswerter (80) jeweils ein Signalspitzenspeicher ist.