DE3318910A1 - Verfahren und einrichtung zum programmieren eines elektronischen schraubenschluessels - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zum Programmieren
• eines elektronischen Schraubenschlüssels Die Erfindung bezieht sich auf. ein Verfahren und eine Einrichtung zum Programmieren eines elektronischen Schraubenschlüssels hinsichtlich des maximalen Anziehdrehmoments einer Schraube beim Herstellen einer Schraubverbindung.
• Im Vergleich mit mechanischen Drehmoment schlüsseln liefern elektronische Drehmomentschlüssel genauere Resultate und bieten darüber hinaus die Möglichkeit einer einfachen Doowmer.tation der entsprechenden Ergebnisse. Eine solche Dokumentation ist vor allem auch bei Instandsetzungsarbeiten vorteilhaft. Indessen müssen die Bereichs-und Grenzwertdaten, die in großer Vielfalt anfallen, manuell in die Elektronik des Schraubenschlüssels eingegeben werden. Dies birgt die Gefahr in sich, daß Eingabefehler vorkommen, so daß die Schraubverbindung unbefriedigend wird und die Dokumentation mit Fehlern behaftet ist.
• So sind zum Beispiel bei einem elektronischen Schraubenschlüssel die Werte für das Drehmoment und den Drehwinkel nach plus und minus für die verschiedensten Schraubengrößen als Programm in die Elektronik des Schlüssels einzugeben.
• Im Falle dreistelliger Größen für diese Werte müssen am Tastenfeld 4 x 3 Tasten gedrückt werden, wobei noch nicht berücksichtigt ist, daß die infrage kommenden Werte zuvor erst einmal in einem Tabellenbuch aufgesucht und heraus gelesen werden müssen.
• Ausæehend von der Tatsache, daß bei Reparaturarbeiten die die reparaturanfälligen Bauteile zusammenhaltenden sowie in der Regel auch noch weitere, andere Werkstücke ziteinandet verbindende Schrauben erst einmal herausgeschraubt werden müssen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Grenzdaten der jeweils herausgedehten Schraube rasch und sicher als Programm in einen elektronischen Drehmomentschlüssel einzugeben, so daß dieser für das Festziehen der betreffenden Schraube programmiert ist.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schraube in eine Abtasteinrichtung eingelegt wird, in welcher ihre charakteristischen Werte nach dem Ansprechen eines Auslösekontakts durch entsprechende Meßvorgänge ermittelt und danach in einen Rechner eingegeben werden, der aus diesen vierten im Vergleich mit voreingebbaren genormten Werten die maximale Größe für das Anziehdrehmoment der Schraube errechnet, und daß dieser Wert als Sollwert in die Elektronik des Schraubenschlüssels einprogrammierbar ist.
• Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen beinhalten zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Ermittlung der Steigung des Gewindes der betreffenden Schraube, Fig. 2 eine beispielsweise Anordnung zur Messung des Durchmessers der Schraube, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Ermittlung der Festigkeitsklasse der Schraube, Fig. 4 eine aus den einzelnen Anordnungen gemäß den Figuren 1 bis 3 gebildete Abtasteinrichtung zur selbsttätigen Ermittlung der charakteristischen Werte einer Schraube.
• Die' Anordnung zur Ermittlung der Steigung der abzutastenden Schraube nach Fig.1 besteht aus einem Synchronmotor 1, der über ein Getriebe 2 eine in einem Kugellager 3 gelagerte Gewindespindel 4 antreibt. Auf der Gewindespindel 4 sitzt ein berührungslos arbeitender, der Schraube 5 zugeordneter Abtastkopf 6 zum Beispiel in Form einer Reflexlichtschranke oder dergleichen Bauelement. Der Synchronmotor wird beispielsweise mit einer 50 Hz-Spannung gespeist, und die Übersetzung des Getriebes 2 sei ü= 10:1. Die Gewindespindel 4 weist ein Gewinde mit einer Steigung -s=Q,5 mm auf.
• Damit ergibt sich für die Gesamtübersetzung üg = s [mm] ,= 0,5 [mm] ü 10 = 0,05 [mm] ; ( nmot = Motorumdrehung).
• nmot Die zeit für eie Umdrehung g des Synchroemotors beträgt bei 50 Hz t = 0,02 sec. Für die Steigung Sg des Gewindes der Schraube gilt: Sg = s [mm] . T [sec] ( 1 ) .
• ü . g . 0,02 [sec] Dabei ist T die Abtastzeit und g die Anzahl der abgetasteten Gewindegänge.
• Angenommen, es werden 5 Gewindegänge abgetastet und die Abtastzeit betrage 4 Sekunden, dann sind je Gewindegang 4/5 = 0,8 sec Abtastzeit benötigt worden. Aus ( 1 ) folgt dann: Sg = 0,05[mm].0,8[sec] = 2 mm.
• 0,02 [sec] Durch die Ermittlung der Weglänge w über die Abtastzeit kann auf einen besonderen Wegaufnehmer verzichtet werden.
• Bei der beispielsweisen Anordnung zum Erfassen des Durchmessers des Gewindeschafts der Schraub.e nach: Fig. 2 ist dem Schaft 7.der Schraube 5 ein Meßwertgeber 8 zugeordnet, der mechanisch mit zwei Meßbacken 9,10 verbunden ist, welche den Schaft 7 der Schraube 5 zwischen sich aufnehmen (Prinzip einer Schiebelehre). Die beiden Meßbacken stehen unter der Wirkung einer Rückstellkraft, welche durch eine Feder 11 a4fgebracht wird. Die Ausgangslage der beiden Meßbacken wird dabei jeweils mittels eines Elektromagneten 12,13 aufrechterhalten. Beim Öffnen des Deckels der Abtasteinrichtung werden die Meßbacken selbsttätig å jeweils bis zu einem'Meßanschlag 14,15 auseinandergedrückt (Maximalwert), wodurch hinreichend Platz auch für Schrauben mit großem Durchmesser verbleibt.
• Diese öffnungslage der Meßbacken gilt als Kalibrierwert für die Abtastung ds Schraubendurchmessers. Wird der Deckel der Abtasteinrichtung geschlossen, ohne daß eine Schraube in die Abtasteinrichtung eingelegt ist, dann sind die Meßbacken 9,10 geschlossen und der Meßwertgebe.r bringt den Wert Null. Die beiden Werte (Maximalwert und Null) können gegebenenfalls elektronisch überwacht und. nachreguliert werden.
• Wird eine Schraube in die Abtasteinrichtung eingelegt, so werden die beiden Meßbacken beim Schließen des Deckels der Abtasteinrichtung an den Schaftteil bzw. an den Gewindeteil der-Schraube angepreßt. Der angegebene Wert entspricht dann dem Schraubendurchmesser.
• Das in Fig.3 dargestellte Ausführungsbeispiel zum Erfassen der Festigkeitsklasse einer Schraube enthält eine Wechselstrombrücke, deren einen Spulenzweig bildende Meßspule 16 der in der Abtasteinrichtung befindlichen Schraube 5 zugeordnet ist. Im zweiten Zweig der Wechselstrombrücke ist eine identische Meßspule 16' vorgesehen, auf welche ein Vergleichswerkstoff bzw. eine Vergleichsschraube 17 einwirkt, deren Material und Festigkeit bekannt sind. Werden die beiden Meßspulen 16 und 16' den ihnen zugeordneten Schrauben 5 und 17 bzw. im letzteren Fall einem Vergleichswerkstoff in gleicher Weise (identisch) angenähert, so ist im Falle gleicher Materialbeschaffenheit und gleicher Festigkeit der Schrauben 5 und 17 die Rückwirkung auf die beiden Meßspule 16 und 16' ebenfalls gleich bzw. identisch, und die Meßbrücke ist abgeglichen, sofern die anderen beiden Brückenzweige R1 und R2 ebenfalls gleich groß sind. Das Meßgerät 18 zeigt in diesem Fall den Wert Null.
• Würde sich die zu erfassende Schraube 5 von der Vergleichsschraube 17 bzw. vom Vergleichsmaterial hinsichtlich ihrer Materialbeschaffenheit und/oder Festigkeit untersche,,iden, sobefände. sich die Meßbrücke im nicht abgeglichenen Zustand und würde einen entsprechenden Wert anzeigen. In einem solchen Fall müßte die Vergleichsschraube 17 bzw. das Vergleichsmaterial überprüft werden.
• Ein aus den einzelnen, im Prinzip dargestellten Anordnungen gemäß den Figuren 1 bis 3 aufgebaute und in einem Gehäuse 19 untergebrachte Abtasteinrichtung zeigt Fig. 4.
• Der nicht gezeichnete Gehäusedeckel hat dabei die im vorstehenden angegebene Eontrollfunktion bei der Messung des Durchmessers der Schraube und schützt die Abtasteinrichtung gegen Staub und Feuchtigkeit.
• Der Vergleichswerkstoff 17 ist hierbei durch zylindrische Elemente verkörpert, die gleichmäßig versetzt und jeweils auf gleichem Radius auf einer Scheibe 20 angebracht sind, die von einem Getriebemotor 21 in' Drehung versetzbar ist. Auf der Antriebswelle 22 ist ein Lagemelder 23 angeordnet. Im Meßzweig der Wechselstrombrücke ist ein dem ausgangsseitig an Erde liegenden Meßgerät 18 vorgeschalteter Verstärker 24 vorgesehen.
• Durch Betätigung einer Auslösevorrichtung, , z.B. eines Kontakts beim Schließen des Deckels, tritt die Abtasteinrichtung in Funktion und die entsprechenden Daten der betreffenden -Schraube werden auf.die erläuterte Weise erfaßt. Mit diesen Größen ermittelt ein Rechner 25 der Abtasteinrichtung die Grenzdaten für die eingelegte Schraube und gibt diese an den angeschlossenen Schraubenschlüssel 26 weiter. Damit ist dieser für das Festziehen der Schraube programmiert.
• Als besonders vorteihaft hat es sich erwiesen, die Anziehdrehmomente während des Schraubvorgangs in der Elektronik des zum Anziehen der Schraube verwendeten Drehmomentschlüssels zu speichern, desgleichen das Datum und die Uhrzeit.
• Die gespeicherten Werte können dann einer'Dokumentationszentrale übermittelt und im Bedarfsfall, z.B. bei der nächsten Schlüsselprogrammierung, abgerufen werden.
• Bei geeigneter Ausführung des Drehmoment schlüssels können auch mehrere Schraubentypen einprogrammiert werden und diese Programme in beliebiger Reihenfolge und beliebig oft für das Anziehen der zugehörigen Schraube abgerufen werden.
• Es ist ohe weiteres auch möglich, die Abtasteinrichtung mit einer Anordnung zum Lesen von an der Schraube angebrachten Codierungen auszurüsten.
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Claims (12)

1. Patentansprüche 0 Verfahren zum Programmieren eines elektronischen Schrauben schlüssels hinsichtlich des maximalen Anziehdrehmoments der Schraube beim Herstellen einer Schraubverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube in eine Abtasteinrichtung eingelegt wird , in welcher ihre charakteristischen werte nach dem Ansprechen eines Auslösekontakts durch entsprechende Wießvorgänge selbsttätig ermittelt und danach in einen Rechner eingegeben werden1 der aus diesen sVerten i.m Vergleich mit voreingebbaren genormten derten die maxiale Größe für das Anziehdrehmoment der Schraube errechnet, und dal3 dieser Wert als Sollwert in die Elektronik des Schraubenschlüssels einprogrammierbar ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Rechner eingegebenen Meßwerte und/oder die von diesem errechneten Grenzwerte mittels eines an den Rechner anschließbaren Druckers registrierbar sind.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch nrekennzeichnet, daß die Steigung des Gewindes der Schraube durch Abtastung einer bestimmten Anzahl von Gewindegängen in Relation zum dazugehörigen linearen Weg (Schraubenabschnitb) festgestellt wird, der Durchmesser des Gewindeschafts der Schraube mittels eines elektronischen Meßwertgebers gemessen wird und die Festigkeit der Schraube durch Ausnutzung der Rückwirkung von Wechselströmen auf eine Meßspule erfaßt wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der in der Åbtasteinricatung ermittelten Größen Gewindesteigung, Durchmesser des ewindeschafts und Festigkeitsklasse der Schraube in den Rechner eingegeben wird und daß weitere Kennzeichungsgrö3en und/oder Markierungen der Schraube in der Abtasteinrichtung erfaßbar und dem Rechner zuführbar sind.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Verschrauben von Bauteilen unterschiedlicher Materialbeschaffenheit in Relation zum vollen Anziehdrehmoment benötigte geringere Drehmoment materialbezogen vorwählbar und/oder in die Elektronik des Drehmomentschlüssels einprogrammierbar ist.
6. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung einer bestimmten Anzahl von Gewindegängen und der dazugehörige Schraubenabschnitt mittels eines berührungslos arbeitenden Antastkopfes ( 6) erfolgt, der auf einer durch einen Synchronmotor (1) gegebenenfalls über ein Getriebe (2) angetriebenen Spindel (4) mit definierter Gewindesteigung axial verstellbar angeordnet ist.
7. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Durchmessers des Schraubenschafts ein zwischen zwei einander gegenüberliegenden, den Schraubenschaft zwischen sich aufnehmenden Meßbacken ( 9,10) angeordneter und deren Bewegung erfassender iVIeSwertgeber ( 8) vorgesehen ist und die beiden unter der irkung einer ßückstellkraft stehenden Mebacen aus einer gegen die Rückstellkraft aufrechterhaltenen Ausgangslage mit maximalem Backenabstand zum Meßvorgang selbsttätig freigegeben und der wirkung der sie an den Schraubenschaft anlegenden ßückstellkraft überlassen werden.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslage der beiden Meßbacken (9,10) jeweils mittels eines Elektromagnets (12,13)aufrechterhalten wird und die Rückstellkraft durch eine Feder (11) verkörpert ist.
9. 9. Einrichtung zur Durchf!uhrung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Abtasteinnchtung befindlichen Schraube zum Erfassen ihrer Festigkeitsklasse eine einen Zweig einer Wechselstrombrücke bildende Meßspule (16 ) zugeordnet ist und im zweiten Zweig dieser Brücke eine identische Vergleichsspule (16') vorgesehen ist, auf welche ein Vergleichswerkstoff (Vergleichsschraube) aus bekanntem Material und bekannter Festigkeit einwirkt, derart, daß die Meßbrücke bei jeweils gleicher Annäherung der beiden Spulen (16,16') an die ihnen jeweils zugeordnete Schraube bzw. im einen Fall an den Vergleichskërkstoff bei jeweils gleicher Materialbeschaffenheit und Festigkeit abgeglichen ist.
10. 10. Verfahren und Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anziehdrehmomente während des Schraubvorgangs in der Elektronik des Drehmomentschlüssels speicherbar sind, desgleichen das Datum und die Uhrzeit, und daß die gespeicherten vierte einer Dokumentationsstelle übermittelbar sind.
11. 11. Verfahren und Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Elektronik des Drehmoment schlüssels mehrere Schraubentypen einprogrammierbar sind und diese Programme in beliebiger Reihenfolge und beliebig oft für das Anziehen der entsprechenden Schraube aktivierbar sind.
12. 12. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung mit einer Anordnung zum Lesen von an den Schrauben angebrachten Codierungen ausgerüstet ist.