DE102007059929A1

DE102007059929A1 - Schraubwerkzeug und Verfahren zur Steuerung des Anzugswinkels von Verschraubungen

Info

Publication number: DE102007059929A1
Application number: DE102007059929A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Lippek
Original assignee: C&E Fein GmbH and Co
Current assignee: C&E Fein GmbH and Co
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-10
Also published as: US20090139738A1; EP2067576A2; EP2067576A3; CN101450476A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung des Anzugswinkels von Verschraubungen (12) beim Anziehen mittels eines handgehaltenen Schraubwerkzeuges (10) angegeben, bei dem das Drehmoment überwacht wird, bis ein vorgegebener Schwellwert erreicht wird, der Drehwinkel beta ab Erreichen des Schwellwertes gemessen wird, die Relativdrehung des Schraubwerkzeuges zur Verschraubung (12) ab Erreichen des Schwellwertes beta gemessen wird und das Schraubwerkzeug bei Erreichen eines vorgegebenen Drehwinkels abgeschaltet wird, wobei der Relativdrehwinkel des Schraubwerkzeuges (10) zur Verschraubung als Korrekturgröße berücksichtigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Anzugswinkels von Verschraubungen beim Anziehen mittels eines handgehaltenen Schraubwerkzeuges.
Die Erfindung betrifft ferner ein Schraubwerkzeug mit einer Abschalteinrichtung, die ein möglichst genaues Abschalten des Schraubwerkzeuges bei Erreichen eines vorgegebenen Anzugswinkels ermöglicht.
Bei industriellen Verschraubungen werden zwei oder mehr Bauteile durch Schrauben miteinander verbunden. Bei solchen Verbindungen kommt es darauf an, eine bestimmte Vorspannkraft in den Bauteilen zu erzeugen, um eine sichere Verbindung herzustellen, die sich unter Belastung weder löst, noch zu belastet wird oder bricht.
Eine solche definierte Vorspannkraft wird mit einer mehr oder weniger großen Abweichung u. a. durch die Schraubenanzugsverfahren „Drehmomentgesteuert", „Drehwinkelgesteuert" oder „Längungsgesteuert" erreicht.
Ein sehr genaues Verfahren ist das drehwinkelgesteuerte Verfahren. Es wird bei präzisen Verschraubungen mit stationären Schraubspindeln eingesetzt. Hier kann der Drehwinkel der Abtriebswelle ab einem bestimmten Schwelldrehmoment über ein Winkelmessgerät im Schraubwerkzeug ermittelt werden. Dadurch, dass die Schraubspindel fest montiert ist und das Reaktionsdrehmoment, das beim Festziehen der Schraube entsteht, aufnimmt, entspricht der gemessene Winkel dem Anzugswinkel der Schraube.
Bei handgehaltenen Schraubwerkzeugen muss der Werker das beim Festziehen der Schraube auftretende Reaktionsdrehmoment halten. Naturgemäß wird er das Schraubwerkzeug insbesondere bei größeren Drehmomenten nicht exakt auf der Ausgangsposition halten können. Hierdurch ergeben sich in der Praxis in der Regel mehr oder minder große Abweichungen beim so eingestellten Anzugswinkel der Verschraubungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung des Anzugswinkels von Verschraubungen anzugeben, mit dem auch bei handgehaltenen Schraubwerkzeugen ein vorgegebener Anzugswinkel präziser eingehalten werden kann. Ferner soll ein geeignetes Schraubwerkzeug angegeben werden, mit dem ein solches Verfahren ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Steuerung des Anzugswinkels von Verschraubungen beim Anziehen mittels eines handgehaltenen Schraubwerkzeuges mit den folgenden Schritten gelöst:

– Überwachen des Drehmoments, bis ein vorgegebener Schwellwert erreicht wird;
– Messung des Drehwinkels ab Erreichen des Schwellwertes;
– Messung der Relativdrehung des Schraubwerkzeuges zur Verschraubung ab Erreichen des Schwellwertes;
– Abschalten des Elektrowerkzeuges bei Erreichen eines vorgegebenen Drehwinkels, wobei der Relativdrehwinkel des Schraubwerkzeuges zur Verschraubung als Korrekturgröße berücksichtigt wird.

Die Erfindung wird ferner durch ein Schraubwerkzeug mit den folgenden Merkmalen gelöst:

– einer von einem Antrieb antreibbaren Abtriebswelle;
– einer Abschalteinrichtung zum Abschalten des Antriebs bei Erreichen eines vorgegebenen Drehwinkels der Abtriebswelle;
– einer Drehmomentmesseinrichtung zur Messung des Drehmomentes während eines Schraubvorgangs, bis ein vorgegebener Schwellwert erreicht wird;
– einer Drehwinkelmesseinrichtung zur Messung des Drehwinkels der Abtriebswelle ab Erreichen des vorgegebenen Schwellwerts;
– einer Drehwinkelmesseinrichtung zur Messung einer Relativdrehung des Schraubwerkzeuges gegenüber der Verschraubung und
– einer Steuereinrichtung, die ein Abschalten des Antriebs bewirkt, sobald ein vorgegebener Drehwinkel der Abtriebswelle ab Erreichen des Schwellwertes unter Berücksichtigung einer Relativdrehung des Schraubwerkzeuges zur Verschraubung erreicht ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Erfindungsgemäß wird nämlich die Relativdrehung des Schraubwerkzeuges aufgrund des Reaktionsmomentes gemessen und als Korrekturgröße bei der Bestimmung des Drehwinkels der Abtriebswelle berücksichtigt. Auf diese Weise werden Ungenauigkeiten, die bislang auf einem Verdrehen des Schraubwerkzeuges gegenüber der Ausgangslage beruhten, vollständig eliminiert. Auf diese Weise lassen sich sehr präzise Anzugswinkel von Verschraubungen auch dann gewährleisten, wenn handgehaltene Schraubwerkzeuge zum Anziehen der Verschraubungen verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Drehwinkel der Abtriebswelle des Schraubwerkzeuges ab Erreichen des Schwellwertes gemessen und der Drehwinkel der Verschraubung bestimmt aus der Differenz zwischen dem Drehwinkel der Abtriebswelle und dem Relativwinkel des Schraubwerkzeuges zur Verschraubung: α = β – γ.
Beim Schraubwerkzeug ist die Steuereinrichtung zweckmäßigerweise zur Abschaltung des Antriebs bei Erreichen eines Drehwinkels der Verschraubung ausgebildet, der sich aus der Differenz zwischen dem Drehwinkel der Abtriebswelle ab Erreichen des Schwellwertes und dem Drehwinkel des Schraubwerkzeuges zur Verschraubung bestimmt wird: α = β – γ.
Bei der Drehwinkelmesseinrichtung zur Messung des Drehwinkels der Abtriebswelle kann es sich beispielsweise um eine Impulsscheibe mit Gabellichtschranke oder einen Drehwinkelgeber handeln.
Bei der Drehmomentmesseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Drehmomentsensor mit Dehnungsmessstreifen handeln.
Ferner kann die Drehwinkelmesseinrichtung zur Messung der Relativdrehung des Schraubwerkzeuges zur Verschraubung beispielsweise einen Beschleunigungssensor oder ein Gyroskop aufweisen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Die einzige 1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Schraubwerkzeuges, mit dem eine Verschraubung mittels eines Bits angezogen wird.
In 1 ist eine anzuziehende Verschraubung 12 durch Anziehen einer Schraube 14 an einem Werkstück 13 mit einem vorgegebenen Drehwinkel herzustellen.
Hierzu wird ein handgehaltenes Schraubwerkzeug 10 benutzt, das eine Abtriebswelle 16 aufweist, von der ein Bit 18 zum Anziehen der Schraube 14 aufgenommen ist.
Die Abtriebswelle 16 wird von einem Antrieb 20 (z. B. Elektromotor) angetrieben, der über eine Abschalteinrichtung 22 mit der Abtriebswelle 16 gekoppelt ist. An der Abtriebswelle 16 greift ferner noch eine Drehmomentmesseinrichtung 30 an, die das vom Schraubwerkzeug 10 übertragene Drehmoment D misst.
Ferner ist an der Abtriebswelle 16 eine Drehwinkelmesseinrichtung 24, etwa in Form einer Impulsscheibe mit Gabellichtschranke vorgesehen, mittels der ab Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes der Drehwinkel β der Abtriebswelle 16 erfasst wird.
Ferner weist die Schraubvorrichtung 10 eine Messeinrichtung 26 zur Messung der Relativdrehung des Schraubwerkzeuges 10 in Bezug auf die Verschraubung 12 bzw. das Werkstück 13 auf.
Bei dieser Messeinrichtung 26 kann es sich beispielsweise um eine Messeinrichtung mit einem Beschleunigungssensor handeln.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schraubwerkzeuges ist wie folgt:
Das Schraubwerkzeug 10 wird zunächst mit einem geeigneten Werkzeug, beispielsweise einem Schraubendreherbit 18 an der Schraube 14 angesetzt. Dann wird der Antrieb 20 eingeschaltet und die Schraube 14 am Werkstück 13 angezogen. Sobald die Drehmomentmesseinrichtung 30 das Erreichen eines voreingestellten Schwellwertes für das Drehmoment D erfasst, beginnt die Drehwinkelmesseinrichtung 24 den Drehwinkel β der Abtriebswelle zu messen. Gleichzeitig überwacht die Messeinrichtung 26 eine etwaige Relativdrehung des Schraubwerkzeuges 10 in Bezug auf das Werkstück 13. Eine Abschaltung des Schraubwerkzeuges 10 erfolgt, sobald ein vorgegebener Anzugsdrehwinkel α der Schraube 14 in Bezug auf das Werkstück 13 erreicht ist. Der Drehwinkel α ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Drehwinkel β der Abtriebswelle 16 und dem Relativdrehwinkel γ des Schraubwerkzeugs 10 in Bezug auf das Werkstück 13.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Anzugswinkels von Verschraubungen (12) beim Anziehen mittels eines handgehaltenen Schraubwerkzeuges (10) mit den folgenden Schritten: – Überwachen des Drehmoments, bis ein vorgegebener Schwellwert erreicht wird; – Messung des Drehwinkels (β) ab Erreichen des Schwellwertes; – Messung der Relativdrehung des Schraubwerkzeuges (10) zur Verschraubung (12) ab Erreichen des Schwellwertes (β); – Abschalten des Schraubwerkzeuges (10) bei Erreichen eines vorgegebenen Drehwinkels, wobei der Relativdrehwinkel (γ) des Schraubwerkzeuges (10) zur Verschraubung (12) als Korrekturgröße berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Drehwinkel (β) der Abtriebswelle (16) des Schraubwerkzeuges (10) ab Erreichen des Schwellwertes gemessen wird und der Drehwinkel (α) der Verschraubung (12) bestimmt wird aus der Differenz zwischen dem Drehwinkel (β) der Abtriebswelle und dem Relativdrehwinkel (γ) des Schraubwerkzeuges (10) zur Verschraubung (12): α = β – γ.
Schraubwerkzeug mit – einer von einem Antrieb (20) antreibbaren Abtriebswelle (16); – einer Abschalteinrichtung (22) zum Abschalten des Antriebs (20) bei Erreichen eines vorgegebenen Drehwinkels (α) der Abtriebswelle (16); – einer Drehmomentmesseinrichtung (30) zur Messung des Drehmomentes (D) während eines Schraubvorgangs, bis ein vorgegebener Schwellwert erreicht wird; – einer Drehwinkelmesseinrichtung (24) zur Messung des Drehwinkels (β) der Abtriebswelle (16) ab Erreichen des vorgegebenen Schwellwerts; – einer Drehwinkelmesseinrichtung (26) zur Messung einer Relativdrehung (γ) des Schraubwerkzeuges (10) gegenüber der Verschraubung (12) und – einer Steuereinrichtung (28), die ein Abschalten des Antriebs (20) bewirkt, sobald ein vorgegebener Drehwinkel der Abtriebswelle (16) ab Erreichen des Schwellwertes unter Berücksichtigung einer Relativdrehung des Schraubwerkzeuges (10) zur Verschraubung (12) erreicht ist.
Schraubwerkzeug nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung (28) zur Abschaltung des Antriebs (20) bei Erreichen eines Drehwinkels (α) der Verschraubung (12) ausgebildet ist, der aus der Differenz zwischen dem Drehwinkel (β) der Abtriebswelle (16) ab Erreichen des Schwellwertes und dem Relativdrehwinkel (γ) des Schraubwerkzeuges (10) zur Verschraubung (12) bestimmt wird: α = β – γ.
Schraubwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Drehwinkelmesseinrichtung (24) zur Messung des Drehwinkels (β) der Abtriebswelle (16) eine Impulsscheibe mit Gabellichtschranke oder einen anderen Drehwinkelgeber ausweist.
Schraubwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Drehmomentmesseinrichtung (30) einen Dehnungsmessstreifen aufweist.
Schraubwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die Drehwinkelmesseinrichtung (26) zur Messung der Relativdrehung des Schraubwerkzeugs (10) zur Verschraubung (12) einen Beschleunigungssensor oder ein Gyroskop aufweist.