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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten einer Schraubverbindung.
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Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Verschraubungen werden üblicherweise sogenannte EC-Schrauber, also Elektroschrauber, verwendet, die Schraubkurven aufzeichnen und nach vorgegebenen Parametern beurteilen können. Nach Beendigung der Verschraubung können diese Daten gespeichert werden.
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So zeigt beispielsweise die
DE 33 24 333 A1 ein Verfahren zur Überwachung eines elektronisch gesteuerten Schraubers auf Systemfehler. Anhand vorgegebener Toleranzbereiche wird im Abschaltzeitpunkt entschieden, ob eine Verschraubung ordnungsgemäß erfolgt ist.
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Nachteilig ist, dass wenn sich nachträglich aufgrund neuer technischer Erkenntnisse herausstellen sollte, dass bei der Verschraubung angewandte Qualitätsparameter unpassend oder unvollständig gewesen sind, es nicht möglich ist, nachträglich noch Verschraubungen mit neu gewonnen Qualitätsparametern zu beurteilen und gezielt nachzubessern. In einem derartigen Fall müssten im ungünstigsten Fall sämtliche von den Verschraubungen betroffenen Bauteile zurückgerufen und nachgebessert werden. Darüber hinaus erfolgt üblicherweise ein Vergleich von Verschraubungsdaten mit Qualitätsparametern manuell durch einen Mitarbeiter. Dies ist zum einen sehr zeitaufwendig und zum anderen können bei der manuellen Beurteilung auch Fehler auftreten.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten einer Schraubverbindung bereitzustellen, mittels welchen eine qualitative Nachbewertung einer Schraubverbindung anhand von vorgegebenen Qualitätsparametern ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Vorrichtung zum Bewerten einer Schraubverbindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bewerten einer Schraubverbindung wird ein Werteverlauf von zumindest einem Prozessparameter eines Einschraubvorgangs einer Schraube erfasst. Des Weiteren wird ein Toleranzbereich für den Werteverlauf vorgegeben. Erfindungsgemäß erfolgt dabei ein nachträgliches Bewerten der Schraubverbindung mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung, indem ermittelt wird, ob der erfasste Werteverlauf innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also möglich, rückwirkend einen Einschraubvorgang einer Schraube und somit eine Schraubverbindung zu betrachten und zu beurteilen. Vorzugsweise wird der Toleranzbereich dabei nachträglich anhand vorgegebener Parameter verändert und die Schraubverbindung wird erneut bewertet, indem ermittelt wird, ob der erfasste Werteverlauf innerhalb des veränderten Toleranzbereichs liegt. Bei dieser rückwirkenden Betrachtung der Schraubkurve können neue und zusätzliche Kriterien eingegeben werden.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also möglich, bereits hergestellte und ausgelieferte Verschraubungen, zum Beispiel Verschraubungen an Kraftwagen, erneut zu bewerten. Die Anzahl beziehungsweise der Umfang der Schraubverbindungen, welche als fehlerhaft eingeschätzt werden, können eindeutig identifiziert und lokalisiert werden. Unnötige Rückrufaktionen von nachweislich nicht fehlerhaften Schraubverbindungen können vermieden werden, da es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist, genau diejenigen Schraubverbindungen zu identifizieren, die gegebenenfalls fehlerhaft sind.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als der Werteverlauf ein zum Einschrauben der Schraube aufgebrachtes Einschraubmoment erfasst und jeweiligen Eindrehwinkeln der Schraube zugeordnet wird. Anhand des aufgebrachten Einschraubmoments über den Eindrehwinkel der Schraube kann besonders zuverlässig erfasst werden, ob die betreffende Schraubverbindung korrekt hergestellt worden ist.
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Vorzugsweise wird das Einschraubmoment dabei als Kurve über dem Eindrehwinkel ermittelt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Toleranzbereich vorgegeben wird, indem für zumindest eine Anzugsphase der Schraube ein Überwachungsbereich für den Prozessparameter, also beispielsweise für das Einschraubmoment, vorgegeben wird. Vorzugsweise werden für mehrere der Anzugsbereiche jeweilige Überwachungsbereiche vorgegeben. Diese können beispielsweise anhand von Versuchen ermittelt werden, anhand welchen ermittelt werden kann, wie die Toleranzbereiche ausgestaltet werden müssen, so dass noch eine intakte und zuverlässige Schraubverbindung vorliegt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zumindest für eine der Anzugsphasen Furchen, Einschrauben und Endanzug der Schraube ein Überwachungsbereich vorgegeben wird. Vorzugsweise werden für mehrere der Anzugsbereiche jeweilige Überwachungsbereiche vorgegeben. Die Überwachungsbereiche können dabei beispielsweise als obere oder auch als untere Überwachungsfenster vorgegeben werden. Durch einen Abgleich des aufgezeichneten Einschraubmoments kann auf einfache Weise ermittelt werden, ob das ermittelte Einschraubmoment in der jeweiligen Anzugsphase innerhalb oder außerhalb der Überwachungsbereiche liegt, um anhand dessen zu ermitteln, ob die Schraubverbindung in Ordnung ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bewerten einer Schraubverbindung umfasst eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Werteverlaufs von zumindest einem Prozessparameter eines Einschraubvorgangs einer Schraube und eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Vorgeben eines Toleranzbereichs für den Werteverlauf, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet ist zu ermitteln, ob der erfasste Werteverlauf innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzusehen, wobei die Vorrichtung insbesondere Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte aufweist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur ein Diagramm, in welchem ein zum Einschrauben einer Schraube aufgebrachtes Einschraubmoment über einem Eindrehwinkel der Schraube aufgetragen ist, wobei für unterschiedliche Anzugsphasen der Schraube jeweilige Überwachungsfenster gekennzeichnet sind.
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Ein Diagramm 10 ist in der einzigen Figur gezeigt, wobei ein Werteverlauf 12 für ein zum Einschrauben einer Schraube aufgebrachtes Einschraubmoment M jeweiligen Werten für einen Eindrehwinkel W der Schraube zugeordnet ist. Mit anderen Worten ist also auf der Ordinatenachse das Einschraubmoment M und auf der Abszissenachse der Eindrehwinkel W aufgetragen. Für jeweilige Wertebereiche des Eindrehwinkels W sind unterschiedliche Anzugsphasen A, B, C, D gekennzeichnet. Die Anzugsphase A betrifft dabei das sogenannte Finden, bei welchem die Schraube vor dem eigentlichen Einschraubvorgang positionsgenau angeordnet wird. Die Anzugsphase B betrifft das sogenannte Furchen, bei welchem mittels einer selbstfurchenden Schraube ein Gewinde in miteinander zu verbindende Bauteile hineingeschnitten wird. Die Anzugsphase C beschreibt den eigentlichen Einschraubvorgang, wobei die Anzugsphase D den sogenannten Endanzug betrifft.
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Des Weiteren sind in dem Diagramm 10 ein unteres Überwachungsfenster 14 für die Anzugsphase B, also das Furchen, und ein oberes Überwachungsfenster 16 für die Anzugsphase C, also für das Einschrauben, eingezeichnet.
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Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Verschraubungen ist es üblich, jeweilige Schraubkurven aufzuzeichnen und nach vorgegebenen Parametern zu beurteilen. Nach Beendigung der Verschraubungen können derartige Daten gespeichert werden. Bislang werden derartige Werteverläufe 12 jedoch üblicherweise nur von Mitarbeitern händisch, also manuell, ausgewertet. Dies ist relativ zeitintensiv und auch fehleranfällig.
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Nachfolgend wird ein verbessertes Verfahren, insbesondere zur nachträglichen Beurteilung einer hergestellten Schraubverbindung, näher erläutert. Beim Herstellen der Schraubverbindung wird der besagte Werteverlauf 12 für das beim Einschrauben der Schraube aufgebrachte Einschraubmoment M erfasst. Darüber hinaus werden jeweilige Toleranzbereiche für den Werteverlauf 12 vorgegeben. Nach dem Herstellen der Schraubverbindung erfolgt ein nachträgliches Bewerten der Schraubverbindung mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung, indem ermittelt wird, ob der erfasste Werteverlauf 12 innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. Der Toleranzbereich kann dabei nachträglich anhand vorgegebener Parameter verändert werden, wobei die Schraubverbindung erneut bewertet wird, indem ermittelt wird, ob der erfasste Werteverlauf 12 innerhalb des veränderten Toleranzbereichs liegt.
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In einem modernen Kraftwagen werden üblicherweise circa 350 als sicherheitsrelevant eingestufte Schraubverbindungen, circa 400 als liegenbleiberelevant eingestufte Schraubverbindungen und circa 2.000 als qualitätsrelevant eingestufte Schraubverbindungen hergestellt. Für jede dieser Schraubverbindungen ist es möglich, die Werteverläufe 12 während der Herstellung der jeweiligen Schraubverbindungen zu erfassen. Für jede der erfassten Werteverläufe 12 werden dabei die besagten Überwachungsfenster 14, 16, welche auch als Überwachungsbereiche zu verstehen sind, vorgegeben.
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Mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung ist es somit auf einfache und automatisierte Weise möglich, sämtliche aufgezeichnete Werteverläufe 12 nachträglich dahingehend zu überwachen beziehungsweise zu überprüfen, ob die Werteverläufe 12 nicht innerhalb der Überwachungsfenster 14, 16 liegen und somit die jeweiligen Schraubverbindungen in Ordnung sind. Insbesondere ist es möglich, falls neue oder zusätzliche Qualitätsparameter gewonnen werden, die Überwachungsfenster 14, 16 für die jeweiligen Werteverläufe 12 anzupassen. Somit ist es beispielsweise möglich, sämtliche bei unterschiedlichen Kraftwagen hergestellte Schraubverbindungen rückblickend auch bei veränderten Qualitätsparametern einer Untersuchung zu unterziehen. Sämtliche hergestellten Schraubverbindungen in ausgewählten Kraftwagen können somit automatisiert nochmals überprüft werden, sodass ausschließlich diejenigen Kraftwagen identifiziert werden können, bei welchen die Gefahr besteht, dass die Schraubverbindungen gegebenenfalls nicht ganz in Ordnung sein sollten. Die Anzahl der u. U. zurückzurufenden Kraftwagen kann dadurch erheblich reduziert werden.
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Die Größe der Überwachungsfenster 14, 16 kann dabei beispielsweise anhand von Laborversuchen ermittelt werden. Für die Anzugsphase B, also das Furchen, wird vorzugsweise das untere Überwachungsfenster 14 vorgegeben. Denn sollte beispielsweise ein Bohrungsdurchmesser zu groß sein, sodass ein Formen beziehungsweise Schneiden des Gewindes nicht stattfindet, so würde das Einschraubmoment M relativ gering ausfallen und innerhalb des unteren Überwachungsfensters 14 liegen. Durch einen Vergleich des Werteverlaufs 12 mit dem unteren Überwachungsfenster 14 könnte also auf einfache Weise erkannt werden, dass der Furchvorgang bei der betreffenden Schraubverbindung nicht ordnungsgemäß erfolgt ist. Dies hätte beispielsweise zur Folge, dass die fehlerhaft hergestellte Schraubverbindung aufgrund des zu großen Bohrungsdurchmessers und des nicht ordnungsgemäß eingeschnittenen Gewindes die im Betrieb auftretenden Kräfte gegebenenfalls nicht aushalten beziehungsweise standhalten würde. Mittels des unteren Überwachungsfensters 14 kann also auf zuverlässige Weise eine derartig fehlerhafte Schraubverbindung entdeckt werden.
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In der Anzugsphase C, also dem eigentlichen Einschrauben der Schraube, wird vorzugsweise das obere Überwachungsfenster 16 festgelegt. Beispielsweise könnte es sein, dass ein Sackloch, in welches die betreffende Schraube eingeschraubt wird, eine zu geringe Tiefe aufweist, sodass die Schraube bis zu dem Grund des Sacklochs gelangt und dort anliegt. In einem derartigen Fall würde das Einschraubmoment M einen zu hohen Wert aufweisen und in das obere Überwachungsfenster 16 gelangen. Genauso könnte es auch beispielsweise sein, dass die betreffende Schraube zu lang ist und innenseitig innerhalb der Bohrung, also beispielsweise innerhalb des Sacklochs, anliegt. In diesem Fall könnte es ebenfalls passieren, dass das Einschraubmoment M zu groß ist, sodass dieses in das obere Überwachungsfenster hineinragt. Mittels des oberen Überwachungsfensters 16 kann also insbesondere ein korrekter Einschraubvorgang der betreffenden Schraube überwacht werden.
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Darüber hinaus ist es genauso gut möglich, dass weitere, hier nicht dargestellte Überwachungsfenster vorgegeben werden, wobei überwacht werden kann, ob der Werteverlauf 12 sich innerhalb oder außerhalb dieser Überwachungsfenster befindet, um auf diese Weise fehlerhafte Schraubverbindungen zu identifizieren.
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Mittels des erläuterten Verfahrens ist es also möglich, eine Vielzahl von Schraubverbindungen, beispielsweise bei Kraftwagen, auch noch nachträglich zu bewerten. Insbesondere können die besagten Überwachungsfenster 14, 16 und auch noch weitere Überwachungsfenster nachträglich angepasst werden, beispielsweise weil neu gewonnene Qualitätsparameter für jeweilige Schraubverbindungen vorliegen. Dadurch können nachträglich auch noch Schraubverbindungen anhand der neu gewonnenen Qualitätsparameter erneut überprüft werden. Vor allem dadurch, dass die Bewertung jeweiliger Schraubverbindungen automatisiert mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung erfolgen kann, kann eine Vielzahl von Schraubverbindungen noch nachträglich auf einfache und zuverlässige Weise überprüft werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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