DE3139372C2

DE3139372C2 -

Info

Publication number: DE3139372C2
Application number: DE19813139372
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. Dr. 7312 Kirchheim/Teck De Mayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-10-03
Filing date: 1981-10-03
Publication date: 1988-06-01
Also published as: DE3139372A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Drehmoments und des Drehwinkels sowie zum Auswerten der Meßsignale beim Anziehen einer Schraube mittels eines Handschraubenschlüssels, gemäß Ober begriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 29 32 044 bekannt. Bei bekannten derartigen Verfahren werden die Meßsignale weiterverarbeitet, um entweder nur eine Qualitätsaussage zu erhalten oder um den Schraubvorgang im geeigneten Augenblick zu beenden. In manchen Fällen wird insbesondere eine beginnende Verformung der Schraube als Abschaltkriterium für eine optimale Ausnutzung und Belastung der Schraube benutzt.

Die Anwendung solcher Verfahren mit den dazu erforderlichen Vorrichtungen ist aus Kostengründen bisher vor allem auf Großserienproduktionen bei mehr oder weniger automatisierten Anlagen beschränkt geblieben.

Aus der DE-OS 29 30 044 ist ein handbetätigter Schrauben schlüssel bekannt, der die Registrierung und Auswertung von Drehwinkel-Drehmoment-Verläufen ermöglicht. Dazu ist eine relativ aufwendige Elektronik vorgesehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, geeignete Vorrichtungen zur Durchführung eingangs genannter Verfahren zu finden, die einerseits von der Kostenseite her auch für Reparaturbetriebe, Handwerksbetriebe und sonstige kleinere Anwender interessant sind und andererseits auch die Möglichkeit bieten, einen vollständigen Verschraubvorgang reproduzierbar festzuhalten.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung, die eine bei spielsweise Ausführung einer Vorrichtung schematisch veranschaulicht, erläu tert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Handschraubenschlüsses,

Fig. 2 eine Ansicht des Schraubenschlüssels gemäß Fig. 1 von oben,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den kombinierten Ratschen- und Meßkopf des Schraubenschlüssels,

Fig. 4 eine Ansicht längs des Schnittes A-A durch Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht entlang des Schnittes B-B durch Fig. 3,

Fig. 6 eine Ansicht des Schraubenschlüssels gemäß Fig. 1 von oben, jedoch bei ausgelenktem Hebelarm,

Fig. 7 eine Ansicht längs des Schnittes C-C durch Fig. 6,

Fig. 8 den prinzipiellen Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit vom Drehwinkel bei einem Verschraubvorgang,

Fig. 9 die Prinzipdarstellung eines mit das maximale Drehmoment und den maximalen Drehwinkel definierenden Kontaktstreifen versehenen Aufzeichnungsträger in elektrischer Zuordnung zum Schreibstift und Signalgeber einschließlich der Speisespannungsquelle.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, besteht der Handschraubenschlüssel nach der Erfindung aus einem mit einem Handgriff 1 versehenen Hebelarm 2, einem sich daran anschließenden kombinierten Ratschen- und Meßkopf 3, wel cher einer mittels einer Gabel 4 und eines Haftmagneten 5 festgehaltenen Basis 6 aufweist und eine Abtriebswelle 7 enthält, die über ein Einsatzwerk zeug 8 auf die Schraube 9 einwirkt.

Am Hebelarm 2 ist ein Übertragungsglied in Form einer starren Brücke 9 angebracht, an der eine Registriereinheit 10 befestigt ist. Die Registrier einheit enthält, wie aus den Fig. 3, 6 und 7 ersichtlich ist, einen Schreibmechanismus, der im wesentlichen aus einem in einer Führung 11 gehal terten Schreibstift 12 und einem diesem zugeordneten, an einem ausschwenkba ren Träger 13 befestigbaren Aufzeichnungsträger 14 beispielsweise in Form eines Wachs- oder Kohlepapiers besteht. Die Registriereinheit ist des weite ren mit Codierstiften 15 ausgestattet, die den Aufzeichnungsträger 14 bei spielsweise mit Perforationen versehen. Dieser Perforationen können u. a. auch als Codierung für den Meßbereich des jeweils verwendeten Werkzeugs benutzt werden, um eine eindeutige Zuordnung zu gewährleisten.

Die Führung 11 des Schreibstifts 12 ist, wie Fig. 7 zeigt, fest mit dem Hebelarm 2 des Handschraubenschlüssels verbunden und steht, wie aus Fig. 3 hervorgeht, unter dem Einfluß einer Rückholfeder 16. An der Führung 11 des Schreibstifts 12 greift des weiteren ein Zugseil 17 an, das auf eine im Innern des kombinierten Ratschen- und Meßkopfes 3 befindliche Seiltrommel 18 unter Überwindung der Rückholfeder der Feder 16 aufwickelbar ist.

Der Drehwinkel wird über die Drehbewegung des Ratschen- und Meßkopfes 3 relativ zu seiner lagefixierten Basis 6 erfaßt. Zu diesem Zweck enthält der kombinierte Ratschen- und Meßkopf im Innern seines Gehäuses ein mit der Abtriebswelle 7 vereinigtes Zahnrad 19, dem zwei Sperrklinken 20 und 21 zugeordnet sind. Diese Sperrklinken sind beweglich gelagert und in ihrem dem Zahnkranz 22 des Zahnrads 19 abgewandten Endbereich jeweils keilförmig ausgebildet. Oberhalb und unterhalb der keilförmigen Endbereiche der beiden Sperrklinken befinden sich Kugeln 23, 24, die an den Schrägflächen der Sperrklinken anliegen. Die oberen Kugeln 23 können sich dabei axial und radial an den betreffenden Innenwandungen des kombinierten Ratschen- und Meßkopfgehäuses abstützen, die unteren Kugeln 24 jedoch nur radial. Axial liegen diese Kugeln auf der Oberseite der Seiltrommel 18 auf. Auf die Seil trommel wirkt axial eine Druckfeder 25 ein, die sich einerseits in einer Ausnehmung in der Nabe der Seilrolle und andererseits auf der Stirnfläche einer Stellschraube 26 abstützt, welche in die Basis 6 eingeschraubt ist. Die Seiltrommel 18 weist an ihrer der Basis 6 gegenüberliegenden Unterseite eine Verzahnung 27 auf. Desgleichen ist die Basis 6 mit einer korrespondie renden Gegenverzahnung 28 versehen. Am Außenumfang der Seiltrommel 18 befin det sich des weiteren ein Rastenkranz 29, dem eine um einen Bolzen 30 schwenkbare Sperrklinke 31 zugeordnet ist.

Beim Aufbringen einer Drehbelastung werden die beiden nicht fest gelagerten Sperrklinken 20 und 21 mit ihren keilförmigen Enden zwischen die Kugeln 23 und 24 gedrückt, wodurch der Abstand der Kugeln vergrößert wird. Da die oberen Kugeln wegen ihrer Anlage an der Innenseite des Gehäusedeckels des Meßkopfes 3 nicht nach oben ausweichen können, wird die Seiltrommel 18 gegen die Kraft der Feder 25 nach unten gedrückt, bis ihre Verzahnung 27 schließ lich mit der korrespondierenden Verzahnung 28 der Basis 6 in Eingriff kommt. In diesem Fall ist die Seiltrommel in der Basis verankert. Diese Arretierung der Seiltrommel erfolgt somit völlig selbsttätig.

Die Sperrklinken 20 und 21 kommen in dieser Lage der Seiltrommel zur Anlage an einen Anschlag. Infolge dieser Abstützung können die Sperrklinken ein größeres Drehmoment übertragen. Wird nun der Hebelarm 2 des Handschrauben schlüssels weiterbewegt, dann wird das Zugseil 17 auf die Seiltrommel 18 aufgewickelt, und der Schreibstift führt demgemäß eine dem Drehwinkel pro portionale Bewegung aus. Da die Führung 11 des Schreibstiftes 12 mit dem Hebelarm 2 des Handschraubenschlüssels verbunden ist, ergibt sich innerhalb der Registriereinheit eine zweidimensionale Bewegung, die dem Drehmoment und dem Drehwinkel proportional ist und dem gesamten Verlauf der Verschraubung entspricht.

Während des Nachholvorgangs werden die Sperrklinken 20 und 21 entlastet und damit die Drehwinkelmessung unterbrochen. Gleichzeitig tritt die Sperrklinke 31 in Funktion und verhindert ein Zurücklaufen des Schreibstifts 12. Zu Beginn der Drehwinkelmessung kann das sogenannte Anlegemoment Ms eingestellt werden, indem die Feder 25 mittels der Stellschraube 26 in die entsprechende bzw. gewünschte Vorspannungslage gebracht wird. Zu Beginn einer neuen Messung wird die Sperrklinke 31 über den Auslöser 32 abgehoben, so daß die Rückholfeder 16 den Schreibstift 12 in seine Ausgangslage zurückholen kann.

Wie Fig. 7 zu entnehmen ist, enthält die Registriereinheit eine transparente Leiste oder Abdeckung 33 in Form einer Glasscheibe, die mit einem Skalenra ster 34 versehen ist, an dem während der Verschraubung die Augenblickswerte des Drehmoments und des Drehwinkels abgelesen und überwacht werden können. Auf dem von unten her in die Registriereinheit eingelegten Wachs- oder Kohlepapier wird der Verlauf des kompletten Schraubvorgangs festgehalten. Dieser Verlauf ist somit auch reproduzierbar.

Zur Erleichterung der Bedienung können am Skalenraster 34 zusätzlich ver schiebbare Kontaktlineale 35 abgebracht werden, die ein optisches oder akustisches Signal auslösen, wenn die für den jeweiligen Schraubfall empfoh lenen Maximalwerte erreicht werden. Da nicht nur die Endwerte sondern der gesamte Verlauf der Verschraubung dokumentierbar ist, können aus dieser Dokumentation auch noch später vielfältige Schlüsse gezogen oder Fehler ermittelt werden. So können sich beispielsweise im nachhinein Beweisanzei chen für eine fehlende Dichtung oder Beilagscheibe, für einen störenden Stanzgrat oder Lacktropfen sowie für ein vorzeitiges Nachgeben der Verbindung bzw. der Schraube ergeben.

Fig. 9 zeigt einen mit das maximale Drehmoment und den maximalen Drehwinkel definierenden Kontaktstreifen 36 und 37 oder dergleichen Kontaktelemente ausgestatteten Aufzeichnungsträger 14. Der Schreibstift 12 ist hierbei zum Zwecke einer Signalgabe an den einen Pol einer Spannungsquelle 38 ange schlossen. Am anderen Pol dieser Spannungsquelle liegt eine Anzeigelampe 39 und parallel dazu ein Signalhorn 40. Die Lampe 39 und das Signalhorn 40 sind ausgangsseitig über ein Kontaktlineal 35 leitend mit den Kontaktleisten 36 und 37 verbunden. Erreicht der Schreibstift 12 vorzeitig eine der beiden Kontaktleisten, so wird der Stromkreis für die Signalgeber geschlossen, so daß diese ansprechen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Anordnung so zu treffen, daß eine Kontaktgabe über den Schreibstift 12 nur bzw. erst dann erfolgt, wenn der Schreibstift den Kreuzungspunkt der Kontaktleisten er reicht hat und in diesem Punkt eine Kontaktgabe bewirkt.

Anstelle elektrischer Kontaktstreifen können auch mechanische Klickauslöser oder dgl. benutzt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Augenblickswerte des Drehmoments und des Drehwinkels auch elektronisch erfaßt und ausgewertet werden, ferner kann auch die Dokumentation des vollständigen Verschraubungs verlaufs auf elektronischem Wege gegebenenfalls unter Verwendung elektroni scher Drehmomentverstärker durchgeführt werden.

In Fig. 8 ist der gesamte Verlauf einer Verschraubung, wie er auf dem Aufzeichnungsträger 14 dokumentiert wird, im Prinzip veranschaulicht.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen des Drehmoments und des Drehwinkels sowie zum Auswerten der Meßsignale beim Anzeigen einer Schraube mittels eines Handschraubenschlüssels, mit Hebelarm und einem Meßkopf, der über ein Einsatzwerkzeug auf die Schraube einwirkt und bei dem das an der Schraube angreifende Drehmoment als Durchbiegung des Hebelarms des Schraubenschlüssels sowie die Bewegung des kombinierten Ratschen- und Meßkopfes relativ zu einer lagefixierten Basis als Drehwinkel in einer als Bestandteil des Handschraubenschlüssels ausgebildeten Registrierein heit in der Weise erfaßbar sind, daß die Augenblickswerte des Dreh moments und des Drehwinkels während des Schraubvorgangs zur Anzeige gebracht werden und der vollständige Verschraubungsverlauf dokumentier bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Registriereinheit mit einer Aufnahme für das Einlegen eines Aufzeichnungsträgers an einem am Meßkopf des Handschraubenschlüssels angebrachten starren Übertragungsglied be festigt und mit einem Schreibmechanismus ausgerüstet ist, der eine Führung für einen Schreibstift enthält, die einerseits von dem Hebelarm des Handschraubenschlüssels proportional zum aufgebrachten Drehmoment in Umfangsrichtung und andererseits von einem Zugseil, das bei der Bewegung des Hebelarms gegen die Kraft einer Rückholfeder auf eine im Meßkopf untergebrachte, an der lagefixierten Basis arretierbaren Trommel aufge wickelt wird, proportional zum Drehwinkel in radialer Richtung ausgelenkt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur selbst tätigen Arretierung der Trommel bei Überschreiten eines Mindest-Drehmo ments eine aus einem Zahnrad auf der Abtriebswelle und aus zwei diesem zugeordneten, beweglich gelagerten und an ihren dem Zahnkranz abge wandten Enden jeweils keilförmig ausgebildeten Sperrklinken bestehende Ratsche, bei einer Drehbelastung infolge der Keilwirkung der Sperr klinkenenden Kugel auseinanderdrückt, so daß die oberen Kugeln zur Anlage an der Innenseite des Meßkopfgehäuses kommen und die unteren Kugeln die an ihrer Unterseite mit einer Verzahnung versehene Seil trommel entgegen der Kraft einer Rückstellfeder gegen die mit einer korrespondierenden Gegenverzahnung versehene Basis des kombinierten Ratschen- und Meßkopfes drücken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Sperrklinke über eine am Außenumfang der Seiltrommel ange brachte Verzahnung ein Zurücklaufen des Schreibstiftes beim Nachholen des Schlüssels verhindert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der auf die Seiltrommel einwirkenden Feder und damit der Beginn der Registrierung mittels einer Stellschraube veränderbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinheit mit einer transparenten Abdeckung versehen ist, die ein Skalenraster aufweist, welches das Ablesen und/oder Überwachen der augenblicklichen Drehmoment- und Drehwinkelwerte ermöglicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Skalen raster zusätzlich mit verschiebbaren Kontaktlinealen oder dgl. für eine optische und/oder akustische Signalgabe bei Erreichen der vorgegebenen Maximalwerte des Drehmoments und des Drehwinkels versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeich nungsträger ein Wachs- oder Kohlepapier ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinheit mit Mitteln zur Codierung des Aufzeichnungsträgers versehen ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger mit das maximale Drehmoment und/oder den maximalen Drehwinkel definierenden Kontaktstreifen für einen akustischen und/oder optischen Signalgeber versehen ist.