DE69011790T2

DE69011790T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Anziehen von mit Gewinde versehenen Verbindungen.

Info

Publication number: DE69011790T2
Application number: DE1990611790
Authority: DE
Inventors: Gunnar Christer Hansson
Original assignee: Atlas Copco Tools AB
Current assignee: Atlas Copco Industrial Technique AB
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1990-09-24
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2010-09-25
Also published as: SE8903135D0; EP0419436A2; JPH03184774A; EP0419436B1; SE464622B; EP0419436A3; SE8903135L; DE69011790D1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen auf ein vorbestimmtes Vorspannungsniveau, vgl. z. B. EP-A-0 090 188.
Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren und einer handgestützten Vorrichtung zum Anziehen von Schraubverbindungen in einer bezüglich der Ergonomie verbesserten Weise.
Ein Problem bei von Hand gehaltenen Schlagschraubern besteht in der Schwierigkeit für den Bediener, seine Muskelkraft an die sich schnell ändernden Reaktionskräfte anzupassen, die sich in dem Werkzeuggehäuse und den -griffen entwickeln. Insbesondere besteht für den Bediener das Problem, den ermündenden Stößen ausgesetzt zu sein, die am Ende des Anziehvorgangs auftreten, wenn das angelegte Drehmoment und entsprechend das Reaktions-Drehmoment schlagartig unterbrochen wird. Die Fähigkeit des Bedieners zu reagieren ist durchaus nicht so schnell wie der Abfall des Drehmoments in den Werkzeuggriffen, was bedeutet, daß der Bediener selbst unbeabsichtigt einen Stoß auf das Werkzeug bewirkt.
Zunächst sieht die Erfindung ein Verfahren zum Anziehen von Schraubverbindungen mittels eines drehmomentabgebenden Werkzeugs vor, welches eine Energieversorgung besitzt, mit einer Drehmomentbeaufschlagung einer anzuziehenden Verbindung, bis in der Verbindung ein vorbestimmtes Vorspannungsniveau erreicht wird, wonach die Drehmomentabgabe beendet wird, wobei nach Erreichen des vorbestimmten Vorspannungsniveaus in der Verbindung die Drehmomentbeaufschlagung der Verbindung durch das Werkzeugt durch allmähliches Verringern der Energiezufuhr zum Werkzeug allmählich beendet wird.
Die Erfindung sieht weiterhin eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zum Anziehen von Schraubverbindungen, mit einem drehmomentabgebenden Motorwerkzeug, einer Energieversorgungseinrichtung, die das Werkzeug mit einer Energiequelle verbindet, und einer mit der Energieversorgungseinrichtung gekoppelten Steuereinheit vor, wobei durch die Steuereinheit das Abschalten der Energieversorgung zum Werkzeug bei Erreichen des vorbestimmten Vorspannungsniveaus und eine fortgeführte, allmählich verringerte Energiezufuhr zum Werkzeug nach Verlassen des vorbestimmten Vorspannungsniveaus auslösbar ist.
Nachstehend wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Dreiachsendiagramm, welches das Verhältnis zwischen angelegtem Drehmoment, Position der Werkzeuggriffe und Zeit in drei verschiedenen Anziehfällen gemäß dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 2 ein Diagramm ähnlich dem in Fig. 1, welches jedoch die Anzugscharakteristiken zeigt, wenn das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung angewendet werden;
Fig. 3 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In dem Diagramm in Fig. 1 ist das Verhältnis zwischen dem Drehmoment M, das an die Schraubverbindung angelegt wird, der Steliung D des Werkzeuggriffs und der Zeit t für drei verschiedene Verbindungen I, II und III mit unterschiedlichem Drehmomentanstieg dargestellt. Verbindung I ist die steifste Verbindung mit einem sehr steilen Drehmomentanstieg und einer kurzen Dauer des Anziehvorgangs. Verbindung II hat einen mittleren Drehmomentanstieg, wohingegen Verbindung III einen niedrigen Steigungskoeffizienten des Drehmoments und eine vergleichsweise lange Dauer des Anziehvorgangs aufweist.
Unterhalb der Zeitachse ist die Stellung D des Werkzeuggriffs als eine Funktion des angelegten Drehmoments M und der Zeit während des Anziehvorgangs dargestellt.
In allen drei in Fig. 1 dargestellten Fällen wird das angelegte Drehmoment sehr schnell abgeschaltet, wie durch den vertikalen Teil am rechten Ende jeder Kurve gezeigt. Dieses sehr abrupte Abschalten des angelegten Drehmoments ist jedoch viel zu schneil im Verhältnis zur Fähigkeit des Menschen zu reagieren. Dies wird durch die D-Kurven dargestellt, die sich über die rechten Enden der zugehörigen M-Kurven erstrecken.
Abhängig von der Dauer des Anziehvorgangs kann der Bediener überreagieren und dadurch einen Doppelstoß in den Werkzeuggriffen und in seinen eigenen Armen verursachen. Diese sehr häufige Situation ist als Anziehfall II in Fig. 1 dargestellt. Wenn die Dauer des Anziehvorgangs sehr kurz ist, wie durch Fall I in Fig. 1 gezeigt, ist der Bediener in seiner Reaktion zu langsam, um eine starke Muskelkraft aufbauen zu können. Stattdessen wird der Großteil des Reaktionsmoments von der Masse des Werkzeugs seibst und von der Masse der Arme des Bedieners aufgenommen.
Beim Anziehen einer Verbindung mit einem niedrigen Steigungskoeffizienten des Drehmoments, wie im Fall III in Fig. 1, wird eine vergleichsweise lange Zeitdauer zum Erreichen des vorbestimmten Vorspannungsniveaus benötigt. In diesem Fall ist die Vorgangsdauer nicht nur lang genug für den Bediener, eine zum Gegenhalten eines kontinuierlichen Reaktionsmoments erforderliche Muskelkraft zu entwickeln, sondern auch lange genug, dar der Bediener eine Bereitschaft für die kommende Drehmomentunterbrechung entwickeln kann. Dies bedeutet, daß keine überreaktion stattfinden wird.
Um jedoch Überreaktionen des Bedieners zu vermeiden, die unbequeme und ermüdende Arbeitsbedingungen bewirken, verändern das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung den Anziehvorgang in solcher Weise, daß der Drehmomenteinsatz auf die Schraubverbindung zeitlich über den Punkt ausgedehnt wird, der das vorbestimmte Vorspannungsniveau darstellt. Der über ein Zeitintervall Δ t erweiterte Drehmomenteinsatz besitzt eine allmählich abfallende Charakteristik, und, wie in Fig. 2 dargestellt, wird das Drehmoment in linearer Weise nach und nach auf Null heruntergefahren.
Die Abfallrate dM/dt des Drehmoments ist einstellbar, um die Charakteristiken des Drehmomenteinsatzes des Werkzeugs an die individuelle Reaktionsfähigkeit des jeweiligen Bedieners anzupassen. Beispielsweise sollte die Zeit Δt der Verlängerung des Drehmomenteinsatzes für den Vorspannungs-Drehmomentbereich 15 - 150 Nm innerhalb des Intervalls 0,1 - 0,5 s einstellbar sein, und für höhere Werte des Vorspannungsmoments sollte Δt weiter ausgedehnt werden. Eine geeignete Abfallrate dM/dt sollte bei 50 - 300 Nm/s liegen.
Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung besitzt ein elektrisch angetriebenes Anziehwerkzeug 10 mit einem bürstenlosen Wechselstrommotor, einer Stromversorgung 11 und einer Steuereinheit 12. Die Stromversorgung 11 weist einen Wechselrichter auf, der von einer Gleichstrom-Spannungsquelle 14 mit Gleichstrom versorgt wird und Wechselstrom mit variabler Frequenz und Spannungsamplitude an das Werkzeug 10 liefert.
Zwischen der Gleichspannungsquelle 14 und der Stromversorgung 11 sind leistungserfassende Mittel 15 vorgesehen, die mit der Steuereinheit 12 verbunden sind. Mit letzterer sind auch Einstellmittel 16 für den Drehmomentanstieg verbunden, durch welche ein gewünschter Wert der Änderungsgeschwindigkeit dM/dt des Moments eingestellt werden kann.
Die Steuereinheit 12 besitzt einen programmierbaren Prozessor, in welchem alle notwendigen Daten für einen Anziehvorgang hinterlegt sind.
Fig. 3 zeigt weiterhin, daß das Maschinenwerkzeug einen Sensor 25 zum Erfassen des momentanen Drehmomentwertes während des Betriebs des Werkzeugs aufweist. Dieser Sensor 25 ist mit einer Vergleichereinheit 26 verbunden, in welcher die momentan erfaßten Drehmomentwerte mit einem gewünschten, eingestellten Wert verglichen werden. Sobald der momentan erfaßte Wert den voreingestellten Wert erreicht, wird ein Signal an die Steuereinheit 12 gegeben.
Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung besitzt ein pneumatisches Maschinenwerkzeug 30, das über zwei parallele Zufuhrleitungen 31, 32 mit Druckluft versorgt wird, von denen eine über ein Ventil 33 mit einer Druckluftquelle in Verbindung steht, wohingegen die andere über ein Ventil 36 und eine einstellbare Drossel 37 mit einem Druckspeicher 35 verbunden ist.
Während des Anziehens sind beide Ventile 33, 36 geöffnet und gestatten es der Druckluft, von der Druckluftquelle sowohl zu dem Werkzeug 30 als auch zu dem Druckspeicher 35 zu strömen. Sobald in der Verbindung das gewünschte, endgültige Vorspann nungsniveau erreicht wird, wird das Ventil 33 geschlossen, während das Ventil 36 noch offen ist und es der in dem Druckspeicher 35 gespeicherten Druckluft ermöglicht, das Werkzeug für ein weiteres Zeitintervall Δt in Betrieb zu halten. Die Entleerungsgeschwindigkeit des Druckspeichers wird durch die Einstellung der Drossel 37 bestimmt, und zusammen mit einem abfallenden Druck in der Zufuhrleitung 32 des Speichers sinkt auch das von dem Werkzeug 30 abgegebene Drehmoment. Die Entleerungsgeschwindigkeit des Druckspeichers 35 steht in direktem Zusammenhang mit der Abfallrate dM/dt des abgegebenen Drehmoments, was bedeutet, daß dM/dt durch Einstellung der Drossei 37 verändert werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Anziehen von Schraubverbindunden mittels eines drehmomentabgebenden Werkzeugs, welches eine Energieversorgung besitzt, mit einer Drehmomentbeaufschlagung einer anzuziehenden Verbindung, bis in der Verbindung ein vorbestimmtes Vorspannungsniveau erreicht wird, wonach die Drehmomentabgabe beendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des vorbestimmten Vorspannungsniveaus in der Verbindung die Drehmomentbeaufschlagung der Verbindung durch das Werkzeug durch allmähliches Verringern der Energiezufuhr zum Werkzeug allmählich beendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Drehmomentbeaufschlagung zumindest über einen wesentlichen Teil des Drehmomentbereichs kontinuierlich herabgesetzt wird. welcher auf der einen Seite durch einen Drehmomentwert, der dem vorbestimmten Vorspannungsniveau entspricht, und auf der anderen Seite durch das Nullniveau begrenzt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Drehmomentbeaufschlagung in zwei aufeinanderfolgenden Schritten beendet wird, wobei der erste Schritt auf dem vorbestimmten Vorspannungsniveau beginnt und einen verhältnismäßig kurz dauernden, schlagartigen Abfall des angelegten Drehmoments und der zweite Schritt einen vergleichsweise lang dauernden, im wesentlichen linearen Abfall des angelegten Drehmoments umfaßt.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 zum Anziehen von Schraubverbindungen, mit einem drehmomentabgebenden Motorwerkzeug (10), einer Energieversorgungseinrichtung (11), die das Werkzeug mit Energiequelle verbindet, und einer mit der Energieversorgungseinrichtung (11) gekoppelten Steuereinheit (12), dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuereinheit (12) das Abschalten der Energieversorgung zum Werkzeug bei Erreichen des vorbestimmten Vorspannungsniveaus und eine fortgeführte, allmählich verringerte Energiezufuhr des Werkzeuzgs nach Verlassen des vorbestimmten Vorspannungsniveaus auslösbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Steuereinheit (12) zum Auslösen des Abschaltens und der fortgeführten, allmählich verringerten Energiezufuhr ein Einstellglied (16) aufweist, mit welchem die Abfallrate der Energiezufuhr einstellbar ist.