EP0305754A1 - Verfahren zur Steuerung eines Schraubers - Google Patents

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EP0305754A1
EP0305754A1 EP19880112607 EP88112607A EP0305754A1 EP 0305754 A1 EP0305754 A1 EP 0305754A1 EP 19880112607 EP19880112607 EP 19880112607 EP 88112607 A EP88112607 A EP 88112607A EP 0305754 A1 EP0305754 A1 EP 0305754A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
torque
screw
value
determined
max
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP19880112607
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
August Dr.-Ing. Layer
Rudolf Krebs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0305754A1 publication Critical patent/EP0305754A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers

Definitions

  • the invention is based on a method for controlling a screwdriver for automatically tightening screws and / or nuts, and on a control for a screwdriver of the type mentioned according to the preamble of claim 8.
  • a method and a control of this type are known.
  • a screw or nut is screwed in or screwed on at a high speed.
  • the actual tightening then takes place at a lower speed.
  • the switch from high to a lower speed takes place when the application torque is reached, which is achieved when the screw head or the nut touches the surface.
  • the screwing process ends when the switch-off criterion is reached, i.e. when the desired one Tightening torque or a certain tightening angle is reached.
  • the user must set the switchover time for each screwdriving application, the switchover torque being small for a hard screwdriving application with a steep torque increase and larger for a soft screwdriving application with a flat torque increase. Errors in the setting lead to deviations from the desired tightening torque and also to the screws being torn off.
  • the method according to the invention with the features characterized in the main claim has the advantage that the switching torque for switching the high speed to a lower speed is automatically determined in the two-stage screwing method. In this respect, errors due to the user entering incorrect data are excluded.
  • the data required to control the screwdriver are obtained using a screwdriving case analysis, i.e. at a certain, low speed, at which the screw is prevented from being torn off, a screw or nut is achieved by means of a yield point-controlled screwing process until the yield or yield point is reached tightened and determined the necessary torque.
  • the torque applied when the screw or the nut comes into contact with the base is preferably determined and stored as a first torque value, the torque prevailing when the yield point is reached as a second torque value and the associated times.
  • the control according to the invention has the advantage that the screw case analysis can be evaluated immediately, in that the quantities obtained can be stored in a memory of the control and are available for later display or a comparison with a desired tightening torque.
  • a control is particularly preferred which, after the desired tightening values have been entered, is automatically adapted to the present screwing case.
  • FIG. 1 shows a diagram of the torque applied to a screw or nut during a test run for a screwdriving case analysis.
  • the test run is carried out at a low speed, at which the screw is certainly prevented from being torn off.
  • the torque required to screw in the screw increases only slightly during the screwing in. It is determined by the friction of the threads.
  • the screw head or the nut touches the base at the time T min , the torque reaches the application torque with the value M min , which is clearly above the torque values during the screwing-in phase; the screwing process now goes into the tightening process.
  • a constant, predetermined value or a value calculated from the torque curve in FIG. 1 can be selected as the application torque M min .
  • the course of the torque over time is detected by suitable sensors; whose signals are sent to a memory of the control of the screwdriver and stored there. Likewise, the angle of rotation and / or the screw depth over time can be recorded and stored using appropriately designed sensors.
  • the screw is tightened even further after the screwdriver has been switched off, because it will brake during braking phase continues due to its inertia.
  • T Bf * k * f * (2).
  • T Bf * is the time it takes for the screwdriver to come to a standstill at a speed f * after the drive has been switched off.
  • M p PMM max (6).
  • p 0.8 is selected. These values are also stored in the controller's memory.
  • the moment M p can be calculated, from which the yield point method must be selected as the screwing method for reasons of screw connection. If a screw is to be tightened with a torque M whose value is greater than M p , the yield point method must be selected as the screw method. If the desired tightening torque M of a screw is below the value M p , the torque or angle of rotation method can also be used instead. In the rotation angle method, for example, the angle counting begins when the application torque M min is reached at the time T min .
  • the screwing method is determined by the value M p : if the desired tightening torque M of the screw is in the range M p ⁇ M ⁇ M max , the yield point method can be used as the screwing method; for all values M min ⁇ M ⁇ M p , the torque or angle of rotation method must be selected.
  • the switchover from the higher speed f1 to the lower speed f2 is the determined from the diagram according to Figure 1 torque limit M Gr determined: Applies for the desired torque M a screw the relationship M ⁇ M Gr, then the speed switching point is determined by the during the Torque applied to the screw determined. If a screw is to be tightened with a torque M that is less than the limit torque M Gr , the screwing process must be controlled by the screwing depth L, because according to the inertia of the screwdriver or the braking time T f1 . Equation (4) after reaching the torque M min clearly above the screwing torque even when switching the screwdriver at time T min to the lower speed f 2 a torque lying above the desired tightening torque, namely M Gr is reached.
  • the table also shows that the type of screwing method can also be determined from the maximum angle of rotation ⁇ max by the value ⁇ p which can be calculated from the equation (6).
  • Torque M should Angle of rotation ⁇ soll
  • the speed changeover time is determined by the following values Torque M o Depth L o
  • M o and L o are calculated for the screwdriver in such a way that the screwing process is carried out in a time-optimized manner. Ie the speed is reduced as late as possible from the high speed f1 to the lower speed f2. In the calculation of the Drehiereumschaltzeitticians Abbremszeitkonstante of the screwdriver is taken into account that, after braking from the higher speed immediately the desired tightening torque of the screw to M is reached.
  • the user can change the values marked with *.
  • the remaining values are obtained from the screwdriving case analysis.
  • the angle count does not necessarily have to start at the application torque M min , instead a higher value M 1 ⁇ M min can be selected as the start of the rotation angle count, the other angle values being adapted accordingly.
  • the screwdriver is provided with a display that shows the values determined during the screwdriving case analysis and possibly also the values specified by the user.
  • the screwdriver must be equipped with a screwing depth sensor to carry out the desired screwing. If this is not the case, the display on the control system indicates that the desired screw connection cannot be carried out in this way.
  • this calculation results in a speed value that makes sense for a screw connection, then this calculated speed is indicated on the display panel.
  • FIG. 3 shows a diagram of a torque curve obtained over time in a screwdriving case analysis. Besides the well known of Figure 1 values of the feed torque M min, the torque limit M Gr, the maximum torque M max and the value calculated from equation (6) the value M p and the switching time T o is located, as the target torque M soll.
  • the table in FIG. 4 shows the screwing method and the speed changeover point that results for each screwing case.
  • the yield point screw method results for torque values in the range 48 ⁇ M ⁇ 60 Nm or for angles of rotation of 40 ⁇ ⁇ ⁇ 50 °.
  • the speed changeover point is determined by the torque.
  • the torque or angle of rotation screw method is also used.
  • the speed changeover time is determined by the screw depth L.
  • the data determined during the screwdriving case analysis are fed to a memory of the screwdriver and stored there. This data is displayed by means of the display device connected to the memory, for example on a liquid crystal display panel.
  • comparison stages can be provided in the control of the screwdriver, which compare the stored with the specified torque or Compare the angle of rotation values and use them to automatically switch the control of the screwdriver. Switching commands can also be given to the user on the display, who then changes the control of the screwdriver by entering the displayed data.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines Schraubers zum automatischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Schraubfallanalyse durchgeführt wird, bei welcher während eines streckgrenzengesteuerten Schraubvorgangs der Verlauf des zum Anziehen einer Schraube oder einer Mutter notwendige Drehmoment ermittelt wird. Vom Anwender wird u.a. das gewünschte Anzugsmoment für die Schraube eingegeben und daraus automatisch das geeignete Schraubverfahren ermittelt und eingestellt.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steue­rung eines Schraubers zum automatischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern sowie von einer Steuerung für einen Schrauber der genannten Art nach der Gattung des Anspruchs 8. Ein derartiges Verfahren sowie eine Steuerung dieser Art sind bekannt. Bei dem sog. Zwei­stufen-Schraubverfahren wird eine Schraube bzw. eine Mutter mit einer hohen Drehzahl eingedreht bzw. aufge­schraubt. Das eingentliche Anziehen erfolgt dann bei einer niedrigeren Drehzahl. Die Umschaltung von der hohen auf eine niedrigere Drehzahl erfolgt bei Errei­chen des Anlegemoments, das bei Berührung des Schrauben­kopfes bzw. der Mutter mit dem Untergrund erreicht wird. Der Schraubvorgang wird bei Erreichen des Ab­schaltkriteriums beendet, also wenn das gewünschte Anzugsmoment oder ein bestimmter Anziehwinkel erreicht ist. Der Anwender muß für jeden Schraubfall den Um­schaltzeitpunkt einstellen, wobei das Umschaltmoment bei einem harten Schraubfall mit steilem Momentenan­stieg klein und bei einem weichen Schraubfall mit fla­chem Momentenanstieg größer zu wählen ist. Fehler bei der Einstellung führen zu Abweichungen vom gewünschten Anzugsmoment und auch zum Abreißen der Schrauben.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmalen hat demgegenüber den Vor­teil, daß das Umschaltmoment für die Umschaltung der hohen Drehzahl auf eine niedrigere Drehzahl bei dem Zweistufen-Schraubverfahren automatisch festgelegt wird. Fehler aufgrund der Eingabe falscher Daten durch den Anwender sind insoweit ausgeschlossen. Die zur Steuerung des Schraubers notwendigen Daten werden an­hand einer Schraubfallanalyse gewonnen, d.h. es wird bei einer bestimmten, niedrigen Drehzahl, bei der ein Abreißen der Schraube vermieden wird, eine Schraube oder eine Mutter mittels eines streckgrenzengesteuerten Schraubverfahrens bis zum Erreichen der Fließ- bzw. Streckgrenze angezogen und das dazu notwendige Drehmo­ment ermittelt. Vorzugsweise werden dabei das bei Berüh­rung der Schraube bzw. der Mutter mit dem Untergrund anliegende Drehmoment als ein erster Drehmomentswert, das bei Erreichen der Streckgrenze herrschende Drehmo­ment als ein zweiter Drehmomentswert sowie die zugehöri­gen Zeitpunkte ermittelt und gespeichert. Die erfin­dungsgemäße Steuerung hat den Vorteil, daß die Schraub­ fallanalyse unmittelbar auswertbar ist, indem die gewon­nenen Größen in einem Speicher der Steuerung abgelegt werden können und für eine spätere Anzeige oder einen Vergleich mit einem gewünschten Anzugsmoment zur Verfü­gung stehen. Besonders bevorzugt ist eine Steuerung, die nach Eingabe der gewünschten Anzugswerte automa­tisch eine Anpassung an den vorliegenden Schraubfall vornimmt.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens und der Steuerung gem. Anspruch 8 möglich. Besonders vorteil­haft ist, daß das Verfahren auch für die Vorgabe von gewünschten Drehwinkeln geeignet und damit sehr viel­seitig einsetzbar ist.
    • Zeichnungen
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 ein Diagramm des Drehmomentenverlaufs über der Zeit während des für die Schraubfallanalyse durchge­führten Schraubvorgangs,
    • Figur 2 eine Tabelle für die Schraubfallanalyse nach Figur 1,
    • Figur 3 ein Diagramm eines Drehmoments über der Zeit für eine beispielshaft ausgeführte Schraubfallanalyse und
    • Figur 4 eine aus der Schraubfallanalyse gem. Figur 3 gewonnene Tabelle.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Figur 1 zeigt ein Diagramm des während eines Testlaufs für eine Schraubfallanalyse an einer Schraube oder Mutter anliegenden Drehmoments. Der Testlauf wird mit einer niedrigen Drehzahl durchgeführt, bei der ein Abreißen der Schraube mit Sicherheit vermieden wird.
  • Das zum Eindrehen der Schraube nötige Drehmoment steigt während des Eindrehens nur unwesentlich. Es wird be­stimmt durch die Reibung der Gewindegänge.
  • Wenn der Schraubenkopf bzw. die Mutter zum Zeitpunkt Tmin die Unterlage berührt, erreicht das Drehmoment das Anlegemoment mit dem Wert Mmin, der eindeutig über den Drehmomentswerten während der Eindrehphase liegt; der Eindrehvorgang geht nun in den Anziehvorgang über. Als Anlegemoment Mmin kann ein konstanter, vorgegebener Wert oder ein aus dem Drehmomentenverlauf in Figur 1 errechneter Wert gewählt werden.
  • Wenn sich das Drehmoment auch bei weiterem Anziehen der Schraube nicht erhöht, ist die Fließ- oder Streck­grenze der Schraube erreicht. Es liegt dann das maximal erreichbare Drehmoment Mmax an.
  • Der Verlauf des Drehmoments über der Zeit wird von geeigneten Sensoren erfaßt; deren Signale werden an einen Speicher der Steuerung des Schraubers abgegeben und dort gespeichert. Ebenso können über entsprechend ausgelegte Sensoren der Drehwinkel und/oder die Schraub­tiefe über der Zeit erfaßt und gespeichert werden.
  • Die Schraube wird nach Abschalten des Schraubers noch weiter angezogen, weil dieser sich während der Abbrems­ phase aufgrund seiner Trägheit weiterdreht. Die Abbrems­zeit TB des Schraubers ist systembedingt. Es wird unter­stellt, daß TB proportional zur Drehzahl ist. Es gilt daher

    TB = k· f      (1),

    wobei f die Drehzahl, hier gemessen in Hz, und k eine Konstante ist, deren Wert vorliegt oder anhand eines Leerlaufversuchs vor dem Testlauf ermittelt wird.
  • Bei einer gegebenen Drehzahl f* ergibt sich die Abbrems­zeit aus der folgenden Gleichung:

    TBf* = k· f*      (2).

    TBf* ist also die Zeit, die verstreicht, bis der Schrau­ber nach Abschalten des Antriebs bei einer Drehzahl f* zum Stillstand gekommen ist.
  • Bei einem Zweistufen-Schraubverfahren ist während der Eindrehphase eine hohe Drehzahl f₁ und während der Anziehphase eine niedrige Drehzahl f₂ gegeben.
  • Bis zur Abbremsung aus der hohen Drehzahl f₁ bis zum Stillstand verstreicht die Zeit

    TBf1= k· f₁      (3).
  • Diese Zeit wird als Anhaltspunkt für das Schrabverfah­ren auf die im Diagramm verwendete Drehzahl transfor­miert:
    Figure imgb0001
  • Aus dem Zeitpunkt Tmin, zu dem das Anlegemoment Mmin erreicht wurde, und der Abbremszeitkonstanten Tf1 gem. Gleichung (4) wird anhand des in Figur 1 widergegebenen Diagramms ein Drehmomentgrenzwert MGr ermittelt, der zur Zeit t = Tmin + Tf1 gegeben ist.
  • Zusätzlich wird aus dem maximalen Drehmoment Mmax ein Wert Mp berechnet, für den mit

    0 < p < 1      (5)

    die folgende Gleichung gilt:

    Mp = p· Mmax      (6).
  • Beispielsweise wird p = 0,8 gewählt. Auch diese Werte werden im Speicher der Steuerung abgelegt.
  • Durch den Wert von p läßt sich das Moment Mp berechnen, von dem an aus verschraubungstechnischen Gründen als Schraubverfahren das Streckgrenzenverfahren gewählt werden muß. Soll also eine Schraube mit einem Drehmo­ment M angezogen werden, dessen Wert größer als Mp ist, so muß als Schraubverfahren das Streckgrenzenverfahren gewählt werden. Liegt das gewünschte Anzugsmoment M einer Schraube unter dem Wert Mp, so kann statt dessen auch das Drehmoment- oder Drehwinkelverfahren verwendet werden. Bei dem Drehwinkelverfahren wird beispielsweise mit Erreichen des Anlegemoments Mmin zum Zeitpunkt Tmin mit der Winkelzählung begonnen.
  • Die bei der Schraubfallanalyse gewonnenen Werte sind in die Tabelle gem. Figur 2 eingesetzt.
  • Aus Figur 2 ergibt sich, daß das Schraubverfahren durch den Wert Mp bestimmt wird: Liegt das gewünschte Anzugs­moment M der Schraube im Bereich Mp ≦ M ≦ Mmax, so kommt als Schraubverfahren das Streckgrenzenverfahren in Frage; für alle Werte Mmin ≦ M ≦ Mp ist das Drehmo­ment- oder Drehwinkelverfahren zu wählen.
  • Die Umschaltung von der höheren Drehzahl f₁ auf die niedrigere Drehzahl f₂ wird durch den aus dem Diagramm gemäß Figur 1 bestimmten Drehmomentgrenzwert MGr bestimmt: Gilt für das gewünschte Anzugsmoment M einer Schraube die Beziehung M ≧ MGr, so wird der Drehzahl­schaltpunkt durch das während des Schraubvorgangs an der Schraube anliegende Drehmoment bestimmt. Soll eine Schraube mit einem Moment M angezogen werden, das klei­ner als das Grenzdrehmoment MGr ist, so muß der Schraub­vorgang durch die Schraubtiefe L gesteuert werden, da aufgrund der Trägheit des Schraubers bzw. der Ab­bremszeit Tf1 gem. Gleichung (4) nach Erreichen des eindeutig über dem Eindrehmoment liegenden Drehmoments Mmin auch bei Umschaltung des Schraubers zur Zeit Tmin auf die niedrigere Drehzahl f₂ ein über dem gewünschten Anzugsmoment liegendes Drehmoment, nämlich MGr erreicht wird.
  • Aus der Tabelle ergibt sich auch, daß die Art des Schraubverfahrens auch durch den analog Gleichung (6) aus dem maximalen Drehwinkel ωmax berechenbaren Wert ωp bestimmt werden kann.
  • Die in Figur 2 gezeigte Tabelle wurde ohne Berücksichti­gung von Toleranzen aufgestellt. In der Praxis sollte daher die berechnete Abbremszeit Tf1 durch einen etwas größeren Wert ersetzt werden.
  • Der Anwender kann nach der Schraubfallanalyse für das Zweistufen-Schraubverfahren folgende Parameter in das Steuergerät des Schraubers eingeben bzw. ändern:
    hohe Drehzahl      f₁
    niedrige Drehzahl      f₂

    maximales Drehmoment      Mmax
    minimales Drehmoment      Mmin
    Beginn der Winkelzählung bei M₁ = Mmin
    (in Hz oder in U/min)
  • Als vorgegebene Drehmoment- oder Drehwinkelwerte werden alternative eingegeben:
    Drehmoment      Msoll
    Drehwinkel      ωsoll
  • Aus diesen Werten ergibt sich im Zusammenhang mit der Tabelle gem. Figur 2 das verwendete Schraubverfahren.
  • Der Drehzahlumschaltzeitpunkt wird durch folgende Werte bestimmt

    Drehmoment      Mo
    Tiefe      Lo
  • Die Werte von Mo und Lo werden für den Schrauber so berechnet, daß der Schraubvorgang zeitoptimal ausge­führt wird. D.h. die Drehzahl wird möglichst spät von der hohen Drehzahl f₁ auf die niedrigere Drehzahl f₂ reduziert. Bei der Berechnung des Drehzahlumschaltzeit­punkts wird die Abbremszeitkonstante des Schraubers so berücksichtigt, daß nach Abbremsung aus der höheren Drehzahl unmittelbar das gewünschte Anzugsmoment der Schraube Msoll erreicht ist.
  • Zusätzlich können zur Überwachung des Schraubvorgangs folgende sog. Überwachungswerte eingegeben werden:
    Drehmoment
    MOG *
    MUG *
    Drehwinkel
    ωOG *
    ωUG *
    Tiefe
    LOG *
    LUG *.
  • Die mit * bezeichneten Werte kann der Anwender ändern. Die übrigen Werte werden aus der Schraubfallanalyse gewonnen.
  • Für den Drehzahlumschaltzeitpunkt können zwei Fälle festgelegt werden:

    Tsoll - Tf1 ≧ Tmin      (7)

    ergibt sich folgender Drehmomentswert für eine Umschal­tung durch Drehmoment

    Mo = M ( Tsoll - Tf1)      (8)

    und für

    Tsoll - Tf1 < Tmin      (9)

    ergibt sich folgender Schraubtiefenwert für eine Um­schaltung durch Schraubtiefe:

    Lo = L(Tsoll ¡- Tf1)      (10).
  • Wenn die höhere Drehzahl f₁ verändert wird, so wird automatisch die Abbremszeit Tf1 gem. Gleichung (4) entsprechend geändert und das Ergebnis der Schraubfall­analyse aktualisiert.
  • Die Winkelzählung braucht nicht unbedingt bei dem Anle­gemoment Mmin zu beginnen, es kann stattdessen auch ein höherer Wert M₁ ≧ Mmin als Beginn der Drehwinkel­zählung gewählt werden, wobei die übrigen Winkelwerte entsprechend angepaßt werden.
  • Der Schrauber ist im vorliegenden Fall mit einer An­zeige versehen, die die bei der Schraubfallanalyse ermittelten Werte und evtl. auch die vom Anwender ange­gebenen Werte anzeigt.
  • Stellt sich anhand der bei der Schraubfallanalyse ermit­telten bzw. berechneten Werte heraus, daß für ein gewün­schtes Anzugsmoment der Schraube bzw. Mutter die Dreh­zahlumschaltung durch die Schraubtiefe bestimmt wird, so muß der Schrauber zur Ausführung der gewünschten Verschraubung mit einem Schraubtiefen-Sensor ausge­rüstet sein. Ist das nicht der Fall, so wird auf der Anzeige der Steuerung angegeben, daß die gewünschte Verschraubung so nicht ausführbar ist.
  • Zusätzlich wird berechnet, ob sich der gewünschte Schraubfall dadurch verwirklichen läßt, daß die höhere Drehzahl f₁ verringert wird und die Drehzahlumschaltung statt mit Hilfe der Schraubtiefe mittels des Drehmo­ments erfolgt.
  • Dazu wird eine reduzierte Drehzahl f₁ wie folgt berech­net:

    Tf
    Figure imgb0002
    = Tsoll - Tmin      (11)
  • Aus Gleichung (4) ergibt sich die Beziehung
    Figure imgb0003
     und aus Gleichung (1) die Abbremszeit

    Tf
    Figure imgb0004
    = k· f
    Figure imgb0005
    .      (13)
  • Daraus ergibt sich schließlich die folgende Gleichung für f
    Figure imgb0006
    :
    Figure imgb0007
  • Ergibt sich aus dieser Berechnung ein fäür eine Ver­schraubung sinnvoller Drehzahlwert, so wird diese be­rechnete Drehzahl auf dem Anzeigefeld angegeben.
  • Figur 3 zeigt ein Diagramm eines bei einer Schraubfall­analyse gewonnenen Drehmomentenverlaufs über der Zeit. Neben den aus Figur 1 bekannten Werten des Anlegemo­ments Mmin, des Drehmomentgrenzwertes MGr, des maxima­len Drehmoments Mmax und dem aus Gleichung (6) berechne­ten Wertes Mp ist auch der Umschaltzeitpunkt To einge­zeichnet, ebenso das Sollmoment Msoll.
  • Im folgenden werden einige Zahlenbeispiele gegeben:
    Mmax = 60 Nm
    Mmin = 2 Nm
    Tmax = 1200 ms
    Tmin = 900 ms
    f₁ = 200 Hz
    f₂ = 50 Hz
    Figure imgb0008
     MGr = M(Tmin + Tf1) = 40 Nm
    Mp = p· Mmax = 0,8· 60 Nm = 48 Nm.
  • Aus der in Figur 4 angegebenen Tabelle lassen sich das sich das sich für jeden Schraubfall ergebende Schraubverfahren und der Drehzahlumschaltpunkt ablesen.
  • Für Drehmomentwerte im Bereich 48 ≦ M ≦ 60 Nm bzw. für Drehwinkel von 40 ≦ ω ≦ 50° ergibt sich das Streck­grenzenschraubverfahren. Der Drehzahlumschaltpunkt wird durch das Drehmoment bestimmt.
  • Soll die Schraube mit einem Drehmoment M im Bereich 40 ≦ M ≦ 48 Nm bzw. mit einem Drehwinkel ω von 33 ≦ ω ≦ 40° angezogen werden, so findet das Drehmoment- ­bzw. Drehwinkelschraubverfahren Anwendung. Der Dreh­zahlumschaltpunkt wird wiederum durch das Drehmoment bestimmt.
  • Bei einem gewünschten Anzugsmoment M der Schraube im Bereich 2 ≦ M ≦ 40 Nm bzw. einem Drehwinkel ω von 0 ≦ ω ≦ 33° findet ebenfalls das Drehmoment- bzw. Dreh­winkelschraubverfahren Anwendung. Hier wird allerdings der Drehzahlsumschaltzeitpunkt durch die Schraubtiefe L bestimmt.
  • Die bei der Schraubfallanalyse ermittelten Daten werden einem Speicher des Schraubers zugeführt und dort ge­speichert. Diese Daten werden mittels der mit dem Speicher verbundenen Anzeigeeinrichtung, beispielsweise auf einem Flüssigkristall-Anzeigfeld dargestellt.
  • Nach der Schraubfallanalyse werden vom Anwender folgen­de Werte eingegeben:

    hohe Drehzahl      f₁ = 200 Hz
    niedrigere Drehzahl      f₂ = 50 Hz

    maximales Drehmoment      Mmax = 60 Nm
    minimales Drehmoment      Mmin = 2 Nm

    Beginn der Winkelzählung bei M₁ = 2 Nm.
  • Die Schraube soll mit folgendem Drehmoment Msoll angezo­gen werden:
    Msoll = 30 Nm.
  • Aus der Tabelle oder aus der Anzeige des Steuergeräts ergibt sich, daß automatisch ein drehmomentgesteuertes Schraubverfahren eingeleitet wird, bei dem der Drehzahl­umschaltpunkt durch die Schraubtiefe bestimmt wird.
  • Folgende Überwachungswerte werden zusätzlich eingegeben
    Drehmoment
    MOG = 31,5 Nm (± 5 % Toleranz)
    MUG = 28,5 Nm
    Drehwinkel
    ωOG = 28° (± 10 % Toleranz)
    ωUG = 22°.
  • Es zeigt sich also, daß das Schraubverfahren nur durch­führbar ist, wenn der Schrauber mit einem Sensor zur Erfassung der Schraubtiefe ausgerüstet ist. Ist das nicht der Fall, müßte die Drehzahl auf f′₁ = 167 Hz verringert werden. Für diesen Fall ergibt sich eine Abbremszeit des Schraubers, die so kurz ist, daß auch bei drehmomentgesteuertem Schraubvorgang das gewünschte Drehmoment Msoll nicht überschritten wird.
  • Zur Auswertung der bei der Analyse gewonnenen und der vom Anwender eingegebenen Daten können in der Steuerung des Schraubers Vergleichsstufen vorgesehen sein, die die gespeicherten mit den vorgegebenen Drehmoment- ­bzw. Drehwinkelwerten vergleichen und daraus eine auto­matische Umschaltung der Steuerung des Schraubers bewir­ken. Es können auch auf der Anzeige Schaltbefehle an den Anwender gegeben werden, der dann die Steuerung des Schraubers durch die Eingabe der angezeigten Daten umstellt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Steuerung eines Schraubers zum automa­tischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern, gekenn­zeichnet durch eine Schraubfallanalyse, bei welcher während eines streckgrenzengesteuerten Schraubvorgangs der Verlauf des zum Anziehen einer Schraube oder einer Mutter notwendige Drehmoment ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Drehmomentswert (Mmin) bei Anliegen der Schraube oder der Mutter auf der Unterlage sowie ein zweiter Drehmomentswert (Mmax) bei Erreichen der Streck­grenze der Schraube ermittelt und gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Zeitpunkt (Tmin) bei Erreichen des ersten Drehmomentswerts (Mmin) und der Zeitpunkt (Tmax) bei Erreichen des zweiten Drehmomentswerts (Mmax) ermit­telt und gespeichert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer bekannten oder aus einem Probelauf ermittelten Abbremszeitkonstanten (Tf1) ein Drehmomentgrenzwert (MGr) bestimmt und gespeichert wird, welcher zur Zeit (Tmin + Tf1) gegeben ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zweiten Drehmomentswert (Mmax) ein dritter Drehmomentswert (Mp) berechnet und gespeichert wird, der kleiner als der zweite Drehmo­mentswert (Mmax) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster bei Erreichen der Fließgrenze gegebener Drehwinkelwert (ωmax) gespeichert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Drehwinkelwert (ωp), der kleiner ist als der erste Drehwinkelwert (ωmax), berechnet und gespeichert wird.
8. Steuerung eines Schraubers zum automatischen Anzie­hen von Schrauben und/oder Muttern, gekennzeichnet durch einen Speicher, in dem die bei der Schraubfallana­lyse gem. einem der Ansprüche 1 bis 7 ermittelten Werte speicherbar sind.
9. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Anziehen der Schraube oder Mutter gewünsch­te Drehmoment eingebbar ist und dann automatisch das für dieses Drehmoment geeignete Schraubverfahren einge­stellt wird.
10. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Anziehen der Schraube gewünschte Drehwinkel­wert eingebbar ist und dann automatisch das für diesen Drehwinkel geeignete Schraubverfahren eingestellt wird.
11. Steuerung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekenn­zeichnet durch eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige der bei der Schraubfallanalyse erhaltenen und/oder der eingegebenen Werte.
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