DE2758674C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einer aus der DE-OS 19 49 415 bekannten Vorrichtung zum Anziehen selbstschneidender Schrauben werden das Drehmoment und gegebenenfalls die Einwirkungsdauer des Drehmoments in Abhängigkeit vom Typ der einzuschrauben­ den Schraube grob eingestellt. Das Anziehverhalten der Schraube bzw. der Schraubverbindung muß bekannt sein. Für jeden Schraubentyp oder für jeden Typ einer Schraubverbindung ist eine eigene Einstellung der Vor­ richtung erforderlich.

Bei einem aus der DE-OS 17 03 681 bekannten Schrauber zum automatischen Anziehen von Schrauben einer Schrau­ benverbindung unter Ausnutzung der Streckgrenze der Schrauben wird eine Meßeinrichtung verwendet, die das Erreichen der Fließgrenze in der Schraube über die Än­ derung des Anziehdrehmoments in Abhängigkeit vom Dreh­ winkel mißt und den Schrauber beim Erreichen eines Grenzwerts abschaltet. Da die Meßeinrichtung mit Soll­ werten arbeitet, lassen sich verschiedene Schrauben bzw. unterschiedliche Schraubverbindungen nur nach vorherge­ hender Untersuchungen ihre Eigenschaft anziehen bzw. her­ stellen. Zum Einschrauben selbstschneidender Schrauben ist der Schrauber nicht brauchbar, weil er dann zu früh abschalten würde.

Bei einem aus der DE-OS 27 13 099 bekannten Verfahren zum Anziehen von Schraubverbindungen wird die Winkelge­ schwindigkeits/Drehwinkel oder Drehmoment/Drehwinkel- Kurve des Anziehvorgangs abgetastet, dabei ein maxima­ ler Gradient der Kurvensteigung gespeichert und das Ab­ schaltsignal erzeugt, wenn der augenblicklich anliegen­ de Gradient zum gespeicherten Maximalgradienten ein be­ stimmtes Verhältnis erreicht, das das Erreichen der Fließgrenze präsentiert. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, daß es für unterschiedliche Schraubentypen und ver­ schiedene Schraubverbindungen verwendbar ist, ohne de­ taillierte Kenntnisse über das Anziehverhalten zu haben. Selbstschneidende Schrauben können mit diesem Verfahren jedoch nicht angezogen werden.

Aus der US-PS 39 74 685 ist schließlich eine Vorrichtung zum Anziehen von Schrauben in Schraubverbindungen be­ kannt, wobei in der Schraubverbindung zwischen der Schraube und den Bauteilen eine Unterlegscheibe vorgese­ hen ist, die in der abgetasteten Drehmoment/Drehwinkel- Kurve bei mittleren Drehmomenten einen Kurvenbereich ohne nennenswerten Anstieg schafft, weil sie sich setzt oder verformt, ehe das eigentliche Anziehen der Bauteil­ verbindung beginnt. Die zum Steuern der Vorrichtung be­ nutzte Schaltung enthält zwei Teile, die nacheinander aktiviert werden und nach dem Abtasten der Kurve bis zum mittleren Bereich von neuem beginnen, den Endbereich der Kurve abzutasten und das Abschaltsignal zu erzeugen, wenn das aktuelle Anziehmomentsignal einem Signalwert gleich ist, das aus dem aktuellen Drehmomentsignal und zwei Parametern errechnet wird. Die spezielle Schaltung ist nicht zum Einschrauben selbstschneidender Schrauben vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der mit selbstschneidenden Schrauben Bauteilverbindungen aus einer Vielzahl verschiedener Materialien herstellbar sind, ohne daß vor dem Herstellen der Bauteilverbindung nennenswerte Kenntnisse der Anzieheigenschaften der Bau­ teilverbindung vorliegen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dieser Ausbildung wird trotz der signifikanten Ände­ rung des Kurvenanstiegs beim Schneiden des Gewindes durch die selbstschneidende Schraube das korrekte Über­ wachen des weiteren Kurvenverlaufs und das Abschalten bei Erreichen der Fließgrenze oder eines ähnlichen sig­ nifikanten Belastungswerts der Schraube nicht beein­ trächtigt, weil der Schwellwert für den die Schaltein­ richtung aktivierenden Vergleicher beim Abtasten des Anfangsbereichs der Kurve nicht berücksichtigt wird, sondern erst zu einem Zeitpunkt, an dem die beim Schneiden des Gewindes durch die selbstschneidende Schraube aufgetretenen Belastungsverhältnisse keine Rolle mehr spielen. Die Bauteilverbindung wird deshalb über den ersten Teil der Kurve im Hinblick auf die spe­ ziellen Anforderungen bei selbstschneidenden Schrauben behandelt und erst über den Endteil der Kurve wie eine Bauteilverbindung mit normalen Schrauben und ordnungs­ gemäß bis zum Erreichen der Fließgrenze bzw. einem an­ deren signifikanten Belastungszustand der Bauteilver­ bindung angezogen. Die Vorrichtung ist somit in der Lage, zwischen dem Gewindeschneiden und dem Anziehen zu unterscheiden und den jeweils individuellen Gegebenhei­ ten Rechnung zu tragen.

Es ist zwar aus der US-PS 39 74 685 eine Drehmoment/ Drehwinkel-Kurve des Anziehvorgangs bekannt, die bei mittleren Drehmomenten einen Bereich geringerer oder negativer Steigung durchläuft, ferner eine in die Vor­ richtung eingegliederte Schaltung zur Ermittlung die­ ses Bereiches, welche eine Meßeinrichtung, eine Be­ rechnungsschaltung und einen nachgeschalteten Verglei­ cher mit einem Schwellwert enthält, wobei eine Schalt­ einrichtung den Abschaltzeitpunkt ermittelt und ein Abschaltsignal abgibt. Jedoch sind diese Merkmale strikt auf anzuziehende Bauteilverbindungen abgestellt, bei denen eine nichtselbstschneidende Schraube in einer Bau­ teilverbindung angezogen wird, die ein in axialer Rich­ tung verformbares Zwischenelement enthält.

Zweckmäßige Ausführungsformen gehen aus den Unteransprü­ chen hervor.

Nachstehend werden anhand der Zeichnung Ausführungsfor­ men des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Drehmoment/Drehwinkel-Kur­ ve beim Einschrauben und Anzie­ hen einer Bauteilverbindung mit­ tels einer selbstschneidenden Schraube,

Fig. 2 eine Drehmoment/Drehwinkel-Kur­ ve mit mehreren Detailvarianten für unterschiedliche Anziehei­ genschaften von Bauteilverbin­ dungen mit selbstschneidenden Schrauben,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Vorrich­ tung zum Einschrauben und Anzie­ hen selbstschneidender Schrau­ ben,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer zwei­ ten Ausführungsform,

Fig. 5 ein Teil-Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform, und

Fig. 6 ein Teil-Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 ergibt sich beim Einschrauben und Anziehen einer selbstschneidenden Schraube in einer Bauteilver­ bindung ein charakteristischer Verlauf der Drehmoment/ Drehwinkel-Kurve, die zwei charakteristische Kurvenbe­ reiche zeigt.

In Fig. 1 ist zu erkennen, daß das Dreh­ moment zum Schneiden eines Gewindes A [(T _f ) _A ] und das Dreh­ moment zum Festsetzen des Befestigungsmittels A [(T _S ) _A ] beide höher sind als die zugehörigen Werte [(T _f ) _B ] und [(T _S ) _B ] für das Befestigungsmittel B sind. Da diese Ände­ rungen beim Gewindeschneid- und Festzieh-Drehmoment von Boh­ rung zu Bohrung in dem gleichen Werkstück oder in unterschied­ lichen Werkstücken auftreten kann und da es keinen zuverlässi­ gen Weg für die Bestimmung im voraus gibt, welcher jeweiliger Wert in einer bestimmten Bohrung erreicht wird, gibt es keine einzige Drehmomenteinstellung, die bei einem herkömmlichen automatischen Festziehwerkzeug voreingestellt werden kann, um zuverlässig eine Anzahl von Befestigungsmitteln in Boh­ rungen zu installieren.

Um dieses Problem zu beseitigen, sieht die Erfindung eine getrennte Steuerung für den Gewindeschneidvorgang und den endgültigen Festziehvorgang vor. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, gibt der Bereich I den Gewindeschneidbereich an, der durch einen Anfangsteil unterhalb des Punktes A, gefolgt von einem im wesentlichen linearen Teil zwischen den Punkten A und B und einem nachfolgenden nicht linearen Teil über den Punkt B hinaus gekennzeichnet ist. Der Punkt F auf der Drehmoment- Drehwinkel-Kurve neben dem Ende des Gewindeschneidbereichs I gibt das Drehmoment an, das zum Schneiden eines passenden Gewindes in einer Werkstückbohrung erforderlich ist. Der Punkt F gibt dann das Ende des Gewindeschneidbereichs an und der Drehmoment­ wert am Punkt F wird als das Gewindeschneiddrehmoment (T _F ) bezeichnet. Der Bereich II ist ein Zwischen- oder Über­ gangsbereich, bei dem das Drehmoment in verschiedener Weise in bezug auf die Drehung des Befestigungsmittels sich ändern kann. In der Kurve 1 beginnt das Drehmoment fast unmittelbar nach dem Erreichen (T _F ) sich zu vermindern und die Drehmoment- Drehwinkel-Kurve nimmt eine negative Steigung im Bereich II an. Dann beginnt wieder zu steigen. Wenn die Steigung im wesentlichen konstant ist, etwa beim Punkt G, hat das endgültige Festziehen begonnen. Bei der Kurve 2 bleibt das Drehmoment relativ konstant nach Erreichen von (T _F ) und, nachdem die Schraube etwas weiter gedreht hat, beginnt es abzufallen und steigt dann wieder an, wie im Fall der Kurve 1. Bei der Kurve 3 bleibt der Drehmoment­ wert nach Erreichen von (T _F ) konstant und beginnt dann an­ zusteigen, was den Beginn des endgültigen Festziehbereichs der Kurve angibt. Bei der Kurve 4 steigt der Drehmomentwert weiter nach Erreichen von (T _F ) entweder, wie gezeigt, linear oder nicht linear, bis ein merkbarer Anstieg in der positiven Steigung auftritt, was den Beginn des endgültigen Festziehbe­ reichs der Kurve angibt. Der Bereich III gibt den endgültigen Festziehbereich der Kurve an, bei dem zusätzliches Drehmoment an das Befestigungsmittel gegeben wird, um die endgültige Festziehbedingung z. B. bei (T _H ) zu erreichen. Mit anderen Worten kann eine bestimmte Größe von Spannbelastung in das Befestigungsmittel bei der bestimmten Befestigungsbedingung eingegeben werden. Dieser Bereich der Kurve umfaßt einen im wesentlichen linearen Bereich, wie auch im Fall des Gewindeschneidbereichs. Not­ wendigerweise braucht keine Beziehung zwischen der relativ konstanten Steigung im Bereich I und in dem Bereich III bestehen. Die Steigung im Bereich III wird teilweise durch Faktoren bestimmt, die durch Fremdteile zwischen den passenden Gewindegängen, Schmiermittel zwischen den passenden Gewindegängen und Beschichtungen auf dem Befestigungsmittel unter anderen Faktoren gegeben sind. Das Befestigungsmit­ tel wird bis zu einer bestimmten Festziehbedingung angezo­ gen, die durch den Punkt H auf der Kurve angegeben ist, an dem ein weiteres Festziehen unterbrochen wird.

Eine Ausführungsform des Festzieh- und Steuersystems in der erfindungsgemäßen Ausbildung ist in Fig. 3 gezeigt. Das Festziehsystem 10 weist einen Bolzenschlüssel 12 mit einem Motor 14, einer Antriebswelle 16 und einem Antriebs­ backen 18 auf. Der Bolzenschlüssel 12 kann von irgendeinem her­ kömmlichen Typ sein und wie es am üblichsten ist, kann der Motor 14 durch Luft angetrieben sein, der durch ein elektrisch betätigtes Elektro­ magnet-Steuerventil 20 gesteuert wird. Der Motor 14 kann aber auch elektrisch, hydraulisch oder irgendeine Kombination von pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch sein. Die genauen Einzelheiten des Bolzenschlüssels sind zu einem Verständnis der Erfindung nicht erforderlich, so daß hier keine detallierte Beschrei­ bund angegeben wird.

Zwischen dem Gehäuse des Motors 14 und einem starren Rahmen 22 der den Bolzenschlüssel trägt, ist eine geeignete Umformer- oder Drehmomentzelle 24 zum Erzeugen eines sich ändernden Signals vorgesehen, das das an das Befestigungsmittel ab­ gegebene augenblickliche Drehmoment angibt. Die Drehmoment­ zelle 24 kann irgendeine aus einer Vielzahl von bekannten, herkömmlichen Einrichtungen sein, wobei sie bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ein etwas flexibles kreis­ ringförmiges Glied mit Dehnungsmeßstreifen 25 ist, die auf seiner Außenumfangsfläche so befestigt sind, daß das Reaktions­ drehmoment auf den Bolzenschlüssel gemessen und ein elektri­ sches Signal erzeugt wird. Das Reaktionsdrehmoment ist natür­ lich gleich jedoch entgegengesetzt dem an das Befestigungs­ element gegebenen Drehmoment. Auf der Antriebswelle 16 und vorzugsweise innerhalb des Motors 14 ist drehbar mit ihr ein geeigneter Codierer 26 vorgesehen, der mit einem Annäherungs­ detektor 28 zum Erzeugen von Signalen zusammenarbeitet, die die inkrementelle Winkelverschiebung oder Drehung des Befesti­ gungsmittels angeben. Der Codierer 26 kann irgendeiner aus einer Vielzahl von geeigneten Einrichtungen sein und weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Reihe von Zähnen 30 auf. Der Annäherungs­ detektor 28 erfaßt die Gegenwart von Metall und damit das Hin­ durchlaufen der Zähne und erzeugt ein elektrisches Signal, das bestimmte Inkremente der Winkeldrehung angibt. Obwohl Beispiele für Drehmoment- und Drehmeßeinrichtungen beschrie­ ben wurde, ist darauf hinzuweisen, daß irgendeine von einer Vielzahl von leicht erhältlichen Einrichtungen zum Erzielen der angegebenen Wirkungen in Verbindung mit der Erfindung be­ nutzt werden kann.

Eine Steuerschaltung 31 ist wirkungsmäßig dem Bolzenschlüssel 12 zugeordnet, um das Festziehen des Befestigungsmittels zu steuern, und weist ein Gradientenberechnungssystem auf, das den augen­ blicklichen Gradienten oder die Steigung der Drehmoment-Um­ drehungs-Kurve bestimmt.

Das Gradientenberechnungssystem weist ein Schiebere­ gister 32 auf, dem das augenblickliche Drehmomentsignal (T) zugeführt wird und dessen Ausgangssignal durch die Drehsignale (Φ) bei festen Inkrementen der Winkeldrehung getaktet wird. Das Ausgangssignal (T _A ) des Schieberegisters 32 entspricht daher dem Drehmoment von einigen Winkelgraden zuvor. Es wird über einen herkömmlichen Zweistellungsschalter 34 an einen Vergleicher 36 gegeben. Die augenblicklichen Dreh­ momentsignale (T) von der Drehmomentzelle 24 werden über einen herkömmlichen Zweistellungsschalter 38 an einen weiteren Ein­ gang des Vergleichers 36 gegeben. Der Vergleicher 36 in Form einer geeigneten Subtraktionsschaltung erhält das Signal (T) und das Signal (T _{A 1}) von dem Schieberegister 32 und erzeugt ein Ausgangssignal, das die Differenz zwischen beiden angibt. Da die Drehmomentsignale über feste Inkremente der Drehung subtrahiert werden, gibt das Ausgangssignal des Vergleichers 36 den augenblicklichen Gradienten der Drehmoment-Drehwinkel- Kurve im Gewindeschneidbereich I des Festziehvorgangs an.

An diesem Punkt ist darauf hinzuweisen, daß, obwohl die Drehmoment-Umdrehungs-Kurve in Fig. 2 im wesentlichen linear vom Punkt A bis zum Punkt B im Bereich I ist, dieser Teil der Kurve zeitweilige Spitzen enthalten kann, die durch zeit­ weiliges Pressen der passenden Gewindegänge oder durch zeit­ weiliges Beschleunigen der Drehung durch einen Mangel oder aber zuviel Schmiermittel an einem bestimmten Punkt der Ge­ windegänge für irgendein bestimmtes Befestigungsmittel bedingt sind. Das Ausgangssignal des Komparators 36, das ein Signal konstanter Größe sein würde, wenn die Drehmoment-Umdrehungs- Kurve genau linear vom Punkt A zum Punkt B verlaufen würde, kann daher bestimmte Änderungen haben. Das Gradientenberechnungs­ system kann Schaltungen zum Bestimmen und Speichern des maximalen Gradienten umfassen, der bis zu irgendeinem Punkt längs der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve erfaßt wurde, d. h. bis zu irgend­ einem Punkt im Gewindeschneidbereich I der Kurve. Tatsächlich wird der maximale Gradient, der in dem im wesentlichen linearen Teil des Bereichs I auftritt, als der Gradient für diesen Bereich der Kurve betrachtet. Nur der maximale Gradient wird gespeichert und wird der konstante Gradient des im wesentlichen linearen Teils der Kurve, wie dieses im ein­ zelnen später erläutert wird. Daher ist eine Speicherschal­ tung 52 vorgesehen, die ein den bisher aufgetretenen maxi­ malen Gradienten angebendes Signal speichert, und ein Ver­ gleicher 54 ist vorgesehen zum Vergleichen der augenblick­ lichen Gradientensignale mit dem zuvor gespeicherten maxi­ malen Gradientensignal von der Speicherschaltung 52. Ist ein augenblickliches Gradientensignal [GInst(1)] größer als ein gespeichertes Gradientensignal [G _max (1)] ist, so wird das augenblickliche Gradientensignal in der Speicherschal­ tung 52 gespeichert. Um sicherzustellen, daß das Steuersystem nicht vorzeitig vor dem Punkt A in dem Anfangs- oder Voranziehteil des Be­ reichs I abschaltet, kann die Berechnung des Drehmomentgradienten verzögert werden, bis der Punkt A′ auf dem im wesent­ lichen linearen Teil der Kurve erreicht ist. Um die Gradientenberechnungsschaltung am Punkt A′ einzuschalten, kann ein Generator 35 benutzt werden, um ein Signal zu erzeugen, das einen voreingestellten Drehmoment­ wert (T _A′ ) angibt, das in typischer Weise bei etwa 20% bis 50% des vorweggenommenen Gewindeschneiddrehmomentwertes (T _F ) liegt. Das Signal von dem Generator 35 wird zusammen mit dem Drehmomentsignal (T) von dem Bolzenschlüssel an einen Vergleicher 37 in Form einer geeigneten Subtraktions­ schaltung gegeben. Wenn der augenblickliche Drehmomentwert (T) gleich dem voreingestellten Drehmomentwert (T _A′ ) ist, wird ein Signal (P) ausgegeben, damit der Vergleicher 36 mit der Bestimmung des Drehmomentgradienten beginnen kann. Das Signal von der Speicherschaltung 52, das den maximalen Gradienten in dem im wesentlichen linearen Teil der Kurve angibt, wird an eine Teilerschaltung 56 gegeben, wo der maximale gespeicherte Gradientenwert durch einen bestimmten festen Wert geteilt wird, um das Signal zu ver­ mindern. In typischer Weise wird das maximale Gradienten­ signal auf etwa 25% bis 75% des Spitzen- oder maximalen Wertes vermindert, gewöhnlich auf etwa ²/₃ des Maximalwertes. Das verminderte Signal von der Teilerschaltung 56 [%G] wird zusammen mit dem augenblicklichen Gradientensignal von dem Vergleicher 36 an einen Vergleicher 58 in Form einer Subtraktionsschaltung gegeben. Wenn die beiden Eingangs­ signale für den Vergleicher 58 annähernd gleich sind, wird ein Ausgangssignal (S) erzeugt, das benutzt wird, um die Schalter 34 und 38 jeweils in ihre zweiten Stellungen um­ zuschalten, bei denen der Kontakt 40 mit dem Kontakt 44 und der Kontakt 46 mit dem Kontakt 50 verbunden sind. Das Ausgangs­ signal (S) gibt an, daß das Ende des Gewinde­ schneidbereichs erreicht wurde. Das heißt, der Punkt F, der den Gewindeschneid-Drehmomentwert (T _F ) in Fig. 2 angibt, wurde erreicht. Danach muß der Übergangsbereich II durchlaufen werden, bevor der Festziehbereich III erreicht wird.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, werden, wenn die Schalter 34 und 38 sich jeweils in ihren zweiten Stellungen befinden, Signale (T) von dem Bolzenschlüssel und (T _{A 2}) von dem Schieberegister 32 in einen Vergleicher 60 eingegeben, der die gleiche Funktion wie der Vergleicher 36 hat. Um irgendwelche Unge­ nauigkeiten im Bereich III der Fig. 2 zu vermeiden, kann ein zweiter Schwellwert als eine Funktion des Gewindeschneid­ drehmomentes (T _F ) benutzt werden. Dieses wird durch Bestimmung des Gewindeschneiddrehmomentes (T _F ) und durch sein Multipli­ zieren mit einer festen Konstanten erreicht, um den Anlie­ gungsdrehmomentwert für den Anziehbereich III zu erstellen. Das Signal (S) vom Vergleicher 58 betätigt einen im Ruhezu­ stand offenen Schalter 59 in seine geschlossene Stellung, wodurch das Ausgangsdrehmomentsignal (T) von dem Schrauben­ schlüssel an eine Abtast- und Halteschaltung 160 gelangen kann. Der Gewindesschneiddrehmomentwert (T _F ) wird gespeichert und ein Ausgangssignal von der Schaltung 160, das diesen an­ gibt, wird in eine Multipliziererschaltung 61 gegeben, wo es mit einer festen Konstanten (K) multipliziert wird. Die Konstante (K) kann in typischer Weise irgendein Wert zwischen 0,5 und 1,5 in Abhängigkeit von der charakteristi­ schen Form der Drehmoment-Drehwinkel-Kurve im Bereich II und der Art der festzuziehenden Verbindung sein. Ein bevorzugter Wert von 1,1 kann in den meisten Fällen benutzt werden, bei denen die Kurve ähnlich den Kurven 1 und 2 in Fig. 2 geformt ist. Das Ausgangssignal (KT _F ) vom Multiplizierer 61 wird an einen Vergleicher 63 gegeben, wobei das andere Eingangssignal für den Vergleicher 63 der augenblickliche Drehmomentwert (T) ist. Das Ausgangssignal (V) vom Vergleicher 63 dient zur Verzögerung der Berechnung des augenblicklichen Gradien­ ten in dem Vergleicher 60, bis der zweite, im wesentlichen lineare Teil der Kurve erreicht ist, wie dieses durch die Punkte G für die verschiedenen Beispiele der Kurve angegeben ist. Die Benutzung von Schwellwerten ist nur wahlweise, und das bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeig­ te Steuersystem kann auch ohne Benutzung von Schwellwerten (P) und (V) zur Einschaltung funktionieren. Der augen­ blickliche Gradient vom Vergleicher 60 wird an einen Vergleicher 64 zusammen mit einem maximalen Gradien­ tensignal von der Speicherschaltung 66 gegeben, die mit der Speicherschaltung 52 vergleichbar ist. Das maxi­ male Gradientensignal wird durch eine bestimmte feste Konstan­ te in einer Teilerschaltung 68 geteilt, und das Ausgangssignal von der Teilerschaltung 68 wird zusammen mit dem augenblicklichen Gradientensignal vom Verglei­ cher 60 an einen Vergleicher 70 gegeben, der gleich dem Vergleicher 58 ausgebildet ist. Wenn die beiden Signale annähernd gleich sind, was das Erreichen der endgültigen Festziehbedingung angibt, die durch den Punkt H im Bereich III der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve der Fig. 2 dargestellt ist, erzeugt der Vergleicher 70 ein Signal (Q) für das Elektromagnetventil 20.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das in Fig. 4 gezeigte System ist gleich einem Teil des in Fig. 3 gezeigten Systems, so daß gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauelemente benutzt werden. Das in Fig. 4 gezeig­ te Festzieh- und Steuersystem weist einen Schraubenschlüssel auf, der genau gleich dem in dem vorangegangenen Ausführungs­ beispiel ist.

Das Ausgangssignal (S) vom Vergleicher 58 wird benutzt, um einen im Ruhezustand offenen Schalter 72 zu schließen. Wenn der Schalter 72 geschlossen ist, so wird das augenblickliche Drehmomentsignal (T) an eine Abtast- und Halteschaltung 78 gegeben werden kann, die das Gewindeschneiddrehmoment (T _F ) speichert. Das Ausgangssignal (T _F ) von der Abtast- und Halteschaltung 78 wird an eine Multipliziererschaltung 80 gegeben, die den Drehmomentwert bei der ersten Bedingung mit einer festen Größe (K) multipliziert. Dieser feste Wert (K) kann für einige Verbindun­ gen durch experimentelle Versuche an Verbindungen be­ stimmt werden. Für diese Verbindungen bewirkt die Steuerung eine ausreichende Genauigkeit. Das Ausgangssignal (KT _F ) von der Multipliziererschaltung 80 wird zusammen mit dem augen­ blicklichen Drehmoment (T) vom Kontakt 76 des Schalters 72 an einen Vergleicher 82 gegeben. Wenn die zwei Si­ gnalwerte annähernd gleich sind, wird ein Abschaltsignal (U) vom Vergleicher 82 erzeugt.

In den Fig. 5 und 6 sind Steuerschaltungs-Teile gezeigt, die in die Steuerschaltung gemäß Fig. 3 parallel zum Vergleicher 60 einsetzbar sind und die dort vorgesehe­ nen Glieder ersetzen, die den Vergleicher 60 aktivieren, sobald ein bestimmter Anstieg der Kurve im Abschnitt II oder im Übergang zum Abschnitt III festgestellt wird.

Mit dem Schaltungsteil gemäß Fig. 5 wird der Gesamtdreh­ winkel (R) bestimmt, der bei Erreichen des Gewinde­ schneidedrehmoments (T _F ) vorliegt. Dann wird ein vorbe­ stimmter Drehwinkel (R _F ) zugelassen, über den sich der Schraubenschlüssel über den Punkt F in Fig. 2 weiter­ drehen kann, ehe die Steuerschaltung die Kurve weiter abtastet, um den endgültigen Festziehzustand zu bestim­ men. Dabei wird wie folgt vorgegangen:

Das Ausgangssignal (S) vom Vergleicher 58, das das Er­ reichen des Punktes (F) in Fig. 2 angibt, schließt einen im Ruhezustand offenen Schalter 100, wodurch das Dreh­ winkelsignal (R) von einer Summierschaltung 102 an eine Abtast- und Halteschaltung 104 durchgeht. Inkrementelle Drehwinkelimpulse (ΔR) vom Schraubenschlüssel werden in der Summierschaltung 102 zum Drehwinkelsignal (R) sum­ miert. Das Gesamtdrehwinkelsignal (R _F ) am Punkt F wird in der Abtast- und Halteschaltung 104 gespeichert, de­ ren Ausgangssignal (R _F ) an einem Verzögerungsglied 106 ansteht. Das Verzögerungsglied 106 gibt ein Ausgangssi­ gnal (W′) ab, sobald es von einem Vergleicher 108 ein Signal (W) erhält. Am Vergleicher 108 stehen eingangs­ seitig das Drehwinkelsignal (R) von der Summierschaltung 102 und das Drehwinkelsignal (R _T ) an, wobei letzteres den vorbestimmten Drehwinkel repräsentiert, über den sich der Schraubenschlüssel nach dem Punkt F weiterdre­ hen kann, ohne daß die Kurve weiter abgetastet wird. Das Drehwinkelsignal (R _T ) wird von einem Signalgenerator 110 bereitgestellt, der auf einen durch Versuche an ähnli­ chen Verbindungen ermittelten festen Wert eingestellt ist. Sobald die Signale (R, R _T ) annähernd gleich sind, gibt der Vergleicher 108 das Signal (W) an das Verzöge­ rungsglied 106, das daraufhin das Signal (W′) abgibt. Das Signal (W′) schaltet einen Vergleicher 112, an dem eingangsseitig das augenblickliche Gradientensignal (G _{Inst (1)}) vom Vergleicher 36 (Fig. 3) und ein vorein­ gestelltes positives Gradientensignal (+G _Inst ) eines Signalgenerators 114 anliegen. Der Signalwert des Si­ gnalgenerators 114 ist ein minimaler positiver Gradient, der erfaßt werden muß, bevor die Steuerschaltung weiter aktiviert wird, um den endgültigen Festziehzustand ent­ sprechend Punkt H im Bereich III der Kurve von Fig. 2 zu erfassen. Der minimale positive Gradient kann durch Ver­ suche bestimmt werden.

Wenn die beiden Eingangssignale am Vergleicher 112 an­ nähernd gleich sind, wird ein Ausgangssignal (X) er­ zeugt, um den Vergleicher 60 (Fig. 3) zu aktivieren. Das Signal (X) ist das die Steuerschaltung im Festziehbe­ reich III von Fig. 2 einschaltende Signal. Der übrige Teil der Steuerschaltung arbeitet in der anhand von Fig. 3 erläuterten Weise.

Bei dem Steuerschaltungsteil von Fig. 6 wird nach dem Erreichen des Gewindeschneidedrehmomentes (T _F ) ein nega­ tiver Gradient ermittelt, wie er sich bei Verbindungen mit den Drehmoment-Drehwinkel-Kurven 1 und 2 in Fig. 2 durch den Abfall der Kurve nach dem Punkt F ergibt. Nach Auftreten dieses negativen Gradienten wird die Steuer­ schaltung durch Erfassen eines minimalen positiven Gra­ dienten, wie er sich bei dem neuerlichen Anstieg der Kurven 1 und 2 ergibt, aktiviert. Auch bei dem Steuer­ schaltungsteil gemäß Fig. 6 sind die in Fig. 3 zum Er­ zeugen des Signals V für den Vergleicher 60 vorgesehe­ nen Glieder weggelassen.

Das Ausgangssignal (S) des Vergleichers 58 schließt einen im Ruhezustand offenen Schalter 120, so daß das augenblickliche Gradientensignal (G _{Inst (1)}) vom Ver­ gleicher 36 einem Eingang eines weiteren Vergleichers 122 zugeht. Der andere Eingang dieses Vergleichers 122 erhält von einem Signalgenerator 123 ein negatives Si­ gnal (-G), das ein endliches, negatives Gradientensi­ gnal ist. Sobald die Drehmoment-Drehwinkel-Kurve (1 oder 2) in Fig. 2) beim Abfallen eine negative Steigung er­ reicht, die im wesentlichen gleich dem negativen Signal (-G) des Signalgenerators 123 ist, erzeugt der Verglei­ cher 122 ein Ausgangssignal (Y), das benutzt wird, ei­ nen weiteren Vergleicher 124 zu aktivieren, an dem ein­ gangsseitig das augenblickliche Gradientensignal und ein Signal (+G _Inst ) eines weiteren Signalgenerators 126 an­ liegt. Der Wert eines einen solchen minimalen positiven Gradienten repräsentierenden Signals (+G _Inst ) kann durch Versuche bestimmt werden. Der Vergleicher 124 gibt dann ein Signal (Z) ab um den Vergleicher 60 zu aktivieren, der den Gradienten (G _{Inst ( 2)}) im Festziehbereich III der Kurve von Fig. 2 bestimmt, sowie dies in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wurde.

Sind die Drehmoment-Drehwinkel-Kurven der Verbindung so wie die Kurven 3 und 4 in Fig. 2, dann können der Ver­ gleicher 122 und der Signalgenerator 123 von Fig. 6 weg­ gelassen werden. Dann wird nämlich, nachdem das Gewin­ deschneidemoment (T _F ) erreicht ist und der Schalter 120 geschlossen ist, ein minimaler positiver Gradient mit­ tels des Vergleichers 124 gesucht, der anzeigt, daß der Festziehbereich III erreicht wurde. Bei den Kurven 3 und 4 gibt es nämlich nach dem Punkt F in Fig. 2 keinen Ab­ fall in der Kurve mehr, der bei der Auswertung unter­ sucht werden könnte.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung mit einer selbstschneidenden Schraube, gekennzeichnet durch eine Drehmoment/Drehwinkel-Kurve oder Drehmoment/Zeit- Kurve des Anziehvorgangs, die bei mittleren Drehmomen­ ten einen Bereich geringer oder negativer Steigung durchläuft, durch eine Schaltung zur Ermittlung des Be­ ginns dieses Bereiches, welche eine Meßeinrichtung zur Messung des Drehwinkels, der Zeit und/oder des Drehmo­ ments, eine Berechnungsschaltung zur Berechnung der Steigung der Kurve oder einen repräsentativen Wert hierfür, und einen nachgeschalteten Vergleicher mit ei­ nem Schwellwert enthält, und durch eine Schalteinrich­ tung, die vom Vergleicher aktiviert wird, den Abschalt­ zeitpunkt nach Durchlaufen des Bereichs negativer oder geringer Steigung ermittelt und ein Abschaltsignal ab­ gibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Drehmomentzelle (24) mit Dehnungsmeßstreifen (25) und einen inkrementelle Dreh­ winkelsignale abgebenden Näherungsdetektor (28) auf­ weist, der ein an die Dehnungsmeßstreifen (25) ange­ schlossenes Schieberegister (32) taktet.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltung (31) zum Abtasten des Kurvenverlaufs bis zum Beginn (F) des Bereiches einen ersten Schaltungsteil und zum Abtasten des weiteren Kur­ venbereichs einen zweiten, über Schalter (34, 38; 72; 100; 120) zuschaltbaren Schaltungsteil aufweist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im ersten Schaltungsteil ein an das Schieberegister (32) und die Dehnungsmeßstreifen (25) angeschlossener Vergleicher (36) und ein diesem nachge­ setzter Vergleicher (54) mit einem parallelen Gradien­ tenspeicher (52) vorgesehen sind, und daß dem Verglei­ cher (54) parallel ein vom Speicher (52) über eine Tei­ lerschaltung (56) und vom Vergleicher (36) ansteuerbarer Vergleicher (58) zugeordnet ist, mit dem das Schalter- Schaltsignal (S) erzeugbar ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im zweiten Schaltungsteil über die Schalter (34, 38) ein an das Schieberegister (32) und die Dehnungsmeßstreifen (25) anschließbarer Vergleicher (60), ein diesem nachgeschalteter Vergleicher (64) und ein diesem paralleler Gradientenspeicher (66) vorgesehen sind, und daß die Schaltereinrichtung für das Abschalt­ signal einen weiteren Vegleicher (70) aufweist, der an den Speicher (66) über eine Teilerschaltung (68) und an den Vergleicher (60) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem zweiten Schaltungsteil eine Akti­ vierschaltung zum Erzeugen eines den Vergleicher (60) aktivierenden Signals (V) zugeordnet ist, die einen Ver­ gleicher (63) enthält, der über den Schalter (38) von den Dehnungsmeßstreifen (25) und über einen vom Verglei­ cher (58) des ersten Schaltungsteils aktivierbaren Schalter (59), einer diesem nachgeschalteten Halteschal­ tung (60) und einem Multiplikationsglied (61) ansteuer­ bar ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem ersten Schaltungsteil eine Fügemo­ mentschaltung zum Erzeugen eines den Vergleicher (36) aktivierenden Signals (P) zugeordnet ist, die einen Ver­ gleicher (37) enthält, der von einem Moment-Signalgene­ rator (35) und den Dehnungsmeßstreifen (25) angesteuert wird.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Schaltungsteil eine Halte­ schaltung (78) mit nachgeschaltetem Multiplikationsglied (80) enthält, und daß die Schalteinrichtung für das Ab­ schaltsignal einen Vergleicher (82) enthält, der vom Multiplikationsglied (80) über den Schalter (72) von den Dehnungsmeßstreifen (25) ansteuerbar ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Schaltungsteil zum Erzeugen eines den Vergleicher (60) aktivierenden Signals (X) ei­ nen Vergleicher (112) enthält, der über einen Gradien­ ten-Signalgenerator (114) und den Vergleicher (36) des ersten Schaltungsteils ansteuerbar und mittels eines Signals (W′) aktivierbar ist, das von einer über ein Verzögerungsglied (106) vorgeschalteten Halteschaltung (104) erzeugbar ist, wobei die Halteschaltung (104) über den vom Vergleicher (58) schließbaren Schalter (100) an eine an den Näherungsdetektor (28) angeschlossene Sum­ mierschaltung (102) anschließbar ist, die parallel zur Halteschaltung (104) einen Vergleicher (108) zum Erzeu­ gen eines das Verzögerungsglied (106) entsperrenden Si­ gnals (W) ansteuert, an den ein Drehwinkel-Signalgenera­ tor (110) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Schaltungsteil zum Erzeugen eines den Vergleicher (60) aktivierenden Signals (Z) ei­ nen Vergleicher (124) enthält, der an einen Gradienten­ signalgenerator (126) und über den vom Vergleicher (58) schließbaren Schalter (120) an den Vergleicher (36) des ersten Schaltungsteils angeschlossen ist, und daß der Vergleicher (124) mit einem von einem Vergleicher (122) erzeugbaren Signal (Y) aktivierbar ist, wobei der Ver­ gleicher (122) vom Vergleicher (36) und von einem Negativ-Gradienten-Signalgenerator (123) ansteuerbar ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Schaltungsteil zum Erzeugen eines Signals (Z) zum Aktivieren des Vergleichers (60) einen ständig aktivierten Vergleicher (124) enthält, der von einem Gradientensignalgenerator (126) und über den vom Vergleicher (58) schließbaren Schalter (120) an den Vergleicher (36) des ersten Schaltungsteils angeschlos­ sen ist.