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Title:
SCREWING TOOL FOR CONFORMAL SCREWING, AND METHOD THEREFOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/014233
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a screwing tool (1) for the controlled screwing of screwable assembly elements (2) by a set-point angle of rotation. Said screwing tool (1) comprises a protractor (4a) and a torque meter (4b) such that a correction angle can be determined according to the measured torque and the characteristic curve for the torsional rigidity of the screwing tool in order to continue rotating the screwing tool (1) by said correction angle in addition to the angle of rotation indicated by the protractor (4a). Said correction allows the angle error created by twisting the screwing tool (1) to be cancelled. Also disclosed are methods which ensure that conformal screwing processes can be performed.

Inventors:
BRAEUER CHRISTIAN (AT)
HOLL STEFAN (DE)
Application Number:
PCT/DE2004/001116
Publication Date:
February 17, 2005
Filing Date:
June 02, 2004
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
BRAEUER CHRISTIAN (AT)
HOLL STEFAN (DE)
International Classes:
B23P19/06; B25B23/14; B25B23/142; (IPC1-7): B25B23/142; B25B23/14
Foreign References:
US4106570A1978-08-15
US4161221A1979-07-17
US4685050A1987-08-04
US6161629A2000-12-19
DE4235954A11993-05-19
US5105519A1992-04-21
DE19639566A11998-04-23
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (Stuttgart, DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE
1. Schraubwerkzeug zum kontrollierten Einschrauben von schraub baren Montageelementen um einen Solldrehwinkel umfassend eine Schraubspindel und einen Winkelmesser, dadurch gekennzeich net, dass das Schraubwerkzeug (1) einen Drehmomentmesser (4b), sodass in Abhängigkeit vom gemessenen Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs (1) ein Korrekturwinkel bestimmbar ist, um den das Schraubwerk zeug (1) zusätzlich zu dem von dem Winkelmesser (4a) ange zeigten Drehwinkel weiterzudrehen ist.
2. Schraubwerkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug eine Auswertund Ausgabeeinheit um fasst, durch welche in Abhängigkeit vom gemessenen Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs (1) ein Korrekturwinkel bestimmbar ist, um den das Schraub werkzeug (1) zusätzlich zu dem von dem Winkelmesser (4a) an gezeigten Drehwinkel weiterzudrehen ist.
3. Schraubwerkzeug gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug eine Steuereinheit umfasst, durch die der tatsächlichen Wert des Drehwinkels ermittelbar, mit dem Solldrehwert abgleichbar und am Montageelement (2) um setzbar ist.
4. Verfahren zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen mit einem Schraubwerkzeug, die eine Schraub spindel, ein Drehmomentmesser und einen Winkelmesser umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs (1) ermittelt wird, das Montageelement (2) eingedreht wird, bis der Winkelmes ser (4a) den Wert des Solldrehwinkels anzeigt, von dem Drehmomentmesser (4b) das Drehmoment gemessen wird, ein Korrekturwinkel, der abhängig vom Drehmoment beim Soll drehwinkel und damit von der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubelements (1) ist, bestimmt wird, das Montageelement (2) um den Korrekturwinkel weitergedreht wird.
5. Verfahren zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen mit einem Schraubwerkzeug, die eine Schraub spindel, ein Drehmomentmesser und einen Winkelmesser umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs (1) ermittelt wird, b) ein Solldrehwinkel vorgegeben wird, c) das Montageelement (2) eingedreht wird, d) von dem Drehmomentmesser (4b) das Drehmoment gemessen wird, e) ein Korrekturwinkel, der abhängig vom Drehmoment beim mo mentanen Drehwinkel und damit von der Torsionssteifigkeits kennlinie des Schraubwerkzeugs (1) ist, bestimmt wird, f) der tatsächliche Drehwinkel berechnet wird, indem die Dif ferenz zwischen momentanem Drehwinkel und Korrekturwinkel ge bildet wird, g) abgefragt wird, ob tatsächlicher Drehwinkel und Solldreh winkel sich bis auf vorgegebenen Toleranzbereich angenähert haben, h) wenn ja, ist der Eindrehvorgang beendet, wenn nein, weiter mit c) und den folgenden Schritten.
Description:
Schraubwerkzeug für winkelgetreues Einschrauben, sowie Verfahren hierfür Die Erfindung betrifft ein Schraubwerkzeug zum kontrollierten Ein- schrauben von schraubbaren Montageelementen um einen Solldrehwin- kel sowie ein Verfahren für die winkelgetreue Einschraubung.

Stand der Technik Moderne Schraubanlagen stellen den Grad der Verschraubung mittels Drehmomentüberwachung oder Winkelzug sicher.

Bei der Drehmomentüberwachung wird das aktuelle Drehmoment gemes- sen und das Montageelement nicht weiter als bis zum Erreichen ei- nes vorgegebenen Wert des Drehmoments, des Solldrehmoments, ge- dreht.

Mit dem Winkelzug wird eine bestimmter Wert für einen Eindrehwin- kels, der Solleindrehwinkel, vorgegeben und das Montageelement nur um diesen Eindrehwinkel eingeschraubt.

Mit diesen Massnahmen soll sichergestellt werden, dass das Monta- geelement, bei dem es sich um eine Schraube, eine Mutter oder ein einschraubbares funktionales Bauteil, wie beispielsweise eine Zündkerze, eine Elektrode oder ein Ventil handeln kann, einerseits so fest verschraubt ist, um die gewünschte Fixierung zu erreichen, andererseits die Verschraubung nicht so fest ausgeführt wird, dass es zu Schäden an den Gewinden oder sogar an dem Bauteil kommt.

Nachteile des Standes der Technik Bei der Winkelzugmethode wird trotz des eingestellten Solldrehwin- kels das Montageelement häufig nicht bis zum gewünschten Drehwin- kel eingeschraubt. Die Ursache dafür liegt darin, dass das Schraubwerkzeug selbst beim Drehen eine Torsion erfährt, die bei der Winkelmessung unberücksichtigt bleibt. Dieser Fehlwinkel kann. nicht durch das Hinzufügen eines Pauschalbetrags zum Solldrehwin- kel korrigiert werden, da die Torsion des Schraubwerkzeug ein kom- plexer Prozess ist. Der tatsächliche Eindrehwinkel lässt sich im Nachhinein nur dadurch bestimmen, dass nach Absetzten des Schraub- werkzeugs vom Montageelement ein Fehlwinkel vom Solldrehwinkel ab- gezogen wird. Der Fehlwinkel kann durch die Vermessung der Rest- entspannung bestimmt werden. Er ergibt sich als der Winkel, der beim Zurückdrehen der bei dem Einschraubprozess aufgetretenen Tor- sion des Schraubwerkzeugs entsteht. Eine genaue Voreinstellung des Drehwinkels ist nicht möglich.

Bei der Drehmomentüberwachung hängt der Grad der Verschraubung stark von den beteiligten Schraubflächen ab, also von verwendeten Schmierfetten, Verschmutzungen, Fertigungstoleranzen usw. Die Streuung der Drehwinkel variiert demzufolge über einen großen Be- reich.

Aufgabe der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Montageelement einzu- schrauben und dabei einen vorgegebenen Eindrehwinkel exakt oder im Rahmen einer definierten Toleranz einzuhalten.

Lösung der Aufgabe Die Lösung der Aufgabe besteht darin, ein Schraubwerkzeug vorzu- stellen, das neben einem Winkelmesser einen Drehmomentmesser um- fasst, sodass in Abhängigkeit von einem gemessenen Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs ein Korrek- turwinkel bestimmbar ist, um den das Schraubwerkzeug zusätzlich zu dem von dem Winkelmesser angezeigten Drehwinkel weitergedreht wird.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren gelöst, das die fol- genden Verfahrensschritte umfasst : Die Torsionssteifigkeit des Schraubwerkzeugs wird in Abhängigkeit vom Drehmoment ermittelt und als Kennlinie gespeichert, das Montageelement wird um den Soll- drehwinkel eingedreht, das Drehmoment wird gemessen, ein Korrek- turwinkel, der abhängig vom Drehmoment beim Solldrehwinkel und da- mit von der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubelements ist,

wird bestimmt und das Montageelement wird um den Korrekturwinkel weitergedreht.

Vorteile der Erfindung Mithilfe des erfindungsgemäßen Schraubwerkzeugs kann der Fehlwin- kel, der durch die Torsion des Schraubwerkzeuges entsteht, behoben werden und ein präziser Winkelzug ist möglich.

Dieser Fehler entsteht vor allem, weil der Winkelmesser am Schraubwerkzeug nicht so angebracht ist, das er unmittelbar an das schraubbare Montageelement anschliesst. Das heisst, es wird immer einen Abschnitt. des Schraubwerkzeuges geben, der sich zwischen Montageelement und Winkelmesser befindet. Dieser erfährt durch die Kraftausübung des Schraubwerkzeugantriebes eine Torsion.

Um den Fehlwinkel zu korrigieren, der dadurch entsteht, ist es notwenig, zunächst die Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraub- werkzeugs zu bestimmen, insbesondere des Werkzeugabschnitts, der zwischen Winkelmesser und Montageelement liegt. Dazu wird die Tor- sionssteifigkeit in Abhängigkeit vom Drehmoment erfasst und als Kennlinie aufgenommen.

Wird das Montageelement nun angezogen und das vorliegende Drehmo- ment vom im erfindungsgemäßen Schraubwerkzeug befindlichen Drehmo- mentmesser erfasst, so kann aus diesem zusammen mit der Torsions- steifigkeitskennlinie der Winkel berechnet werden, um den das Schraubwerkzeug gedreht ist. Dieser Fehlwinkel wird zum bisher ge- drehten Winkel hinzuaddiert, sodass das Montageelement tatsächlich präzise um den Solldrehwinkel gedreht werden kann.

Die Berechnung des Fehlwinkels kann aufgrund der gemessenen Werte vom Bediener vorgenommen werden.

Bevorzugt wird der Korrekturwinkel jedoch von einer Auswert-und Ausgabeeinheit, die mit dem Schraubwerkzeug verbunden ist, be- stimmt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Schraubwerkzeug mit einer Steuereinheit ausgestattet, welche dafür sorgt, dass der während des Einschraubvorgangs bestimmte Korrekturwinkel direkt auf den bereits ausgeführten Solldrehwinkel aufgeschlagen wird.

Das Schraubwerkzeug kann als handgehaltenes Werkzeug ausgeführt sein, das über ein entsprechendes Anzeigeelement verfügt. Es kann auch als vollautomatisches Werkzeug in einer Fertigungsstrasse eingesetzt werden oder als Werkzeugelement eines Roboters verwen- det werden. Für den automatisierten Einsatz ist es günstig, wenn das Schraubwerkzeug über eine Schnittstelle verfügt, mittels derer die Torsionssteifigkeitskennlinie und die Solldrehwinkel einpro- grammierbar sind.

Das Werkzeug kann auch mit einem Selbsttestvorrichtung ausrüstbar sein, sodass die Torsionssteifigkeitskennlinie jederzeit aufnehm- bar ist. Treten Abweichungen im Verlauf der Torsionssteifigkeits- kennlinie auf, die über eine bestimmte Variation gegenüber einer Ausgangskennlinie hinausgehen, so kann dies ein Zeichen für einen Qualitätsverlust des Werkzeuges, beispielsweise durch Materialer- müdung oder einen Bruch sein. Das Werkzeug verfügt damit also über einen Kontrollmechanismus, der die eigene Funktionsfähigkeit über- wacht.

Das erfindungsgemäße Schraubwerkzeug wird vorteilhafterweise ein- gesetzt, indem das Schraubwerkzeug das Montageelement zunächst so- weit eindreht, bis der vorgegebene Solldrehwinkel erreicht ist, dann der Korrekturwinkel bestimmt wird und das Schraubwerkzeug das Montageelement noch um den Korrekturwinkel weiterdreht.

In einem alternativen Verfahren kann jederzeit der tatsächliche Drehwinkel des Montageelements ermittelt werden, indem vom Dreh- winkel des Schraubwerkzeugs der drehmoment-und torsionsabhängige Korrekturwinkel abgezogen wird. Dazu muss das Drehmoment kontinu- ierlich während des Eindrehvorgangs erfasst werden und ebenso kon- tinuierlich der Korrekturwinkel bestimmt werden. Erst wenn der tatsächliche Drehwinkel des Montageelements den vorgegebenen Soll- drehwinkel erreicht hat, bzw. sich ihm innerhalb eines Toleranzbe- reiches nähert, ist der Eindrehvorgang zu beenden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, Zeichnung sowie den Ansprüchen hervor.

Zeichnung Es zeigt : Figur 1 eine schematische Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Schraubwerkzeug ;

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels Figur-1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schraubwerkzeugs 1, das für das Einschrauben eines Montageelements 2 eingesetzt wird.

Das Schraubwerkzeug 1 umfasst eine Schraubspindel 3 und eine Mess- einheit 4, in welcher mit einem Winkelmesser 4a der Wert des Dreh- winkels und mit einem Drehmomentmesser 4b der Wert des Drehmoments erfasst werden.

Die Messeinheit 4 kann nicht unmittelbar an der Werkzeugangriffs- fläche 5 montiert werden, daher gibt es stets einen Fehlwinkel, der durch die Torsion des Abschnitts 7 zwischen Messeinheit 4 und Angriffsfläche 5 entsteht.

Für einen Eindrehvorgang wird zunächst die Torsionssteifigkeits- kennlinie des Schraubwerkzeuges erfasst. Nun wird das Schraubwerk- zeug 1 an das Montageelement 2 gebracht und dieses soweit gedreht, bis die Messeinheit 4 den Wert eines vorgegebenen Solleindrehwin- kels anzeigt. Gleichzeitig wird das Drehmoment erfasst. Aus dem Drehmoment und der Torsionssteifigkeitskennlinie wird nun der Win- kel berechnet, um den sich der Abschnitt 7 des Schraubwerkzeugs 1 zwischen Montageelement 2 und Messeinheit 4 gedreht hat. Um diesen Korrekturwinkel muss das Montageelement 2 noch weiter gedreht wer- den. Erst dann ist auch das Montageelement 2 um den Solldrehwinkel gedreht worden.