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Dokumentenidentifikation DE102004058338A1 08.06.2006
Titel Steuerung eines Schraubvorgangs
Anmelder Werner, Karl-Heinz, Dipl.-Ing., 45549 Sprockhövel, DE
Erfinder Werner, Karl-Heinz, Dipl.-Ing., 45549 Sprockhövel, DE
Vertreter Wenzel & Kalkoff, 58452 Witten
DE-Anmeldedatum 02.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004058338
Offenlegungstag 08.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.2006
IPC-Hauptklasse B25B 21/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B25B 23/145(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Schraubvorgangs mit einem Schraubsystem aus mindestens einem hydraulisch betriebenen Kraftschrauber mit einer Kolben-Zylinder-Einheit, die über jeweils einen auf einer Lasthubseite und einer Rückhubseite angeordneten Hydraulikschlauch mit einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen Pumpe verbunden ist. Damit die Vorrichtung das einfache und zuverlässige Herstellen sowie Kontrollieren der hergestellten Schraubverbindungen ermöglicht, ist eine mit den Hydraulikschläuchen verbindbare Abtasteinheit zur Erfassung des Drucks auf der Lasthubseite und der Durchflußmenge auf der Rückhubseite und/oder der Lasthubseite der Kolben-Zylinder-Einheit, eine mit der Abtasteinheit verbundene, eine Auswertelektronik aufweisende Steuereinheit mit einer Eingabeeinheit und einer Ausgabeeinheit, wobei die Eingabeeinheit mindestens zum Eingeben des Kraftschraubertyps und die Ausgabeeinheit zur Anzeige des durch die Auswertelektronik ermittelten Drehmoments für den an der Antriebseinheit eingestellten Druck und zur Anzeige, ob ein weiterer Arbeitsvorgang durchgeführt werden muß oder ob der Schraubvorgang abgeschlossen ist, vorgesehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Schraubvorgangs mit einem Schraubsystem aus mindestens einem hydraulisch betriebenen Kraftschrauber mit einer Kolben-Zylinder-Einheit, die über jeweils einen auf einer Lasthubseite und einer Rückhubseite angeordneten Hydraulikschlauch mit einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen Pumpe verbunden ist.

Ein oder mehrere Kraftschrauber der eingangs genannten Art bilden mit der Antriebseinheit ein Schraubsystem, welches zur Herstellung von Schraubverbindungen eingesetzt wird. Der Kraftschrauber besteht dabei aus einer Kolben-Zylinder-Einheit, die über Hydraulikschläuche mit einer Antriebseinheit verbunden ist. Die Antriebseinheit kann hierbei mit einem oder mehreren Kraftschraubern verbunden sein, so daß eine oder mehrere Schraubverbindungen gleichzeitig hergestellt werden können. An der Antriebseinheit befinden sich u.a. ein Umschaltventil zum Umsteuern von Last-in Rückhübe, ein Druckdrehmomentventil, an dem der dem gewünschten Drehmoment entsprechende Druck eingestellt wird und ein Druckanzeigegerät an dem der sich einstellende Druck angezeigt wird.

Eine Schraubverbindung ist hergestellt, wenn das vorher festgelegte Drehmoment erreicht ist, nämlich dann, wenn sich die anzuziehende Schraube bei dem dem gewünschten Drehmoment entsprechenden Druck nicht mehr weiterdreht. Der Schraubvorgang setzt sich dabei aus mehreren Arbeitsvorgängen zusammen, bei dem die Kolben-Zylinder-Einheit jeweils einen Last- und einen Rückhub ausübt.

Bei den bekannten Kraftschraubern der eingangs genannten Art wird beispielsweise durch die Kolben-Zylinder-Einheit über einen Hebel ein Ratschenrad jeweils um ein Winkelsegment weitergedreht. Die Antriebseinheit versorgt den Kraftschrauber dabei mit hydraulischer Energie in Form von Volumenstrom und Druck. Der Volumenstrom sorgt hierbei für die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit und der Druck für die Kraft, die über die Kolbenfläche der Kolben-Zylinder-Einheit und den Hebel an einer Buchse ein Drehmoment erzeugt, mit dem die Schraubverbindung hergestellt wird.

Der Druck, der am Druckdrehmomentventil der Antriebseinheit eingestellt wird, entspricht somit dem Drehmoment der Schraubverbindung. Ein Schraubvorgang wird solange mit Lasthüben mit ansteigendem Druck durchgeführt, bis der am Druckdrehmomentventil eingestellte Druck erreicht ist und sich die anzuziehende Schraube bei dem Drehmomentdruck nicht mehr dreht, was bedeutet, daß die Schraube angezogen bzw. nachgezogen ist oder sich gesetzt hat.

Bei herkömmlichen Kraftschraubern muß das Bedienpersonal vor Beginn des Arbeitsvorgangs den erforderlichen Druck am Durckdrehmomentventil an der Antriebseinheit einstellen. Das Bedienpersonal kennt das Drehmoment, mit dem die jeweilige Schraube angezogen werden soll und den zur Herstellung der Schraubverbindung verwendeten Kraftschrauber. Anhand des Kraftschraubertyps und einer größenspezifischen Drehmomenttabelle muß der Bediener den erforderlichen Druck manuell ermitteln.

Nach Einstellung des Drucks beobachtet das Bedienpersonal den Arbeitsvorgang des Kraftschraubers. Der Bediener leitet den Lasthub manuell ein und schaltet nach dessen Beendigung das Umschaltventil an der Antriebseinheit derart, daß der Rückhub eingeleitet wird. Generell besteht für das Bedienpersonal die Schwierigkeit zu erkennen, wann die jeweiligen Last- und Rückhübe eines Arbeitsvorgangs beendet sind. Dies ist insbesondere beim Einsatz mehrerer Kraftschrauber der Fall, die z.B. eingesetzt werden, um Maschinenteile oder Flansche gleichmäßig und/oder schneller zu verschrauben.

Allein das Bedienpersonal entscheidet, ob ein Schraubvorgang einwandfrei durchgeführt und beendet wurde und ob die Schraubverbindung mit dem gewünschten Drehmoment hergestellt ist. Das Bedienpersonal muß dabei kontrollieren, ob die Schraubverbindung mit steigenden Lasthüben erfolgt ist. Hierzu muß das Druckanzeigegerät an der Antriebseinheit beobachtet werden, um zu erkennen, ob der Drehmomentdruck erreicht ist. Ist dies der Fall, dann muß ferner kontrolliert werden, ob sich die Kolben-Zylinder-Einheit noch bewegt, was bedeuten würde, daß die Schraube noch nachgezogen wird oder sich gerade setzt. Ein Beendigung der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit kann bedeuten, daß der Kolben seine Endstellung erreicht hat. Es kann jedoch auch bedeuten, daß die Schraubverbindung in der erforderlichen Weise hergestellt wurde. Das Bedienungspesonal muß in jedem Fall noch eine Rückhub und einen weiteren Lasthub durchführen und dabei das Drehen der Schraube und das Druckanzeigegerät beobachten.

Sämtliche bei der Bedienung der eingangs beschriebenen Kraftschrauber erforderlichen Tätigkeiten unterliegen der Einschätzung und Beurteilung des Bedienpersonals, welches entsprechend geschult sein muß, so daß hierfür hohe Personalkosten anfallen. Überdies wird vom Bedienpersonal eine andauernde erhöhte Aufmerksamkeit gefordert. Trotzdem kann nicht mit ausreichender Sicherheit gewährleistet werden, daß die Schraubverbindungen in der geforderten Weise hergestellt werden. Um dies zu gewährleisten, werden in der Regel zusätzliche Kontrollen durchgeführt, wodurch sich jedoch zusätzliche Personalkosten ergeben. Zudem kann aufgrund der Tatsache, daß die Herstellung der Schraubverbindung allein dem Bedienpersonal obliegt, nicht überprüft und dokumentiert werden, daß die Schraubverbindungen tatsächlich ordnungsgemäß hergestellt wurden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, das eine einfache und zuverlässige Herstellung sowie Kontrolle der hergestellten Schraubverbindungen ermöglicht.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs i und ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 – 6 dargestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 8 bis 10 dargestellt.

Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine mit den Hydraulikschläuchen verbindbare Abtasteinheit zur Erfassung des Drucks auf der Lasthubseite und der Durchflußmenge auf der Rückhubseite oder Lasthubseite, eine mit der Abtasteinheit verbundene, eine Auswertelektronik aufweisende Steuereinheit mit einer Eingabeeinheit und einer Ausgabeeinheit, wobei die Eingabeeinheit mindestens zum Eingeben des Kraftschraubertyps und die Ausgabeeinheit zur Anzeige des durch die Auswertelektronik ermittelten Drehmoments für den an der Antriebseinheit eingestellten Druck und zur Anzeige, ob ein weiterer Arbeitsvorgang durchgeführt werden muß oder ob der Schraubvorgang abgeschlossen ist ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit bekannten Kraftschraubern kombiniert werden, wobei die Abtasteinheit lediglich zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und der Antriebseinheit angeordnet wird, nämlich derart, daß die Abtasteinheit die Durchflußmenge auf der Rückhubseite und/oder Lasthubseite und den Druck auf der Lasthubseite des hydraulischen Kraftschraubers aufnimmt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es somit, bei der vorzugsweise auf der Rückhubseite erfolgenden Durchflußmengenmessung, bei herkömmlichen Kraftschraubern den aus dem Kraftschrauber zurückfließenden Ölstrom und den Arbeitsdruck bzw. Drehmomentdruck zu messen. Diese Daten werden von der Auswertelektronik mit den vom Bediener eingegebenen Werten kombiniert und über die Ausgabeeinheit zeigt die Vorrichtung dem Bediener an, ob ein weiterer Arbeitsvorgang mit einem erneuten Last- und Rückhub der Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführt werden muß oder ob der Schraubvorgang beendet ist, d.h. die Schraube mit dem geforderten Drehmoment angezogen wurde.

Des weiteren erlaubt die universell einsetzbare Vorrichtung die Kontrolle der Funktionstauglichkeit der Kolben-Zylinder-Einheit sowie das Auffinden von Undichtigkeiten im Kraftschrauber.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt dem Bedienpersonal, die Beendigung des Schraubvorgangs an, wenn bei dem zuvor eingestellten Drehmomentdruck am Durchflußmesser kein Durchfluß mehr messbar ist. Um dabei jedoch auszuschließen, daß der nicht gemessene Volumenstrom allein daraus resultiert, daß der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit seinen maximalen Verfahrweg erreicht hat, wird im Anschluß an eine solche Messung ein Kontrollhub ausgeführt. Wird auch bei diesem Kontrollhub beim eingestellten Druck keine Durchflußmenge gemessen, dann zeigt die Vorrichtung dem Bediener an, daß der Schraubvorgang beendet ist. Fehlbedienungen durch das Personal, die zur verfrühten Beendigung des Schraubvorgangs führen können, werden somit wirkungsvoll vermieden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Dokumentationseinheit auf, die jeden durchgeführten Schraubvorgang dokumentiert. Hierzu kann die Vorrichtung über die Eingabeeinheit der Steuereinheit mit zusätzlichen Daten, beispielsweise über den Ort, den Bediener, die Uhrzeit oder dergleichen, sofern diese nicht bereits nach dem Einrichten automatisch aktualisiert wird, versorgt werden. Die Dokumentationseinheit ermöglicht es, zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt nachzuweisen, daß die durchgeführten Schraubvorgänge ordnungsgemäß ausgeführt wurden. Die Speicherung der Daten erfolgt dabei vorzugsweise auf einem elektronischen Datenträger wie einer Festplatte, einer Diskette, einer CD oder dergleichen. Überdies besteht ferner die Möglichkeit, über eine vorteilhafterweise vorzusehende Ein- und Ausgabeschnittstelle an der Steuereinheit die Daten des jeweiligen Schraubvorgangs an einem PC oder dergleichen auszugeben.

Die Ein- und Ausgabeschnittstelle kann überdies dazu genutzt werden, um die Auswertelektronik der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu aktualisieren. Hierbei ist es insbesondere denkbar, spezifische Daten über noch nicht erfaßte oder neu auf dem Markt verfügbare Kraftschrauber in die Auswertelektronik zu übertragen, so daß die universelle Einsetzbarkeit der Vorrichtung erhalten bleibt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung derart mit der Antriebseinheit verbindbar ausgebildet, daß der Schraubvorgang automatisch ausgeführt wird. Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung entfällt das vom Bediener auszuführende Umschalten der Antriebseinheit vom Lasthub in einen Rückhub, so daß einer Fehlbedienung in ergänzender Weise vorgebeugt wird. Das Bedienpersonal muß lediglich den Schraubvorgang einleiten. Im Anschluß daran steuert die gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung direkt mit der Antriebseinheit gekoppelte Vorrichtung selbsttätig die Antriebseinheit.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Möglichkeit, diese mit jeder Art von herkömmlichen Kraftschraubern zu kombinieren, so daß diese dann derart von dem Bedienpersonal verwendet werden können, daß Fehlbedienungen weitgehend vermieden werden können. Darüber hinaus ist es jedoch gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch möglich, die Vorrichtung als integralen Bestandteil einer Antriebseinheit vorzusehen. Hierdurch wird insbesondere die Kompaktheit und Handlichkeit verbessert. Überdies kann die Herstellung der Schraubverbindungen in ergänzender Weise beschleunigt werden.

Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß der Druck auf der Lasthubseite und der Durchfluß auf der Rückhubseite und/oder Lasthubseite gemessen wird und angezeigt wird, daß der Schraubvorgang beendet ist, wenn bei zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen auf der Lasthubseite ein an der Antriebseinheit eingestelltes Drehmoment erreicht ist und gleichzeitig kein wesentlicher Durchfluß meßbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine Anzeige „Schraubvorgang beendet" erst dann erscheint, wenn die Schraube tatsächlich mit dem geforderten Drehmoment angezogen ist. Durch die zwei aufeinanderfolgenden Lasthübe mit vorgegebenem Drehmoment und fehlendem Durchfluß wird dabei gewährleistet, daß auch Bewegungen der Schraube durch Nachziehen oder Setzen berücksichtigt werden, so daß im besonderen Maße sichergestellt wird, daß die Schraubvorgänge in geforderter Weise abgeschlossen sind.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor Beginn des Schraubvorgangs eine Kalibrierung durchgeführt, bei der die Kolben-Zylinder-Einheit bis zum Anschlag verfahren wird, d.h. ihren maximalen Verfahrweg erreicht hat, und der Druck bis auf den eingestellten Drehmomentdruck erhöht wird, wobei die Steigung des Drehmomentdrucks über die Zeit in einer Auswertelektronik gespeichert wird. Dieser Kalibriervorgang ermöglicht es, eine Referenzkurve aufzunehmen, anhand derer die Auswertelektronik erkennt, ob der Schraubvorgang beendet ist. Zudem ermöglicht es dieser Kalibriervorgang, Undichtigkeiten des Systems frühzeitig zu erkennen und so Fehlfunktionen vorzubeugen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein Schema eines hydraulischen Kraftschraubers und einer Antriebseinheit mit einer dazwischen angeordneten Vorrichtung zur Steuerung des Schraubvorgangs und

2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Drehmomentdrucks während abwechselnder Last- und Rückhübe einer Kolben-Zylinder-Einheit des Kraftschraubers.

Ein in 1 dargestellter hydraulisch angetriebener Kraftschrauber 2 besteht im wesentlichen aus einer Kolben-Zylinder-Einheit 5 und einem an dem Kraftschrauber 2 angeordneten schwenkbaren Hebel 3 mit einer Ratsche und einer Buchse 4 zum schrittweise Drehen um einen Schwenkwinkel W. Die Kolben-Zylinder-Einheit 5 ist mit der Antriebseinheit 6, die ein Umschaltventil 9 für das wechselnde Umschalten von Last in Rückhübe, ein Druckdrehmomentventil 7, mit dem der dem Drehmoment entsprechende Druck eingestellt wird und ein Druckanzeigegerät 8 aufweist, über Hydraulikschläuche 10, 11 verbunden. Über die Antriebseinheit 6 wird der Kraftschrauber 2 mit hydraulischer Energie versorgt.

Die Kolben-Zylinder-Einheit 5 des Kraftschraubers 2 ist über die Hydraulikschläuche 10, 11 mit der Antriebseinheit 6 verbunden, wobei der Hydraulikschlauch 11 mit einer Kolbenseite (Lasthubseite 13) und der Hydraulikschlauch 10 mit einer Stangenseite (Rückhubseite 12) der Kolben-Zylinder-Einheit 5 verbunden ist.

Die Hydraulikschläuche 10, 11 sind üblicherweise über hier nicht dargestellte Hydraulikkupplungen mit der Antriebseinheit 6 verbunden. Ein Durchflußmesser 14 einer aus einem Drucksensor 15 und dem Durchflußmesser 14 gebildeten Abtasteinheit ist zwischen dem Hydraulikschlauch 10 und der Antriebseinheit 6 angeordnet. Der Drucksensor 15 der Abtasteinheit ist zwischen dem Hydraulikschlauch 11 und der Antriebseinheit 5 angeordnet.

Der Durchflußmesser 14 ist an der Rückhubseite 12 angeordnet, da durch die Flächenverhältnisse an der Kolben-Zylinder-Einheit der maximale Ölstrom gleich der Ölfördermenge der Antriebseinheit 6 ist und die Rückhubseite 12 mit einem bedeutend geringeren Druck beaufschlagt wird als die Lasthubseite 13. Eine Vorrichtung 1 zur Überwachung und Steuerung des Schraubvorgangs verfügt über eine Steuereinheit mit einer Auswertelektronik sowie über eine Eingabeeinheit, über die zumindest der Kraftschraubertyp und das einzustellende Drehmoment eingegeben wird. Über eine Anzeigeeinheit der Steuereinheit der Vorrichtung 1 wird dem Bediener der von einer Auswertelektronik ermittelte, an der Antriebseinheit 6 einzustellende Druck angezeigt. Des weiteren erkennt der Bediener über die Ausgabeeinheit ob die Antriebseinheit 6 in einen Last- oder Rückhub geschaltet werden muß und ob der Schraubvorgang in der geforderten Weise beendet ist.

Die Vorrichtung 1 zur Steuerung eines Schraubvorgangs setzt sich somit zusammen aus der Steuereinheit mit der Auswertelektronik, die über Kabel mit dem Durchflußmesser 14 und dem Drucksensor 15 der ebenfalls zur Vorrichtung 1 gehörenden Abtasteinheit verbunden ist, der Eingabeeinheit und der Ausgabeeinheit sowie durch eine Dokumentationseinheit zur Archivierung der Schraubvorgänge.

Das Herstellen einer Schraubvebindung mittels dieser und der in 1 dargestellten Komponenten erfolgt unter Bezugnahme auf 2 in folgender Weise:

Zunächst wird über die Eingabeeinheit der Kraftschraubertyp eingegeben. Danach wird das gewünschte Drehmoment 7 eingegeben, woraufhin die Ausgabeeinheit den am Druckdrehmomentventil einzustellenden Druck anzeigt. Hierbei übernimmt die Auswertelektronik die Aufgabe einer herkömmlichen Druckdrehmomenttabelle, die dem Bediener den Druck in Abhängigkeit des Drehmoments angibt. Hierdurch entfällt für den Bediener das aufwendige Suchen in den Druckdrehmomenttabellen nach dem dem Drehmoment entsprechenden Druck, so daß eine Fehlbedienung ausgeschlossen wird.

Nachdem das Drehmoment am Druckdrehmomentventil 7 eingestellt wurde, ergibt sich für die Antriebseinheit 6 ein maximaler Drehmomentdruck PE. Nach der Einstellung wird der Kraftschrauber 2 mit der Vorrichtung 1 kalibriert. Hierbei wird das Umschaltventil 7 auf Lasthub geschaltet, wobei die Kolben-Zylinder-Einheit 5 bis zum vorderen Anschlag des Zylinders fährt. Anschließend steigt der Druck bis auf den eingestellten Drehmomentdruck PE an. Dieser Druckanstieg wird vom Druckmesser 15 aufgenommen und über die Zeit ergibt sich eine nahezu lineare Druck-Zeitkurve 20 mit einer der Antriebseinheit 6 und dem Hydraulikschlauch 11 spezifischen Steigung.

Von der Auswertelektronik wird die Steigung der Druckzeitkurve 20 gespeichert. Im weiteren Verlauf des Verfahrens stellt die Steigung der Kurve 20 die Referenzkurve dar, welche nachfolgende Bedeutung besitzt. Sie gibt an daß der Lasthub beendet ist oder daß die Schraubverbindung mit dem gewünschten Drehmomentdruck PE angezogen wurde oder daß eine Fehlfunktion des Kraftschraubers 2 vorliegt.

Des weiteren wird beim Kalibriervorgang überprüft, ob die Kolben-Zylinder-Einheit 5 leichtgängig den ganzen Hub ausführt. Hierfür sind entsprechend der Kraftschraubergröße die Ölvolumen der Lasthubseite 13 und der Rückhubseite 12 sowie der erforderliche Druck, der benötigt wird, um den Kraftschrauber 2 ohne Belastung im Last- und Rückhub zu bewegen, eingegeben. Beim Kalibrierhub geben der Durchflußmesser 14 und der Druckmesser 15 die entsprechenden Signale an die Auswertelektronik ab, welche prüft, ob der Kraftschrauber 2 einwandfrei funktioniert.

Am Ende des Kalibrierhubs, wenn der Druck PE erreicht ist, wird die Kolben-Zylinder-Einheit 5 auf Dichtigkeit überprüft. Ist die Kolben-Zylinder-Einheit 5 undicht, fließt Öl in den Hydaulikschlauch 10 und durch den Durchflußmesser 14 in die Antriebseinheit 6 zurück. Dieser Ölfluß wird vom Durchflußmesser 14 an die Auswertelektronik übermittelt, woraufhin diese eine Störung meldet. Ist keine Störung vorhanden, ist der Kalibriervorgang beendet.

Der Schraubvorgang unterteilt sich in drei Abschnitte, die unterschiedlich lang sein können. Die drei Phasen sind:

Phase 1 – das Beiziehen der Schraube, Phase 2 – das Anziehen der Schraube und Phase 3 – das Setzen oder Nachziehen der Schraube. In 2 sind die drei Schraubphasen dargestellt, und zwar als Lasthub LH1 und LH2 in Phase 1, Lasthub LH3 – LH5 in Phase 2, Lasthub LH6 und LH7 in Phase 3 und Lasthub LH8 als Kontrollhub.

2 zeigt die Rückhübe RH, welche nach Beenden eines Lasthubes vom Bediener am Umschaltventil 9 geschaltet werden. Dabei wird die Kolben-Zylinder-Einheit 5 zurückgefahren, indem das Öl von der Antriebseinheit 6 über den Durchflußmesser 14 in den Hydraulikschlauch 10 und in die Kolben-Zylinder-Einheit 5 gedrückt wird. Der Durchflußmesser 14 registriert den Ölstrom, welcher stockt, wenn der Kolben seine hintere Stellung erreicht hat. Ein entsprechendes Signal „Ölstrom stockt" gibt über die Auswertelektronik den nächsten Lasthub frei.

In der Phase 1 des Schraubvorgangs, dem Beiziehen, wird der Lasthub eingeschaltet und die Kolben-Zylinder-Einheit 5 fährt ohne großen hydraulischen Druck vor. Der Durchflußmesser 14 registriert den Ölstrom aus der Kolben-Zylinder-Einheit 5. Am Hubende steigt die Druckzeitkurve mit der gleichen Steigung an, die bei der Referenzkurve 20 ermittelt wurde. Der Drucksensor 15 nimmt die Steigung auf und gibt diese an die Auswertelektronik weiter. Gleichzeitig mit dem Ende des Ölstroms meldet der Durchflußmesser 14 dieses an die Auswertelektronik. Dies, d.h. der Durchflußmesser 14 meldet keinen Durchfluß und der Druckanstieg am Drucksensor 15 entspricht der Steigung der Kurve 20, bedeutet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit 5 ihr Hubende bzw. ihr Lasthubende erreicht hat, so daß die Auswertelektronik über die Ausgabeeinheit anzeigt, daß auf Rückhub umzuschalten ist. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis die Schraube beigezogen ist, was in 2 mit LH1 und LH2 dargestellt ist.

Bei der Phase 2 des Schraubvorgangs ist der Lasthub LH3 und LH4 dargestellt. Die Kolben-Zylinder-Einheit 5 fährt zu Beginn des Hubs ohne großen Druck vor. Im Laufe des Hubs benötigt die Schraube ein ansteigendes Drehmoment, d.h. der Druck steigt und es ergibt sich am Drucksensor 15 eine Druck-Zeitkurve 21. Die Auswertelektronik vergleicht ständig die Kurve 21 mit der Referenzkurve 20 und fragt gleichzeitig die Signale des Durchflußmessers 14 ab. Solange die Kurve 21 eine geringere Steigung besitzt als die Referenzkurve 20 und der Durchflußmesser 14 signalisiert, daß ein Durchfluß vorhanden ist, wird der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit 5 weiter verfahren und die Schraube wird angezogen. Ist der Hub zu Ende, gibt der Durchflußmesser 14 das Signal des fehlenden Durchflusses an die Auswertelektronik weiter, wobei gleichzeitig die Druck-Zeitkurve am Drucksensor 15 die gleiche Steigung der Referenzkurve 20 ermittelt, wodurch das Lasthubende erkannt und über die Ausgabeeinheit angezeigt wird, daß auf Rückhub umzuschalten ist.

Der Lasthub LH5 in 2 ist als Ubergangshub vom Anziehen – Phase 2 – zum Setzen oder Nachziehen der Schraube – Phase 3 – zu sehen. Hierbei steigt der Drehmomentdruck innerhalb des Hubs der Kolben-Zylinder-Einheit 5 auf den vorher eingestellten Drehmomentdruck PE. Die Druck-Zeitkurve 23 hat eine geringere Steigung als die Referenzkurve 20. Der Durchflußmesser 14 gibt an die Auswertelektronik das Signal weiter, daß die Schraube weiter angezogen wird oder sich setzt. Ist der Hub der Kolben-Zylinder-Einheit 5 zu Ende, wird dies durch den Durchflußmesser 14 an die Auswertelektronik übermittelt, die wiederum das Signal ausgibt, daß auf Rückhub umzuschalten ist.

Beim Schalten in den Lasthub LH6 steigt der Druck auf den Drehmomentdruck PE mit der Steigung der Referenzkurve 20 an. Ist der Drehmomentdruck PE erreicht, wird von der Auswertelektronik der Durchflußmesser 14 abgefragt, ob noch ein Durchfluß vorliegt. Ist dies der Fall, wird die Schraubverbindung weiter angezogen, bzw. nachgezogen. Gibt der Durchflußmesser 14 hingegen das Signal ab, daß kein Durchfluß mehr vorhanden ist, ergeben sich die beiden folgenden Möglichkeiten. Zum einen besteht die Möglichkeit, daß die Kolben-Zylinder-Einheit 5 ihr Hubende erreicht hat. Zum anderen besteht die Möglichkeit, daß die Schraube mit dem erforderlichen Drehmoment angezogen wurde, d.h. daß der Schraubvorgang abgeschlossen ist. In beiden Fällen schaltet die Auswertelektronik die Anzeige derart, daß auf Rückhub zu schalten ist.

Um zu prüfen, ob der zuvor erfolgte Lasthub am Hubende der Kolben-Zylinder-Einheit 5 oder an dem Endes des Schraubvorgangs geendet hat, schaltet die Auswertelektronik erneut auf Lasthub welcher in diesem Fall einen Kontrollhub darstellt. Beim Schalten in den Kontrollhub LH7 wiederholt sich der Vorgang wie beim vorherigen Lasthub LH6 beschrieben. Nach Erreichen des Drehmomentdrucks PE wird der Durchflußmesser 14 erneut abgefragt. Meldet dieser, daß weiterhin Durchfluß vorhanden ist, dann wird die Schraube weiter angezogen und es wird erkannt, daß es sich nicht um einen Kontrollhub sondern um einen Nachziehhub handelt, welcher einen weiteren Kontrollhub erforderlich machen würde. Ist jedoch beim Kontrollhub der Drehmomentdruck PE erreicht und der Durchflußmesser 14 zeigt an, daß kein Durchfluß vorhanden ist, dann ist der Schraubvorgang beendet.

In 2 sind bei den Lasthüben LH3, LH4 und LH5 für das Anziehen die Druckanstiegspunkte 24 gekennzeichnet. Sie kennzeichnen den Beginn der Druck-Zeitkurven 21, 22 und 23. Für die Herstellung einer einwandfreien Schraubverbindung ist es erforderlich, daß vor Erreichen des Drehmomentdrucks PE mindestens zwei der Druckanstiegspunkte 24 im Druck ansteigend sind, d.h. der Druckanstiegsbeginn 24 des letzten Hubes muß höher liegen als beim vorherigen Lasthub. Von der Auswertelektronik wird dies kontrolliert und registriert. Weiterhin ist für die Schraubverbindung erforderlich, daß sie nachgezogen wird – die Schraube setzt sich -, d.h. eine Schraubverbindung ist in Ordnung, wenn mindestens ein kurzer, je nach Art der Schraube, Lasthub gemäß LH6 in 2 vorhanden ist. Von der Auswertelektronik wird dies kontrolliert und registriert.

Sind alle vorgenannten Punkte erfüllt, ist der Schraubvorgang einwandfrei durchgeführt. Die Vorrichtung 1 zur Überwachung und Steuerung des Schraubvorgangs dokumentiert dies in einer Dokumentationseinheit und gibt ein akustisches und/oder optisches Signal über die Ausgabeeinheit aus und signalisiert so dem Bediener, daß der Vorgang beendet ist.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zur Steuerung eines Schraubvorgängs mit einem Schraubsystem aus mindestens einem hydraulisch betriebenen Kraftschrauber mit einer Kolben-Zylinder-Einheit, die über jeweils einen auf einer Lasthubseite und einer Rückhubseite angeordneten Hydraulikschlauch mit einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen Pumpe verbunden ist, gekennzeichnet durch

    – eine mit den Hydraulikschläuchen (10, 11) verbindbare Abtasteinheit (14, 15) zur Erfassung des Drucks auf der Lasthubseite (13) und der Durchflußmenge auf der Rückhubseite (12) und/oder der Lasthubseite (13) der Kolben-Zylinder-Einheit (5),

    – eine mit der Abtasteinheit (14, 15) verbundene, eine Auswertelektronik aufweisende Steuereinheit mit einer Eingabeeinheit und einer Ausgabeeinheit, wobei

    – die Eingabeeinheit mindestens zum Eingeben des Kraftschraubertyps und die Ausgabeeinheit zur Anzeige des durch die Auswertelektronik ermittelten Drehmoments für den an der Antriebseinheit eingestellten Druck und zur Anzeige, ob ein weiterer Arbeitsvorgang durchgeführt werden muß oder ob der Schraubvorgang abgeschlossen ist, ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine Ein- und Ausgabeschnittstelle aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Dokumentationseinheit zur Dokumentation der durchgeführten Schraubvorgänge.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dokumentationseinheit einen elektronischen Datenträger zur Archivierung der durchgeführten Schraubvorgänge aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese derart mit der Antriebseinheit (6) verbindbar ausgebildet ist, daß der Schraubvorgang automatisch ausgeführt wird.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese in die Antriebseinheit (6) integriert ist.
  7. Verfahren zur Steuerung eines Schraubvorgangs mit einem Schraubsystem aus mindestens einem hydraulisch betriebenen Kraftschrauber mit einer Kolben-Zylinder-Einheit, die über jeweils einen auf einer Lasthubseite und einer Rückhubseite angeordneten Hydraulikschlauch mit einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen Pumpe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf der Lasthubseite (13) und der Durchfluß auf der Rückhubseite (12) und/oder der Lasthubseite (13) gemessen wird und angezeigt wird, daß der Schraubvorgang beendet ist, wenn bei zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen auf der Lasthubseite (12) ein an der Antriebseinheit (6) eingestellter Druck erreicht ist und gleichzeitig auf der Rückhubseite (12) oder der Lasthubeinheit (13) im wesentlichen kein Durchfluß meßbar ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf der Lasthubseite (13) und der Durchfluß auf der Rückhubseite (12) gemessen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Schraubvorgangs eine Kalibrierung durchgeführt wird, bei der die Kolben-Zylinder-Einheit (5) bis zu einem vorderen Anschlag verfahren und der Druck auf den eingestellten Druck erhöht wird, wobei die Steigung des Drucks über die Zeit in einer Auswertelektronik einer Vorrichtung (1) zur Steuerung eines Schraubvorgangs gespeichert wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten des Schraubvorgangs in einer Dokumentationseinheit abgelegt werden.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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