1 Die Schraubverbindung allgemein - IBES Electronic GmbH

Grundlagen der
Schraubtechnik
www.ibes-electronic.de

Inhaltsverzeichnis
1 DIE SCHRAUBVERBINDUNG ALLGEMEIN ....................................................................................................2
1.1 AUTOMATISIERUNG DES SCHRAUBABLAUFS.....................................................................................................2
1.2 FAKTOREN, DIE DIE SCHRAUBVERBINDUNG BEEINFLUSSEN...............................................................................2
1.3 ERHÖHUNG DER VORSPANNKRAFT..................................................................................................................3
1.4 SETZERSCHEINUNGEN....................................................................................................................................3
1.5 VERLUST DER VORSPANNKRAFT .....................................................................................................................3
1.6 SICHERN VON SCHRAUBVERBINDUNGEN..........................................................................................................3
1.7 DREHMOMENT ZUR ERMITTLUNG DER VORSPANNKRAFT...................................................................................4
1.8 EINFLÜSSE AUF DIE VORSPANNKRAFT .............................................................................................................4
2 ÜBERPRÜFUNG DER DREHMOMENTGENAUIGKEIT ..................................................................................5
2.1 ÜBERPRÜFUNG DER DREHMOMENTGENAUIGKEIT VON SCHRAUBGERÄTEN NACH ISO 5393 ...............................5
2.2 DREHMOMENTGESTEUERTE WERKZEUGE IM VERGLEICH .................................................................................6
3 DIE ANZIEHVERFAHREN UND IHRE ANWENDUNGEN................................................................................7
3.1 DREHMOMENTGESTEUERTES ANZIEHVERFAHREN............................................................................................7
3.2 DREHWINKELGESTEUERTES ANZIEHVERFAHREN..............................................................................................8
3.3 STRECKGRENZGESTEUERTES ANZIEHVERFAHREN ...........................................................................................9
3.4 STROMGESTEUERTES ANZIEHVERFAHREN MIT STROM- UND ANZIEHWINKELKONTROLLE ..................................10
3.5 DAS LÖSE- / NACHZIEHVERFAHREN ..............................................................................................................11
3.6 BLECHVERSCHRAUBUNGEN ..........................................................................................................................11
3.7 SELBSTFURCHENDE SCHRAUBEN..................................................................................................................12
3.8 STOP- UND QUETSCHMUTTERN, MIKROVERKAPSELTE SCHRAUBEN.................................................................12
3.9 STICK-SLIP-VERSCHRAUBUNG......................................................................................................................13
3.10 HÜLLKURVENÜBERWACHUNG........................................................................................................................14
4 AUSWAHL DES SCHRAUBSYSTEMS...........................................................................................................15
4.1 HANDSCHRAUBGERÄTE ................................................................................................................................15
4.2 HANDGEFÜHRTE MEHRFACHSCHRAUBER ......................................................................................................16
4.3 STATIONÄRE SCHRAUBSYSTEME...................................................................................................................17
5 AUFBAU DES SCHRAUBSYSTEMS..............................................................................................................18
5.1 DIE SCHRAUBSPINDEL..................................................................................................................................19
5.1.1 Antriebe für die Schraubtechnik......................................................................................................... 20
5.1.2 Planetengetriebe ................................................................................................................................ 24
5.1.3 Meßwertaufnehmer ............................................................................................................................ 25
5.1.4 Spindelabtriebe .................................................................................................................................. 27
5.2 DAS WERKZEUGKABEL.................................................................................................................................28
5.3 DIE SCHRAUB- UND MEßELEKTRONIK............................................................................................................29
Seite 1

1 Die Schraubverbindung allgemein
In der modernen Montagetechnik ist die Schraubverbindung nach wie vor eine der wichtigsten
Verbindungsarten. Die Vielfalt der Schrauben in der Schraubtechnik hat sich im Vergleich zu früher deutlich
geändert. Methoden zur Berechnung von Schraubverbindungen und neu entwickelte Schraubverfahren bieten
die Möglichkeit, die Schrauben in ihren Abmessung wesentlich zu verkleinern. Das Resultat sind kleinere und
leichtere Schrauben, eine deutliche Rohstoff- bzw. Gewichtsersparnis, das wiederum Kraftstoff (Rohöl) spart.
1.1 Automatisierung des Schraubablaufs
Da in der heutigen Zeit qualifiziertes Personal sehr knapp ist und viel Geld kostet, geht man immer mehr dazu
über, Schraubabläufe zu automatisieren. Leider machen schlecht zugängliche Schraubstellen oder der Einsatz
von Schrauben die sich nicht automatisch zuführen lassen eine Automatisierung sehr aufwendig oder
unmöglich. Also muß die Automatisierung schon bei der Produktentwicklung beginnen. Um die Sicherheit bei
verschiedenen Maschinen garantieren zu können, muß man alle Faktoren, die eine Schraubverbindung
beeinflussen, kennen.
1.2 Faktoren, die die Schraubverbindung beeinflussen
Vorspannkraft
Eine Schraubverbindung ist eine lösbare Verbindung, die zwei oder mehrere Teile so zusammenfügen soll, daß
sie sich unter allen vorkommenden Betriebskräften wie ein Teil verhalten.
Von entscheidender Bedeutung für die Betriebssicherheit ist das Erhalten einer ausreichenden
Restvorspannkraft (Restklemmkraft). Wird die Betriebskraft während des Betriebs so groß, daß sie die
Vorspannkraft aufhebt, kann sich die Schraube - je nach Betriebsbelastung - lösen oder sogar brechen.
Am einfachsten kann eine Schraubverbindung als
eine Zug-/Druckfederkonstruktion dargestellt werden.
Die Schraube entspricht der Zugfedern, die zu
verschraubenden Teile der Druckfeder.
Seite 2

1.3 Erhöhung der Vorspannkraft
Für die Erhöhung der Vorspannkraft bei einer Schraubverbindung hat man im wesentlichen drei Möglichkeiten:
Erhöhung des Spannungsquerschnitts durch Verwendung von mehr oder größeren Schrauben
Erhöhung der Schraubengüte, die es möglich macht, bei gleicher Schraubenabmessung die
Montagevorspannkraft zu erhöhen.
Einsatz von genaueren Schraubverfahren, so daß die Schraube besser ausgenützt werden kann.
1.4 Setzerscheinungen
Setzerscheinungen treten unter dem Schraubenkopf (Mutter) und in der Trennfuge auf. Sind bei einer richtig
ausgelegten Schraubverbindung keine Materialien wie Dichtungen, Farbe usw. in der Trennfuge vorhanden, so
tragen nur die Oberflächenrauhigkeiten - die sich aufgrund der Flächenpressung einebnen - zu den
Setzerscheinungen bei.
1.5 Verlust der Vorspannkraft
Wird beim Anziehen der Schrauben die Grenzflächenpressung unter dem Schraubenkopf oder in der Trennfuge
überschritten, so tritt ein Fließen des verspannten Werkstoffes auf, das zum Verlust der Vorspannkraft führen
kann.
Einige Materialien wie z. B. bestimmte Kunststoffe, Wachs, Zinn neigen dazu zu fließen. Sind solche Materialien
zwischen den Trennfugen vorhanden, hilft nur das Abdecken der Verbindungsflächen vor dem Beschichten.
1.6 Sichern von Schraubverbindungen
Die Sicherheit einer Schraubverbindung ist nur gewährleistet, wenn die Vorspannkraft dauerhaft erhalten bleibt.
Die Sicherungselemente können in drei Gruppen unterteilt werden:
Setzsicherung:
Hierbei werden meist federnde Elemente unter dem Schraubenkopf plaziert (fest oder lose), welche die in einer
Schraubverbindung erwarteten Setzerscheinungen kompensieren sollen.
Verliersicherung:
Verliersicherungen z. B. Mutter mit Klemmteil oder Kunststoffeinsatz sollen das Auseinanderfallen der
verbundenen Teile verhindern.
Losdrehsicherung:
Die chemischen Sicherungen (z. B. Kleben, Mikroverkapselung) sind Losdrehsicherungen. Sie sind unabhängig
von Schraubgüte und Schraubenabmessung einsetzbar. Oft haben sie aber beim gewollten Lösen einen
negativen Nebeneffekt. Durch den Kleber wird das Losreißmoment um ein Vielfaches erhöht; der
Schraubenkopf muß dieses hohe Drehmoment beim Lösen übertragen können.
Seite 3

1.7 Drehmoment zur Ermittlung der Vorspannkraft
Zur Definition der Schraubverbindung bzw. zur Ermittlung der Vorspannkraft wird das einfach zu ermittelnde
Drehmoment benutzt. Der größte Unsicherheitsfaktor beim Anziehen ist die im Gewinde und unter dem
Schraubenkopf auftretende Reibung. Die Unsicherheit besteht in erster Linie in dem großen Streubereich der
Reibwerte. Die Gesamtreibung setzt sich aus Unterkopf- und Gewindereibung zusammen.
1.8 Einflüsse auf die Vorspannkraft
Einflüsse auf die Vorspannkraft
Reibungseinflüsse
Rauhe
Oberfläche
schlechte
Schrauben
ungeeignete
Materialpaarung
Unsichere
Montagemethode
Ungenaue oder
ungeeignete
Schrauber
schlechte
Schrauben
ungenaue
Werkstücke
Setzerscheinungen
Konstruktionsfehler
ungeeignete
Materialpaarung
falsche
Anzugsmethoden
Temperatureinflüsse
unterschiedlicherAusdehnungskoeffizient
falsch ausgelegteSchraubverbindung
Verlust der Vorspannkraft:
Klaffen der zu Verschraubenden Teile, Lösen der Schrauben, Brechen der Schrauben
Zusammenhang aufgebrachtes Drehmoment - erreichte Vorspannkraft
Lösen der
Schrauben
zu kleine
Klemmkraft
zu hohe Betriebskraft
falsche
Sicherung
Seite 4

2 Überprüfung der Drehmomentgenauigkeit
2.1 Überprüfung der Drehmomentgenauigkeit von Schraubgeräten nach ISO 5393
Harter und weicher
Schraubfall nach ISO 5393
Um eine Aussage über die Drehmomentgenauigkeit von Schraubgeräten treffen zu können, sind bestimmte
Randbedingungen zu betrachten. Ein Abschalten nach Erkennen des Drehmomentes benötigt eine bestimmte
Reaktionszeit. Innerhalb dieser Zeit hat der Motor die Schraube bereits um einige Winkelgrade weitergedreht.
Das Drehmoment wurde aufgrund der Schwungenergie (Drehenergie Erot) erhöht. Man spricht hier von einem
Nachlauf des Drehmomentes. Die Schwungenergie ist definiert als:
Erot =
J
2
m d 2
bzw. Erot =
2 2
2
Erot Rotationsenergie
(J) Massenträgheitsmoment
(d) Durchmesser
(e) Winkelgeschwindigkeit
(m) Masse
Es läßt sich leicht erkennen, daß eine Reduzierung des Durchmessers (d) und der Winkelgeschwindigkeit ( )
des Motorläufers den größten Erfolg bei der Verringerung des Nachlaufes bringt, da diese Größen im Quadrat
in die Rechnung eingehen, die Masse (m) linear.
Bei einem weichen Schraubfall steigt das Drehmoment in Abhängigkeit vom Drehwinkel wesentlich langsamer
an als bei einem harten Schraubfall. Der zu erwartende Nachlauf des Drehmoments ist entsprechend geringer.
Da in der Praxis mit Änderungen der Schraubfallhärte gerechnet werden muß (unterschiedliche
Schraubenchargen, Reibwerttoleranzen, Gewindetoleranzen usw.), soll die Drehmomentgenauigkeit eines
Schraubsystemes möglichst schraubfallunabhängig sein. Um eine Aussage über die Leistungsfähigkeit von
Schraubsystemen (Schraubgeräten) treffen zu können, wurden in der Richtlinie ISO 5393 die Schraubfallhärte,
das Meßverfahren und die Auswertung zur Beurteilung von Schraubgeräten festgeschrieben. Steigt das
Drehmoment von 10 % auf 100 % des Prüfdrehmomentes innerhalb eines Anziehdrehwinkels von 27° (bzw. von
0 % auf 100 % innerhalb 30°) an, so ist der Schraubfall hart. Ein weicher Schraubfall liegt vor, wenn der Anstieg
des Drehmoments von 10 % auf 100 % des Prüfdrehmomentes erst nach mehr als 650° erreicht wird (bzw. von
0 % auf 100 % nach 720°). Die Schraubgeräte sollen die Genauigkeitsprüfung sowohl bei einem harten als
auch bei einem weichen Schraubfall bestehen, ohne daß sie umgestellt werden. Die Auswertung folgt den
Grundregeln der Statistik.
Seite 5

2.2 Drehmomentgesteuerte Werkzeuge im Vergleich
Bezeichnung Abschaltverfahren Vorteile Nachteile
Präzisions-
Schraubsystem mit
Elektroschrauber
EC - System
Elektroschrauber mit
Stromabschaltung
Mech.
Abschaltschrauber
Druckluftstillstandsschrauber
Impulsgesteuerter
Schrauber
Drehmoment-Sollwertvorgabe
Vorgabe eines zum
Drehmoment proportionalen
Stromwertes
Über Vorspannung der
Druckfeder in der
Abschaltkupplung
hohe Wiederholgenauigkeit
Drehmomentanzeige
Drehwinkelanzeige
IO/NIO-Aussage
Dokumentationsmöglichkeit
hohe Standzeit
gut regelbar
leise
preisgünstig
hohe Standzeit
leise
IO/NIO-Aussage über
Stromwert möglich
leicht einstellbar
preiswert
Schwungenergie wird
mit Kupplung entkoppelt
über Luftdruck preiswert
hohe Dynamik des
Motors
über Luftdruck
über Öldurchfluß im
Impulsschlagwerk
nahezu Rückdrehmomentfrei
hoher Steuerungsaufwand
teuer
indirektes Meßsystem
über zum Drehmoment
proportionalen Strom
muß von Zeit zu Zeit
kalibriert werden
muß regelmäßig
kalibriert werden
Kupplung ist
Verschleißteil
keine IO/NIO Aussage
hoher Geräuschpegel
starker Einfluß der
Betriebsdruckschwanku
ng auf das Drehmoment
laut
starke Drehmomentabhängigkeit
vom Schraubfall und
von der Schraubzeit,
Drehmoment kann nur
bedingt direkt
gemessen werden
Seite 6

3 Die Anziehverfahren und ihre Anwendungen
Die drei wichtigsten Faktoren die eine Schraubverbindung beeinflussen sind:
Die Reibverhältnisse unter dem Schraubenkopf und im Gewinde.
Die Anziehmethode des Schraubwerkzeugs.
Das verwendete Schraubsystem und seine Genauigkeit.
3.1 Drehmomentgesteuertes Anziehverfahren
Bei der Drehmomenterfassung wird zwischen einer direkten und einer indirekten Messung des Drehmoments
unterschieden.
Schraubsysteme, die mit einem Drehmomentmeßwertgeber das Drehmoment während des Anziehvorgangs
direkt an der Schraube messen, sind direkte Drehmomentmeßsysteme.
Zu den indirekten Drehmomentmeßsystemen zählen Systeme, die das Drehmoment von einer
drehmomentabhängigen Meßgröße ableiten. (z. B. Druckluftabwürgerschrauber, Abschaltschrauber, Schrauber
mit Stromsteuerung).
Das verwendete Meßverfahren (direkt oder indirekt) steht in direktem Zusammenhang mit der erreichbaren
Drehmomentgenauigkeit.
Beim Einsatz von Präzisionsschraubsystemen wird zusätzlich eine Drehwinkelüberwachung eingesetzt. Dies
bietet sich bei Schraubsystemen mit integrierten Meßwertgebern an, da die verwendeten Meßwertgeber
größtenteils die Drehwinkelmessung beinhalten und die verwendeten Steuerungen üblicherweise die
Auswertung der Winkelsignale durchführen können.
Schraubverfahren drehmomentgesteuert/drehwinkelüberwacht
Drehmoment und
Überwachungswinkel innerhalb
der vorgegebenen Toleranz
Schraubfall I.O.
Drehmoment bis zum max.
Überwachungswinkel nicht
erreicht, Schrauber schaltet ab
Schraubfall N.I.O.
Drehmoment innerhalb der
vorgegebenen Toleranz,
Überwachungswinkel nicht erreicht
Schraubfall N.I.O.
Seite 7

3.2 Drehwinkelgesteuertes Anziehverfahren
Der Einsatz des drehwinkelgesteuerten Anziehverfahrens gehört heute speziell in der Kraftfahrzeugindustrie
zum Stand der Technik.
Die Schraube wird wie beim drehmomentgesteuerten Anziehverfahren zunächst bis zu einem definierten
Schwellmoment, bei dem die Fügevorgänge abgeschlossen sind, angezogen. Ab diesem Drehmoment wird um
einen definierten Drehwinkel weitergedreht. Das Abschaltdrehmoment wird überwacht.
Bei richtig angewendetem Drehwinkelschraubverfahren wird die Schraube gezielt in den plastischen Bereich
hinein angezogen. Um die Vorspannkraftsteuerung, die aus der Reibwertsteuerung resultiert, bis zum
Abschaltpunkt zu minimieren, wird die Schraube üblicherweise in den abfallenden Bereich des
Spannungs/Drehungsdiagrammes der Schraube, d. h. über die Schraubenstreckgrenze hinaus, angezogen.
Wird die Schraube beim drehwinkelgesteuerten Schraubverfahren nur im elastischen Bereich gedehnt, so sind
die Reibeinflüsse wie beim drehmomentgesteuerten Schraubverfahren sehr hoch, die Vorspannkraft streut
entsprechend.
Für drehwinkelgesteuerte Schraubverfahren verwendet man spezielle Dehnschaftsschrauben mit
ausreichender Klemmlänge.
Schrauben, die drehwinkelgesteuert angezogen wurden, sollten kein zweites Mal verschraubt werden, da beim
zweiten Verschrauben aufgrund von Querschnittsverengungen die Festigkeit eingeschränkt sein kann. Die
Schrauben dürfen nicht mit einem Drehmomentmeßschlüssel weitergedreht werden; es besteht sonst die
Gefahr der Überbeanspruchung.
Schraubverfahren drehwinkelgesteuert/drehmomentüberwacht
Drehwinkel und äquivalentes
Endmoment innerhalb der
vorgegebenen Toleranz
Schraubfall I.O.
Drehwinkel innerhalb
vorgegebener Toleranz,
äquivalentes Endmoment nicht
erreicht
Schraubfall N.I.O.
Drehwinkel bis zum max.
äquivalenten Endmoment nicht
erreicht, Schrauber schaltet ab
Schraubfall N.I.O.
Seite 8

3.3 Streckgrenzgesteuertes Anziehverfahren
Der wesentliche Unterschied dieses Verfahrens liegt darin, daß die Schraube nur bis an den Rand der
plastischen Dehnung angezogen wird. Bei diesem Schraubverfahren muß die Schraubverbindung so
ausgelastet sein, daß die Schraube in den plastischen Bereich gedreht werden kann und die zu verbindenden
Teile nicht z.B. unter dem Schraubenkopf oder im Gewinde wegfließen. Die Vorteile beim
streckgrenzgesteuerten Anziehen liegen darin, daß die Vorspannkraft weitestgehend reibwertunabhängig
erreicht wird und der Anziehfaktor als 1 angenommen werden kann. Eine Überdimensionierung der Schraube
ist somit nicht erforderlich.
Wichtige Bedingungen
Ab dem Proportionalitätspunkt muß unabhängig von o. g. Faktoren solange weitergedreht werden, bis der
Streckgrenzpunkt erreicht ist.
Die Gewindereibung und somit die auftretende Torsionsspannung in der Schraube muß wesentlich kleiner sein
als die Unterkopfreibung bzw. die Zugspannung in der Schraube, so daß der Streckgrenzpunkt ausschließlich
aufgrund der Zugkraft erreicht wird.
Schraubverfahren Steckgrenzgesteuert
Abschaltgradient innerhalb
vorgegebener Toleranz; Drehwinkel bis
zum äquivalenten Endmoment nicht
erreicht; Schrauber schaltet ab
Schraubfall N.I.O.
Drehmoment, Überwachungswinkel
und Abschaltgradient innerhalb
vorgegebener Toleranz.
Schraubfall I.O.
Drehmoment und Überwachungswinkel
innerhalb vorgegebener Toleranz;
unterer Gradient erreicht, jedoch
prozentualen Abschaltpunkt G% nicht
erreicht; Schrauber schaltet ab.
Schraubfall I.O.
Drehmoment innerhalb vorgegebener
Toleranz; oberer Gradient überschritten,
jedoch prozentualen Abschaltpunkt G%
nicht erreicht; Schrauber schaltet ab.
Schraubfall N.I.O.
Seite 9

3.4 Stromgesteuertes Anziehverfahren mit Strom- und Anziehwinkelkontrolle
Funktion:
Der Modus Stromsteuerung dient der Überwachung und Steuerung von Schraubvorgängen mit bürstenlosen
Schraubspindeln ohne Drehmomentsensor. Hierzu wird der Motorstrom im Servoverstärker als Ersatz für das
Drehmoment ermittelt. Der erfaßte Motorstrom ist dabei mit Einschränkungen dem auftretenden Drehmoment
proportional. Durch einen einmaligen Kalibriervorgang wird in der Steuerung der Motorstrom auf das reale
Drehmoment reproduziert.
Schraubverfahren Stromgesteuert/drehwinkelüberwacht
Kalibrier- und Meßvorgang
Bei Kalibrierfunktion EIN und Aufnehmer
angeschlossen:
Vorgang 1: Kalibrieren:
Der Kalibriervorgang wird im Produktionsmodus
gestartet. Der Vorsatztransducer ist direkt mit der
Schraub- und Meßelektronik CS2000 verbunden.
Die, über diesen aufgenommenen
Drehmomentwerte, bestimmen den Ablauf und die
Abschaltung des Schraubwerkzeugs.
Während des Kalibriervorgangs werden die, den
Drehmomentwerten äquivalenten Stromwerte durch
die Meßelektronik erfaßt. Es sind minimal 5
Kalibriervorgänge notwendig. Aus den
Kalibriervorgängen errechnet sich die Meßelektronik
automatisch den für dieses Schraubverfahren
notwendigen Stromfaktor in Nm / Ampere.
Vorsatztransducer-Verstärkung gefordert 2 mV / V
Weiterhin ist jeder bürstenlose Motor
einer Schraubspindel mit einem
Rotorlagegeber ausgerüstet, der dem
Servoverstärker Winkelsignale liefert.
Solch ein Geber kann als Resolver,
Encoder oder Inkremental-Geber
arbeiten.
Beide Meßwerte, das aus dem
Motorstrom reproduzierte Drehmoment
und der Drehwinkel auf der Rotorlage,
werden dann zur Realisierung des
Schraubdiagramms herangezogen.
Bei Kalibrierfunktion AUS:
(kein Aufnehmer angeschlossen)
Vorgang 2: Messvorgang:
Der Kalibriervorgang wurde mindestens 5 mal
durchgeführt und ein Stromfaktor durch die
Schraub- und Meßelektronik errechnet.
Die den Drehmomentwerten äquivalenten
Stromwerte werden automatisch mit den
Drehmomentwerten angezeigt und bei
Parameteränderung auch automatisch mit
verändert.
Achtung:
Bei Werkzeugwechsel ist grundsätzlich ein
Kalibriervorgang durchzuführen.
Seite 10

3.5 Das Löse- / Nachziehverfahren
Beim Verschrauben von gewachsten oder kunststoffbeschichteten Bauteilen kann es vorkommen, daß
zwischen den Schraubflächen Reste von Kunststoff oder Wachs vorhanden sind.
Werden diese Bauteile nach Drehmoment verschraubt, so stimmt das Drehmoment zwar zum Zeitpunkt des
Abschaltens. Nach kurzer Zeit werden jedoch Wachs oder Kunststoff verdrängt, und die Schrauben sind lose.
Schraubablauf
Mehrmaliges Anziehen, Lösen, Anziehen der
Schrauben. Materialreste können so
herausgedrückt werden.
Durch das Löse/Nachziehverfahren wird mit
jedem Zyklus der Schraubfall härter.
Eine zusätzliche Drehwinkelkontrolle zur
Überwachung der Schraubfallhärte und zum
Steuern des Lösewinkels ist sinnvoll.
3.6 Blechverschraubungen
Blechverschraubungen haben ein hohes Schneidmoment. Ist der Schraubfall so geartet, daß das
Schneidmoment über dem Anziehmoment liegt, kann es vorkommen, daß die Schraube beim Anziehen aus
dem Schraubenloch herausgerissen wird.
Wird in diesem Fall das Abschaltdrehmoment dem Anziehmoment entsprechend eingestellt, schaltet der
Schrauber schon beim Eindrehen ab. Die Schraube wird nicht festgezogen.
Schraubablauf
Anziehen der Schrauben mit
zwei Schraubstufen. Mit der
ersten Schraubstufe wird die
Schraube
drehwinkelgesteuert durch die
Blechteile geschraubt.
Als Überlastsicherung für den
Schrauber kann ein
Abschaltdrehmoment
vorgegeben werden, das
deutlich über dem
Schneidmoment liegt.
Nach Erreichen des vorgegebenen Drehwinkels wird automatisch in die zweite Schraubstufe geschaltet.
In dieser Schraubstufe wird mit dem vorgeschriebenen Anziehmoment, das kleiner als das Schneidmoment sein
kann, festgezogen.
Seite 11

3.7 Selbstfurchende Schrauben
Der Anteil selbstfurchender Schrauben nimmt speziell bei kleinen Schrauben stark zu, da ein Arbeitsgang
eingespart und die Produktion preiswerter wird. Selbstfurchende Verschraubungen sind stark von den
Toleranzen der Schrauben und Schraubenlochern - den sogenannten Tuben - und von dem zu
verschraubenden Material abhängig. Bohrungen an der oberen Toleranzgrenze gepaart mit Schrauben an der
unteren Toleranzgrenze benötigen ein niedriges Eindrehmoment. Bohrungen an der unteren Toleranzgrenze
benötigen hingegen ein hohes Eindrehmoment. Das Furchmoment geht nicht in die Klemmkraft ein, d. h. das
notwendige Abschaltdrehmoment muß um das Furchmoment erhöht werden.
Schraubablauf
Anziehen der Schrauben in mehreren
Schraubstufen. In der ersten Schraubstufe
(Einschraubphase) wird das Gewinde
drehwinkelgesteuert gefurcht. Die Schraube wird
so lange eingedreht, bis die Gewindefurchphase
beendet ist.
Nach Erreichen des vorgegebenen Drehwinkels
wird automatisch auf die zweite Schraubstufe (
W1) geschaltet. In der zweiten Schraubstufe wird
drehwinkelgeschraubt wobei das max.
Eindrehmoment (MFurch max) den oberen
Drehmomentgrenzwert dieser Schraubstufe
darstellt.
Wird diese Schraubstufe als >>in Ordnung

3.9 Stick-Slip-Verschraubung
Schraubflächen mit rauhen Oberflächen oder mit lackierten Schraubflächen neigen dazu, beim Anziehen der
Schrauben durch den ständigen Übergang der Schrauben von Haft- in Gleitreibung zu rattern. Es entstehen
kurze Drehmomentspitzen. Man sprich hier vom sogenannten "Stick-Slip-Effekt . Oft ist eine Behebung des
Raterns durch eine Drehzahländerung möglich.
Schraubablauf
Die Schraubersteuerung überprüft,
wieviele Drehmomentspitzen
während eines Schraubablaufes
vorhanden waren.
Eine Drehmomentspitze liegt
vereinbarungsgemäß nur dann
vor, wenn das Drehmoment anschließend
unter einen frei programmierbaren
Minimalwert abgefallen
ist.
Wird eine einstellbare Anzahl von
Spitzen überschritten, schaltet
die Steuerung ab und meldet
einen Fehler.
Seite 13

3.10 Hüllkurvenüberwachung
Teilweise wird zur Überwachung von Sonderschraubabläufen eine Hüllkurvenüberwachung eingesetzt. Als
Hüllkurve wird ein Schraubkurvenband bezeichnet, das an jedem Punkt des Schraubablaufs die Drehmoment-
Abweichung zur Sollkurve kontrolliert. Wird während der Verschraubung das vorgegebene Toleranzband
verlassen, so wird abgeschaltet und ein Fehler signalisiert.
Die Hüllkurve muß, wenn sie
richtig funktionieren soll, an
einem frei wählbaren
Drehmomentwert getriggert
werden können, da die
Einschraubphase
unterschiedlich lang sein
kann. Mit der Hüllkurve kann
speziell die Einschraubphase
gut überwacht werden.
Eine weitere gute Möglichkeit,
das Einschrauben zu
überwachen, bietet die
Fensterüberwachung mit
einer oder mehreren
Schraubstufen.
Mit der Fensterüberwachung ist es möglich, in jeder Schraubstufe das minimal und maximal aufgetretene
Drehmoment zu überprüfen.
Seite 14

4 Auswahl des Schraubsystems
Schraubsysteme können in folgende Kategorien unterteilt werden:
Handschraubgeräte
handgeführte Mehrfachschrauber
stationäre Schraubsysteme
4.1 Handschraubgeräte
Handschraubgeräte sind klein, leicht und handlich
Zu den Handschraubgeräten zählen z.B. Pistolenschrauber, Gerad- und Stabschrauber und
Winkelschrauber.
Es können Genauigkeiten von bis zu ± 5 % erreicht werden.
Die Drehmomentbereiche ohne zusätzliche Abstützung liegen bei Pistolenschraubern ca. bei 15 Nm, bei
Gerad- und Stabschraubern bei ca. 8 Nm und bei Winkelschraubern bei ca. 50 Nm.
Wenn mit Handschraubern größere Drehmomente übertragen werden sollen, kann zur Aufnahme des
Reaktionsmoments ein Abstützarm eingesetzt werden, welcher aber die flexible Handhabung des
Schraubers beeinträchtigt.
Für größere Drehmomente kann außerdem auf Schraubgeräte mit minimalem Reaktionsmoment
zurückgegriffen werden, wie auf Schlag- und Impulsschrauber.
Da die Genauigkeit und die Dokumentationsmöglichkeit der Verschraubung immer wichtiger wird, werden
Handschraubsysteme mit einem integrierten Drehmomentsystem und der dazugehörigen Steuer- und
Auswerteelektronik angeboten.
Elektronisch gesteuerte Handschraubsysteme werden dort eingesetzt, wo eine hohe Drehmomentgenauigkeit
und / oder die Dokumentation der Verschraubung gefordert wird, ein stationäres Schraubsystem aus wirtschaftlichen
Gründen aber nicht verwendet werden kann.
Seite 15

4.2 Handgeführte Mehrfachschrauber
Unter handgeführten Mehrfachschraubern versteht man Schraubsysteme, bei denen mehrere Schraubspindeln
auf einer Montageplatte montiert sind. Die gesamte Einheit ist in der Regel an einer Deckenkonsole mittels
einer Führungseinheit mit Hubzylinder oder einem Balancer aufgehängt. Zwei Handriffe, an denen die
Startknöpfe der Schrauber angebracht sind, dienen zum Führen der Schraubeinheit. Der Mehrfachschrauber
wird vom Werker an den Einsatzort gebracht, der dort den vollautomatischen Schraubablauf von Hand startet.
Typische Einsatzfälle für handgeführte Mehrfachschrauber sind:
kurze Bandtaktzeit, in der die Schrauboperation mit nur einem Handschrauber nicht durchgeführt werden
kann
konstruktive Vorgabe spezieller Schraubverfahren (z.B. synchrones Anziehen mehrerer Schrauben, Löse-
/Nachziehverfahren, streckgrenzgesteuertes Anziehen), eine Schraubstation kann aber nicht eingesetzt
werden
Seite 16

4.3 Stationäre Schraubsysteme
Stationäre Schraubsysteme werden dort eingesetzt, wo aufgrund der Anforderungen an den
Herstellungsprozeß das Verschrauben mit herkömmlichen Handgeräten nicht oder nur schwer zu realisieren ist.
Beispiele hierfür sind Bandtaktzeiten von 5 Sekunden und weniger, Sonderschraubabläufe oder gleichzeitiges
Verschrauben an einem Bauteil.
Die halbautomatische Station
Das zu verschraubende Bauteil wird von Hand auf
einer Aufnahmevorrichtung fixiert, anschließend
wird der vollautomatische Schraubablauf manuell
gestartet.
Die vollautomatische Station
Die vollautomatische Station ist in eine
Fertigungsstraße integriert. Das zu verschraubende
Werkstück läuft in die Schraubstation ein, wird in
Schraubposition gebracht und verschraubt.
Flexibles Roboter-Schraubsystem
Vollautomatische Zylinderkopfverschraubung
Die flexible Schraubstation
Flexible Schraubstationen werden eingesetzt,
wenn kleine Stückzahlen zu fertigen sind, der
Schraubprozeß aber eine stationäre Einrichtung
erfordert.
Seite 17

5 Aufbau des Schraubsystems
Unter einem Schraubsystem versteht man das Zusammenfügen verschiedener Komponenten zu einer
eigenständigen Funktionseinheit. Handschrauber können im Prinzip auch als Schraubsystem angesehen
werden, speziell dann, wenn sie einen Meßwertgeber und die dazugehörige Steuer- und Meßelektronik
beinhalten.
Im folgenden werden die wichtigsten Systemkomponenten beschrieben. Auf Handschraubgeräte wird nicht
eingegangen.
Ein Schraubsystem kann in die Funktionsgruppen Schraubspindel, mit dem zugehörigen Leistungsteil, sowie
Steuer- und Meßelektronik untergliedert werden.
Seite 18

5.1 Die Schraubspindel
Eine Schraubspindel besteht grundsätzlich aus einem Antriebsmotor mit Getriebe und einer Abtriebseinheit. Im
Regelfall ist in die Spindel ein Drehmoment/Drehwinkelmeßwertgeber integriert. Die Schraubspindel muß so
konzipiert sein, daß zum einen bei kleinstmöglichem Schraubenabstand die geforderten Drehmomentbereiche
eingehalten werden können und zum anderen die geforderte Schraubgenauigkeit auch bei kürzester
Schraubzeit garantiert wird.
Modularer Aufbau einer Schraubspindel
Diese Forderungen lassen sich nur mit hochdynamischen und schlanken Motoren erfüllen. Maßgebend für den
kleinsten Spindeldurchmesser ist der Durchmesser der letzten Getriebestufe des Planetengetriebes. Dieser
Durchmesser bestimmt bei der Motorauslegung den maximal zulässigen Motordurchmesser. Die Dynamik des
Motors und damit die erreichbare Genauigkeit der Verschraubung wird wesentlich von der Schwungenergie des
Rotors beeinflußt. Die Schwungenergie wiederum ist von Trägheitsmoment und der Drehzahl abhängig.
EC-Schraubspindel mit redundanter Meßwertaufnahme und Zuführautomatik
Seite 19

5.1.1 Antriebe für die Schraubtechnik
Druckluftantrieb (DL-Motor)
hydraulische Antriebe
Bürstenbehafteter Gleichstrommotor (DC-Motor)
Bürstenloser Asynchronmotor (AC-Motor)
Bürstenloser Gleichstrommotor (EC-Motor)
Impulsantrieb
5.1.1.1 Der Druckluftmotor (DL-Motor)
Der Druckluftmotor wird in erster Linie dort eingesetzt, wo keine hohen Forderungen an die Genauigkeit der
Verschraubung gestellt werden. Aufgebaut ist dieser Motor als Schieber- oder Lamellenmotor. Je nach
Auslegung ist er nur als Rechtsläufer oder als Rechts-/Linksläufer konstruiert. Im wesentlichen besteht der
Motor aus dem Zylinder, dem Rotor mit den Schiebern und der Lagerung sowie den Dichtplatten, die den
Zylinder auf beide Seiten abschließen.
Durch die exzentrische
Anordnung des Rotors
zum Zylinder entsteht ein
sichelförmiger Arbeitsraum,
der durch die
Schieber in einzelne
Kammern unterteilt wird.
Die am Lufteintritt einströmende
komprimierte
Luft versucht sich in den
Kammern zu entspannen.
Da die freie Fläche der
dem Luftaustritt zugewandtem
Schieber immer
größer wird, beginnt sich
der Rotor in Richtung der
größeren Schieberfläche
zu drehen. Durch die
Fliehkraft werden die
Schieber nach außen
gedrückt und dichten so
an der Zylinderinnenwand
ab.
Prinzip DL-Motor
Seite 20

5.1.1.2 Der Impulsantrieb
Der Impulsantrieb ist im exakten Sinne gar kein Antrieb, sondern ein hydraulischer Übertragungsmechanismus,
der die Rotationsenergie eines Motors in Form hochfrequenter Impulse auf die anzuziehende Schraube bringt.
Geeignete Motoren müssen dabei eine hohe Drehzahl liefern, um so aus der Rotationsenergie ein
ausreichendes Drehmoment aufzubauen. Am häufigsten findet deshalb der Druckluftmotor Anwendung, aber
auch Akku- und Hochfrequenzantriebe sind gebräuchlich.
Die Impulsübertragung ist ursprünglich von den mechanisch arbeitenden Schlagschraubern abgeleitet. Sie
ermöglicht einen großen Vorteil gegenüber den sogenannten Drehschraubern.
Selbst hohe Drehmomente über 100Nm sind nahezu reaktionsfrei ohne Abstützung verschraubbar. Dies macht
die Impulstechnik besonders für die Handschraubtechnik interessant.
Seite 21

Aufbau:
Ein Motor hoher Energiedichte treibt einen ölgefüllten Zylinder an. In diesem befindet sich drehbar gelagert die
Abtriebswelle mit ein oder zwei Treibplatten. Das Drehmoment ist über ein Ventil einstellbar.
Funktionsprinzip:
Der hydraulische Übertragungsmechanismus ist bei vielen Herstellern unterschiedlich konzipiert. Die Anzahl
der Ölkammern und Lamellen (Treibplatten) kann zwischen 1 und 2 differieren und ist so entscheidend für
funktionelle Leistungsmerkmale.
Das Prinzip an sich ist jedoch überall gleich.
Die Lamellen bilden in definierter Lage pro Umdrehung Dichtflächen zur Zylinderinnenwand. Dadurch entstehen
pro Umdrehung abgeschlossene Kammern mit komprimiertem Öl. Dieses verleiht in seinem Bestreben, sich
auszudehnen den Treibplatten »weiche« Impulse. Durch einen regelbaren Bypass kann über den Öldruck im
Zylinder das erreichbare Drehmoment eingestellt werden.
Ölzylindergehäuse
Abtriebsspindel
Treibplatte
Ölzylinder
Hydrauliköl
Funktionsprinzip der Impulserzeugung
(1) (2) (3) (4)
Drehmomentventil
Wegen ihrer Leistungsdichte werden gegenwärtig Systeme bevorzugt, die mit zwei Lamellen pro Umdrehung
nur einen Impuls erzeugen. Dies ist hier bei Stufe (4) der Fall.
Seite 22

5.1.1.3 Der bürstenlose Gleichstrommotor
Dies ist der jüngste Antrieb in der Schraubtechnik. Der elektronisch kommutierte Motor ist ein bürstenloser und
somit wartungsfreier Motor. Die in der Schraubtechnik eingesetzten EC-Motoren bestehen aus einem sehr
schlanken Läufer, der mit Dauermagneten bestückt ist, einem dreiphasigen Ständer und einem digitalen
Rotorlagegeber oder einem analogen Resolver.
Funktionsbeschreibung
Zerlegter EC-Motor
Elektrisch bzw. elektronisch kommutierter Motor, d.h. das Drehen des Motors wird durch die kontrollierte
Ansteuerung der Statorspulen erreicht, kein Einsatz verschleißbehafteter Schleifringe.
Der Rotor besteht aus einer Welle mit aufgeklebten Magnetschalen und dem aufmontierten Rotorlagegeber.
Der Stator besteht aus einem verschweißten Blechpaket mit drei eingelagerten Wicklungssträngen, die in
Sternschaltung zusammengeschlossen sind.
Die Ansteuerung der drei Wicklungen erfolgt um 120° phasenverschoben.
= Erzeugung eines Drehfeldes mit vier Polausbildungen.
Das Magnetfeld des Rotors richtet sich entsprechend den Polstellungen des erzeugten Drehfeldes aus.
= entstehende Kraftwirkung dreht den Rotor in Richtung des Drehfeldes.
Durch das permanent magnetische Feld des Rotors werden hohe Abgabemomente erzielt.
Querschnitt
Seite 23

5.1.2 Planetengetriebe
Das Planetengetriebe ist Bindeglied zwischen Antriebsmotor und Abtrieb. Es dient hierbei der Übersetzung der
hohen Motordrehzahlen (5000 > U/min) auf Drehzahlen mit denen Schrauben angezogen werden können.
Zugleich werden die relativ kleinen Ausgangsdrehmomente der Motoren (0,5.....16Nm) auf höhere
Abtriebsmomente übersetzt.
Auf Grund der Bauform sind durch Planetengetriebe sehr hohe Übersetzungsverhältnisse möglich, zumal diese
in 2,3 oder sogar 4 Stufen hintereinander angeordnet sein können. Damit sind Übersetzungsverhältnisse bis i
600 möglich.
Funktionsprinzip einer Planetenstufe
Motorwelle greift in Planeten ein, die auf ihrer Achse drehend gelagert sind.
Planeten bewegen sich aufgrund ihrer Anordnung zusätzlich entlang des Gehäuseritzels.
Aufnahmering wird gedreht, aufgrund des Übersetzugsverhältnisses zwischen Planeten und Gehäuseteil mit
verminderter Drehzahl.
Seite 24

5.1.3 Meßwertaufnehmer
Zur Erfassung eines Drehmomentes können
verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen.
Erstens kann man grundsätzlich in aktive oder
reaktive Messung unterschieden.
Ein sogenannter Aktionsaufnehmer erfaßt
hierbei das Drehmoment direkt an der
rotierenden Welle.
Die Aussage wird dadurch genauer und sicherer
gegenüber dem Reaktionsaufnehmer, der das
sich übertragende Reaktionsmoment auf dem
statischen Gehäuse ermittelt.
Meßbrücke mit Dehnungsmeßstreifen (häufigstes Verfahren)
Wirbelstromauswertung (Patent Bosch)
Magnetostriktives Verfahren (patentiert in Japan + USA)
5.1.3.1 Bürstenloses Verfahren mit Dehnungsmeßstreifen
Der Sensor ist ein schleifringloser
Aktionsaufnehmer, der aus einem
rotierenden und einem feststehenden
Teil mit jeweils eingebauter Elektronik
besteht. Durch den einfachen und
robusten Aufbau ist der Aufnehmer
unempfindlich gegen mechanische
Überlastungen.
Er wird mit einer Gleichspannung
gespeist. Die Innenelektronik wird über
einen Wechselrichter mit nachfolgendem
Drehübertrager von der
Außenelektronik versorgt. Auf der
Torsionswelle sind Dehnmeßstreifen
plaziert.
Dabei ist letztere Bauform jedoch immer bürstenlos
ausgeführt. D.h. es gibt keine schleifenden
Übertragungselemente zwischen Gehäuse und
rotierender Welle.
Damit wird die gesamte Konstruktion eines
Meßwertaufnehmers wartungsfrei, da wegen der
berührungslosen Funktionsweise kein Verschleiß
entstehen kann. Aktionsaufnehmer, in der
Vergangenheit häufig bürstenbehaftet, können aber
auch berührungslosarbeiten.
Im folgenden sollen drei Beispiele vorgestellt werden:
Das Meßsignal des Dehnmeßstreifens
wird vorverstärkt und in eine
spannungsproportionale Frequenz
umgewandelt. Diese wird optisch an
die Außenelektronik übertragen.
Die übertragene Frequenz wird durch
einen Frequenz- /
Spannungswandler in
frequenzproportionale Spannung
umgewandelt.
Seite 25

5.1.3.2 Wirbelstromverfahren
Das Wirbelstromverfahren wurde von der Firma BOSCH entwickelt, um einen berührungslosen
Aktionsaufnehmer zu erhalten. Die hier zum Einsatz kommende Funtionsweise garantiert bei verschleißfreiem
Betrieb eine in den meisten Anwendungsfällen ausreichende Meßgenauigkeit.
An der Torsionswelle sind an je einer Seite
zwei übereinandergreifende konzentrische
Schlitzhülsen befestigt.
Dabei sind um die mit der Torsionswelle
drehenden Hülsen zwei mit hochfrequentem
Strom durchflossene Spulen ortsfest im
Gebergehäuse angeordnet.
Je nach Betrag und Richtung der Belastung
der Torsionswelle ändert sich das Schlitzbild
der Hülsen. Die Schlitzüberdeckung wird
verringert oder vergrößert.
Dadurch verursacht der durch die Spulen in den Hülsen induzierte Wirbelstrom einen mehr oder weniger
starken Energieentzug aus den Spulen. Dieser Energieentzug ist dem Drehmoment proportional und wird in der
Elektronikeinheit ausgewertet.
5.1.3.3 Magnetostriktives Verfahren
Ähnlich dem Wirbelstromverfahren bietet auch das magnetostriktive Verfahren neben einem verschleißfreien
Betrieb ausreichende Meßgenauigkeit für die meisten aller Anwendungsfälle. Die Funktionsweise unterscheidet
sich jedoch völlig:
Die Oberfläche der Abtriebswelle ist an zwei
Stellen mit Rillen in ±45º versehen, um unter Last
den positiven magnetostriktiven Effekt zu erzeugen.
Je ein Paar Erreger- und Sensorspulen umgeben
die Wellen, - berühren sie aber nicht.
Wirkt ein Drehmoment auf die Welle, so werden die
Rillenflächen mit Zug und Druck beansprucht. Dies
erzeugt beiderseits eine Änderung der magnetischen
Permeabilität. Proportitional mit dem Drehmoment
wird diese elektronisch umgewandelt und
ausgewertet.
Seite 26

5.1.4 Spindelabtriebe
Das letzte Glied in der Schraubspindel bilden die Abtriebe. Zur Aufnahme der Schraubwerkzeuge
(Schraubernuß, Bit usw.) besitzen diese in der Regel einen genormten Außenvierkant oder Innensechskant. In
die Abtriebseinheit ist eine Keilwelle mit Feder integriert.
Beim Anstellen der Schraubspindel an die Schraube wird die Keilwelle nach hinten geschoben. Beim
Verschrauben bewegt sich die Schraube axial von der Schraubspindel weg.
Die Keilwelle, und damit auch das Schraubwerkzeug, folgt der Schraube aufgrund der sich entspannenden
Feder.
Je nach Anordnung der Schraubstellen wird aus einer Vielzahl von Abtrieben der geeignete ausgewählt. Im
Normalfall wird das Spindellager eingesetzt. Für enge Lochabstände (z. B. Lagerdeckel) verwendet man den
versetzten Abtrieb, bei eingeschränkten Platzverhältnissen nach oben (z. B. Gehäuseinnenverschraubung) den
Winkelkopf und für vertieft sitzende Schraubstellen (z. B. Motorstopfen) das Vorschubgetriebe.
Formen der Spindelabtriebe:
gerader Abtrieb (mit oder ohne Federweg)
versetzter Abtrieb (mit oder ohne Federweg)
Vorschubabtrieb
Winkelabtrieb
Flachabtrieb
Seite 27

5.2 Das Werkzeugkabel
Für den industrietauglichen Dauereinsatz in rauher Umgebung sind robotertaugliche Spezialkabel entwickelt
worden, die zentral eine Reihe unterschiedlichster Signale störsicher über große Entfernungen übertragen
können. Diese Kabel sind hochflexibel, abriebfest und resistent gegen Öle und Säuren. Die Steckverbinder an
beiden Enden sind mechanisch zugentlastend und genügen militärischen Bestimmungen.
Motorleitungen
2
4 x 1,5mm , verseilt,
mit Schirm und Isolierung
Rotorlagegeberleitungen
2
5 x 0,25mm , verseilt,
mit Schirm und Isolierung
Füller
Drehmoment-Aufnehmerleitungen
2
4 x 0,25mm , paarseitig verdrillt,
mit Schirm und Isolierung
Signalleitungen
2
4 x 0,25mm , paarseitig verdrillt,
mit Schirm und Isolierung
Thermofühlerleitungen
2
4 x 0,25mm , paarseitig verdrillt,
mit Schirm und Isolierung
Isolierfolie als Bandierung
Schirm zur elektrischen
Abschirmung
Geflecht auf Aramid-Fasern
als Zugentlastung
Mantel aus Spezial-TPU
Aussendurchmesser ca. 11mm
Seite 28

5.3 Die Schraub- und Meßelektronik
Die Schraub- und Meßelektronik wird benötigt, um Schraubspindeln zu betreiben und zu steuern, die sowohl
mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor mit Rotorlagegeber als auch mit einem Drehmoment- Meßwertaufnehmer
ausgerüstet sind.
Dieses Multiprozessor-System kann dabei nicht nur Meß- und Steueraufgaben übernehmen, sondern es dient
ebenso als Mensch- Maschine - Schnittstelle, als Datenspeicher, als Informations- oder Kommunikationsträger.
Die Welt der Datenaufbereitung (Statistik, QS) und der Datenverarbeitung (Netzwerkanbindung, Werkerinformation)
nimmt einen immer höheren Stellenwert ein, um Fertigungsprozesse nachvollziehbar und transparent
zu gestalten.
Die wesentlichen Module der Schraub- und Meßelektronik:
Netzteil: 5V Spannungsversorung für die Schaltkreise der Elektronik
± 12V Spannungsversorgung für die Drehmoment - Aufnehmer
24V Spannungsversorgung für die Ein-/ Ausgabeebene zu übergeordneten
Steuerungen
Bussystem: Grundplatine zur kabellosen Kommunikation aller Einheiten der Schraub- und
Meßelektronik. Die Einheiten werden auf die Busplatine aufgesteckt.
Zentraleinheit (CPU): Hauptrechner für die Verwaltung des Systems und die Koordination der
teilnehmenden Meßkarten
Terminal, Tastatur: Mensch - Maschine - Schnittstelle
Ser. Schnittstellen- Maschine - Maschine - Schnittstelle zum seriellen Datenaustausch zwischen den
modul: Systemen
Paralleles Ein-/ Maschine - Maschine - Schnittstelle zum parallelen Signalaustausch (Kommandos,
Ausgabemodul: Signalzustände 1/0)
Meßkarten-Modul: Microcontroller zur Verarbeitung der Soll- und Istwerte der Drehmomentaufnehmer.
Ansteuerung des Servo-Verstärkers für den bürstenlosen Gleichstrommotor in der
Schraubspindel
Servo-Verstärker: Leistungs- Endstufe des Gleichstrommotors und Controller des Rotorlagegebers
der Schraubspindel
220 V~
Netzteil
+ 5V
± 12V
+ 24V
Mensch - Maschine
Schnittstelle
Bus-
System
Schraub- und Meßelektronik
Terminal
Tastatur
CPU
Serielle
E/A
Drehmoment-
Abtrieb Getriebe Motor
Aufnehmer
Schraubspindel
Maschine - Maschine
Schnittstelle
ser.
Drehmoment / Drehwinkel
Versorgung
Parallele
E/A
par.
Meßmodul
Rotor-
Lagegeber
Winkel, Strom
Ansteuerung
Start / Stop
Versorgung
Servoverstärker
Ansteuerung
Seite 29