DE102021124669A1

DE102021124669A1 - Verfahren zur Prozesskontrolle bei Schraubprozessen

Info

Publication number: DE102021124669A1
Application number: DE102021124669.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Weinmann; Martin Mang
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-09-23
Filing date: 2021-09-23
Publication date: 2023-03-23

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Prozesskontrolle bei Schraubprozessen angegeben. Bei dem Verfahren werden ein Verbindungselement (1), das ein Gewinde aufweist, eine Schraubeinrichtung (2) zum Verschrauben des Verbindungselements (1) und eine Erfassungseinrichtung (3) zur akustischen Erfassung eines Schraubgeräusches (5) bereitgestellt. Das Verbindungselements (1) wird in einem Schraubprozess mittels der Schraubeinrichtung (2) mit einem Bauteil (4) verbunden, und ein Schraubgeräusches (5) während des Schraubprozesses wird durch die Erfassungseinrichtung (3) erfasst. Weiterhin wird das erfasste Schraubgeräusch (5) mit hinterlegten Sollwerten (6) mittels einer Auswerteeinrichtung (7) verglichen.

Description

Es wird ein Verfahren zur Prozesskontrolle bei Schraubprozessen angegeben. Bei dem Schauprozess wird ein Verbindungselement, wie z.B. eine Schraube oder eine Mutter, mit einem weiteren Bauelement verbunden.
Zur Befestigung von Bauteilen wird, insbesondere bei sicherheitsrelevanten Bauteilen, die sogenannte EC-Schraubtechnik eingesetzt. Damit lässt sich der Schraubprozess überwachen und ein Rückschluss auf die Qualität der erstellten Schraubverbindung schließen.
Üblicherweise wird der prozessübennrachte Schraubprozess mittels zweier unabhängiger Messgrößen, nämlich des Drehmoments und des Drehwinkels, dargestellt.
Es ist eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, ein Verfahren zur Prozesskontrolle bei Schraubprozessen anzugeben, mittels dessen die Sicherheit bei Schraubprozessen erhöht werden kann bzw. mittels dessen die Qualität eines Schraubprozesses in verbesserter Form bewertet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus der Zeichnung hervor.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Prozesskontrolle bei Schraubprozessen werden ein Verbindungselement, welches ein Gewinde aufweist, eine Schraubeinrichtung zum Verschrauben des Verbindungselements sowie eine Erfassungseinrichtung zur akustischen Erfassung eines Schraubgeräusches bereitgestellt. Das Verbindungselement wird mittels der Schraubeinrichtung mit einem Bauteil in einem Schraubprozess verbunden. Während des Schraubprozesses wird ein Schraubgeräusch durch die Erfassungseinrichtung erfasst bzw. aufgenommen. Weiterhin wird das erfasste bzw. aufgenommene Schraubgeräusch mit hinterlegten Sollwerten mittels einer Auswerteeinrichtung verglichen.
Das Verbindungselement kann z.B. als Schraube ausgebildet sein. Insbesondere kann das Verbindungselement einen Schraubenschaft und einen mit dem Schraubenschaft verbundenen Schraubenkopf aufweisen. Der Schraubenkopf weist eine Unterkopfseite auf, wobei die Auflagestelle durch die Unterkopfseite gebildet ist. Beim Beenden des Schraubprozesses liegt die Unterkopfseite des Schraubenkopfes vorzugsweise am Bauteil an.
Bei dem Bauteil kann es sich z.B. um ein Fahrzeugbauteil handeln. Beispielsweise kann das Bauteil ein Karosseriebauteil sein.
Die Erfassungseinrichtung kann z.B. ein Mikrofon sein. Vorzugsweise ist die Erfassungseinrichtung bei dem Verfahren in der Nähe der Schraubeinrichtung bzw. in der Nähe des zu verschraubenden Verbindungselements angeordnet. Besonders bevorzugt ist das Mikrofon in der unmittelbaren Umgebung der Schraubeinrichtung bzw. des Verbindungselements angeordnet. Weiterhin kann das Mikrofon an der Schraubeinrichtung angeordnet sein, beispielsweise unmittelbar benachbart zu einem Schraubkopf der Schraubeinrichtung.
Bei dem erfassten Schraubgeräusch handelt es sich vorzugsweise um ein durch undefinierte Haft-Gleitreibungsübergänge verursachtes Knarzgeräusch. Insbesondere kann das erfasste Schraubgeräusch durch einen sogenannten Stick-Slip-Effekt verursacht sein. Der Stick-Slip-Effekt, welche auch als Haftgleiteffekt bezeichnet werden kann, bezeichnet das Ruckgleiten von gegeneinander bewegten Festkörpern, wie im vorliegenden Fall von Verbindungselement und Bauteil. Solche undefinierte Haft-Gleitreibungsübergänge können zu Fehlern im Schraubprozess und mangelnder Vorspannkraft in der Verbindung führen.
Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, das durch die Erfassungseinrichtung ermittelte Schraubgeräusch mit hinterlegten Sollwerten und/oder einem hinterlegten Soll-Schraubgeräusch zu vergleichen. Weiterhin ist die Erfassungseinrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, den Vergleich zwischen dem Schraubgeräusch und den hinterlegten Sollwerten zu bewerten. Die Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise derart mit Auswerteeinrichtung verbunden, dass Signale und/oder Daten von der Erfassungseinrichtung an die Auswerteeinrichtung übertragen werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei dem Verfahren mittels einer Anzeigeeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Bewertung durch die Auswerteeinrichtung ein Signal auszugeben, angezeigt, ob das erfasste Schraubgeräusch mit den hinterlegten Sollwerten übereinstimmt bzw. in einem vorab festgelegten Wertebereich liegt oder nicht. Das Signal kann in optischer und/oder akustischer und/oder haptischer Form ausgegeben werden. Mittels des ausgegebenen Signals lässt sich auf eine einfache Art erkennen, ob der Schraubprozess fehlerbehaftet war oder nicht. Beispielsweise kann die Anzeigeeinrichtung eine LED oder mehrere LEDs aufweisen, welche z.B. durch verschiedene Farben anzeigen können, wie der Applikationsprozess durch die Auswerteeinrichtung bewertet worden ist.
Bei der Erfassungseinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Mikrofon handeln. Es ist auch möglich, dass die Erfassungseinrichtung eine Mehrzahl von Mikrofonen aufweist.
Das Mikrofon kann z.B. in der unmittelbaren Umgebung der Schraubeinrichtung angeordnet. Insbesondere kann das Mikrofon unmittelbar an der Schraubeinrichtung angeordnet sein bzw. direkt an der Schraubeinrichtung befestigt oder in die Schraubeinrichtung integriert sein. Alternativ ist es auch möglich, dass das Mikrofon von der Schraubeinrichtung beabstandet in der Umgebung der Schraubeinrichtung angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassend hinterlegten Sollwerte Prozessdaten vergangener Schraubprozesse. Insbesondere können hinterlegten Sollwerte Daten zu Schraubgeräuschen vergangener Schraubprozesse umfassen, beispielsweise bisherige Prozessdaten zum identischen Schraubfall bzw. Bauteil.
Weiterhin kann bei dem Schreibprozess mittels einer Messeinrichtung das Drehmoment in Abhängigkeit des Drehwinkels gemessen werden, wobei das erfasste Schraubgeräusch in Abhängigkeit des gemessenen Drehmoments und/oder Drehwinkels bewertet wird. Das Verbindungselement wird also mit einem Bauteil in einem Schraubprozess unter Messung des Drehmoments und/oder der Kraft in Abhängigkeit des Drehwinkels und/oder des Weges verbunden, wobei die Messung mittels der Messeinrichtung erfolgt. Dabei erfolgt die Bewertung des erfassten Schraubgeräusches in Abhängigkeit der von der Messeinrichtung gemessenen Werte. Die hinterlegten Sollwerte können z.B. Daten zu erfassten Schraubgeräuschen in Abhängigkeit von gemessenen Drehmomenten und/oder Drehwinkeln vergangener Schraubprozesse umfassen.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Prozesskontrolle bei Schraubprozessen können durch einen Stick-Slip-Effekt verursachte Knarzgeräusche während der Verschraubung erfasst werden. Die erhaltenen Daten können mit bisherigen Prozessdaten zum Schraubfall bzw. Bauteil gematched und ausgewertet werden. Die Daten können z.B. in einem Schraubanalysetool bewertet werden und so eine Prognose zusammen mit anderen Daten zur Anfälligkeit von Stick-Slip-Effekten getroffen werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens zur Prozesskontrolle bei Schraubprozessen ergeben sich aus der im Folgenden in Verbindung mit der 1 beschriebenen Ausführungsform.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines hier beschriebenen Schraubprozesses gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Dabei werden ein Verbindungselement 1 mit einem Gewinde sowie eine Schraubeinrichtung 2 zum Verschrauben des Verbindungselements 1 bereitgestellt. Das Verbindungselement 1 ist als Schraube ausgebildet und weist einen Schraubenschaft sowie einen Schraubenkopf auf.
Weiterhin wird eine Erfassungseinrichtung 3 zur akustischen Erfassung eines Schraubgeräusches 5 bereitgestellt. Das Verbindungselement 1 wird mit einem Bauteil 4, das als Fahrzeugbauteil ausgebildet sein kann, mittels der Schraubeinrichtung 2 verbunden. Während des Schraubprozesses wird das beim Schraubprozess auftretende Schraubgeräusch 5 durch die Erfassungseinrichtung 3 erfasst. Weiterhin wird das erfasste Schraubgeräusch 5 mit hinterlegten Sollwerten 6 durch eine Auswerteeinrichtung 7 verglichen.
Die hinterlegten Sollwerte können z.B. Prozessdaten vergangener Schraubprozesse umfassen. Insbesondere können hinterlegten Sollwerte Daten zu Schraubgeräuschen vergangener Schraubprozesse der identischen Schraubanwendung, d.h. unter Verwendung eines baugleichen Verbindungselements 1 und eines baugleichen Bauteils 4, umfassen. Weiterhin ist es möglich, dass durch eine Messeinrichtung das beim Schraubprozess auftretende Drehmoment sowie der zugehörige Drehwinkel gemessen werden, und dass das erfasste Schraubgeräusch 5 in Abhängigkeit des gemessenen Drehmoments bzw. Drehwinkels bewertet wird.
Durch das hier beschriebene Verfahren kann eine Prognose zur Anfälligkeit von Stick-Slip-Effekten getroffen werden.
Beim hier beschriebenen Verfahren wird das Verbindungselement 1 mit einem Bauteil verbunden, wobei das Schraubdrehmoment und/oder die Schraubkraft in Abhängigkeit des Drehwinkels und oder/des Weges mittels einer Messeinheit erfasst wird.
Vorteilhafterweise bringt das hier beschriebene Verfahren eine erhöhte Sicherheit bei Schraubprozessen.
Alternativ oder zusätzlich kann das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungselement
2: Schraubeinrichtung
3: Erfassungseinrichtung
4: Bauteil
5: Schraubgeräusch
6: Sollwerte
7: Auswerteeinrichtung

Claims

Verfahren zur Prozesskontrolle bei Schraubprozessen, aufweisend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Verbindungselements (1), das ein Gewinde aufweist, - Bereitstellen einer Schraubeinrichtung (2) zum Verschrauben des Verbindungselements (1), - Bereitstellen einer Erfassungseinrichtung (3) zur akustischen Erfassung eines Schraubgeräusches (5), - Verbinden des Verbindungselements (1) mit einem Bauteil (4) in einem Schraubprozess mittels der Schraubeinrichtung (2), - Erfassen eines Schraubgeräusches (5) während des Schraubprozesses durch die Erfassungseinrichtung (3), und - Vergleichen des erfassten Schraubgeräusches (5) mit hinterlegten Sollwerten (6) mittels einer Auswerteeinrichtung (7).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem erfassten Schraubgeräusch (5) um ein durch undefinierte Haft-Gleitreibungsübergänge verursachtes Knarzgeräusch handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das erfasste Schraubgeräusch (5) durch einen Stick-Slip-Effekt verursacht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinrichtung (3) ein Mikrofon ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Mikrofon in der unmittelbaren Umgebung der Schraubeinrichtung (2) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Mikrofon an der Schraubeinrichtung (2) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die hinterlegten Sollwerte Prozessdaten vergangener Schraubprozesse umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die hinterlegten Sollwerte Daten zu Schraubgeräuschen vergangener Schraubprozesse umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Schraubprozess mittels einer Messeinrichtung ein Drehmoment in Abhängigkeit eines Drehwinkels gemessen wird, und wobei das erfasste erfassten Schraubgeräusch (5) in Abhängigkeit des gemessenen Drehmoments und/oder Drehwinkels bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die hinterlegten Sollwerte (5) Daten zu erfassten Schraubgeräuschen (5) in Abhängigkeit von gemessenen Drehmomenten und/oder Drehwinkeln vergangener Schraubprozesse umfassen.