DE102004003182A1 - Method for determining a screwing angle and electric screwdrivers - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung eines Verschraubungswinkels eines Elektroschraubers mit einem Gleichstrommotor. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der Verschraubungswinkel aus einer Anzahl von Wellen einer Kommutierungswelligkeit eines Stromsignals des Gleichstrommotors bestimmt wird. Weiterhin wird ein Elektroschrauber vorgeschlagen.The invention is based on a method for determining a screwing angle of an electric screwdriver with a DC motor. DOLLAR A It is proposed that the Verschraubungswinkel is determined from a number of waves of a commutation ripple of a current signal of the DC motor. Furthermore, an electric screwdriver is proposed.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung eines Verschraubungswinkels und von einem Elektroschrauber nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 7.The The invention is based on a method for determining a screwing angle and of an electric screwdriver according to the preambles of claims 1 and 7th

Schrauben sollen die zu verbindenden Teile mit so großen Kräften zusammenhalten, dass auch bei den höchsten im Betrieb vorkommenden Betriebskräften keine Verschiebung der Fügeteile eintreten kann. Die notwendigen Anzugsmomente können durch eine Drehmomentmethode oder eine Winkelanzugsmethode erzeugt werden. Die Drehmomentmethode ist bei maschinellem Anziehen einfacher zu realisieren als die Winkelanzugsmethode, welche einen höheren Aufwand erfordert, aber die präziseren Ergebnisse liefert. Mit der Winkelanzugsmethode können höchstmögliche Spannkräfte von Schraubverbindungen mit sehr kleinen Streuungen erreicht werden. Für ein solches Verfahren sind jedoch Vorberechnungen und Versuche bzw. elektronisch gesteuerte Spezialschrauber notwendig.screw should hold the parts to be joined with such great forces that even at the highest Operating staff not in operation joining parts can occur. The necessary tightening torques can be achieved by a torque method or a Winkelanzugsmethode be generated. The torque method is easier to implement with mechanical tightening than the angle tightening method, which a higher one Requires effort, but the more precise Delivers results. With the angular tightening method, the highest possible clamping forces of screw connections can be achieved can be achieved with very small scatter. For such a procedure are however, pre-calculations and experiments or electronically controlled Special screwdriver necessary.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem der Verschraubungswinkel aus einer Anzahl von Wellen einer Kommutierungswelligkeit eines Stromsignals eines einen Elektroschrauber antreibenden Gleichstrommotors bestimmt wird. Das Verfahren ist unaufwendig und erlaubt eine hohe Auflösung von besser als 1% bei der Bestimmung des Verschraubungswinkels.It a method is proposed in which the bolting angle from a number of waves of commutation ripple one Current signal of a DC electric motor driving a DC motor is determined. The process is inexpensive and allows a high resolution better than 1% for the determination of the bolting angle.

Werden die Wellen der Kommutierungswelligkeit im Bereich eines Stromanstiegs und/oder Spannungsabfalls und/oder Drehmomentanstiegs am Gleichstrommotor gezählt, kann von einem definierter Startpunkt aus die Bestimmung des Verschraubungswinkels erfolgen. Werden insbesondere nach Anliegen eines Schraubenkopfs an einem zu verschraubenden Werkstück, ab dem ein Drehmomentanstieg zu beobachten ist, bis zum Zeitpunkt des Abschaltens des Gleichstrommotors bei Erreichen einer vorbestimmten Drehmomentschwelle die Wellen der Kommutierungswelligkeit gezählt, lässt sich der Verschraubungswinkel mit hoher Genauigkeit bestimmen. Der Verschraubungswinkel kann bestimmt werden, indem bei der Anzahl der Wellen eine Übersetzung und eine Anzahl von Kommutierungslamellen des Gleichstrommotors berücksichtigt werden.Become the waves of commutation ripple in the region of a current increase and / or voltage drop and / or torque increase on the DC motor counted can determine the bolting angle from a defined starting point respectively. Be particularly after concerns a screw head on a workpiece to be screwed, from which an increase in torque is observed until the time of shutdown of the DC motor upon reaching a predetermined torque threshold, the waves the commutation ripple counted, let yourself determine the bolting angle with high accuracy. The bolting angle can be determined by the number of waves a translation and a number of commutation bars of the DC motor considered become.

Eine hohe Präzision der Einstellung des Verschraubungswinkels und damit der Spannkraft zwischen den zu verschraubenden Teilen ist erreichbar, wenn der Gleichstrommotor abhängig von dem Verschraubungswinkel abgeschaltet wird. Optional kann der Gleichstrommotor abhängig von dem Verschraubungswinkel von einem durch den Gleichstrommotor antreibbaren Schraubwerkzeug abgekoppelt werden.A high precision the adjustment of the screwing angle and thus the clamping force between the parts to be screwed is accessible when the DC motor dependent is switched off from the screwing angle. Optionally, the DC motor dependent from the bolting angle of a drivable by the DC motor Uncoupling be uncoupled.

Ferner wird ein Elektroschrauber vorgeschlagen, dessen Steuereinheit eine Zählvorrichtung zum Zählen von Wellen einer Kommutierungswelligkeit aufweist. Vorzugsweise weist die Steuereinheit Rechenmittel zum Bestimmen eines Verschraubungswinkels sowie eine Abschalteinheit zum Abschalten des Gleichstrommotors in Abhängigkeit von dem Verschraubungswinkel auf. Alternativ kann die Steuerung eine Entkopplungseinheit zum Entkoppeln des Gleichstrommotors von einem durch den Gleichstrommotor antreibbaren Schraubwerkzeug in Abhängigkeit von dem Verschraubungswinkel aufweisen. Der Elektroschrauber ermöglicht eine preiswerte, hochpräzise und reproduzierbare Einstellung von Spannkräften zwischen zu verschraubenden TeilenFurther an electric screwdriver is proposed, the control unit a Counting device for counting of waves of commutation ripple. Preferably the control unit has computing means for determining a screwing angle and a turn-off unit for turning off the DC motor dependent on from the screwing angle. Alternatively, the controller a decoupling unit for decoupling the DC motor of a drivable by the DC motor screwing in dependence from the screwing angle. The electric screwdriver allows a inexpensive, high-precision and reproducible adjustment of clamping forces between to be screwed share

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.The Invention will be described below in an embodiment with reference to the accompanying drawings explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Stromverlauf eines Gleichstrommotors über der Zeit mit einem Anstieg eines Drehmoments nach Anliegen eines Schraubenkopfes an einem zu verschraubenden Werkstück; und 1 a current waveform of a DC motor over time with an increase in torque after application of a screw head to a workpiece to be screwed; and

2 eine Vergrößerung des Stromverlaufs über der Zeit nahe eines Abschaltpunktes eines Gleichstrommotors. 2 an increase in the course of current over time near a cut-off point of a DC motor.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

Das Verfahren ist anhand eines Stromverlaufs über der Zeit in 1 und 2 näher erläutert. Sobald beim Vorgang des Verschraubens ein Schraubenkopf an einem zu verschraubenden Werkstück anliegt, erfolgt an einem Gleichstrommotor, welcher ein den Schraubenkopf kontaktierendes Schraubwerkzeug antreibt, ein Stromanstieg bzw. ein Spannungsabfall, da das Drehmoment M(t) zum Weiterdrehen des Schraubenkopfes ansteigt. Der linke Bereich des Stromverlaufs I(t) in 1 ist zunächst konstant, während die Schraube eingedreht wird. Kommt der Schraubenkopf in Anlage, steigen der Strom I(t) (verrauschte Kurve) und das Drehmoment M(t) (glatte Kurve) solange an, bis ein üblicher Mikroschalter in einer Steuereinheit des Elektroschraubers ein maximal zulässiges Drehmoment erkennt und den Gleichstrommotor abschaltet. Strom I(t) und Drehmoment M(t) fallen daraufhin steil ab.The method is based on a current waveform over time in 1 and 2 explained in more detail. As soon as a screw head rests on a workpiece to be screwed in the process of screwing, a current increase or a voltage drop takes place on a DC motor, which drives a screwing tool contacting the screw head, since the torque M (t) increases for further rotation of the screw head. The left part of the current I (t) in 1 is initially constant while the screw is screwed. When the screw head comes into contact, the current I (t) (noisy curve) and the torque M (t) (smooth curve) increase until a conventional microswitch in a control unit of the electric screwdriver detects a maximum permissible torque and turns off the DC motor. Current I (t) and torque M (t) then drop steeply.

2 zeigt eine Vergrößerung eines Ausschnitts der Kennlinie aus 1. Im Stromverlauf I(t) über der Zeit t sind deutlich Wellen zu erkennen, die von der Kommutierungswelligkeit des Gleichstrommotors herrühren und mit der Anzahl von üblichen Kommutierungslamellen des Gleichstrommotors korrespondieren. Der Drehmomentverlauf M(t) ist wiederum als glatte Kurve unterhalb des Stromverlaufs zu erkennen. Ein Mikrokontroller der Steuereinheit zählt die Wellen der Kommutierungswelligkeit beginnend am Anstieg des Stroms bzw. des Drehmoments bzw. des Spannungsabfalls bis zum Abschalten des Gleichstrommotors bzw. bis zu dem Moment, in dem das Schraubwerkzeug antriebslos wird. Aus der Zahl der Wellen lässt sich über eine Übersetzung eines üblichen Getriebes zwischen Gleichstrommotor und Schraubwerkzeug sowie der Anzahl der Kommutierungslamellen des Gleichstrommotors der Verschraubungswinkel bestimmen. 2 shows an enlargement of a section of the characteristic curve 1 , In the course of the current I (t) over the time t, waves are clearly to be seen which originate from the commutation ripple of the DC motor and correspond to the number of conventional commutation fins of the DC motor. The torque curve M (t) can be seen again as a smooth curve below the current curve. A microcontroller of the control unit counts the waves of Kommutierungswelligkeit starting from the rise of the current or the torque or the voltage drop until the shutdown of the DC motor or until the moment in which the screwing is unpowered. From the number of waves can be determined via a translation of a conventional transmission between the DC motor and screwing tool and the number of Kommutierungslamellen the DC motor of the screwing.

Bei einem Verschraubungswinkel von beispielsweise 180° (d.h. eine halbe Umdrehung der Schraube), einer Übersetzung von 39 sowie einem Kommutierungssignal von 6 Kommutierungslamellen pro Umdrehung des Gleichstrommotors ergeben sich 0,5·39·6 = 117 Wellen für die halbe Umdrehung der Schraube. Daraus ergibt sich eine Messgenauigkeit bzw. Auflösung von ca. 1,5°, d.h. weniger als 1%.at a bolting angle of, for example, 180 ° (i.e. half turn of the screw), a translation of 39 and a commutation signal of 6 commutation bars per revolution of the DC motor result in 0.5 · 39 · 6 = 117 Waves for half the turn of the screw. This results in a measurement accuracy or resolution of about 1.5 °, i.e. less than 1%.

Claims (11)

Verfahren zur Bestimmung eines Verschraubungswinkels eines Elektroschraubers mit einem Gleichstrommotor, dadurch ge kennzeichnet, dass der Verschraubungswinkel aus einer Anzahl von Wellen einer Kommutierungswelligkeit eines Stromsignals des Gleichstrommotors bestimmt wird.A method for determining a Verschraubungswinkels of an electric screwdriver with a direct current motor, characterized in that the Verschraubungswinkel of a number of waves of a commutation ripple is determined a current signal of the DC motor. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen der Kommutierungswelligkeit im Bereich eines Stromanstiegs und/oder Spannungsabfalls und/oder Drehmomentanstiegs am Gleichstrommotor gezählt werden.Method according to claim 1, characterized in that that the waves of commutation ripple in the region of a current increase and / or voltage drop and / or torque increase on the DC motor counted become. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anliegen eines Schraubenkopfs an einem zu verschraubenden Werkstück die Wellen der Kommutierungswelligkeit bis zum Zeitpunkt des Abschaltens des Gleichstrommotors gezählt werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that after concerns a screw head on a screwed Workpiece the Waves of commutation ripple until the time of shutdown of the DC motor counted become. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschraubungswinkel bestimmt wird, indem die Anzahl der Wellen durch eine Übersetzung und durch eine Anzahl von Kommutierungslamellen des Gleichstrommotors dividiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the bolting angle is determined by the number of waves through a translation and a number divided by commutation of the DC motor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor abhängig von dem Verschraubungswinkel abgeschaltet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the DC motor depends on the screwing angle is switched off. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor abhängig von dem Verschraubungswinkel von einem durch den Gleichstrommotor antreibbaren Schraubwerkzeug abgekoppelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the DC motor depends on the screwing angle from a drivable by the DC motor screwing is decoupled. Elektroschrauber mit einem Gleichstrommotor sowie einer Steuereinheit und einer Abschalteinheit zum Abschalten des Gleichstrommotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Zählvorrichtung zum Zählen von Wellen einer Kommutierungswelligkeit aufweist.Electric screwdriver with a DC motor as well a control unit and a shutdown unit for switching off the DC motor, characterized in that the control unit a counting device to count of waves of commutation ripple. Elektroschrauber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählvorrichtung von einem Mikrokontroller umfasst ist.Electric screwdriver according to claim 7, characterized that the counting device is encompassed by a microcontroller. Elektroschrauber nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ein Rechenmittel zum Bestimmen eines Verschraubungswinkels aufweist.Electric screwdriver according to claim 7 or 8, characterized characterized in that the control unit has a computing means for determining having a screwing angle. Elektroschrauber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Abschalteinheit zum Abschalten des Gleichstrommotors in Abhängigkeit von dem Verschraubungswinkel aufweist.Electric screwdriver according to claim 9, characterized in that the control unit has a turn-off unit for switching off the DC motor dependence from the screwing angle. Elektroschrauber nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung eine Entkopplungseinheit zum Entkoppeln des Gleichstrommotors von einem durch den Gleichstrommotor antreibbaren Schraubwerkzeug in Abhängigkeit von dem Verschraubungswinkel aufweist.Electric screwdriver according to one of claims 7 to 10, characterized in that the controller is a decoupling unit for decoupling the DC motor from one through the DC motor drivable screwing tool depending on the screwing angle having.
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