DE102013100986A1

DE102013100986A1 - Screwdriver has sensor that is arranged for monitoring tool spindle in response to acceleration of tool spindle in axial direction, and controller for controlling drive based on sensor signal

Info

Publication number: DE102013100986A1
Application number: DE201310100986
Authority: DE
Inventors: Kristian Karlovic; Bernd Mayer; Anatoli Pankraz; Adrian Vogt
Original assignee: C&E Fein GmbH and Co
Current assignee: C&E Fein GmbH and Co
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-07-31

Abstract

The screwdriver has a drive (12) for driving a tool spindle (16) in which a tool holder (18) for receiving a tool is arranged. A sensor (20) is arranged for monitoring the tool spindle in response to acceleration of tool spindle in axial direction, and a controller (21) is arranged for controlling the drive based on sensor signal.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schrauber mit einem Antrieb zum Antrieb einer Werkzeugspindel, an der eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Werkzeugs aufgenommen ist, mit einem Sensor zur Überwachung der Werkzeugspindel und mit einer Steuerung zur Steuerung des Antriebs. The invention relates to a screwdriver with a drive for driving a tool spindle, on which a tool holder is received for receiving a tool, with a sensor for monitoring the tool spindle and with a controller for controlling the drive.

Ein derartiger Schrauber ist aus der EP 1 941 973 B1 bekannt. Such a screwdriver is from the EP 1 941 973 B1 known.

Hierbei wird das Ein- und Ausschalten des Antriebsmotors durch den Schraubvorgang selbst gesteuert. Der Antriebsmotor wird zu Beginn des Einschraubvorgangs selbsttätig in Gang gesetzt und nach dem Einschrauben der jeweiligen Schraube selbsttätig ausgeschaltet. Die Werkzeugspindel ist drehbar gelagert und in axialer Richtung zwischen einer vorderen, inaktiven Stellung und einer hinteren, aktiven Stellung bewegbar gelagert. Die Werkzeugspindel wird durch eine Federkraft in Richtung auf die vordere Stellung hin beaufschlagt. Soll eine Verschraubung durchgeführt werden, so bringt der Anwender eine Axialkraft auf die Werkzeugspindel auf, wodurch die Werkzeugspindel nach hinten verschoben wird. Diese Verschiebung wird durch einen eingebauten Hall-Sensor erfasst, wodurch ein Einschaltsignal für den Schrauber erzeugt wird, um den Motor zum Antrieb der Spindel anzutreiben. Sobald eine gewisse Einschraubtiefe erreicht ist, stößt der Tiefenanschlag an. Sobald die Werkzeugspindel einen bestimmten Abstand vom Hall-Sensor überschreitet, erlischt das Einschaltsignal und der Antrieb wird automatisch abgeschaltet. Damit ist der Schraubvorgang beendet. Here, the switching on and off of the drive motor is controlled by the screwing itself. The drive motor is automatically started at the beginning of the screwing process and automatically switched off after screwing in the respective screw. The tool spindle is rotatably mounted and movably mounted in the axial direction between a front, inactive position and a rear, active position. The tool spindle is acted upon by a spring force in the direction of the front position. If a screw connection is to be carried out, the user applies an axial force to the tool spindle, whereby the tool spindle is moved backwards. This shift is detected by a built-in Hall sensor, which generates a turn-on signal for the nutrunner to drive the motor to drive the spindle. As soon as a certain depth of engagement has been reached, the depth stop abuts. As soon as the tool spindle exceeds a certain distance from the Hall sensor, the switch-on signal goes off and the drive is automatically switched off. This completes the screwdriving process.

Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist, dass die Verwendung nur in Kombination mit einem Tiefenanschlag möglich ist und dass kein präzises Anzugsmoment für eine Verschraubung gewährleistet werden kann. A disadvantage of the known arrangement is that the use is possible only in combination with a depth stop and that no precise tightening torque can be ensured for a screw connection.

Bei einem weiteren aus der EP 2 457 693 A2 bekannten Schrauber ist ein Kraftsensor zur Überwachung vorgesehen, der mit einer Steuerung derart gekoppelt ist, dass diese in einen Ausschaltzustand geht, wenn die Anpresskraft auf den Sensor unterhalb eines bestimmten Halteschwellwertes abfällt. Da der Sensor als Kraftsensor ausgebildet ist, ist eine präzise Überwachung der Werkzeugspindel ermöglicht, um bei Erreichen eines bestimmten Kriteriums einen Ausschaltzustand zu realisieren. Dies ist grundsätzlich von einer Axialbewegung der Werkzeugspindel unabhängig und kann sowohl in Verbindung mit einem Tiefenanschlag aber auch ohne die Verwendung eines Tiefenanschlags genutzt werden. Zur Funktion ist jedoch eine Koppeleinrichtung erforderlich, wobei an einem Antriebsrad schräg zur Axialrichtung verlaufende Taschen vorgesehen sind, in die Eingriffsmittel eingreifen, die mit der Werkzeugspindel drehfest verbunden sind. Hierdurch ist ein relativ komplizierter Aufbau gegeben. At another from the EP 2 457 693 A2 Known screwdriver a force sensor is provided for monitoring, which is coupled to a controller such that it goes into an off state when the contact force drops to the sensor below a certain holding threshold. Since the sensor is designed as a force sensor, precise monitoring of the tool spindle is made possible in order to achieve a switch-off state when a certain criterion is reached. This is basically independent of an axial movement of the tool spindle and can be used both in conjunction with a depth stop but also without the use of a depth stop. To function, however, a coupling device is required, being provided on a drive wheel obliquely to the axial direction extending pockets, engage in the engagement means which are rotatably connected to the tool spindle. As a result, a relatively complicated structure is given.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Schrauber mit einer elektronischen Abschaltung anzugeben, der möglichst einfach und robust aufgebaut ist. The invention is therefore based on the object to provide a screwdriver with an electronic shutdown, which is constructed as simple and robust.

Diese Aufgabe wird bei einem Schrauber der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Sensor auf eine Beschleunigung der Werkzeugspindel in Axialrichtung anspricht. This object is achieved with a screwdriver of the type mentioned above in that the sensor responds to an acceleration of the tool spindle in the axial direction.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise gelöst. Erfindungsgemäß wird nicht die axiale Stellung der Werkzeugspindel von einem zugeordneten Sensor erfasst, sondern lediglich eine Beschleunigung der Werkzeugspindel in Axialrichtung ausgewertet. Auf diese Weise kann unabhängig von einer Federkraft und einer Anpresskraft des Benutzers eine präzise Steuerung der Werkzeugspindel erreicht werden. Je größer die Beschleunigung der Werkzeugspindel ist, umso ein prägnanteres Signal wird vom zugeordneten Sensor ausgegeben. Dieses Signal kann genutzt werden, um den Antrieb ein- bzw. abzuschalten. Bei einer Belastungsbewegung der Werkzeugspindel in Axialrichtung, die bei einem Einschraubvorgang entsteht, ergibt sich ein Sensorsignal bestimmter Höhe. Übersteigt das Signal eine bestimmte Größe, so kann der Motor eingeschaltet werden.The object of the invention is achieved in this way. According to the invention, the axial position of the tool spindle is not detected by an associated sensor, but only an acceleration of the tool spindle in the axial direction is evaluated. In this way, regardless of a spring force and a contact force of the user precise control of the tool spindle can be achieved. The greater the acceleration of the tool spindle, the more pronounced signal is output from the associated sensor. This signal can be used to turn the drive on or off. In a load movement of the tool spindle in the axial direction, which results from a screwing, results in a sensor signal of a certain height. If the signal exceeds a certain size, the motor can be switched on.

Wird die Werkzeugspindel axial entlastet, indem zum Beispiel ein Tiefenanschlag auf der Werkstückoberfläche aufläuft oder der Anwender die Anpresskraft des Schraubers zur Werkstückoberfläche verringert, so ergibt sich eine deutliche Beschleunigung der Werkzeugspindel in Entlastungsrichtung des Sensors. Diese Entlastungsbeschleunigung führt zu einem starken Ausgangssignal des Sensors, das zur Abschaltung des Antriebs genutzt werden kann. If the tool spindle is relieved axially, for example by running down a depth stop on the workpiece surface, or if the user reduces the contact force of the screwdriver to the workpiece surface, this results in a clear acceleration of the tool spindle in the unloading direction of the sensor. This discharge acceleration leads to a strong output signal of the sensor, which can be used to shut down the drive.

Da die Sensorik abhängig von der axialen Belastungsbeschleunigung verschieden hohe Signale induziert, kann das Sensorsystem als Steuerungssystem für andere Anwendungen genutzt werden. Z.B. kann die Drehmomentabschaltung durch die axiale Anpressbeschleunigung des Anwenders gesteuert werden. Somit kann das Sensorsystem nicht nur als Tiefenabschaltung genutzt werden sondern auch als allgemeine Benutzerschnittstelle für andere Anwendungen. Somit ist es auch nicht zwingend erforderlich, einen Tiefenanschlag zu verwenden, um eine sensorgesteuerte Abschaltung zu erhalten. Weiterhin wäre eine Abschaltung ohne Tiefenanschlag möglich, wenn die drehmomentabhängige Axialkraft die axiale Handkraft des Anwenders übersteigt. Somit würde der Sensor entlastet und der Schrauber würde abschalten. Die Abschaltung würde dann direkt vom Anwender herbeigeführt werden, indem er die Handkraft zurücknimmt. Somit könnte auch eine Tiefenabschaltung ohne Tiefenanschlag erreicht werden. Since the sensor system induces different levels of signals as a function of the axial load acceleration, the sensor system can be used as a control system for other applications. For example, the torque shutdown can be controlled by the axial pressure application of the user. Thus, the sensor system can be used not only as a depth shutdown but also as a general user interface for other applications. Thus, it is not absolutely necessary to use a depth stop to obtain a sensor-controlled shutdown. Furthermore, a shutdown without depth stop would be possible if the torque-dependent axial force exceeds the axial hand force of the user. Thus, the sensor would be relieved and the screwdriver would turn off. The shutdown would then be brought directly by the user by taking back the hand force. Thus, a depth shutdown without depth stop could be achieved.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst der Sensor einen Piezowandler.According to a further embodiment of the invention, the sensor comprises a piezo-transducer.

Der Sensor ist ferner vorzugsweise derart eingebaut, dass bei einer Bewegung der Werkzeugspindel in Axialrichtung eine Biegebeanspruchung auftritt. The sensor is also preferably installed in such a way that a bending stress occurs during a movement of the tool spindle in the axial direction.

Auf diese Weise kann mit einem Piezowandler eine besonders empfindliche Erfassung einer Axialbeschleunigung der Werkzeugspindel erreicht werden. In this way, a particularly sensitive detection of an axial acceleration of the tool spindle can be achieved with a piezo transducer.

Vorzugsweise ist die Werkzeugspindel über einen beweglichen Stößel und einen Federstahl mit dem Piezowandler gekoppelt. Preferably, the tool spindle is coupled via a movable plunger and a spring steel with the piezoelectric transducer.

Auf diese Weise wird der empfindliche Piezowandler, der auf Biegebeanspruchung anspricht, über den Federstahl geschützt, so dass die eigentliche Rückstellkraft im Wesentlichen vom Federstahl abhängt. In this way, the sensitive piezo transducer, which responds to bending stress, protected by the spring steel, so that the actual restoring force depends essentially on the spring steel.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor derart mit der Steuerung gekoppelt, dass ein Ein- oder Ausschalten des Antriebs bei Überschreiten eines bestimmten positiven oder negativen Spannungssignals des Sensors erfolgt. According to a further embodiment of the invention, the sensor is coupled to the controller in such a way that the drive is switched on or off when a specific positive or negative voltage signal of the sensor is exceeded.

Auf diese Weise kann das Ein- bzw. Ausschalten des Antriebs präzise von einer bestimmten Beschleunigung der Werkzeugspindel abhängig gemacht werden. In this way, the switching on and off of the drive can be made precisely dependent on a specific acceleration of the tool spindle.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Werkzeugspindel mit einem zweiten Sensor gekoppelt, der auf eine Bewegung der Werkzeugspindel in Axialrichtung anspricht. According to a further embodiment of the invention, the tool spindle is coupled to a second sensor, which responds to a movement of the tool spindle in the axial direction.

Bei dem zweiten Sensor handelt es sich vorzugsweise um einen Hall-Sensor. The second sensor is preferably a Hall sensor.

Durch die Verwendung von zwei Sensoren, von denen einer auf eine Beschleunigung der Werkzeugspindel und der andere auf eine axiale Verschiebung der Werkzeugspindel anspricht, kann eine besonders präzise Tiefenabschaltung der Verschraubung erreicht werden. By using two sensors, one of which responds to an acceleration of the tool spindle and the other to an axial displacement of the tool spindle, a particularly precise depth shutdown of the screw can be achieved.

Auf diese Weise kann eine exakte Einschraubtiefe für die Verschraubung eingehalten werden. Sollte je nach Aufbau des Systems der auf Biegung ansprechende Piezosensor vor dem Hall-Sensor ansprechen, so wird vorzugsweise das Sensorsignal des Piezosensors genutzt, um die Drehzahl des Antriebs zu reduzieren, während der Antrieb dann schließlich durch den Hall-Sensor abgeschaltet wird. In this way, an exact screwing depth for the screw connection can be maintained. If, depending on the structure of the system respond to bending responsive piezoelectric sensor in front of the Hall sensor, the sensor signal of the piezoelectric sensor is preferably used to reduce the speed of the drive, while the drive is then finally shut down by the Hall sensor.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Schraubers; 1 a partially sectioned view of a screwdriver according to the invention;

1a eine teilweise geschnittene Ansicht des Schraubers gemäß 1, jedoch zusätzlich mit aufgesetztem Tiefenanschlag; 1a a partially sectioned view of the screwdriver according to 1 , but additionally with attached depth stop;

2 eine vergrößerte Teildarstellung des geschnittenen Bereichs gemäß 1; 2 an enlarged partial view of the cut area according to 1 ;

3 das Ausgangssignal eines auf Biegung beanspruchten Piezowandlers in Abhängigkeit von der Zeit; 3 the output of a flexed piezoelectric transducer as a function of time;

4 eine Prinzipdarstellung eines auf Biegung beanspruchten Piezowandlers, der auf eine Axialbewegung einer Werkzeugspindel anspricht, die mit dem Sensor über einen Stößel gekoppelt ist; 4 a schematic diagram of a claimed on bending piezoelectric transducer, which responds to an axial movement of a tool spindle, which is coupled to the sensor via a plunger;

5 eine schematische Darstellung des Drehwinkels beim Anzug einer Verschraubung in Abhängigkeit von der Zeit mit einer Anordnung gemäß 4; 5 a schematic representation of the angle of rotation when tightening a screw as a function of time with an arrangement according to 4 ;

6 die zugehörige Ausgangsspannung des Sensors in Abhängigkeit von der Zeit; 6 the associated output voltage of the sensor as a function of time;

7 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführung der Erfindung, wobei an der Werkzeugspindel ein weiterer Sensor in Form eines Hall-Sensors angebracht ist und die Werkzeugspindel wiederum über einen Stößel auf einen biegemäßig beanspruchten Piezowandler wirkt; 7 a schematic diagram of a further embodiment of the invention, wherein on the tool spindle, a further sensor in the form of a Hall sensor is mounted and the tool spindle in turn acts via a plunger on a bending piecharged piezoelectric transducer;

8 bis 10 eine Darstellung von Drehwinkel und den zugehörigen Ausgangsspannungen der beiden Sensoren in Abhängigkeit von der Zeit beim Anzug einer Verschraubung und 8th to 10 a representation of rotation angle and the associated output voltages of the two sensors as a function of time when tightening a screw and

11 eine Prinzipskizze, die zeigt, wie die beiden Sensoren mit einer Steuerung gekoppelt sind, um den Antrieb zu steuern, wobei zusätzlich optional ein Ein-Ausschalter vorgesehen sein kann. 11 a schematic diagram showing how the two sensors are coupled to a controller to control the drive, in addition optionally an on-off switch can be provided.

In 1 ist ein erfindungsgemäßer Schrauber vereinfacht dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet. In 1 an inventive screwdriver is shown in simplified form and overall with the numeral 10 designated.

Der Schrauber 10 weist einen Antrieb 12 auf, der üblicherweise aus einem Universalmotor (nicht dargestellt) besteht, der mit einem mechanischen Getriebe 14, etwa in Form einer Stirnradgetriebes, gekoppelt ist. Vom Getriebe 14 wird eine Werkzeugspindel 16 angetrieben, an der eine Werkzeugaufnahme 18 zur Aufnahme eines Werkzeugs, etwa eines Bits, vorgesehen ist. The screwdriver 10 has a drive 12 usually consisting of a universal motor (not shown) with a mechanical transmission 14 , for example in the form of a spur gear, is coupled. From the transmission 14 becomes a tool spindle 16 driven, at the a tool holder 18 is provided for receiving a tool, such as a bit.

Die Werkzeugspindel 16 ist mit einem auf Biegung beanspruchten Sensor gekoppelt, der insgesamt mit der Ziffer 20 bezeichnet ist. Zur Steuerung des Antriebs 12 ist eine zentrale Steuerung 21 vorgesehen, bei der es sich etwa um eine Mikroprozessorsteuerung handeln kann.The tool spindle 16 is coupled to a sensor subjected to flexing, the total with the numeral 20 is designated. For controlling the drive 12 is a central control 21 provided, which may be about a microprocessor control.

1a zeigt den Schrauber gemäß 1, auf den zusätzlich ein Tiefenanschlag 19 aufgesetzt ist, wobei der Schrauber insgesamt mit 10‘ bezeichnet ist. 1a shows the screwdriver according to 1 , in addition to a depth stop 19 is attached, the screwdriver with a total of 10 ' is designated.

Der genauere Aufbau des Schraubers 10 ist aus der vergrößerten Teilschnittdarstellung in 2 näher zu ersehen.The exact structure of the screwdriver 10 is from the enlarged partial sectional view in 2 to see closer.

Die Werkzeugspindel 16 ist in einem vorderen Ende eines Gehäuses 22 mittels eines Lagers 30 in Form eines Nagellagers drehbar und um einen gewissen Betrag in Axialrichtung verschieblich gelagert. Ein Abtriebszahnrad 34 des Getriebes 14 ist mittels eines Lagers 32 in Form eines Kugellagers drehbar gelagert und treibt einen mit dem Abtriebszahnrad 34 drehfest gekoppelten Antriebsstutzen 36 an, der über einen Querstift 37 die Werkzeugspindel 16 antreibt. Der Querstift 37 ist mit der Werkzeugspindel fest verbunden und innerhalb von zugeordneten um die Achse gewundenen Langlöchern 39 des Antriebsstutzens 36 um einen gewissen Betrag in Axialrichtung verschiebbar, so dass eine Schrägflächenanordnung entsteht. Demnach wird die Werkzeugspindel 16 vom Abtriebszahnrad 34 des Getriebes 14 angetrieben, ist in Axialrichtung jedoch um einen gewissen Betrag verschiebbar gelagert. The tool spindle 16 is in a front end of a housing 22 by means of a warehouse 30 rotatable in the form of a nail bearing and slidably mounted in the axial direction by a certain amount. An output gear 34 of the transmission 14 is by means of a warehouse 32 rotatably mounted in the form of a ball bearing and drives one with the output gear 34 non-rotatably coupled drive connection 36 on, over a cross pin 37 the tool spindle 16 drives. The cross pin 37 is fixedly connected to the tool spindle and within associated around the axis wound slots 39 the drive socket 36 displaceable by a certain amount in the axial direction, so that an inclined surface arrangement is formed. Accordingly, the tool spindle 16 from the output gear 34 of the transmission 14 driven, however, is mounted displaceably in the axial direction by a certain amount.

Die maschinenseitige Stirnfläche 38 der Werkzeugspindel 16 wirkt auf einen in Axialrichtung verschiebbar gelagerten Stößel 28, der über ein zentrales Plättchen 26, das vorzugsweise aus Metall besteht, auf den Sensor 20 wirkt. Der Sensor 20 umfasst einen Piezowandler 24. The machine-side face 38 the tool spindle 16 acts on a slidably mounted in the axial direction ram 28 , which has a central plate 26 , which preferably consists of metal, on the sensor 20 acts. The sensor 20 includes a piezo transducer 24 ,

4 zeigt die Anordnung von Werkzeugspindel 16, Stößel 28 und zugeordnetem Sensor 20 in Prinzipdarstellung. 4 shows the arrangement of tool spindle 16 , Pestle 28 and associated sensor 20 in schematic representation.

Der Sensor 20 umfasst den Piezowandler 24, der mit einem Federstahl 40 in flächigem Kontakt steht und an einem Ende gemeinsam mit dem Federstahl 40 im Gehäuse 42 fest eingespannt ist. Der Stößel 28 wirkt auf das freie Ende des Sensors 20, so dass dieser bei einer Axialbewegung des Stößels 28 auf Biegung beansprucht wird, wie durch den Pfeil 29 angedeutet ist. The sensor 20 includes the piezo transducer 24 that with a spring steel 40 is in surface contact and at one end together with the spring steel 40 in the case 42 is firmly clamped. The pestle 28 acts on the free end of the sensor 20 , so that this during an axial movement of the plunger 28 is subjected to bending, as by the arrow 29 is indicated.

Bewegt sich die Werkzeugspindel 16 in Axialrichtung mit ihrer Stirnfläche 38 gegen den Stößel 28, so bewegt sich dieser gegen das freie Ende des Sensors 20, der auf diese Weise auf Biegung beansprucht wird. Moves the tool spindle 16 in the axial direction with its end face 38 against the pestle 28 , so this moves against the free end of the sensor 20 which is claimed in this way on bending.

Das zugehörige, sich ergebende Ausgangssignal des Piezowandlers 24 ist in 3 über der Zeit aufgetragen. Die auf den Piezowandler 24 ausgeübte Kraft ist in der unteren Hälfte aufgetragen, während das zugehörige Ausgangssignal des Piezowandlers 24 in der oberen Hälfte in Volt aufgetragen ist. The associated, resulting output signal of the piezoelectric transducer 24 is in 3 applied over time. The on the piezo converter 24 applied force is plotted in the lower half, while the associated output signal of the piezoelectric transducer 24 in the upper half in volts is applied.

Bei Auftreffen des Stößels 28 auf den Sensor 20 steigt die Kraft schnell an, was zu einer entsprechenden Spannungsspitze des Piezowandlers 24 führt. Bei annähernd gleichbleibender bzw. leicht periodisch variierender auf den Piezowandler 24 ausgeübter Kraft ist das Ausgangssignal Null, während sich zum Ende, wenn die Kraft wieder auf Null abfällt, ein Ausgangssignal des Sensors in Form einer starken negativen Spannungsspitze ergibt. Upon impact of the ram 28 on the sensor 20 the force increases quickly, resulting in a corresponding voltage peak of the piezo transducer 24 leads. At approximately constant or slightly periodically varying on the piezoelectric transducer 24 force applied is the output signal zero, while at the end, when the force drops back to zero, results in an output signal of the sensor in the form of a strong negative voltage spike.

Diese Ausgangssignale des Sensors können genutzt werden, um ein Ein- bzw. Ausschalten des Antriebs über die zugeordnete Steuerung 21 zu bewirken.These output signals from the sensor can be used to enable or disable the drive via the associated controller 21 to effect.

5 und 6 zeigen den sich ergebenden Drehwinkel ϕ in Abhängigkeit von der Zeit beim Anziehen einer Verschraubung und 6 das zugehörige Ausgangssignal des Sensors, das zum Ein- bzw. Ausschalten des Antriebs verwendet wird. 5 and 6 show the resulting angle of rotation φ as a function of time when tightening a screw and 6 the corresponding output signal of the sensor, which is used to switch the drive on and off.

In der ersten Phase des Anziehens der Verschraubung steigt der Drehwinkel ϕ zunächst linear und dann langsamer an, bis etwa ein Tiefenanschlag des Schraubers 10 auf eine Werkstückoberfläche aufläuft, in die eine Schraube etwa mittels eines Bits eingedreht wird. Beim Auflaufen des Tiefenanschlags auf die Werkstückoberfläche ergibt sich eine entsprechende Verzögerung der Werkzeugspindel 16 und ein Signal 44 des Piezowandlers 24 gemäß 6. In the first phase of tightening the screw, the rotation angle φ initially increases linearly and then more slowly, until about a depth stop of the screwdriver 10 runs on a workpiece surface into which a screw is screwed about by means of a bit. When running the depth stop on the workpiece surface results in a corresponding delay of the tool spindle 16 and a signal 44 of the piezo converter 24 according to 6 ,

Die Einschraubtiefe der Verschraubung wird mit einer sehr geringen Toleranz eingehalten, da das weitere Anziehen der Verschraubung nach Abschaltung bei Ansprechen des Piezowandlers 24 empirisch berücksichtigt werden kann. The screw-in depth of the screw connection is maintained with a very low tolerance, since the further tightening of the screw connection after switch-off when the piezoelectric transformer responds 24 can be considered empirically.

Eine Abwandlung der Ausführung gemäß 4 ist in 7 schematisch dargestellt. A modification of the embodiment according to 4 is in 7 shown schematically.

Hier ist zusätzlich zu dem ersten Sensor 20 mit Piezowandler 24 unmittelbar an der Werkzeugspindel 16 ein zweiter Sensor 46, vorzugsweise in Form eines Hall-Sensors vorgesehen. Der Hall-Sensor ist am Gehäuse 42 aufgenommen und erfasst eine Axialverschiebung der Werkzeugspindel 16. Hierzu ist an der Werkzeugspindel 16 ein geeignetes magnetisches Material etwa in Form eines ringförmigen Permanentmagneten 48 vorgesehen. Wird die Position des ringförmigen Permanentmagneten 48 in Bezug auf den Hall-Sensor verändert, so gibt dieser ein entsprechendes Ausgangssignal ab. Here is in addition to the first sensor 20 with piezo converter 24 directly on the tool spindle 16 a second sensor 46 , preferably in the form of a Hall sensor. The Hall sensor is on the housing 42 recorded and recorded an axial displacement of the tool spindle 16 , For this purpose is on the tool spindle 16 a suitable magnetic material such as in the form of an annular permanent magnet 48 intended. Will the position of the annular permanent magnet 48 changed with respect to the Hall sensor, it outputs a corresponding output signal.

In der Regel wird sich bei einem Anziehen einer Verschraubung mit der Werkzeugspindel 16 zunächst ein Spannungsimpuls am Piezowandler 24 ergeben (vgl. Signal 60 in 9 in Verbindung mit dem Drehwinkel gemäß 8). Das Signal 60 des Piezowandlers 24 wird dazu genutzt, um die Drehzahl der Werkzeugspindel 16 kurz vor dem vollständigen Ende der Verschraubung zu reduzieren. In general, when tightening a screw with the tool spindle 16 first a voltage pulse at the piezo transducer 24 result (see Signal 60 in 9 in conjunction with the angle of rotation according to 8th ). The signal 60 of the piezo converter 24 is used to control the speed of the tool spindle 16 reduce shortly before the complete end of the fitting.

Hat die Werkzeugspindel 16 ihre axiale Lage um einen bestimmten Betrag verändert, so spricht schließlich der Hall-Sensor gemäß 10 an und gibt ein Signal 62 aus. Dieses Signal 62 wird dann zum Abschalten des Antriebs genutzt.Has the tool spindle 16 their axial position changed by a certain amount, so finally speaks the Hall sensor according to 10 and gives a signal 62 out. This signal 62 is then used to shut down the drive.

Somit wird eine präzisere Einschraubtiefe erreicht, weil die Motorträgheit und Materialdichte nahezu keinen Einfluss mehr auf die Einschraubtiefe haben.Thus, a more precise screwing is achieved because the motor inertia and material density have almost no influence on the depth of engagement.

11 zeigt eine Prinzipskizze der zugehörigen Schaltung. Die Mikroprozessorsteuerung 21 ist mit dem Antrieb 12 gekoppelt, um diesen zu steuern. Der erste Sensor 20 mit dem Piezowandler 24 und der zweite Sensor 46 in Form des Hall-Sensors sind mit der Steuerung 21 gekoppelt. Zusätzlich ist vorzugsweise ein Ein-Ausschalter 54 vorgesehen, der mit der Steuerung 21 gekoppelt ist, um den Beginn eines Schraubvorgangs einzuleiten. 11 shows a schematic diagram of the associated circuit. The microprocessor control 21 is with the drive 12 coupled to control this. The first sensor 20 with the piezo converter 24 and the second sensor 46 in the form of the Hall sensor are with the controller 21 coupled. In addition, preferably, an on-off switch 54 provided with the controller 21 is coupled to initiate the beginning of a screwing process.

Bei der Verwendung von zwei Sensoren 20, 46, von denen einer zur Vorabschaltung und Drehreduzierung und der zweite Sensor 20 zur Endabschaltung genutzt wird, lässt sich eine exakte Tiefenabschaltung einhalten. When using two sensors 20 . 46 of which one for pre-shutdown and rotation reduction and the second sensor 20 is used for limit switching, can be an exact depth shutdown comply.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1941973 B1 [0002]
EP 2457693 A2 [0005]

Claims

Screwdriver with a drive ( 12 ) for driving a tool spindle ( 16 ), on which a tool holder ( 18 ) is received for receiving a tool, with a sensor ( 20 ) for monitoring the tool spindle ( 16 ) and with a controller ( 21 ) for controlling the drive ( 12 ), characterized in that the sensor ( 20 ) to an acceleration of the tool spindle ( 16 ) in the axial direction responds.

Screwdriver according to claim 1, characterized in that the sensor ( 20 ) a piezo converter ( 24 ).

Screwdriver according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor ( 20 ) is installed such that during a movement of the tool spindle ( 16 ) Bending occurs in the axial direction.

Screwdriver according to claim 2 or 3, characterized in that the tool spindle ( 16 ) via a movable plunger ( 28 ) and a spring steel ( 40 ) with the piezo transducer ( 24 ) is coupled.

Screwdriver according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 20 ) with the controller ( 21 ), that switching on or off the drive ( 12 ) when a certain positive or negative voltage signal ( 44 ) of the sensor ( 20 ) he follows.

Screwdriver according to one of the preceding claims, characterized in that the tool spindle ( 16 ) with a second sensor ( 46 ) coupled to a movement of the tool spindle ( 16 ) in the axial direction responds.

Screwdriver according to claim 6, characterized in that the second sensor ( 46 ) is a Hall sensor.

Screwdriver according to claim 6 or 7, characterized in that the second sensor ( 46 ) with the controller ( 21 ) is coupled such that a shutdown of the drive ( 12 ) from the second sensor ( 46 ) is controlled.

Screwdriver according to one of claims 6 to 8, characterized in that the control ( 21 ) in such a way with the sensor ( 20 ), that when the sensor responds ( 20 ) the speed of the drive ( 12 ) and when the second sensor responds ( 46 ) the drive ( 12 ) is switched off.

Screwdriver according to one of the preceding claims, characterized in that the screwdriver ( 10 ) has a depth stop, which is preferably removable.