DE19738094C1 - Schlagschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlagschrauber, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Elektrowerkzeuge der gattungsgemäßen Art sind be­ kannt. Hierbei wird über einen Antriebsmotor ein Werkzeugträger in Rotation versetzt, der mit einem wählbaren Werkzeug bestückbar ist. Der Rotationsbewegung des Werkzeug­ trägers wird eine Schlagbewegung überlagert, wobei ein auf den Werkzeugträger wirkender Schlaghammer eine alternierende axiale Bewegung erfährt.

Wird ein derartiger Schlagschrauber beispielsweise zum definierten Herstellen einer Schraubverbindung eingesetzt, ist es wünschenswert, bei Erreichen der Endstellung der Schraubverbindung den Schlagschrauber abzuschalten, da andernfalls die Schraubverbindung durch den Schlaghammer mechanisch belastet wird. Aus der EP 0 552 990 B1 ist ein Schlagschrauber bekannt, bei dem eine Schlagzahl des Schlaghammers mittels eines Mikrofons erfaßt wird. Hierbei werden über das Mikrofon die Aufschlaggeräusche des Schlaghammers er­ faßt und in ein elektrisches Signal gewandelt und einer Zähleinrichtung zugeführt, die die erhaltenen Impulse zählt und mit einer Sollzahl von Impulsen vergleicht. Erreicht die Ist-Schlagzahl die Soll-Schlagzahl, erfolgt ein Abschalten des Schlagschrau­ bers. Bei dieser bekannten Anordnung ist nachteilig, daß zum Erfassen der Schlagzahl eine indirekte Mes­ sung erforderlich ist, indem der Aufschlag in ein Geräusch (zwangsläufig) gewandelt wird und dieses Geräusch über eine Membran eines Mikrofons erfaßt und dann in ein elektrisches Signal gewandelt wird. Hier­ durch sind Ungenauigkeiten bei der Erfassung der tat­ sächlichen Schlagzahl möglich.

Die DE 27 10 747 C2 zeigt einen Schlagschrauber mit einem mechanischen Addierwerk für die von einem Schlaghammer ausgeübten Schläge. Die Schläge werden mit diesem mechanischen Addierwerk aufaddiert, um so bei einer erreichten Anzahl von vorgebbaren Gesamt­ schlägen den Schlagschrauber abschalten zu können. Auf Basis einer theoretischen beziehungsweise rech­ nerisch ermittelten Gesamtzahl von Schlägen wird auf ein theoretisches Enddrehmoment aus einer Addition der Anzahl der erfolgten Schläge geschlossen. Hier­ durch wird nur eine sehr ungenaue Einstellung eines Enddrehmomentes möglich, da lediglich theoretische Einflußgrößen bei Festlegung der Endzahl der Schläge Berücksichtigung finden können.

Die EP 63 460 A2 beschreibt einen Kraftschrauber, der eine Vorrichtung zur Erfassung eines in Betrieb aus­ geübten Drehmomentes aufweist. Bei Erreichen eines vorgewählten, fest eingestellten Grenzdrehmomentes wird eine Abschaltung eines elektrischen Antriebes des Kraftschraubers ausgelöst. Um das Erreichen dieses Grenzdrehmomentes zu detektieren, besitzt der Kraftschrauber zwei mittels einer Kupplung in Dreh­ mitnahme stehende Teile, wobei ein Teil einen Hall­ sensor und das andere Teil einen Magneten trägt. Die Kupplung ist auf ein bestimmtes Grenzdrehmoment ein­ stellbar, so daß nach Art einer Rutschkupplung eine Torsion der zwei Teile zueinander erfolgt, wenn das eingestellte Drehmoment überschritten wird, und hier­ durch eine relative Verdrehung der zwei Teile zuein­ ander erfaßt wird. Somit erfolgt ein einmaliges An­ sprechen eines Hallsensors zum Abschalten eines elektrischen Antriebes des Kraftschraubers.

Aus der DE 21 19 273 ist ein weiteres mechanisches Addierwerk zum Zählen einer Gesamtzahl von Schlägen eines Schlaghammers bekannt. In der US-PS 31 95 702 ist ein Schlagschrauber beschrieben, bei dem ein Schlaghammer direkt einen elektrischen Kontakt be­ tätigt, um eine Energieversorgung eines Antriebs­ motors des Schlagschraubers zu beeinflussen. Aus der US-PS 54 57 866 ist ein Schlagschrauber bekannt, der eine aus wenigstens fünf Sensoren bestehende Sensor­ anordnung aufweist, deren Signale zur Ansteuerung des Schlagschraubers ausgewertet werden. Schließlich ist aus der DE 42 43 969 A1 bekannt, eine Impulszählung bei einem Impulsschrauber durchzuführen, um auf eine Qualität der Schraubverbindung zu schließen.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Schlagschrauber mit den im An­ spruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß in einfacher Weise eine exakte Messung einer tat­ sächlichen Schlagzahl des Schlagschraubers möglich ist. Dadurch, daß die Schlagzählung mittels eines un­ mittelbar durch den Schlaghammer betätigbaren Schalt­ mittels erfolgt, wobei ein Betätigungsmittel des Schaltmittels innerhalb des axialen Bewegungsweges des Schlaghammers angeordnet ist und wobei bei Er­ reichen einer Soll-Schlagzahl durch die Ist-Schlag­ zahl eine Schaltvorrichtung zum Abschalten des Schlagschraubers aktiviert wird und das Schaltmittel einen Magneten beinhaltet, der durch das Betätigungs­ mittel gegen die Kraft eines Federelementes in den Wirkbereich eines Hallsensors bewegbar ist, kann ohne Zwischenwandlung der Schlagbewegung in eine physi­ kalische Größe eine direkte und somit sehr genaue Messung der Schlagzahl erfolgen. Mit jeder axialen Bewegung des Schlaghammers wird das Schaltmittel be­ tätigt, so daß über die Anzahl der Betätigungen des Schaltmittels sofort auf die Anzahl der Schläge ge­ schlossen werden kann. Insbesondere dadurch, daß das Schaltmittel einen entlang eines Hallsensors ver­ schiebbaren Magnet beinhaltet, der je nach Stellung des Schlaghammers in beziehungsweise aus dem Wirk­ bereich des Hallsensors bewegt wird, lassen sich mittels einfacher, an sich bekannter, Auswerteschal­ tungen die vom Hallsensor generierten Impulse verar­ beiten, beispielsweise mit einer vorgebbaren Soll-Schlagzahl vergleichen, wobei vorteilhafterweise bei Erreichen einer Soll-Schlagzahl durch die Ist-Schlag­ zahl ein Abschalten des Schlagschraubers erfolgt. Da die Anzahl der Schläge bekanntermaßen drehmoment­ abhängig ist, läßt sich über die gemessene Ist-Schlagzahl in einfacher Weise eine Drehmomenteinstel­ lung am Schlagschrauber realisieren.

In Abhängigkeit der Stellung des Magneten wird in dem Hallsensor eine Hallspannung mit bestimmter Frequenz generiert, die der Schlagzahl des Schlaghammers ent­ spricht. Diese Hallspannung kann als elektrisches Signal mittels einer Auswerteschaltung ausgewertet werden. Ein derartiges Schaltmittel läßt sich in sehr kleinen Baugrößen herstellen, so daß dieses ohne wei­ teres in Schlagschrauber integriert werden kann, ohne daß eine wesentliche Gewichtserhöhung gegeben ist, noch ein großer Einbauraum zur Verfügung stehen muß.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs­ beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Schlagschraubers und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch ein Schalt­ mittel zur Erfassung der Schlagzahl des Schlagschraubers.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Schlagschraubers 10. Dieser weist einen auf der An­ triebswelle eines nicht dargestellten Elektromotors angeordneten Werkzeugträger 12 auf, der mit verschie­ denen, nicht dargestellten Werkzeugen, beispielsweise Kreuzschlitzschraubern, Längsschlitzschraubern, Mut­ terschraubern usw. bestückbar ist. Der Werkzeugträger 12 trägt drehfest einen Amboß 14, gegen den ein Schlaghammer 16 radial schlagbar ist. Hierzu ist eine im einzelnen nicht dargestellte Mechanik vorgesehen, die in Abhängigkeit einer Drehzahl des Werkzeugträ­ gers eine axiale Schlagbewegung des Schlaghammers 16 erzeugt. Die Axialbewegung wird durch eine schräge Führungsnut erreicht, dadurch wird die Energie des weiterdrehenden Motors gegenüber dem stehenden Werk­ zeug in die Druckfeder gespeichert und nach ausrei­ chendem "Aufziehen" in axialer Richtung als Dreh­ schlag auf den Amboß abgegeben. Hierbei wird der Schlaghammer 16 gegen die Kraft eines elastischen Federelementes, beispielsweise einer Spiralfeder 18, vorgespannt und bei Erreichen einer bestimmten Win­ kelstellung des Werkzeugträger 12 durch die Kraft des Federelementes 18 gegen den Amboß 14 geschlagen. Hierdurch wird der Drehbewegung des Werkzeugträgers 14 die Schlagbewegung des Schlaghammers 16 überla­ gert, so daß beispielsweise ein schnelleres Eintrei­ ben einer Schraube oder dergleichen mittels des Schlagbohrers 10 möglich ist.

Bekanntermaßen ist in vielen Anwendungsfällen wün­ schenswert daß eine Schraubverbindung mit einem bestimmten, wählbaren Drehmoment herstellbar ist. Dies bedeutet, daß bei Erreichen des gewünschten wählbaren Drehmomentes der Schlagbohrer 10 abschal­ tet.

Während des Schlagens des Schlaghammers 16 erfährt dieser eine mit dem Doppelpfeil 20 gekennzeichnete alternierende Axialbewegung, wobei dieser entweder gegen die Kraft des Federelementes 18 vorgespannt oder durch die Kraft des Federelementes 18 entgegen­ gesetzt bewegt wird. Innerhalb des - durch die Kon­ struktion des Schlagbohrers 10 vorgegebenen - Axial­ bewegungsbereiches ist ein insgesamt mit 22 bezeich­ netes Schaltmittel angeordnet. Dieses Schaltmittel 22 umfaßt ein Betätigungsmittel 24, das durch eine Stirnfläche 26 des Schlaghammers 16 mit einer Be­ tätigungskraft beaufschlagbar ist. In dem Moment, wo der Schlaghammer 16 gegen die Kraft des Federelemen­ tes 18 vorgespannt wird, gelangt die Stirnfläche 26 in Anlagekontakt mit dem Betätigungsmittel 24 und drängt dieses gegen die Kraft eines Federelementes 28 in das Schaltmittel 22 hinein. Das Betätigungsmittel 24 trägt einen Permanentmagneten 30, der bei Bewegung des Betätigungsmittels 24 ebenfalls axial verschoben wird. Zur Fügung des Betätigungsmittels 24 und des Permanentmagneten 30 sind diese in einem Gehäuse 32 angeordnet, das eine Bohrung 34 ausbildet, innerhalb der das Betätigungsmittel 24 und der Permanentmagnet 30 verlagerbar sind. Am Außenumfang des Gehäuses 32 ist ein Hallsensor 36 angeordnet. Der Hallsensor 36 ist derart positioniert, daß der Permanentmagnet 30 in Ausgangsstellung des Schaltmittels 22 nicht im Wirkbereich des Hallsensors 33 sich befindet. Über hier lediglich angedeutete Verbindungsleitungen 38 ist der Hallsensor 36 mit einer Auswerteschaltung 40 verbunden, deren Parameter mittels eines Stellmittels 42, das beispielsweise von einem per Hand betätigba­ ren Stellrad gebildet sein kann, einstellbar sind.

Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung eine mögliche konkrete Ausführungsform des Schaltmittels 22. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Gehäuse 32 kann bei­ spielsweise von einem quaderförmigen Grundkörper 44 gebildet sein, innerhalb dem die Bohrung 34 als Stu­ fenbohrung ausgeführt ist. Eine Ringstufe 46 der Bohrung 34 dient als Anschlag für das Betätigungs­ mittel 24, das von einem Bolzen 48 gebildet ist, der von einem Führungsabschnitt 50 entspringt. Der Füh­ rungsabschnitt 50 besitzt einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser der Bohrung 34 im wesentlichen entspricht, so daß dieser spielfrei innerhalb der Bohrung 34 axial verlagerbar ist. Der Bolzen 48 be­ sitzt an seiner Stirnfläche eine Wölbung 52, die in Anlagekontakt mit der Stirnfläche 46 des Schlagham­ mers 16 gelangt. Durch die Wölbung 52 wird ein im wesentlichen punktförmiger Berührungskontakt mit der Stirnfläche 26 sichergestellt.

Der Führungsabschnitt 50 trägt den Permanentmagneten 30, wobei zwischen dem Permanentmagneten 30 und dem Führungsabschnitt 50 eine kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise durch eine Klebverbindung, bestehen kann. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist denkbar, daß der Permanentmagnet 20 lose an dem Füh­ rungsabschnitt 50 anliegt. Gegen den Permanentmagnet 30 wirkt das Federelement 28, das beispielsweise von einer Spiralfeder gebildet sein kann. Ein Schenkel 54 des Federelementes 28 beaufschlagt den Permanentma­ gnet 20 mit einer Federkraft, so daß dieser gegen den Führungsabschnitt 50 drückt und somit das Betäti­ gungsmittel 24 in seiner Ausgangsstellung hält. Die - in der Bildebene in Fig. 2 gesehene - rechte Aus­ gangsstellung nimmt das Betätigungsmittel 24 ein, wenn der Führungsabschnitt 50 gegen die Ringstufe 46 anliegt. Das Federelement 28 ist an einem Stift 56 geführt, wobei sich ein weiterer Schenkel 58 des Federelementes an dem Gehäuse 32 abstützt. Zur Auf­ nahme des Federelementes 28 besitzt das Gehäuse 32 eine entsprechende Ausnehmung 60.

In Fig. 2 ist in die Papierebene projiziert eine Ausgangsstellung des Permanentmagneten 30 in bezug auf eine Längsachse 62 der Bohrung 34 mit a gekenn­ zeichnet. In bezug auf diese Ausgangsposition a ist der Hallsensor 36 (Fig. 1) so angeordnet, daß dieser in einem Wirkbereich w angeordnet ist, der sich zwi­ schen der Ausgangsposition a und einer Endposition a₁ befindet.

Der Schlagbohrer 10 zeigt folgende Funktion:
Während des bestimmungsgemäßen Einsatzes des Schlag­ bohrers 10 wird der Werkzeugträger 12 über den nicht dargestellten Antriebsmotor rotierend angetrieben. Gleichzeitig erfährt der Schlaghammer 16 eine in Abhängigkeit der Rotation des Werkzeugträgers 12 liegende alternierende Axialbewegung 20. Hierbei wird das Betätigungsmittel 24 des Schaltmittels 22 je nach momentaner Stellung des Schlaghammers 16 entweder gegen die Kraft des Federelementes 28 in den Wirk­ bereich w verlagert oder durch das Federelement 28 aus dem Wirkbereich w hinausgedrängt. In dem Moment, wo der Permanentmagnet 30 in den Wirkbereich w des Hallsensors 36 gelangt, wird in diesem - in an sich bekannter Weise - eine Hallspannung generiert. Ent­ sprechend der Schlagfrequenz des Schlaghammers 16 wird der Permanentmagnet 30 mit entsprechender Fre­ quenz in beziehungsweise aus dem Wirkbereich w be­ wegt, so daß ein entsprechender Signalverlauf an dem Hallsensor 36 abgegriffen werden kann. Mittels der Auswerteschaltung 40 wird der Signalverlauf des Hall­ sensors 36 ausgewertet, wobei beispielsweise die Anzahl der Maxima und/oder die Anzahl der Minima des Signalverlaufs gezählt werden. Diese ermittelte An­ zahl wird mit in einem programmierbaren Speicher abgelegte Anzahl verglichen. Die über den Hallsensor 36 gewonnene Anzahl an Maxima und/oder Minima ent­ spricht einer Ist-Schlagzahl des Schlaghammers 16, während die in dem programmierbaren Speicher abge­ legte Anzahl einer Soll-Schlagzahl des Schlaghammers 16 entspricht. Über das Stellmittel 42 kann die in dem programmierbaren Speicher abgelegte Soll-Schlag­ zahl variiert werden. Das Stellmittel 42 ist hierzu beispielsweise mit einem entsprechenden Register gekoppelt, das den programmierbaren Speicher aufruft.

Ist nun während des bestimmungsgemäßen Einsatzes des Schlagbohrers 10 eine bestimmte Anzugsstellung der herzustellenden Schraubverbindung erreicht, vergrö­ ßert sich das an dem Werkzeugträger 12 angreifende Drehmoment. Dieses angreifende Drehmoment wirkt brem­ send auf den rotierenden Werkzeugträger 12 und ver­ ringert dessen Drehzahl. Hierdurch kommt es ebenfalls zu einer Verringerung der von der Drehzahl proportio­ nal abhängigen Schlagzahl des Schlaghammers 16. Ent­ sprechend ändert sich der über das Schaltmittel 22 detektierte Verlauf der Hallspannung des Hallsensors 36, so daß über die Elektronik 40 die Ist-Schlagzahl, und somit die der Ist-Schlagzahl proportionale Dreh­ zahl und somit das Drehmoment erfaßbar ist. Somit ist über das Stellmittel 42, mittels dem die Soll-Schlag­ zahl und somit das Soll-Drehmoment vorgebbar ist, eine sehr exakte Einstellung des Schlagschraubers 10 möglich. Insbesondere auch kleine Drehmomente können sehr exakt mit reproduzierbaren Ergebnissen einge­ stellt werden. Durch die axiale Verschiebung des Permanentmagneten 30 entlang der Längsachse 62 der Bohrung 34, die der Axialbewegung 20 des Schlagham­ mers 16 proportional - ist, läßt sich sehr exakt und unmittelbar die Bewegung des Schlaghammers 16 abbil­ den und auswerten. Insbesondere dadurch, daß das Betätigungsmittel 24 aus einem nichtmagnetischen Material besteht und über das Federelement 28 ein Vernachlässigbarer magnetischer Einfluß auf den Per­ manentmagnet 30 ausgeübt wird, kann das Schaltmittel 22 mit sehr kleiner Baugröße und entsprechend kleinen Schalttoleranzen realisiert werden. Durch die Tren­ nung zwischen mechanischer Erfassung der Axialbewe­ gung 20 und elektronischer Auswertung über den Hall­ sensor 36 beziehungsweise die Elektronik 40 ist eine maximale Störungsunanfälligkeit gegeben, die gerade bei dem robusten Betrieb von Schlagbohrern 10 notwen­ dig ist.

Claims (6)

1. Schlagschrauber, mit einem über einen Antriebs­ motor in Rotation versetzbaren, mit einem Werkzeug bestückbaren Werkzeugträger und Mitteln zum über­ lagern der Drehbewegung mit einer Schlagbewegung, wobei ein auf den Werkzeugträger wirkender Schlag­ hammer eine alternierende axiale Bewegung erfährt, und mit Mitteln zur Erfassung einer Ist-Schlagzahl pro Zeiteinheit des Schlaghammers mit Hilfe eines unmittelbar durch den Schlaghammer betätigbaren Schaltmittels, wobei ein Betätigungsmittel des Schaltmittels innerhalb des axialen Bewegungsweges des Schlaghammers angeordnet ist, und wobei bei Erreichen einer Soll-Schlagzahl durch die Ist-Schlag­ zahl eine Schaltvorrichtung zum Abschalten des Schlagschraubers aktiviert wird, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schaltmittel (22) einen Magneten (30) beinhaltet, der durch das Betätigungsmittel (24) gegen die Kraft eines Federelementes (28) in den Wirkbereich eines Hallsensors (36) bewegbar ist.

2. Schlagschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnet (30) in einer Axialbohrung (34) eines Gehäuses (32) axial verschieblich gelagert ist, wobei ein Führungsabschnitt (50) des Betäti­ gungsmittels (24) in die Axialbohrung (34) eingreift und am Außenumfang des Gehäuses (32) der Hallsensor (36) im Bereich der Axialbohrung (34) angeordnet ist.

3. Schlagschrauber nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungs­ mittel (24) aus einem unmagnetischen Material be­ steht.

4. Schlagschrauber nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (30) eine Ausgangsposition (a) einnimmt, die nicht in einem Wirkbereich (w) des Hallsensors (36) liegt.

5. Schlagschrauber nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine generierte Hallspannung des Hallsensors (36) einer Auswerte­ schaltung (40) zuführbar ist, die den Ist-Signal­ verlauf mit einem Soll-Signalverlauf vergleicht und bei Erreichen des Soll-Signalverlaufes durch den Ist-Signalverlauf ein Abschaltsignal für den Schlag­ schrauber (10) geliefert wird.

6. Schlagschrauber nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Soll-Signalverlauf und damit die Soll-Schlagzahl durch ein Stellmittel (42) veränder­ bar vorgebbar ist.