DE2020503B2 - Steuereinrichtung fuer ein drehmomenterzeugendes motorkraftgetriebenes werkzeug - Google Patents

Description

magneten gesteuertes Absperrventil 26, das am Gehäuse 14 befestigt ist. Das Ventil 26 unterbricht die Druckluftversorgung zum Motor, wenn die in F i g. 2 schematisch dargestellte und im einzelnen später beschriebene Steuer- und Überwachungseinrichtung anspricht

Das Getriebe 20 verringert die Motordrehzahl in einem solchen Maße, daß sich die mit Gewinde versehenen Befestigungselemente beim Herstellen von mechanischen Verbindungen bis zu einem vorher festgesetzten Grad festziehen lassen. Das in Form eines Planetengetriebes ausgebildete Getriebe besitzt eine erste Stufe, die aus auf einem Planeten radträger 30 drehbar gelagerten Planetenrädern 28 besteht, von denen nur eines in der Zeichnung dargestellt ist und die mit einem fest angeordneten Getrieberad 34 mii Innenverzahnung und einem einstückig auf dem Motorteil 18 aufgeformten Ritzel 32 kämeiT. Der PIanetenradträger 30 ist auf einem Wellenstück 36 mit Hilfe eines Keiles derart befestigt, daß er keine Relativbewegung zu diesem auszuführen vermag.

Das Wellenstück 36 weist ferner ein llitzel auf, das mit einer zweiten Stufe der Planetengetriebeeinheit kämmt, wobei diese Stufe Planetenräder 40 umfaßt, die wiederum drehbar auf einem Träger 42 gelagert sind, und von denen ebenfalls nur ein Rad in der Zeichnung dargestellt ist. Die Planetenträger 40 kiimen wiederum mit einem fest angeordneten Getrieberad 44 mit Innenverzahnung. Der Planetenradtrüger 42 wird von einem Lager 46 drehbar gehalten und weist einen Teil 48 mit geringerem Durchmesser auf. In diesem Teil 48 sind Nuten eingeformt, die mit entsprechenden Nasen auf einem Endantriebsteil 50 zusammenwirken. Der Antriebsteil 50 ist in dem Gehäuseteil 56 drehbar in Lagern 52 und 54 angeordnet und erstreckt sich durch eine Verschlußkappe 58. Ein Schraubensteckschlüssel 60 ist starr am Ende des Antriebsteiles 50 angeordnet und hält, wie aus F i g. 1 hervorgeht, den Kopf eitler Schraube 62. Zweckmäßigerweisc ist der hülsenförmige Schraubenschlüssel lösbar angebracht, so daß er ausgewechselt werden kann. Grundsätzlich ist jedoch der Antriebsteil 50 als mit dem Befestigungselement 62 fest verbunden anzusehen, da zwischen dem Teil 50 und dem Schraubenschlüssel keine Relativbewegung auftritt. Der Schraubenschlüssel kann natürlich auch einstückig mit dem Teil 50 ausgebildet sein.

Der Antriebsteil 50 überträgt das Drehmoment, das vom Motor 16 auf das Befestigungselement 62 wirkt und unterliegt derselben Torsionskraft, die zum Anziehen des Befestigungselementes erforderlich ist. Da der Teil 50 das letzte Glied im Antrieb vor dem Befestigungselement ist, dient dieser Teil zur Messung des übertragenen Drehmomentes, so daß man eine direkte Messung eines vorher festgelegten Anzugsgrades des Befestigungselementes erhält, oder in entsprechender Weise ein vorher genau festgelegtes Drehmoment auf das Befestigungselement übertragen werden kann. Zu diesem Zweck besteht der Teil 50 aus einer ein Signal oder eine elektrische Größe hervorbringenden Einrichtung in Form eines elektromechanischen Energieumformers, der ein elektrisches Signal erzeugt, das proportional zu der infolge des Drehmomentes erfolgenden Verformung des Teiles ist.

Der besondere, in dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verwendete Energieumformer umfaßt, zusätzlich zu dem Antriebsteil 50, einen stationären Teil 64, der in einer Bohrung 65 des Gehäuseteiles 56 fest angeordnet ist. Der Umformer arbeitet nach dem Prinzip, das bei elektromechnischen Einrichtungen als linear veränderlicher Differentialtransformator bekannt ist. Der Teil 64 umfaßt eine Primärwicklung und zwei in nächster Nähe zueinander versetzt angeordnete Sekundärwicklungen eines elektrischen Leiters. Infolge eines die Primärwicklung durchpressenden Wechselstromes wird ein

ίο magnetisches Wechselfeld gebildet, das in den Sekundärwicklungen eine elektromotorische Kraft induziert. Das magnetische Feld erstreckt sich auch durch den Antriebsteil 50 und wird durch dessen Anwesenheit und insbesondere durch den Teil 66 mit dem größeren Durchmesser beeinflußt. Die konstruktive Gestaltung des Teiles 66 ist derart, daß sich das Magnetfeld entsprechend dem auf das Antriebsteil ausgeübten Drehmoment ändert, so daß die induzierten "elektromotorischen Kräfte in den Sekundärwicklungen ebenfalls eine Änderung erfahren. Diese Änderung ist meßbar bzw. mit ihrer Hilfe läßt sich ein elektrisches Signal erzeugen, das linear proportional zur Größe des auf den Antriebsteil 50 ausgeübten Drehmomentes ist. Die Leitungen 67 zur Übertragung der elektrischen Signale zum Teil 64 sind durch eine öffnung 69 im Gehäuseteil 56 geführt.

Der elektromechanische Energieumformer, der hier zur Diskussion steht, ist vor allem deshalb besonders geeignet, da kein mechanischer Kontakt zwi-

sehen dem Antriebsteil 50 und einer den Impuls aufnahmenden Einrichtung erforderlich ist, wie dies bei gewissen bekannten Vorrichtungen der Fall ist. In entsprechender Weise lassen sich Reibung und Abnutzung zwischen dem Antriebsteil und einer Impulsaufnahmevorrichtung vermeiden. Weiterhin macht die genaue Erzeugung eines elektrischen Impulses, der linear proportional zu einer mechanischen Verformung ist, einen Differential-Transformator für die Verwendung in Werkzeugen zum Anziehen von Be-

4"> festigungselementen besonders geeignet. Der in F i g. 1 dargestellte Differentialtransformator ist auch in seinen Abmessungen klein genug, um vorteilhaft im Antrieb eines ansonsten herkömmlichen Werkzeuges zum Anziehen von Befestigungselementen

verwendet zu werden, ohne daß das Gehäuse vergrößert werden muß.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Steuer- und Überwachungseinrichtung dargestellt, die den von dem in F i g. 1 dargestellten Energieumformer her-

vorgebrachten Impuls benutzt. Es ist ein Strom- und Schaltkreis für ein Einzelwerkzeug dargestellt, jedoch können die Stromkreise für die Anordnung von mehreren Werkzeugen entsprechend vervielfacht werden. Bei der erfindungsgempßen Einrichtung wird vor-

zugsweise eine genaue geregelte Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsquelle 70 benutzt, die mit einer ungeregelten Gleichstrom-Nicderspannungsquelle 72 verbunden ist. Die Stromquelle 70 ist ferner mit einem Drehmomentenfühler verbunden, der in F i g. 2 als Block 76 dargestellt ist. Der Drehmomentenfühler wird von der Stromquelle 70 gespeist und liefert einen Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung an den im Werkzeug 10 angeordneten Energieumformer. Der Drehmomentenfühler 76 ist ferner

in der Lage, elektrische Impulse vom Energieumformer aufzunehmen und sie zu verstärken. Der Verstärkte Impuls wird über den Drehmomentenfühler an einen einstellbaren, Trennschalter 78 geleitet, der

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eine bei einer bestimmten Impulsstärke auslösende auf das Befestigungselement ausgeübten maximaler Anordnung 79 aufweist. Der Trennschalter 78 ver- Drehmoment entspricht, so wird der Schalter 80 vor bindet die Stromquelle 70 mit dem einen Schaltma- einem Impuls des Trennschalters 78 betätigt. Übei gneten steuernden Schalter 80, wenn er einen Impuls den Schalter 80 fließt nunmehr Strom von der Stromvorbestimmter Größe von dem Drehmomentenfühler 5 quelle 72 zu dem Schaltmagneten des Ventils 26 und erhalten hat. Der Schalter 80 wiederum verbindet bewegt dieses in die Stellung a. In der Stellung c nach Erhalt eines elektrischen Impulses die Strom- sperrt das Ventil 26 die Druckluftversorgung zum quelle 72 mit dem Schaltmagnet des Ventils 26 und Werkzeug und gibt zugleich den Motoreinlaßkanal gibt einen elektrischen Impuls an den Schalter 82. 98 frei. Eine rasche Freigabe des Motoreinlaßkanals Das von dem Schaltmagneten gesteuerte Ventil 26, io ist wichtig, damit nicht ein sich aus der restlichen, von dem bereits oben die Rede W3ir, kann zwei Stel- sich zwischen Ventil 26 und Motoreinlaß befindlilungen α und b einnehmen. chen Druckluft ergebendes, zu großes Drehmoment

Der Schalter 82 ist normalerweise geschlossen und entsteht. Beim Einschalten des Schalters80 gehtauch nach dem Umschalten des Schalters 80 empfängt er ein Impuls durch den Schalter 82, um das Anzeigegevon diesem einen Impuls und leitet ihn an ein Anzei- 15 rät 84 mit der grünen Lampe einzuschalten und um gegerät mit einer grün aufleuchtenden Lampe 84 die zufriedenstellende Beendigung des Arbeitsganges weiter. Der über den Schalter 82 laufende Impuls mit Hilfe des Registriergerätes aufzuzeichnen. Die wird ferner von einem in F i g. 2 als Block 86 darge- Bedienungsperson löst nach Kenntnis des abgestellten Registriergerät aufgezeichnet. Dieses Gerät schlossenen Arbeitsganges den Bedienungshebel des kann eines der an sich bekannten Registriergeräte 20 Ventils 96, so daß sich dieser in die Stellung b bewesein, die einen elektrischen Impuls elektrisch, gra- gen kann, in der das Ventil die Druckluftversorgung fisch, durch Drucken oder mit Hilfe eines Lochstrei- zur Leitung 24 absperrt und diese entlüftet. Das Entfens aufzeichnen. lüften der Leitung 24 hat ein öffnen des Druckschal-

Der Ausgangsimpuls des Drehmomenten-Fühlers ters 74 zur Folge, der wiederum die Stromquelle 72

76 geht ferner zu einem einstellbaren Drehmoment- 25 abschaltet und das Umschalten des Ventils 26 in die

überlast-Schalter 88, der eine bei einer bestimmten Stellung b bewirkt. Der Auslöseschalter 78 und der

Impulsstärke auslösende Anordnung 90 aufweist. Schalter 80 gehen entsprechend, daß sie keine weite-

Der Trennschalter 88 ist in den Stromkreis eines ren Impulse erhalten, in ihre Ausgangsstellung für

zweiten Anzeigegerätes geschaltet und verbindet die- einen neuen Arbeitsgang zurück,

ses mit der Stromquelle 70. Das zweite Anzeigegerät 30 Falls das von dem Energieumformer übertragene

weist eine rot aufleuchtende Lampe, 92 auf, die bei Drehmoment infolge ungenügenden Luftdruckes

Erhalt eines elektrischen Impulses aufleuchtet, des- oder weil das Gewinde des Befestigungselementes

sen Intensität größer ist als die desjenigen Impulses, abgeschert ist, keinen proportionalen Impuls von

der Trennschalter 78 steuert. Der Ausgangsimpuls ausreichender Größe zum Schalten des Trennschalter

des Drehmomentüberlast-Schalters öffnet auch den 35 ^{7S zu} erzeugen vermag, so gibt dieser Schalter 78

Schalter 82 für die grüne Lampe und wird mit Hilfe dem Schalter 80 keinen Impuls zum Schließen. Auch

des Registriergerätes 86 aufgezeichnet. Ein von Hand das grüne Licht leuchtet nicht auf und die Bedie-

umschaltbarer Schalter 94 ist zwischen der Strom- nungspcrson und das Registriergerät erhalten keine

quelle 70 und dem Drehmomentenüberlast-Schalter Anzeige von einer befriedigenden Beendigung des

88 zum öffnen des dazwischenliegenden Stromkrei- 40 Arbeitsganges.

ses und zum Abschalten des Anzeigegerätes 92 an- Die in F i g. 2 dargestellte Steuer- und Überwa-

geordnet. Die gesamte Drehmomentensteuer- und chnugseinrichtung zeigt auch an, falls das Befesti-

Überwachungseinrichtung umfaßt ferner ein von der gungselement von dem Werkzeug 10 mit einem zu

Bedienungsperson gesteuertes Ventil 96, das zwei großen Drehmoment abgezogen wird. Falls das

Stellungen einnehmen kann und in der Stellung b die 45 Werkzeug bei dem vorher feblgesetzten Drehmoment

Zufuhr von Druckluft von der in der Zeichnung bei dem der Auslöseschalter 78 umschaltet, nicht ab-

nicht dargestellten Drucklufterzeugeranlage zu dem geschaltet werden sollte, wird in proportional grö-

magnetgesteuerten Absperrventil 26 unterbricht und ßerer Impuls von dem Drehmomentenüberlast-

die Leitung 24 entlüftet. Wenn die Bedienungsperson Schalter 88 aufgenommen, bei einer genau festgeleg-

das Ventil 96 in die Stellung a umschaltet, wird das 50 ten Impulsstärke schließt er die Stromquelle 70 mit

Ventil 26 mit Druckluft beaufschlagt dem die rote Lampe enthaltenden Anzeigegerät 92

Ein Arbeitsgang der in F i g. 2 dargestellten Ein- und dem Registriergerät 86 kurz, damit das zu große

richtung zum Festziehen eines mit Gewinde versehe- Drehmoment angezeigt und aufgezeichnet wird. Der

nen Befestigungselementes beginnt damit, daß das Impuls von dem Drehmomentenüberlast-Schalter 88

Ventil 96 in die Stellung α gebracht und somit das 55 öffnet zugleich den Schalter 82 für die grüne Lampe,

Werkzeug 10 über das sich in der Stellung b befind- damit das Anzeigegerät 84 nicht einen zufriedenstel-

liche Ventil 26 Druckluft erhält Druckluft aus der !ende beendigten Arbeitsgang anzeigt.

Leitung 24 schließt ferner den Druckschalter 74, so Der Stromkreis zwischen dem Drehmomenten-

daß ein Impuls von der Stromquelle 70 die Strom- überlast-Schalter 88 und dem Anzeigegerät 92 bleibt

quelle 72 einschaltet. Wenn das Werkzeug sodann 60 außerdem so lange geschlossen, bis er mit Hilfe des

ein mit Gewinde versehenes Befestigungselement Schalter 94 wieder geöffnet wird,

festzieht, wird vom Antriebselement 50 (F i g. 1 in- Wie aus dem Gesagten hervorgeht, läßt sich mit

folge des von ihm übertragenen Drehmomentes ein Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung mit großer

diesem proportionaler elektrischer Impuls erzeugt, Genauigkeit das durch ein motorgetriebenes Werk-

der mit Hilfe des Drehmomentenfühlers Stromkreises 65 zeug auf ein mit Gewinde versehenes Befestigungs-

76 verstärkt wird. Wenn der vom Drehmomentenfüh- element ausgeübt maximale Drehmoment steuern

ler zum Trennschalter 78 gehende Impuls den vorge- und überwachen. Obgleich die Erfindung hier für ein

gebenen Wert erreicht, der vom vorher festgelegten, mit einer einzigen oder mit mehreren

nes Werkzeug zum Festziehen von, mit Gewinde versehenen Befestigungselementen beschrieben ist, läßt sie sich in abgeänderter Form auch zur Überwachung des von Bohrmaschinen oder ähnlichen Vorrichtungen mit einer einzigen oder mit mehreren Wellen er-

zeugten Drehmomentes benutzen. Ferner gehören die in dem Blockschaltbild der F i g. 2 dargestellten Elemente zum Stand der Technik und können abgewandelt werden, um verschiedene Überwachungsfunktionen zu erfüllen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

genau und läßt sich nicht so oft und wiederholt verPatentansprüche: wenden, wie dies bei sehr präzis arbeitenden Werkzeugen im allgemeinen gefordert wird. Darüber hin-

1. Steuereinrichtung für ein drehmomenterzeu- aiii spricht die bekannte Einrichtung nicht direkt auf gendes motorkraftgetriebenes Werkzeug, insbe- 5 das Drehmoment an, das von dem ein Werkstück sondere Drehschrauber, das ein vorher festgeleg- haltenden Teil übertragen wird. Darüber hinaus kann tes Drehmoment auf ein Werkstück überträgt und bei der bekannten Einrichtung das Überwachen des ein Absperrventil zum Sperren der Energiezufuhr Drehmomentes nicht das Versagen eines Werkzeuges zum Werkzeugmotor umfaßt, gekennzeich- beim Arbeiten innerhalb eines vorbestimmten ToIenet durch einen zwischen dem Werkzeugmo- io ranzbereiches anzeigen.

tor (16) und dem Werkstück (62) angeordneten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

elektromechanischen Energieumwandler (50, 64), Steuereinrichtung der beschriebenen Art zu schaffen, dessen Impulsstärke proportional zu dem durch die direkt das Drehmoment ermittelt, das vom Motor den Werkzeugmotor auf das Werkstück ausge- des Werkzeuges auf das Werkstück übertragen wird übte Drehmoment ist, und durch einen Steuer- 15 und die beim Erreichen eines vorbestimmten Dreh-(76, 78, 80) und Überwachungseinheiten (88) momentes die Energiezufuhr zum Werkzeug abumfassenden Steuerkreis zum Aufnehmen des sperrt.

elektrischen Impulses des elektromechanischen Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst

Energieumwandlers, wobei dieser Impuls beim durch einen zwischen dem Werkzeugmotor und dem Erreichen einer vorher festgelegten Impulsstärke 20 Werkstück angeordneten elektromechanischen Eneidas Absperrventil (26) schließt. giermwandler, dessen Impuisstärke proportional zu

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch dem durch den Werkzeugmotor auf das Werkstück gekennzeichnet, daß der elektromechanische ausgeübten Drehmoment ist, und durch einen Steuer-Energieumwandler ein linear veränderlicher Dif- und Überwachungseinheiten umfassenden Steuerkreis ferentialtransformator ist. 25 _2Um Aufnehmen des elektrischen Impulses des elek-

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, tromechanischen Energieumwandlers. wobei dieser dadurch gekennzeichnet, daß in den Steuerkreis Impuls beim Erreichen einer vorher festgelegten Imeine das Schließen des Absperrventils (26) anzei- pulsstärke das Absperrventil schließt. Durch den gende Einrichtung (82, 84) geschaltet ist. zwischen Motor und Werkstück geschalteten elektro-

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, 30 mechanischen Energieumwandler in Verbindung mit dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs- dem Steuerkreis wird eine Abschaltpräzision erreicht, einheiten des Steuerkreises einen Überlasttrenn- die es ermöglicht, ein vorher eingestelltes Drehmoschalter (88) und eine das Überschreiten des vor- ment über einen längeren Zeitraum auf eine große her festgelegten Drehmomentes anzeigende Ein- Anzahl von Werkstücken auszuüben, ohne daß Abrichtung (92) umfassen. 35 weichungen dabei auftreten.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindadurch gekennzeichnet, daß in die Stromkreise dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet,
der Anzeigeeinrichtungen (84, 92) ein Registrier- Ein Ausfühmngsbeispiel der erfindungsgemäßen gerät (86) eingeschaltet ist. Steuereinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. In

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, 4° dieser Zeichnung zeigt

dadurch gekennzeichnet, daß der das elektroma- F i g. 1 eine zum Teil im Schnitt dargestellte

gnetische Feld beeinflussende Teil (50) des Dif- Längsansicht eines motorgetriebenen Werkzeuges ferentialtransformators eine starre Verbindung des mit elektromechanischen! Energieumwandler und
Werkzeugmotors (16) über ein Untersetzungsge- Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Drehtriebe (20) mit dem Werkstückhalter (60) bildet. 45 momenten-, Steuer- und Überwachungseinrichtung

gemäß der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein an sich bekanntes, von einem Motor angetriebenes Werkzeug 10 dargestellt, mit

dessen Hilfe ein Drehmoment erzeugt wird und das

50 zum Festziehen von mit Gewinde versehenen Befestigungselementen dient. Das Werkzeug 10 arbeitet mit Druckluft, jedoch können auch elektrischer Strom

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für oder eine Druckflüssigkeit für den Antrieb benutzt ein drehmomenterzeugendes, motorkraftgetriebenes werden. Das in F i g. 1 dargestellte Werkzeug ist auf Werkzeug, insbesondere dnen Drehschrauber, das 55 einem Gestell 12 befestigt, so daß mehrere, in gleiein vorher festgelegtes Drehmoment auf ein Werk- eher Weise angebrachte Werkzeuge eine Vielfachanfctück überträgt und ein Absperrventil zum Sperren Ordnung bilden, wie es allgemein bei der Verwender Energiezufuhr zum Werkzeugmotor umfaßt. dung derartiger Vorrichtungen zum Festziehen von

Bei einer bekannten Steuereinrichtung dieser Art Befestigungselementen üblich ist.

ist zwischen dem Werkzeugmotor und dem Werk- 60 Das Werkzeug 10 weist ein Gehäuse 14 auf. in stück eine Einrichtung angeordnet, die beim Errei- dem ein Motor 16 mit einer Druckkammer und einer chen eines Drehmomentes tordiert wird und dabei in an sich bekannten Turbine angeordnet ist. Der Moeinem pneumatischen Steuergerät den Druck in einer tor 16 umfaßt einen Motorteil 18. der drehbar mit Steuerkammer ansteigen läßt, wodurch wiederum die Antriebsteilen verbunden ist, zu denen ein in einem Energiezufuhr zum Werkzeugmotor gesperrt wird 65 Gehäusezwischenteil 22 angeordnetes Getriebe 20 (USA.-Patentschrift 2 867 117). Bei dieser bekannten gehört. Der Motor 16 erhält Druckluft von einem Einrichtung wirkt weder die durch Tordieren be- nicht dargestellten Drucklufterzeuger über eine Verwirkte Steuerung noch die Anzeige des Druckes so sorgungsleitung 24 und durch ein von einem Schalt-