DE2256956C3 - Drehmomentabhängige Steuervorrichtung für Druckluftschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehmomentabhängige Steuervorrichtung für einen Druckluftschrauber, der um seine Achse drehbar an einem Rahmen angeordnet ist und dessen dem Drehmoment entsprechendes Reaktionsmoment auf eine am Rahmen abgestützte Gegenhalteeinrichtung wirkt, die unter Belastung nachgibt und bei Erreichen eines dem gewünschten Anzugsdrehmoment entsprechenden, einstellbaren Lastwertes in eine Stellung gelangt, in der sie durch Betätigung eines in der Druckluftzuleitung für den Schraubermotor vorgesehenen Steuerventils den Schraubermotor abschaltet, der an die Druckluftzuleitung über eine Drosselstelle angeschlossen ist.

Bei bekannten derartigen Steuervorrichtungen (GB-PS 10 95 495) ist zwischen dem Druckluftschrauber und dem Rahmen eine Schraubenfeder eingespannt, welche das Reaktionsmoment vom Schrauber auf den Rahmen überleitet. Entsprechend der Federkennlinie ist die Kompression der Feder eine Funktion des Reaktionsmoments. Dieser Zusammenhang wird ausgenutzt, indem bei zusammengedrückter Feder ein Steuerventil betätigt wird, welches bei einer bestimmten Verformung der Feder ein in der Druckluftzuleitung des Schraubermotors angeordnetes Ventil schließen läßt. Die Drosselstelle in der Druckluftzuleitung hat auf die Betätigung des Steuerventils bei einer bestimmten Kompression der Feder keinen Einfluß.

Die vorbekannte Konstruktion arbeitet nicht genau genug, wenn unelastische Schraubverbindungen festgezogen werden sollen, denn die Energiezufuhr zum Motor des Schraubers wird zwar bei einem bestimmten Moment abgeschaltet, die kinetische Energie des Gehäuses des Schraubers führt jedoch zu einer weiteren Kompression der Feder und dadurch auch zu einer erhöhten Reaktionskraft der Feder, woraus ein zu großes Moment resultiert. Das endgültige Anzugsdrehmoment hängt demnach von der Elastizität der Verbindung ab, insbesondere, wenn der Schrauber mit einer hohen Drehgeschwindigkeit arbeitet. Zwar läßt sich die Steuerung des Drehmoments dadurch noch etwas verbessern, daß ein Schrauber mit zwei Geschwindigkeiten benutzt wird, mit dem die Mutter oder Schraube mit hoher Geschwindigkeit niedergeschraubt und nach einer automatischen Umschaltung auf die langsamere Drehzahl die Schraubverbindung festgezogen wird. Solche Schrauber sind jedoch kompliziert und teuer.

Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Steuervorrichtungen mit einer Schraubenfeder tritt dann hervor, wenn bei einer Mehrfach-Schrauber-Einheit eine Mehrzahl von Schraubern an einem gemeinsamen Rahmen angebracht ist. In diesem Fall muß das gewünschte Anzugsdrehmoment für jeden Schrauber einzeln eingestellt werden. Dies ist umständlich, und individuelle systematische Fehler können leicht vorkommen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche verhindert, daß das Anzugsdrehmoment durch die Elastizität der Schraubverbindung beeinflußt wird.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gegenhalteeinrichtung als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist, deren Zylinder hinter der Drosselstelle an die Druckluftzuleitung angeschlossen ist, in der vor der Drosselstelle ein einstellbares Druckregelventil vorgesehen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist die von der Kolben-Zylinder-Einheit bis zur Betätigung des Steuerventils aufzunehmende Stützkraft vom Druck in der Druckluftzuleitung hinter der Drosselstelle abhän-

gig. Dieser Druck hängt vom Luftverbrauch, d. h. von der Drehzahl des Schraubers ab, die sich nach der Art der Schraubverbindung richtet. Bei einer unelastischen Schraubverbindung hat der bis zum harten Aufprall der Schraubteile starke Durchfluß durch die Drosselstelle dort einen verhältnismäßig starken Druckabfall zur Folge. Dieser wiederum führt zu einer Druckminderung am Einlaß des Schraubermotors und im Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit mit der weiteren Folge, daß deren Kolben bereits bei einem niedrigeren als dem vorbestimmten Anzugsmoment nachgibt, so daß der Schrauber früher schwenkt und das Steuerventil die Druckluftzufuhr zum Motor absperrt, kurz bevor das eingestellte Anzugsdrehmoment erreicht wird. Das endgültige Festziehen der Schraube findet dann langsam statt, während der Druck im Zylinder seinen normalen, am Druckregelventil eingestellten Wert hat.

Es ist somit ersichtlich, daß die vorgeschlagene Steuervorrichtung automatisch den bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten bisher unterschiedlichen Einfluß des Trägheitsmoments des Schraubers auf das Anzugsdrehmoment beseitigt.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung kommt die Steuervorrichtung bei mehreren an einem gemeinsamen Rahmen angeordneten, über jeweils eine Drosselstelle paralell an eine gemeinsame Druckluftzuleitung angeschlossenen Druckluftschraubern mit je einer Gegenhalteeinrichtung und je einem zugeordneten Steuerventil zur Anwendung, wobei vorgesehen ist, Jaß das Druckregelventil in der gemeinsamen Druckluftzulei- 3c tung angeordnet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das gewünschte Anzugsdrehmoment für alle Schrauber gemeinsam eingestellt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht, zum Teil im Schnitt, auf eine Schrauber-Einheit mit zwei Druckluftschraubern und einer Steuervorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Seitenansicht, eines der Druckluftschrauber zum Teil im Schnitt, entsprechend der Linie 2—2 in Fig. 1,

F i g. 3 einen Schaltplan für die Druckluftschrauber nach Fig. 1,

Fig.4 eine Alternative zu dem Schaltplan nach F i g. 3.

Die zwei in Fig. 1 dargestellten Druckluftschrauber sind insgesamt mit 11 und 12 bezeichnet und ihre Gegenhalteeinrichtungen zur Abstützung des Reaktionsmoments insgesamt mit den Bezugszeichen 13 und 14 versehen. Da die Druckluftschrauber 11 und 12 und ihre Gegenhalteeinrichtungen 13 und 14 jeweils identisch und in gleicher Weise montiert sind, braucht nachstehend nur auf eine der Einheiten bezug genommen zu werden.

Die Druckluftschrauber 11 und 12 sind an einem Rahmen 15 angebracht, der eine gemeinsame Montageplatte 16 mit daran befestigten Aufnahmebüchsen 17 aufweist, in welche die Druckluftschrauber 11 und 12 eingesetzt werden. Das Gehäuse des allein im Detail beschriebenen Druckluftschraubers 11 hat zu diesem Zweck ein zylindrisches Vorderteil 18, welches in der Aufnahmebüchse 17 mittels Rollenlagern 19,20 gelagert ist. Die zwischen der Aufnahmebüchse 17 und dem Gehäuse wirksamen Axialkräfte werden durch Scheiben 21,22 aufgenommen. Die Gegenhalteeinrichtung 13 zur Aufnahme des Reaktionsmoments des Druckluftschraubers ti besteht ebenso wie die Gegenhalteeinrichtung 14 aus einem Zylinder 23 mit zugehörigem Kolben 24. Der Zylinder 23 ist verschwenkbar an einem aufrecht am Rahmen 15 sitzenden Gelenkzapfen 25 befestigt. Ein Arm 26 am Gehäuse des Druckluftschrau bers 11 ist über einen Bolzen 27 gelenkig mit dem Kolben 24 verbunden. Die Arbeitskammer 28 des Zylinders 23 ist über eine Leitung 29 und eine Dro3selstel!e 30 mit Druckluft beaufschlagt, so daß der Kolben 24 unter diesem Druck normalerweise in der Stellung nach Fig. 1 gehalten wird. Von der Arbeitskammer 28 strömt die Druckluft über eine Bohrung 31 und eine flexible Leitung 32 zu einem Einlaß 33 des Schraubermotors. Dieser ist zweckmäßigerweise z. B. ein pneumatischer Gleitflügelmotor. Er treibt eine Spindel 34, auf welcher umdrehbar, aber axial in begrenztem Maße verschieblich eine durch eine Feder nach außen gedrückte Buchse 35 sitzt. Der äußere Teil der Buchse 35 ist im Beispielsfall als Vierkant 35a ausgebildet, auf welchem ein zu den festzuziehenden Schrauben oder Muttern passendes Werkzeug befestig! werden kann. Der Kolben 24 hat einen vorspringenden, zentralen, zylindrischen Zapfen 36, welcher im Zusammenwirken mit der zylindrischen Bohrung 31 ein Steuerventil bildet, welches die Druckluftzufuhr zum Schraubermotor absperren kann. Der Druckluftschrauber 12 und seine Gegenhalteeinrichtung 14 zur Aufnahme des Reaktionsmomenis sind in Fig. 1 in der Stellung gezeigt, in welcher das Steuerventil der Gegenhalteoinrichtung 14 geschlossen ist. Es ist gemäß F i g. 1 ein Kanal 37 vorgesehen und so bemessen, daß er die Leckage durch den Schraubermotor ungefähr ausgleicht. Der Zylinder 23 hat einen Auslaß 38. welcher über eine Leitung oder einen Schlauch mit einem pneumatischen Anzeige- oder Signalgerät 39 verbunden ist.

In Fig. 3 ist der pneumatische Schaltplan für die beiden Druckluftschrauber 11, 12 und deren Gegenhalteeinrichtungen 13,14 zur Aufnahme der Reaktionsmomente gezeigt. Danach steht eine Druckluftquelle 40 über ein Ein- und Ausschalteventil 41 mit einem einstellbaren Druckregelventil 42 in Verbindung, welches einen bestimmten Druck konstant aufrechterhält. Das Ein- und Ausschaltventil 41 kann alternativ hinter dem Druckregelventil 42 angeordnet sein.

Wenn zwei Muttern, Schrauben od. dgl. durch die dargestellte Schrauber-Einheit festgezogen werden sollen, wird die Montageplatte 16 mit den Druckluftschraubern 11, 12 auf die Muttern zubewegt, und die Druckluftschrauber 11, 12 werden durch das gemeinsame Ein- und Ausschaltventil 41 in Gang gesetzt. Da das Futter bzw. die Buchse 35 axial nachgiebig gelagert ist, kommen die nicht gezeigten Werkzeuge oder Fassungen einzeln und möglicherweise nacheinander mit den Muttern oder Schrauben zum Eingriff. Wenn das Reaktionsmoment der Druckluftschrauber 11, 12 einen vorbestimmten Wert erreicht hat, gibt der zugehörige Kolben 24 nach, und der zylindrische Zapfen 36 des Kolbens 24 schließt die Druckluftzufuhr zum Schraubenmotor ab. In dem Moment, wo die Druckluftzufuhr abgesperrt wird, hat der Kolben 24 noch ungefähr 75% seines möglichen Hubs vor sich. Dies reicht immer aus, um die Drehbewegung des Gehäuses des Schraubers bis zum Halt zu dämpfen. Es sollte beachtet werden, daß der Kolben 24 auch dann praktisch ein konstantes Anzugsdrehmoment aufrechterhält, wenn das DruckregeWentil 42 nach Art eines Rückschlagventils arbeket. denn die Arbeitskammer 28 des Zylinders 23 wird durch den Kanal 37 und den Schraubermotor entlüftet. Ungefähr gleichzeitig mit dem Absperren der Druck-

luftzufuhr zum Schraubermotor wird der Auslaß 38 freigegeben und das Anzeige- oder Signalgerät 39 zeigt an, daß das vorgesehene Anzugsdrehmoment erreicht ist.

Jeder Druckluftschrauber 11, 12 hält das konstante Anzugsdrehmoment aufrecht, bis alle Anzeige- oder Signalgeräte 39 das vorbestimmte Anzugsdrehmoment anzeigen und das Ein- und Ausschaltventil 41 von Hand geschlossen wird. Diese Tatsache hat eine große Bedeutung für Schrauber-Einheiten mit einer Vielzahl von Druckluftschraubern 11, 12, da sonst z.B. mangelnde Parallelität oder eine nachgiebige Dichtung in einer festzuziehenden Verbindung dazu führen können, daß die zuerst bis zum vorgesehenen Drehmoment angezogene Mutter nicht in der Lage ist, die Verbindung so parallel zusammenzudrücken, wie es eine Vielzahl benachbarter Schraubenverbindungen vermag. Wenn deshalb eine Mutter nachgezogen wird, nachdem eine benachbarte Mutter festgezogen wurde, wird der der ersteren zugehörige Kolben 24 ohne Änderung der Reaktionskraft wieder in seine normale Arbeitsstellung zurückkehren, und das Steuerventil wird noch einmal öffnen und dann wieder schließen. Der Kanal 37 ist vorzugsweise so bemessen, daß er die Leckage durch den Schraubermotor nicht vollständig ausgleicht. Diese Leckage führt deshalb ebenfalls zu einem wiederholten langsamen Drehen des Gehäuses des Druckluftschraubers 11, 12. Wenn keine Leckage durch den Kanal 37 stattfindet, wird diese hin- und hergehende Schwingbewegung schneller sein. Dies hat jedoch keinen wesentlichen Einfluß auf das endgültige Anzugsdrehmoment. Der Kanal 37 kann natürlich auch durch eine Leckage am Steuerventil ersetzt sein.

Die Gegenhalteeinrichtungen 13, 14 zur Aufnahme des Reaktionsmoments sind vorzugsweise so dimensioniert, daß die Druckluftschrauber 11,12 ein etwas, z. B. 10%, größeres Drehmoment abgeben, als der Kolben 24 bei demselben Druck der Luft halten kann. Dieses Verhältnis bleibt auch dann fast konstant, wenn das Druckregelventil 42 je nach dem gewünschten endgültigen Anzugsdrehmoment verschieden eingestellt wird. Durch das Druckregelventil 42 können alle Gegenhalteeinrichtungen 13, 14 gleichzeitig so eingestellt werden, daß sie genau dasselbe Reaktionsmoment aufnehmen. Wenn ein bestimmter Druckluftschrauber das vorgesehene Anzugsdrehmoment nicht erreicht, z. B. infolge Abnutzung oder wegen zu wenig öl, bleibt sein zugehöriger Kolben 24 in seiner normalen Stellung, d. h. in der Stellung des Ko'ibens 24 der Gegenhalteeinrichtung 13 nach Fig. 1, so daß das zugehörige Anzeige- oder Signalgerät 39 niemals zur Anzeige des endgültigen Anzugsdrehmoments kommt. Der Schaden wird deshalb sofort entdeckt und kann behoben werden.

Durch die Drosselstelle 30 werden Veränderungen des zusätzlichen dynamischen Drehmoments, welches auf der Massenträgheit des Druckluftschraubers beruht, automatisch kompensiert. Bei der Herstellung unelastischer Verbindungen, wo beim Niederschrauben der Mutter kein Widerstand auftritt, erreicht der Druckluftschrauber eine hohe Drehzahl, wodurch jedoch wegen der Drosselstelle 30 der Druck am Einlaß 33 des Schraubermotors und deshalb auch der Druck in der Arbeitskammer 28 des Zylinders 23 verringert wird, so daß der Kolben 24 schon bei einem niedrigeren Drehmoment als dem vorgesehenen nachgibt. Wenn sich dann der Druck in der Arbeitskammer 28 des Zylinders 23 aufbaut, schwingt der Druckluftschrauber zurück, und das Steuerventil öffnet erneut, so daß am Ende der Druckluftschrauber erst stehenbleib«, wenn er konstant mit dem vorbestimmten Anzugsdrehmoment auf die Schraube oder Mutter einwirkt.

In F i g. 4 ist ein anderer möglicher Schaltplan gezeigt, wonach die Schraubermotoren parallel zu deren Gegenhalteeinrichtungen 13,14 statt in Serie geschaltet sind. Ebenso wie in F i g. 3 sind die Druckluftzuleitungen zu den Schraubermotoren mit 32 und die Druckluftzuleitungen zu den Gegenhalteeinrichtungen 13, 14 mit 29 bezeichnet. Die Druckluftzuleitung hinter dem Druckregelventil 42 trägt das Bezugszeichen 43. Steuerventile 44 entsprechend den Steuerventilen nach Fig. 1 sind als besondere Einheiten gezeigt und nicht mit den Kolben-Zylinder-Einheiten 24, 23 zusammengebaut. Es ist natürlich auch möglich, anstelle dieser direkt wirkenden Steuerventile solche zu verwenden, die mechanisch durch die Bewegung der Kolben 24 gesteuert sind und ihrerseits pneumatisch Absperrventile in den Druckluftzuleitungen der Schraubermotoren pneumatisch betätigen.

Eine reine Abschaltwirkung der Steuerventile nach F i g. 1 kann durch einfaches Vertauschen der Anschlüsse der Leitungen 29 und 32 an den Gegenhalteeinrichtungen 13, 14 erreicht werden. Dann bleiben die Steuerventile, nachdem sie einmal geschlossen haben, ir dem geschlossenen Zustand. Vorzugsweise sollte ir diesem Falle jeweils in der Arbeitskammer 28 de; Zylinders 23 eine Feder angeordnet sein, welche der Kolben 24 nach außen in seine Ausgangsstellung drückt wenn die Druckluftschrauber 11, 12 von den gerade festgezogenen Muttern abgenommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Drehmomentabhängige Steuervorrichtung für einen Druckluftschrauber, der um seine Achse drehbar an einem Rahmen angeordnet ist und dessen dem Drehmoment entsprechendes Reaktionsmoment auf eine am Rahmen abgestützte Gegenhalteeinrichtung wirkt, die unter Belastung nachgibt und bei Erreicher, eines dem gewünschten Anzugsdrehmoment entsprechenden, einstellbaren Lastwertes in eine Stellung gelangt, in der sie durch Betätigung eines in der Druckluftzuleitung für den Schraubermotor vorgesehenen Steuerventils den Schraubermotor abschaltet, der an die Druckluftzuleitung über eine Drosselstelle angeschlossen ist, '5 dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenhalteeinrichtung (13, 14) als Kolben-Zylinder-Einheit (24, 23) ausgebildet ist, deren zylinder (23) hinter der Drosselstelle (30) an die Druckluftzuleitung (29, 43) angeschlossen ist, in der vor der Drosselstelle (30) ein einstellbares Druckregelventil (42) vorgesehen ist.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (23) mit dem Steuerventil und dem Schraubermotor in Serie geschaltet ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (24) der Kolben-Zylinder-Einheit (24, 23) an einem am Gehäuse des Druckluftschraubers (11, 12) befestig- 3» ten Arm (26) und der Zylinder (23) am Rahmen (15) angelenkt sind.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Zylinders (23) eine Bohrung (31) vorgesehen ist, die mit dem Schraubermotor pneumatisch verbunden ist und zusammen mit einem dem Bohrungsquerschnitt angepaßten, an der Druckluftseite des Kolbens (24) angeordneten Zapfen (36), der in die Bohrung (31) einschiebbar ist, das Steuerventil bildet.

5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil zum Abschalten des Schraubermotors bereits in der ersten Hälfte des möglichen Hubes des Kolbens (24) betätigt wird.

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Anzeige- oder Signalgerät, das bei Erreichen des gewünschten Anzugsdrehmomentes anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeige- oder Signalgerät (39) über einen in der Wand des Zylinders (23) angeordneten Auslaß (38) pneumatisch betätigbar ist, der zunäcnst vom Kolben (24) verdeckt und von diesem bei erreichtem Anzugsdrehmoment freigegeben wird.

7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei mehreren an einem gemeinsamen Rahmen angeordneten, über jeweils eine Drosselstelle paralell an eine gemeinsame Druckluftzuleitung angeschlossenen Druckluftschraubern mit je einer Gegenhalteeinrichtung und je einem zugeordneten Steuerventil, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (42) in der gemeinsamen Druckluftzuleitung (43) angeordnet ist.