DE2326027A1

DE2326027A1 - Schraubenziehergeraet

Info

Publication number: DE2326027A1
Application number: DE2326027A
Authority: DE
Inventors: Toshimasa Shimizu; Katsuyuki Totsu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-22
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1973-12-20
Also published as: FR2185480B1; CH556221A; GB1414337A; US3845373A; FR2185480A1; CA1006606A; DE2326027B2; NL175888C; DE2326027C3; NL7307152A; SE398314B; NL175888B

Description

.Schraubenziehergerät

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Ein- und Herausschrauben einer Schraube, bestehend aus einem Schraubenzieher, der von einem Elektromotor angetrieben wird, und einer Vorrichtung zur Steuerung des Drehmoments des Motors, um ihn in Abhängigkeit von dem Belastungszustand an dem Schaft des Schraubenziehers automatisch zu unterbrechen.

Es wurden verschiedene Arten von Schraubenziehern mit Motorantrieb zum Einschrauben von Schrauben vorgeschlagen, in die ein Elektromotor eingebaut ist, von dem sie elektrisch angetrieben werden. Im allgemeinen wird bei Schraubenziehern mit Motorantrieb ein wesentlicher Teil des Schraubvorgangs in einer kurzen Zeitperiode durch Drehung des Schraubenzieherschaftes bei hoher Belastung beim Eingriff in den Schraubenzieherschlitz durchgeführt und der abschließende Schraubvorgang wird durch das entsprechend erhöhte Drehmoment der Schraubenzieherwelle infolge des Reibungswiderstands zwischen der Schraube

309851/0365

und einem die Schraube aufnehmenden Teil erreicht.

Bei dem abschließenden EinschraubVorgang einer Schraube mittels eines solchen Schraubenziehers mit Motorantrieb können, wenn das Antriebsmoment übermäßig hoch ist, das Schraubengewinde, der Schlitz dem Schraubenkopf oder sogar der Schraubenkopf selbst zerstört werden oder es kann das die Schraube aufnehmende Teil beschädigt werden und außerdem verursacht die beträchtliche Verzögerung der Abschaltung des Motors, nach-dem der Einsehraubvorgangbeende t wurde, eine überhitzung des Motors. Wenn das Einschraubmoment gering ist, kann ein ausreichendes Festziehen^nicht erreicht werden, so daß die Schraube sich von dem die Schraube aufnehmenden Teil allmählich löst. Unter diesen Bedingungen ist es sehr schwer, die Antriebsbewegung der Schraube einer vorbestimmten Grenze zu unterbrechen, jedoch eine geeignete Kraft zum Festziehen zuzuführen«

Bei bekannten Schraubenziehern mit Motorantrieb wurde vorgeschlagen, einen Leerlaufmechanismus vorzusehen, der arbeitet, wenn eine vorbestimmte Reaktion auf die Schraubenzieherwelle wirkt. Solch ein Leerlaufmechanismus hat jedoch Nachteile und Unzulänglichkeiten, die die Schraubenzieheranordnung kompliziert machen. Eine Verschlechterung der Funktionen der zugehörigen Teile infolge Abnutzung, verursacht durch ihre wiederholten Gleitvorgänge, ist unvermeidbar, und die Herstellung des Schraubenziehers erfordert eine längere Zeit, so daß er für den praktischen Gebrauch nicht zufriedenstellend ist.

Daher wird bei dem Betrieb des üblichen Schraubenziehers mit Motorantrieb ein geeignetes Festziehen der Schraube durch Abschaltung eines Aktivierungsschalters des Schraubenziehers durch die Empfindlichkeit der Bedienungsperson

3098K1/0365

oder durch deren Vorbestinunung zu einem Zeitpunkt, bei dem der Schraubvorgang beendet wird, so daß es sehr schwer ist, stets ein konstantes Einschrauben, das eine beträchtliche Geschicklichkeit erfordert,, zu verwirklichen.

Nach eingehendem Studium dieser Probleme wurde festgestellt, daß, wenn der Schraubenzieherschaft durch externe Faktoren wie die Reibung an seiner Drehung gehindert wird, der Strom, der durch den Rotor des Motors fließt, stark zunimmt, und es ergab sich daher, daß eine automatische Drehmomentsteuerung des Schraubenziehers mit Motorantrieb dadurch erreicht werden kann, daß man eine steuerbare Energiezufuhrquelle so konstruiert, daß, wenn der Laststrom, der durch den Motor zum Antrieb des Schraubenzieherschafts fließt, einen Überstrom erreicht, der durch Verhinderung der Drehung des Motors bei Vollendung des SchraubVorgangs verursacht wird, die Erregung des Motors von der Energiequelle dadurch unterbrochen wird, daß der Zustand elektrisch erfaßt wird, um automatisch die Drehung des Schraubenziehers mit Motorantrieb zu unterbrechen« Es. wurde somit erkannt, daß der Betrieb des Schraubenziehers mit Motorantrieb vereinfacht und auch die Wirksamkeit der Arbeit erhöht werden kann.

Hierbei ist ein Transistorschaltkreis in dem Energiekreis an der Spannungsversorgungsleitung vorgesehen, die an den Motorteil des Schraubenziehers mit Motorantrieb angeschlossen ist, so daß der Schaltkreis des Stromversorgungskreis unterbricht, wenn der Laststrom, der unter der Reaktion gegen die Drehung des Motors plötzlich zunimmt, einen vorbestimmten Wert im Endstadium des Schraubvorgangs mittels des Schraubenzieherschaftes erreicht. Beim Anlassen des Motors fließt momentan ein übermäßiger Laststrom, der größer als der bemessene Strom ist, und somit arbeitet der

309851/0365

Schaltkreis unmittelbar danach, um den Energiekreis abzuschalten. Da jedoch im allgemeinen ein übermäßiger Laststrpm auch unmittelbar beim Anlassen des Motors fließt/ ist der Schaltkreis bestrebt, den Energiekreis beim Anlassen abzuschalten und macht dadurch den tatsächlichen Antrieb des Schraubenziehers mit Motorantrieb unmöglich. Es wurde daher erkannt, daß ein solch unerwünschter Zustand durch die parallele Anordnung eines Überspannungsrelais und eines Kondensators zusammen mit-einem Widerstand in Reihe mit dem Kondensator beseitigt werden kann, wobei die Zeitkonstante des Kondensators und des Widerstands so gewählt wird, daß das Überspannungsrelais auf momentane Überlastströme wie den Anlaßstrom nicht anspricht, da der Kondensator zur Aktivierung des Relais nicht ausreichend geladen wird.

Außerdem wurde festgestellt, daß die Schraubenzieheranordnung für eine wiederholte Schraubarbeit geeignet ist, die in einer Massenfertigungsstraße durchgeführt wird, wenn der Energiekreis so konstruiert ist, daß sein Stromversorgungskreis nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls in seinen aktiven Zustand zurückkehren kann.

Weiterhin wurde festgestellt, daß im Falle einer Schraubenzieheranordnung, die von einem darin enthaltenen Gleichstrommotor angetrieben wird, ein Schraubenzieher mit Motorantrieb, der das Herausschrauben bzw. Lösen einer "Schraube wirksam ermöglicht, dadurch erhalten werden kann, daß man einen Polaritatsumschalter an einem Anschlußpunkt des Energiekreises vorsieht, so daß einer seiner Schaltkontakte zur Umkehr des Motors direkt mit einer Gleichspannungsleitung ohne den Schaltkreis verbunden ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum Ein- und Herausschrauben einer Schraube zu

309851/0365

schaffen, bei dem sich das Drehmoment des Schraubenzieherschafts im Endstadium des SchraubVorgangs automatisch steuern läßt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch einen elektrisch betriebenen Schraubenzieher mit einer Antriebswelle, die von einem Elektromotor angetrieben wird, der in der Schraubenzieheranordnung enthalten ist, und einen Schaltkreis zur Ermittlung eines mit vorbestimmter Dauer durch den· Motor fließenden tfberlaststroms, dessen Größe über einem vorbestimmten Wert liegt, um die Stromzufuhr des Motors zu unterbrechen und danach nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls die Erregung des Motors wieder herzustellen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die automatische Unterbrechungseinrichtung außerdem einen Transformator und eine Gleichrxchtervorrichtung zur Erzeugung einer Gleichspannung aufweist, und daß der Schaltkreis einen einstellbaren Konstantspannungs-Generator bildet, der an den einen Ausgang der Gleichrxchtervorrichtung angeschlossen ist, und einen Lastwiderstand aufweist, der an deren anderen Ausgang angeschlossen ist, um die Spannung über dem Lastwiderstand, die von dem Strom durch den Motor erzeugt wird, zu vergleichen und außerdem die Erregung des Motors durch Aktivierung von Relais zu unterbrechen, wenn sich der Strom durch den Lastwiderstand auf eine über einem vorbestimmten Wert liegende Größe ändert und diese Größe während einer vorbestimmten Periode beibehält, und um es den Relais nach einer vorbestimmten Zeitperiode zu ermöglichen, in den Ausgangszustand zurückzukehren .

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die automatische Unterbrechungseinrichtung einen Polaritätsumsehalter zwischen den Ausgangsleitungen und dem Antriebsmotor aufweist,

309851/036S

232602?

wobei die Kontakte des Polaritätsumkehrschalters zum Drehen des Motors in der Eintreibrichtung einer Schraube über den Schaltkreis mit dem Ausgang der Gleichrichtervorrichtung verbunden sind, während die Kontakte des Plaritätsumkehrschalters für die umgekehrte Drehrichtung des Motors direkt mit dem Ausgang der Gleichrichtervorrichtung verbunden sind.

Außerdem ist es möglich, daß durch einen Schalter in Reihe mit einem Kondensator parallel zu dem Relais in dem Schaltkreis zum Abschalten der Gleichspannungsausgangsleitung, der Schaltvorgang des Schaltkreises unterbrochen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild der Grundkonstruktion des Geräts gemäß der Erfindung, und

Figur 2 ein Schaltbild einer Ausfuhrungsform des Geräts gemäß der Erfindung.

Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Schraubenziehergerät gemäß der Erfindung derart aufgebaut, daß eine Gleichrichtervorrichtung 12 mit einer handelsüblich arhältlichenEnergiequelle E durch einen Abwärtstransformator 10 verbunden ist, um geeignet verringerte Gleichspannungen zu erhalten, und der Ausgang der Gleichrichtervorrichtung 12 ist mit einem Schaltkreis 14 verbunden, der der Hauptteil der Erfindung ist. Der Ausgang des Schaltkreises 14 ist mit dem Eingang eines Schraubenziehers 16 mit Motorantrieb verbunden.

Wie Fig. 2 zeigt, sind in dem Schaltkreis 14 ein Widerstand Rj und eine Zenerdiode ZD zwischen den Ausgangs-

309851/0365

leitungen 18a und 18b der Gleichrichtervorrichtung 12 in Reihe geschaltet und ein Kondensator C ist parallel zu der Zenerdiode ZD geschaltet;, so daß eine konstante Spannung an dem Verbindungspunkt A erzeugt wird.

Parallel zu der Zenerdiode SD sind ein Widerstand R- und ein einstellbarer Widerstand V_ in Reihe geschaltet, so daß eine konstante Spannung an dem Gleichkontakt ρ des einstellbaren Widerstands V„ einstellbar abgenommen werden kann.

Ein Lastwiderstand R_T ist mit der Ausgangsleitung 18b

J-I

des so gebildeten Konstantispannungsgenerators 14a verbunden. Bei Erregung des Schraubenziehers 16 mit Motorantrieb fließt ein Laststrom I des enthaltenen Motors durch den Lastwiderstand R_T, über dem eine Spannuna ent-

JLj

sprechend dem Laststrom I auftritt. Um die Spannung über dem Lastwiderstand R„ mit der konstanten Spannuna

Jb

zu vergleichen, die an dem Gleitkontakt ρ des einstellbaren Widerstands V erhalten wird_f ist ein Widerstand TR parallel zu dem Lastwiderstand R geschaltet» Der Transistor TR. hat einen Emitter e._? der an den Gleitkontakt ρ des veränderbaren Widerstands V_ angeschlossen ist, sowie eine !Basis b.„ die über einen geeigneten Schutzwiderstand R₀ mit dem Ende des Lastwiderstands R_

J . JLi

verbunden ist, das von dem einstellbaren Widerstand. V_n

abgewandt ist. Ein Kollektor C₁ des Transistors TR. ist über eine Serienschaltung aus Widerständen R. und R₅ mit der Ausgangsleitung 18a verbunden.

Der Verbindungspunkt der Widerstände R. und R₅ ist mit der Basis b„ eines zweiten Transistors TR₃ verbunden, dessen Emitter e_ über eine Schutzdiode D mit der Ausgangsleitung 18a verbunden ist, und dessen Kollektor c_ ist mit der Ausgangsleitung 18b über eine Serienschaltung aus einem Widerstand R_ und einem Relais PY₁, zu dem ein Kondensator C_ parallelgeschaltet ist, verbunden.

09851/0368

Wenn daher die Spannung an der Basis b. des Transistors TR. größer als die an seinem Emitter e.. wird, fließt ein Strom über den Kollektor c. und daher wird die Basis b„ des zweiten Transistor TR₂ in Durchlaßrichtung vorgespannt und der Transistor leitet. Dies bedeutet, daß ein Laststrom, der durch die Drehung des in der Schraubenzieheranordnung 16 enthaltenen Motors verursacht wird, durch die in der oben erläuterten Weise aufgebauten Kreise fließt, und wenn der Kollektorstrom des Transistors TR. einen vorbestimmten Wert überschreitet, wenn der Laststrom zunimmt, wird der Transistor TR» aeöffnet, um den Strom an seinem Kollektor c_ durchzulassen. Der Kondensator C~ wird von diesem Kollektorstrom innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode (z.B. 0,1 bis 0,3 Sekunden) in Abhängigkeit von einer Zeitkonstante, die von dem Widerstand R, und dem Kondensator C~ bestimmt wird,

b I.

völlig aufgeladen und es tritt über dem Kondensator C« eine Spannung auf, die ausreicht, um das Relais RY₁ zu aktivieren. Das Relais RY spricht daher auf keinen momentanen überstrom an, der beim Anlassen des Motors erzeugt wird, und es ist sichergestellt, daß das Relais RY nur dann wirksam wird, wenn der Kondensator C~ durch die Aufrechterhaltung eines Überstroms völlig geladen wird, der in der Endstufe der Befestigungsarbeit des Schraubenziehers 16 mit Motorantrieb verursacht wird.

Durch diesen Betrieb des Relais RY₁ wird sein normalerweise geöffneter Kontakt 20 geschlossen und daher wird ein Hilfsrelais RY-, das mit dem Kontakt 20 zwischen den Ausgangsleitungen 18a und 18b in Reihe geschaltet ist, aktiviert, so daß sein normalerweise geschlossener Kontakt 22, der mit der Ausgangsleitung 18b verbunden ist, die den Lastwiderstand R^ enthält, und der als Unterbrechungsschalter dient, geöffnet, so daß der Schaltkreis 14 unterbrochen wird.

309851/0385

Wenn der Schaltkreis 14 unterbrochen wird, wird der Laststrom Null und daher nimmt die Spannung an der Basis b. des Transistors TR. unter die an dem Emitter e. ab, so daß sein Kollektorstrom (Steuerstrom) ebenfalls abnimmt und daher der Transistor TR- abgeschaltet wird. Infolge der Entladung des geladenen Kondensators C₂ wird das Relais RY₂ noch in seinem aktivierten Zustand gehalten, bis die Spannung über dem Kondensator C₂ unter eine vorbestimmte Aktivierungsspannung des Relais RY₂ sinkt, und auch der Schaltkreis 14 wird in seinem offenen Zustand gehalten. Daher wird die Zeit, die erforderlich ist, um den Kondensator C₂ auf eine Spannung zu entladen, die niedriger als die vorbestimmte Aktivierungsspannung des Relais RY. ist, z.B. auf einige Sekunden eingestellt, so daß ein maximaler Wirkungsgrad im Betrieb des Schraubenziehers mit Motorantrieb, der als Last wirkt, erhalten werden kann.

Wenn der so aufgebaute Schraubenzieher mit Motorantrieb verwendet wird, kann jedes einzuschraubende Teil oder Produkt, die aufeinanderfolgend in einem Massenproduktionssystem geliefert werden, innerhalb einiger Sekunden eingeschraubt werden und bei Vollendung der Einschraubarbeit wird die Stromzufuhr zu dem Schraubenzieher mit Motorantrieb automatisch unterbrochen, so daß der Stoß beim Anhalten des Motors vermindert wird. Danach wird, bevor das nächste Teil oder Produkt, das einzuschrauben ist, an der Einschraubstation angelangt, der Schaltkreis wieder eingeschaltet, und der Strom wird dem Motor zugeführt, um die Antriebswelle wieder zu drehen, so daß die nächste Einschraubarbeit durchgeführt werden kann.

Zusätzlich ist ein Polaritätsumschalter 24 zwischen die Gleichspannungsausgangsleitungen 18a, 18b und den Eingang der Schraubenzieheranordnung 16 geschaltet, so daß

935 1/0385

232B027

die Plarität der Eingangsspannung des Antriebsmotors geändert' werden kann« In diesem Fall ist die Schaltungsanordnung so ausgebildet, daß das in der Schalterstellung für die Rückwärtsdrehung des Antriebsmotors dessen Eingang direkt mit der Gleichrichtervorrichtung 12 verbunden ist, wobei der Lastwiderstand R_ überbrückt wird. Danach kann beim Antrieb des Motors in der Rückwärtsdrehrichtung ein höheres Drehmoment erzeugt werden als bei der Vorwärtsdrehung des Motors erzeugt wird, und dadurch können Schrauben oder Muttern wirksam gelöst werden. Es ist zu beachten, daß bei der Rückwärtsdrehung des Motors der Schutz der Schaltungsanordnung von einem Schaltkreisunterbrechter 26 getragen wird, der zwischen einem Ausgang der Gleichrichtervorrichtung 12 und der Ausgangsleitung 18a liegt.

Außerdem ist bei dem oben erwähnten Schaltkreis ein Schalter 28 parallel zu dem Relais RY in Reihe zu dem Kondensator C₂ zur Aktivierung des Relais RY. geschaltet, und dieser Schalter 2 8 liegt an der Schraubenzieheranordnung selbst oder an anderen geeigneten Stellen. Wenn der Schalter 28 geöffnet wird, wird der Kondensator C₂ nicht geladen und daher kann das Relais RY, entaktiviert werden. Wenn zwei oder mehrere Arten von Befestigungsarbeiten, die extrem verschiedene Drehmomente erfordern, abwechselnd durchzuführen sind, kann der gewünschte Befestigungsvorgang innerhalt des Bereichs des maximalen Drehmoments, das von dem Schraubenziehergerät erzeugt wird, aufeinanderfolgend ohne Unterbrechung durch geeignete Handhabung des Schalters 28 erreicht werden.

Bei dem Schraubenziehergerät gemäß der Erfindung sind die Anschlüsse der Primärwicklung des Transformators 10 an eine handelsüblich verfügbare Energiequelle E über eine Sicherung 32 bzw. einen Schalter 33 ange-

3098S 1/0365

schlossen, und die Sekundärwicklung des Transformators 10 ist mit mehreren Abgriffen versehen, so daß gewünschte verschiedene Spannungen über einen Schleifkontakt 34, der an irgendeinem dieser Anschlüsse angreift, abgeleitet werden kann. Außerdem ist ein Glättungskondensator 36 am Ausgang der Gleichrichtervorrichtung 12 zwischen die Leitungen 18a und 18b geschaltet.

Aus dem Vorherigen ergibt sich, daß es das Schrauben- ·' ziehergerät gemäß der Erfindung ermöglicht, eine Schraubbefestigungsarbeit mit einer für die gewünschten Schrauben oder Muttern geeigneten Drehgeschwindigkeit und Festziehkraft durchzuführen, und daß es möglich ist, den Stromzuführungskreis für den Antrieb des Motors durch einen Laststrom oder einen Kursschlußstrom zu öffnen, der für eine willkürlich eingestellte Zeitperiode bei konstantem Befestigungsdrehmoment fließt, so daß der Motor automatisch angehalten wird. Daher kann ein Stoß, der bei Vollendung der Schraubarbeit auftritt, beseitigt werden. Dann nimmt dieser Kreis innerhalb eines vorbestimmten Intervalls nach Unterbrechung des Motors wieder seinen aktiven Zustand ein, um den Motor wieder anzutreiben, und es kann somit die nächste Schraubarbeit sofort durchgeführt werden.

Außerdem können Befestigungsarbeiten verschiedener Arten durch geeignete Unterbrechung des Betriebs des Schaltkreises durchgeführt werden=

Durch Verwendung des Schraubenziehergeräts gemäß der Erfindung kann nicht nur der Endabschnitt des Schraubvorgangs stets mit optimalem Drehmoment durchgeführt werden, sondern sein Betrieb erfordert keine Geschicklichkeit und es besteht keine Möglichkeit, daß längere Zeit ein überstrom durch den Motor fließt, wodurch verschiedene Vorteile geschaffen werden, so daß die Lebensdauer des Schraubenziehers erhöht werden kann.

309851/0385

Claims

Patentansprüche

{1.)Schraubenziehergerät mit einer automatischen Unterbrechungseinrichtung, gekennzeichnet durch einen elektrisch betriebenen Schraubenzieher (16) mit einer Antriebswelle, die von einem Elektromotor angetrieben wird, der in der Schraubenzieheranordnung enthalten ist, und einen Schaltkreis (14) zur Ermittlung eines mit vorbestimmter Dauer durch den Motor fließenden Uberlaststroms, dessen Größe über einem vorbestimmten Wert liegt, um die Stromzufuhr des Motors zu unterbrechen und danach nach Ablauf eines vorbestimmten • Zeitintervalls die Erregung des Motors wieder herzustellen.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Unterbrechungseinrichtung außerdem einen Transformator (10) und eine Gleichrichtervorrichtung (12) zur Erzeugung einer Gleichspannung aufweist, und daß der Schaltkreis (14) einen einstellbaren Konstantspannungs-Generator bildet, der an den einen Ausgang der Gleichrichtervorrichtung (12) angeschlossen ist, und einen Lastwiderstand R aufweist, der an deren anderen Ausgang angeschlossen ist, um die Spannung über dem Lastwiderstand, die von dem Strom durch den Motor erzeugt wird, mit einer vorbestimmten Spannung, die von dem Konstantspannungs-Generator erzeugt wird, zu vergleichen und außerdem die Erregung des Motors durch Aktivierung von Relais (RY , RY₂) ^zu unterbrechen, wenn sich der Strom durch den Lastwiderstand auf eine über einem vorbestimmten Wert liegende Größe ändert und diese Größe während einer vorbestimmten Periode beibehält, und um es den Relais nach einer vorbestimmten Zeitperiode

30985M0 3S5

232602?

zu ermöglichen, in den Ausgangszustand zurückzukehren.
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Unterbrechungseinrichtung einen Polaritätsumschalter (26) zwischen den Ausgangsleitungen (18a, 18b) und dem Antriebsmotor aufweist, wobei die Kontakte des Polaritätsumkehrschalters zum Drehen des Motors in der Eintreibrichtung einer Schraube über den Schaltkreis (14) mit dem Ausgang der Gleichrichtervorrichtung (12) verbunden sind, während die Kontakte des Polaritätsumkehrschalters für die umgekehrte Drehrichtung des Motors direkt mit dem Ausgang der Gleichrichtervorrichtung verbunden sind.
4. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schalter (28) in Reihe mit einem Kondensator (C-) parallel zu dem Relais (RY,) in dem Schaltkreis (14), zum Abschalten der Gleichspannungsausgangsleitung, um den Schaltvorgang des Schaltkreises zu unterbrechen.

309 8 51/0365

Leerseite