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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrauber der im Oberbegriff
von Anspruch 1 erläuterten Art.
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Ein gattungsgemäßer Schrauber ist aus der DE-OS 28 13 525 bekannt.
Bei diesem Schrauber ist ein einziger Schaltpunkt für einen bestimmten, vorher einstellbaren
Drehmomentwert vorgesehen. Bei überschreiten dieses Drehmomentwertes wird ein Schaltsignal
erzeugt, das bevorzugt zum Abschalten des Motors verwendet wird. Diese Art der drehmomentabhängigen
Steuerung eines Schraubers ist jedoch, besonders für automatische Anlagen, nicht
zufriedenstellend, da weder der genaue Wert des Drehmomentes festgestellt noch eine
Sicherung gegen Fehlfunktionen vorgesehen ist.
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Der Anmeldung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Schrauber der
gattungsgemäßen Art so auszugestalten-, daß Fehlerquellen ausgeschaltet werden und
die Steuerung in Abhängigkeit vom Drehmoment verbessert wird; der Schrauber sich
somit für einen Einbau in eine automatische Fertigungsanlage eignet.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs
gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit zwei Schaltpunkten, die
einen unteren und einen oberen Drehmomentgrenzwert repräsentieren, und den zusätzlichen
Meßwertaufnehmer, der den Verlauf des Drehmomentanstieges registriert, wird eine
wesentlich bessere Sicherung gegen Fehlfunktionen erreicht. Gleichzeitig kann das
tatsächlich auftretende Drehmoment zahlenmäßig festgestellt werden.
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Eine weitere Verbesserung der Arbeit des Schraubers wird durch das
Sammeln und Auswerten der erreichten Signale in der Anzeige- und Vergleichseinheit
erreicht, da diese ohne
weiteres so geschaltet werden kann, daß
der Drehmomentsensor die Arbeit des Meßwertaufnehmers und der Meßalertaufnehmer
die Arbeit des Drehmomentsensors kontrolliert.
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Die Arbeit des Schraubers wird nur dann als korrekt beurteilt, wenn
sowohl der Drehmomentsensor als auch der Meßwertaufnehmer IO-Signale melden. Meldet
nur einer der beiden IO bzw. beide NIO, so kann die Schraubverbindung ausgesondert
bzw. die Anlage abgeschaltet werden.
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Die Sicherheit wird weiter erhöht, wenn gemäß Anspruch 2 zusätzlich
der Drehwinkel gemessen wird.
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Besondere Vorteile bietet der erfindungsgemäße Schrauber, wenn der
Drehmomentsensor gemäß Anspruch3 ausgestaltet ist Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine
Teilansicht eines Längsschnittes durch einen Schrauber, und Fig. 2 ein Blockschaltbild
des Verfahrens zu seinem Betrieb.
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Aus Fig. 1 ist ein Schrauber 1 ersichtlich, der ein im wesentlichen
rohrförmiges Gehäuse 2 aufweist, an dessen rückwärtigem Ende ein Luftmotor als Antriebsmotor
3 befestigt ist. Am vorderen Ende des Gehäuses 2 ragt ein Schraubenanziehorgan 4
vor, das am nicht dargestellten Ende als Schraubendrehklinge oder Schraubensteckschlüssel
ausgebildet ist. Der Antriebsmotor 3 beaufschlagt über einen Meßwertaufnehmer 5
und einen Drehmomentsensor 6 das Schraubenanziehorgan Lt. Vor dem Drehmomentsensor
6 ist im Gehäuse 2 eine Keilwelle 8 gelagert, die mit dem Schraubenanziehorgan 4
undrehbar gekoppelt ist.
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Der Meßwertaufnehmer 5 ist ein üblicher Wirbelstrommeßwertaufnehmer,
der das an der Abtriebswelle des Motors 3 anliegende Drehmoment und den Drehwinkel
beim Festziehen der Schraube mißt.
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Der Drehmomentsensor 6 ist als Schneckengetriebe ausgebildet, dessen
Schneckenaußengehäuse 9 am Außenumfang eine Steuerkante in Form eines umlaufenden
Bundes 10 und am Innenumfang eine im Querschnitt keilförmige Schneckennut 11 besitzt.
Das vordere Ende des SchneckenauRengehäuses 9 läuft in einem zylindrischen Fortsatz
12 aus, der über eine Gewindeverbindung 13 mit einem sich über die Keilwelle 8 erstreckenden
Nutenrohr 14 verschraubt ist.
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Letzteres weist axiale Nuten 15 auf, in denen eine größere Anzahl
von Kugeln 16 gelagert sind, die in entsprechende Nuten der Keilwelle 8 eingreifen.
Das Nutenrohr 14 ist auf diese Weise undrehbar aber in axialer Richtung verschiebbar
mit der Keilwelle 8 gekuppelt. Der Fortsatz 12 des Schneckenaußengehäuses 9 ist
über ein Axial- und Radial-Wälzlager 17 in einer Hülse 18 gelagert, die in einer
im Gehäuse ausg ebildeten Längsbohrung 19 verschiebbar ist. An einer Schulter der
Hülse 18 stützt sich eine Vorspannfeder 20 ab, deren anderes Ende an einem Federwiderlager
21 anliegt, welches durch einen von außen zugänglichen Verstellring 22 in seiner
axialen Stellung innerhalb des Gehäuses 2 verstellbar ist.
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Das Schneckenaußengehäuse 9 enthält eine Schnecke 23 mit einer im
Querschnitt keilförmigen Schneckennut 24. Die Gangrichtung der Schneckennuten 24
und 11 ist der Drehrichtung des Antriebsmotors 3 entgegengesetzt. Die Schnecke 23
ist an ihrem dem Antriebsmotor 3 zugewandten Ende in einem Axialdruck-Wälzlager
25 gelagert, das sich an einer im Gehäuse 2 festgelegten Lagerbüchse 26 abstützt.
In den Schneckennuten 24 bzw. 11 sind kugelförmige übertragungsglieder 27 angeordnet,
die durch einen zylindrischen Kugelkäfig 28 lagegesichert sind. Die
schnecke
23 greift mit ihre zylindrischen Fortsatz 30 in den Fortsatz 12 des Schneckenau.?!engehäuses
9 und ist darin über ein Gleitlager 29 gehalten. Zur Vermeidung einer metallischen
Berührung zwischen der Schnecke 23 und dem Schneckenaußengehäuse 9 ist zwischen
beiden ein Dämpfungselement 31 eingeordnet, das zweckmäßigerweise im Schneckenaußengehäuse
9 befestigt, z.B. festgeklebt ist.
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Dem Schneckenaußengehäuse 9 bzw. dem Bund 19 zugeordnet sind im Gehäuse
2 zwei in radialer und axialer Richtung gegeneinander versetzte Langlöcher 32a und
32b (nicht dargestellt) ausgespart, in die jeweils ein Fühler 33a und 33b ragt.
Die Fühler 33a und 33b sind jeweils über den Bereich des zugeordneten Langloches
32a und 32b verstellbar im Gehäuse 2 festgelegt. Die Stellung des Fühlers 33a repräsentiert
den Schaltpunkt des unteren Drehmoment-Grenzwertes; die Stellung des Fühlers 33b
den Schaltpunkt des ober Drehmoment-Grenzwertes. Die Fühler 33a und 33b enthalten
nicht dargestellte Fühlorgane, die die axiale Position des Bundes 10 überwachen
und ein Signal erzeugen und an die Anzeige- und Vergleichseinheit 34 abgeben, wenn
sich der Bund 10 in einer der beiden vorherbestimmten Positionen befindet.
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Der Schrauber 1 arbeitet wie folgt: Bei eingeschaltetem Antriebsmotor
3 wird dessen Drehbewegung über die Schnecke 23 und die übertragungsglieder 27 auf
das Schneckenaußengehäuse 9 und von dort über das Nutenrohr 14 und die Kugeln 16
auf die Keilwelle 8 und somit das Schraubenanziehorgan Lt übertragen. Beim Auftreten
eines Schraubwiderstandes am Schraubenanziehorgan 4 hätte das Schneckenaußengehäuse
9, da die Gangrichtung im Schneckengetriebe der Drehrichtung des Antriebsmotors
entgegengesetzt ist, an sich das Bestreben, sich relativ gegenüber der Schnecke
23 zu verdrehen. Die-
sem Bestreben wirkt jedoch die Vorspannfeder
20 über die Hülse 18 und das Lager 17 entgegen. D.h., das Schneckengetriebe bleibt
- in Abhängigkeit von der Vorspannkraft der Feder 20 - so lange in der dargestellten
Lage, so lange am Schraubenanziehorgan Lt kein nennenswertes Gegendrehmoment auftritt.
Die Drehbewegung desAntriebsmotors 3 wird durchgehend bis auf das Schraubenanziehorgan
übertragen. Da gleichzeitig der Meßwertaufnehmer 5 in Betrieb ist, kann jedoch der
Anstieg des Drehmomentes auch in dieser Phase bereits festgestellt werden.
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Sobald nun beim Eindrehen bzw. Festziehen der Schraube das Gegendrehmoment
steigt, wird schließlich der von der Vorspannfeder 20 bestimmte Drehmomentwert überschritten.
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Danach findet zwischen der Schnecke 23 und dem Schneckenaußengehäuse
9 eine relative Verdrehung statt, die über die Übertragungsglieder 27 zu einem axialen
Verschrauben des Schneckenaußengehäuses 9 führt, wodurch ein allmählich ansteigendes
Anziehdrehmoment übertragen und vom Meßwertaufnehmer 5 registriert wird. Wenn die
axiale Verschraubung des Schneckenaußengehäuses 9 einen solchen Wert erreicht hat,
daß die Steuerkante des Bundes 10 die durch die Einstellposition des Fühlers 33a
bestimmte Stellung erreicht hat, wird vom zugehörigen Fühlorgan ein Schaltsignal
erzeugt, das normalerweise ein Abschalten des Antriebsmotors 3 bewirkt. Die Schraube
ist dann bis bis zu dem gewünschten und exakt bezifferbaren Anziehdrehmoment angezogen.
Gleichzeitig wird dieses Signal dazu verwendet, den konkreten Meßwert von Drehmoment
und Drehwinkei vom Meßwertaufnehmer 5 abzurufen. Dann bewirkt die Vorspannfeder
ein Zurückschrauben des Schneckenaußengehäuses 9, bis die Schnecke 23 auf dem Dämpfungselement
31 anschlägt.
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Dabei dämpft der sich zurückdrehcrde Motor diese Bewegung, wodurch
eine Gegenreaktion an der Schraube nicht auftritt.
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Der Schrauber 1 ist dann für einen neuen Schraubenziehvorgang bereit.
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Sollte jedoch ein Abschalten des Antriebsmotors 3 am ersten Schaltpunkt
nicht stattfinden, so bewirkt das ansteigende Drehmoment ein weiteres Verschrauben
des Schnekkenaußengehäcses 9, bis der Bund lo den durch den Fühler 33b repräsentierten
zweiten Schaltpunkt für den oberen Drehmomentgrenzwert erreicht. Hier wird wiederum
durch das Fühlorgang ein Signal erzeugt, das zum Abschalten des Antriebsmotors 3
und zum Abrufen der Meßwerte des Meßwertaufnehmers 5 dient.
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Alle auftretenden Signale werden in eine nur schematisch dargestellte
Anzeige- und Vergleichseinheit 34 eingegeben, die die weitere Auswertung übernimmt.
Dieser Vorgang wird anhand des in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbildes einer automatischen
Schraubersteuerung dargestellt. Es wird zunächst ein Startsignal sowohl an den Schrauber
1 als auch an den Meßwertaufnehmer 5 gegeben.
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Nachdem mit hoher Drehzahl des Schraubenanziehorgans Lt zunächst eine
vorherbestimmte Einschraubtiefe erreicht wurde (bei Nichterreichen Fehlersignal),
beginnt mit langsamer Drehzahl der Festschraubvorgang. Wenn der Drehmomentsensor
6 das Erreichen bzw. Überschreiten des unteren Drehmomentgrenzwertes meldet, bzw.
eine vorher bestimmte Schraubzeit abgelaufen ist, wird der Antriebsmotor 3 abgeschaltet.
Gleichzeitig mit der Überschreitung des unteren Drehmomentgrenzwertes werden Drehmoment
und Drehwinkel bestimmt. Die erreichten Werte werden mit den vorgegebenen Sollwerten
verglichen und Abweichungen festgestellt. Stimmen die Werte überein bzw. liegen
die Abweichungen innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs, so wird ein als "gut"
(10 = in Ordnung) kodifiziertes Signal geliefert und mit der Ausciilge de; Drehmoment;en-iors
vergi ehen. Meldet der Drehmomentsensor nur die überschreitung des unteren Grenzwertes
und das Abschalten des Motors und ist das Signal der Anzeige- und Vergleichseinheit
"gut", so kann ein neuer Schraubvorgang beginnen. Stimmen die Aussagen von Drucksensor
und
Meßwertaufnehmer jedoch nicht überein oder melden beide NIO (= nicht in Ordnung),
so kann das gesamte System entweder abgeschaltet oder die Schraub.verbindung als
nicht ordnungsgemäß ausgesondert werden.
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Wird im Drehmomentsensor der untere und der obere Grenzwert erreicht
bzw. überfahren, so wird dies als "schlecht" an die Anzeige- und Vergleichseinheit
gemeldet. Gleichzeitig wird der Antriebsmotor abgestellt und die Werte des Drehmoments
und des Drehwinkels gemessen. Die Kodifizierung erfolgt in der obenbeschriebenen
Weise in jedem Falle auf "schlecht".
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Alle Signale und/oder alle Etnzelmeßwerte und/oder der Verlauf der
Meßwerte können zur Anzeige gebracht bzw. ausgedruckt werden.
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Durch die gesamte Schaltung wird auf einfache Weise erreicht, daß
sich der mechanisch arbeitende Drehmomentsensor und der elektrisch bzw. elektronisch
arbeitende Meßwertaufnehmer gegenseitig kontrollieren, so daß eine zu fest oder
zu locker angezogene Schraubverbindung auch bei Fehlfunktion eines der beiden System
sicher identifiziert und ausgesondert werden kann.
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Für den Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß der erfindungsgemäße
Schrauber nicht nur mit dem beschriebenen und gezeichneten Drehmomentsensor mit
einem Schnecke kengetriebe, sondern auch mit anderen Drehmomentsensoren 1 geeigneter
Konstruktion ausgerüstet werden kann.