DE3508032C1 - Schaltungsanordnung zur Funktionskontrolle eines Meßwertgebers für die Torsionsbeanspruchung der Welle eines motorisch angetriebenen Arbeitsgeräts - Google Patents

Description

• Es zeigt F i g. 1 eine Einrichtung zum Herstellen von Schraubverbindungen mit einem auf der Arbeitswelle angebrachten Meßwertgeber, F i g. 2 das beim Anlauf des Antriebsmotors auftretende Gegendrehmoment in Prinzipdarstellung, Fig.3 eine beispielsweise Schaltungsanordnung in Blockdarstellung.
• Die Einrichtung zum Herstellen von Schraubverbindungen gemäß F i g. 1 besteht aus einem Antriebsmotor 1, der über ein Getriebe 2 ein Schraubwerkzeug 3 antreibt, dessen Schlüssel 4 (Nuß) den Kopf einer Schraube 5 aufnimmt und in Drehung versetzt. Mit der Spindel 6 des Schraubwerkzeugs ist kraftschlüssig eine Welle verbunden, auf welcher der Meßwertgeber 7 zum Messen des Anziehdrehmoments der Schrauben angebracht ist. Der Meßwertgeber 7 enthält eine mit wenigstens einem Dehnungsmeßstreifen bestückte Meßbrücke, wobei der bzw. die Dehnungsmeßstreifen auf die mit der Spindel 6 vereinigten Welle aufgeklebt ist bzw. sind. Mit 8 ist ein Meßwertgeber für das Erfassen des Drehwinkels der Schraube beim Anziehvorgang bezeichnet.
• Wird der Antriebsmotor 1 gestartet (t = O), so wirkt dessen Anlaufmoment ein Drehmoment entgegen, das aus Lagerreibungen, Trägheit der zu bewegenden Massen, Stellung der Verzahnung im Getriebe etc. resultiert und beim Motoranlauf zu überwinden ist. Dieses Gegendrehmoment, dessen Verlauf vereinfacht in F i g. 2 wiedergegeben ist, beträgt etwa 0,5 bis 2% des Nennmoments des Antriebsmotors und steht über ca. 15 bis 30 ms an. Das infolge dieses Drehmoments am Ausgang des Meßwertgebers auftretende Signal wird mit einem oberen und unteren Drehmoment- bzw. Signalgrenzwert verglichen, wobei diese Grenzwerte einstellbar sind. Liegt der dem gemessenen Anlauf-Gegendrehmoment entsprechende Signalwert zwischen dem oberen und unteren Grenzwert M0 und Mv, ist eine Reaktion vorhanden und demgemäß der Dehnungsmeßstreifen nicht von seiner Unterlage abgefallen. Das heißt, die Funktionsfähigkeit des Meßwertgebers ist gegeben.
• Liegt das gemessene Drehmoment M hingegen unterhalb des unteren Grenzwerts Mv, so ist davon auszugehen, daß sich der Dehnungsmeßstreifen von der Arbeitsspindel gelöst hat und abgefallen ist, so daß er keiner von der Spindel auf ihn ausgeübten mechanischen Beanspruchung mehr unterworfen ist.
• Übersteigt das gemessene Gegendrehmoment den oberen Grenzwert M,, so ist die erforderliche Geberspannung vorhanden. Die Zeitdauer des Drehmomentvergleichs beträgt beispielsweise 20 ms und wird durch einen Zeitgeber bestimmt, der von einem Prozessorsystem angesteucrt wird. Es hat sich in den meisten Fällen als zweckmäßig erwiesen, die Verstärkung des Meßwertgebers während der Vergleichsdauer zu optimieren. Dies kann mittels eines elektronischen Schalters geschehen, der durch den Zeitgeber verstellt wird.
• Wie dem Blockschaltbild gemäß Fig. 3 zu entnehmen ist, gelangt das Ausgangssignal Ua des an der Speisespannung U liegenden Meßwertgebers 7 zu einem Verstärker 9, dessen Verstärkungsfaktor mittels eines vom Zeitgeber 10 gesteuerten elektronischen Schalters 11 verstellbar ist. Das verstärkte Signal wird einem Vergleicher 12 für den oberen Signal- bzw. Drehmomentgrenzwert M0 und einem Vergleicher 13 für den unteren Signalgrenzwert Mv zugeführt. Den beiden Vergleichern 12 und 13 ist jeweils ein UND-Glied 14 und 15 nachgeschaltet, wobei der jeweils andere Eingang der UND-Glieder mit dem vom Mikroprozessor 16 im Einschaltaugenblick des Antriebsmotors gestarteten Zeitgeber 10 verbunden ist. Über das UND-Glied 14 gelangt bei aktiviertem Zeitgeber 10 ein Signal M > M0 zum Eingang der Auswerteschaltung in Form des Mikroprozessors, desgleichen über das UND-Glied 15 ein Signal M ' Mv. Die Grenzwerte der beiden Vergleicher 12 und 13 sind jeweils mittels eines Einstellwiderstands 17 und 18 veränderbar. Zur Einstellung der Aktivierungszeit des Zeitgebers dient ein diesem zugeordneter Drehkondensator 19.
• An den Ausgang des Verstärkers 9 ist des weiteren ein Analog-Digitalwandler 20 angeschlossen, der mit Hilfe eines vom elektronischen Schalter 11 während der eingestellten Zeitdauer betätigten Abtasters 21 über einen Interrupteingang eine digitalisierte Abspeicherung des gemessenen Drehmoments im Mikroprozessor ermöglicht. Die auf diese Weise gespeicherten Drehmomentwerte können somit jederzeit zu Vergleichsmessungen und Diagnosen abgerufen werden.
• Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich geworden, einen Systemfehler im Meßwertgeberkreis sofort zu erkennen und den weiteren Verlauf des Schraubvorgangs oder eines sonstigen unter Verwendung eines Meßwertgebers mit Dehnungsmeßstreifen oder entsprechenden torsions-, druck- oder stauchungsempfindlichen Elementen ablaufenden Arbeitsvorgang unverzüglich zu unterbinden. Dabei ist es vorteilhaft, daß keine aufwendigen Zusatzeinrichtungen erforderlich sind, da die Funktionen problemlos in die Software integrierbar sind. Des weiteren werden auch keine zusätzlichen Überwachungs- oder Taktzeiten benötigt und eine gesonderte Ansteuerung der Antriebe entfällt.
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Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Funktionskontrolle eines Meßwertgebers für die Torsionsbeanspruchung der Welle eines motorisch angetriebenen Arbeitsgeräts mit zwei Vergleichern, deren jedem das Ausgangssignal des Meßwertgebers zugeführt ist und die jeweils zur Abgabe eines charakteristischen Signals ausgelegt sind, wenn das Ausgangssignal des Meßwertgebers einen oberen Drehmomentgrenzwert bzw. einen unteren Drehmomentgrenzwert über- bzw. unterschreitet, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der obere Drehmomentgrenzwert (Mo) und der untere Drehmomentgrenzwert (MU) entsprechend dem dem Anlaufmoment des Antriebsmotors (1) entgegenwirkenden, reibungs- und massebedingten Moment (M) bei noch unbeanspruchter Welle des Arbeitsgeräts (3) bemessen sind.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu Signalvergleichen ab dem Einschaltzeitpunkt des Antriebsmotors (1) bis zum Ablauf einer einstellbaren Hochlaufzeit des Antriebsmotors ausgelegt ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochlaufzeit auf 20 bis 30 ms bemessen ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (9) zur selbsttätigen Erhöhung der Verstärkung des Meßwertgeberausgangssignals ab dem Start des Antriebsmotors (1) für die Dauer der Hochlaufzeit vorgesehen ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (9) über einen elektronischen, von einem Zeitgeber (10) gesteuerten Schalter (11) aktivierbar ist, und daß der Ausgang des Verstärkers (9) an den Eingang des Vergleichers (12) für den oberen Drehmomentgrenzwert (Mo) und an den Eingang des Vergleichers (13) für den unteren Drehmomentgrenzwert (Mu) geführt ist, deren Ausgänge jeweils an ein UND-Glied (14, 15) angeschlossen sind, dessen jeweils anderer Eingang mit dem Zeitgeber (10) leitend verbunden ist, und daß die Ausgänge der Vergleicher an einen Mikroprozessor (16) angeschlossen sind, der auch den Zeitgeber zum Einschaltzeitpunkt des Antriebsmotors startet.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Zeitgeber (10) angesteuerte elektronische Schalter (11) während der Vergleichszeit einen Abtaster (21) betätigt, der über einen Interrupteingang des Mikroprozessors die Speicherung des am Meßwertgeber (7) anstehenden Drehmoment-Signals über einen Analog-Digital Wandler (20) bewirkt.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Vergleichern (12, 13) jeweils ein Einstellwiderstand (17, 18) zum Verstellen der Drehmomentgrenzwerte zugeordnet ist.

   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Funktionskontrolle eines Meßwertgebers für die Torsionsbeanspruchung der Welle eines motorisch angetriebenen Arbeitsgeräts mit zwei Verglciahern, den jedem das Ausgangssignal des MeßwerlFebers zllgcführt ist und die jeweils zur Abgabe eines charakteristischen Signals ausgelegt sind, wenn das Ausgangssignal des Meßwertgebers einen oberen Drehmomentgrcnzwert bzw. einen unteren Drehmomentgrenzwert über-bzw. unterschreitet.

   Bei motorisch angetriebenen Einrichtungen zum t-lerstellen von Schraubverbindungen ist es bekannt, den Meßwertgeber zum Erfassen des Anziehdrehmoments der Schraube, der zum Beispiel zu einer Brückenschaltung zusammengefaßte Dehnungsmeßstreifen enthält, vollautomatisch auf seine Funktionsfähigkeit zu überwachen. Dies geschieht in der Weise, daß die Meßkette vom Meßverstärker bis zum Verarbeitungseingang durch das Aufschalten eines Kalibrierpegels in Form einer Verstimmung der Meßbrücke kontrolliert wird.

   Treten irgenwelche Defekte auf, beispielsweise ein Drahtbruch oder ein Weglaufen des Verstärkers, so werden diese sofort erkannt und ausgewertet (DE-OS 29 04 877).

   Eine solche Überwachungseinrichtung versagt jedoch dann, wenn sich die gesamte, auf das betreffende Maschinenteil aufgeklebte oder aufgedampfte Dehnungsmeßstreifeneinheit von der Unterlage gelöst hat oder abgefallen ist. Wenn in einem derartigen Fall nach dem Start des Antriebsmotors die Draht- bzw. Leitungsverbindungen der Meßbrücke noch intakt sind, kommt es zu einer quasi-Nullanzeige. Da wegen der abgefallenen Dehnungsmeßstreifen der Meßbrücke auch mit fortschreitendem Schraubvorgang kein Drehmomentsignal auftritt und demzufolge auch kein Drehmomentabschaltsignal das Erreichen des Endanzugs der Schraube indiziert, kann es zu erheblichen Beschädigungen der Schraube oder sogar zum Abreißen des Schraubenkopfes kommen. Ein Abschalten des Antriebsmotors erfolgt frühestens über den miterfaßten Drehwinkei mit der Aussage »Schraubfall nicht in Ordnung«. Der durch das Abfallen oder Ablösen der Dehnungsmeßstreifen vom Maschinenteil entstandene grundsätzliche Fehler im Meßsystem wird jedenfalls nicht erkannt, so daß im ungünstigsten Fall ganze Produktionslose abgerissene Schraubenköpfe aufweisen können.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Systemfehler rechtzeitig erkennbar zu machen und dadurch die Zuverlässigkeit von Schraubverbindungen oder auch von anderen mechanischen Arbeitsvorgängen, bei denen Meßwertgeber mit Dehnungsmeßstreifen eingesetzt werden, zu erhöhen.

   Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der obere Drehmomentgrenzwert und der untere Drehmomentgrenzwert entsprechend dem dem Anlaufmoment des Antriebsmotors entgegenwirkenden, reibungs- und massebedingten Moment bei noch unbeanspruchter Welle des Arbeitsgeräts bemessen ist.

   Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

   Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, erläutert.