DE3519352A1 - Schraubvorrichtung mit motorgetriebenem schraubendreher - Google Patents

Description

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ßende Ringspule, die beispielsweise die Lage einer an richtung 2 mit dem Eingang der Auswerteeinrichtung

der Keilwelle angebrachten Ringnut überwacht. 15. Gleichzeitig veranlaßt die Auswerteeinrichtung 15

Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die über die Motorsteuerung 16 eine Reduzierung der Mo-Weg-Messung und die Drehmoment-Messung nach tordrehzahl.

dem Wirbelstrom-Meßverfahren erfolgen. 5 Der Schraubvorgang wird nun mit gegebenenfalls

stark reduzierter Motordrehzahl fortgesetzt, wobei eine

Zeichnung ständige Überwachung des Drehmoments über die

Drehmoment-Meßeinrichtung 2 erfolgt. Steigt das

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeich- Drehmoment bei Anlage des Schraubenkopfes 7 am

nung naher erläutert. Es zeigen: io Werkstück 8 an, so erfolgt eine Abschaltung des

Fig. 1 eine Teilansicht einer Schraubvorrichtung im Schraubvorganges sobald ein vorher eingestelltes End-

Bereich der Antriebsspindel, drehmoment beziehungsweise ein maximales Drehmo-

Fig. 2 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild der ment von der Drehmoment-Meßeinrichtung 2 festge-

elektrischen Schaltung zur Begrenzung des Enddreh- stellt und an die Auswerteeinrichtung 15 übermittelt

moments, 15 wird. Die Auswerteeinrichtung 15 schaltet dann den

Fig. 3 ein detaillierteres Schaltbild der in Fig. 2 ent- Motor M über die Motorsteuerung 16 ab und kann

haltenen Auswerteeinrichtung und der mit ihr eingangs- nachfolgend eine Umschaltung des Schalters 17 in die

seitig verbundenen Einrichtungen und hier dargestellte Stellung veranlassen.

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Zur Festlegung des für die Umschaltung des Schalters

Funktionsweise der Schraubvorrichtung. 20 17 vorgesehenen Abstandes zwischen Schraubenkopf 7

Fig. 1 zeigt den unteren Teil der Motorwelle 1 einer und Werkstück 8 genügt es, wenn die Antriebsspindel 3 Schraubvorrichtung, die über eine Drehmoment-Meß- in eine entsprechende vertikale Position gebracht wird, einrichtung 2 mit einer Antriebsspindel 3 verbunden ist. daß gerade bei dem gewünschten Abstand die Ringnut Am unteren Ende der Antriebsspindel 3 greift in diese 13 in den Bereich der Ringspule 12 gelangt und von der eine Keilwelle 4 ein, die den Schaft eines axial verschieb- 25 Weg-Meßeinrichtung 11 ein entsprechendes, diesen Zubaren Schraubendrehers 5 bildet. Am unteren Ende des stand kennzeichnendes elektrisches Signal an die AusSchraubendrehers 5 befindet sich ein Schraubvorsatz 6, Werteeinrichtung 15 übermittelt wird. Es kann somit auf in den von unten der Schraubenkopf 7 einer in ein einfache Weise ein den jeweiligen Anforderungen entWerkstück 8 einzuschraubenden Schraube 9 eingreift. sprechender Abstand zwischen Schraubenkopf 7 und Am Werkstück 8 ist zu diesem Zweck eine Gewinde- 30 Werkstück 8 festgelegt werden, bei dem während des bohrung 10 vorgesehen, die hier durch unterbrochene Schraubvorganges eine Drehzahlreduzierung vorge-Linien angedeutet ist. nommen wird. Bei sehr hohen Drehzahlen zu Beginn

Am unteren Ende der Antriebsspindel 3 befindet sich des Schraubvorganges kann ein entsprechend größerer

eine Weg-Meßeinrichtung 11, die mit der Antriebsspin- Abstand für die Drehzahlumschaltung vorgesehen sein

del 3 starr verbunden ist. Als Sensorelement besitzt die 35 als bei niedrigen Anfangsdrehzahlen. Der für die Dreh-

Weg-Meßeinrichtung 11 eine Ringspule 12, die die Keil- Zahlreduzierung maßgebliche Abstand muß in jedem

welle 4 ringförmig umschließt. Bewegt sich die Keilwel- Fall so gewählt werden, daß unter Berücksichtigung der

Ie 4 während des Schraubvorgangs in Pfeilrichtung a Trägheit der rotierenden Massen eine so starke Dreh-

nach unten, so gelangt eine an der Keilwelle 4 ange- zahlreduzierung vorgenommen werden kann, daß eine

brachte Ringnut 13 in den Bereich der Ringspule 12. 40 Überschreitung eines vorgegebenen Drehmoments

Dadurch tritt eine Änderung der Induktivität der Ring- beim Anziehen der Schraube 9 sicher vermieden wird,

spule 12 ein, wodurch ein entsprechendes elektrisches In Fig. 3 ist insbesondere die Auswerteschaltung 15

Signal von der Weg-Meßeinrichtung 11 an eine Aus- näher dargestellt. Sie enthält einen Oszillator G der eine

Werteeinrichtung abgegeben wird. Die Auswerteein- hochfrequente Wechselspannung liefert (z.B. 20 kHz bis

richtung ist anhand von Fig. 3 näher beschrieben. 45 10 MHz). Der Oszillator G ist mit seiner ersten Aus-

Die Antriebsspindel 3 besitzt für die Aufnahme der gangsklemme über einen ersten Widerstand R 1 mit Keilwelle 4 eine an das Profil der Keilwelle 4 angepaßte dem einen Ende einer Meßspule 18 und über einen zweiöffnung 14, die auch als mit Längsnuten versehene ten Widerstand R 2 mit der Ausgangsklemme des UmBuchse ausgebildet sein kann, schalters 17 verbunden. Die zweite Ausgangsklemme

Anhand von Fig. 2, die das stark vereinfachte Block- 50 des Oszillators G ist mit einer Anzapfung der Meßspule schaltbild der elektrischen Schaltung zeigt, wird die 18 und über zwei Kondensatoren Cl, C2 mit R 1 und Funktion der Schraubvorrichtung erläutert. Zu Beginn R 2 verbunden. Eine der Eingangsklemmen des Umdes Schraubvorganges wird einer Auswerteeinrichtung schalters 17 ist mit dem anderen Ende der Meßspule 18 15 ein Startsignal von außen zugeführt, die daraufhin und die andere Eingangsklemme mit einem Ende der den die Motorwelle 1 antreibenden Motor M einschal- 55 Ringspule 12 verbunden. Das andere Ende der Ringsputet. Zu diesem Zweck ist die Auswerteeinrichtung 15 mit Ie 12 ist mit der Anzapfung der Meßspule 18 verbunden, einer die Drehzahl des Motors M steuernden Motor- Der in der Zeichnung dargestellte obere Teil der Meßsteuerung 16 verbunden. Der Motor M läuft zunächst spule 18 dient als Kompensationsspule 28, um den Einmit hoher Drehzahl. fluß von etwa auftretenden Temperaturschwankungen

Über einen Umschalter 17, dessen Schaltstellung von 60 auf das Meßergebnis zu eliminieren und außerdem eine

der Auswerteeinrichtung 15 gesteuert wird, ist zunächst gemeinsame Nullpunkteinstellung für die Weg- und die

die Weg-Meßeinrichtung 11 mit dem Eingang der Aus- Drehmomentmessung zu ermöglichen. Der untere Teil

Werteeinrichtung 15 verbunden. Sobald die Weg-Meß- der Meßspule 18 dient als induktiver Sensor für die

einrichtung 11 einen vorgegebenen Abstand zwischen Drehmomentmessung. Über den Umschalter 17 kann

Schraubenkopf 7 und Oberfläche des Werkstücks 8 an 65 wahlweise der untere Teil der Meßspule 18 oder die

die Auswerteeinrichtung 15 meldet, schaltet diese den Ringspule 12 über R 2 mit dem Oszillator G verbunden

Umschalter 17 in die andere, hier nicht dargestellte Stel- werden,

lung um und verbindet damit die Drehmoment-Meßein- Die Meßspule 18 und die Ringspule 12 sind in einer

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Brückenschaltung angeordnet, die die Eckpunkte F, K Nach Beendigung des Schraubvorgangs wird der Mound M besitzt. Der Eckpunkt Fder Brückenschaltung ist tor M abgeschaltet, so daß am zweiten Eingang des über die Reihenschaltung eines Kondensators C 3 und Schaltwerks 20 das Signal S=O auftritt. Gleichzeitig eines Gleichrichters D1 mit einem Speicherkondensa- oder spätestens beim Abheben des Schraubendrehers 5 tor CA, verbunden, an den im Verbindungspunkt D ein 5 vom Schraubenkopf 7 fällt das Spindeldrehmoment auf Entladewiderstand R 3 angeschlossen ist, der ebenfalls Null zurück und das vom Ausgang des Differenzverstärwie der Kondensator C4 und ein weiterer Gleichrichter kers 19 auf den ersten Eingang des Schaltwerks 20 gege-D 2 an den Eckpunkt M der Brückenschaltung ange- bene Signal A wird wieder A=O. Der Umschalter 17 schlossen ist. erhält jedoch vom Schaltwerk 20 erst dann einen Um-

In spiegelbildlicher Weise ist der Eckpunkt K über io schaltbefehl zur Umschaltung auf die dargestellte Schaleine Reihenschaltung eines Kondensators C5 und eines terstellung, wenn das am zweiten Eingang des Schalt-Gleichrichters D 3 mit einem Speicherkondensator C 5 werks 20 anliegende Signal wieder B=I wird. Dies ist verbunden, an den im Verbindungspunkt E ein Entlade- dann der Fall, wenn der Schraubendreher 5 in die Anwiderstand R 4 angeschlossen ist, der ebenso wie der fangsposition für den nächsten Schraubvorgang geKondensator C 5 und ein Gleichrichter D 4 an den Eck- 15 bracht ist.

punkt Mder Brückenschaltung angeschlossen ist. Anhand von dem in Fig. 4 dargestellten Flußdia-

Zur Unterdrückung von Oberwellen sind noch zwei gramm wird nun der Ablauf der Weg-Momentmessung RC-Glieder bestehend aus den Widerständen R 5, R 6 angegeben.

und den Kondensatoren C6 und Cl vorgesehen. Die an Nach erfolgtem Start steigt zunächst die Drehzahl η

der Reihenschaltung der Querkondensatoren C6, Cl 20 an. Dieser Anfangszustand wird durch ein Signal B= 1 entstehende, praktisch oberwellenfreie Gleichspannung dem Schaltwerk 20 angezeigt. Der Schalter 17 (Fig. 3) kann mit Hilfe der Kompensationsspule 28 und der Wi- befindet sich in der dargestellten Stellung, so daß die derstände R 1, R 2, die als einstellbare Widerstände aus- Wegmessung folgen kann. Während dieses Abschnitts gebildet sein können, für Justierzwecke verändert wer- des Schraubvorganges wird ständig überprüft, ob eine den. 25 vorgegebene Verschiebung bzw. eine Wegschwelle er-

Zur Weiterverarbeitung dieser Gleichspannung ist reicht wird. Bei Erreichen der Wegschwelle wird A = I ein Differenzverstärker 18 vorgesehen, der mit seinen und es wird die Drehzahl η abgesenkt. Daraufhin erfolgt beiden Eingängen an diese Gleichspannung angeschlos- eine Umschaltung auf die Momentmessung und A wird sen ist. Der an den Längswiderstand R 5 angeschlossene wieder gleich "0". In diesem Abschnitt des Schraubvorerste Eingang des Differenzverstärkers 19 ist dabei 30 ganges erfolgt nun eine ständige Momentmessung, die gleichzeitig über einen Widerstand R1 mit dem Aus- daraufhin überwacht wird, ob eine vorgegebene Mogang des Differenzverstärkers verbunden, während der mentschwelle erreicht wird. Bei Erreichen der Momentan den Längswiderstand R 6 angeschlossene zweite Ein- schwelle wird A = I und der Schraubvorgang wird dagang des Differenzverstärkers 19 über einen Wider- durch beendet, daß der Antriebsmotor abgeschaltet und stand R 8 an Masse liegt. 35 der Schrauber in seine Ausgangsposition hochgefahren

Am Ausgang des Differenzverstärkers 19 steht ein wird. Dabei wird B=O und A=O gesetzt. Durch ein Signal an, das einerseits als Eingangssignal A an einen erneutes Startsignal kann der nächste Schraubvorgang ersten Eingang eines Schaltwerks 20 gelegt ist, anderer- eingeleitet werden, seits als Zustandssignal C zur Steuerung des Motors M
dient, während an einem zweiten Eingang des Schalt- 40
werks 20 ein Signal B anliegt, das Aufschluß über den
Schraubendreherzustand gibt.

Im Schaltwerk 20 wird durch logische Verknüpfung
des vom Differenzverstärker 19 gelieferten Signals A
und des den Zustand des Schraubendrehers beschrei- 45
benden Signals B ein Steuersignal zur Betätigung des
Umschalters 17 gebildet.

Wenn der Schraubendreher 5 in seiner Anfangsposition ist und entweder stillsteht oder anläuft, dann liegt
an dem zweiten Eingang des Schaltwerks 20 das Signal 50
B=\ an und der Umschalter 17 befindet sich in der
dargestellten Schalterstellung, so daß die Ringspule 12
an die Auswerteeinrichtung 15 angeschlossen ist.
Gleichzeitig wird durch das Schaltwerk 20 das am Ausgang des Differenzverstärkers 18 auftretende Signal A 55
abgefragt. Wenn der Schraubvorgang beginnt, ist dieses
zunächst auf "Null". Ist der Schraubvorgang jedoch so
weit fortgeschritten, daß die Ringnut 13 in den Bereich
der Ringspule 12 eintritt, dann wird das Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 18 zu A = 1. 60

Dieses Signal wirkt einmal als Zustandssignal C für
die Steuerung des Motors M und bewirkt, daß der Motor M auf niedrigere Drehzahl umgeschaltet wird. Die
Änderung des Signals A von A=O auf A = I bewirkt im
Schaltwerk 20, daß von diesem an den Schalter 17 ein 65
Umschaltbefehl erteilt wird. Der Umschalter 17 geht in
die andere, nicht dargestellte Stellung, so daß die Meßspule 18 wirksam wird.

- Leerseite -

Claims (9)

1 2 Patentansprüche schritten werden sollte. Aus diesem Grunde besitzt die Schraubvorrichtung eine Drehmoment-Meßeinrichtung

1. Schraubvorrichtung mit motorgetriebenem zur Überwachung des maximalen Drehmoments. Die Schraubendreher und mit einer Drehmoment- Schraube wird zunächst mit einer hohen Drehzahl einMeßeinrichtung und einer Auswerteeinrichtung 5 geschraubt, um dann bei herabgesetzter Drehzahl auf zur Drehmomentbegrenzung, dadurch gekenn- das vorgegebene maximale Enddrehmoment angezo- zeichnet, daß der Schraubendreher (5) axial ver- gen zu werden. Die Umschaltung auf geringere Drehschiebbar ist, daß eine Weg-Meßeinrichtung (11) zahl wird bei bekannten Schraubvorrichtungen dann die axiale Verschiebung überwacht, und daß bei eingeleitet, wenn eine bestimmte Drehmomentschwelle erreichen einer vorgegebenen Verschiebungslänge 10 beim Anziehen der Schraube erreicht ist. In der Praxis die Motordrehzahl reduziert wird. wird bei diesen bekannten Schraubvorrichtungen je-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- doch häufig das maximal zulässige Enddrehmoment zeichnet, daß der Eingang der Auswerteeinrichtung überschritten, da beispielsweise bei hohen Drehzahlen (15) wahlweise über einen Umschalter (17) mit der die erforderliche schnelle Drehzahlabsenkung auf Weg-Meßeinrichtung (11) oder der Drehmoment- 15 Grund der Massenträgheit nicht möglich ist. Werden für Meßeinrichtung (2) verbindbar ist, daß während das Werkstück und die Schraube sehr harte Werkstoffe des Schraubvorganges zunächst nur die Weg-Meß- verwendet, so hat dies einen sehr steilen Drehmomenteinrichtung (11) mit der Auswerteeinrichtung (15) anstieg zur Folge, sobald der Schraubenkopf die Oberverbunden ist, und daß bei Erreichen einer vorge- fläche des Werkstücks berührt. Auch in diesen Fällen gebenen Verschiebungslänge die Auswerteeinrich- 20 kann bei den bekannten Schraubvorrichtungen mit austung (15) die Motordrehzahl reduziert und eine schließlicher Drehmomentüberwachung eine sichere Umschaltung des Umschalters (17) veranlaßt. Drehmomentbegrenzung, insbesondere bei hohen

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, Schrauberdrehzahlen, nicht gewährleistet werden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Weg-Meßeinrichtung (11) als auch die Drehmoment- 25 Vorteile der Erfindung Meßeinrichtung (2) gleichartige Sensoren besitzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Die erfindungsgemäße Schraubvorrichtung mit den zeichnet, daß die Sensoren Meßspulen (12,18) sind. Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorteil, daß durch eine zusätzliche Weg-Meßeinrich-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der 30 tung die Drehzahl des motorgetriebenen Schraubendre-Schraubendreher (5) gegenüber dem Gehäuse bzw. hers rechtzeitig so weit reduziert werden kann, daß die der Motorwelle (1) der Schraubvorrichtung axial dann wirksame Drehmoment-Meßeinrichtung eine siverschiebbar ist. chere Drehmomentüberwachung und ein exaktes An-

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- ziehen der Schrauben auf ein vorgegebenes Enddrehzeichnet, daß der Schraubendreher (5) eine Keil- 35 moment ermöglicht. Die Weg-Meßeinrichtung überwelle (4) hat, die in eine entsprechend profilierte wacht zu diesem Zweck die axiale Verschiebung des Öffnung (14) einer Antriebsspindel (3) eingreift, die Schraubendrehers, der vorzugsweise eine Keilwelle beüber eine Drehmoment-Meßeinrichtung (2) mit der sitzt, die in entsprechende Nuten an der Antriebsspindel Motorwelle (1) verbunden ist. der Schraubvorrichtung axial verschiebbar eingreift.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden 40 Stellt die Weg-Meßeinrichtung eine vorgegebene axiale Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebung fest, so wird die Drehzahl des Antriebs-Schraubendreher (5) eine Markierung hat, deren motors, der ein Elektro- oder Druckluftmotor sein kann, axiale Verschiebung von einem mit der Weg-Meß- herabgesetzt und es wird gleichzeitig die Drehmomenteinrichtung (11) verbundenen Sensor überwacht Meßeinrichtung aktiviert.

wird. 45 In besonders vorteilhafter Weise ist weiterhin vorge-

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- sehen, daß für die Überwachung und Auswertung der zeichnet, daß als Markierung eine Ringnut (13) vor- axialen Verschiebung des Schraubendrehers und des gesehen ist, und daß der Sensor der Weg-Meßein- Drehmoments eine gemeinsame Auswerteeinrichung richtung (11) eine Ringspule (12) ist. verwendet wird, deren Eingang über einen Umschalter

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden 50 wahlweise mit der Weg-Meßeinrichtung oder der Dreh-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weg- moment-Meßeinrichtung verbindbar ist. Zu Beginn des messung und die Drehmomentmessung nach dem Schraubvorganges ist nur die Weg-Meßeinrichtung mit Wirbelstrom-Meßverfahren erfolgen. der Auswerteeinrichtung verbunden, da zunächst eine

Drehmomentüberwachung nicht erforderlich ist. Erst

Beschreibung 55 wenn der Schraubenkopf einen vorgegebenen, einstell

baren Abstand zur Werkstückoberfläche aufweist, wird dies von der Weg-Meßeinrichtung festgestellt, worauf

Stand der Technik die Auswerteeinrichtung eine Umschaltung auf die

Drehmoment-Meßeinrichtung mit gleichzeitiger Dreh-

Die Erfindung geht aus von einer Sehraubvorrichtung 60 zahlreduzierung veranlasst. Damit eine derartige Ummit motorgetriebenem Schraubendreher nach der Gat- schaltung zwischen Drehmoment-Meßeinrichtung und tung des Hauptanspruchs. Derartige Schraubvorrich- Weg-Meßeinrichtung problemlos möglich ist, werden in tungen werden als Schraubautomaten beispielsweise diesen Meßeinrichtungen gleichartige Sensoren, beizum Einschrauben von einer Vielzahl gleicher Schrau- spielsweise Meßspulen, kapazitive oder optische Sensoben verwendet. Die Schrauben sollen dabei einerseits 65 ren verwendet. Die Drehmoment-Meßeinrichtung kann schnell an dem jeweiligen Werkstück eingeschraubt in an sich bekannter Weise ausgeführt sein, wie sie in der werden, wobei jedoch ein vorgegebenes maximales DE-OS 28 51 148 beschrieben ist. Die Weg-Meßeinrich-Drehmoment beim Anziehen der Schrauben nicht über- tung besitzt vorzugsweise eine die Keilwelle umschlie-