DE3710340A1

DE3710340A1 - Kraftschrauber mit drehmomentbegrenzung

Info

Publication number: DE3710340A1
Application number: DE19873710340
Authority: DE
Inventors: Albert Kipfelsberger; Josef Femboeck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-28
Filing date: 1987-03-28
Publication date: 1988-10-06
Also published as: US4887499A; EP0284974A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftschrauber mit Drehmoment begrenzung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Schraubverbindungen, insbesondere schwere Schraubverbindun gen, müssen oftmals mit einem vorgegebenen Drehmoment ange zogen werden. Dazu sind eine Reihe von Vorrichtungen, soge nannte Kraftschrauber, bekannt.

Ein bekannter Kraftschrauber (EP-OS 00 42 558) verwendet zur Drehmomentermittlung ein separates, verformbares Bauelement, das koaxial die Ausgangswelle des Kraftschraubers umgibt. Dieses drehelastische Verbindungsstück wird während des Schraubvorgangs mit zunehmendem Schraubmoment zunehmend tor diert und betätigt einen elastischen Schalter, wenn eine be stimmte Verformungsamplitude erreicht ist. Mit Hilfe dieses Schalters wird dann die Antriebseinrichtung abgeschaltet. Bei den nur sehr geringen Torsionswegen ist damit zu rechnen, daß eine mechanische Schalterbetätigung nur ungenau wirkt und damit die Drehmomentbestimmung ungenau ist. Weiter ist ein zusätzliches Bauelement erforderlich, das sowohl das Ge wicht als auch die Kosten des Kraftschraubers erhöht. Dies trifft auch für die weitere, in der gleichen Schrift genannte, Ausführungsform zu, bei der auf dem drehelastischen Verbin dungsstück Dehnungsmeßstreifen aufgebracht sind, die zu dem bekannten Aufwand und zu den Problemen bei Dehnungsmeßstrei fenmessungen führen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen gattungsge mäßen Kraftschrauber mit Drehmomentbegrenzung und Luftmotoran trieb so weiterzubilden, daß eine einfache, genaue und preis werte Drehmomenterfassung und Abschaltung bei einem Soll-Dreh moment möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 wird als Antriebseinheit ein Luftmotor mit einer Druckluftzufuhr und einem Druckluftauslaß verwendet. Es hat sich gezeigt, daß als Maß für das vom Kraftschrauber abge gebene Drehmoment die Druckdifferenz zwischen der Druckluftzu fuhr und dem Druckluftauslaß vorteilhaft verwendet werden kann. Für eine Drehmomentbestimmung wird somit nicht der Druckanstieg im Pneumatiksystem bzw. der Druckluftzufuhr bei steigendem Drehmoment herangezogen, sondern die am Luftmotor anliegende Druckdifferenz. Dadurch können Randeinflüsse, die die Drehmomentbestimmung beeinflußen könnten, wie unterschied liche Betriebstemperaturen, etc. weitestgehend ausgeschaltet werden, so daß eine einfache und relativ genaue Drehmomentbe stimmung lediglich aus der Druckdifferenz möglich ist.

Als Differenzdruckmesser können dazu die an sich bekannten Einrichtungen wie Membrandosen, piezoelektrische Messungen, induktive Messungen, etc. verwendet werden.

Ein solcher Differenzdruckmesser ist mit einer Vergleicherein heit verbunden, an der ein Differenzdrucksollwert vorgegeben ist und die einen Schaltausgang aufweist, der bei einem An stieg der gemessenen Druckdifferenz auf den eingestellten Differenzdrucksollwert schaltet. Dieser Schaltausgang ist mit einer Schalteinheit verbunden, die den Kraftschrauber bei Er reichen des Differenzdrucksollwerts abschaltet.

Die Bedienung eines solchen Kraftschraubers ist damit sehr einfach, da der Kraftschrauber nach dem Einschalten so lange läuft, bis das vorgegebene Sollwertdrehmoment erreicht ist und dort automatisch abschaltet.

Für die Messung des Differenzdrucks ist es zweckmäßig, von der Druckluftzufuhrleitung und der Druckluftauslaßleitung Luftlei tungen zum Differenzdruckmesser zu führen. Der zweckmäßigste Abzweigpunkt für die Meßleitungen ist von der Art und Geome trie des jeweiligen Luftmotors abhängig und kann beispiels weise auch in den entsprechenden Arbeitsraumbereichen des Mo tors liegen. Die geeignetsten Abzweigungsorte für die Meßlei tungen sind experimentell zu bestimmen.

Um die automatische Abschaltung des Kraftschraubers bei unter schiedlichen Drehmomentsollwerten durchführen zu können, wird mit Anspruch 3 vorgeschlagen, den Differenzdrucksollwert von Hand einstellbar zu machen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich bei einer elektrischen Weiterverarbeitung des Differenzdruckwertes in einem Differenzdruckmeßumformer, der das Differenzdrucksignal in ein elektrisches Signal gemäß Anspruch 4 umformt. Es ist jedoch auch eine mechanische Ausführung möglich, bei der der Differenzdruckmesser mit einer nachgeschalteten mechanischen Vergleichs- und Schalteinheit verbunden ist.

Eine einfache und gewichtsgünstige Ausführung ergibt sich aber nach Anspruch 5, wenn die Vergleichereinheit einen elektri schen Vergleich durchführt und der Sollwert als elektrisches Signal durch ein Potentiometer vorgebbar ist.

Die Abhängigkeit zwischen dem gemessenen Differenzdruck und dem vom Kraftschrauber abgegebenen Drehmoment hängt von der Bauart und Geometrie des Luftmotors ab und wird üblicherweise nicht genau linear sein. Solche Nichtlinearitäten können bei spielsweise durch eine nicht lineare Skala am Sollwertein steller berücksichtigt werden. Nach Anspruch 6 ist es aber vorteilhaft, den Sollwerteinsteller mit einer linearen Skala zu versehen und Nichtlinearitäten über eine Linearisiereinheit auszugleichen. Die Linearisiereinheit kann beispielsweise im elektrischen Meßumformer oder elektrischen Vergleicher als elektrische Einheit angebracht sein oder bei einer mechani schen Ausführung beispielsweise durch eine Kurvenscheibe realisiert werden.

Zur Abschaltung des Kraftschraubers beim Erreichen des vorge gebenen Sollwertdrehmoments wird nach Anspruch 7 vorteilhaft ein Schaltventil verwendet, das die Druckluftzufuhr abschal tet. Bei einer elektrischen Ausführung der Vergleichereinheit wird dazu zweckmäßig ein Magnetventil verwendet und bei einer mechanischen Ausführung ein entsprechend arbeitendes, mecha nisch steuerbares Ventil.

Zum Einschalten (und Ausschalten) von Hand ist ein herkömmlich bekanntes, von Hand steuerbares, Schaltventil ohnehin in der Druckluftzuleitung vorgesehen. Für die automatische Abschal tung kann entweder dazu ein zweites Ventil vorgesehen sein oder auch das Handschaltventil verwendet werden. Dazu ist für dieses Ventil eine an sich bekannte elektrische oder mecha nische Vorrangschaltung für die automatische Abschaltung gegenüber der Handschaltung vorzusehen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung mit wei teren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Längsansicht eines Kraftschraubers,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Querschnitts durch einen Luftmotor des Kraftschraubers nach Fig. 1 mit den Elementen für eine Drehmomentbegrenzung.

In Fig. 1 ist ein Kraftschrauber 1 dargestellt mit einem Luft motor als Antriebseinheit, einem nachgeschalteten Getriebe 3, einem Stützfuß 4, einem Schraubkopf 5, einem Handgriff 6, einem Steuerteil 7 und einem Druckluftanschluß 8.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Druckluftmotor 2 dar gestellt, aus dem ein Rotor 9 mit in Schlitzen verschiebbaren Lamellen 10 zu ersehen ist, wobei sich die Lamellen 10 auf einer exzentrisch versetzten Lauffläche 11 abstützen. Dadurch werden Arbeitskammern 12 veränderlichen Volumens geschaffen, die mit Druckluft über eine Drucklufteintrittsöffnung 13 be aufschlagt werden können. Die Druckluft tritt nach einer Ro tordrehung an der Druckluftaustrittsöffnung 14 wieder aus.

Die Druckluftzufuhr erfolgt über eine Leitung 15 bzw. über den Druckluftanschluß 8. In der Leitung 15 liegt ein über einen Handschalter 16 betätigbares Absperrventil 17 und dazu in Reihe (vor oder hinter dem Absperrventil 17) ein Magnetventil 18, mit dem die Leitung 15 ebenfalls absperrbar ist.

Die Druckdifferenz zwischen dem Druck der Luftzufuhr und dem Druck des Luftausgangs wird über zwei an den entsprechenden Stellen abzweigenden Meßleitungen 19 und 20 abgegriffen und über einen Differenzdruckmeßumformer 21 gemessen.

Der Meßumformer 21 setzt das Differenzdrucksignal in ein ent sprechendes elektrisches Gleichspannungssignal um, das mit der Leitung 22 der Einheit 23 zugeführt wird. In dieser Einheit 23 ist eine Vergleichereinheit zum Vergleich des von außen ein stellbaren Sollwerts (Potentiometer 24 in Fig. 1; Sollwert pfeil 25 in Fig. 2) mit dem Differenzdrucksignal (Leitung 22) enthalten. Weiter ist eine Linearisiereinheit enthalten, die schematisch als Kurve 26 angedeutet ist. Weiter ist eine Kipp schaltung enthalten, die bei Gleichheit des eingestellten Differenzdrucksollwerts bzw. Drehmomentsollwerts mit dem beim Schraubvorgang ansteigenden, gemessenen Differenzdruck schal tet. Dieses Schaltsignal wird über die elektrische Leitung 27 dem Magneten des Magnetventils 18 zugeführt, wodurch das Magnetventil 18 in seine Sperrstellung geschaltet wird.

Der dargestellte Kraftschrauber 1 hat folgende Funktion: Zum Anziehen (bzw. Lösen) wird der Kraftschrauber 1 mit seinem Schraubkopf 5 auf die Verschraubung gesetzt und der Stützfuß 4 an einem festen Gegenlager zur Anlage gebracht.

Zwischen dem Drucklufteintritt 13 bzw. zwischen den Leitungen 15, 20 und dem Druckluftaustritt 14 bzw. der Leitung 19 liegt kein Differenzdruck an, da die Druckluft zum Luftmotor 2 über das handbetätigbare Absperrventil 17 gesperrt ist. Daher ist über den Meßumformer 21 und die nachgeschaltete Elektronik das Magnetventil auf Durchgang geschaltet.

Beim Öffnen des Absperrventils 17 mit Hilfe des Handschalters 16 gelangt Druckluft über die Leitung 15 in den Luftmotor 2, wodurch dieser mit hoher Rotationsgeschwindigkeit läuft und über das nachgeschaltete Getriebe 3 die Verschraubung anzieht. Je mehr die Verschraubung angezogen wird desto größer wird die Gegenkraft auf den Rotor 9 des Luftmotors 2. Dadurch setzen der Rotor 9 bzw. die Lamellen 10 der anliegenden Druckluft einen größeren Widerstand entgegen, wodurch die Druckdifferenz zwi schen Drucklufteintritt in den Motor und Druckluftaustritt aus dem Motor ansteigt und damit ein Maß für das vom Kraftschrau ber 1 abgegebene Drehmoment ist.

Vor Beginn des Schraubvorgangs wurde das gewünschte Anzugs drehmoment am Potentiometer 24 als Abschaltsollwert vorgege ben. Wenn die gemessene Druckdifferenz bzw. das entsprechende, elektrische Signal den Sollwert erreicht hat, wird das Magnet ventil 18 beispielsweise durch einen Schaltimpuls, in seine Sperrstellung umgeschaltet. Dadurch wird die Luftzufuhr als Antriebsenergie unterbrochen und der Luftmotor 2 bleibt ohne nennenswerten Nachlauf stehen, wodurch der Kraftschrauber 1 (unabhängig von der Stellung des Ventils 17) abgeschaltet wird. Nach der automatischen Abschaltung wird von der Bedien person dann das Absperrventil 17 von Hand in seine Sperr stellung gebracht und der Schrauber abgenommen.

Bei der dargestellten Ausführung mit einer automatischen Ab schaltung der Energiezufuhr handelt es sich um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Es ist jedoch ersichtlich, daß auch andere Abschaltungen mit dem gleichen Prinzip durchführbar sind, beispielsweise durch Schalten einer Kupplung im Getrie be.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß mit der Erfindung eine einfache, genaue und wirksame Drehmomentbegrenzung bei einem pneumatisch betriebenen Kraftschrauber möglich ist.

Claims

1. Kraftschrauber mit Drehmomentbegrenzung mit einer An triebseinheit und einem nachgeschalteten Getriebe mit einer Ausgangswelle zum Aufstecken einer Schlüsselnuß, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinheit ein Luftmotor (2) mit einer Druckluftzufuhr (8, 15, 13) und einem Druckluftauslaß (14) ist,
daß ein Differenzdruckmesser (21) zum Messen der Druck differenz zwischen Druckluftzufuhr (15, 13) und Druck luftauslaß (14) vorgesehen ist, wobei die Druckdifferenz als Maß für das vom Kraftschrauber (1) abgegebene Dreh moment verwendet wird,
daß die gemessene Druckdifferenz als lstwert mit einer vorgegebenen Druckdifferenz als Differenzdrucksollwert bzw. Drehmomentsollwert (24, 25) durch eine Vergleicher einheit mit Schaltausgang verglichen wird und
daß beim Erreichen des Differenzdrucksollwerts der Kraft schrauber (1) durch eine Schalteinheit (23, 18) abgeschal tet wird.

2. Kraftschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Druckluftzufuhrleitung (15) bzw. Druckluftauslaß leitung und/oder von den entsprechenden Arbeitsraumberei chen (13, 14) des Luftmotors (2) Luftleitungen (19, 20) zum Differenzdruckmesser (21) geführt sind.

3. Kraftschrauber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die vorgegebene Druckdifferenz als Differenzdruck sollwert (24, 25) einstellbar ist.

4. Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruckmesser ein Meßumfor mer (21) ist, der das Differenzdrucksignal in ein elektri sches Signal (Leitung 22) umformt.

5. Kraftschrauber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichereinheit (23) einen elektrischen Vergleich durchführt und der Sollwert als elektrisches Signal (Potentiometer 24) vorgebbar ist.

6. Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linearisiereinheit zwischen dem Differenzdruckmesser (21) und der Schalteinheit (18) vorge sehen ist.

7. Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinheit ein mit der Ver gleichereinheit verbundenes Schaltventil, insbesondere ein Magnetventil (18) in der Druckluftzufuhrleitung (15) ist.