DE3718155A1 - Einrichtung und verfahren zur bestimmung und anzeige des drehmomentes an druckmittelbetriebenen schraubwinden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft druckmittelbetriebene Schraubwinden oder Schraubschlüssel und im einzelnen die Bestimmung und die Anzeige des Drehmomentes an solchen druckmittelbetriebe­ nen Schraubwinden.

Druckmittelbetriebene Schraubwinden oder Schraubschlüssel sind allgemein bekannt. Ein Beispiel einer ratschenden, hy­ draulisch betätigten Schraubwinde ist in der US-Patent­ schrift 37 45 858 angegeben. Eine verbesserte Version ei­ ner derartigen Schraubwinde ist in der US-Patentanmeldung Serial-No. 7 45 404 vom 14. Juni 1985 beschrieben.

Bei der Verwendung hydraulisch betriebener Schraubwinden oder Drehmomentschlüssel ist es von Wichtigkeit, das Aus­ gangsdrehmoment zu kennen, welches von der Winde oder dem Schraubschlüssel erzeugt wird. Bekannte Drehmoment-Meßsy­ steme leiden an wesentlichen Fehlern, welche die Genauig­ keit solcher Systeme verschlechtern. Es besteht daher seit langer Zeit Bedarf an einer Verbesserung der Drehmomentmes­ sung bei derartigen Systemen.

Bekannte Konstruktionen gehen im allgemeinen den Weg, das Drehmoment durch Messung des Druckwertes, beispielsweise in Bar, der Pumpe zu bestimmen, welche das treibende Druckmit­ tel für die Schraubwinde liefert. Der Druckausgangswert der Pumpe wird angezeigt und auf einer Skala abgelesen und wird als ein Maß für das Ausgangsdrehmoment der Schraubwinde ge­ deutet.

Die soeben erwähnten Drehmoment-Meßeinrichtungen bekannter Art sind in mehrerlei Hinsicht fehlerhaft und ungenau. Bei einem bekannten System wird das maximale Drehmoment, das von dem Werkzeug erzeugt werden soll, durch Handeinstellung eines Druckreglers in der Hydraulikleitung festgelegt, wel­ che die Antriebsseite des hydraulischen Zylinders beauf­ schlagt, der das Werkzeug betätigt. Die Bedienungsperson nimmt gewöhnlich eine Tabelle oder eine graphische Darstel­ lung zur Hilfe, die vom Hersteller mitgeliefert wird, um den richtigen Zylinderdruck für ein bestimmtes Ausgangsdreh­ moment zu bestimmen. Die Bedienungsperson betätigt dann wiederholt Steuerschalter, um den Antriebszylinder vorzu­ schieben und dann wieder zurückzuholen, so daß die Schraub­ winde eine Schraube festzieht. Ein Ratschenmechanismus der Schraubwinde setzt die Hin- und Herbewegungen des Arbeits­ zylinders in eine gleichbleibende Bewegung der Schraube oder Mutter im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um. Die Bedienungsperson betätigt die Steuerschalter oder Steuerventile solange, bis die Schraubwinde bei dem vor­ eingestellten Druck stehen bleibt. Sowohl die Druckvor­ einstellung als auch die Betätigung der Winde erfordern ein bestimmtes handwerkliches Geschick und sind zeitauf­ wendig.

Zwischenzeitlich muß eine zweite Bedienungsperson die Reaktionsseite der Schraubwinde gegen eine Reaktionsflä­ che an dem Werkstück halten. Geschieht dies nicht, so ar­ beitet die Ratschenfunktion der Winde nicht ordnungsgemäß, was auf dem Spiel zwischen der Antriebsstange und der Schraubenmuffe, der Schraubenmuffe und der Mutter usw. be­ ruht.

Das Drehmoment, das von bekannten hydraulisch betätigten Schraubwinden erzeugt wird, wird durch Ablesung von Druck­ meßwerten an einem hydraulischen Druckmeßgerät des Pumpen­ systems bestimmt, das die betreffende Schraubwinde speist. Eines der bedeutsameren Probleme bei diesen bekannten Sy­ stemen besteht darin, daß sie Druckwerte messen und anzei­ gen, während doch Drehmomentwerte die interessierenden Pa­ rameter sind, da die beim Festziehen von Schrauben interes­ sierende Größe das Festzieh-Drehmoment ist. Da eine Pumpe für verschiedenartige Winden verwendet werden kann, welche jeweils unterschiedliche Drehmomente bei jeweils demselben Speise­ druck erzeugen können, müssen Mittel vorgesehen sein, um die unterschiedlichen Windengrößen zu berücksichtigen. Einige Systeme enthalten nur Druckmeßeinrichtungen, die in Werten des Pumpendruckes geeicht sind, wobei zusätzlich Umrechnungs­ tabellen vorgesehen sind, um die Druckwerte für die ver­ schiedenen Windenarten in Drehmomentwerte umzurechnen. Andere bekannte Systeme versuchen bereits eine Drehmomentanzeige zu liefern, wobei eine Druckmeßeinrichtung nicht in Druckwerten, sondern in Drehmomentwerten geeicht ist und verschiedene Drehmomentbereiche oder Skalen zur Verfügung stehen. Es muß aber eine jeweils verschiedene Drehmomentskala oder ein verschiedener Drehmomentbereich für je eine Windengröße vorgesehen sein, so daß derartige Systeme fehleranfällig sind und eine Mißinterpretation des Meßwertes nicht aus­ schließen. Für den Verwender ist dies alles sehr kompliziert und birgt die Gefahr von Fehlablesungen und Fehlberechnun­ gen, so daß schließlich die festzuziehenden Schrauben mit falschem Drehmoment festgezogen werden können.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung zur Bestimmung und Anzeige des Drehmoments an druckmittelbetriebenen Schraubwinden so auszubilden, daß der Verwender eine unmittelbare Anzeige des auf die jeweils verwendete Schraubwindengröße bezogenen, auf ein festzuzie­ hendes Bauteil aufgebrachten Drehmomentes dargeboten erhält. Fehlablesungen und Fehlinterpretationen des Ablesungswertes sollen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen so­ wie ein Verfahren zur Bestimmung und Anzeige des Drehmoments an druckmittelbetriebenen Schraubwinden sind in den dem An­ spruch 1 nachgeordneten Patentansprüchen gekennzeichnet.

Bedeutsam ist, daß bei der hier angegebenen Einrichtung der interessierende Parameter, nämlich das Drehmoment, als Di­ gitalwert bestimmt und in Form einer Digitalanzeige darge­ stellt wird. Durch Bestimmung des tatsächlichen Drehmomentes und Lieferung einer Digitalanzeige des gemessenen Drehmomen­ tes werden die Probleme, welche die bekannten Systeme feh­ leranfällig und ungenau machten, eingeschränkt, wenn nicht sogar beseitigt.

Das vorliegend angegebene Meßsystem bestimmt das Drehmoment unter Verwendung eines Wandlers, welcher den Betriebsdruck einer hydraulischen Schraubwinde in ein analoges elektri­ sches Signal umsetzt. Dieses Analogsignal wird dann digita­ lisiert und einem Mikroprozessor oder Rechner als Eingang zugeführt. Der Ausgang eines Temperaturwandlers oder Tempe­ raturfühlers gelangt, ebenfalls nach Digitalisierung, zu dem Mikroprozessor, um eine Temperaturkompensation des Druckwandlers zu bewirken. Ein weiteres Eingangssignal lie­ fert dem Mikroprozessor oder Rechner die Information bezüg­ lich der in dem System verwendeten speziellen Winde. Der Mikroprozessor oder Rechner verarbeitet dann die Eingangs­ signale und erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend dem Drehmoment. Dieses dem Drehmoment entsprechende Ausgangs­ signal wird einer numerischen oder alphanumerischen Anzeige der Vorrichtung zugeführt und liefert dort eine unmittelbare Anzeige des Drehmomentes. Der Ausgang von dem Mikroprozessor kann je nach Programmierung das Drehmoment in jedem beliebi­ gen Maßsystem angeben, beispielsweise also in lb · ft oder Nm.

Das hier angegebene System hat den prinzipiellen Vorteil der Angabe des Drehmomentes als unmittelbare Anzeige oder Angabe in einer digitalen Anzeigevorrichtung. Dies macht die Ver­ wendung von Umrechnungstabellen oder Umrechnungstafeln ent­ behrlich, mit denen die Druckwerte in Drehmomentwerte umge­ rechnet werden müßten und außerdem werden bedeutsame Fehler­ quellen bekannter Systeme vermieden. Wenn weiter die Bedie­ nungsperson von Hand in der zuvor erwähnten Weise das Druck begrenzungsventil einstellen muß, um das maximale Drehmoment der Schraubwinde voreinzustellen, so kann die Bedienungsper­ son die Information der unmittelbaren Echtzeit-Digitalanzeige des Drehmomentes benutzen, um zu kontrollieren, welches Dreh­ moment die jeweilige Einstellung des Druckbegrenzungsventi­ les bewirkt, so daß ein Ziehen von Schlußfolgerungen aus Ab­ lesungen an einem Druckmeßgerät nicht notwendig ist. Demzu­ folge kann die Bedienungsperson den Maximaldruck an den ge­ wünschten Drehmomentwert bestmöglich anpassen, während bei bekannten Systemen die Bedienungsperson das Druckregelven­ til nur auf den nächsten Skalenpunkt der Skala einstellen kann, wobei diese Punkte 25 bis 50 1b×ft auseinanderlie­ gen. Das vorliegend angegebene System bietet auch zusätz­ lich die Möglichkeit, den Pumpendruck in der digitalen An­ zeigevorrichtung darzustellen, wenn dieser Parameter von ln­ teresse ist. Die vorliegend angegebene Einrichtung bzw. das hier angegebene Verfahren ermöglicht auch die unmittelbare digitale Ablesung des Drehmomentes für einen größeren Be­ reich von Schraubwindengrößen, die in Zusammenhang mit der Einrichtung verwendet werden, wodurch Skalen mit Überlappun­ gen oder Mehrfachskalen oder aber Mehrfachanzeigen für un­ terschiedliche Schraubwinden vermieden werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele zur Erläuterung weiterer Vorteile und bedeutsamer Einzelheiten anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei sind für jeweils einander ent­ sprechende Teile gleiche Bezugszahlen verwendet. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung der hier angegebenen Art zur Bestimmung und An­ zeige des Drehmomentes,

Fig. 2 ein Funktionsdiagramm des vorliegend be­ trachteten digitalen Drehmomentanzeigesy­ stems,

Fig. 3A und 3B Flußdiagramme des Programms des Mikroprozes­ sors oder Rechners für das digitale Dreh­ momentanzeigesystem,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild der Schaltung zur Signalformung und zur Analog-/Digital­ umformung in der Einrichtung der hier ange­ gebenen Art,

Fig. 5 ein Blockschaltbild des Mikroprozessors und der zugehörigen Baueinheiten,

Fig. 5A ein schematisches Schaltbild des Spannungs­ versorgung und

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Wählerschalters und einer Flüssigkeitskristallanzeige-Einrichtung für das hier angegebene System.

Zunächst sei auf das Blockdiagramm von Fig. 1 Bezug genommen, in welchem das gesamte System dargestellt ist. Es enthält eine herkömmliche hydraulisch angetriebene Schraubwinde 10, (bei­ spielsweise der oben beschriebenen Art), welche von einer durch einen Motor 12 angetriebenen Pumpe 14 von einem Druck­ mittelreservoir 16 her gespeist wird. Die Pumpe 14 liefert unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit über ein von Hand einstellbares Druckbegrenzungsventil 20 und ein Dreistellungs- Vierwegeventil 18 sowie schließlich ein Rückhub-Druckbegren­ zungsventil 22 an die hydraulikbetriebene Schraubwinde 10. Ein Steuerzusatz 24, welcher an einem Kabel hängen kann und von Hand oder von Fuß betätigt sein kann oder welcher an der Schraubwinde selbst oder an einem anderen Teil des Sy­ stems angeordnet sein kann, steuert die Stellung des Ven­ tils 18, um die Schraubwinde 10 entweder in einem Arbeits­ hub oder in einem Rückhub zu betätigen. Der von Hand ein­ stellbare Druckregler 20 kann in der erforderlichen Weise betätigt werden und dient zur Einstellung des maximalen Druckes. Das Rückhub-Druckbegrenzungsventil 22 wird bei­ spielsweise so eingestellt, daß es bei einem verhältnismäs­ sig niedrigen Druck von beispielsweise 28 Bar in Tätigkeit tritt, um eine druckmäßige Überbeanspruchung der Rückhub­ seite des Arbeitszylinders der Schraubwinde zu verhindern. Die Schraubwinde 10 enthält einen Ratschenmechanismus, so daß die Schraubwinde wiederholt zu einem Arbeitsspiel ver­ anlaßt werden kann, um Befestigungsmittel, etwa eine Mut­ ter oder eine Schraube, festzuziehen. Die Bauteile 10 bis 24, welche oben erwähnt sind, sind sämtlich an sich be­ kannt und bei Betätigungseinrichtungen für Winden aufzu­ finden.

Bezugnehmend weiter auf Fig. 1 ist festzustellen, daß das hier vorgeschlagene System außerdem eine Einrichtung zur Bestimmung und zur digitalen Darstellung des Echtzeit- Drehmomentwertes der Winde enthält. Diese Einrichtung ent­ hält einen Druckwandler 26, welcher auf den Druck auf der Antriebsseite der hydraulisch betätigten Winde anspricht und ein Spannungsausgangssignal erzeugt. Dieses Spannungs­ signal des Wandlers 26 wird einem Analog-/Digitalumsetzer 28 zugeführt, der einen Multiplexer 40, einen Vergleicher 42 und eine Digital-/Analog-Umsetzereinheit 45 (siehe Figu­ ren 2 und 4) enthält, die wiederum an einen Mikroprozessor 30 angeschlossen ist. Ein Temperaturfühler 32 (AD 590-Wand­ ler) spricht auf die Temperatur an, bei der der Druckwand­ ler arbeitet und liefert ein Temperatureingangssignal an den Mikroprozessor 30, der Temperaturabweichungen von der Raumtemperatur von beispielsweise 20° kompensiert. Ein zur Eingabe der Größe der Schraubwinde dienender Wählerschal­ ter 34 liefert ein Eingangssignal an den Mikroprozessor 30 entsprechend der Größe der verwendeten Schraubwinde des Sy­ stems. Der Mikroprozessor 30 ist so programmiert, daß er die verschiedenen Eingangssignale verarbeitet und ein digi­ tales Ausgangssignal erzeugt, das dem Drehmoment des Dreh­ momentschlüssels oder der Schraubwinde in Echtzeit ent­ spricht, während sich die Schraubwinde in Tätigkeit befin­ det. Dieses Ausgangssignal wird durch die Flüssigkristall­ anzeige 31 dargeboten. Es sei nun Fig. 2 betrachtet. Hier ist ein Funktionsdiagramm des Drehmomentmeß- und Anzeige­ systems gezeigt. Der Druckwandler 26 ist ein Halbbrücken- Anspannungsmeßwandler, beispielsweise ein von der Firma DJ-Instruments erhältlicher Wandler der Typenbezeichnung MFP 0-10000. Das Ausgangssignal des Wandlers 26 erfährt einen Vergleich mit dem Ausgangssignal einer Druckverschie­ bungs-Abstimmbrücke 36 und die Signale des Wandlers 26 und der Abstimmbrücke 36 werden einem Verstärker 38 zugeführt. Der Ausgang des Instrumentenverstärkers 38 gelangt zu ei­ nem Analog-Multiplexer 40, der außerdem ein Eingangssignal von dem Temperaturfühler 32 her empfängt. Abhängig von einem Steuersignal vom Mikroprozessor 30 gibt der Multi­ plexer 40 entweder das dem Druck entsprechende Signal oder das der Temperatur entsprechende Signal an einen Ver gleicher 42 ab. Der Mikroprozessor 30 liefert Digitalsi­ gnale zu dem Digital-/Analogumsetzer 44, der seinerseits eine Analogspannung an den Vergleicher abgibt. Der Ver­ gleicher 42 vergleicht das Eingangssignal vom Miltiplexer 40 (entweder das Drucksignal oder das Temperatursignal) mit dem Eingang von dem Digital-/Analogumsetzer 44. Wenn das Eingangssignal in den Vergleicher 42 vom Multiplexer 40 her den Ausgang des Digital-/Analogumsetzers 44 über­ steigt, so ist der Ausgangszustand des Vergleichers 42 für den Mikroprozessor 30 ein logisches Signal niedrigen Signalwertes. Wenn das Eingangssignal zu dem Vergleicher 42 vom Multiplexer 40 her kleiner als das Ausgangssignal vom Digital-Analogumsetzer 44 ist, so ist das logische Ausgangssignal des Vergleichers 42 zum Mikroprozessor 30 hoch. Der Mikroprozessor 30 bestimmt den Druck- oder Tem­ peraturwert durch Anpassung des Digital-/Analogumsetzers mit seinem Ausgang an den Druckfühler oder Temperaturfühler.

Der entsprechend der Größe der verwendeten Schraubwinde eingestellte Wählerschalter 34 liefert ebenfalls ein Ein­ gangssignal an den Mikroprozessor 30, um diesen über die Größe der in Betrieb befindlichen Schraubwinde zu informie­ ren. Das Signal des Wählerschalters 34 bestimmt einen Maß­ stabsfaktor oder Multiplikationsfaktor und einen Versatz­ wert, welche in einem permanenten Speicher abgelegt wer­ den und von dem Mikroprozessor 30 dazu verwendet werden, um die Druckinformation (welche temperaturkompensiert ist), in eine Drehmomentanzeige umzuformen. Der Mikroprozessor 30 erzeugt dann ein Drehmomentsignal, welches zu der Flüs­ sigkristallanzeige 25 weitergegeben und dort angezeigt wird.

Der Mikroprozessor 30 bietet auch die Möglichkeit, andere digitale Ausgangssysteme 31 zu betreiben und Verbindung mit einem äußeren Rechner 33 aufzunehmen.

Es seien nun die Fig. 4, 5 und 6 zusammen betrachtet. Der Mikroprozessor 30 hat eine Typenbezeichnung 6805 CMOS und liefert ein Steuersignal an die Flüssigkristallanzeige 25. Weiter wird eine Temperaturmessung und eine Druckmes­ sung durchgeführt. Der Mikroprozessor 30 enthält einen Speicher wahlfreien Zugriffes RAM mit einer Kapazität von 128 Bytes und ist mit einer 2K 2716-Festspeichereinheit mit löschbarem Programm (EPROM) 48 zusammengeschaltet. Die Meßfunktionen und Steuerfunktionen werden durch sechzehn Eingangs-/Ausgangsleitungen ermöglicht, welche ingetraler Bestandteil des Mikroprozessors 30 sind. Das Mikroprozessor­ system enthält außerdem einen Ausgangshaltekreis 50 mit drei Signalzustände darbietenden Ausgängen zwischen dem Festwert­ speicher 48 und dem Mikroprozessor 30. Zwölf Ausgänge vom Mikroprozessor 30 werden für Steuerungszwecke dargeboten, wo­ bei zwei 6-Bit-4174-Flip-Flops 52 und 54 Verwendung finden. Zehn dieser Ausgänge haben auch Verbindung mit dem zehnstel­ ligen Digital-/Analogumsetzer 45 (ICL-7533, siehe Fig. 4). Das System regelt seine eigene Leistung auf + 5 Volt und verbraucht im Maximum 50 ma Strom bei dieser Spannung. Der Mikroprozessor wird von einem mit 3,79 MHz schwingenden Oszillator 56 gespeist.

Im einzelnen ist aus Fig. 4 zu ersehen, daß das Druck mel­ dende Signal von dem Druckwandler 26 zu dem Verstärker 38 weitergegeben wird. Der Ausgang vom Druckwandler 26 (wel­ cher ein Halbbrückenwandler ist) verändert sich von annähernd 2,4 bis 2,5 mV über einen Druckbereich von 0 bis 690 Bar. Dieses Ausgangssignal wird in Vergleich gesetzt mit einem Druckverschiebungs-Abstimmsignal einer Widerstandsbrücke und die Differenz wird in dem Verstärker 40 gebildet. Der Ausgang des Verstärkers 40, welcher ein analoges Spannungs­ signal entsprechend dem Betriebsdruck in der Schraubwinde ist, gelangt zu einem Analogmultiplexer 58 mit der Typen­ bezeichnung 4051. Der Multiplexer 58 empfängt außerdem analoge Spannungseingangssignale entsprechend der Tempera­ tur im Druckwandler, also die Signale des Temperaturwand­ lers 32. Der Multiplexer 58 liefert zu dem Mikroprozessor 30 und empfängt von dem Mikroprozessor 30 Steuersignale auf den Leitungen, welche mit Mux A Control und Mux B Control bezeichnet sind. Entsprechend den Festlegungen durch das Software-Programm veranlaßt der Mikroprozessor 30 den Multiplexer 58 dazu, entweder das Ein­ gangsspannungssignal entsprechend dem Druck oder das Ein­ gangsspannungssignal entsprechend der Temperatur zu dem Vergleicher 42 (LM311) durchzulassen.

Das analoge Spannungssignal (entweder Druck oder Tempera­ tur) vom Multiplexer 58 wird von dem Vergleicher 42, dem zehnstelligen Digital-/Analogumsetzer 45 und dem Mikropro­ zessor 30 untersucht. Die Umsetzung wird durch einen Soft­ ware-Algorithmus gesteuert, der eine binäre Recherche nach digitalen Spannungswerten für den Digital-/Analogumsetzer 45 für die Weitergabe zum Vergleicher 42 hindurchführt. Wenn der Eingang vom Digital-/Analogumsetzer 45 zum Ver­ gleicher 42 innerhalb eines Bit des Druckeingangssignales oder Temperatureingangssignales vom Multiplexer 58 zum Vergleicher 42 hin liegt, so ist der Digitalwert des Druckes oder der Temperatur gleichwertig dem Digitalwert zu dem Digital-/Analogumsetzer 44. Dies versorgt den Mikroprozessor mit der Information bezüglich Druck oder Temperatur durch Inbeziehungsetzung mit dem Spannungspe­ gel im Vergleicher 44, wobei dieser Spannungspegel durch den Mikroprozessor vorgegeben wird.

Nach Bestimmung der Digitalspannung veranlaßt die Pro­ grammierung des Systems den Mikroprozessor 30 zu einer Wiederholung des Vergleichsvorganges für zweiunddreißig Male zur Erzielung einer gemittelten Spannung oder Tempe­ ratur über einen Zeitraum von fünf Millisekunden. Sodann verursacht die Programmierung des Systems als zusätzli­ chen Filterungsschritt eine sechzehnmalige Wiederholung des fünf Millisekunden dauernden Schrittes (32 Ablesun­ gen) für die Temperaturanzeige und die Druckanzeige vor den Schritten der Temperaturkompensation und der Umwand­ lung der Druckablesungen in Drehmomentmessungen (beide werden in dem Mikroprozessor unter Steuerung durch den Algorithmus des Software-Programms durchgeführt).

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist ein Wählschalter 60 mit einer Mehrzahl von Schaltstellungen an den Mikro­ prozessor 30 angeschaltet, um das Drehmoment für Schraub­ winden unterschiedlicher Größen errechnen und darstellen zu können. Im vorliegenden Falle hat der Schalter 60 acht Schaltstellungen, die dazu verwendet werden, Drehmo­ mentmeßwerte für Schraubwinden von sieben unterschiedlichen Größen anzeigen und darstellen zu können (Schaltstellungen 2 bis 8 für die Drehmomentanzeige), und es ist eine Schal­ terstellung für die Anzeige des Betriebsdruckes vorgesehen, wenn dieser Parameter von Interesse ist. Der Schalter 60 ist mit einem Analogschaltmultiplexer 62 der Typenbezeich­ nung 4051 verbunden. Der Schaltmultiplexer 62 empfängt drei TTL-Digitalsignale vom Mikroprozessor 30 ("Schalter A Steue­ rung", "Schalter B Steuerung", "Schalter C Steuerung") an den mit A bzw. B bzw. C bezeichneten Eingängen. Sämtliche den Schalterstellungen entsprechende Eingänge des Schal­ ters 60 sind jeweils mit je einem von acht Eingangskanälen des Multiplexers 62 verbunden, dessen Ausgang wiederum Ver­ bindung zu dem "Schalter-Eingang" des Mikroprozessors 30 hat. Jede einzelne Schalterstellung (Stellungen 1 bis 8) des Schalters 60 ist bezüglich der Anschlußklemme an den Kanal "Ausgang" aufgrund eines jeweils unterschiedlichen binären Codes an den Anschlüssen A, B und C des Multiplexers 63 vom Mikroprozessor angelegt, so daß acht Schalterstellungs­ anzeiger vorgegeben sind. Der Mikroprozessor 30 fragt den Schaltmultiplexer 62 mit einer Geschwindigkeit von 25 Ar­ beitsspielen je Sekunde ab, um die Schalterstellung zu be­ stimmen, in der sich der Wählerschalter 60 befindet. Unter Steuerung durch das Softwareprogramm werden Eichkoeffizien­ ten oder Umwandlungskoeffizienten mit den Druckmeßsignalen verarbeitet, um diese in Drehmomentwerte umzuformen, wel­ che dann in der Flüssigkristallanzeige angezeigt werden.

Wie in Fig. 5 gezeigt, liegt der Haltekreis 52 zwischen dem Mikroprozessor 30 und dem Multiplexer 58 über die Lei­ tungen, welche mit "Analog Mux A Steuerung" und "Analog Mux B Steuerung" bezeichnet sind und außerdem verbindet der Haltekreis 52 den Mikroprozessor 30 mit dem Schalt­ multiplexer 62 über die Leitungen, welche mit "Schalter Mux A Steuerung", "Schalter Mux B Steuerung" und "Schalter Mux C Steuerung" bezeichnet sind. In entsprechender Weise liegt der Haltekreis 54 zwischen dem Mikroprozessor 30 und den fünf Anzeigetreibern 64 bis 72 über die Anzeige­ stellen-Einstelleitungen 1 bis 5.

Es sei nun Fig. 5A betrachtet. Hier ist die Spannungsquel­ le für das System dargestellt. Ein Spannungsregler 84 lie­ fert eine geregelte Spannung von + 5 Volt. Ein Spannungs­ regler 86 liefert eine präzise auf -5 Volt geregelte Span­ nung für den Vergleicher 42.

Wie aus Fig. 6 entnehmbar, ist der Mikroprozessor 30 über fünf Anzeigetreiber 64 bis 72 (Typenbezeichnung 4543) mit der Flüssigkristallanzeige 74 verbunden. Die Anzeigetreiber 64 bis 72 wandeln binär codierte Dezimal-Ausgangssignale des Mikroprozessors 30 in die sieben Segmente mit den je­ weils wiederzugebenden Stellen um. Ein Taktsignal, das durch zeitgesteuerte Unterbrechungen innerhalb des Mikro­ prozessorsystems (vom Kontaktstift 10 am Haltekreis 54 abnehmbar) erzeugt wird, dient als Wechselspannungstakt an der Flüssigkristallanzeige zum Vermeiden eines sogenann­ ten Einbrennens einzelner Anzeigen oder Stellen an der Flüssigkristallanzeige. Sämtliche anderen Aufgaben inner­ halb des Systems werden ebenfalls durch die Schaltunter­ brechungen mit dem 25 Hz-Takt gesteuert. Der Ausgang zur Flüssigkristallanzeige 74 wird unter Steuerung des Pro­ gramms alle sechzehn Unterbrechungen (also etwa alle 0,6 Sekunden) aufdatiert.

Es sei bemerkt, daß das vorliegende System auch die Vor­ einstellung, durch die das Druckbegrenzungsventil auf den maximalen Betriebsdruck der Schraubwinde voreinge­ stellt wird, vereinfacht und präziser macht. Im vorlie­ genden System sieht der Verwender den Druckwert in Echt­ zeitdigital dargestellt, während er das Ventil 20 ein­ stellt. Weiter kann die Bedienungsperson das Ventil 20 präzise auf einen bestimmten Druckwert einjustieren und ist nicht bezüglich der Genauigkeit der Einstellung auf die Tei­ lung einer Skala beschränkt.

Die hier angegebene Einrichtung mit digitaler Anzeige des Drehmoments sollte bezüglich Druck und Temperatur geeicht werden, bevor ein erster Gebrauch erfolgt oder wenn Grund für die Annahme besteht, daß eine Verschiebung im Druckwand­ ler oder im Temperaturwandler oder Temperaturfühler statt­ gefunden hat.

Eine Eichung wird bewirkt, indem eine bestimmte Betriebsart unter Steuerung durch den Mikroprozessor und die Programmie­ rung des Systems vermittels des Wählerschalters 60 gewählt wird. Der Mikroprozessor 30 wird eingeschaltet, wonach die Flüssigkristallanzeige 74 fünf Gruppen von jeweils acht Anzeigestellen ziegt. Der Wählerschalter 60 wird dann von der Stellung 1 auf die Stellung 2 und zurück in die Stel­ lung 1 gedreht. Die Wählerschalterstellung 1 bewirkt dann eine Anzeige des Druckes und die Stellung 6 (Drehmoment­ stellung 5) bewirkt eine Anzeige des Temperaturkorrektur­ faktors, multipliziert mit 256.

Die Temperatureichung wird zunächst mit dem Wählerschal­ ter 60 in der Stellung 6 durchgeführt, bei welcher die Temperatur an der Flüssigkristallanzeige 74 angezeigt wird, wobei die Anzeige 256 der Raumtemperatur entspricht. Dann erfolgt die Temperatureichung durch Einstellung eines Potentiometers 76 in der Schaltung des Vergleichers 42, bis die Raumtemperaturanzeige 256 lautet (Raumtemperatur ist beispielsweise 20°C). Hiernach kompensiert der Tempera­ turfühler 32 während des Normalbetriebes Einflüsse von Betriebstemperaturen, welche von der Raumtemperatur ver­ schieden sind.

Nach der Temperatureichung wird das System bezüglich des Druckes geeicht. Zur Durchführung der Druckeichung muß das lineare Verhalten des Druckwandlers 26 auf ein geeichtes Druckmeßgerät abgestimmt werden.

Der Versatz und der Verstärkungsgewinn jedes einzelnen Wandlers wird durch Potentiometer 80 und 78 einjustiert, bis das lineare Verhalten des Druckwandlers innerhalb von 2% des tatsächlichen Druckes gelegen ist.

Das vorliegende System mit digitaler Anzeige des Drehmomen­ tes wird von dem Mikroprozessor 30 sowie dem Programm im Speicher 48 (EPROM) gesteuert. Ein großer Teil dieses Pro­ grammes und sein Ablauf sind im Zuge der obigen Beschrei­ bung schon erläutert worden. Das gesamte im Speicher 48 ge­ speicherte Programm ist als Anhang in einer Tabelle beige­ fügt. Diese Tabelle hat fünf Spalten. Spalte 1 enthält je­ weils eine vierstellige Hexadezimaladresse. Spalte 2 ent­ hält als vierstelligen Hexadezimal-Maschinencode die Dar­ stellung der Spalten 3 und 4. Spalte 3 enthält den Ope­ randen oder Operationscode. Spalte 4 enthält das Argument und Spalte 5 enthält in kurzen Bemerkungen eine Erklä­ rung der auszuführenden Operation. Der Fachmann findet in dem Programm nach der Tabelle des Anhangs eine vollständi­ ge und präzise Beschreibung jedes Schrittes bei der Durch­ führung des Programms für die hier angegebene Einrichtung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit und Klarheit seien hier nur die wesentlichen Operationen des Programms in allge­ meinen Ausdrücken zusätzlich zu der Programmbeschreibung innerhalb der obigen Äußerungen im Zusammenhang mit den Schaltungseinzelheiten nachfolgend beschrieben.

Die Fig. 3A und 3B zeigen Flußdiagramme mit den we­ sentlichen Merkmalen des vorliegend durchgeführten Pro­ gramms. Fig. 3A zeigt das Programm für die Inbetrieb­ setzung des Prozesses und die Eichung. Fig. 3B zeigt den Programmablauf für den regulären Betrieb.

Zunächst sei Fig. 3A betrachtet. Beim Einschalten des Sy­ stems erscheint in der Flüssigkristallanzeige 74 eine Dar­ stellung von fünf Gruppen mit je acht Stellen. Dann prüft das Programm, ob der Eichvorgang eingeleitet ist. Der Unter­ brechungstaktgeber mit einer Arbeitsfrequenz von 25 Hz wird in Lauf gesetzt und geht in eine Standlaufschleife, wenn der Eichbetrieb eingeleitet worden ist. Ist der Eichbetrieb nicht eingeleitet worden, so wird ein Zeitgeber-Unterbre­ chungssignal abgegeben, um den Zustand des Anzeige-Taktge­ bers umzuschalten. Ist das Taktgebersignal hoch, so veran­ laßt das Programm den Mikroprozessor zur Feststellung der Druckanzeige und Temperaturanzeige (dies geschieht 32 mal), und es wird versucht, die zweiunddreißig Druckanzeigen und Temperaturanzeigen sechzehn mal zu wiederholen. Die sech­ zehn Wiederholungen werden mit dem Zeitgeber-Unterbre­ chungssignal synchronisiert. Nach der sechzehnten Able­ sung liest der Mikroprozessor die Stellung des Wähler­ schalters 60 ab. Dann erfolgt die Korrektur der Druckan­ zeige für die Temperaturkompensation und hierauf wird das Drucksignal in das Drehmomentsignal entsprechend dem im Programm vorgegebenen Algorithmus umgesetzt.

Ist das Taktsignal niedrig und hat die sechzehnte Able­ sung stattgefunden, so wird ein Signal zum Aufdatieren der Flüssigkristallanzeige erzeugt. Nach der sechzehnten Ablesung wird ein Signal zur Aufdatierung der Flüssigkri­ stallanzeige vor Empfang eines Unterbrechungssignals vom Zeitgeber erzeugt, so daß die Eingangssignale für die Neueinstel­ lung der Darstellung in der Flüssigkristallenzeige 74 wirk­ sam werden. Ist ein äußerer Rechner mit dem System verbun­ den, so werden Signale auch zu ihm geführt, wenn die Neu­ einstellung oder Aufdatierung der Flüssigkristallanzeige erfolgt. Wie zuvor beschrieben, wird der wesentliche Teil des Programms durch den 25 Hz-Takt in dem System durch Un­ terbrechungen gesteuert.

Der Fachmann erkennt, daß vorliegend eine neuartige Methode und Einrichtung zur Bestimmung des tatsächlichen Drehmomen­ tes geschaffen ist, welches beim Festziehen von Bauelemen­ ten oder Verbindungselementen mittels einer druckmittelbe­ triebenen Schraubwinde zur Einwirkung gebracht wird. Das Drehmoment wird in Echtzeit bestimmt und als Digitalanzeige dargeboten. Hierdurch werden die Probleme bei bekannten druckmittelbetriebenen Winden vermieden und ein Bedarf auf diesem Gebiete befriedigt. Weiter wird der Gebrauch druck­ mittelbetriebener Schraubwinden vereinfacht. Ihre Genauig­ keit und Zuverlässigkeit wird verbessert und eine bedeut­ same Fehlerquelle wird vermieden.

Dadurch, daß eine unmittelbare digitale Anzeige des Drehmo­ mentes zur Verfügung steht, werden auch die zuvor erwähnten Probleme bezüglich der Verwendung von Ablesungen an Druck­ meßgeräten ausgeschlossen.

Claims (15)

1. Einrichtung zur Bestimmung und Anzeige des Drehmomentes an druckmittelbetriebenen Schraubwinden (10), die von ei­ ner Druckmittelpumpe (14) gespeist sind, gekennzeichnet durch einen auf die Höhe des Pumpendrucks ansprechenden Druckfühler (26) zur Erzeugung eines dem Druck entsprechen­ den Spannungssignales, ferner durch einen Analog-/Digital­ umsetzer (28) zur Umwandlung des Spannungssignales von der analogen in die digitale Form, durch einen Mikropro­ zessor (30), welcher das digitalisierte, dem Pumpendruck entsprechende Spannungssignal aufnimmt, weiter durch einen Temperaturfühler (32), der auf die Temperatur des Druck­ fühlers anspricht und ein Temperaturkompensationssignal an den Mikroprozessor (30) liefert, fernerhin durch einen die Größe der verwendeten Schraubwinde meldenden Wähler­ schalter (34), dessen Ausgangssignal ebenfalls dem Mikro­ prozessor (30) zugeführt wird und durch eine digitale An­ zeigevorrichtung (31), welche dem Mikroprozessor zugeord­ net ist, wobei der Mikroprozessor das digitalisierte, dem Pumpendruck entsprechende Spannungssignal, das Temperatur­ kompensationssignal und das die Schraubwindengröße melden de Signal verarbeitet und ein digitales Ausgangssignal erzeugt, welches das von der Schraubwinde aufgebrachte Drehmoment in Echtzeit signalisiert und welches in der digitalen Anzeigevorrichtung zur Darstellung gelangt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfühler einen Druckwandler enthält.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Temperaturfühler einen Temperaturwandler (32) enthält.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die digitale Anzeigevorrichtung eine Flüs­ sigkristallanzeige (74) enthält.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Analog-/Digitalumsetzer (28) zur Digi­ talisierung des dem Pumpendruck entsprechenden Spannungs­ signals einen Verstärker, welcher das dem Pumpendruck ent­ sprechende Spannungssignal aufnimmt und ein Ausgangssignal entsprechend dem Druckwert erzeugt, ferner einen Vergleicher (42), der an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen bzw. anschließbar ist, weiter eine Digital-/Analogumsetzerein­ heit (44), die an den Mikroprozessor (30) angeschlossen ist und von ihm eine Folge digitaler Spannungssignale aufnimmt und diese Signale der Reihe nach an den Vergleicher zum Vergleich mit dem Ausgangssignal des Verstärkers weitergibt, enthält und daß der Vergleicher (42) derart mit dem Mikro­ prozessor (30) verbunden ist, daß dem Mikroprozessor ein Vergleicherausgangssignal zugeführt wird, wenn das dem Vergleicher zugeführte Digitalspannungssignal und das dem Vergleicher zugeführte Verstärkerausgangssignal annähernd gleich sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Miltiplexer (40), dem das Verstärkerausgangssignal entspre­ chend dem Pumpendruck und außerdem ein Spannungssignal von dem Temperaturfühler (32) entsprechend der Temperatur zu­ führbar ist und der von dem Mikroprozessor (30) gesteuert und an ihn angeschlossen ist, so daß der Multiplexer selek­ tiv Signale entsprechend dem Druck oder der Temperatur zu dem Vergleicher führt, und durch eine solche Steuerung der Digital-/Analogumsetzereinheit (44) durch den Mikroprozessor, daß sie selektiv eine Folge von digitalen Spannungssignalen an den Vergleicher (42) abgibt, um einen Vergleich entweder mit den druckentsprechenden Signalen oder den temperatur­ entsprechenden Signalen vom Ausgang des Multiplexers durch­ zuführen.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der die Größe der verwendeten Schraubwin­ de meldende Wählerschalter (34) Schaltmittel (60) mit einer Mehrzahl von Schaltstellungen und einen mit diesem verbunde­ nen Multiplexer (62) enthält, der Verbindung mit dem Mikro­ prozessor (30) hat, wobei eine Mehrzahl von Eingängen zum Multiplexer vom Mikroprozessor und ein Ausgang vom Multiple­ xer zum Mikroprozessor geführt sind und wobei jede der Schaltstellungen des Wählerschalters einer bestimmten Ein­ gangssignalkombination zum Multiplexer (62) entspricht, so daß für jede Schaltstellung ein bestimmter Binärcode vorge­ geben ist, durch den der Mikroprozessor bestimmen kann, in welche Schaltstellung die Schaltmittel (60) gestellt sind.

8. Verfahren zur Bestimmung und Anzeige des Drehmomentes an druckmittelbetriebenen Schraubwinden, welche von einer Druckmittelpumpe mit Druckmittel gespeist werden, gekenn­ zeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Aufnehmen des Druckpegels der Pumpe und Erzeugen eines dem Druckwert entsprechenden Spannungssi­ gnales;
• b) Umwandlung des dem Druck entsprechenden Spannungs­ signales von der analogen Form in digitale Form;
• c) Einspeisen des digitalisierten, dem Druck entspre­ chenden Spannungssignales in einen Mikroprozessor;
• d) Messen der Temperatur, auf welcher sich der Druck­ fühler zur Bestimmung des Pumpendruckes befindet und Erzeugen eines Temperaturkompensationssignales zur Weitergabe an den Mikroprozessor;
• e) Eingabe eines der Größe der verwendeten Schraub­ winde entsprechenden Signales in den Mikropro­ zessor und
• f) Verarbeiten des dem Pumpendruck entsprechenden Spannungssignales, des Temperaturkompensations­ signales und des die Größe der verwendeten Schraub­ winde angebenden Signales im Mikroprozessor zu einem digitalen Ausgangssignal, welcher in Echt­ zeit das Drehmoment der Schraubwinde angibt, wobei dieses Signal in einer Digitalanzeige dargestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpendruck durch einen Druckwandler erfaßt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Temperatur durch einen Temperaturwandler er­ faßt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Digitalanzeige mittels einer Flüssig­ kristallanzeige erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Digitalisierung des dem Pumpendruck entsprechenden Spannungssignales in folgenden Schritten er­ folgt:.

• a) Erzeugen einer Folge von digitalen Spannungs­ signalen jeweils unterschiedlicher Werte im Mikroprozessor;
• b) Vergleichen des dem Druck entsprechenden Span­ nungssignales mit der Folge digitaler Spannungs­ signale aus dem Mikroprozessor;
• c) Erzeugen eines Digitalsignales als Vergleichs­ ergebnis dann, wenn eines der Folge digitaler Spannungssignale annähernd gleich dem dem Druck entsprechenden Spannungssignal ist und
• d) Abgeben des das Vergleichsergebnis darstellenden Digitalsignales an den Mikroprozessor.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch folgen­ de weiteren Verfahrensschritte:

• e) Abgabe des dem Druck entsprechenden Spannungs­ signales und des zur Temperaturkompensation verwendeten Signales an einen Multiplexer und
• f) Zuführen eines Mikroprozessorausgangssignales an den Multiplexer zur Auswahl entweder des druckentsprechenden Signales oder des Tempera­ turkompensationssignales für den Vergleich mit der Folge der vom Mikroprozessor bereitgestell­ ten digitalen Spannungssignale.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder möglichen Größe einer in dem System verwendeten Schraubwinde ein bestimmter Binärcode zugeord­ net wird, welcher einer Schaltstellung eines mehrere Schalt stellungen aufweisenden Wählerschalters entspricht und daß der Binärcode abgefragt wird, um die jeweilige Schaltstel lung zu bestimmen, so daß der Mikroprozessor von dem be­ treffenden Binärcode informiert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Druckbegrenzungsventil in der Druck­ zuleitung zu dem Arbeitszylinder der Schraubwinde auf einen bestimmten maximalen Betriebsdruck voreingestellt wird, wo­ bei die Einstellung entsprechend der Digitalanzeige des tat­ sächlichen Drehmomentes der Schraubwinde erfolgt.