DE3922049A1 - Tragbares kraftangetriebenes werkzeug zum anziehen von schrauben oder muttern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein tragbares kraftangetriebenes Werkzeug zum Anziehen von Schrauben oder Muttern sowie ein Antriebssystem für dieses. Das Werkzeug umfaßt ein tragbares Gehäuse mit einem in diesem untergebrachten Elektromotor zum Antrieb einer Ausgangswelle, mit der jeweils ein Schrauben- oder Mutterneingriffsglied aus einer Reihe von Eingriffsgliedern zur Einnahme seiner Arbeitsposition verbindbar ist.

Derartige Werkzeuge sind in der Automobilindustrie zur Durch­ führung kontinuierlich wiederkehrender Arbeiten an Montage­ straßen eingeführt und besitzen eine elektronische Antriebsein­ heit in der Art eines Festkörperinverters für jedes Werkzeug zum Umwandeln eines zugeführten Einphasen-Wechselstroms in einen Drehstrom zum Motor. Die Frequenz und die Spannung des Stroms werden automatisch und kontinuierlich durch die An­ triebseinheit in enger Anpassung an die Anforderungen des durch das Schraubeneingriffsglied des Werkzeugs ausgeführten Fest­ ziehvorgangs variiert und gesteuert. Bei den bisher verwendeten Anlagen sind aufgrund des automatischen Arbeitsablaufs das Werkzeug und die Antriebseinheit so eingestellt, daß nur eine Größe oder Art von Schrauben oder Muttern jeweils angezogen werden kann. Dies bedeutet, daß in zum Beispiel einer Montage­ straße für Motoren oder Autokarosserien die Bedienungsperson Schrauben in nur einigen wenigen Positionen an jedem Gegenstand anziehen kann. Dies bedeutet auch, daß die Bedienungsperson einem unerwünscht monotonen Arbeitsablauf ausgesetzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung eines Werkzeugs und einer Antriebseinheit an einem vollständigen Satz von Schrauben oder Muttern unterschiedlicher Größen dadurch zu ermöglichen, daß die Antriebseinheit automatisch die Parameter der elektrischen Leistung an die Anforderungen durch die jeweilige Schraube oder Mutter anpaßt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Ausgestaltung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Weitere, vorteilhafte Aus­ gestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer ersten Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht des Vorderendes des in Fig. 1 dargestellten Werkzeugs,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein in Fig. 2 dargestelltes Schrauben- oder Mutterneingriffsglied,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines zweiten Schrauben- oder Mutterneingriffsgliedes, das einen Teil eines bei dem Werkzeug zu verwendenden Satzes von Eingriffs­ gliedern bildet,

Fig. 5 ein drittes Schrauben- oder Mutterneingriffsglied des für das Werkzeug bestimmten Satzes,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Schrauben- oder Mutternein­ griffsglied mit einer modifizierten Codeabtastung und

Fig. 7 eine vereinfachte Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Werkzeugs gemäß Fig. 1.

Die Fig. 1 veranschaulicht ein von Hand geführtes Werkzeug 10 mit Kraftantrieb, wie ein Winkelmutternanziehgerät, mit einem Gehäuse 11, in dem sich ein im einzelnen nicht darge­ stellter bürstenloser Drehstrommotor 12 befindet, einem einem Auslöser 13 a zugeordneten Handgriff 13 und einer herkömmlichen, durch eine strichpunktierte Linie 14 wiedergegebenen Leistungsübertragung, die in einer Ausgangswelle 15 ihren Ab­ schluß findet. Ein Planetengetriebe und eine Kupplungsein­ richtung in der Leistungsübertragung 14 sind bei 16 angedeutet.

Das Werkzeug 10 ist an eine elektronische Antriebseinheit 20 durch einen ersten Stromkreis 19 angeschlossen, der aus einem Drehstromkabel 21 besteht, wobei die Antriebseinheit 20 mit einem Einphaseneingang 22 versehen ist. Die Antriebseinheit 20 ist ein Festkörper-Inverter eines handelsüblichen Typs, wie zum Beispiel das von der Firma Atlas Copco AB, Schweden, unter der Bezeichnung Tensor vertriebene Gerät. Diese Inverter sind mit einem Steuereingang 23 und einem Drehstromausgang 24 versehen, an den das Kabel 21 angeschlossen ist. Durch An­ legen eines gegebenen Steuersignals an den Eingang 23 des Inverters 20 ist es möglich, entweder die Inverterfrequenz am Ausgang 24 zu ändern, die Drehrichtung des Motors 12 umzu­ kehren oder den Wert eines gegebenen Maximalstroms zu verändern, um so das maximale Drehmoment des Motors 12 zu ändern.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist ein Schrauben- oder Mutterneingriffsglied, wie eine Schrauben- und Mutternhülse 30, lösbar auf das Vierkantende der Ausgangswelle 15 zur Ein­ nahme der Arbeitsposition aufgeschoben, wie es durch den Pfeil 31 wiedergegeben ist. Die Hülse 30 arbeitet mit Schrauben oder Muttern, in diesem Falle Muttern, einer bestimmten Abmessung zusammen, die bestimmte Werte der Antriebsparameter, wie Dreh­ moment, Anziehwinkel und Drehzahl, zum Anziehen der Schraube oder Mutter erfordern. Diese Antriebsparameter sind an dem den Werkzeugmotor 12 speisenden Inverter 20 eingestellt. Zur Gewährleistung der entsprechenden Funktion, d.h. zur Steuerung des Inverters 20 in der Weise, daß zum Beispiel dem Motor 12 ein gegebener Strom zur Erzielung eines vorbestimmten Dreh­ moments zugeführt wird, ist die Hülse 30 mit einem Iden­ tifizierungscode versehen. Dieser Code ist in der gezeigten Ausführungsform durch einen binären Code dargestellt, der durch das Vorhandensein oder das Fehlen magnetisierter Ringe 33 ge­ bildet ist, die in axialer Richtung mit Abstand auf der Hülse 30 angeordnet sind. Der Code sollte zumindest zwei Binärziffern und vorzugsweise zumindest drei Ziffern enthalten. Die Hülse 30 gemäß Fig. 1 ist mit drei magnetisierten Ringen 30 in drei möglichen Zifferpositionen versehen.

An die Arbeitsposition der Hülse 30 angrenzend ist eine Konsole 32 vorgesehen, die eine Anzahl von Sensoren 34, im vorliegenden Fall drei Sensoren, trägt, die jeweils mit einer Ziffer bzw. Codeposition zusammenwirken. Die Sensoren 34 sind mit den drei Code-Elementen 33 auf der Hülse 30 ausgerichtet. Bei der ge­ zeigten Ausführungsform sind die Sensoren 34 herkömmliche Sensoren, von denen jeder das Vorhandensein oder das Fehlen eines magnetisierten Ringes 33 in der entsprechenden Position feststellt. Diese Sensoren bilden einen Teil eines zweiten Stromkreises 38. Im vorliegenden Fall arbeitet jeder Sensor mit einem Ring 33 zusammen und wird somit durch das magnetische Feld des entsprechenden Ringes 33 beeinflußt, derart, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, d.h. die Binärziffern 111, die die in Fig. 2 gezeigte Hülse 30 kennzeichnen.

Das Binärsignal wird durch ein Kabel 39 an den Eingangsterminal 41 einer Decodier- bzw. Signalleseeinheit 40 übergeben. Der Ausgangsterminal 42 der Decodiereinheit ist durch ein Kabel 43 mit dem Steuereingang 23 des Inverters 20 verbunden.

Der Inverter 20 wird in der Weise nachgestellt, daß ein Drei­ phasen-Ausgang entsprechend dem von der Decodiereinheit 40 empfangenen Steuersignal erzeugt wird, wobei das Steuersignal dem von den Sensoren 34 erzeugten Binärziffersignal entspricht. Als Ergebnis hiervon wird der Inverter 20 so eingestellt, daß der Motor 12 mit elektrischer Energie versorgt wird, die die von der verwendeten Hülse 30 angeforderten Merkmale, zum Bei­ spiel einen konstanten Maximalstrom oder eine bestimmte Spannungsfrequenz, aufweist.

Vorzugsweise ist der Inverter 20 oder die Decodiereinheit 40 mit einer Datenprogrammeinheit einer beliebigen bekannten Aus­ führung versehen, die das Identifizierungs- oder Steuersignal von der Decodiereinheit 40 bzw. direkt von den Sensoren erhält. wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß das Identi­ fizierungssignal ein für die Hülse spezifisches Programm aus­ wählt, welches den Inverter 20 zum Erhalt der angeforderten Funktion steuert, etwa einer variablen Ausgangsfrequenz oder eines variablen Stroms vom Inverter 20.

Die Fig. 4 zeigt schematisch eine Hülse 30, die, wie die Hülse gemäß Fig. 1, drei Codepositionen a, b, und c besitzt. In diesem Fall sind nur zwei magnetische Ringe 33 vorgesehen und daher werden die Binärziffern 011 von den drei Sensoren 34 erzeugt.

Die Fig. 5 zeigt eine Hülse 30, die durch einen einzigen Ring 33 in der Position c gekennzeichnet ist. Demgemäß erzeugen die Sensoren das kennzeichnende Binärsignal 001.

Die Fig. 6 zeigt einen Schrauber, der mit Hell- oder Dunkelzonen in den Codepositionen versehen ist, die hier nicht dargestellt, jedoch in den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Positionen auf der Hülse axial verteilt sind. Jede dieser Zonen wird durch einen Lichtstrahl abgetastet, der zum Beispiel von einer Licht emittierenden Diode 44 erzeugt wird, und der Lichtstrom wird von der Schrauberoberfläche auf einen Sensor 45, zum Beispiel einen Fototransistor, reflektiert.

Die Fig. 7 zeigt schematisch ein handgeführtes Werkzeug mit Kraftantrieb der gleichen Art wie oben beschrieben, das jedoch mit einem Drehmoment- und/oder Winkelsensor versehen ist, der in der Leistungsübertragung 14 zur Anzeige des momentanen Dreh­ moments und/oder des Drehwinkels der Hülse angeordnet ist. Das von diesem Sensor abgegebene Signal wird von einer elek­ tronischen Programmeinheit 46 wie das Codesignal von den Hülsen­ sensoren empfangen. Die Programmeinheit ist in der Weise ein­ gerichtet, daß der Inverter 20, wie bereits geschrieben, ge­ steuert und der Strom vom Inverter unterbrochen wird, wenn das Ausgangsdrehmoment einen vorbestimmten Wert erreicht hat und/oder wenn die Schraube bzw. Mutter um einen vorbestimmten Winkel gedreht worden ist.

Für den Fachmann ist ersichtlich, daß das Abtastsystem der Hülse oder eines anderen Werkzeugs, zum Beispiel einer Schraubendreherspitze, die an dem handgeführten Werkzeug an­ gebracht wird, abgewandelt werden kann und daß die beschriebenen Elemente durch andere, ggf. im Stand der Technik bekannte Ele­ mente zur Erzielung gleicher oder entsprechender Ergebnisse ersetzt werden können.

Claims (10)

1. Kraftangetriebenes Werkzeug zum Anziehen von Schrauben oder Muttern, bestehend aus einem tragbaren Gehäuse, einem im Gehäuse untergebrachten, mit einer Stromquelle verbindbaren Drehmotor, einer in Antriebsverbindung mit dem Motor stehenden Ausgangs­ welle im Gehäuse und einem Schrauben- oder Mutterneingriffs­ glied, das mit der Ausgangswelle zur Einnahme einer Arbeits­ position am Gehäuse und für einen Antrieb durch den Motor ver­ bindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (12) auf eine spezifische elektrische Eingangsleistung mit zumindest einem besonderen Antriebsparameter mit einer vorbestimmten Änderung während des Anziehens anspricht sowie mit einem statischen Inverter (20) zu seiner selektiven Versorgung mit einer zumindest einen sich ändernden Parameter aufweisenden spezifischen elektrischen Leistung verbindbar ist, die Aus­ gangswelle (15) ihrerseits mit einem beliebigen einer Reihe von Schrauben- oder Mutterneingriffsgliedern (30) verbindbar ist, die wahlweise in Arbeitsstellung auf die Ausgangswelle (15) aufgesetzt werden und jeweils in dieser Stellung vom Motor (12) ihre eigenen spezifischen Antriebsparameter und deren vorbestimmte Änderung für ein ordnungsgemäßes Anziehen einer mit dem Eingriffsglied (30) in Eingriff stehenden Schraube oder Mutter abverlangen, und daß das Werkzeug mit einem zweiten Stromkreis (38) mit einer speziellen Identifizierungseinrichtung am Werkzeug für die Eingriffsglieder (30) in einem an deren Arbeitsposition (31) angrenzenden Bereich verbindbar ist, wobei der zweite Stromkreis (38) eine elektronische Einrichtung umfaßt, die mit der Identifizierungseinrichtung und der Kraft­ einheit verbunden ist und diese zur Erzeugung der spezifischen elektrischen Leistung für den Motor entsprechend der Anforderung durch das in seiner Arbeitsstellung auf der Ausgangswelle be­ findliche Eingriffsglied beeinflußt.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungseinrichtung eine Mehrzahl binärer Sensoren (34) in dem zweiten Stromkreis (38) umfaßt, die am Werkzeug in einem an die Arbeitsposition (31) der Eingriffsglieder (30) angrenzenden Bereich zum Ablesen eines an jedem Eingriffsglied (30) vorgesehenen binären Code-Musters entsprechend seiner spezifischen Anforderung hinsichtlich der Antriebsparameter­ änderung angeordnet sind, und daß die elektronische Einrichtung eine binäre Decodiereinheit zum Umwandeln des von den Sensoren (34) gelesenen Code-Musters in elektrische Signale zur ge­ wünschten Einstellung der Krafteinheit umfaßt.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, in Verbindung mit einem Antriebssystem, dadurch gekennzeichnet, daß in die elektrische Verbindungseinrichtung ein statischer Inverter (20) mit einem Ausgang (24) und einem Steuereingang (23) einbezogen ist, wobei der Inverter (20) in der Weise mit dem Motor (12) verbindbar ist, daß er die spezifische elektrische Leistung mit zumindest einem variierenden Parameter selektiv von seinem Ausgang (24) abgibt, der zweite Stromkreis (38) das Gehäuse mit dem Steuer­ eingang (23) des Inverters (20) verbindet, wobei der zweite Stromkreis (38) spezielle Identifizierungsmittel am Gehäuse für die Schrauben- oder Mutterneingriffsglieder (30) aufweist, und daß die Identifizierungmittel mit einer elektronischen Einrichtung (40) in dem zweiten Stromkreis (38) für eine Ein­ stellung des Steuereingangs (23) des Inverters (20) in der Weise verbunden sind, daß der Inverter (20) eine Einstellung zur Erzeugung der spezifischen, von dem Eingriffsglied (30) auf der Ausgangswelle (15) abverlangten elektrischen Kraft für den Motor (12) erhält.

4. Werkzeug mit Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die speziellen Identifizierungsmittel zumindest zwei binäre Sensoren (34) in dem zweiten Stromkreis (38) umfassen, die nahe der Arbeitsposition (31) der Schrauben- oder Mutternein­ griffsglieder (30) am Werkzeug (10) angeordnet sind, Code-Ele­ mente an jedem Eingriffsglied (30) und in einem binären Code-Muster gesondert für jedes Eingriffsglied (30) von den Sensoren (34) in der Arbeitsstellung (31) der Eingriffsglieder (30) zur Zuführung des spezifischen Code-Musters an den zweiten Stromkreis ablesbar sind und daß die elektronische Einrichtung (40) in dem zweiten Stromkreis (38) eine binäre Decodierein­ richtung zur Umwandlung des Code-Musters in elektrische Signale für die gewünschte Einstellung des Steuereingangs (23) des Inverters (20) umfaßt.

5. Werkzeug mit Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben- oder Mutterneingriffsglieder (30) abnehmbar auf die Ausgangswelle (15) aufschiebbare zylindrische Hülsen umfassen, die Code-Elemente aus einer Folge von axial beab­ standeten magnetisierten Ringen (33) auf den Eingriffsgliedern (30) bestehen, wobei das Vorhandensein und die Abwesenheit eines Ringes (33) in der Ringfolge das binäre Code-Muster bildet, und daß die Sensoren (34) auf Magnetkraft ansprechen.

6. Werkzeug mit Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schrauben- oder Mutterneingriffsglieder (30) auf die Ausgangswelle (15) aufschiebbare zylindrische Hülsen umfassen, die Code-Elemente aus einer Folge von axial beab­ standeten Lichtreflexionszonen auf den Eingriffsgliedern (30) bestehen, wobei das Vorhandensein und die Abwesenheit einer Reflexionszone in der Reflexionszonenfolge das binäre Code-Muster bildet, und daß die binären Sensoren an dem Werkzeug eine Licht emittierende Einrichtung (44) und fotoelektrische Sensoren (45) im Reflexionsweg des Lichtes von der Licht emittierenden Einrichtung (44) aufweisen.

7. Werkzeug mit Antrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Einheit zum Analysieren eines Anziehparameters in dem zweiten Stromkreis vorgesehen ist, die binäre Decodiereinheit erste elektrische Signale an die Analysiereinheit liefert, eine Anziehparameterumwandlungs­ und -codiereinrichtung im Werkzeug zweite elektrische Signale an die Analysiereinheit liefert und die Einheit die ersten und zweiten Signale in elektrische Befehlssignale zum Steuern des Steuereingangs in der Weise umwandelt, daß sich die Leistungsabgabe vom Inverter gemäß der für den Motor gewünschten Antriebsparametervariation ändert.

8. Schrauben- oder Mutterneingriffsglied zur Verwendung mit einem kraftangetriebenen Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an seiner Außenseite Code- Elemente in einem für jedes Eingriffsglied (30) spezifischen binären Code-Muster vorgesehen sind, das Eingriffsglied lösbar in die Arbeitsposition (31) auf das Werkzeug aufsetzbar ist und daß die Code-Elemente von den Sensoren (34) des Werkzeugs bei in Arbeitsposition (31) befindlichem Eingriffsglied (30) lesbar sind.

9. Schrauben- oder Mutterneingriffsglied nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Code-Elemente von einer Folge axial beabstandeter, magnetisierter Ringe (33) auf den Ein­ griffsgliedern (30) gebildet sind und das Vorhandensein und das Fehlen eines Ringes (33) in der Ringfolge das binäre Code-Muster bildet.

10. Schrauben- oder Mutterneingriffsglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Code-Elemente von einer Folge axial beabstandeter, Licht reflektierender Zonen auf den Ein­ griffsgliedern gebildet sind und das Vorhandensein und das Fehlen einer Reflexionszone in der Zonenfolge das binäre Code- Muster bildet.