DE4128427A1 - Kraftgetriebene werkzeuge mit mehrstufiger festzieh-drehmoment-steuerung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf kraftgetriebene Werk­ zeuge mit mehrstufiger Festzieh-Drehmoment-Steuerung ge­ richtet und insbesondere auf ein kupplungsloses kraftge­ triebenes Werkzeug mit einem Gleichstrommotor zum Festzie­ hen von Schrauben und Muttern bis zu einem gewünschten, strammen Sitz durch eine Vielzahl von Steuerstufen.

Die geprüfte japanische Patentanmeldung (KOKOKU) Nr. 60- 47 071, veröffentlicht am 19. Oktober 1985, offenbart ein Drehmoment-steuerndes, kraftgetriebenes Werkzeug, das einen Elektromotor zum Festziehen einer Schraube oder Mut­ ter durch zwei Festziehstufen hindurch benutzt. Zunächst wird eine Steuerung dadurch vorgenommen, daß man eine hohe Spannung an den Motor anlegt, um die Schraube bzw. Mutter mit hoher Geschwindigkeit anzutreiben, bis gemessen wird, daß die Schraube oder Mutter aufsitzt. Nach der Ermittlung des Aufsitzzustandes, die vorgenommen wird durch Überwa­ chen einer kritischen Zunahme in einem Feldstrom, der durch den Motor strömt, wird der Motor zeitweise gestoppt. Dann wird der Motor mit erhöhter Spannung bis zu einer vorbestimmten Grenze erneut gestartet und wird wieder nach Verstreichen eines vorbestimmten Zeitraumes angehalten, um die Schraube bzw. Mutter beim Anlauf-Drehmoment des Motors noch weiter festzuziehen. Unglücklicherweise liefert eine solche Spannungskontrolle keinen Ausgleich für die Ände­ rung im Widerstand, die höchstwahrscheinlich im elektri­ schen Kreis des Motors infolge der Temperaturänderung des Motors während des fortgesetzten Gebrauchs auftritt, und kann somit nicht genau einen angestrebten End-Festzieh­ zustand bestimmen. Demzufolge kann es noch immer erforder­ lich sein, eine mechanische Kupplung mit aufzunehmen, die das Festzieh-Drehmoment begrenzt, um die Schraube bzw. Mutter zuverlässig mit einem genau vorbestimmten, festen Sitz festzuziehen.

Ein anderes kraftgetriebenes Werkzeug aus dem Stand der Technik ist in der nicht-geprüften, früheren japanischen Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 2-1 00 882, veröffent­ licht am 12. April 1990, offenbart. Die Veröffentlichung schlägt ein mehrstufiges, Drehmoment-steuerndes, kraftge­ triebenes Werkzeug vor, das einen Elektromotor zum Fest­ ziehen einer Schraube bzw. Mutter durch eine Anzahl von Festzieh-Stufen hindurch benutzt, in denen die Schraube bzw. Mutter bei unterschiedlich gesteuerten Drehmomenten festgezogen wird. Das kraftgetriebene Werkzeug umfaßt einen Abstandsfühler, um einen Spaltabstand zwischen dem Schraubenkopf und einer Werkstückfläche zu überwachen, in die die Schraube fest eingeschraubt wird, und um einen Zu­ stand vor dem Aufsitzen zu ermitteln, wenn der Spaltab­ stand auf einen vorbestimmten Wert verringert ist, der eine Anzeige liefert, daß sich die Schraube unmittelbar vor dem Aufsitzen befindet. Zunächst wird eine Steuerung vorgenommen, um eine hohe Spannung an den Motor anzulegen, um die Schraube bzw. Mutter mit hoher Geschwindigkeit an­ zutreiben, bis gemessen wird, daß sich die Schraube dem vor dem Aufsitzen befindlichen Zustand nähert, wonach eine niedrige Spannung an den Motor angelegt wird, um die Schraube bei niedriger Geschwindigkeit bis in ihren auf­ sitzenden Zustand festzuziehen, um den Stoß beim Aufsitzen zu verringern. Nach dem Ermitteln des aufsitzenden Zu­ stands wird eine Umkehrspannung angelegt, um den Motor zu stoppen. Dann wird der Motor mit einer allmählich zuneh­ menden Spannung von einer verhältnismäßig niedrigen Span­ nung aus bis zu einer vorbestimmten Grenze erneut gestar­ tet, um die Schraube mit einem entsprechend zunehmenden Drehmoment noch weiter festzuziehen. Die vorbestimmte Spannungsgrenze wird so gewählt, daß sie ein Festzieh- Drehmoment definiert, bei dem die Schraube in die Werk­ stück-Oberfläche noch über ihren aufsitzenden Zustand hin­ aus fest eingeschraubt ist. Weil das kraftgetriebene Werk­ zeug sich auf eine Spannungskontrolle zum Bestimmen des Festzieh-Drehmoments verläßt, leidet es unter der Wider­ standsänderung im elektrischen Kreis des Motors und kann die Schraube bzw. Mutter nicht genau und zuverlässig mit dem gewünschten Drehmoment festziehen.

Das obige Problem wurde in der vorliegenden Erfindung aus­ geräumt, die ein kraftgetriebenes Werkzeug vorsieht, das einen Gleichstrommotor umfaßt, um eine Schraube bzw. Mut­ ter durch drei aufeinanderfolgende Stufen hindurch festzu­ ziehen. In der ersten Stufe wird der Motor mit hoher Ge­ schwindigkeit gedreht, damit die Schraube bis zu einem vor dem Aufsitzen liegenden Zustand angezogen wird, der vom kraftgetriebenen Werkzeug erkannt wird. Dann wird der Motor kurzzeitig angehalten und mit niedriger Geschwindig­ keit erneut gestartet, um die Schraube bis zu ihrem auf­ sitzenden Zustand festzustellen, um die zweite Stufe fer­ tigzustellen. In der dritten Stufe übernimmt eine Strom­ steuerung die Drehzahlsteuerung, um allmählich den Feld­ strom auf geregelte Weise dadurch zu erhöhen, daß ständig der Feldstrom überwacht wird, der durch den Motor bis zu einer vorbestimmten Stromgrenze hindurchfließt, die so ge­ wählt ist, daß sie in unmittelbarer Zuordnung zu einem endgültigen Festzieh-Drehmoment steht, mit dem die Schraube über den festgezogenen Zustand hinaus noch weiter festgezogen wird. Nachdem der Feldstrom die Stromgrenze erreicht hat, wird der Motor angehalten, um den Festzieh- Vorgang fertigzustellen. Der Gleichstrommotor, der eine Charakteristik eines zunehmenden Ausgangs-Drehmoments unmittelbar proportional zu einer Zunahme im Feldstrom aufweist, der durch den Motor hindurch eingespeist wird, umfaßt eine Motor-Abtriebswelle, die betrieblich mit einer Antriebsnuß bzw. einer antreibenden Bohrerspitze verbunden ist, um eine Befestigungseinrichtung, wie etwa eine Schraube bzw. eine Mutter, festzuziehen. Ein Drehzahl-/Um­ drehungsfühler ist vorgesehen, um Geschwindigkeit und Anzahl der Umdrehungen des Motors zu ermitteln. Der Motor ist mit einer Antriebsschaltung verbunden, die zum Antrei­ ben des Motors bei sich ändernden Geschwindigkeiten und Drehmomenten ansprechen kann. Ein Drehzahl- bzw. Geschwin­ digkeitsregler ist dem Antrieb zugeordnet, um die Motor- Abtriebswelle wahlweise bei hoher und niedriger Geschwin­ digkeit anzutreiben, indem er die Spannung steuert, die an den Motor angelegt wird, um die Schraube bzw. Mutter wäh­ rend der ersten und zweiten Stufe festzuziehen. Ein Strom­ fühler ist mit enthalten, um den Feldstrom zu überwachen, der durch den Motor fließt, und ein Rückkopplungssignal vorzusehen. Dem Stromfühler ist ein Stromregler zugeord­ net, der den Feldstrom auf der Grundlage des Regelsignals ändert, um dementsprechend das Motor-Ausgangs-Drehmoment während der dritten Stufe beim Festziehen der Schraube bzw. Mutter bis zu einem angestrebten strammen Sitz zu ändern. Das kraftgetriebene Werkzeug umfaßt ferner einen Vor-Aufsitz-Beurteilungsabschnitt, der den Zustand vor dem Aufsitzen bestimmt, wo sich die Schraube bzw. Mutter un­ mittelbar vor ihrem Aufsitzen befindet, und der ein Vor- Aufsitz-Signal erzeugt, das den Vor-Aufsitz-Zustand an­ zeigt. Ein Aufsitz-Fühler ist ebenfalls enthalten, um den Aufsitz-Zustand zu ermitteln, in dem die Schraube bzw. Mutter tatsächlich aufsitzt, und um ein Aufsitz-Signal zu erzeugen, das den Aufsitz-Zustand anzeigt. Ein Eingangsab­ schnitt ist vorgesehen, um ein endgültiges Festzieh-Dreh­ moment festzusetzen, mit dem die Schraube bzw. Mutter festgezogen werden soll, und zwar über den Aufsitz-Zustand hinaus, und um das endgültige Festzieh-Drehmoment in un­ mittelbarer Zuordnung zu einer entsprechenden Strombegren­ zung für den Feldstrom zu speichern. Ein Zentralregler ist vorgesehen, um den Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsregler nur während der ersten und zweiten Stufe zu aktivieren und um andererseits den Stromregler nur während der dritten Stufe zu aktivieren. Das heißt, der Zentralregler bewirkt, daß zuerst der Drehzahlregler auf eine solche Weise akti­ viert wird, daß er den Motor mit hoher Geschwindigkeit dreht, ihn in Abhängigkeit vom Vor-Aufsitz-Signal stoppt (erste Stufe) und den Motor mit niedriger Drehzahl (zweite Stufe) erneut startet. Nach dem Empfang des Aufsitz- Signals spricht der Zentralregler so an, daß der Stromreg­ ler anstelle des Drehzahlreglers auf eine solche Weise aktiviert wird, daß der Motor angetrieben wird, während die Zunahme des Feldstromes rückgekoppelt mit geeigneter Geschwindigkeit bis zu der Strombegrenzung getrennt wird (dritte Stufe), um die Schraube bzw. Mutter über den Auf­ sitz-Zustand hinaus mit dem endgültigen Festzieh-Drehmo­ ment noch weiter festzuziehen, das von der Strombegrenzung bestimmt wird. Nach Erreichen der Strombegrenzung veran­ laßt der Zentralregler den Stromregler, die Zufuhr des Feldstromes zu unterbinden, hierbei den Motor anzuhalten und das Festziehen der Schraube bzw. Mutter bis zu einem angestrebten, strammen Sitz genau in exakter Entsprechung zum endgültigen Festzieh-Drehmoment fertigzustellen. In­ folge des Umstandes, daß der Feldstrom überwacht wird, um eine Regelung des zunehmenden Feldstromes bis zur vorbe­ stimmten Strombegrenzung zu bewirken, und auch wegen des Umstands, daß der Feldstrom und nicht die am Motor ange­ legte Spannung geregelt wird, ist es möglich, ein genaues Festzieh-Drehmoment zu erhalten, das in unmittelbarer Zu­ ordnung zum Feldstrom steht und das frei ist von einer möglichen Schwankung im elektrischen Widerstand der Motor­ schaltung, wodurch erfolgreich jede mechanische Kupplung erübrigt wird, während man gleichzeitig eine zuverlässige und genaue Drehmomenteinstellung bis zu einem angestreb­ ten, strammen Sitz sicherstellt.

Es ist dementsprechend ein Hauptziel der vorliegenden Er­ findung, ein kupplungsloses, kraftgetriebenes Werkzeug vorzusehen, das imstande ist, die Schraube bzw. Mutter genau und zuverlässig bis zu einem angestrebten, strammen Sitz festzuziehen.

Der Zentralregler ist imstande, den Feldstrom mit unter­ schiedlichen Geschwindigkeiten bis zu den Strombegrenzun­ gen mit unterschiedlichen Werten innerhalb eines konstan­ ten Zeitraumes so zu erhöhen, daß der Festzieh-Vorgang der Schraube bzw. Mutter innerhalb im wesentlichen desselben Zeitraumes fertiggestellt wird, ungeachtet den unter­ schiedlichen Anforderungen an das endgültige Festzieh- Drehmoment. Somit liefert das kraftgetriebene Werkzeug eine noch erhöhte Bequemlichkeit beim Festziehen der Schrauben bzw. Muttern mit unterschiedlichen Drehmomentan­ forderungen in gleicher Weise innerhalb im wesentlichen desselben Zeitraums, was deshalb ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist.

Vorzugsweise umfaßt das kraftgetriebene Werkzeug einen Temperaturfühler, der die Temperatur des Motors mißt und einen gemessenen Temperaturausgang liefert, der hierüber eine Aussage gibt. Der Zentralregler weist einen Kompensa­ tor auf, der in Abhängigkeit vom Temperaturausgang den Pegel des Feldstromes als Ausgleich für die temperaturab­ hängige Änderung in der Magnetflußdichte des magnetischen Kreises des Motors nachstellt, um hierbei ein stets über­ einstimmendes Festzieh-Drehmoment zu liefern, das im wesentlichen von temperaturabhängiger Änderung frei ist. Eine solche Änderung würde nämlich wahrscheinlich während des fortgesetzten Gebrauchs des Werkzeuges auftreten und würde das Festzieh-Drehmoment T ändern, das eine Funktion ist von der Magnetflußdichte Φ und dem Feldstrom I, wie dies nachfolgend ausgedrückt ist:

T α ΦnT,

worin n die Zahl der Wicklungen des Drahtes ist, der eine Spule des Motors bildet.

Es ist deshalb ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfin­ dung, ein kraftgetriebenes Werkzeug vorzusehen, das imstande ist, die temperaturabhängige Änderung in der Magnetflußdichte eines magnetischen Kreises des Motors zu kompensieren, um ein noch gleichmäßigeres Festzieh-Drehmo­ ment zu liefern, das von temperaturbedingten Schwankungen frei ist.

Der Temperaturausgleich kann auch benutzt werden, um die Spannung nachzustellen, die an den Motor von einer Span­ nungsquelle her angelegt wird, um den Motor gleichbleibend mit der hohen Drehzahl anzutreiben, wie sie während der ersten Stufe beim Festziehen der Schraube bzw. Mutter bis zum Vor-Aufsitz-Zustand bestimmt ist.

Das kraftgetriebene Werkzeug der vorliegenden Erfindung liefert drei unterschiedliche Betriebsweisen, um den Vor- Aufsitz-Zustand der Schraube bzw. Mutter zu bestimmen. Eine erste Betriebsweise ist die Lern-und-Ausführ-Be­ triebsart, in welcher der Motor so angetrieben wird, daß er eine Musterschraube bis zu ihrem Aufsitz-Zustand fest­ zieht, um die Aufsitz-Umdrehungszahl des Motors zu lie­ fern, die erforderlich ist, um die Musterschraube bis zum Aufsitz-Zustand festzuziehen. Die so gewonnene Aufsitz- Umdrehungszahl wird so weiterverarbeitet, daß sie um einige wenige Umdrehungen oder weniger verringert wird, um eine Vor-Aufsitz-Umdrehungszahl zu liefern, die in einem Speicher abgespeichert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Motor angehalten, um den Betrieb der Bestimmung des Vor- Aufsitz-Zustandes fertigzustellen. Dann wird ein Steuer­ vorgang zum tatsächlichen Festziehen der Schraube bzw. Mutter dadurch vorgenommen, daß man den Motor startet; währenddessen vergleicht ein Vergleicher die tatsächliche Anzahl von Umdrehungen des Motors mit der Vor-Aufsitz- Drehzahl, so daß das Vor-Aufsitz-Signal abgegeben wird, wenn die tatsächliche Anzahl der Umdrehungen die Vor-Auf­ sitz-Umdrehungszahl erreicht hat. In Abhängigkeit vom Vor- Aufsitz-Signal wird der Motor so angesteuert, daß er zeit­ weise gestoppt und dann erneut gestartet wird, um die Schraube bzw. Mutter mit niedriger Drehzahl bis zu ihrem Aufsitz-Zustand (zweite Stufe) festzuspannen, wonach die Drehung mittels der Stromregelung nachfolgt, um die Schraube bzw. Mutter bis zu ihrem angestrebten, festen Sitz festzuziehen (dritte Stufe).

Eine zweite Betriebsweise ist die Dateneingabe, wobei ein Daten-Eingabeabschnitt auf die Dateneingabe anspricht, die ihrerseits eine Aussage über Steigung und wirksame Gewin­ delänge im Hinblick auf die Schraube bzw. Mutter liefert, die festgezogen werden soll. Die Daten werden in einem Speicher abgelegt und so verarbeitet, daß eine Aufsitz- Drehzahl errechnet wird, die erforderlich ist, um die Schraube bzw. Mutter bis zu ihrem Aufsitz-Zustand festzu­ ziehen, und um eine Vor-Aufsitz-Drehzahl zu erhalten, wel­ che somit aus der Aufsitz-Umdrehungszahl minus einer ge­ ringen Zahl von Umdrehungen oder weniger errechnet wird. Ein Vergleicher spricht an, um die tatsächliche Anzahl von Umdrehungen des Motors mit der Vor-Aufsitz-Umdrehungszahl auf eine solche Weise zu vergleichen, daß das Vor-Aufsitz- Signal abgegeben wird, wenn die tatsächliche Umdrehungs­ zahl die Vor-Aufsitz-Umdrehungszahl erreicht hat, um den Motor zu stoppen.

Eine dritte Betriebsweise ist die Echtzeit-Meß-Betriebs­ art, bei welcher eine Abstands-Überwachungseinrichtung ständig den Abstand eines Spalts zwischen einem Nußende des Motors und einer Werkstückoberfläche überwacht, in welche die Schraube bzw. Festigungseinrichtung fest einge­ schraubt werden soll, den Vor-Aufsitz-Zustand dann be­ stimmt, wenn der Abstand bis auf einen vorbestimmten Wert abgenommen hat, und das Vor-Aufsitz-Signal in Abhängigkeit vom Vor-Aufsitz-Zustand abgibt, um den Motor zu stoppen.

Es ist deshalb ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Er­ findung, ein kraftgetriebenes Werkzeug vorzusehen, welches eine einzigartige Ausbildung aufweist, um erfolgreich den Vor-Aufsitz-Zustand zu bestimmen.

Bevorzugt kann das kraftgetriebene Werkzeug so ausgebildet sein, daß es die drei obigen Betriebsarten aufweist, so daß man wahlweise eine der Betriebsarten entsprechend den Erfordernissen des Benutzers benutzen kann, so daß die Flexibilität bei der Benutzung des kraftgetriebenen Werk­ zeugs verbessert ist.

Die obigen und noch andere Ziele und Vorzüge der vorlie­ genden Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillier­ ten Beschreibung der Ausführungsbeispiele noch näher er­ sichtlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen werden.

In der Zeichnung ist:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Steuerung eines kraftgetriebenen Werkzeugs in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung darstellt,

Fig. 2 ein Zeitablaufplan zum Steuern des Gleichstrommotors im kraftgetriebenen Werkzeug,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Drehmoment-/Dreh­ zahl-(Anzahl der Umdrehungen)zuordnung des Gleichstrommo­ tors darstellt,

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die grundlegende Wirkungsweise des kraftgetriebenen Werkzeuges darstellt,

Fig. 5 ein Flußdiagramm, das die Lern-und-Aus­ führungs-Betriebsart des kraftgetriebenen Werkzeugs dar­ stellt,

Fig. 6 ein Flußdiagramm, das die Dateneingabe- Betriebsart des kraftgetriebenen Werkzeugs darstellt,

Fig. 7 ein Flußdiagramm, das die Echtzeit-Meß- Betriebsart des kraftgetriebenen Werkzeugs darstellt,

Fig. 8 eine schematische Ansicht, die die Art und Weise darstellt, auf welche das kraftgetriebene Werk­ zeug die Länge oder die Anzahl von Umdrehungen erlernt, die erforderlich ist bzw. sind, um eine Musterschraube bis zu ihrem Aufsitz-Zustand festzuziehen,

Fig. 9 eine schematische Ansicht eines kraft­ getriebenen Werkzeugs, das mit einer Dateneingabeeinrich­ tung und einer Anzeige versehen ist,

Fig. 10 eine Ansicht, die eine typische Schraubenausbildung aufweist,

Fig. 11 eine schematische Ansicht, die das kraftgetriebene Werkzeug darstellt, das mit einem Meßstab versehen ist, um den Vor-Aufsitz-Zustand der Schraube bzw. Mutter zu messen, und

Fig. 12 eine schematische Ansicht, die eine Meßfühlerausbildung darstellt, die dem Meßstab zugeordnet ist.

Es erfolgt nun die detaillierte Beschreibung des bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels, wobei nun auf Fig. 1 Bezug genommen wird; dort ist eine Steuerung für ein kraftge­ triebenes Werkzeug gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das kraftgetrie­ bene Werkzeug umfaßt einen Gleichstrommotor 10 mit einer Abtriebswelle (nicht gezeigt), die über eine Gruppe von Untersetzungszahnrädern (nicht gezeigt) mit einer Antriebsspindel verbunden ist, welche eine Nuß zum Fest­ ziehen einer Befestigungseinrichtung, wie etwa einer Schraube oder dergleichen, trägt. Eine Batterie (nicht gezeigt) ist im kraftgetriebenen Werkzeug enthalten, um eine konstante Spannungsquelle vorzusehen, um den Motor 10 über eine Antriebsschaltung 20 mit herkömmlicher Ausbil­ dung zu erregen, die einen Schalttransistor aufweist. Ein Impulsbreitenmodulator (PWM) 21 ist mit der Antriebsschal­ tung 20 verbunden, um den Feldstrom zu ändern, d. h. den Motorstrom, der durch den Motor 10 strömt, um die Drehzahl und das Ausgangs-Drehmoment des Motors 10 unter der Steue­ rung des Zentralreglers 30 einzustellen.

Der Zentralregler 30 ist so vorgesehen, daß er einen drei­ stufigen Festzieh-Zyklus erreicht, um die Schraube festzu­ ziehen, während er die Drehzahl des Motors 10 und den Motorstrom überwacht, und um auch auf der Grundlage ge­ eigneter Eingangsdaten einen Vor-Aufsitz-Zustand zu be­ stimmen, bei dem sich die Schraube unmittelbar vor ihrem Aufsitz befindet. Der Festzieh-Zyklus ist in Fig. 2 ge­ zeigt und umfaßt eine erste Stufe (I), eine zweite Stufe (II) und eine dritte Stufe (III). In der ersten Stufe (I) wird der Motor 10 so angetrieben, daß er mit hoher Dreh­ zahl rotiert, bis die Schraube ihren Vor-Aufsitz-Zustand erreicht, bei dem der Motor 10 veranlaßt wird, am Ende der ersten Stufe (I) sich rasch auf die Drehzahl Null zu ver­ langsamen. Die zweite Stufe (II) folgt unmittelbar und veranlaßt den neuen Start des Motors 10 bei niedriger Drehzahl, bis die Schraube aufsitzt. Die niedrige Drehzahl ist so gewählt, daß sie die Mindest-Drehzahl des Motors 10 ist, um den Stoß beim Aufsitzen so weit wie möglich zu verringern. Dann beginnt die dritte Stufe (III), den Mo­ torstrom allmählich bis zu einer vorbestimmten Stromgrenze zu erhöhen und die Zufuhr des Motorstromes zu unterbre­ chen, nachdem der Motorstrom die Strombegrenzung erreicht hat, wodurch die Schraube mit dem End-Festzieh-Drehmoment festgezogen wird, die in Übereinstimmung mit der Strombe­ grenzung bestimmt ist. Der Zentralregler 30 umfaßt einen Hauptprozessor 31, der für die obige dreistufige Festzieh- Steuerung verantwortlich ist, sowie für die Bestimmung des Vor-Aufsitz-Zustands, wie im einzelnen nachfolgend erör­ tert wird, einen Analog-Digital-Wandler 32, einen Speicher 33 und einen digitalen Eingang/Ausgang 34.

Ein Festzieh-Drehmoment-Eingabeabschnitt 40 ist vorgese­ hen, um einen Analogwert einzugeben, der das endgültige Drehmoment bestimmt, bei dem die Schraube bis zu einem an­ gestrebten, strammen Sitz festgezogen wird. Der Analogwert des End-Festzieh-Drehmoments wird in den Analog-Digital- Wandler 32 eingegeben, wo er in einen entsprechenden Digi­ talwert umgewandelt wird, der die obige Strombegrenzung bezeichnet und im Speicher 33 abgespeichert wird, um im Hauptprozessor 31 für die obengenannte Festzieh-Regelung während der dritten Stufe des Festzieh-Zyklus der Fig. 2 verarbeitet zu werden. In den Analog-Digital-Wandler 32 wird auch ein Signal eingegeben, das die Motortemperatur angibt, die von einem Motor-Temperaturfühler 50 gemessen wird, der innerhalb oder in der Nähe des Motors 10 vorge­ sehen ist. Ferner ist der Motor 10 einem Lage-/Drehzahl- Fühler 51 zugeordnet, der beispielsweise einen Frequenzge­ nerator (FG) aufweist, um die Lage und Winkelgeschwindig­ keit des Motors 10 zu überwachen, und der ein entsprechen­ des Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssignal an einen Dreh­ zahlregler 60 ausgibt, einen Aufsitz-Zustand-Fühler 61 sowie eine Einrichtung 62 zum Errechnen der Umdrehungszahl der Nuß. Der Drehzahlregler 60 vergleicht das Drehzahlsi­ gnal mit einem vorher festgesetzten Drehzahlwert, der vom Zentralregler 30 her eingegeben wird, und gibt ein Rück­ kopplungssignal durch einen Schalter 64 an den Impulsbrei­ tenmodulator 21 ab, um die Motordrehzahl bei einer kon­ stanten Höhe zu halten, die vom vorher festgesetzten Wert bezeichnet ist. Das heißt, der Drehzahlregler 60 empfängt vom Zentralregler 30 den vorher festgesetzten Drehzahl­ wert, der eine hohe Drehzahl während der ersten Festzieh- Stufe (I) und eine Mindest-Drehzahl während der zweiten Festzieh-Stufe (II) bezeichnet, um den Motor 10 wahlweise mit der hohen bzw. niedrigen Drehzahl anzutreiben. Der Aufsitz-Zustand-Fühler 61 erkennt, daß die Schraube auf­ sitzt, wenn das Drehzahl-Signal eine merkliche Verlang­ samung oder Abnahme unter einen vorbestimmten Wert zeigt, und gibt ein Aufsitz-Signal, das eine Aussage über den Aufsitz-Zustand liefert, an den Zentralregler 30 zurück. Das Drehzahl-Signal wird auch der Einrichtung 62 zum Errechnen der Umdrehungszahl der Nuß zugeführt, welche die Anzahl der gemessenen Umdrehungen durch das Untersetzungs­ verhältnis des Untersetzungsgetriebes teilt, um die ent­ sprechende Anzahl von Umdrehungen zu erhalten, die die Nuß erfahren hat, wobei die resultierenden Daten in den Zen­ tralregler 30 eingegeben werden. Die Recheneinheit 62 kann im Zentralregler 30 enthalten sein. Ein Stromfühler 22 wird mit der Antriebsschaltung 20 gekoppelt, um den Motor­ strom zu überwachen, der in der Antriebsschaltung 20 er­ zeugt wird und durch eine Wicklung des Motors 10 strömt, und gibt ein Stromsignal an einen Stromregler 63 ab. Das Stromsignal wird beim Stromregler 63 mit einem Bezugs­ stromwert verglichen, der vom Zentralregler 30 vorgegeben wird, um ein Strom-Rückkopplungssignal an den Impulsbrei­ tenmodulator 21 durch den Schalter 64 abzugeben, um den Motorstrom in einer exakten Entsprechung zum Bezugsstrom­ wert während der dritten Festzieh-Stufe (III) einzuregu­ lieren. Der Bezugsstromwert wird so gesteuert, daß er sich beim Zentralregler 30 so ändert, um entsprechend den Motorstrom zu ändern, wie dies durch die Kurven A, B und C in Fig. 2 bezeichnet ist, und zwar bis hinauf zur vorbe­ stimmten Stromgrenze, wobei die Befestigungseinrichtung bis zu einem angestrebten festen Sitz oder dem endgültigen Festzieh-Drehmoment festgezogen wird, das von der Strombe­ grenzung bestimmt ist. Der vorher festgesetzte Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitswert und der Bezugsstromwert werden jeweils in den Drehzahlregler 60 und in den Stromregler 63 in Analogwerten durch den Digital-Analog-Wandler 65 aus dem Zentralregler 30 eingegeben. Der Schalter 64 arbeitet unter der Steuerung des Zentralreglers 30, so daß er an den Impulsbreitenmodulator 21 nur das Drehzahl-Rückkopp­ lungs-Signal aus dem Drehzahlregler 60 eingibt, bis der Aufsitz-Zustand-Fühler 61 den Aufsitz-Zustand erkennt, d. h. während der ersten und zweiten Stufe der Fig. 2, und geht dazu über, nur das Strom-Rückkopplungs-Signal aus dem Stromregler 63 zu übertragen, nachdem der Aufsitz-Zustand ermittelt wurde.

Das kraftgetriebene Werkzeug umfaßt einen Betriebsarten- Wählschalter 41, um eine der drei Betriebsweisen zu wäh­ len, durch welche der Zentralregler 30 den Vor-Aufsitz- Zustand der Schraube bestimmen kann. Die erste Betriebs­ weise ist die Lern-und-Ausführungs-Betriebsweise, bei wel­ cher eine Musterschraube 1 in die Oberfläche eines Werk­ stücks vom kraftgetriebenen Werkzeug eingeschraubt wird, wie in Fig. 8 gezeigt, um eine Vor-Aufsitz-Länge PL zu bestimmen, bei welcher erwartet wird, daß die Muster­ schraube 1 den Vor-Aufsitz-Zustand erreicht. Zu diesem Zweck zählt die Einrichtung 62 zum Errechnen der Umdre­ hungszahl der Nuß die Anzahl der Umdrehungen, die für die Nuß erforderlich sind, um die Musterschraube 1 bis zum Aufsitz-Zustand festzuziehen, der durch den Aufsitz- Zustand-Fühler 61 erkannt werden kann. Von der auf diese Weise erhaltenen Aufsitz-Umdrehungszahl der Nuß werden mehrere Umdrehungen der Nuß oder weniger abgezogen, um eine Vor-Aufsitz-Umdrehungszahl zu definieren, welche im Speicher 33 abgespeichert wird, weil sie in unmittelbarer Zuordnung zur obigen Vor-Aufsitz-Länge steht, um den Vor- Aufsitz-Zustand bei dem späteren Betrieb beim Festziehen identischer Schrauben in der Oberfläche eines Werkstücks zu beurteilen.

Die zweite Betriebsweise ist die Daten-Eingabe-Betriebs­ weise, bei welcher Daten oder Parameter, die für die beab­ sichtigten Schrauben bekannt sind, bei einem Daten-Einga­ beabschnitt 42 eingegeben werden, und die etwa eine Anzeige über die Steigung P und die effektive Gewindelänge L der Schraube 1 liefern, wie in Fig. 10 gezeigt. Die Daten werden am Hauptprozessor 31 so verarbeitet, daß die Aufsitz-Drehzahl für die Nuß errechnet wird, um die Schraube 1 bis zum Aufsitz-Zustand festzuziehen, und zwar auf der Grundlage der bekannten Zuordnung N = L / P, wobei N die Anzahl der Umdrehungen der Schraube oder der Nuß ist. Die Vor-Aufsitz-Umdrehungszahl wird auch definiert als die so errechnete Aufsitz-Umdrehungszahl minus mehrere Umdrehungen der Nuß oder weniger. Die Aufsitz- und Vor- Aufsitz-Umdrehungszahlen werden im Speicher 33 gespei­ chert, um den Vor-Aufsitz-Zustand bei dem späteren Schraubbetrieb zu beurteilen, wobei die tatsächliche An­ zahl von Umdrehungen der Nuß in Betracht gezogen wird, die am Meßfühler 61 ermittelt wird. Der Zentralregler 30 kann aber auch so ausgebildet sein, daß er tabellarisch gespei­ cherte Gruppen individueller Daten im Hinblick auf unter­ schiedliche Arten von Schrauben aufweist, und zwar so, daß die Daten für die spezielle Schraube einfach dadurch be­ zeichnet werden können, daß man eine Bezeichnungsnummer, ein Bezeichnungssymbol oder dergleichen eingibt, das der beabsichtigten Schraube zugeordnet ist. Um die individuel­ len Daten oder das Bezeichnungssymbol einzugeben, ist das kraftgetriebene Werkzeug an seinem rückwärtigen Ende mit einer Tasteneinrichtung 43 mit einer Anzeige 44 versehen, wie in Fig. 9 gezeigt, die auch verwendet werden kann, um das Festzieh-Drehmoment einzugeben.

Die dritte Betriebsweise ist eine Echtzeit-Meß-Betriebs­ weise, bei der ein Abstandsfühler 45 einen Abstand zwi­ schen dem Nußende des Werkzeugs und einer Werkstück-Ober­ fläche überwacht, in die die Schraube gerade festgezogen wird, um den Vor-Aufsitz-Zustand zu bestimmen, wenn der Abstand bis auf einen vorbestimmten Wert abnimmt, der meh­ reren Umdrehungen der Schraube oder weniger entspricht. Wenn der Vor-Aufsitz-Zustand bestimmt ist, dann gibt der Fühler 45 ein Vor-Aufsitz-Signal an den Zentralregler 30 ab, der darauf so anspricht, daß er ein Stoppsignal an die Antriebsschaltung 20 abgibt, um den Motor 10 zu stoppen. Die Fig. 11 und 12 zeigen einen Abstandfühler 45, der einen Meßstab 46 aufweist, der sich von einem Werkzeugge­ häuse 5 aus parallel zur Nuß erstreckt, sowie einen Minia­ turschalter 47, der im Werkzeuggehäuse 5 enthalten ist. Der Meßstab 46 ist längs seiner Länge im Hinblick auf das Werkzeuggehäuse 5 beweglich so gehalten, daß ein Spaltab­ stand D zwischen dem vorderen, abgelegenen Ende des Meß­ stabes 46 und dem entsprechenden Ende der Nuß 2 einstell­ bar ist. Der Spaltabstand D wird normalerweise so einge­ stellt, daß er eine Länge ist, die dem mehrfachen der Steigung der Schraube oder weniger entspricht, so daß der Vor-Aufsitz-Zustand dann ermittelt wird, wenn das vordere, abgelegene Ende des Meßstabes 46 in Anlage gegen die Werk­ stückoberfläche gelangt, in welche die Schraube fest ein­ geschraubt werden soll. Der Meßstab 46 ist nach vorne durch eine Feder 48 vorbelastet, um den Spalt aufrechtzu­ erhalten, und ist an seinem rückwärtigen Ende mit dem be­ weglichen Kontakt des Schalters 47 durch ein Betätigungs­ glied 49 so gekoppelt, daß das Betätigungsglied 49 den Schalter 47 schließt, wenn der Meßstab 46 gezwungen ist, sich infolge des Anschlags des Meßstabes 46 gegen die Werkstückoberfläche nach hinten zu bewegen, wobei der Schalter 47 das Vor-Aufsitz-Signal an den Zentralregler 30 abgibt, um den Motor 10 zeitweise zu stoppen. Zum Ermit­ teln des Spaltabstands kann ein Linearcodierer anstelle des obenerwähnten Abstandsfühlers benutzt werden.

Es wird nun die Folge der Betriebsvorgänge des angetriebe­ nen Werkzeugs im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 7 erörtert. Es wird zunächst Bezug auf Fig. 4 genom­ men, die ein Flußdiagramm des gesamten Betriebsablaufs des angetriebenen Werkzeugs zeigt. Nach der Erregung des kraftgetriebenen Werkzeugs (START) fordert das System dazu auf, eine der drei obigen Betriebsarten festzusetzen (BETRIEBSART FESTSETZEN). Nach Wahl der Betriebsart schreitet das System voran, um zu überprüfen, welche Be­ triebsart von den drei Betriebsarten gewählt ist, und einen der entsprechenden Betriebsabläufe A, B, C der gewählten Betriebsarten fertigzustellen. Jede der drei Betriebsarten kann als Standard-Betriebsart gespeichert werden, so daß das System den "BETRIEBSART FESTSETZEN"- Schritt überspringt, um den Betriebsablauf der Standard- Betriebsart zu vervollständigen, soweit nicht die Be­ triebsart geändert werden soll. Nach Fertigstellung des Betriebsablaufs der einzelnen Betriebsart geht das System zurück auf den "BETRIEBSART FESTSETZEN"-Schritt.

Wenn die Lern-und-Ausführ-Betriebsart gewählt ist, dann geht das System auf den Betriebsablauf A über, wie im Flußdiagramm der Fig. 5 gezeigt, worin ein Initiierungs­ schritt 100 zuerst vorgenommen wird, um die Steuerschal­ tung des angetriebenen Werkzeugs zurückzustellen bzw. in Ausgangsstellung zu bringen, und das System wartet dann, bis es ein Fertig-Signal empfängt, das aussagt, daß das kraftgetriebene Werkzeug betriebsbereit ist (Schritt 101). Nachdem das Fertig-Signal empfangen wurde, erkennt das System, daß das System betriebsbereit ist (Schritt 102), und fragt ab, welche von Lern-Betriebsart und Ausführ- Betriebsart bezeichnet wird (Schritt 103). Wenn die Lern- Betriebsart bezeichnet wird (Schritt 104), dann versetzt der Zentralregler 30 einen internen Zähler in Bereit­ schaft, um die Anzahl von Umdrehungen der Nuß zu zählen (Schritt 105), und veranlaßt den Motor 10, mit der Drehung zum Festziehen der Musterschraube 1 in die Werkstückfläche zu beginnen (Schritt 106). Das Festziehen wird vorgenom­ men, bis das Aufsitz-Signal von dem Aufsitz-Zustand-Fühler 61 als Ergebnis des Umstandes empfangen wird, daß die Motordrehzahl entsprechend der Messung unter einen vorbe­ stimmten Wert abfällt (Schritt 107). Wenn das Aufsitz- Signal empfangen wird, dann erkennt der Regler 30, daß die Schraube aufsitzt, und stoppt den Motor 10 (Schritt 108). Bei diesem Ereignis spricht der Regler 30 darauf an, die Anzahl von Umdrehungen der Nuß abzulesen, die im Zähler aufgelaufen ist (Schritt 109), und bestimmt die Vor-Auf­ sitz-Umdrehungszahl, welche der gezählte Wert ist, der die Umdrehungszahl der Nuß bezeichnet, minus ein vorher fest­ gesetzter Wert, der mehreren Umdrehungen der Nuß oder weniger entspricht (Schritt 110). Die so erhaltene Vor- Aufsitz-Umdrehungszahl oder der entsprechende Wert wird im Speicher 33 abgespeichert (Schritt 111), um die Lern- Betriebsart fertigzustellen, wonach das System auf den Schritt 101 zurückkehrt, um wiederum auf das Fertig-Signal zu warten. Wenn nachfolgend der Schritt 104 erreicht wird und statt dessen die Ausführ-Betriebsart gewählt wird, geht der Betriebsablauf zu einer Ausführ-Betriebsart über, wo­ bei er mit einem Schritt 120 beginnt, der zur Eingabe eines gewünschten End-Festzieh-Drehmoments auffordert, das bei dem Vorgang erreicht werden soll, um einen entspre­ chenden Strom-Begrenzungspegel zu erhalten, der im Spei­ cher 33 abgespeichert und an den Stromregler 63 abgegeben wird (Schritt 121). Dann liest der Regler 30 die Vor-Auf­ sitz-Umdrehungsanzahl aus dem Speicher 33 ab (Schritt 122), gibt diese in einen Zähler (Schritt 123), und beginnt mit der Drehung des Motors 10 (Schritt 124), um die Schraube in die Werkstückfläche hinein festzuziehen. Gleichzeitig beginnt der Zähler, die Vor-Aufsitz-Umdre­ hungszahl schrittweise um die Anzahl der Umdrehungen der Nuß zu verringern, die vom Rechner 62 erhalten wird (Schritt 125). Dementsprechend wird der Motor 10 so ange­ trieben, daß er ständig bei der hohen Drehzahl unter der Steuerung des Drehzahlreglers 60 rotiert, um die Schraube festzuziehen, bis der Zähler schrittweise auf Null abge­ nommen hat, was anzeigt, daß die Befestigungseinrichtung bis zum Vor-Aufsitz-Zustand festgezogen ist. Nachdem der Zähler schrittweise bis auf Null abgenommen hat (Schritt 126), gibt der Zentralregler 30 das Stoppsignal ab, um den Motor 10 zu stoppen (Schritt 127), und wartet eine kurze Zwischenzeit (Schritt 128), bevor der Motor 10 wieder ge­ startet wird (Schritt 129). Zu diesem Zeitpunkt wird der Motor 10 wiederum vom Drehzahlregler 60 angetrieben, und zwar bei der Mindest-Drehzahl, bis das Aufsitz-Signal vom Aufsitz-Zustand-Fühler 61 empfangen wird (Schritt 130). Infolge dieses Ereignisses übernimmt es der Motorregler 63, schrittweise bzw. allmählich den Motorstrom zu erhö­ hen, um dementsprechend das Ausgangs-Drehmoment des Motors 10 auf vorbestimmte Weise bis zur Stromgrenze hinauf zu erhöhen, die im Speicher 33 abgespeichert ist (Schritt 131), um die Schraube nach dem Aufsitz-Zustand noch weiter festzuziehen. Wenn die Strombegrenzung erreicht ist, dann weist der Zentralregler 30 den Motorstrom an, an der Strombegrenzung für einen vorbestimmten, kurzen Zeitzwi­ schenraum noch weiter zu fließen (Schritt 132) und schließlich den Motor 10 zu stoppen (Schritt 133), um die Ausführ-Betriebsart beim Festziehen der Schraube bis auf einen gewünschten strammen Sitz fertigzustellen, der vom End-Festzieh-Drehmoment bestimmt ist.

Wenn die Daten-Eingabe-Betriebsart gewählt wird, dann geht das System auf den Betriebsablauf B der Fig. 6 über, der mit demselben Initiierungsschritt 200 beginnt, um die Steuerschaltung des kraftgetriebenen Werkzeugs in die Aus­ gangsstellung zu versetzen, und fordert die Eingabe der Daten oder Parameter der beabsichtigten Schrauben an (Schritt 201). Nachdem er das Ende der Dateneingabe er­ kannt hat (Schritt 202), errechnet der Zentralregler 30 aus den Eingangsdaten die Vor-Aufsitz-Umdrehungszahl, die erforderlich ist, daß die Schraube bis zum Vor-Aufsitz- Zustand festgezogen wird, und speichert die errechnete Umdrehungszahl (Schritt 203). Dann wartet das System, bis es ein Fertig-Signal empfängt, das anzeigt, daß das kraft­ getriebene Werkzeug betriebsbereit ist (Schritt 204). Nachdem das Fertig-Signal empfangen wurde, erkennt das System, daß das System betriebsbereit ist (Schritt 205), und fordert die Eingabe des gewünschten End-Festzieh-Dreh­ moments an (Schritt 206). Die Eingabe des Festzieh-Drehmo­ ments wird verarbeitet, um ein entsprechendes Strom- Begrenzungsniveau zu erhalten, das an den Stromregler 63 gegeben wird (Schritt 206). Nachfolgend folgt das System den Schritten 207 bis 219, die identisch sind mit den Schritten 121 bis 133, die beim Betrieb in der Lern-/Aus­ führ-Betriebsart der Fig. 5 erörtert sind.

Wenn die Echtzeit-Abstand-Meß-Betriebsart gewählt wird, geht das System auf den Betriebsablauf C der Fig. 7 über und nimmt eine Initiierung oder Rückstellung der Steuer­ schaltung des angetriebenen Werkzeugs vor (Schritt 300). Nachfolgend wartet das System, bis es ein Fertig-Signal empfängt, das anzeigt, daß das kraftgetriebene Werkzeug betriebsbereit ist (Schritt 301). Nachdem das Fertig- Signal empfangen wurde, erkennt das System, daß das System betriebsbereit ist (Schritt 302), und fordert die Eingabe eines gewünschten End-Festzieh-Drehmoments an (Schritt 303). Die Eingabe des Festzieh-Drehmoments wird verarbei­ tet, um ein entsprechendes Strom-Begrenzungsniveau zu er­ halten, das an den Stromregler 63 abgegeben wird (Schritt 304). Nachher wird es dem Motor 10 gestattet, anzulaufen (Schritt 305), und er wird konstant mit der hohen Drehzahl unter der Steuerung des Drehzahlreglers 60 betrieben, bis das Vor-Aufsitz-Signal vom Abstandsfühler 45 empfangen wird. Nach dem Empfangen des Vor-Aufsitz-Signals (Schritt 306) spricht der Zentralregler 30 so an, daß er ein Stopp­ signal abgibt, um den Motor 10 zu stoppen (Schritt 307), und er wartet einen kurzen Zeitzwischenraum (Schritt 308), bevor der Motor 10 erneut gestartet wird (Schritt 309). Zu diesem Zeitpunkt wird der Motor 10 wieder vom Drehzahlreg­ ler gesteuert, um mit der Mindest-Drehzahl zu rotieren, bis das Aufsitz-Signal vom Aufsitz-Zustand-Meßfühler 61 empfangen wird (Schritt 310). Nachfolgend folgt das System den Schritten 311 bis 313, die identisch sind den Schrit­ ten 131 bis 133, die beim Betrieb in der Lern-/Ausführ- Betriebsart der Fig. 5 erörtert sind.

Der Festziehvorgang, der den obigen drei Betriebsarten gemeinsam ist, wird detaillierter unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erörtert. Kurz nach dem Anlaufen gelangt der Motor 10 in den Betrieb mit hoher Drehzahl und wird vom Drehzahlregler gesteuert, um die Drehung mit hoher Dreh­ zahl aufrechtzuerhalten, bis das Stoppsignal vom Zentral­ regler 30 infolge des Umstands ausgegeben wird, daß die Schraube bis zum Vor-Aufsitz-Zustand festgezogen ist. Bei diesem Ereignis wirkt der Drehzahlregler 30 auf den Impulsbreitenmodulator 21 ein, um zeitweise den Motor 10 während einer Übergangsperiode am Ende der ersten Stufe (I) zu stoppen, wo der Motor mit einem Bremsstrom konfron­ tiert wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Unmittelbar nachdem der Motor 10 angehalten hat, geht die Steuerung auf die zweite Stufe (II) über, in der der Motor 10 erneut gestartet wird und mit einer Drehung mit der Mindest-Drehzahl angetrieben wird, bis das Aufsitz-Signal vom Aufsitz-Zustand-Meßfühler 61 als Ergebnis des Umstands empfangen wird, daß die Schraube tatsächlich aufsitzt. Auch während der zweiten Stufe (II) ist der Drehzahlregler 60 dafür verantwortlich, den Motor 10 so zu steuern, daß er konstant mit der Min­ dest-Drehzahl rotiert, die vom Zentralregler 30 vorbe­ stimmt ist. Nachdem die Schraube aufgesessen ist, geht die Steuerung auf die dritte Stufe (III) über, in der der Stromregler 63 statt des Drehzahlreglers 60 in Betrieb gebracht wird, um den Motorstrom zu erhöhen, und zwar mit dem Bedienen des Umschaltvorganges des Schalters 64 zum Anschluß des Impulsbreitenmodulators 21 an den Stromregler 63 und vom Drehzahlregler 60 her. In dieser Stufe (III) wird der Motorstrom so gesteuert, daß er zunächst für einen kurzen Zeitraum im wesentlichen bei einem Null-Pegel gehalten wird, und daß er allmählich mit einer konstanten Zunahmegeschwindigkeit bis zur Stromgrenze zunimmt, die vom Zentralregler 30 bestimmt wurde und die mit dem End- Festzieh-Drehmoment übereinstimmt, wie in Fig. 2 gezeigt. Nach Erreichen der Stromgrenze wird der Motorstrom dort für einen gewissen kurzen Zeitraum gehalten, um hierbei die Schraube exakt bei dem gewünschten End-Festzieh-Dreh­ moment bis zum entsprechenden strammen Sitz festzuziehen, wonach der Zentralregler 30 so anspricht, daß er den Motorstrom unterbricht, um den Festziehvorgang fertigzu­ stellen.

Es sollte in diesem Zusammenhang vermerkt werden, daß der Zentralregler 30 imstande ist, den Motorstrom mit unter­ schiedlichen Geschwindigkeiten A, B und C zu erhöhen, um dementsprechend das Drehmoment zu erhöhen, wie in Fig. 2 gezeigt, und zwar so, daß die Schraube bis zu unterschied­ lich strammem Sitz innerhalb eines im wesentlichen kon­ stanten Zeitraums festgezogen werden kann. Es ist somit möglich, die Zyklen zum Festziehen der Schrauben bei unterschiedlichem Drehmoment aneinander anzugleichen, um hierbei die Bequemlichkeit bei dem Festziehvorgang zu erhöhen. Zu diesem Zweck ist der Zentralregler 30 so pro­ grammiert, daß er die Geschwindigkeit der Zunahme des Stroms und deshalb auch die Zunahmegeschwindigkeit des Bezugswertes ändert, der in den Stromregler 63 eingegeben wird, und zwar für unterschiedliche Festzieh-Drehmoment- Eingänge, um den Festzieh-Zyklus innerhalb im wesentlichen der jeweils selben Betriebszeit fertigzustellen. Es ist jedoch in gleicher Weise auch möglich, den Motorstrom mit einer festen Geschwindigkeit zu erhöhen, um die Schraube bis zu unterschiedlich strammem Sitz festzuziehen.

Es hat sich herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, wenn der Stromregler für den Motor 10 in der Festzieh-Stufe (III) die Schraube bis zu einem gewünschten strammen Sitz oder Drehmoment T festzieht, welches in guter Übereinstim­ mung mit dem Motorstrom I steht, wie aus der nachfolgenden Zuordnung bekannt ist:

worin k eine Drehmomentkonstante, Φ die Magnetflußdichte, n die Windungszahl des eine Spule des Motors bildenden Drahtes, E die an den Motor angelegte Spannung und R der Widerstand des Drahtes ist. Das heißt, die Motorsteuerung kann mögliche Änderungen im Widerstand des Motors infolge der Temperaturänderung sowohl auch in der Stromquellen­ spannung kompensieren, um eine reproduzierbare Drehmoment­ regelung zu liefern. Nichtsdestoweniger kann sich jedoch Φ mit der Temperatur ändern, was zu einer entsprechenden Änderung im Motor-Ausgangs-Drehmoment T führt. Das heißt, Φ wird mit der Temperaturzunahme abnehmen und hierbei das resultierende Festzieh-Drehmoment senken. Dies ist aus Fig. 3 bekannt, die schematisch Drehmoment-Drehzahl-Cha­ rakteristiken (T-N-Kurven) für den Motor 10 darstellt, wenn er mit einem konstanten Motorstrom, aber bei unter­ schiedlichen Motortemperaturen angetrieben wird. In der Figur stellt eine ausgezogene Linie eine T-N-Kurve bei 0°C und eine gestrichelte Linie T-N-Kurven bei erhöhten Tempe­ raturen dar, d. h. bei 30°C, 50°C bzw. 80°C. Um die tempe­ raturabhängige Änderung im Ausgangs-Drehmoment zu vermei­ den und eine besonders zuverlässige Drehmomentsteuerung zu erhalten, ist der Zentralregler 30 so ausgebildet, daß er die Motortemperatur bei dem Temperaturfühler 50 überwacht, die Motortemperatur in Korrelation zur Magnetflußdichte Φ setzt und den Motorstrom zum Ausgleich für die Verringe­ rung der Magnetflußdichte Φ erhöht, und zwar auf der Grundlage der Zuordnung zwischen der Motortemperatur und der Magnetflußdichte. Die Zunahme des Motorstromes ist jedoch bis auf ein solches Niveau begrenzt, daß sie keinen kritischen Temperaturanstieg im Motor herbeiführt. Ein ähnlicher Ausgleich kann zum Steuern der Drehzahl des Motors 10 während der Festzieh-Stufen (I) und (II) durch geeignete Einstellung der Spannung angewandt werden, die an den Motor 10 angelegt wird.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die vorlie­ gende Erfindung erfolgreich bei der Benutzung zum Festzie­ hen von Schrauben, Muttern und derlei ähnlichen Befesti­ gungselementen herangezogen werden kann, und zwar ohne oder mit geeigneter Abwandlung.

Die Erfindung betrifft ein kraftgetriebenes Werkzeug mit einem Gleichstrommotor 10, um eine Befestigungseinrich­ tung, wie eine Schraube oder Schraubenmutter, durch drei aufeinanderfolgende Stufen hindurch festzuziehen. In der ersten Stufe wird der Motor 10 mit einer hohen Drehzahl zum Festziehen der Schraube bis zu einem Vor-Aufsitz- Zustand gedreht, der vom Werkzeug erkannt wird. Dann wird der Motor 10 zeitweise gestoppt und bei niedriger Drehzahl erneut gestartet, um die Schraube bis zu ihrem Aufsitz- Zustand festzuziehen, um die zweite Stufe fertigzustellen. In der dritten Stufe wird eine solche Steuerung vorgenom­ men, daß der Feldstrom geregelt durch ständiges Überwachen des Feldstromes, der durch den Motor 10 fließt, bis zu einer vorbestimmten Strombegrenzung konstant zunimmt, da diese unmittelbar dem beabsichtigten Festzieh-Drehmoment zugeordnet ist, bei welchem die Schraube nach dem Aufsitz- Zustand festgezogen werden soll. Nachdem der Feldstrom die Strombegrenzung erreicht hat, wird der Motor 10 gestoppt, um den Festzieh-Zyklus zu vervollständigen. Durch Überwa­ chung des Feldstromes während der dritten Stufe zum Regeln des Feldstromes ist es möglich, das End-Festzieh-Drehmo­ ment, das mit dem Feldstrom in einem im wesentlichen un­ mittelbaren Verhältnis steht, genau zu bestimmen, so daß sichergestellt ist, daß die Schraube genau bis zum ge­ wünschten End-Drehmoment festgezogen ist. Das Werkzeug ist auch imstande, den Feldstrom mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bis zu Stromgrenzen unterschiedlicher Werte innerhalb eines konstanten Zeitraumes zu erhöhen, so daß das Festziehen der Schraube innerhalb im wesentlichen desselben Zeitraumes fertiggestellt wird, ungeachtet den unterschiedlichen Erfordernissen für das End-Festzieh- Drehmoment.

Claims (9)

1. Kraftgetriebenes Werkzeug, das imstande ist, eine mehrstufige Festzieh-Drehmoment-Steuerung zu bewirken, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• - ein Gleichstrommotor (10) mit einer Motor-Abtriebswelle, die betrieblich mit einer Antriebsnuß (2) verbunden ist, um eine Befestigungseinrichtung, wie etwa eine Schraube und eine Mutter, festzuziehen, wobei der Motor eine solche Charakteristik aufweist, daß das Ausgangs-Drehmoment mit einer Zunahme im Feldstrom erhöht wird, der durch den Motor eingespeist wird,
• - eine Spannungsquelle, die eine Spannung zum Antrieb des Motors anlegt,
• - eine Drehgeschwindigkeits-/Umdrehungszahl-Meßeinrich­ tung, die die Drehgeschwindigkeit und die Umdrehungszahl des Motors mißt,
• - eine Antriebseinrichtung (20), die zum Antreiben des Motors angeschlossen ist, um dessen Drehzahl und Drehmo­ ment zu ändern,
• - eine Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (60), die die Antriebseinrichtung so steuert, daß sie wahlweise den Motor mit hoher und niedriger Drehzahl zum Festziehen der Befestigungseinrichtung drehen läßt,
• - eine Strom-Meßeinrichtung, die den Feldstrom überwacht, der durch den Motor strömt, um ein Rückkopplungssignal zu liefern,
• - eine Strom-Steuereinrichtung (63), die eine Steuerung zum Ändern des Feldstroms auf der Grundlage des Rückkopp­ lungssignals durchführt, um dementsprechend das Ausgangs- Drehmoment des Motors zu ändern,
• - eine Vor-Aufsitz-Beurteilungseinrichtung, die den Vor- Aufsitz-Zustand bestimmt, in welchem die Befestigungsein­ richtung sich gerade vor dem Aufsitzen befindet, und die ein Vor-Aufsitz-Signal bildet, das den Vor-Aufsitz-Zustand anzeigt,
• - eine Aufsitz-Meßeinrichtung (61), die den Aufsitz- Zustand ermittelt, in dem die Befestigungseinrichtung tatsächlich aufsitzt, und die ein Aufsitz-Signal liefert, das den Aufsitz-Zustand anzeigt,
• - eine Eingabeeinrichtung, die imstande ist, ein endgülti­ ges Festzieh-Drehmoment festzusetzen, bei dem die Befesti­ gungseinrichtung noch über den Aufsitz-Zustand hinaus festgezogen werden soll, und die das endgültige Festzieh- Drehmoment speichert, das unmittelbar einem entsprechenden Grenzstrom für den Feldstrom zugeordnet ist, der durch den Motor strömt, und
• - eine Zentral-Steuereinrichtung (30), die wahlweise die Drehzahl-Steuereinrichtung und die Strom-Steuereinrichtung aktiviert, wobei die Zentral-Steuereinrichtung es bewirkt, zunächst die Drehzahl-Steuereinrichtung auf eine solche Weise zu aktivieren, daß der Motor mit der genannten hohen Drehzahl angetrieben wird, in Abhängigkeit von dem Vor- Aufsitz-Signal gestoppt wird und bei der niedrigen Dreh­ zahl erneut gestartet wird, wobei die Zentral-Steuerein­ richtung auf das Aufsitz-Signal anspricht und dann die Strom-Steuereinrichtung anstelle der Drehzahl-Steuerein­ richtung auf eine solche Weise aktiviert, daß der Motor durch rückgekoppelte Zunahme des Feldstromes mit einer geeigneten Zunahmegeschwindigkeit bis zum Grenzstrom gesteuert wird, um die Befestigungseinrichtung über den Aufsitz-Zustand hinaus mit dem genannten End-Festzieh- Drehmoment festzuziehen, das durch den Grenzstrom bestimmt ist, und wobei die Zentral-Steuereinrichtung die Strom- Steuereinrichtung so betreibt, daß sie die Zufuhr des Feldstromes abbricht, nachdem der Feldstrom den Grenzstrom erreicht hat, wodurch der Motor gestoppt wird.

2. Kraftgetriebenes Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentral-Steuerein­ richtung (30) eine Einrichtung aufweist, die imstande ist, den Feldstrom mit unterschiedlichen Zunahmegeschwindigkei­ ten bis zu den Grenzströmen mit unterschiedlichen Werten innerhalb eines konstanten Zeitraumes zu erhöhen, um das Festziehen der Befestigungseinrichtung innerhalb im wesentlichen desselben Zeitraumes fertigzustellen, unge­ achtet der unterschiedlichen Erfordernisse für das endgül­ tige Festzieh-Drehmoment.

3. Kraftgetriebenes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner gekennzeichnet durch einen Temperaturfühler, der die Temperatur des Motors mißt und einen Ausgang über die gemessene Temperatur liefert, der diese anzeigt, wobei die Zentral-Steuereinrichtung (30) eine Ausgleichseinrichtung umfaßt, die in Abhängigkeit vom Temperaturausgang den Feldstrom unter Ausgleich der Ände­ rung in der Magnetflußdichte eines magnetischen Kreises des Motors einstellt, um hierdurch ein kontinuierliches Festzieh-Drehmoment zu liefern, das im wesentlichen unbe­ rührt von möglichen Temperaturänderungen ist.

4. Kraftgetriebenes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner gekennzeichnet durch einen Temperatur-Meßfühler, der die Temperatur des Motors mißt und einen Meßtemperatur-Ausgang liefert, der über diese eine Anzeige liefert, wobei die Zentral-Steuereinrichtung eine Ausgleichseinrichtung umfaßt, die in Abhängigkeit vom Temperaturausgang eine Spannung einstellt, die am Motor aus der Spannungsquelle angelegt wird, und zwar unter Aus­ gleich der Änderung in der Magnetflußdichte eines magneti­ schen Kreises im Motor, um den Motor bei der hohen Dreh­ zahl im wesentlichen unberührt von möglichen Temperaturän­ derungen anzutreiben.

5. Kraftgetriebenes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor-Aufsitz-Beurteilungseinrichtung die folgenden Merkmale aufweist:

• - eine Lerneinrichtung, die wirksam ist, um den Motor (10) zu drehen, um eine Muster-Befestigungseinrichtung bis zu ihrem Aufsitz-Zustand festzuziehen, und die die Aufsitz- Umdrehungsanzahl des Motors abzählt, die erforderlich ist, um die Muster-Befestigungseinrichtung bis zum Aufsitz- Zustand festzuziehen,
• - eine Speichereinrichtung, die eine Vor-Aufsitz-Umdre­ hungszahl speichert, die als die Aufsitz-Umdrehungszahl minus einiger weniger Umdrehungen oder weniger bestimmt ist,
• - eine Löscheinrichtung, die die Lerneinrichtung deakti­ viert, und
• - eine Vergleichereinrichtung, die die tatsächliche Anzahl von Umdrehungen des Motors vergleicht mit der Vor-Aufsitz- Umdrehungsanzahl, um das Vor-Aufsitz-Signal abzugeben, wenn die tatsächliche Umdrehungsanzahl die Vor-Aufsitz- Umdrehungsanzahl erreicht hat.

6. Kraftgetriebenes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor-Aufsitz-Beurteilungseinrichtung die folgenden Merkmale aufweist:

• - eine Dateneingabeeinrichtung (42) zum Eingeben von Daten, die eine Aussage über Steigung und wirksame Gewin­ delänge im Hinblick auf die festzuziehende Befestigungs­ einrichtung liefert,
• - eine Speichereinrichtung, die die Daten speichert,
• - eine Recheneinrichtung, die die Daten verarbeitet, um eine Aufsitz-Umdrehungsanzahl zu erhalten, die erforder­ lich ist, um die Befestigungseinrichtung bis zu ihrem Auf­ sitz-Zustand festzuziehen und um eine Vor-Aufsitz-Umdre­ hungsanzahl zu erhalten, die die errechnete Aufsitz-Umdre­ hungsanzahl minus einiger weniger Umdrehungen oder weniger ist, und
• - eine Vergleichereinrichtung, die eine tatsächliche Um­ drehungsanzahl des Motors (10) mit der Vor-Aufsitz-Umdre­ hungsanzahl vergleicht, um das Vor-Aufsitz-Signal abzuge­ ben, wenn die tatsächliche Umdrehungsanzahl die Vor-Auf­ sitz-Umdrehungsanzahl erreicht hat.

7. Kraftgetriebenes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor-Aufsitz-Beurteilungseinrichtung das folgende Merkmal aufweist:

• - eine Abstands-Meßeinrichtung (45), die den Abstand zwi­ schen dem Nußende der Antriebsnuß (2) und einer Werk­ stückoberfläche mißt, in welche die Befestigungseinrich­ tung fest eingeschraubt werden soll, den Vor-Aufsitz- Zustand bestimmt, wenn der Abstand unter einen vorbestimm­ ten Wert abfällt, und das Vor-Aufsitz-Signal in Abhängig­ keit von dem Vor-Aufsitz-Zustand abgibt, um den Motor (10) zu stoppen.

8. Kraftgetriebenes Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstands-Überwa­ chungseinrichtung (45) ferner die folgenden Merkmale auf­ weist:

• - ein Meßstab (46), der sich parallel zur Antriebsnuß (2) von einem Werkzeuggehäuse (3) aus erstreckt, um mit seinem vorderen, abgelegenen Ende gegen die Werkstückoberfläche anzuliegen, in welche die Befestigungseinrichtung fest eingeschraubt werden soll, wobei der Meßstab relativ zum Werkzeuggehäuse beweglich ist, um den Abstand zwischen dem abgelegenen Ende und einem entsprechenden Ende der Antriebsnuß einzustellen, und wobei der Meßstab bei der Verwendung dazu eingerichtet ist, mit dem genannten abge­ legenen Ende über das entsprechende Ende der Antriebsnuß so hinauszustehen, daß das genannte abgelegene Ende in Anlage gegen die Werkstückoberfläche gelangt, bevor die Befestigungseinrichtung bis zu ihrem Aufsitz-Zustand fest­ gezogen ist, und
• - eine Fühlereinrichtung (47), die die Anlage des Meßsta­ bes gegen die Werkstückoberfläche mißt, um das Vor-Auf­ sitz-Signal zum Stoppen des Motors (10) abzugeben.

9. Kraftgetriebenes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch drei Arten von Vor-Aufsitz-Beurteilungseinrichtungen, wie sie jeweils in den Ansprüchen 5, 6 und 7 definiert sind, und ferner ge­ kennzeichnet durch eine Wähleinrichtung (41), die imstande ist, eine der drei Betriebsarten zu wählen, die entspre­ chend durch die Vor-Aufsitz-Beurteilungseinrichtung der Ansprüche 5, 6 und 7 bewirkt werden soll.