DE4210273C2 - Kraftschrauber mit Drehmomentbegrenzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftschrauber mit Drehmomentbegrenzung, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Ein derartiger Kraftschrauber ist aus der DE 35 00 714 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Kraftschrauber führen Einschaltspitzen im Lastkreis des Elektromotors sowie während des Betriebes, z. B. beim Umschalten des Betriebes, auf andere Betriebsverhältnisse, zu Fehlfunktionen der automatischen Drehmomentschaltung.

Die DE 32 22 065 A1 zeigt ebenfalls ein elektrisches Handwerkszeug beispielsweise in Form eines Schraubers, bei dem eine Schaltung zur Drehzahleinstellung sowie zur Drehmomentbegrenzung vorgesehen ist. Die Drehmomentbegrenzung ist dabei nur in einer Richtung wirksam und wird über eine Kippstufe mit zwei stabilen Zuständen bewirkt, deren Ausgangssignal der Phasenkontrollschaltung in Form der Drehzahlsteuerungsschaltung zugeführt wird. Der bistabilen Kippstufe wird eine dem Drehmoment proportionale Spannung als Istsignal zugeführt. Erreicht dieses Istsignal einen einstellbaren Schwellenwert, so wechselt die Kippstufe aus dem ersten in den zweiten stabilen Zustand, woraufhin die Drehzahlsteuerschaltung den Triac 6 und den Motor ausschaltet. Das im Lastkreis gemessene Istsignal gelangt dabei über eine Gleichrichterschaltung mit einem Kondensator 22 an einen der beiden Eingänge der bistabilen Kippstufe. Durch den Kondensator 22 erfolgt stets eine Glättung des Istsignals, wodurch das im Lastkreis abgegriffene Istsignal verfälscht wird. Da bei einem weiten Einstellbereich die Einschaltstromspitze sehr viel größer sein kann als das eigentliche Meßsignal, das zur Abschaltung führen soll, ist die Verfälschung des Meßsignals wegen der durch die Einschaltspitze vorgegebenen Dimensionierung der Glättungsschaltung außerordentlich stark. Will man andererseits die starke Verfälschung des Meßwertes nicht in Kauf nehmen, so wird der Abschaltwert sehr stark nach kleinen Werten hin begrenzt. Eine gute Anpassung an die in der Regel sehr viel weniger gewichtigen Spannungsspitzen während des Betriebs nach der Einschaltung ist bei diesem Kraftschrauber nicht möglich.

Eine weitere elektrische Drehmomentbegrenzungsschaltung ist in der DE-OS 15 88 032 beschrieben. Bei dieser bekannten Begrenzungsschaltung ist eine monostabile Steuerschaltung vorgesehen, die nach jeder Ausschaltung eine verzögerte Einschaltung selbsttätig bewirkt. Spannungsspitzen werden mittels eines Kondensators und gegebenenfalls zusätzlicher Siebglieder ausgefiltert. Auch hierbei wird durch den Kondensator bzw. die zusätzlichen Siebglieder das abgegriffene Meßsignal bzw. der Istwert verfälscht, und es ergeben sich vergleichbare Probleme wie bei der Begrenzungsschaltung gemäß der Entgegenhaltung 1.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kraftschrauber der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß Einschaltspitzen bei der Inbetriebnahme des Kraftschraubers nicht zu einer Fehlfunktion der Drehmomentschaltung führen und daß auf einfache Art auch ein störender Einfluß von kurzzeitigen Lastspitzen ausgeschaltet werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die einstellbare Austastung des Istsignals bei der Inbetriebnahme des Kraftschraubers wird auf einfache Art der störende Einfluß von Einschaltspitzen vermieden. Die Zeit kann dabei auf eine Mindestzeit eingestellt werden, damit die Drehmomentabschaltung möglichst bald in Funktion treten kann.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Bezugssignal an einem Potentiometer abgreifbar ist, das von einer netzgespeisten Versorgungsquelle gespeist ist, während für die Gewinnung des Istsignals vorgesehen ist, daß das Istsignal an einem niederohmigen Widerstand im Lastkreis des Elektromotors ableitbar und über eine Lastdetektorschaltung und eine einstellbare Einschaltverzögerungsschaltung der Vergleichsschaltung zuführbar ist.

Um auch Lastspitzen während des Betriebes sicher zu eliminieren, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, daß das verzögert wirksam werdende Istsignal über eine frequenzabhängige Bewertungsschaltung, die die hohen Frequenzen, d. h. kurzzeitige Spitzen im Istsignal, unterdrückt, der Vergleichsschaltung zuführbar ist. Die Bewertungsschaltung ist dabei vorzugsweise als Tiefpaß ausgebildet, der aus dem Spektrum der Lastspitzen nur die niederfrequenten Anteile durchläßt und so das Istsignal entsprechend frequenzabhängig dämpft. Das der Vergleichsschaltung zugeführte Istsignal enthält dann keine Lastspitzen mehr, die zu einer Fehlfunktion der Drehmomentabschaltung führen könnten.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Das Blockschaltbild zeigt einen Elektromotor M, der in der Drehrichtung umschaltbar ist und so in Schraub- und Entschraubrichtung betreibbar ist. In den Lastkreis des Elektromotors M ist als Steuerelement ein Thyristor Th eingeschleift sowie ein niederohmiger Meßwiderstand R. Der Thyristor Th wird von einer Phasenkontrollschaltung PC gesteuert, wobei der Stromflußwinkel verändert wird. Eine derartige Ansteuerung des Steuerelementes ist als Phasenanschnittsteuerung bekannt. Eine Lastdetektorschaltung LD erfaßt den Laststrom als Spannungsabfall. Der Lastdetektorschaltung ist eine Lastkompensationsschaltung LK nachgeschaltet, die die Phasenkontrollschaltung PC so ansteuert, daß bei zunehmender Last und der damit fallenden Drehzahl dem entgegengewirkt wird. Durch Verschiebung der Zündzeitpunkte veranlaßt die Phasenkontrollschaltung PC eine Vergrößerung des Stromflußwinkels. Die Phasenkontrollschaltung PC wird zudem über eine Netzkontrollschaltung NK angesteuert. Bei erhöhter Netzwechselspannung würde bei gleichbleibendem Stromflußwinkel dem Elektromotor M eine höhere Energie zugeführt. Dadurch würde die Drehzahl bzw. die Leistung ansteigen. Die Netzkontrollschaltung NK veranlaßt eine Veränderung des Zündzeitpunktes in der Weise, daß der Stromflußwinkel bei Erhöhung der Netzwechselspannung verkleinert wird und umgekehrt.

Eine Grundeinstellungsschaltung GE steuert die Phasenkontrollschaltung PC so, daß ein definierter Zündzeitpunkt und damit Stromflußwinkel vorgegeben ist. Die Einstellung erfolgt über ein Potentiometer Rp1, das von einer netzgespeisten Versorgungsquelle PS gespeist wird. Damit wird eine Leerlaufdrehzahl für den Elektromotor M vorgegeben, die z. B. 2/3 der Maximaldrehzahl betragen kann.

Mit einem Netzschalter NS wird die Versorgungsspannung an den Lastkreis des Elektromotors M angelegt. Der elektronische Betriebsschalter BS wird beim Einschalten des Netzschalters NS immer in Selbsthaltung gebracht. Nach dem Auslösen des Betriebsschalters BS und weiterhin eingeschalteten Netzschalter NS kann der Betriebsschalter BS erst durch Aus- und Einschalten des Netzschalters NS eingeschaltet werden. Ein Spannungsdetektor SD garantiert, daß beim Abschalten des Netzschalters NS oder bei kurzen Unterbrechungen der Netzwechselspannung alle Funktionsgruppen, insbesondere die Phasenkontrollschaltung PC, in ihren Ausschaltzustand versetzt werden, so daß bei neuer Inbetriebnahme ein definierter Einschaltzustand gegeben ist.

Die Lastdetektorschaltung LD liefert auch ein der vorherrschenden Last entsprechendes Istsignal, das jedoch über eine Austastschaltung EV eine Zeit vz ausgetastet und dann erst einer Vergleichsschaltung VS zugeführt wird. Die Zeit vz ist vorzugsweise einstellbar, damit sie nur so gewählt werden kann, daß die Einschaltspitzen des Laststromes sicher unterdrückt sind, die Vergleichsschaltung VS aber möglichst bald mit der Überwachung auf das Abschaltdrehmoment beginnen kann. Die Versorgungsquelle PS speist ein Potentiometer Rp2, an dem ein dem gewünschten Abschaltdrehmoment entsprechendes Bezugssignal Bs eingestellt wird. Erreicht das Istsignal Is den Wert des Bezugssignals Bs, dann spricht die Vergleichsschaltung VS an und löst den Betriebsschalter BS aus. Der Kraftschrauber ist damit ausgeschaltet.

Treten während des Betriebes, z. B. bei Umschaltung der Drehzahl, weitere Lastspitzen auf, dann können diese von der Vergleichsschaltung VS mit einer frequenzabhängigen Bewertungsschaltung, z. B. einem Tiefpaß TP ferngehalten werden. Die kurzen Lastspitzen haben einen großen Anteil an hohen Frequenzen im Spektrum. Der Tiefpaß läßt nur den niederfrequenten Anteil, d. h. den durch die normale Laständerung bedingten Anteil im Istsignal Is durch. Während des Betriebes auftretende Lastspitzen beeinflussen daher die Drehmomentabschaltung auch nicht.

Claims (5)

1. Kraftschrauber mit Drehmomentbegrenzung, mit einem Elektromotor (M) als Antriebseinheit und einem nachgeschalteten Getriebe mit einer Antriebswelle und einer Ausgangswelle zum Aufstecken einer Schlüsselnuß oder dgl. und mit einem Einstellpotentiometer (Rp2) für ein gewünschtes Abschaltdrehmoment, wobei im elektrischen Lastkreis des Elektromotors ein Steuerelement zur Steuerung des Stromflußwinkels (Phasenanschnittsteuerung) liegt und das Steuerelement mit einer Phasenkontrollschaltung (PC) verbunden ist, die ausgehend von einer vorgebbaren Grundeinstellung den Stromflußwinkel in Abhängigkeit von der Größe der Last des Elektromotors und Schwankungen der Netzwechselspannung verändert, wobei die Versorgungsspannung mittels eines Netzschalters (NS) ein- und ausschaltbar ist, und wobei ein dem Abschaltdrehmoment entsprechendes Bezugssignal (Bs) und ein der vorherrschenden Last entsprechendes Istsignal (Is) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Betriebsschalter (BS) von einer Vergleichsschaltung (VS) ansteuerbar ist, der das Bezugssignal (Bs) und das Istsignal (Is) zuführbar sind,
daß nur beim Einschalten des Netzschalters (NS) der Betriebsschalter (BS) in Selbsthaltung gebracht wird, das Istsignal (Is) eine definierte Zeit (vz) mittels einer Austastschaltung (EV) ausgetastet wird und danach der Vergleichsschaltung (VS) zuführbar ist,
daß die Vergleichsschaltung (VS) bei Gleichheit von Bezugssignal (Bs) und Istsignal (Is) den Betriebsschalter (BS) auslöst und
daß nach dem Auslösen des Betriebsschalters (BS) dieser nur durch Aus- und Einschalten des Netzschalters (NS) wieder eingeschaltet werden kann.

2. Kraftschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal (Bs) an einem Potentiometer (Rp2) abgreifbar ist, das von einer netzgespeisten Versorgungsquelle (PS) gespeist ist.

3. Kraftschrauber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Istsignal (Is) an einem niederohmigen Widerstand (R) im Lastkreis des Elektromotors (M) ableitbar ist, und über eine Lastdetektorschaltung (LD) und die daran angeschlossene Austastschaltung (EV) der Vergleichsschaltung (VS) zuführbar ist, und daß die Austastzeit einstellbar ist.

4. Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Istsignal (Is) nach der Austastung über eine frequenzabhängige Bewertungsschaltung, die die hohen Frequenzen, d. h. kurzzeitige Spitzen, im Istsignal unterdrückt, der Vergleichsschaltung (VS) zuführbar ist.

5. Kraftschrauber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewertungsschaltung ein Tiefpaß (TP) eingesetzt ist.