DE4243069C2 - Impulswerkzeug, insbesondere Impulsschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Impulswerkzeug, insbesondere Im­ pulsschrauber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere betrifft die Erfindung durch Druckluft angetrie­ bene Impulsschrauber zur Aufnahme von Schraubwerkzeugen.

Derartige Impulsschrauber sind mit einem von Druckluft ge­ speisten Antriebsmotor ausgerüstet, der eine Abtriebswelle antreibt, die das Werkzeug, insbesondere das Schraubwerkzeug, trägt. Zur Sicherung einer bestimmten Qualität der Schraub­ verbindung wird das Drehmoment während des Schraubvorgangs ermittelt und mit einem der gewünschten Qualität der Schraub­ verbindung entsprechenden Sollwert verglichen. Sobald dieser Sollwert des Drehmoments erreicht wird, erfolgt die Abschal­ tung des Schraubers. Hierzu ist der Schrauber mit einer Ein­ richtung zur Drehmomenterfassung versehen. Im einzelnen ist im Gehäuse des Schraubers eine Meßelektronik untergebracht, mit der über elektrische Leitungen ein Dehnungsmeßstreifen auf der Abtriebswelle befestigt ist. Die digitalen Ausgangssignale der Messelektronik können hierbei auf einem gehäusefesten optoe­ lektronischen Empfänger, etwa einem Fototransistor, übertragen werden, dessen Aus­ gangssignale in einer Aufbereitungsschaltung aufbereitet und über Signalleitungen zu einer extern angeordneten Mess- und Steuerelektronik übertragen werden. Dort erfolgt der Vergleich des ermittelten Drehmoments mit dem Sollwert, so dass bei Erreichen des Sollwerts ein Signal zum Ausschalten eines in dem Druckluftzufuhrkanal angeordneten Ventils gegeben wird.

Derartige drehmomentgesteuerte Impulsschrauber haben sich in der Praxis bewährt. Allerdings kann es bei Fehlern des Impulsschraubers selbst oder bei einem Fressen der Schraubverbindung erfolgen, dass der Sollwert des Drehmoments bereits nach einer geringen Anzahl von Impulsen erreicht wird, mithin der Schrauber abgeschaltet und der den Schrauber betätigenden Person das Erreichen des vorgegebenen Drehmoments angezeigt wird. Gleichwohl entspricht die erzielte Schraubverbindung nicht der er­ wünschten Qualität.

In der DE 41 18 595 A1 wird ein Prüfgerät zum Überprüfen der Qualität von Schraub­ verbindungen offenbart, das für einen durchgeführten Schraubvorgang fortlaufend Wer­ tepaare für Drehwinkel und Drehmoment aufnimmt und entsprechend abspeichert. Die Schraubfälle werden hinsichtlich bestimmter Kriterien bewertet, insbesondere im Hin­ blick auf Enddrehmoment und zugehörigem Drehwinkel. Wenigstens ein charakteristi­ scher Wert von Drehmoment und/oder Drehwinkel wird während jedes Schraubvor­ gangs mit einem vorgegebenen Sollbereich verglichen und falls die charakteristischen Werte außerhalb der Sollbereich liegen, wird der gesamte Messwerteverlauf des betreffenden Schraubvorgangs abgespeichert.

DE 25 16 951 B2 beschreibt eine Steuereinrichtung zum Abschalten des Antriebsmotors eines elektrisch betriebenen Schraubers, insbesondere eines Schlagschraubers, mit einer elektrischen Begrenzungseinrichtung für das Schraubenanzugsdrehmoment. Die­ se Begrenzungseinrichtung ist durch einen Einschaltstromimpuls oder durch den vom ersten Schlag hervorgerufenen Stromimpuls des Motorstroms selbsttätig auslösbar. Die Begrenzungseinrichtung kann als Impulszähler ausgebildet sein, wobei die Impulszählung mit einem ersten Sägezahn-Stromimpuls bei Beginn des Schlagens anfängt. Ist eine voraus eingestellte Impulszahl erreicht, wird der Motorstrom unterbrochen.

DE 26 22 053 A1 offenbart eine Anzugssteuerung für Schlagschrauber, bei der ein ent­ sprechend vom Schlagschrauber ausgeübtes Drehmoment indirekt über Stärke, Ge­ schwindigkeit oder Hub eines Rückpralls eines Hammers beim Aufschlag auf einen Am­ boss des Schlagschraubers bestimmt wird. Drehwinkelsignale des Ambosses werden ebenfalls mittels einer Drehwinkelkodierscheibe bestimmt.

In A. G. Stapel: Die kontrollierte Schraubverbindung, Technische Rundschau 1/2, 88, Seiten 16 bis 22, wird ein drehmomentkontrolliertes Anziehen mit schlagenden, pulsie­ renden oder drehenden Schraubern offenbart. Während oder nach dem Anzug sind al­ lein Drehmoment und Drehwinkel die messbaren Parametern, wobei bis in den plasti­ schen Verformungsbereich hin angezogen werden kann. Die entsprechenden Schrauber sind mit Drehmoment- und Drehwinkelmesswertgeber ausgerüstet.

DE 28 43 810 A1 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zur Güteprüfung und Ausschussanzeige beim Anziehen von Schraubverbindungen, wobei gleichzeitig Au­ genblickswerte von Drehmoment und Drehwinkel gemessen werden sollen. Die erfass­ ten Drehmomentwerte und entsprechenden Drehwinkel werden mit vorgegebenen Drehmoment-Drehwinkel-Grenzwerten verglichen und bei Überschreiten der Grenzwerte werden Anzeigesignale erzeugt. Diese können beispielsweise den Anziehvorgang ab­ brechen.

Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere bei Impulsschraubern eine Verfeinerung der Bestimmung der Qualität einer Schraubverbindung zu erreichen, die zusätzlich zur Drehmomenterfassung beziehungsweise dem drehmomentabhängigen Abschalten des Werkzeugs ein weiteres Kriterium zur Beurteilung der Qualität der Schraubverbindung gibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Zusammenhang mit den Merkmalen des O­ berbegriffs des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Nach Maßgabe der Erfindung wird zusätzlich zur Drehmomenterfassung auch die An­ zahl der Impulse bis zum drehmomentgesteuerten Erreichen der Schraubverbindung bestimmt, so dass über die Anzahl der Impulse ein weiteres Beurteilungskriterium für die Qualität der Schraubverbindung zur Verfügung steht. Die Impulszählung erfolgt dabei durch Zählung der Drehmomentspitzen des Schraubers.

Falls beispielsweise für eine bestimmte Qualität einer Schraubverbindung eine Anzahl von Impulsen von 15-20 vorgegeben wird und der Schrauber nach Erreichen des Sollwerts des Drehmoments abgeschaltet wird, ergibt sich durch die Zählung der Impulse eine weitere Anzeige dahingehend, ob für diesen Schraubvorgang die Anzahl der Impulse innerhalb des vorgegebenen Fensters für die Impulse liegt. Hat der Schrauber bis zum Erreichen des Sollwerts des Drehmoments nur drei Impulse ausgeführt, so ergibt sich trotz Erreichen des vorgegebenen Drehmoments eine Anzeige, dass mangels Erreichen der vorgegebenen Impulszahl nicht die gewünschte Qualität der Schraubverbindung erreicht ist, was auf einen Fehler des Schraubers selbst oder der Schraubverbindungen beruhen kann, beispielsweise bei einem Fressen der Schraubverbindung.

Vorzugsweise erfolgt die Anzeige, ob die gezählten Impulse innerhalb des Fensters liegen oder die Grenzwerte des Fensters unter- bzw. überschritten sind, durch eine optische Anzeige entweder am Schrauber selbst oder extern an der Meß- oder Steuerelektronik. Die Anzeige am Gerät hat den Vorteil, dass die Bedienungsperson sofort die Qualität der Schraubverbindung beurteilen kann.

Um eine absolut zuverlässige Zählung der Impulse und Drehwinkel zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn die Zählung ab einem bestimmten vorgegebenen Schwellwert des Drehmoments bei Beginn des Schraubvorgangs erfolgt.

Zweckmäßigerweise ist der Impulszähler im Schrauber angeordnet und über Signalleitungen mit einer Meß- und Steuerungselektronik verbunden. In der Meß- und Steuerungselektronik kann zusätzlich zum erreichten Drehmoment der Schraubverbindung auch die Anzahl der notwendigen Impulse gezählt und da­ mit dokumentiert werden.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er­ findung rein schematisch anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen an eine Meß- und Steuerelektronik ange­ schlossenen Impulsschrauber sowie

Fig. 2 ein Diagramm der ermittelten Drehmomente eines Impulsschraubers über die Zeit.

In der Figur ist mit 1 ein Impulsschrauber bezeichnet, der in konventioneller Weise einen Antriebsmotor beinhaltet, welcher von Druckluft gespeist ist und eine mit 2 bezeichnete Ab­ triebswelle impulsartig antreibt. Die Abtriebswelle 2 kann ein Schraubwerkzeug tragen, wobei im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel das Ende der Abtriebswelle 2 als Mehrkant zum Eingriff in eine Imbusschraube oder zum Eingriff in eine Schraubnuß ausgebildet ist. Der Impulsschrauber 1 beinhaltet ferner eine Vorrichtung zur Drehmomenterfassung, die für der­ artige Geräte konventionell ist und somit nicht beschrieben werden muß. Die durch die Einrichtung zur Drehmomenterfassung ermittelten Drehmomentsignale werden über Signalleitungen 3 zu einer im dargestellten Ausführungsbeispiel externen Meß- und Steuerelektronik 4 gegeben, wo die Auswertung der Signale erfolgt. Im besonderen wird das ermittelte Drehmoment mit ei­ nem für eine bestimmte Qualität einer Schraubverbindung fest vorgegebenen Drehmoment verglichen. Sobald dieses Drehmoment erreicht wird, schaltet die Meß- und Steuerelektronik ein in der Druckluftleitung 5 angeordnetes Ventil 6 ab, so daß die Druckluftzufuhr zum Impulsschrauber 1 gesperrt und mithin der Impulsschrauber abgeschaltet wird.

Um die Qualität einer Schraubverbindung noch besser beurtei­ len zu können, erfolgt beim dargestellten Werkzeug eine Impulszählung, wozu zweckmäßigerweise im Schrauber 1 ein an sich bekannter Impulszähler angeordnet ist. Die im Impulsgeber ermittelten Zählsignale werden über entsprechende Signalleitungen zur Meß- und Steuerelektronik 4 geführt, wo ein Vergleich mit einem vorgegebenen Fenster für die Impulse stattfindet. Vorzugsweise optisch wird dann angezeigt, ob die gezählten Impulse innerhalb oder außerhalb des Fensters liegen. Selbstverständlich kann anstelle einer optischen Anzeige auch eine andere, etwa akustische Anzeige gegeben werden, die in Verbindung mit der Anzeige des Drehmoments der das Werkzeug betätigenden Person ein zusätzliches Kriterium für die Beurteilung der Schraubverbindung gibt.

Um eine zuverlässige Impulszählung zu erreichen, die für eine exakte Beurteilung der Qualität einer Schraubverbindung maßgeblich ist, erfolgt die Zählung zweckmäßigerweise erst ab Erreichen eines vorgegebenen Schwellwerts des Drehmoments zu Beginn der Schraubverbindung. Ab Erreichen dieses Schwellwerts werden die Impulse gezählt, was durch Zählung der auftretenden Drehmomentspitzen erfolgt. Sobald das vorgegebene Drehmoment der Schraubverbindung erreicht wird, erfolgt das Abschalten des Schraubers und damit auch die Beendigung der Pulzählung. Der nunmehr erreichte Wert ist für die zusätzliche Bestimmung der Qualität der Schraubverbindung maßgeblich.

Die Anzeige der Impulszählung, insbesondere die Anzeige, ob die Zählung innerhalb oder außerhalb des vorgegebenen Fensters für die Impulszählung liegt, kann extern erfolgen, so dass in einem Rechner für jede Schraubverbindung die erreichte Impulszählung zum Zwecke der Dokumentierung erfaßt wird. Es ist aber auch möglich, die Anzeige am Gerät, also am Schrauber selbst vorzusehen, so dass der Bedienungsmann sofort die Qualität der Schraubverbindung über die Impulszählung zusätzlich zum erreichten Drehmoment beurteilen kann.

Fig. 2 zeigt eine weiche Schraubverbindung, bei der die Drehmomentzuwächse gering sind, wohingegen rechts eine harte Schraubverbindung mit hohem Drehmoment gezeigt wird. wobei dort die Drehmomentzuwächse über die Zeit gesehen vergleichsweise groß sind. Mit Md ist der Schwellwert für das Drehmoment bezeichnet, ab dem die einzelnen Drehmomentspitzen gezählt werden, die in Fig. 2 mit S bezeichnet sind.

Claims (5)

1. Impulswerkzeug, insbesondere Impulsschrauber, mit einem in einem Gehäuse angeordneten, eine Abtriebswelle für ein Schraubwerkzeug antreibenden An­ triebsmotor und einer Einrichtung zur Drehmomenterfassung, deren Signale von einer Mess- und Steuereinheit ausgewertet werden, die den Schrauber bei Erreichen eines zur Sicherstellung einer bestimmten Schraubqualität vor­ gegebenen Drehmoments abschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Drehmomenterfassung eine Impulszählung des Schrau­ bers (1) erfolgt und die bis zur Beendigung des Schraubvorgangs gezählten Impulse zusätzlich zur Bestimmung der Qualität der Schraubverbindung herangezogen werden, wobei die Impulszählung durch Zählung der Drehmo­ mentspitzen des Schraubers (1) erfolgt.

2. Schrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gezählten Impulse mit einem für die Schraubverbindung vorgegebenen Impulsfenster verglichen und das Unter- oder Überschreiten der Fenstergrenzwerte vorzugsweise optisch angezeigt wird.

3. Schrauber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige am Schrauber selbst oder extern an der Mess- und Steuerelektronik erfolgt.

4. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulszählung ab einem vorbestimmten Schwellwert des Drehmoments erfolgt.

5. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit zur Impulszählung im Schrauber (1) angeordnet ist und durch Signalleitungen (3) mit einer extern angeordneten Mess- und Steuerelektronik (4) verbunden ist.