DE4402739C2 - Impulsschrauber - Google Patents
ImpulsschrauberInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Impulsschrauber gemäß dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1.
Ein gattungsgemäßer Impulsschrauber ist beispielsweise bekannt
aus der EP-A1 0 502 748 (B25B 23/145). Dort wird zur Steuerung
und Überwachung streckgrenzüberschreitender Verschraubungen der
Schraubspindel des Impulsschraubers eine Sensoreinrichtung zuge
ordnet, mit der Deformationen eines durch einen Spindelabschnitt
gebildeten Torsionsstabes erfaßt werden, um so Rückschlüsse auf
das jeweils aktuell vorliegende Drehmoment vornehmen zu können.
Ähnliche Sensoreinrichtungen an Handschraubern sind auch bekannt
aus der DE-A1-39 38 787 (B25B 21/00) und der DE-A1 38 26 079
(B25B 21/00). Darüber hinaus zeigt die DE-C3-25 41 928 (B25B
23/145) eine stationär betreibbare Luftschraubereinrichtung mit
einer der Schrauberspindel zugeordneten Drehmomentmeßzelle.
Die DE-PS-17 03 681 (B25B 21/00) beschreibt einen Schrauber, bei
dem die Verdrillung eines elastischen Gliedes durch eine Meßein
richtung bestimmt wird, die die Signale von zwei Drehzahlmessern
auswertet.
Nachteilig an allen vorgenannten Sensoreinrichtungen ist die Tat
sache, daß sie zu einer erheblichen Vergrößerung der Baulänge
führen. Insbesondere bei Handschraubern wird auf diese Weise das
Handgelenk der Montageperson nicht nur durch die Gewichts
erhöhung, sondern auch durch die ungünstiger werdenden Hebelver
hältnisse stärker belastet als bei Impulsschraubern ohne Drehmo
mentmeßeinrichtung.
Aus der DE 30 12 734 C ist ein Schlagschrauber bekannt, der mit der Schrauberspindel ver
bunden eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung des Drehmomentes aufweist. Um eine
kurze Baulänge zu Erreichen, wird hierzu eine Welle von der Schrauberspindel durch die
Antriebseinheit hin durch geführt, an deren antriebsseitigen Ende eine Schritt-Kodier-Scheibe
zur Messung der Winkeldrehung angeordnet ist. Diese Drehmomentenbestimmung vermei
det zwar die oben beschriebenen Nachtelle der Drehmomentenbestimmung am vorderen
Ende der Schrauberspindel, dieses Prinzip ist jedoch bei den im Unterschied zum Schlag
schrauber nicht mechanisch sondern hydraulisch arbeitenden Impulsgebereinheiten von
Impulsschraubern nicht anwendbar da durch einen hydraulischen Antrieb keine Tachowelle
geführt werden kann.
Grundsätzlich ist bekannt, daß zwischen dem Drehmoment und der Winkelgeschwindigkeit
eines starren Körpers eine Beziehung besteht, wie sie beispielsweise in GERTHSEN,
Christian: Physik, 6. Auflage, S. 43 beschrieben ist. Hiernach kann die zeitliche Ableitung der
Winkelgeschwindigkeit oder der Winkelbeschleunigung als ein Maß für das Drehmoment
herangezogen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist einen Impulsschrauber mit einer Drehmomenten
erfassung auszurüsten, die mit nur wenigen mechanischen Bauteilen auskommt. Außerdem
soll die Drehmomentenerfassung verhältnismäßig genau und mit einfachen Mitteln durch
führbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Wei
terbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird also bei Impulsschraubern durch die Erfas
sung des Beschleunigungsverhaltens des Schrauberspindelantriebs das je
weils wirksame Drehmoment ermittelt. Diese Maßnahme be
ruht auf der erfinderseitigen Erkenntnis, daß bei Impulsschrau
bern das Ausmaß der Verzögerung des Schrauberspindelantriebs in direktem
Zusammenhang mit dem jeweils in die Schraubverbindung eingebrach
ten Drehmoment steht. In besonders vorteilhafter Weise können zur
Messung des Beschleunigungsverhaltens handelsübliche Sensorein
richtungen wie Piezokristall-Beschleunigungsaufnehmer oder auf
dem Elektrogeneratorprinzip basierende Tachometer mit Hochauflö
sung verwendet werden. Diese Bauteile sind zudem in ihrer räum
lichen Ausdehnung so gering, daß sie in handelsübliche - bislang
keine Drehmomentsensoreinrichtungen aufweisende - Impulsschrau
ber integriert werden können.
Besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in
der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Impulsschrauber mit einem Pie
zokristall-Beschleunigungsaufnehmer,
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Impulsschrauber mit einem hoch
auflösenden Tachometer und
Fig. 3 eine Einrichtung zum streckgrenzüberschreitenden Anzie
hen von Schrauben unter Verwendung eines erfindungsge
mäßen Impulsschraubers.
Gleiche Bauteile sind in allen Figuren gleich beziffert.
Man erkennt in Fig. 1 einen insgesamt mit 1 bezeichneten Im
pulsschrauber, der als erfindungswesentliches Element einen hier
nur symbolisch dargestellten Piezokristall-Beschleunigungsaufneh
mer 2 aufweist. Dieser ist an einem Gehäusedeckel 3 einer insge
samt mit 4 bezeichneten Impulsgebereinheit befestigt. Antriebs
seitig ist die Impulsgebereinheit 4 über den Gehäusedeckel 3 mit
einer Turbinenwelle 5 eines insgesamt mit 6 bezeichneten Luftmo
tors verbunden. Abtriebsseitig ist eine Schrauberspindel 7 dreh
fest mit der Impulsgebereinheit 4 gekoppelt. Gelagert wird die
Schrauberspindel 7 in einem Außengehäuse 8 mittels eines Kugella
gers 9. Grundsätzliche Hinweise auf die Funktionsweise der Im
pulsgebereinheit 4 sind der DE-C2-33 47 016 (B25B 21/02) ent
nehmbar.
Die von dem umlaufenden Beschleunigungsaufnehmer 2 gelieferten
Signale werden über wenigstens einen federbelasteten Kontaktstift
(hier nicht gezeigt) auf einen feststehenden Schleifring 10 über
tragen, der am Ende einer die Turbinenwelle 5 durchsetzenden Hal
testange 11 in einem Schraubergehäuseteil 12 gehalten ist. Die
Festlegung der Haltestange 10 erfolgt durch eine Druckfeder 13,
die sich an einer Abdeckkappe 14 abstützt. Von dieser geht eine
vorzugsweise durch ein Koaxkabel gebildete elektrische Signallei
tung 15 aus, die zu einem in Fig. 3 dargestellten Steuergerät 16
führt.
Für den Betrieb das Impulsschraubers 1 wird über einen Luftzu
fuhrkanal 17 der Antriebsmotor 6 mittels Druckluft in Drehungen
versetzt. Das auf diese Weise erzeugte Drehmoment wird über die
Impulsgebereinheit 4 auf die Schrauberspindel 7 jeweils stoßartig
übertragen. Wird beim Festziehen der Schraubverbindung dann ein
vorgegebenes - beispielsweise die Streckgrenze des Schraubenmate
rials überschreitendes - Drehmoment erreicht, treten am Gehäuse
deckel 3 der Impulsgebereinheit 4 Verzögerungen auf, die von dem
Beschleunigungsaufnehmer 2 erfaßbar sind. Die so gemessenen Be
schleunigungswerte können mit Referenzwerten verglichen werden,
die in dem Steuergerät 16 abgelegt sind und lassen so Aussagen
über das jeweils in die Schraubverbindung eingebrachte Drehmoment
zu.
Der Aufbau des in Fig. 2 dargestellten Impulsschraubers 1′ ist
grundsätzlich mit demjenigen in Fig. 1 vergleichbar. Zur Er
fassung des Beschleunigungsverhaltens der Schrauberspindel 7 ist
der Gehäusedeckel 3 drehfest mit einer Tachometerwelle 18 verbun
den, welche die Impulsgebereinheit 4 teilweise und die Turbinen
welle 5 ganz durchsetzt. In einem Anbaugehäuse 19 ist ein hoch
auflösender Tachometer 20 untergebracht, der eingangsseitig mit
der Tachometerwelle 18 und ausgangsseitig mit elektrischen Si
gnalleitungen 15′, 15′′ verbunden ist. Die Signale des Tachome
ters 20 werden zur Erfassung des Beschleunigungsverhaltens der
Schrauberspindel 7 anschließend einem hier nicht weiter darge
stellten Differenzierglied zugeführt. Ein solches Differenzier
glied kann zweckmäßigerweise Bestandteil des Steuergerätes 16
sein. Denkbar ist aber auch eine Integration dieses Differenzier
gliedes in das Anbaugehäuse 19. Vorstellbar ist auch bei der Neu
konzeption eines Impulsschraubers der Einbau des Tachometers 20
in das Schraubergehäuseteil 12.
Als Alternative zu dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei
spiel könnte der Schrauberspindel 7 in dem mit X und Strichlinien
herausgestellten Bereich auch eine Loch- oder Zahnscheibe zuge
ordnet werden, die mit einem in das Außengehäuseteil 3 inte
grierten Magnetfeldsensor zusammenarbeitet. Auch auf diese Weise
kann wie schon bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
nahezu gewichtsneutral das Beschleunigungsverhalten der Schrau
berspindel 7 erfaßt werden.
Mit der in Fig. 3 dargestellten Konfiguration können Handver
schraubungen mit geringem technischen Aufwand hinsichtlich ihrer
Qualität überwacht werden. Durch Erweiterung des Steuergerätes 16
mit Peripheriegeräten wie elektronische Speicher oder Drucker
können gerade bei sicherheitsrelevanten Verschraubungen vollstän
dige Dokumentationen vorgenommen werden. Darüber hinaus kann das
System um Alarmeinrichtungen erweitert werden, die bei bestimmten
Fehlerschwerpunkten aktiv werden. Der Einsatz der Erfindung ist
nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern ist auch an anderen handelsüblichen Impuls
schraubern ohne große Probleme realisierbar.
Claims (7)
1. Impulsschrauber (1, 1′) mit
- - einer Impulsgebereinheit (4), die antriebsseitig mit einem Motor (6) und abtriebsseitig mit einer Schrauberspindel (7) verbunden ist,
- - einer Sensoreinrichtung zur Erzeugung von Signalen, die in Beziehung stehen zu den an der Schrauberspindel (7) wirksa men Drehmomenten, dadurch gekennzeichnet, daß
- - durch die Sensoreinrichtung das Beschleunigungsverhalten der Schrauberspindel (7) mittelbar erfaßbar ist,
- - ein zur Sensoreinrichtung gehörender Signalgeber an ein Bau teil der Impulsgebereinheit (4) gekoppelt ist, und
- - das Bauteil ein Antriebsteil ist.
2. Impulsschrauber nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber ein
Piezokristall-Element-Beschleunigungsaufnehmer (2) ist.
3. Impulsschrauber nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber ein mit der Im
pulsgebereinheit (4) drehfest
verbundenes Scheibenteil ist, dessen Umfang magnetische Unsym
metrien aufweist, die durch einen Magnetfeldsensor erfaßbar
sind.
4. Impulsschrauber nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber durch einen von
einer Tachometerwelle (18) angetriebenen Elektrogenerator
(Tachometer 20) gebildet ist.
5. Einrichtung zum streckgrenzüberschreitenden Anziehen von
Schrauben unter Verwendung eines Impulsschraubers nach we
nigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Signalgeber wenigstens eine Verstärkereinrichtung
nachgeschaltet ist.
6. Einrichtung zum streckgrenzüberschreitenden Anziehen von
Schrauben unter Verwendung eines Impulsschraubers nach we
nigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalgeber mit einem den Betrieb des Schraubers be
einflussenden Steuergerät (16) verbunden ist.
7. Einrichtung zum streckgrenzüberschreitenden Anziehen von
Schrauben unter Verwendung eines Impulsschraubers nach we
nigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalgeber mit wenigstens einem Auswertegerät verbun
den ist.
Priority Applications (1)
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