DE4402739C2 - Impulsschrauber - Google Patents

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.