EP0164574A2 - Screw driving device - Google Patents
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- EP0164574A2 EP0164574A2 EP85105627A EP85105627A EP0164574A2 EP 0164574 A2 EP0164574 A2 EP 0164574A2 EP 85105627 A EP85105627 A EP 85105627A EP 85105627 A EP85105627 A EP 85105627A EP 0164574 A2 EP0164574 A2 EP 0164574A2
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Abstract
Der Schrauber hat einen Antriebsmotor (1), dessen Antriebswelle (8) über ein Getriebe(2) mit einer Abtriebswelle (3a) antriebsverbunden ist. In einem Gehäuse des Schraubers ist zur Messung von Kennungsgrößen beim Schraubvorgang ein Meßwertaufnehmer (8) unter gebracht, dessen Signale über einen Übertrager (10i auf eine Meß- bsw. Steuerelektronik übertragen werden. Der Meßwertaufnehmer und der Ubertrager (10) sind im Bereich der Abtriebswelle (3a) vorgesehen. Der Übertrager (10) weist einen drehfest mit der Abtnebswelle (3a! verbundenen Übertragungskörper (12) auf. der mit einem Schleifring (14) für einen Fühler (15) versehen ist. Dieser ist mit der Meß- bzw. Steuerelektronik lei- tungsverbunden. Da der Meßwertaufnehmer (8) im Bereich der Abtnebswelle (3a) angeordnet ist, haben das Getriebe (2) und das auftretenden Reibungsverhältnisse keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit. The screwdriver has a drive motor (1), the drive shaft (8) of which is drive-connected to an output shaft (3a) via a gear (2). A measuring sensor (8) is accommodated in a housing of the screwdriver for measuring characteristic quantities during the screwing process, the signals of which are transmitted to a measuring or control electronics via a transmitter (10i). The measuring sensor and the transmitter (10) are in the area of the output shaft The transmitter (10) has a transmission body (12) which is connected to the output shaft (3a!) In a rotationally fixed manner and which is provided with a slip ring (14) for a sensor (15). managerial control electronics do sverbunden g. Since the transducer (8) is arranged in the area of Abtnebswelle (3a), the transmission (2) and the friction conditions occurring have no influence on the measurement accuracy.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schrauber nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a screwdriver according to the preamble of
Es sind Schrauber bekannt (DE-AS 24 23 300, DE-OS 31 27 753), die Winkelgetriebe als Abtrieb oder nachgeordnete Stirnradgetriebe aufweisen. Die Meßwertaufnehmer dienen zur Messung des Drehmomentes und/oder des Drehwinkels während des Schraubvorganges. Sobald der erforderliche Drehwinkel bzw. das notwendige Drehmoment erreicht ist, wird von der Meß-bzw. Steuerelektronik ein Signal, in der Regel ein Abschaltsignal, erzeugt, so daß der Schraubvorgang beendet wird.Screwdrivers are known (DE-AS 24 23 300, DE-OS 31 27 753), which have angular gears as an output or downstream spur gear. The sensors are used to measure the torque and / or the angle of rotation during the screwing process. As soon as the required angle of rotation or the necessary torque is reached, the measuring or. Control electronics generates a signal, usually a shutdown signal, so that the screwing process is ended.
Bei den bekannten Schraubern sind die Meßwertaufnehmer und der Übertrager im Bereich der Antriebswelle vorgesehen. Dadurch kann beispielsweise ein auf eine Schraube aufgebrachtes Drehmoment nur indirekt gemessen werden. Zwischen dem mit der Schraube in Eingriff befindlichen Schraubwerkzeug und der Antriebswelle befindet sich nämlich das Winkelgetriebe bzw. das Stirnradgetriebe. Diese übersetzungsgetriebe und vor allem die auftretenden Reibungsverhältnisse und der damit zusammenhängende Getriebewirkungsgrad beeinträchtigen die Meßgenauigkeit. Bei Sicherheitsverschraubungen werden die Schrauben bis in die Streckgrenze hinein angezogen. Der Schrauber muß hierbei jedoch zuverlässig bei Erreichen der Streckgrenze abschalten, damit die Schraube nicht unzulässig gedehnt wird. Mit den bekannten Schraubern, bei denen die Meßwertaufnehmer im Antriebsbereich bzw. auf der Antriebswelle angeordnet sind, ist diese Forderung nicht zu erfüllen.In the known screwdrivers, the transducer and the transmitter are provided in the area of the drive shaft. As a result, for example, a torque applied to a screw can only be measured indirectly. This is because the angular gear or the spur gear is located between the screwing tool engaged with the screw and the drive shaft. These transmission gears and, above all, the frictional conditions that occur and the associated gearbox efficiency affect the measuring accuracy. In the case of safety fittings, the screws are tightened to the yield point. However, the screwdriver must reliably reach the yield point switch off so that the screw is not stretched excessively. This requirement cannot be met with the known screwdrivers in which the sensors are arranged in the drive area or on the drive shaft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Schrauber so auszubilden, daß die Meßwertaufnehmer für das Drehmoment und/oder den Drehwinkel ohne Vergröße - rung der Außenabmessungen des Schraubergehäuses so angeordnet werden können, daß der Getriebeeinfluß und die Reibungsverhältnisse bei der Messung ausgeschaltet sind.The invention is based on the object of designing the generic screwdriver in such a way that the transducers for the torque and / or the angle of rotation can be arranged without enlarging the external dimensions of the screwdriver housing in such a way that the influence of the transmission and the frictional conditions during the measurement are switched off.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved with the characterizing features of
Der Meßwertaufnehmer und der Übertrager des erfindungsgemäßen Schraubers werden im Abtriebsbereich innerhalb des Schraubergehäuses angeordnet. Der Meßwertaufnehmer befindet sich daher im Bereich ces Abtriebsteiles, so daß der Einfluß des Getriebes und der auftretenden Reibungsverhältnisse bei der Messung während des Schraubvorganges keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit haben. Mit dem erfindungsgemäßen Schrauber können die zu verschraubenden Teile zuverlässig bis in die Streckgrenze angezogen werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß diese überdehnt werden. Die Meßwerte werden infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung direkt unter Umgehung des Übersetzungsgetriebes ermittelt und auf die Steuerelektronik übertragen. Der übertragungskörper , der die vor Meßwertaufnehmer ermittelten Meßwerte auf die Meß-bzw. Steuerelektronik überträgt, ist drehfest mit der Abtriebswelle verbunden und dreht mit dieser. An seinem Schleifring liegt der Fühler an, mit dem die Meßsignale nach außen zur Meß-bzw. Steuerelektronik geführt werden. Der Übertrager befindet sich an einer leicht zugänglichen Stelle innerhalb des Getriebegehäuses.The transducer and the transformer of the screwdriver according to the invention are arranged in the output area within the screwdriver housing. The transducer is therefore in the area of the driven part, so that the influence of the gearbox and the frictional conditions that occur during the measurement during the screwing process have no influence on the measuring accuracy. With the screwdriver according to the invention, the parts to be screwed can be tightened reliably up to the yield point without the risk that they will be overstretched. As a result of the design according to the invention, the measured values are determined directly bypassing the transmission gear and transmitted to the control electronics. The transmission body, which the measured values determined in front of the transducer on the measuring or. Control electronics transmits, is rotatably connected to the output shaft and rotates with it. At its slip ring lies the sensor with which the measurement signals are sent to the outside of the measuring or. Control electronics are performed. The transmitter is in an easily accessible location inside the gearbox.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Further features of the invention result from the further claims, the description and the drawings.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1 in schematischer Darstellung einen stationären, erfindungsgemäßen Schrauber mit angeflanschtem Stirnradgetriebe,
- Fig. 2 in vergrößerter Darstellung und in einem Teilschnitt das Stirnradgetriebe des erfindungsgemäßen Schraubers gemäß Fig. 1,
- Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,
- Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2,
- Fig. 5 in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Schrauber mit einem Winkelgetriebe,
- Fig. C in vergrößerter Darstellung und in einem Teilschnitt das Winkelgetriebe des erfindungsgemäßen Schraubers gemäß Fig. 5 mit integriertem Drehmomentaufnehmer und Drehwinkelgeber,
- Fig. 7 in einem Teilschnitt eine weitere Ausführungsform eines Winkelgetriebes mit einem Druckaufnehmer zur indirekten Drehmomentmessung.
- 1 is a schematic representation of a stationary screwdriver according to the invention with a flange-mounted spur gear,
- 2 in an enlarged representation and in a partial section the spur gear of the screwdriver according to the invention according to FIG. 1,
- 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2,
- 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 2,
- 5 is a schematic representation of a screwdriver according to the invention with an angular gear,
- C in an enlarged view and in a partial section, the angular gear of the screwdriver according to the invention shown in FIG. 5 with integrated torque transducer and angle encoder,
- Fig. 7 in a partial section with a further embodiment of an angular gear a pressure transducer for indirect torque measurement.
Der Schrauber gemäß den Fig. 1 bis 4 hat einen geraden Motorteil 1 mit einem Motor und einem Planetengetriebe. Am Motorteil 1 ist in bekannter Weise das Gehäuse eines Stirnradgetriebes 2 angeordnet. Es hat ein Antriebsritzel und ein Abtriebszahnrad 3, das auf einer Abtriebswelle 3a sitzt. Sie ist im Getriebegehäuse 4 von zwei mit Abstand voneinander angeordneten Lagern 5 und 6 abgestützt. Im Bereich zwischen dem Abtriebszahnrad 3 und dem Lager 6 ist die Abtriebswelle 3a mit einem Torsionsteil 7 versehen, der durch einen im Durchmesser verringerten Abschnitt der Abtriebswelle gebildet wird. Auf dem Torsionsteil 7 sind in bekannter Weise als Signalgeber für das auf eine Schraube aufgebrachte Drehmoment Dehnungsmeßstreifen 8 als Meßwertaufnehmer aufgeklebt.1 to 4 has a
Das bei Aufbringen eines Drehmomentes auf eine Schraube durch die Dehnungsmeßstreifen 8 erzeugte Signal wird über Verbindungsleitungen 9 einem Übertrager 10 zugeführt. Die Verbindungsleitungen 9 verlaufen durch eine Bohrung 11 in der Abtriebswelle 3a zum Übertrager 10. Die Bohrung 11 kann zentrisch oder exzentrisch in der Abtriebswelle 3a vorgesehen sein. Der Übertrager 10 ist am oberen Ende der Abtriebswelle 3a angeordnet und hat einen zapfenförmigen übertragungskörper 12, der drehfest in der Bohrung 11 sitzt. Die Verbindungsleitungen 9 sind mit Lötfahnen 13 des Ubertragungskörpers 12 verbunden, der an seinem über die Abtriebswelle 3a ragenden Ende mit einer der Zahl der Verbindungsleitungen 9 entsprechenden Zahl von Schleifringen 14 versehen ist. An ihnen liegen Fühler 15 eines Bürstenblockes 16 an, von dem aus die Meßsignale in einem mehradrigen Kabel 17 nach außen zur (nicht dargestellten) Meß-oder Steuerelektronik geführt werden.The signal generated by the
Beim Schraubvorgang wird der Torsionsteil 7 durch die Reaktionskraft der Schraube tordiert. Die Größe der Torsion ist ein Maß des aufgebrachten Drehmomentes und wird von den Dehnungsmeßstreifen 8 in entsprechende Signale umgesetzt, die von der Meß-bzw. Steuerelektronik ausgewertet werden.During the screwing process, the
In ähnlicher Weise wie die Drehmomentsignale werden beispielsweise auch über einen an der Abtriebswelle 3a angeordneten Drehwinkelgeber 18 die Umdrehungen der Abtriebsspindel überwacht. Der Drehwinkelgeber 18, der beispielsweise ein Feldplattenfühler sein kann, wird ebenfalls auf die Abtriebswelle 3a aufgeklebt. Im Ausführungsbeispiel befindet sich der Drehwinkelgeber 18 im Bereich außerhalb des Torsionsteiles 7. Im Bereich des Drehwinkelgebers 18 ist die Abtriebswelle 3a von einem an der Innenseite des Getriebegehäuses 4 befestigten scheibenförmigen Magnetkern 19 umgeben, dessen dem Drehwinkelgeber 18 zugewandte Wirkfläche 20 (Fig. 4) spiralförmig ausgebildet ist. Dadurch ändert sich beim Drehen der Abtriebswelle 3a der Abstand zwischen dem Drehwinkelgeber 18 und der Wirkfläche 20. Die Ausgangsspannung des Drehwinkelgebers 18 ändert sich entsprechend diesem Abstand, wodurch eine genaue Ermittlung des augenblicklich zurückgelegten Drehwinkels ermöglicht wird. Die das Drehwinkelsignal vom Drehwinkelgeber 18 abführenden elektrischen Leitungen 35 sind ebenfalls durch die Bohrung 11 der Abtriebswelle 3a geführt.In a manner similar to the torque signals, the revolutions of the output spindle are also monitored, for example, by means of a
Zur Führung und Lagerung der Abtriebswelle 3a sind die beiden Lager 5, 6 vorgesehen. Das Lager 5 ist in Axialrichtung fixiert. Auf seiner dem Lager 6 zugewandten Seite liegt das Lager 5 an einer nach innen ragenden Schulter 21 des Getriebegehäuses 4 an. Auf der anderen Seite ist das Lager 5 durch eine Mutter 22 axial gesichert, die in eine Gewindebohrung 23 des Getriebegehäuses 4 geschraubt und mit der das Lager 5 gegen die Schulter 21 gedrückt wird. Die Mutter 22 ist als Hutmutter ausgebildet, innerhalb der eine weitere Mutter 24 liegt, die auf ein mit Gewinde versehenes axiales Ansatzstück 25 der Abtriebswelle 3a geschraubt ist und sich am Innenring 26 des Lagers 5 abstützt. Dadurch ist die Abtriebswelle 3a axial fixiert. Der Bürstenblock 16 ist auf der Mutter 22 befestigt. Für das Kabel 17 ist eine Zugentlastungseinrichtung 27 vorgesehen, die ebenfalls auf der Mutter 22 lösbar befestigt ist. Das Kabel 17 ist in bekannter Weise nach außen aus dem Getriebegehäuse 4 geführt.The two
Bei dieser Ausführungsform sind die Dehnungsmeßstreifen 8 und der Drehwinkelgeber 18 auf der Abtriebswelle 3a angeordnet. Da an der Abtriebswelle 3a das entsprechende Schraubwerkzeug 28 (Fig. 1) befestigt ist, können während des Schraubvorganges die entsprechenden Drehmomente und Drehwinkel direkt gemessen und auf die Steuerelektronik übertragen werden. Zwischen dem Schraubwerkzeug 28 und den Dehnungsmeßstreifen 8 sowie dem Drehwinkelgeber 18 liegt kein zwischengeschaltetes Getriebe, das die Meßgenauigkeit beeinträchtigen könnte. Der Übertrager 10 ist leicht zugänglich, da er an der Stirnseite der Abtriebswelle 3a direkt unterhalb eines lösbaren Deckels 29 des Getriebegehäuses 4 untergebracht ist.In this embodiment, the
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schraubers., An dem geraden Motorteil 1' ist als Untersetzungsgetriebe ein Winkelgetriebe 30 vorgesehen. Als Winkelgetriebe ist ein Kegelradgetriebe vorgesehen, von dem in Fig. 6 das eine Kegelrad 31 dargestellt ist. Es sitzt ebenfalls auf der Abtriebswelle 3a', die mit Radiallagern 32 und 33 sowie einem Axiallager 34 im Getriebegehäuse 4' drehbar abgestützt ist. Das Axiallager 34 befindet sich im Bereich unterhalb des Kegelrades 31, das auf dem Axiallager abgestützt ist. Die Abtriebswelle 3a' hat den im Durchmesser verringerten Torsionsteil 7', auf dem die Dehnungsmeßstreifen 8' befestigt sind. Die Versorgungsleitungen 9' sind entsprechend der vorherigen Ausführungsform durch die Bohrung 11' in der Abtriebswelle 3a' zum Übertrager 10' geführt, der in gleicher Weise ausgebildet ist wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Unmittelbar im Anschluß an das Radiallager 33 auf der dem Torsionsteil 7' zugewandten Seite ist der Drehwinkelgeber 18' vorgesehen, der vom Magnetkern 19' umgeben ist, der an der Innenseite des Gehäuses 4' befestigt ist. Leitungen 35', die das Drehwinkelsignal vom Drehwinkelgeber 18' abführen, sind durch die Bohrung 11' geführt.5 shows a further embodiment of a screwdriver. An
Der übertrager 10' ist in einer Vertiefung 36 des Getriebegehäuses 4' untergebracht, die durch den Deckel 29' verschließbar ist. Der Bürstenblock 16' sitzt auf einer nach innen ragenden Schulter 37 des Gehäuses 4'. Der übertragunskörper 12' mit den Schleifringen 14' sowie die Fühler 15' sind gleich ausgebildet wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Die Zugentlastungseinrichtung 27' ist auf dem Deckel 29' befestigt. Der in der Bohrung 11' befestigte übertragungskörper 12' rotiert zusammen mit der Abtriebswelle 3a' und dem Kegelrad 31, während der Bürstenblock 16' mit dem Kabel 17' stillsteht. Die Lager 32 bis 34 sind axial innerhalb des Gehäuses 4'gesichert. An dem vom Übertrager 10' abgewandten Ende ist die Abtriebswelle 3a' mit einem Anschlußteil 38 für das jeweilige Schraubwerkzeug versehen.The transmitter 10 'is accommodated in a
Bei dieser Ausführungsform, die einen vorwiegend handgehaltenen Schrauber zeigt, können die Messungen des Drehmomentes und des Drehwinkels wiederum ohne Beeinträchtigung durch das Winkelgetriebe durchgeführt werden, so daß die zu verschraubenden Teile zuverlässig beispielsweise bis in die Streckgrenze gebracht werden können.In this embodiment, which shows a predominantly hand-held screwdriver, the measurements of the torque and the angle of rotation can in turn be carried out without interference from the angular gear, so that the parts to be screwed can be reliably brought up to the yield point, for example.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform eines Schraubers, bei dem für die Messung des Drehmomentes ein Kraftaufnehmer 39 vorgesehen ist, dessen Meßsignale über die Verbindungsleitungen 9'' in der beschriebenen Weise durch die Bohrung 11'' der Abtriebswelle 3a'' geführt werden. Das Drehmoment am Abtrieb wird bei dieser Ausführungsform indirekt gemessen. Diese Ausführungsform ist ähnlich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß den Fig. 5 und 6. Das Untersetzungsgetriebe ist wiederum ein Kegelradgetriebe, von dem lediglich das Kegelrad 31'' dargestellt ist. Die Abtriebswelle 3a'' wird durch zwei aneinanderliegende Radiallager 32'', 33'' und ein Axiallager 34'' nahe dem Anschlußstück 38'' innerhalb des Getriebegehäuses 4'' drehbar abgestützt. Das Kegelrad 31'' sitzt auf einer Schulter 40 der Abtriebswelle 3a'' und ist durch einen Sicherungsring 41 axial gesichert, der zwischen dem Kegelrad und einer weiteren Schulter 42 an der Innenseite des Getriebegehäuses 4'' liegt. Außerdem ist der Sicherungsring 41 durch eine Federscheibe 43 gesichert, die in eine Ringnut 44 der Abtriebswelle 3a'' eingreift. Der Übertrager 10'' ist gleich ausgebildet wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6.Fig. 7 shows an embodiment of a screwdriver in which a force transducer 39 is provided for the measurement of the torque, the measurement signals of which are passed via the connecting
Bei der Drehmomentübertragung auf das Abtriebskegelrad 31'' entstehen axial wirkende Kraftkomponenten der Umfangskraft. Diese Kraftkomponenten stehen in einem bestimmten Verhältnis zum übertragenden Drehmoment und können somit auch zur Drehmomentmessung herangezogen werden. Die Axialkraftkomponente des Kegelrades 31'' wird über die Schulter 40 auf die Abtriebswelle 3a'' übertragen. Diese wiederum stützt sich über eine weitere Schulter 45 auf dem Kraftaufnehmer 39 ab, der seinerseits auf dem Axiallager 34'' aufliegt. Die Größe der Axialkraftkomponente und damit das übertragene Drehmoment werden vom Kraftaufnehmer gemessen und über die Verbindungsleitungen 9'' dem Übertrager 10'' übermittelt, von dem aus über das Kabel 17'' die Signale der Meß-oder Steuerelektronik zugeführt werden.When torque is transmitted to the driven
Der als Kraftaufnehmer ausgebildete Meßwertaufnehmer 39 ist ringförmig ausgebildet und sitzt auf der Abtriebswelle 3a''.The measuring transducer 39 designed as a force transducer is annular and sits on the
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 6 wird das Drehmoment mittels Dehnungsmeßstreifen als Meßwertaufnehmer gemessen. Anstelle solcher Dehnungsmeßstreifen können auch Piezo-Meßelemente eingesetzt werden. Es kommen auch induktive Meßwertaufnehmer oder Permeabilitätsmessungen in Frage, die an der durch Verdrehen belasteten Mantelfläche der Abtriebswelle vorgenommen werden.In the embodiments according to FIGS. 1 to 6, the torque is measured by means of strain gauges as sensors. Instead of such strain gauges, piezo measuring elements can also be used. Inductive transducers or permeability measurements are also possible, which are carried out on the outer surface of the output shaft which is loaded by twisting.
Bei sämtlichen Ausführungsformen sind die Schleifringe 14, 14', 14'' an den Berührungsstellen mit den Fühlern 15, 15', 15'' mit Nuten, Hohlkehlen oder dergleichen versehen, um eine ungestörte Meßwertübertragung auch bei axialen Stößen oder kleinen Verschiebungen der Abtriebswelle 3a, 3a', 3a'' zu gewährleisten.In all embodiments, the slip rings 14, 14 ', 14' 'are provided at the points of contact with the
Claims (12)
daß der Meßwertaufnehmer (8, 8', 39; 18, 18') und der Übertrager (10, 10', 10'') im Bereich der Abtriebswelle (3a, 3a', 3a'') vorgesehen sind, und daß der Übertrager mindestens einen drehfest mit der Abtriebswelle verbundenen Übertragungskörper (12, 12') aufweist, der mit wenigstens einem Schleifring (14, 14', 14'') für mindestens einen Fühler (15, 15', 15'') versehen ist, der mit der Meß-bzw. Steuerelektronik leitungsverbunden ist.1.Screwdriver with a drive motor, the drive shaft of which is drive-connected via a gearbox to an output shaft, with which a screwing tool can be driven, and with at least one housed in a housing, for measuring characteristic quantities during the screwing process, in particular for measuring the torque and / or Rotation angle, serving transducer, the signals via at least one transmitter to a measuring or. Control electronics are transferable, characterized in that
that the transducer (8, 8 ', 39; 18, 18') and the transmitter (10, 10 ', 10'') are provided in the area of the output shaft (3a, 3a', 3a ''), and that the transmitter Has at least one transmission body (12, 12 ') non-rotatably connected to the output shaft, which is provided with at least one slip ring (14, 14', 14 '') for at least one sensor (15, 15 ', 15'') which is provided with the measuring or Control electronics is wired.
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