EP0285815A1 - Schraubverfahren und Schrauber zum automatischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern - Google Patents
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- EP0285815A1 EP0285815A1 EP88103325A EP88103325A EP0285815A1 EP 0285815 A1 EP0285815 A1 EP 0285815A1 EP 88103325 A EP88103325 A EP 88103325A EP 88103325 A EP88103325 A EP 88103325A EP 0285815 A1 EP0285815 A1 EP 0285815A1
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- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
- B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
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- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
Definitions
- the invention is based on a screwing method according to the preamble of the main claim and a screwdriver according to the preamble of claim 9.
- Known screwdrivers of this type have a screw spindle with a — possibly integrated — sensor unit, a drive unit with a motor and with a power unit, and a control unit .
- the information supplied by the sensor unit with regard to the torque, the speed and / or the screw depth is in the control processed unit, which provides the required signal for the given tightening process, such as the desired speed.
- the accuracy of the tightening torques achieved during screwing is determined by the braking time of the screwdriver after the target torque is reached.
- the speed must therefore be reduced in good time after the application torque has been reached.
- the speed must not be reduced too early so that the cycle times are not extended unnecessarily.
- the disadvantage of this screwdriver is that the switchover point must be determined from case to case and set by an operator, a small value being selected for the application torque serving as the switchover point in the case of a hard screwdriving operation with a steep increase in torque.
- the screwing method according to the invention with the features characterized in the main claim has the advantage that the adaptation to the respective screwing case takes place automatically. This is done in that the screwdriver has a control circuit that regulates the screwing speed continuously. Disturbances such as the speed-dependent friction occurring during the screwing process are thus included in the control of the screwing process. Particularly advantageous It is that measured variables such as torque, angle of rotation or screw depth as well as derived variables such as the gradient of a screw can be selected as control parameters.
- screwdrivers are proposed, the control unit of which use the torque, the angle of rotation and / or the screwing depth or derivatives of these variables according to the time or the angle as control parameters.
- control parameter M to the target torque to which a bolt or a nut to be tightened.
- M The momentary torque output by the drive 1 of the screwdriver, not shown here, is denoted by M.
- the difference between the target torque M is applied to a first comparison or addition point 3 is intended and, therefore formed the actual torque to the currently delivered torque M, the torque M is applied to the junction 3 via the connection. 4
- the reciprocal value of this derivative is in a first multiplication element 7 with the difference M to -M multiplied.
- a weighting can also be carried out here.
- the result of this multiplication is multiplied in a second multiplication element 9 by the factor k, and thus the target speed ⁇ soll is won.
- the factor k will be discussed below.
- the derivation of the moment M according to the angle, ie dM / d ⁇ can alternatively be obtained in a differentiation element 6 and the reciprocal of this derivation to the multiplication element 7 are fed. This is shown in dashed lines in FIG. 1.
- Both the value of the target speed should ⁇ as well as the currently given from the drive 1 of the nutrunner speed to a second comparative or summing junction 11 are supplied to ⁇ , wherein the value is inverted by ⁇ .
- ⁇ the value of the target speed should ⁇ as well as the currently given from the drive 1 of the nutrunner speed to a second comparative or summing junction 11
- ⁇ the value is inverted by ⁇ .
- controller 13 supplied to the actuator. 1
- the reference junction 11, the controller 13 and the drive 1 form the drive unit 14 of the screwdriver shown in dashed lines in FIG.
- a torque-controlled screwing method is to be explained on the basis of the control loop in FIG.
- the factor k is used as the parameter, which is referred to as the braking time constant and is explained using the diagram in FIG. 3:
- the screwdriver In order to ensure that the specified tightening torque M should not exceed the screw or nut, the screwdriver must be switched off in time so that it does not tighten the screw too tightly during the deceleration time after the drive 1 has been switched off.
- Equation (3) for the closed circuit in FIG. 1 gives the following equation for the torque M acting from the screwdriver or drive 1 on the screw or nut to be tightened:
- Equation (8) also applies here.
- ⁇ min is specified instead of a variable value for ⁇ in the final phase of the screw connection.
- the exemplary embodiment shown in FIG. 1 was based on the constant k determined by the braking behavior of the screwdriver and on the basis of the yield point of the screws to be tightened described certain constants k s .
- additional parameters such as minimum or maximum speeds can also be entered into the control loop without any problems, for example in order to ensure timely braking in the case of hard screwdriving or to apply the necessary torque.
- Limit values can also be specified for the measured values, when they are switched off. If, for example, the torque increases too quickly, it is concluded that the screw is seizing and the screwdriver is switched off.
- the derivative of the torque after the time ⁇ is used as the control parameter.
- the second and higher derivatives over time can also be used as control parameters.
- higher derivatives can also be used.
- the values obtained in the derivation, in particular the values of higher derivations, are preferably smoothed.
- FIG. 5 shows a second exemplary embodiment of a screwdriver whose control unit uses the angle of rotation ⁇ of the screw or nut or the derivation of the angle of rotation ⁇ as a function of time. Parts which correspond in FIGS. 1 and 5 are provided with identical reference symbols. Their description is omitted here.
- the angle count starts at a preselectable starting point, for example when the application torque M o is reached or when a specific screw depth L o is reached .
- the starting point is determined by the application torque M o .
- a sensor 19 is used to detect the torque or the application torque M o , which emits a start signal to a counter 21 when the application torque M o is reached . After the occurrence of a start signal, this counts the angle of rotation ⁇ with which a screw or nut is turned.
- This derivative is fed to the multiplication element 7, which multiplies the difference obtained at the comparison point 3 by the reciprocal value of the derivative of the angle over time, that is to say by 1 / ⁇ .
- the same result can be achieved with a division element that divides this difference by deriving the angle.
- a weighting factor can be taken into account for both multiplication and division.
- the result of the first multiplication is in a further multipli cation member 9 multiplied by the factor k and thus the target speed ⁇ should be obtained.
- the drive unit 14, the controlled system 15 and the multiplication element 17 correspond to those of the exemplary embodiment according to FIG. 1, so that their description can be dispensed with here.
- FIGS. 1 5 and 6 show an embodiment of a screw depth controlled screwing process. Elements in FIGS. 1 5 and 6 are provided with identical reference symbols, and their description is omitted here.
- FIG. 6 shows an addition or comparison point 3, at which the difference between a screw depth L determined by a depth sensor 23 and a predetermined screw depth L target is formed.
- the derivative after the time dL / dt is formed from the screw depth L in a differentiation element 5.
- the derivation of the screw depth can also be formed in a differentiation element 6 according to the angle of rotation dL / d ⁇ , which is shown in broken lines in FIG.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Abstract
Es wird ein Schrauber zum automatischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern mit einer Antriebseinheit, einer Steuereinheit zur Bestimmung der Drehzahl für die Antriebseinheit und mit Mitteln zur Erfassung des Drehmoments und/oder des Drehwinkels und/oder der Schraubtiefe vorgeschlagen, wobei die Steuereinheit eine Vergleichsstelle (3) zur Bildung der Differenz zwischen dem gewünschten Anzugsmoment (Msoll) und dem gemessenen Drehmoment (M), ein Differenzierglied (5) zur Ableitung des Drehmoments nach der Zeit (dM/dt), ein erstes Multiplikationsglied (7) zur Multiplikation der Differenz (Msoll - M) mit dem Kehrwert der Ableitung des Drehmoments und ein zweites Multiplikationsglied (9) zur Multiplikation des Produkts mit einem Parameter zur Bildung der Solldrehzahl für die Antriebseinheit (1,13)aufweist.
Description
- Die Erfindung geht aus von einem Schraubverfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs und einem Schrauber nach der Gattung des Anspruchs 9. Bekannte Schrauber dieser Art weisen eine Schraubspindel mit einer - eventuell integrierten - Sensoreinheit, eine Antriebseinheit mit einem Motor und mit einem Leistungsteil sowie eine Steuereinheit auf. Die von der Sensoreinheit bezüglich des Drehmoments, der Drehzahl und/oder der Schraubtiefe gelieferten Informationen werden in der Steuerein heit verarbeitet, welche das für das vorgegebene Schraubverfahren nötige Sollsignal, etwa die Solldrehzahl, liefert. Es ist auch aus dem sogenannten Zweistufen-Schraubverfahren bekannt, die Drehzahl der Schraubspindel bei Erreichen des Anlegemoments, bei dem der Schraubenkopf bzw. die Mutter die Unterlage berührt, von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert zu reduzieren, um den Schrauber bei Erreichen des Sollmoments schnell abbremsen zu können.
- Die Genauigkeit der bei der Verschraubung erreichten Anzugsmomente wird durch die Abbremszeit des Schraubers nach Erreichen des Sollmoments bestimmt. Daher muß die Drehzahl rechtzeitig nach Erreichen des Anlegemoments reduziert werden. Allerdings darf die Drehzahl nicht zu früh zurückgenommen werden, damit die Taktzeiten nicht unnötig verlängert werden. Nachteil dieser Schrauber ist, daß der Umschaltpunkt von Fall zu Fall bestimmt und von einer Bedienungsperson eingestellt werden muß, wobei bei einem harten Schraubfall mit steilem Momentenanstieg für das als Umschaltpunkt dienende Anlegemoment ein kleiner Wert gewählt wird.
- Das erfindungsgemäße Schraubverfahren mit den im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß die Anpassung an den jeweiligen Schraubfall automatisch erfolgt. Dies geschieht dadurch, daß der Schrauber einen Regelkreis aufweist, der die Schraubdrehzahl kontinuierlich regelt. Störgrößen wie etwa die beim Schraubvorgang auftretende, drehzahlabhängige Reibung werden dadurch in die Regelung des Schraubvorgangs mit einbezogen. Besonders vorteilhaft ist es, daß als Regelparameter sowohl gemessene Größen wie Drehmoment, Drehwinkel oder Schraubtiefe als auch abgeleitete Größen wie z.B. den Gradienten einer Schraube gewählt werden können.
- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Schraubverfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß in den Regelkreis Parameter, wie z.B. die Abbremszeit des Schraubers eingegeben werden können, durch welche die Regelcharakteristik geändert werden kann.
- Zur Durchführung des Schraubverfahrens werden Schrauber vorgeschlagen, deren Steuereinheit das Drehmoment, den Drehwinkel und/oder die Schraubtiefe bzw. Ableitungen dieser Größen nach der Zeit bzw. dem Winkel als Regelparameter verwerten.
- Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1 das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des Regelkreises eines Schraubers;
- Figur 2 den Verlauf des Drehmoments über der Zeit beim Festschrauben einer Schraube bzw. einer Mutter;
- Figur 3 den Verlauf der Drehzahl des Schraubers während der Abbremsphase;
- Figur 4 eine Kurvenschar von verschiedenen Drehmomentskurven;
- Figur 5 das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Regelkreises und
- Figur 6 das Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines Regelkreises.
- Figur 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel einen Regelkreis, bei dem als Regelparameter das Solldrehmoment Msoll gewählt wurde, mit dem eine Schraube oder eine Mutter angezogen werden soll. Das momentane vom Antrieb 1 des hier nicht gezeigten Schraubers abgegebene Drehmoment ist mit M bezeichnet.
- An einer ersten Vergleichs- oder Additionsstelle 3 wird die Differenz zwischen dem Solldrehmoment Msoll und dem Istdrehmoment, also dem momentan abgegebenen Drehmoment M gebildet, wobei das Drehmoment M der Vergleichsstelle 3 über die Verbindung 4 zugeführt wird.
- In einem Differentiationsglied 5 wird aus dem Istmoment M die Ableitung nach der Zeit also dM/dt = Ṁ gewonnen. Der reziproke Wert dieser Ableitung wird in einem ersten Multiplikationsglied 7 mit der Differenz Msoll-M multipliziert. Hierbei kann auch eine Gewichtung vorgenommen werden. Das Ergebnis dieser Multiplikation wird in einem zweiten Multiplikationsglied 9 mit dem Faktor k multipliziert und damit die Solldrehzahl ωsoll gewon nen. Auf den Faktor k wird unten noch eingegangen.
- Statt der Ableitung nach der Zeit kann alternativ in einem Differentiationsglied 6 die Ableitung des Moments M nach dem Winkel also dM/dα gewonnen werden und der Kehrwert dieser Ableitung dem Multiplikationsglied 7 zugeführt werden. Dies ist in Figur 1 gestrichelt dargestellt.
- Sowohl der Wert der Solldrehzahl ωsoll als auch die momentan vom Antrieb 1 des Schraubers abgegebene Drehzahl ω werden einer zweiten Vergleichs- oder Additionsstelle 11 zugeführt, wobei der Wert von ω invertiert wird. Es wird also die Differenz zwischen ωsoll und ω gebildet und dieser Wert einem Regler 13 des Antriebs 1 zugeführt. Die Vergleichsstelle 11, der Regler 13 sowie der Antrieb 1 bilden die in Figur 1 gestrichelt einge zeichnete Antriebseinheit 14 des Schraubers.
- Mit 15 wird die Regelstrecke bezeichnet, die das Verhalten der mechanischen Komponenten des Schraubers nach bildet. Mit dem Drehwinkel α wird eine Schraube angezogen. Das winkelabhängige, von der jeweiligen Schraube abhängige Lastmoment geht mit dem Faktor ks, auf den unten noch eingegangen wird, multiplikativ in den Regelvorgang ein. Dies wird durch das Multiplikationsglied 17 dargestellt.
- Anhand des Regelkreises in Figur 1 soll ein drehmomentgeregeltes Schraubverfahren erläutert werden.
- Die Drehzahl ω des Schraubers wird aus dem Anstieg des Drehmoments bezogen auf die Zeit, also aus dM/dt, bzw. aus dem Anstieg des Drehmoments bezogen auf den Drehwinkel, also aus dM/dα , und aus der Differenz zwischen dem vorgegebenen Solldrehmoment Msoll und dem Istdrehmoment M abgeleitet. Zusätzliche Parameter wirken sich ebenfalls auf die Drehzahl ω aus, so daß sich folgende allgemeine Formel für ω angeben läßt:
ω = f (
- Hier wird als Parameter der Faktor k verwendet, der als Abbremszeitkonstante bezeichnet und anhand des Diagramms in Figur 3 erläutert wird: Aus dem Diagramm ergibt sich, daß die Drehzahl ω des Schraubers nach dem Abschalten nicht unmittelbar auf Null absinken kann. Vielmehr wird dieser Wert aufgrund der Trägheit des Schraubers erst nach einer Abbremszeit TB erreicht. Man kann davon ausgehen, daß die Abnahme der Drehzahl bezogen auf die Zeit bei jedem einzelnen Schrauber in etwa konstant ist und sich anhand eines Abschalt- bzw. Abbremsversuches feststellen läßt. Dabei gilt die folgende Beziehung für die Abbremszeit
TB = (1b)
mit
k = = konstant (2).
Es ist ohne weiteres erkennbar, daß die Abbremszeit TB mit steigender Drehzahl zunimmt. -
- Während also beim Anziehen einer Schraube vor der Fließgrenze das zum Festziehen der Schraube nötige Drehmoment pro Winkeleinheit zunimmt, ist bei Erreichen der Fließgrenze festzustellen, daß das Drehmoment auch dann nicht mehr wächst, wenn man die Schraube weiter dreht. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird also in Gleichung (3) davon ausgegangen, daß die Drehmomentänderung pro Winkeleinheit konstant ist und noch nicht den Wert Null angenommen hat. D.h. also, das vorgegebene Anzugsmoment Msoll der Schrauben ist nicht so groß, daß die Fließgrenze erreicht wird.
- Allgemein wird der Drehmomentenanstieg mit
Ṁ =
bezeichnet. Aus dieser Gleichung ergibt sich die Zeit TM, die verstreicht, um bei momentan konstanter Drehzahl ausgehend vom Istdrehmoment Mist den Wert des Solldrehmoments Msoll zu erreichen. Bei linearisierter Auswertung ergibt sich die folgende Gleichung:
TB ≦ TM (6).
- Um sicherzustellen, daß das vorgegebene Anzugsdrehmoment Msoll der Schraube bzw. der Mutter nicht überschritten wird, muß der Schrauber so rechtzeitig abgeschaltet werden, daß er nicht während der Abbremszeit also nach Abschaltung des Antriebs 1 die Schraube zu fest anzieht.
-
- Es wird im folgenden davon ausgegangen, daß die mit dem Regelkreis gem. Figur 1 erzielbare Drehzahlregelung gegenüber der Dynamik des Schraubers als Proportionalglied aufgefaßt werden kann.
- Unter der Bedingung
ω = ωsoll (9)
und unter der Voraussetzung gem. Gleichung (3) ergibt sich für den geschlossenen Kreis in Figur 1 die folgende Gleichung für das vom Schrauber bzw. vom Antrieb 1 auf die festzuziehende Schraube bzw. Mutter wirkende Drehmoment M: - Zur Vermeidung numerischer Probleme wird in der Endphase der Verschraubung anstelle eines variablen Wertes für Ṁ ein fester Wert Ṁmin vorgegeben.
-
-
- Im folgenden wird ko unter folgenden Voraussetzungen bestimmt: t = 0; M = Mo, wobei Mo das Anzugsmoment ist, bei dem der geregelte Schraubvorgang einsetzt. Gleichung (14) ergibt sich damit zu
M = Mo + 2
wobei für c wiederum Gleichung (12) gilt. Es ergibt sich daraus, daß mit Hilfe der Abbremszeitkonstanten k, die anhand von Figur 3 hergeleitet wurde, die Regelcharakteristik des Regelkreises in Figur 1 verändert werden kann. Durch eine Änderung des Faktors k ergibt sich die in Figur 4 dargestellte Kurvenschar der verschiedenen Drehmomentskurven. - Nach allem ist also ersichtlich, daß der Anwender durch Änderung der Abbremszeitkonstanten bzw. des Faktors k im zweiten Multiplizierglied 9 der Regelschaltung in Figur 1 einen steileren oder flacheren Momentenverlauf nach Erreichen des Anlegemoments Mo wählen kann. Auf jeden Fall ist aber gewährleistet, daß die Abstimmung des Schraubfalls auf das als Umschaltpunkt dienende Anlegemoment Mo automatisch gewährleistet ist.
- Das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel wurde anhand der von dem Abbremsverhalten des Schraubers bestimten Konstanten k und anhand der von der Fließgrenze der festzuziehenden Schrauben bestimmten Konstanten ks beschrieben. Es können dem Regelkreis aber auch ohne weiteres zusätzliche Parameter wie etwa Minimaloder Maximaldrehzahlen eingegeben werden, um beispielsweise bei harten Schraubfällen ein rechtzeitiges Abbremsen zu gewährleisten bzw. um das notwendige Drehmoment aufzubringen. Auch für die Meßwerte können Grenzwerte vorgegeben werden, bei deren Erreichen eine Abschaltung erfolgt. Steigt etwa das Drehmoment zu rasch, wird daraus auf ein Fressen der Schraube geschlossen und der Schrauber abgeschaltet.
- Wenn in der Drehmomentenkurve z.B. aufgrund mechanischer Fehler im Getriebe bzw. im Antriebsmotor Schwankungen auftreten, so sind zwei verschiedene Regelungsmöglichkeiten zu unterscheiden:
- Bei der Momentanwertregelung wird versucht, das Momentanmoment, das Istmoment Mist beizubehalten bzw. wieder einzustellen.
- Bei der Spitzenwertregelung wird das abgegebene Drehmoment auf den bei Schwankungen auftretenden Spitzenwert Msp des momentanen Drehmoments eingeregelt, so daß sich die folgende Beziehung ergibt:
Msp = max (Mist) (16).
- Bei dem in Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als Regelparameter die Ableitung des Drehmoments nach der Zeit Ṁ verwendet. Es können jedoch auch die zweite und höhere Ableitungen nach der Zeit als Regelparameter verwendet werden. Überdies können neben der ersten Ableitung des Moments nach dem Winkel auch höhere Ableitungen verwendet werden. Die bei der Ableitung gewonnenen Werte, insbesondere die Werte höherer Ableitungen werden vorzugsweise geglättet.
- Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schraubers, dessen Steuereinheit als Regelparameter den Drehwinkel α der Schraube oder Mutter bzw. die Ableitung des Drehwinkels α nach der Zeit verwendet. In den Figuren 1 und 5 übereinstimmende Teile sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Auf deren Beschreibung wird hier verzichtet.
- Die Winkelzählung beginnt bei einem vorwählbaren Startpunkt, z.B. bei Erreichen des Anlegemoments Mo bzw. bei Erreichen einer bestimmten Schraubtiefe Lo. Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Startpunkt durch das Anlegemoment Mo bestimmt. Zur Erfassung des Drehmoments bzw. des Anlegemoments Mo dient ein Sensor 19, der bei Erreichen des Anlegemoments Mo ein Startsignal an einen Zähler 21 abgibt. Dieser zählt nach Auftreten eines Startsignals den Drehwinkel α , mit dem eine Schraube bzw. eine Mutter gedreht wird. Der von dem Zähler ermittelte Drehwinkel wird zum einen an die Vergleichsstelle 3 weitergegeben, an der die Differenz zwischen einem vorgegebenen Drehwinkel αsoll und dem ermittelten Drehwinkel gebildet wird, und zum anderen an ein Differentiationsglied 5, das die Ableitung des Winkels nach der Zeit dα/dt =α̇ bildet. Diese Ableitung wird dem Multiplikationsglied 7 zugeleitet, das die an der Vergleichsstelle 3 gewonnene Differenz mit dem reziproken Wert der Ableitung des Winkels nach der Zeit, also mit 1/α̇ multipliziert. Dasselbe Ergebnis kann mit einem Divisionsglied erzielt werden, das diese Differenz durch die Ableitung des Winkels teilt.
- Sowohl bei der Multiplikation als auch bei einer Division kann ein Gewichtungsfaktor berücksichtigt werden.
- Das Ergebnis der ersten Multiplikation wird wie beim ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Multipli kationsglied 9 mit dem Faktor k multipliziert und so die Solldrehzahl ωsoll gewonnen. Die Antriebseinheit 14, die Regelstrecke 15 und das Multiplikationsglied 17 entsprechen denen des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1, so daß auf deren Beschreibung hier verzichtet werden kann.
- Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also von einem bestimmten Startpunkt an, der hier durch das Anlegemoment Mo bestimmt wird, der Drehwinkel α der Schraube bzw. Mutter ausgehend von dem Wert α = 0 gezählt und mit dem Sollwert αsoll verglichen. Die Solldrehzahl ωsoll wird kontinuierlich geregelt und schließlich auf den Wert 0 gesenkt, wenn der gewünschte Drehwinkel αsoll erreicht ist. Zur Vermeidung numerischer Probleme wird unterstellt, daß bei der Multiplikation mit dem Faktor 1/α̇ der Wert von α̇ einen Mindestwert nicht unterschreitet.
- Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein schraubtiefengeregeltes Schraubverfahren. In den Figuren 1 5 und 6 übereinstimmende Elemente sind mit identischen Bezugszeichen versehen, auf ihre Beschreibung wird hier verzichtet.
- In Figur 6 ist eine Additions- oder Vergleichsstelle 3 dargestellt, an der die Differenz zwischen einer von einem Tiefensensor 23 ermittelten Schraubtiefe L und einer vorgegebenen Schraubtiefe Lsoll gebildet wird. Aus der Schraubtiefe L wird in einem Differentiationsglied 5 die Ableitung nach der Zeit dL/dt gebildet. Statt dessen kann auch in einem Differentiationsglied 6 die Ableitung der Schraubtiefe nach dem Drehwinkel dL/dα gebildet werden, was in Figur 6 gestrichelt dargestellt ist.
- Die an der Vergleichsstelle 3 gewonnene Differenz wird in dem Multiplikationsglied 7 mit dem Kehrwert der Ableitung der Schraubtiefe nach der Zeit multipliziert. Durch eine weitere Multiplikation in dem Multiplikationsglied 9 mit dem Faktor k, der Abbremszeitkonstanten, wird die Solldrehzahl ωsoll gewonnen, die der Antriebseinheit 14 eingegeben wird. Für die Antriebseinheit 14, die Regelstrecke 15 und das Multiplikationsglied 17 gilt das oben zu Figur 1 Gesagte.
- Aus Figur 6 ergibt sich, daß die Solldrehzahl kontinuierlich geregelt und auf den Wert 0 abgesenkt wird, wenn die gemessene Schraubtiefe den Wert Lsoll erreicht Auch hier wird zur Vermeidung numerischer Probleme unterstellt, daß die Ableitung der Schraubtiefe nach der Zeit einen Mindestwert nicht unterschreitet.
- Es zeigt sich also, daß verschiedene Schraubverfahren durch Verwendung von Regelkreisen mit Störgrößenaufschaltung ausführbar sind. Neben dem drehmomentgeregelten Schraubverfahren, bei dem das gewünschte Solldrehmoment Msoll vorgegeben wird, sind auch drehwinkelund tiefengeregelte Schraubverfahren realisierbar, bei denen der gewünschte Drehwinkel αsoll bzw. eine bestimmte Schraubtiefe Lsoll vorgegeben wird. In jedem Fall wird die Drehzahl ω der Antriebseinheit kontinuierlich an die momentan gemessenen Werte des Drehmoments, des Drehwinkels bzw. der Schraubtiefe angepaßt.
Claims (11)
1. Schraubverfahren zum automatischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem vorbestimmten oder vorbestimmbaren und einem erfaßten Wert ein Differenzsignal gebildet und als Maß für die Drehzahl herangezogen wird.
2. Schraubverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzsignal durch abgeleitete Größen des Meßwerts beeinflußt wird.
3. Schraubverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als abgeleitete Größen die Änderung der Meßgröße nach der Zeit oder nach dem Drehwinkel verwendet wird.
4. Schraubverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als abgeleitete Größen die zweite Ableitung und/oder Ableitungen höheren Grades verwendet werden.
5. Schraubverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß abgeleitete Größen gemittelt werden.
6. Schraubverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Drehzahl in Abhängigkeit vom Schraubfall vorgegeben wird.
7. Schraubverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereinheit Parameter zur Gestaltung des Schraubvorgangs eingegeben werden.
8. Schraubverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Meßwerte Grenzwerte vorgegeben sind, bei denen das Schraubverfahren unterbrochen wird.
9. Schrauber zum automatischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern mit einer Antriebseinheit, einer Steuereinheit zur Bestimmung der Drehzahl für die Antriebseinheit und mit Mitteln zur Erfassung des Drehmoments und/oder des Drehwinkels und/oder der Schraubtiefe zur Durchführung des Schraubverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine Vergleichsstelle (3) zur Bildung der Differenz zwischen dem gewünschten Anzugsmoment (Msoll) und dem gemessenen Drehmoment (M), ein Differenzierglied (5) zur Ableitung des Drehmoments nach der Zeit (dM/dt), ein erstes Multiplikationsglied (7) zur Multiplikation der Differenz (Msoll - M), mit dem Kehrwert der Ableitung des Drehmoments und ein zweites Multiplikationsglied (9) zur Multiplikation des Pro dukts mit einem Parameter zur Bildung der Solldrehzahl für die Antriebseinheit (1,13) aufweist.
10. Schrauber zum automatischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern mit einer Antriebseinheit, einer Steuereinheit zur Bestimmung der Drehzahl für die Antriebseinheit und mit Mitteln zur Erfassung des Drehmoments und/oder des Drehwinkels und/oder der Schraubtiefe, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit folgende Elemente aufweist: Eine Vergleichsstelle (3) zur Bildung der Differenz zwischen dem gewünschten Drehwinkel und dem ermittelten Drehwinkel, ein Differenzierglied (5) zur Ableitung des Drehwinkels nach der Zeit, ein erstes Multiplikationsglied (7) zur Multiplikation der Differenz durch den Kehrwert der Ableitung des Drehwinkels nach der Zeit und ein zweites Multiplikationsglied (9) zur Multiplikation des Produkts mit einem Parameter zur Bildung der Solldrehzahl für die Antriebseinheit (1,13).
11. Schrauber zum automatischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern mit einer Antriebseinheit, einer Steuereinheit zur Bestimmung der Drehzahl für die Antriebseinheit und mit Mitteln zur Erfassung des Drehmoments und/oder des Drehwinkels und/oder der Schraubtiefe zur Durchführung des Schraubverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine Vergleichsstelle (3) zur Bildung der Differenz zwischen der gewünschten Schraubtiefe und der mittels eines Tiefensensors (23) gemessenen Schraubtiefe, ein Differenzierglied (5) zur Ableitung der Schraubtiefe nach der Zeit, ein erstes Multiplikationsglied (7) zur Multiplikation der Differenz durch die Ableitung der gemessenen Schraubtiefe nach der Zeit und ein zweites Multiplikationsglied (9) zur Multiplikation des Produkts mit einem Parameter zur Bildung der Solldrehzahl für die Antriebseinheit (1,13).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3710512 | 1987-03-30 | ||
DE19873710512 DE3710512A1 (de) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | Schraubverfahren und schrauber zum automatischen anziehen von schrauben und/oder muttern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0285815A1 true EP0285815A1 (de) | 1988-10-12 |
Family
ID=6324362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP88103325A Withdrawn EP0285815A1 (de) | 1987-03-30 | 1988-03-04 | Schraubverfahren und Schrauber zum automatischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0285815A1 (de) |
DE (1) | DE3710512A1 (de) |
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