EP0773854B1 - Schrauber und verfahren zum anziehen einer schraubverbindung mittels des schraubers - Google Patents
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- EP0773854B1 EP0773854B1 EP95919965A EP95919965A EP0773854B1 EP 0773854 B1 EP0773854 B1 EP 0773854B1 EP 95919965 A EP95919965 A EP 95919965A EP 95919965 A EP95919965 A EP 95919965A EP 0773854 B1 EP0773854 B1 EP 0773854B1
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- B25B23/1453—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for fluid operated wrenches or screwdrivers for impact wrenches or screwdrivers
Definitions
- the invention is based on a screwdriver of the type of claim 1 or a method for tightening a Screw connection according to the preamble of claim 8. It is already a screwdriver with hydraulic Impulse mechanism known (US 4,418,764), in which the amount of the tightening torque effective on the screwing tool Change the cross section of an overflow channel by means of an adjusting screw can be fixed.
- the overflow channel is between a high pressure chamber and a Low pressure chamber arranged and serves to equalize the pressure a print medium.
- the screwdriver is included provided with a mechanical shutdown device that Rotary drive depending on the pressure of the pressure medium switches off.
- the screwdriver according to the invention has the advantage that a simple Structure of the screwdriver is made possible.
- a desired one Tightening torque is easy to specify, one The cross section of the overflow channel does not change is required.
- By detecting the change in the angle of rotation ⁇ of the output shaft between successive Angular momentum of the striking mechanism and by comparing the Angle change ⁇ with a threshold value ⁇ is also a Switch-off criterion for the drive motor can be specified so that a mechanical shutdown device is not required.
- the speed setpoints are raised by means of a handle easy to select by the operator.
- an electric motor especially one electronically commutated motor as a rotary drive becomes one good drive dynamics achieved, so that the rotary drive too with a relatively high load between successive Angular momentum can be accelerated to the specified target speed is.
- the provision of an electric motor also has the advantage that the screwdriver is network-independent by means of an accumulator is operable. With the help of a recording device the speed change ⁇ n of the input shaft can easily Closed on the present tightening torque M. become.
- FIG. 1 shows a section through a Handheld screwdriver designed according to the invention and FIG. 2 a section along line II-II in Figure 1.
- a handheld screwdriver designated by 10 in FIG. 1 has a Housing 11, in which a drive motor 12 is housed.
- a drive shaft 13 of the drive motor 12 is via a Pinion 14 and a transmission gear 15 with a Input shaft 16 of a striking mechanism 17 in a rotationally locking manner coupled.
- the striking mechanism 17 in turn has one Output shaft 18, which with its striking mechanism 17th end facing away from the housing 11 of the hand screwdriver 10 protrudes and there is a tool holder 19 for a not wrench shown in detail.
- the drive motor 12 is an electric motor, in particular a electronically commutated motor trained and over electrical connecting lines 20, 21 controllable.
- the Housing 11 forms an approximately radial of a drive axis 22 away handle 23.
- a Print trigger 24 housed, by means of which Drive motor 12 on or off via a switching device 25 can be switched off.
- the handle 23 is an accumulator 26, the Drive motor 12 supplied with electrical drive energy and this about electrical not shown Connecting lines with the drive motor 12 or the Switching device 25 is connected.
- the hammer mechanism 17 is a hydraulic pulse hammer mechanism educated.
- the input shaft 16 forms an approximately cylindrical rotating body 30, which has an axial bore 31 for receiving the output shaft 18 and with a Radial bore 32 provided for receiving a reciprocating piston 33 is.
- the reciprocating piston 33 in turn has an axial Through hole 34 which extends through the output shaft 18 becomes.
- Within the rotating body 30 are one High pressure chamber 35 and a low pressure chamber 36 formed with each other via an overflow channel 37 are connected.
- the overflow channel 37 runs inside the wall of the rotating body 30.
- the inside of the rotary body 30 is with a pressure medium, for example, a hydraulic oil filled. On the outside it is Inside of the rotating body 30 through a cover 38 an opening of the radial bore 32 and through sealant 39 sealed on the output shaft 18.
- Between Reciprocating piston 33 and output shaft 18 are one Active connection via a cam control 40.
- the cam 52 is designed such that the control cam 51 once per complete relative rotation from output shaft 18 to Reciprocating piston 33 this displacement towards one Reduction of the volume of the high pressure chamber 35 down imposes. This always occurs when the control cam 51 on a tax paragraph 53 of the control curve 52.
- the reciprocating piston 33 is retracted by means of a return spring 54 the pulse output back to its starting position deferred.
- the continuity equation applies to the volume flow dV / dt, ie the volume of the overflowing pressure medium corresponds exactly to the reduction in the volume of the high-pressure chamber 35.
- ⁇ (t) represents the difference in the angular velocities of input shaft 16 and output shaft 18 and ⁇ indicates the difference in rotational angle between these two shafts during the pulse output.
- this angle of rotation difference ⁇ can be set equal to the angle of rotation ⁇ of the input shaft 18.
- differential angular velocity ⁇ (t) then also corresponds in good approximation to the angular velocity and thus the rotational speed n of the input shaft 16.
- the above relationship therefore makes it clear that the volume flow dV / dt and thus the pressure difference ⁇ p (t) or the momentum M can be influenced by the differential angular velocity ⁇ (t) by the speed n of the input shaft 16.
- the screwdriver 10 with means 27 for preselecting the speed n of the input shaft 16 to be provided.
- This is the way it is Tool holder 19 tapped momentum M even without Cross-section change of the overflow channel 37 controllable.
- the speed n of the input shaft 16 and the drive speed of the drive motor 13 via the respective Gear ratio i of the transmission gear 15 directly related the preselection of the speed n over a Appropriate control of the drive motor 12 take place.
- the means 27 for preselecting the speed n of the input shaft 16 have a handle 41 according to the exemplary embodiment Set a target speed n to.
- the handle 41 is for example, as protruding from the housing 11 Knob 47 formed with the switching device 25th interacts in such a way that the operator does the necessary Speed n can select at which the desired Sets momentum moment M on the output shaft 18.
- the Switching device 25 is with corresponding electrical or electronic control means.
- the handle 41 used to specify the desired torque setpoint is by different switching positions of the rotary knob 47th marked with corresponding torque default values and the assignment of these torque setpoints to the corresponding speed setpoints internally e.g. by means of a Table is done in a storage element.
- the means 27 for preselecting the speed n of the input shaft 16 in the exemplary embodiment Speed control device 42 which has a sensor 43 comprises, which detects the actual speed of the input shaft 16 and via connecting lines 45, 46 in signal form to a Comparison device 42a of the speed control device 42 forwards. The regulates in the event of a speed deviation Speed control device 42 the drive motor 12 accordingly, so that a stiff characteristic can be achieved is.
- any speed sensor can be used as sensor 43 Find use.
- the transducer 43 is designed as an incremental sensor, which in addition to the detection of the speed n also the determination of the angle of rotation ⁇ of the input shaft 16 between the consecutive angular momentum.
- Input shaft 16 and drive shaft 13 are mentioned at Screwing process coupled with each other so that also in the arrangement of the transducer 43 shown the drive shaft 13 via the gear ratio i Speed n and the respective angle of rotation ⁇ of the input shaft 16 can be determined.
- the start of a pulse delivery can for example based on the speed curve n (t) significant drop in speed ⁇ n can be detected.
- Angle of rotation ⁇ of the input shaft 16 can be directly on the pro Angle of rotation occurred angle of rotation (change in angle of rotation ⁇ ) of the output shaft 18 are closed because the Input shaft 16 via the cam controller 40 with the Output shaft 18 is coupled.
- a Evaluation device 44 is provided which the Speed control device 42 is assigned and which of the Sensor 43 recorded and via the connecting lines 45, 46 processed signals processed. The Evaluation device 44 thus forms together with the Sensor 43 a device for detecting the Angle change ⁇ of the output shaft 18 per angular momentum.
- the Evaluation device 44 In addition to the speed n of the input shaft 13, the Evaluation device 44 also the one already mentioned Speed drop ⁇ n determined during the screwing process and as a measure for determining the on the tool holder 19th tapped momentum moment M used. This is sufficiently precise, since it can be assumed that a correspondingly strong one with a large pulse output Speed drop ⁇ n and vice versa. At the same time by the beginning of the speed drop ⁇ n also the beginning of the Pulse delivery signals what is for the aforementioned determination of the angle of rotation ⁇ of the input shaft 16 or Angle change ⁇ of the output shaft 18 is helpful. The evaluation device 44 thus forms together with the Sensor 43 also has a device for detecting the Speed drop ⁇ n of the input shaft 16.
- the ratio is also in the evaluation device 44 ⁇ n / ⁇ of speed change ⁇ n of the input shaft 16 for Angle change ⁇ of the output shaft 18 is determined and as Determining variable for determining the target speed of the Input shaft 16 used.
- ⁇ n / ⁇ can be applied to the existing screwing case (hard / soft) can be inferred because the speed drop ⁇ n is proportional to the momentum M.
- M the existing screwing case
- ⁇ n / ⁇ is a hard screwdriving due to a large ratio M / ⁇ characterized, a soft screwdriving case by a small one.
- the screw connection can be particularly tighten exactly to a desired torque.
- evaluation device 44 can be used, for example, with a Memory element be provided in the reference values of the Ratio ⁇ n / ⁇ can be saved. By comparing the determined during the current screwing process Actual ratio ⁇ n / ⁇ with the reference quantities can be corresponding speed correction on the drive motor 12 be made automatically.
- evaluation device 44 is a limit value ⁇ stored, which is a minimal change in the angle of rotation ⁇ Output shaft 18 between successive angular pulses indicates. If this limit value ⁇ is in the course of Screwing process reached, i.e. if ⁇ ⁇ ⁇ , it becomes Tightening torque of the screw connection successive angular momentum no longer worth mentioning increases and the evaluation device 44 switches the Drive motor 12 accordingly.
- the invention is not based on the described Embodiment limited. So the screwdriver can too with any other hydraulic pulse hammer mechanism, for example that known from US 4,418,764 Lamellar impact mechanism. Also a Transmission gear between drive motor and striking mechanism is not always necessary depending on the motor type.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Description
Die Erfindung geht aus von einem Schrauber nach der Gattung
des Anspruchs 1 bzw. von einem Verfahren zum Anziehen einer
Schraubverbindung nach der Gattung des Anspruchs 8.
Es ist schon ein Schrauber mit hydraulischem
Impulsschlagwerk bekannt (US 4,418,764), bei dem der Betrag
des am Schraubwerkzeug wirksamen Schraubmoments durch
Veränderung des Querschnitts eines Überströmkanals mittels
einer Einstellschraube festlegbar ist. Der Überströmkanal
ist zwischen einer Hochdruckkammer und einer
Niederdruckkammer angeordnet und dient dem Druckausgleich
eines Druckmediums. Darüber hinaus ist der Schrauber mit
einer mechanischen Abschalteinrichtung versehen, die den
Drehantrieb in Abhängigkeit des Drucks des Druckmediums
abschaltet.
Der erfindungsgemäße Schrauber mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. das erfindungsgemäße
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8
hat demgegenüber den Vorteil, daß ein einfacher
Aufbau des Schraubers ermöglicht wird. Ein gewünschtes
Schraubmoment ist auf einfache Weise vorgebbar, wobei eine
Veränderung des Querschnitts des Überströmkanals nicht
erforderlich ist. Durch die Erfassung der Drehwinkeländerung
Δϕ der Ausgangswelle zwischen aufeinanderfolgenden
Drehimpulsen des Schlagwerks und durch den Vergleich der
Drehwinkeländerung Δϕ mit einem Schwellwert ε ist zudem ein
Abschaltkriterium für den Antriebsmotor angebbar, so daß
eine mechanische Abschalteinrichtung nicht benötigt wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Anspruch 1 genannten Schraubers möglich.
Mittels einer Handhabe sind die Drehzahlsollwerte auf
einfache Weise durch den Bediener vorwählbar. Durch
Verwendung eines Elektromotors, insbesondere eines
elektronisch kommutierten Motors als Drehantrieb wird eine
gute Antriebsdynamik erreicht, so daß der Drehantrieb auch
bei relativ starker Belastung zwischen aufeinanderfolgenden
Drehimpulsen auf die vorgegebene Solldrehzahl beschleunigbar
ist. Das Vorsehen eines Elektromotors hat zudem den Vorteil,
daß der Schrauber mittels eines Akkumulators netzunabhängig
betreibbar ist. Mit Hilfe einer Einrichtung zur Erfassung
der Drehzahländerung Δn der Eingangswelle kann auf einfache
Weise auf das vorliegende Schraubmoment M geschlossen
werden. Zusammen mit einer Einrichtung zur Erfassung der
Drehwinkeländerung Δϕ der Ausgangswelle des Schlagwerks
zwischen aufeinanderfolgenden Drehimpulsen kann dann eine
Bestimmungsgröße für den vorliegenden Schraubfall
(hart/weich) ermittelt werden. Es ist somit ein einfaches
und genaues Verfahren zum Anziehen der Schraubverbindung
angebbar, mittels dessen die erforderliche Drehzahl n der
Eingangswelle des Schlagwerkes (Solldrehzahl) in
Abhängigkeit des jeweiligen Schraubfalls vorgebbar ist. Auf
diese Weise läßt sich eine hohe Genauigkeit des
Einschraubmomentes der Schraubverbindung erzielen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Schnitt durch einen
erfindungsgemäß ausgebildeten Handschrauber und Figur 2
einen Schnitt gemäß Linie II-II in Figur 1.
Ein in Figur 1 mit 10 bezeichneter Handschrauber hat ein
Gehäuse 11, in dem ein Antriebsmotor 12 untergebracht ist.
Eine Antriebswelle 13 des Antriebsmotors 12 ist über ein
Ritzel 14 und ein Übersetzungsgetriebe 15 mit einer
Eingangswelle 16 eines Schlagwerks 17 drehschlüssig
gekoppelt. Das Schlagwerk 17 weist seinerseits eine
Ausgangswelle 18 auf, die mit ihrem dem Schlagwerk 17
abgewandten Ende aus dem Gehäuse 11 des Handschraubers 10
herausragt und dort eine Werkzeughalterung 19 für ein nicht
näher dargestelltes Schraubwerkzeug trägt.
Der Antriebsmotor 12 ist als Elektromotor, insbesondere als
elektronisch kommutierter Motor ausgebildet und über
elektrische Anschlußleitungen 20, 21 ansteuerbar. Das
Gehäuse 11 bildet einen etwa radial von einer Antriebsachse
22 weggerichteten Handgriff 23. Im Handgriff 23 ist ein
Druckabzug 24 untergebracht, mittels dessen der
Antriebsmotor 12 über eine Schalteinrichtung 25 an- bzw.
ausschaltbar ist. Am dem Antriebsmotor 12 abgewandten Ende
des Handgriffs 23 sitzt ein Akkumulator 26, der den
Antriebsmotor 12 mit elektrischer Antriebsenergie versorgt
und hierzu über nicht näher gezeigte elektrische
Verbindungsleitungen mit dem Antriebsmotor 12 bzw. der
Schalteinrichtung 25 verbunden ist.
Das Schlagwerk 17 ist als hydraulisches Impulsschlagwerk
ausgebildet. Die Eingangswelle 16 bildet einen etwa
zylindrischen Rotationskörper 30, der mit einer Axialbohrung
31 zur Aufnahme der Ausgangswelle 18 und mit einer
Radialbohrung 32 zur Aufnahme eines Hubkolbens 33 versehen
ist. Der Hubkolben 33 hat seinerseits eine axiale
Durchgangsbohrung 34, die von der Ausgangswelle 18 durchragt
wird. Innerhalb des Rotationskörpers 30 sind eine
Hochdruckkammer 35 und eine Niederdruckkammer 36
ausgebildet, die über einen Überströmkanal 37 miteinander
verbunden sind. Der Überströmkanal 37 verläuft dabei
innerhalb der Wandung des Rotationskörpers 30. Das Innere
des Rotationskörpers 30 ist mit einem Druckmedium,
beispielsweise einem Hydrauliköl gefüllt. Nach außen ist das
Innere des Rotationskörpers 30 durch einen Deckel 38 an
einer Öffnung der Radialbohrung 32 und durch Dichtmittel 39
an der Ausgangswelle 18 dicht abgeschlossen. Zwischen
Hubkolben 33 und Ausgangswelle 18 besteht eine
Wirkverbindung über eine Nockensteuerung 40.
Beim Betrieb des Antriebsmotors 12 wird zunächst die
Eingangswelle 16 und damit der Rotationskörper 30 über das
Übersetzungsgetriebe 15 drehend angetrieben. Aufgrund von
Reibkräften wird dabei die Ausgangswelle 18 ebenfalls
drehend mitgenommen. Sobald ein an der Werkzeughalterung 19
abgegriffenes Schraubmoment das Reibmoment übersteigt,
können sich die Ausgangswelle 18 und die Eingangswelle 16
bzw. der Rotationskörper 30 gegeneinander verdrehen. Die mit
dem Schraubwerkzeug verbundene Ausgangswelle 18 dreht dann
langsamer als der beispielsweise in Richtung eines Pfeiles
50 (Figur 2) drehende Rotationskörper 30 mit Hubkolben 33.
Wie aus Figur 2 hervorgeht, besteht die Nockensteuerung 40
aus einem fest mit der Ausgangswelle 18 verbundenen
Steuernocken 51 und einer innerhalb der Durchgangsbohrung 34
am Hubkolben 33 angeordneten Steuerkurve 52. Die Steuerkurve
52 ist derart ausgebildet, daß der Steuernocken 51 einmal
pro vollständiger Relatiwerdrehung von Ausgangswelle 18 zum
Hubkolben 33 diesem eine Verschiebung in Richtung auf eine
Verkleinerung des Volumens der Hochdruckkammer 35 hin
aufzwingt. Dies erfolgt immer dann, wenn der Steuernocken 51
auf einen Steuerabsatz 53 der Steuerkurve 52 aufläuft.
Mittels einer Rückstellfeder 54 wird der Hubkolben 33 nach
der Impulsabgabe wieder in seine Ausgangsstellung
zurückgestellt. Während der Verschiebung des Hubkolbens 33
wird das Druckmedium in der Hochdruckkammer 35 mit Druck
beaufschlagt, der dazu führt, daß über die Nockensteuerung
40 ein Impulsmoment M auf die Ausgangswelle 18 übertragen
wird. Der Betrag des Impulsmomentes M ist dabei von der
Druckdifferenz Δp zwischen der Hochdruckkammer 35 und der
Niederdruckkammer 36 abhängig, d.h. M = f(Δp). Der zeitliche
Verlauf der Druckdifferenz Δp wird durch den durch den
Überströmkanal 37 hindurchströmenden Volumenstrom dV/dt des
Druckmediums bestimmt, d.h. Δp (t) = f(dV/dt).
Da das Druckmedium in erster Näherung als inkompressibel
angenommen werden kann, gilt für den Volumenstrom dV/dt die
Kontinuitätsgleichung, d.h. das Volumen des überströmenden
Druckmediums entspricht genau der Verkleinerung des Volumens
der Hochdruckkammer 35. Durch Umformung erhält man für den
Volumenstrom:
dV/dt = dV/dγ * dγ/dt = dV/dγ * ω(t)
wobei ω(t) die Differenz der Winkelgeschwindigkeiten von
Eingangswelle 16 und Ausgangswelle 18 darstellt und γ die
Drehwinkeldifferenz zwischen diesen beiden Wellen während
der Impulsabgabe angibt. Näherungsweise kann diese
Drehwinkeldifferenz γ gleich dem Drehwinkel α der
Eingangswelle 18 gesetzt werden. Die genannte
Differenz-Winkelgeschwindigkeit ω(t) entspricht dann ebenso
in guter Näherung der Winkelgeschwindigkeit und somit der
Drehzahl n der Eingangswelle 16. Durch die obenstehende
Beziehung wird also verdeutlicht, daß der Volumenstrom dV/dt
und damit die Druckdifferenz Δp(t) bzw. das Impulsmoment M
über die Differenz-Winkelgeschwindigkeit ω(t) durch die
Drehzahl n der Eingangswelle 16 beeinflußbar ist.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, den Schrauber 10
mit Mitteln 27 zur Vorwahl der Drehzahl n der Eingangswelle
16 zu versehen. Auf diese Weise ist das an der
Werkzeughalterung 19 abgreifbare Impulsmoment M auch ohne
Querschnittsänderung des Überströmkanals 37 steuerbar. Da
die Drehzahl n der Eingangswelle 16 und die Antriebsdrehzahl
des Antriebsmotors 13 über das jeweilige
Übersetzungsverhältnis i des Übersetzungsgetriebes 15 direkt
zusammenhängen, kann die Vorwahl der Drehzahl n über eine
entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors 12 erfolgen.
Die Mittel 27 zur Vorwahl der Drehzahl n der Eingangswelle
16 weisen gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Handhabe 41 zum
Einstellen einer Solldrehzahl n auf. Die Handhabe 41 ist
beispielsweise als aus dem Gehäuse 11 herausragender
Drehknopf 47 ausgebildet, der mit der Schalteinrichtung 25
derart zusammenwirkt, daß der Bediener die erforderliche
Drehzahl n vorwählen kann, bei der sich das gewünschte
Impulsmoment M an der Ausgangswelle 18 einstellt. Die
Schalteinrichtung 25 ist dazu mit entsprechenden
elektrischen bzw. elektronischen Steuermitteln versehen. Für
den Anwender besonders vorteilhaft ist es, wenn die Handhabe
41 zur Vorgabe des gewünschten Drehmomentsollwertes benutzt
wird, indem verschiedene Schaltstellungen des Drehknopfes 47
mit entsprechenden Drehmoment-Vorgabewerten gekennzeichnet
sind und die Zuordnung dieser Drehmomentsollwerte zu den
entsprechenden Drehzahlsollwerten intern z.B. mittels einer
Tabelle in einem Speicherelement erfolgt.
Darüber hinaus weisen die Mittel 27 zur Vorwahl der Drehzahl
n der Eingangswelle 16 im Ausführungsbeispiel eine
Drehzahlregeleinrichtung 42 auf, die einen Aufnehmer 43
umfaßt, der die Istdrehzahl der Eingangswelle 16 erfaßt und
über Verbindungsleitungen 45, 46 in Signalform an eine
Vergleichseinrichtung 42a der Drehzahlregeleinrichtung 42
weiterleitet. Bei einer Drehzahlabweichung regelt die
Drehzahlregeleinrichtung 42 den Antriebsmotor 12
entsprechend nach, so daß eine steife Kennlinie erzielbar
ist.
Als Aufnehmer 43 kann ein beliebiger Drehzahlsensor
Verwendung finden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Aufnehmer 43 als inkrementaler Meßwertgeber ausgebildet,
der neben der Erfassung der Drehzahl n auch die Bestimmung
des Drehwinkels α der Eingangswelle 16 zwischen den
aufeinanderfolgenden Drehimpulsen zuläßt. Wie bereits
erwähnt sind Eingangswelle 16 und Antriebswelle 13 beim
Schraubvorgang drehschlüssig miteinander gekoppelt, so daß
auch bei der dargestellten Anordnung des Aufnehmers 43 an
der Antriebswelle 13 über das Übersetzungsverhältnis i die
Drehzahl n und der jeweilige Drehwinkel α der Eingangswelle
16 ermittelbar sind. Der Beginn einer Impulsabgabe kann
beispielsweise anhand des Drehzahlverlaufes n(t) durch
deutlichen Drehzahlabfall Δn erkannt werden.
Mittels des zwischen zwei Drehimpulsen zurückgelegten
Drehwinkels α der Eingangswelle 16 kann direkt auf den pro
Drehimpuls aufgetretenen Verdrehwinkel (Drehwinkeländerung
Δϕ) der Ausgangswelle 18 geschlossen werden, da die
Eingangswelle 16 über die Nockensteuerung 40 mit der
Ausgangswelle 18 gekoppelt ist. Vom gesamten Drehwinkel α
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drehimpulsen müssen hierzu
lediglich 360 Grad abgezogen werden, d.h. Δϕ = α - 2π.
Zur Ermittlung der Drehwinkeldifferenz Δϕ ist eine
Auswerteeinrichtung 44 vorgesehen, der die
Drehzahlregeleinrichtung 42 zugeordnet ist und die die vom
Aufnehmer 43 aufgenommenen und über die Verbindungsleitungen
45, 46 übertragenen Signale weiterverarbeitet. Die
Auswerteeinrichtung 44 bildet somit zusammen mit dem
Aufnehmer 43 eine Einrichtung zur Erfassung der
Drehwinkeländerung Δϕ der Ausgangswelle 18 je Drehimpuls.
Neben der Drehzahl n der Eingangswelle 13 wird mittels der
Auswerteeinrichtung 44 auch der bereits erwähnte
Drehzahlabfall Δn während des Schraubvorgangs ermittelt und
als Maß für Bestimmung des an der Werkzeughalterung 19
abgegriffenen Impulsmomentes M verwendet. Dies ist
hinreichend genau, da davon ausgegangen werden kann, daß
sich bei großer Impulsabgabe ein entsprechend starker
Drehzahlabfall Δn einstellt und umgekehrt. Gleichzeitig wird
durch den Beginn des Drehzahlabfalles Δn auch der Beginn der
Impulsabgabe signalisiert, was für die erwähnte Ermittlung
des Drehwinkels α der Eingangswelle 16 bzw. der
Drehwinkeländerung Δϕ der Ausgangswelle 18 hilfreich ist.
Die Auswerteeinrichtung 44 bildet somit zusammen mit dem
Aufnehmer 43 auch eine Einrichtung zur Erfassung des
Drehzahlabfalles Δn der Eingangswelle 16.
In der Auswerteeinrichtung 44 wird zusätzlich das Verhältnis
Δn/Δϕ von Drehzahländerung Δn der Eingangswelle 16 zur
Drehwinkeländerung Δϕ der Ausgangswelle 18 ermittelt und als
Bestimmungsgröße für die Festlegung der Solldrehzahl der
Eingangswelle 16 herangezogen. Mit Hilfe des Verhältnisses
Δn/Δϕ kann auf den vorliegenden Schraubfall (hart/weich)
rückgeschlossen werden, da der Drehzahlabfall Δn
proportional zum Impulsmoment M ist. Bekanntermaßen ist ein
harter Schraubfall durch ein großes Verhältnis M/Δϕ
gekennzeichnet, ein weicher Schraubfall durch ein kleines.
Entsprechendes gilt auch für das Verhältnis Δn/Δϕ. Da der
Schraubfall Auswirkungen auf die erzielbare Genauigkeit des
Anziehmomentes der Schraubverbindung hat, ist die Kenntnis
dieser Größe von großer Bedeutung. Wird das ermittelte
Verhältnis Δn/Δϕ als Bestimmungsgröße für die Vorwahl der
Solldrehzahl der Eingangswelle 16 in der Auswerteeinrichtung
44 verwendet, läßt sich die Schraubverbindung besonders
genau auf ein gewünschtes Drehmoment anziehen. Die
Auswerteeinrichtung 44 kann hierzu beispielsweise mit einem
Speicherelement versehen sein, in dem Referenzgrößen des
Verhältnisses Δn/Δϕ abspeicherbar sind. Durch Vergleich des
während des aktuellen Schraubvorganges ermittelten
Istverhältnisses Δn/Δϕ mit den Referenzgrößen kann eine
entsprechende Drehzahlkorrektur am Antriebsmotor 12
automatisch vorgenommen werden.
Die Ermittlung der Drehwinkeländerung Δϕ der Ausgangswelle
18 zwischen aufeinanderfolgenden Drehimpulsen durch die
Auswerteeinrichtung 44 erlaubt auch die Angabe eines
Abschaltkriteriums für den Drehantrieb. In der
Auswerteeinrichtung 44 ist hierzu ein Grenzwert ε
abgespeichert, der eine minimale Drehwinkeländerung Δϕ der
Ausgangswelle 18 zwischen aufeinanderfolgenden Drehimpulsen
angibt. Wird dieser Grenzwert ε im Verlauf des
Schraubvorganges erreicht, d.h. ist Δϕ ≤ ε, wird das
Verschraubungsmoment der Schraubverbindung durch
aufeinanderfolgende Drehimpulse nicht mehr nennenswert
erhöht und die Auswerteeinrichtung 44 schaltet den
Antriebsmotor 12 entsprechend ab.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann der Schrauber auch
mit einem beliebigen anderen hydraulischen Impulsschlagwerk,
beispielsweise dem aus der US 4,418,764 bekannten
Lamellenschlagwerk ausgestattet sein. Auch ein
Übersetzungsgetriebe zwischen Antriebsmotor und Schlagwerk
ist je nach Motortyp nicht in jedem Falle erforderlich.
Claims (8)
- Schrauber, insbesondere Handschrauber, mit einem hydraulischen Schlagwerk (17), das eine mittels eines Antriebsmotors (12) drehend antreibbare Eingangswelle (16) und eine mit einer Werkzeughalterung (19) gekoppelte, gegenüber der Eingangswelle (16) verdrehbare Ausgangswelle (18) hat, und das wenigstens eine Hochdruckkammer (35) und wenigstens eine Niederdruckkammer (36) aufweist, die jeweils mit einem Druckmedium gefüllt und über wenigstens einen Überströmkanal (37) miteinander verbunden sind, wobei das Druckmedium in der Hochdruckkammer (35) bei einer Relativverdrehung von Eingangswelle (16) und Ausgangswelle (18) zueinander mit Druck beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrauber (10) zwecks Beeinflussung eines an der Ausgangswelle (18) abgreifbaren Impulsmomentes (M) Mittel (27) zur Vorwahl einer Drehzahl (n) der Eingangswelle (16) aufweist, die eine Drehzahlregeleinrichtung (42) für den Antriebsmotor (12) aufweisen.
- Schrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (27) zur Vorwahl der Drehzahl (n) bzw. des Impulsmomentes (M) eine Schalteinrichtung (25) zur Einstellung verschiedener Impulsmomentsollwerte mittels verschiedener Drehzahlsollwerte aufweisen.
- Schrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (12) durch einen Elektromotor gebildet wird.
- Schrauber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor als elektronisch kommutierter Motor ausgebildet ist.
- Schrauber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor mittels eines Akkumulators (26) netzunabhängig betreibbar ist.
- Schrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrauber (10) mit einer Einrichtung (43, 44) zur Erfassung einer Drehzahländerung (Δn) der Eingangswelle (16) versehen ist.
- Schrauber nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrauber (10) mit einer Einrichtung (43, 44) zur Erfassung einer Drehwinkeländerung (Δϕ) der Ausgangswelle (18) versehen ist.
- Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung mittels eines Schraubers (10), der mit einem Antriebsmotor (12) und mit einem drehimpulserzeugenden Schlagwerk (17) versehen ist, welches Schlagwerk (17) eine mittels des Antriebsmotors (12) drehend antreibbare Eingangswelle (16) aufweist und eine mit einer Werkzeughalterung (19) für ein Schraubwerkzeug gekoppelte Ausgangswelle (16) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Solldrehzahl der Eingangswelle (16) vorgewählt wird, daß während des Schraubvorgangs das Verhältnis Δn/Δϕ von Drehzahländerung (Δn) der Eingangswelle (16) zur Drehwinkeländerung (Δϕ) der Ausgangswelle (18) ermittelt wird und daß dieses Verhältnis Δn/Δϕ als Bestimmungsgröße für die Vorwahl der Solldrehzahl der Eingangswelle (16) in einer Auswerteeinrichtung (44) herangezogen wird.
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