Die Erfindung betrifft eine Druckluftschraubervorrichtung mit einem druckluftbetreibbaren
Handschrauber, der einen Druckluftmotor, einen Druckluftanschluss
und eine Steuerleitung aufweist.
Aus der DE 198 46 947 A1 ist ein überwachter Druckluftschrauber zu entnehmen,
bei dem ein in der Druckluftzufuhr angeordnetes externes Ventil für die Druckluftzuführung
von einer Steuereinrichtung geschalten wird. Die Steuereinrichtung
ist zugleich über eine Leitung mit einem im Druckluftschrauber integrierten Sensor
verbunden, der die Betätigung eines Einschalthebels erfasst. Durch die Steuereinrichtung
wird überwacht, ob ein ordnungsgemäßes Anschrauben erfolgt ist. Erfasst
die Steuereinrichtung eine Fehlverschraubung, so wird über eine Anzeigevorrichtung
ein optisches oder akustisches Signal abgegeben, um den Bediener
auf die Fehlfunktion aufmerksam zu machen. Die einzelnen Komponenten Steuereinrichtung,
externes Ventil, externe Anzeigevorrichtung und Druckluftschrauber
sind hierbei in örtlicher Nähe am Arbeitsplatz angeordnet, damit der Bediener
Zugriff auf die einzelnen Komponenten hat.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, bei Auftreten einer Fehlverschraubung die
Druckluftzuführung automatisch durch Schließen des Ventils zu unterbrechen. Mit
einem derartigen Aufbau ist zwar eine gewisse Funktionskontrolle der Verschraubungen
möglich, jedoch besteht beispielsweise bei Übersehen oder Überhören des
Alarmsignals die Gefahr einer Fehlfunktion. Auch ist eine vergleichsweise leichte
Manipulationsmöglichkeit gegeben, so dass trotz Alarmsignals die Schraubverbindung
mangelhaft bleibt. Insbesondere in komplexen Werkstücken, beispielsweise
bei einem Motorblock eines Kraftfahrzeugs, können derartige mangelhafte
Verschraubungen bei einer nachfolgenden Qualitätskontrolle nicht mehr erfasst
werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Druckluftschraubervorrichtung
anzugeben, die eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Druckluftschraubervorrichtung
mit einem druckluftbetreibbaren Handschrauber, der einen Druckluftmotor,
einen Druckluftanschluss für eine Druckluftzufuhr und eine Steuerleitung aufweist.
Im Handschrauber ist zudem ein Sperrventil für die Druckluftzuführung integriert,
welches von Extern über die Steuerleitung ansteuerbar ist.
Der wesentliche Gesichtspunkt ist hierbei in dem im Gehäuse des Handschraubers
integrierten und von außerhalb ansteuerbaren Sperrventils zu sehen. Gegenüber
der herkömmlichen Anordnung, bei der das Sperrventil extern beispielsweise
in eine Steuereinrichtung am Arbeitsplatz integriert angeordnet ist, bietet diese
Ausgestaltung den entscheidenden Vorteil, dass für den Arbeitsplatz nur noch ein
Druckluftanschluss und ein Anschluss für die Steuerleitung zu einer Steuereinrichtung
notwendig ist. Die Absperrung der Druckluftzufuhr beispielsweise bei einer
Fehlfunktion erfolgt bei dieser Anordnung unmittelbar im Handgerät, indem ein
Sperrsignal an das Sperrventil übermittelt wird. Alternativ hierzu ist das Sperrventil
regelmäßig gesperrt und zum Freigeben wird ein Freigabe-Signal über die Steuerleitung
übermittelt. Aufgrund der Integration des Sperrventils im Handgerät kann
dabei die Steuereinrichtung auch weit entfernt und nicht in unmittelbarer Nähe des
Arbeitsplatzes sein. Für die Einrichtung des Arbeitsplatzes sind daher weniger
Komponenten notwendig und die Gefahr einer Manipulation ist gering.
Um einer Manipulation und einer Fehlbedienung vorzubeugen, ist in einer zweckdienlichen
Weiterbildung vorgesehen, dass das Sperrventil derart ausgebildet ist,
dass es ausschließlich über die Steuerleitung von extern wieder freigegeben werden
kann. Es besteht also keine Möglichkeit, das Sperrventil vom Handschrauber
aus wieder zu öffnen. Bei Auftreten einer Fehlfunktion, die zum Absperren des
Sperrventils geführt hat, ist daher der Benutzer gezwungen, das Sperrventil an der
Steuereinrichtung wieder freizugeben.
In einer zweckdienlichen Weiterbildung ist im Handschrauber ein weiteres Ventil
vorgesehen, welches vom Handschrauber aus betätigbar ist und als Start-Stopp-Ventil
ausgebildet ist. Dieses weitere Ventil ist daher für die normale Schaltfunktion
vorgesehen, um den Druckluftmotor mit Druckluft zu beaufschlagen und somit
die Verschraubung herbeizuführen. Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit, auf
dieses weitere Ventil zu verzichten und über das elektronisch gesteuerte Sperrventil
neben der Zwangsabsperrung auch die Funktion des normalen Ein- und
Ausschaltens vorzunehmen.
Zweckdienlicherweise ist zur Überwachung der Einschalt- und Ausschaltvorgänge
zumindest ein Sensor vorgesehen, der an die Steuerleitung angeschlossen ist.
Bei einem üblichen Handschrauber wird das Start-/Stopp-Ventil durch ein Aufsetzen
des Schraubers auf den Schraubenkopf mechanisch beispielsweise über einen
Ventilstift geöffnet. Der Sensor ist hierbei insbesondere als Näherungsschalter
ausgebildet, welcher die Position eines Verschlusselements des Ventils überwacht.
Über den zumindest einen Sensor wird daher an die Steuereinrichtung ein
Einschalt- und ein Abschaltsignal übermittelt. Mit Hilfe dieser Signale wird insbesondere
überwacht, ob die notwendige Schraubdauer erreicht oder überschritten
wird oder ob die erforderliche Anzahl von Verschraubungen pro Werkstück vorgenommen
wurden.
Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist weiterhin zur Überwachung des
Drehmoments ein elektrischer Drehmomentsensor vorgesehen, der ebenfalls an
die Steuerleitung angeschlossen und im Betrieb über diese mit der Steuereinrichtung
verbunden ist. Über den Drehmomentsensor wird daher ein Drehmoment-Signal
der Steuereinrichtung übermittelt, anhand dessen überprüft wird, ob
das Drehmoment innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegt oder ob beispielsweise
durch zu frühes Abheben oder wegen einer defekten Schraube das
minimal oder das maximal zulässige Drehmoment unter- bzw. überschritten wurde.
Vorzugsweise ist weiterhin am Handschrauber ein vom Bediener wahrnehmbares
Anzeigeelement vorgesehen, welches über die Steuerleitung ansteuerbar ist.
Durch das Anzeigeelement ist insbesondere eine optische Anzeige mittels Leuchtdioden
gebildet, die für unterschiedliche Betriebszustände unterschiedliche Signale
abgibt. Das Anzeigelement kann auch als akustisches Signalelement ausgebildet
sein. Im einfachsten Fall ist die Anzeige als in Ordnung / nicht in Ordnung-Anzeige
ausgebildet.
Im Handschrauber sind die vorab genannten Komponenten, insbesondere das
elektrisch ansteuerbare Sperrventil, der zumindest eine elektrische Sensor zur
Ermittlung des Ein- und Ausschaltens, sowie der Drehmomentsensor integriert
und an die Steuerleitung angeschlossen. Für die Verbindung der Steuerleitung zu
der Steuereinrichtung ist zweckdienlicherweise am Handschrauber ein elektrischer
Kontaktstecker vorgesehen. Bei dieser Ausführungsvariante braucht der Handschrauber
am Arbeitsplatz daher nur noch an einem am Arbeitsplatz zur Verfügung
gestellten Druckluftanschluss und einen Anschluss für die Steuerleitung angeschlossen
werden und ist dann sofort betriebsbereit. Durch die elektrische Fernüberwachung
und Fernsteuerung dieser drei Komponenten werden in der Steuereinrichtung
vorzugsweise alle Betriebszustände und Funktionen des Handschraubers
überwacht und bei Auftreten einer Fehlfunktion wird der Handschrauber gesperrt.
Aus den an die Steuereinrichtung übermittelten Signalen lässt sich nämlich
insbesondere die Anzahl der Verschraubungen je Werkstück, der Drehmomentverlauf
pro Verschraubung sowie die Zeitdauer pro Verschraubung ermitteln
und überprüfen, ob diese Werte innerhalb vorgegebener Sollbereiche liegen.
Um eine Manipulation zu verhindern ist das Sperrventil lediglich über die Steuereinrichtung
und von einer befugten Person freigebbar. An der Steuereinrichtung
ist dabei insbesondere eine Authentifizierung der Person erforderlich, die das
Sperrventil wieder frei gibt.
Um den Anreiz einer Manipulation weiterhin herabzusenken, ist in einer zweckdienlichen
Ausgestaltung weiterhin vorgesehen, dass die Steuereinrichtung vom
Arbeitsplatz entfernt angeordnet ist, so dass zur Freigabe des Sperrventils der
Arbeitsplatz verlassen werden muss. Der Benutzer ist daher gezwungen, den Arbeitsprozess
zu unterbrechen. Insbesondere bei einer auf Akkord angelegten
Produktion entfällt durch diese Maßnahme der Anreiz zu einer Manipulation. Zudem
ist durch die entfernte Anordnung der Steuereinrichtung der jeweilige Arbeitsplatz
mit weniger Geräten ausgestattet und damit übersichtlicher gestaltet.
Zweckdienlicherweise ist die Steuereinrichtung hierbei in ein übergeordnetes Prozessüberwachungssystem
integriert. In diesem werden unterschiedlichste Produktionsabläufe
überwacht und kontrolliert, um eine möglichst weitgehende Qualitäts-
und Produktionskontrolle des gesamten Produktionsprozesses zu ermöglichen.
Die Integration in ein übergeordnetes Prozessüberwachungssystem erlaubt hierbei
insbesondere eine weitgehend vollständige Erfassung von werkstückpezifischen
Qualitäts-Daten, so dass bei Bedarf für jede einzelne Schraube anhand der
erfassten Qualitäts-Kenndaten nachgewiesen werden kann, dass die Verschraubung
in Ordnung war.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen
Handschraubers,
- Fig. 2
- eine Druckluftschraubervorrichtung in einer schematischen,
stark vereinfachten Darstellung, bei der zwei Handschrauber
an eine gemeinsame Druckluftversorgung angeschlossen
sind.
In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 ist angelehnt an eine Konstruktions-
oder Werkstattzeichnung, in der die einzelnen Komponenten eines Handschraubers
2 in für den Fachmann üblicher und verständlicher Weise eingezeichnet sind.
Es werden im folgenden daher lediglich die einzelnen Funktionsblöcke des Handschraubers
2 näher erläutert. Der Aufbau der einzelnen Funktionsblöcke an sich
ist bekannt bzw. für den Fachmann ohne Weiteres auszuführen.
Der in der Fig. 1 dargestellte Druckluft-Handschrauber 2 basiert auf einem herkömmlichen
Drucklufthandschrauber mit Abschaltkupplung, in den mehrere zusätzliche
Komponenten integriert sind, welche der Funktionskontrolle bzw. der
Funktionssicherung des Betriebs des Handschraubers 2 dienen.
Der Handschrauber 2 weist ein Gehäuse 4 auf, welches an seinem rückwärtigen
Ende einen Druckluftanschluss 6 sowie einen elektrischen Anschluss 8 für eine
hier ausschnittsweise dargestellte insbesondere mehradrige externe Steuerleitung
10 aufweist. Die einzelnen Adern der externen Steuerleitung 10 sind vom elektrischen
Anschluss 8 aus über hier der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellte
interne im Inneren des Gehäuses 4 verlaufende Steuerleitungen mit verschiedenen
Komponenten zu deren Kontrolle, also Überwachung bzw. Ansteuerung,
verbunden, wie nachfolgend noch näher ausgeführt wird.
Im vorderen Bereich des Handschraubers 2 ist ein Schraubaufsatz 12 angeordnet,
über den bei Betätigung des Handschraubers 2 Schrauben in ein Werkstück eingedreht
werden. Ausgehend vom Schraubaufsatz 12, also dem vorderen Ende
des langgestreckten Handschraubers 2, sind in Richtung zum hinteren Ende eine
mechanische Drehmomentkupplung 14, ein Drehmomentsensor 16, ein Druckluftmotor
18, ein über einen Ventilstift 20 mechanisch betätigbares Start/Stopp-Ventil
22, ein Sensor 24 für das Ventil 22 sowie ein Sperrventil 26 angeordnet. Weiterhin
ist an der Außenseite am Gehäuse 4 ein optisches Anzeigeelement 28 mit
Leuchtdioden vorgesehen.
Insbesondere der Drehmomentsensor 16, der Sensor 24, das Sperrventil 26 sowie
das Anzeigeelement 28 sind jeweils über eine interne Steuerleitung zunächst
mit dem elektrischen Anschluss 8 und dann weitergehend über die externe Steuerleitung
10 mit einer Steuereinrichtung 30 (vgl. Fig. 2) verbunden.
Als Drehmomentsensor 16 wird ein elektrischer Drehmomentsensor, beispielsweise
ein sogenannter DMS(Dehn-Mess-Streifen)-Drehmomentsensor eingesetzt.
Der Sensor 24 ist beispielsweise als Näherungsschalter ausgebildet und erfasst
die Position eines Verschlusselements 32 des in der Ausführungsform als Kugelventil
ausgebildeten Ventils 22. Das Verschlusselement 32 wird hierbei über den
Ventilstift 20 betätigt, der in mechanischer Wirkverbindung mit dem Schraubaufsatz
12 steht. Durch Aufsetzen des federnd gelagerten Schraubaufsatzes 12 und
Anpressen gegen die Schraube mit einem vorbestimmten Druck wird der Ventilstift
20 innerhalb des Handschraubers 2 nach hinten geschoben, so dass das
Ventil 22 öffnet.
Bei dem Sperrventil 26 handelt es sich insbesondere um ein herkömmliches, elektrisch
ansteuerbares Pneumatik-Ventil, welches derart ausgebildet ist, dass es
bei seiner Aktivierung zu einer Zwangsunterbrechung einer Druckluftzuführung 34
zu dem Druckluftmotor 18 führt. An der Unterseite des Gehäuses 4 ist weiterhin
ein Einstellhebel 36 vorgesehen, über den die Drehrichtung des Schraubaufsatzes
12 eingestellt werden kann.
Ein derartiger Handschrauber 2 wird beispielsweise innerhalb einer Produktionsstraße
an einem Arbeitsplatz 38 vorgesehen. Wie in Fig. 2 dargestellt ist sind hierbei
beispielsweise mehrere Handschrauber 2 an mehreren Arbeitsplätzen 38 über
eine gemeinsame Druckluftleitung 40 an eine Druckluftversorgung angeschlossen.
Die Handschrauber 2 werden jeweils von der ihnen zugeordneten Steuereinrichtung
30 kontrolliert und sind mit dieser über die externe Steuerleitung 10 verbunden.
Die Steuereinrichtungen 30 können hierbei in einer gemeinsamen Baueinheit
44 integriert sein, wie durch die gestrichelte Linienführung angedeutet ist. Wie aus
dieser schematischen Darstellung hervorgeht, sind zum Anschluss des Handschraubers
2 am Arbeitsplatz lediglich ein Druckluftanschluss sowie der Anschluss
an die Steuereinrichtung 30 notwendig. Weitergehende Komponenten sind am
jeweiligen Arbeitsplatz 38 nicht erforderlich. Die Einrichtung eines derartigen Arbeitsplatzes
38 ist daher sehr flexibel und kostengünstig.
Beim Betrieb wird zum Einschrauben einer Schraube der Handschrauber 2 mit
seinem Schraubaufsatz 12 auf die anzuziehende Schraube gedrückt, so dass das
Start-/Stopp-Ventil 22 geöffnet wird und über den Druckluftmotor 18 eine Drehbewegung
auf den Schraubaufsatz 12 übertragen wird. Bei Erreichen eines vorbestimmten
Drehmoments greift die Drehmomentkupplung 14 ein und verhindert
ein Anziehen der Schraube über einen definierten Drehmomentwert. Um diesen
festzulegen ist die Drehmomentkupplung vorzugsweise einstellbar ausgebildet.
Nach erfolgtem Einschraubvorgang schließt das Start/Stopp-Ventil 22 wieder. Über
den Sensor 24 wird zunächst ein Einschalt- oder Startsignal S1 und anschließend
ein Ausschalt- oder Stoppsignal S2 an die Steuereinrichtung 30 übermittelt
und dort erfasst und ausgewertet.
Während des Schraubvorgangs wird weiterhin über den Drehmomentsensor 16
oder Drehmomentaufnehmer das auf die Schraube ausgeübte Drehmoment erfasst
und als Drehmomentsignal S3 an die Steuereinrichtung 30 übermittelt und
dort ausgewertet.
Aus den erfassten Signalen werden insbesondere die Zeitdauer einer jeweiligen
Verschraubung sowie der Drehmomentverlauf erfasst. Aus diesen beiden Kenndaten
ermittelt die Steuereinrichtung 30, ob die Verschraubung der jeweiligen
Schraube in Ordnung ist. Wird beispielsweise eine vorgegebene Zeitdauer aufgrund
eines frühzeitigen Abhebens durch den Benutzer unterschritten oder wird
das maximale Drehmoment zu früh aufgrund einer schadhaften Schraube erreicht,
so wird dies von der Steuereinrichtung 30 als Fehlverschraubung erkannt.
In diesem Fall wird von der Steuereinrichtung 30 ein Sperrsignal S4 an das Sperrventil
26 übermittelt, woraufhin dieses zwangsweise die Druckluftzuführung 34
unterbricht und ein Weiterarbeiten mit dem Handschrauber 2 unterbindet. Von der
Steuereinrichtung wird weiterhin ein Anzeigesignal S5 an das Anzeigeelement 28
übermittelt, je nachdem ob die Verschraubung in Ordnung oder nicht in Ordnung
ist.
Das Sperrventil 26 ist hierbei derart ausgebildet, dass es ausschließlich über die
Steuereinrichtung 30 wieder von extern geöffnet werden kann, um ein Weiterarbeiten
mit dem Handschrauber zu ermöglichen. Hierzu ist an der Steuereinrichtung
30 ein Freigabeelement 42 vorgesehen. Dieses kann nur von authorisierten
Personen beispielsweise durch Verwendung eines entsprechenden
Schlüssels oder Codes betätigt werden.
Ein entscheidender Gesichtspunkt des Handschraubers 2 ist in dem integrierten
Sperrventil 26 zu sehen, welches insbesondere elektrisch von außerhalb ansteuerbar
ist. Weitere wichtige Gesichtspunkte sind in den weiteren elektrisch ansteuerbaren
Komponenten, insbesondere dem Drehmomentensensor 16 sowie dem
Sensor 24 zu sehen, über die eine vollständige Funktionsüberwachung über die
Steuereinrichtung 30 ermöglicht wird. Die von der Steuereinrichtung 30 erfassten
Daten des Handschraubers 2 werden weiterhin zweckdienlicherweise in ein übergeordnetes
Prozessüberwachungssystem eingespeist, in das die Daten einer
Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugen und Maschinen einfließen. Insbesondere
bei einer Produktionsstraße, bei der ein zu bearbeitendes Werkstück eine
Vielzahl von unterschiedlichen Arbeitsvorgängen an mehreren Arbeitsplätzen
durchläuft, wird eine möglichst vollständige Qualitätskontrolle und Qualitätsicherung
jedes einzelnen Arbeitsschritts erreicht.
Bezugszeichenliste
- 2.
- Handschrauber
- 4.
- Gehäuse
- 6.
- Druckluftanschluss
- 8.
- elektrischer Anschluss
- 10.
- externe Steuerleitung
- 12.
- Schraubaufsatz
- 14.
- Drehmomentkupplung
- 16.
- Drehmomentsensor
- 18.
- Druckluftmotor
- 20.
- Ventilstift
- 22.
- Start-/Stopp-Ventil
- 24.
- Sensor
- 26.
- Sperrventil
- 28.
- Anzeigeelement
- 30.
- Steuereinrichtung
- 32.
- Verschlusselement
- 34.
- Druckluftzuführung
- 36.
- Einstellhebel
- 38.
- Arbeitsplatz
- 40.
- Druckluftleitung
- 42.
- Freigabeelement
- 44.
- Baueinheit
- S1
- Startsignal
- S2
- Stoppsignal
- S3
- Drehmomentsignal
- S4
- Sperrsignal
- S5
- Anzeigesignal