EP1737619B1 - Verfahren zum winkelgesteuerten drehen eines teiles - Google Patents

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EP1737619B1
EP1737619B1 EP05741762A EP05741762A EP1737619B1 EP 1737619 B1 EP1737619 B1 EP 1737619B1 EP 05741762 A EP05741762 A EP 05741762A EP 05741762 A EP05741762 A EP 05741762A EP 1737619 B1 EP1737619 B1 EP 1737619B1
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EP
European Patent Office
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piston
pressure
cylinder drive
turning
hydraulic
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP05741762A
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English (en)
French (fr)
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EP1737619A1 (de
Inventor
Paul-Heinz Wagner
Ulf Sittig
Günter Andres
Bernd Thelen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wagner Vermoegensverwaltungs GmbH and Co KG
Original Assignee
Wagner Vermoegensverwaltungs GmbH and Co KG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B21/00—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose
    • B25B21/004—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose of the ratchet type
    • B25B21/005—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose of the ratchet type driven by a radially acting hydraulic or pneumatic piston
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/145—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for fluid operated wrenches or screwdrivers

Definitions

  • the invention relates to a method for angularly rotating a rotatable member using a hydraulic piston-cylinder drive and a ratchet, and more particularly to a method of operating a hydraulic power wrench.
  • WO 03/013797 A1 a method for controlling an intermittent screwing is described, in which a hydraulic power wrench, which has a piston-cylinder unit, in several strokes tighten a screw.
  • the screwing operation is subdivided into a torque mode, which is carried out until a predetermined joining torque is reached, and a rotation angle mode in which, starting with the joining moment, the screw is further rotated by a predetermined angle of rotation.
  • the power wrench is equipped with a torque sensor and a rotation angle sensor. Such sensors provide an additional Expenditure and have the consequence that only certain types of power wrenches are suitable for carrying out the method.
  • a method from which the preamble of claim 1 proceeds is known from US-A-5,668,328 ,
  • the angle variable of the hydraulic power wrench is used to determine the angle of rotation.
  • the method assumes that the flow rate is constant and that the total flow rate supplied is therefore proportional to the time.
  • the rotation angle of the power wrench is determined by time measurement. As a result, corresponding angle sensors are dispensable.
  • the invention has for its object to provide a method for angularly controlled rotation of a rotatable member, in which the beginning of the rotation angle measurement is clearly defined.
  • the invention has for its object to provide a method for angularly rotating a rotatable member that does not require an angle sensor and therefore simple and without limitation on a particular piston-cylinder drive is feasible.
  • the inventive method for angularly rotating a rotatable member using a hydraulic piston-cylinder drive and a ratchet has the features of claim 1.
  • the rotational angular velocity is determined as a relationship between rotational angle and rotational time at a defined mass flow supplied to the linear drive before a working cycle of the rotary device. Subsequently, during a work cycle, the supply of the linear drive with a defined flow rate under measurement of the duration. In a rotation angle mode, the rotation angle is determined from the time duration and the rotation angular velocity.
  • the "rotation angle per unit time" for this volume flow certainly.
  • the angle of rotation per unit of time can be determined experimentally by measuring the angle of rotation or even calculated. The calculation is carried out in such a way that from the filling volume of the hydraulic cylinder, the defined volume flow, which is supplied to the piston cylinder drive, and the lever length of the rotary part rotating lever system, the rotation angle per unit time is calculated.
  • the reciprocal value namely the "time per angle of rotation” can be determined.
  • a time measurement is performed and the rotation is terminated when the time measurement results in the sweep of the desired angular range.
  • the desired angle of rotation can be programmed before starting work. By a setpoint / actual value comparison can be switched off after reaching the desired rotation angle.
  • the defined volume flow can be generated by a hydraulic unit that includes a positive displacement or volumetric pump, such as a gear pump.
  • a volumetric pump delivers a volumetric flow proportional to the pump speed. By controlling the pump speed, a desired flow rate can be generated.
  • the defined volume flow is in the simplest case a constant volume flow. It can be changed according to a predetermined time program or as a function of a measured variable, for example the pressure of the hydraulic medium.
  • a torque mode is carried out in which the rotatable part is rotated until a determinable pressure value corresponding to a joining torque is reached, the supply of the piston cylinder drive taking place with a defined flow rate.
  • the torque mode is terminated when the pressure built up on the piston cylinder drive has reached a value corresponding to the mating torque.
  • the pressure is used in the hydraulic system supplying the piston cylinder drive. This pressure increases proportionally with the moment of resistance of the part to be rotated so that it can be used for torque measurement.
  • a torque measurement is not possible at the times when the piston of the piston cylinder drive abuts against the end stop. Then the drive means must be switched to return, whereby the piston performs its return stroke.
  • a basic characteristic curve is determined which indicates the time profile of the pressure and has a rise region caused by the blocking of the piston cylinder drive.
  • a reversal of the piston cylinder drive takes place when the slope of the temporal pressure curve in the current work cycle is equal to the slope of the rise range of the basic characteristic.
  • the blocking of the piston at the end of a piston stroke is detected by the fact that a rapid pressure increase occurs. If so, the return stroke of the piston is initiated to subsequently begin the next piston stroke. Again, only a pressure measurement of the hydraulic pressure is required. A torque sensor is not needed.
  • the measurement of the time duration can take place via at least two piston strokes.
  • the measured value of the time duration is stored and taken over as the initial value for the next piston stroke. In this way, an accumulation of the swept rotation angle, so that the desired rotation angle at which the rotation is to be stopped, is determined with high accuracy.
  • a power wrench 10 is shown.
  • This has a hydraulic piston-cylinder drive 11 with a hydraulic cylinder 12 and a piston 13 movable therein.
  • the piston is connected to a piston rod 14, and the end of the piston rod engages a lever 15 which engages with a latching pawl 15a on the toothing of a ratchet wheel 17.
  • the ratchet wheel 17 is part of a ring piece 18, which has a socket 19 for inserting a key nut or a screw head to be rotated. By reciprocating movement of the piston 13, the ring piece 18 is rotated, and with this the screw.
  • the ring piece 18 is mounted in a housing 20 which also contains the piston-cylinder drive 11.
  • the pressure for the piston-cylinder drive 11 is determined by the in FIG. 1 shown hydraulic unit 25, which includes a positive displacement pump 26, such as a gear pump, a speed-controlled synchronous motor and a tank.
  • the motor drives the pump 26.
  • the hydraulic unit 25 is connected to a pressure line 28 and a return line 29. These two lines are connected via a control valve 30 to the piston-cylinder drive 11. By switching the control valve 30, the piston 13 can be moved either forward or backward.
  • control unit 31 For controlling the hydraulic unit 16 and the control valve 30, the control unit 31 is provided. This includes a frequency converter that generates a variable drive frequency for the motor. The control unit 31 thus determines the speed of the pump 17. The pump speed determines the volume flow Q, which is the pressure line 28 is supplied.
  • a pressure sensor 32 is provided which measures the hydraulic pressure p in the pressure line.
  • the pressure sensor is connected via a line 33 to the control unit 31.
  • FIG. 3 illustrated basic characteristic GKL of the hydraulic system shown, which indicates the pressure p as a function of time t for a given volume flow (or a certain pump speed). For other volume flows or pump speeds, this curve can be moved accordingly.
  • the basic characteristic curve GKL was recorded for the relevant hydraulic circuit from the same units and hoses.
  • the basic characteristic curve results with an idle stroke of the piston 13 with constant volume flow.
  • a short increase in pressure to overcome the friction This is followed by a section 36 of constant pressure during the idle stroke.
  • the piston has reached the end stop, so that it is now blocked and in the section 38, a linear pressure increase.
  • the maximum pressure p max is reached, the return stroke takes place, in which the pressure at the pressure sensor 32 goes down to zero.
  • the section 38 forms the rise area.
  • Fig. 4 shows a run of the power wrench from a total of 4 piston strokes KH1 - KH4. Plotted is the pressure curve p of the pressure sensor 32 over the time t.
  • the piston stroke KH1 has an initial portion 40 which corresponds to the portion 35 of FIG Fig. 3 equivalent. This is followed by a section 42 in which the screw is rotated, but does not generate a high load torque. At point 43, the piston 13 abuts against the front stop. This results in a steeper pressure build-up represented by section 44.
  • the pressure change in section 42 is measured at defined intervals, whereby the gradient dp / dt is determined. If this gradient is smaller than the value p 'in Fig. 3 , so the state of blocking is not reached, ie the screw is still rotating. By comparing the gradient in the section 42 with the gradient p 'of the basic characteristic GKL, it is determined whether the blocking state is reached.
  • the pressure p measured at the pressure sensor 32 corresponds to the torque acting on the screw. It is therefore possible to determine a pressure value which corresponds to a joining moment M F.
  • this pressure is reached, for example at point 46 in FIG Fig. 4 , is transferred from the torque mode DMM, in which the torque is monitored, to the rotation angle mode DWM, in which a rotation is performed by a predetermined angular range, without interrupting the screwing operation.
  • a time measurement begins. This is due to the uniform intervals 0 - 8 in Fig. 4 designated.
  • the time measurement is based on the following consideration:
  • the volume flow of an aggregate is determined in quantity per unit of time. Since the filling volume of the hydraulic cylinder is known, the piston travel per unit time can be determined.
  • the piston acts on a lever system that ultimately turns the screw. Since the lever length is known, the angle of rotation per unit time can be determined. With the same volume flow, the same hose length and the same power wrench, the time can be determined for 1 ° (one angle degree). This time is for example 64 ms per 1 °. As this time elapses while the screw is being turned, an angular degree is counted and added to the previously swept angles. In the Fig. 4 The intervals denoted by 0 to 8 each correspond to an angular degree.
  • the screw is tightened until the joining torque M F by determining the torque on the basis of the measured pressure p and finally further rotated by a certain angle of rotation.
  • the joining torque and the angle of rotation are entered manually. These values are the target values for the tightening process.
  • the rotation angle method according to the invention is not limited to screwing operations. Rather, pipes or rods can be rotated hydraulically against a rotational resistance.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum winkelgesteuerten Drehen eines drehbaren Teiles unter Verwendung eines hydraulischen Kolbenzylinderantriebs und einer Ratsche, und insbesondere ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Kraftschraubers.
  • In WO 03/013797 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines intermittierenden Schraubvorganges beschrieben, bei dem ein hydraulischer Kraftschrauber, der eine Kolbenzylindereinheit aufweist, in mehreren Hüben eine Schraube anzieht. Der Schraubvorgang ist unterteilt in einen Drehmomentmodus, der bis zum Erreichen eines vorgegebenen Fügemoments durchgeführt wird, und einen Drehwinkelmodus bei dem, beginnend mit dem Fügemoment, die Schraube um einen vorbestimmten Drehwinkel weitergedreht wird. Der Kraftschrauber ist mit einem Drehmomentsensor und einem Drehwinkelsensor ausgestattet. Solche Sensoren stellen einen zusätzlichen Aufwand dar und haben zur Folge, dass nur bestimmte Kraftschraubertypen zur Durchführung des Verfahrens verwendbar sind.
  • Ein Verfahren, von dem der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, ist bekannt aus U.S.-A-5,668,328 . Hierbei wird die Winkelvariable des hydraulischen Kraftschraubers dazu benutzt, den Drehwinkel zu bestimmen. Das Verfahren geht davon aus, dass die Strömungsrate konstant ist und dass die gesamte zugeführte Strömungsmenge demnach proportional zu der Zeit ist. Der Drehwinkel des Kraftschraubers wird durch Zeitmessung bestimmt. Dadurch werden entsprechende Winkelaufnehmer entbehrlich.
  • DE 198 13 900 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Schraube bis zu einem Fügepunkt, an dem die verschiedenen Bestandteile der Schraubverbindung satt aufliegen, leichtgängig und ungesteuert angezogen wird. Danach erfolgt eine Messung des Schraubspannwinkels, der in mehrmaligen Hüben erhöht wird, wobei die Zeitdauern der einzelnen Hübe akkumuliert werden. Die Feststellung, wann der Fügepunkt erreicht ist, ist nicht näher beschrieben. Sie kann dadurch erfolgen, dass der Übergang von dem leichtgängigen Antrieb auf eine höhere Last ermittelt und als Fügepunkt definiert wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum winkelgesteuerten Drehen eines drehbaren Teiles anzugeben, bei dem der Beginn der Drehwinkelmessung eindeutig definiert ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum winkelgesteuerten Drehen eines drehbaren Teiles anzugeben, das keinen Winkelsensor benötigt und daher einfach und ohne Beschränkung auf einen bestimmten Kolbenzylinderantrieb durchführbar ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum winkelgesteuerten Drehen eines drehbaren Teiles unter Verwendung eines hydraulischen Kolbenzylinderantriebs und einer Ratsche weist die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
  • Erfindungsgemäß wird vor einem Arbeitslauf der Drehvorrichtung die Drehwinkelgeschwindigkeit als Beziehung zwischen Drehwinkel und Drehzeit bei einem dem Linearantrieb zugeführten definierten Mengenstrom ermittelt. Anschließend erfolgt bei einem Arbeitslauf die Versorgung des Linearantriebes mit definiertem Mengenstrom unter Messung der Zeitdauer. Bei einem Drehwinkelmodus wird aus der Zeitdauer und der Drehwinkelgeschwindigkeit der Drehwinkel bestimmt.
  • Zur Durchführung dieses den Drehwinkelmodus betreffenden Verfahrens wird an der mechanischen Drehvorrichtung weder ein Sensor noch ein Messgerät benötigt. Was gemessen wird ist lediglich die Zeitdauer der Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit mit definiertem Mengenstrom. Die Messung der Winkeldrehung ist also auf eine Zeitmessung reduziert.
  • Vor einem Arbeitslauf wird in einem Kalibrierlauf, in dem dem Kolbenzylinderantrieb ein definierter Volumenstrom zugeführt wird, der "Drehwinkel pro Zeiteinheit" für diesen Volumenstrom bestimmt. Der Drehwinkel pro Zeiteinheit kann experimentell durch Messung des Drehwinkels ermittelt werden oder auch berechnet werken. Die Berechnung erfolgt in der Weise, dass aus dem Füllvolumen des Hydraulikzylinders, dem definierten Volumenstrom, der dem Kolbenzylinderantrieb zugeführt wird, und der Hebellänge des das drehbare Teil drehenden Hebelsystems der Drehwinkel pro Zeiteinheit berechnet wird. Selbstverständlich kann auch der reziproke Wert, nämlich die "Zeit pro Drehwinkelgrad" bestimmt werden. In jedem Fall wird eine Zeitmessung durchgeführt und die Drehung wird beendet, wenn die Zeitmessung das Überstreichen des gewünschten Winkelbereichs ergibt. Der gewünschte Drehwinkel kann vor Arbeitsbeginn programmiert werden. Durch einen Sollwert/Istwert-Vergleich kann nach Erreichen des gewünschten Drehwinkels abgeschaltet werden.
  • Der definierte Volumenstrom kann von einem Hydraulikaggregat erzeugt werden, das eine Verdrängerpumpe oder volumetrische Pumpe enthält, beispielsweise eine Zahnradpumpe. Eine volumetrische Pumpe liefert einen Volumenstrom, der der Pumpendrehzahl proportional ist. Durch Steuerung der Pumpendrehzahl kann ein gewünschter Mengenstrom erzeugt werden.
  • Der definierte Volumenstrom ist im einfachsten Fall ein konstanter Volumenstrom. Er kann nach einem vorgegebenen Zeitprogramm verändert werden oder in Abhängigkeit von einer Messgröße, beispielsweise dem Druck des Hydraulikmediums.
  • Vor der Durchführung des Drehwinkelmodus wird ein Drehmomentmodus ausgeführt, bei dem das drehbare Teil bis zum Erreichen eines einen Fügemoment entsprechenden bestimmbaren Druckwertes gedreht wird, wobei die Versorgung des Kolbenzylinderantriebs mit definiertem Mengenstrom erfolgt.
  • Der Drehmomentmodus wird beendet, wenn der am Kolbenzylinderantrieb aufgebaute Druck einen dem Fügemoment entsprechenden Wert erreicht hat. Hierbei wird zur Drehmomentmessung der Druck in den den Kolbenzylinderantrieb versorgenden Hydrauliksystem benutzt. Dieser Druck steigt proportional mit dem Widerstandsmoment des zu drehenden Teiles, so dass er für eine Drehmomentmessung benutzt werden kann. Eine Drehmomentmessung ist allerdings zu den Zeitpunkten nicht möglich, in denen der Kolben des Kolbenzylinderantriebs gegen den Endanschlag stößt. Dann muss die Antriebseinrichtung auf Rücklauf umgeschaltet werden, wodurch der Kolben seinen Rückhub durchführt.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei unbelastetem Kolbenzylinderantrieb eine Grundkennlinie ermittelt wird, die den zeitlichen Verlauf des Druckes angibt und einen durch das Blockieren des Kolbenzylinderantriebs verursachten Anstiegsbereich aufweist. Eine Umsteuerung des Kolbenzylinderantriebs erfolgt dann, wenn die Steigung des zeitlichen Druckverlaufs bei dem aktuellen Arbeitslauf gleich der Steigung des Anstiegsbereichs der Grundkennlinie ist. Generell wird also das Blockieren des Kolbens am Ende eines Kolbenhubes dadurch erkannt, dass ein schneller Druckanstieg erfolgt. Wenn dies der Fall ist, wird der Rückhub des Kolbens eingeleitet, um anschließend den nächsten Kolbenhub zu beginnen. Auch hierzu ist lediglich eine Druckmessung des Hydraulikdruckes erforderlich. Ein Drehmomentsensor wird nicht benötigt.
  • Bei dem Drehwinkelmodus kann die Messung der Zeitdauer über mindestens zwei Kolbenhübe erfolgen. Gemäß eine bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Beendigung eines Kolbenhubes der Messwert der Zeitdauer gespeichert und als Anfangswert für den nächsten Kolbenhub übernommen wird. Auf diese Weise erfolgt eine Akkumulierung der überstrichenen Drehwinkel, so dass der gewünschte Drehwinkel bei dem das Drehen beendet werden soll, mit hoher Genauigkeit ermittelt wird.
  • Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Diese Erläuterungen sind nicht so zu verstehen, dass see den Schutzbereich der Erfindung einschränken. Dieser wird vielmehr durch die Patentansprüche und deren Äquivalente bestimmt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Schraubvorrichtung mit einem Hydraulikaggregat und einem Kraftschrauber zum Drehen einer Schraube, und
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung des Kraftschraubers, der den Kolbenzylinderantrieb enthält, und
    Fig. 3
    ein Beispiel einer Grundkennlinie des Hydrauliksystems, das aus dem Druckaggregat, den Anschlussschläuchen und dem Kolbenzylinderantrieb besteht, und
    Fig. 4
    ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs eines aus mehreren Kolbenhüben bestehenden Arbeitslaufes.
  • In den Figuren 1 und 2 ist schematisch ein Kraftschrauber 10 dargestellt. Dieser weist einen hydraulischen Kolbenzylinderantrieb 11 mit einem Hydraulikzylinder 12 und einem darin bewegbarem Kolben 13 auf. Der Kolben ist mit einer Kolbenstange 14 verbunden, und das Ende der Kolbenstange greift an einem Hebel 15 an, welcher mit einer Rastklinke 15a an der Verzahnung eines Ratschenrades 17 angreift. Das Ratschenrad 17 ist Bestandteil eines Ringstücks 18, das eine Fassung 19 zum Einstecken einer Schlüsselnuss oder eines zu drehenden Schraubkopfes aufweist. Durch hin- und hergehendes Bewegen des Kolbens 13 wird das Ringstück 18, und mit diesem die Schraube gedreht. Das Ringstück 18 ist in einem Gehäuse 20 gelagert, das auch den Kolbenzylinderantrieb 11 enthält.
  • Der Druck für den Kolbenzylinderantrieb 11 wird von dem in Figur 1 dargestellten Hydraulikaggregat 25 geliefert, das eine Verdrängerpumpe 26, z.B. eine Zahnradpumpe, einen drehzahlgesteuerten Synchronmotor und einen Tank enthält. Der Motor treibt die Pumpe 26 an. Das Hydraulikaggregat 25 ist einer Druckleitung 28 und einer Rücklaufleitung 29 angeschlossen. Diese beiden Leitungen sind über ein Steuerventil 30 mit dem Kolbenzylinderantrieb 11 verbunden. Durch Umschalten des Steuerventils 30 kann der Kolben 13 entweder vorwärts oder rückwärts bewegt werden.
  • Zur Steuerung des Hydraulikaggregats 16 und des Steuerventils 30 ist das Steuergerät 31 vorgesehen. Dieses enthält einen Frequenzumrichter, der eine variierbare Antriebsfrequenz für den Motor erzeugt. Das Steuergerät 31 bestimmt somit die Drehzahl der Pumpe 17. Die Pumpendrehzahl bestimmt den Volumenstrom Q, der der Druckleitung 28 zugeführt wird.
  • An der Druckleitung 28 ist ein Drucksensor 32 vorgesehen, der den Hydraulikdruck p in der Druckleitung misst. Der Drucksensor ist über eine Leitung 33 mit dem Steuergerät 31 verbunden.
  • In dem Steuergerät 31 ist die in Figur 3 dargestellte Grundkennlinie GKL des Hydrauliksystems dargestellt, die den Druck p in Abhängigkeit von der Zeit t für einen bestimmten Volumenstrom (oder eine bestimmte Pumpendrehzahl) angibt. Für andere Volumenströme bzw. Pumpendrehzahlen kann diese Kurve entsprechend verschoben werden.
  • Die Grundkennlinie GKL wurde für den betreffenden Hydraulikkreislauf aus den selben Aggregaten und Schläuchen aufgenommen. Die Grundkennlinie ergibt sich bei einem Leerhub des Kolbens 13 mit konstantem Volumenstrom. Zuerst erfolgt in dem Abschnitt 35 ein kurzer Druckanstieg zur Überwindung der Reibung. Dann folgt ein Abschnitt 36 konstanten Druckes während des Leerhubes. Im Punkt 37 hat der Kolben den Endanschlag erreicht, so dass er nunmehr blockiert und in dem Abschnitt 38 ein linearer Druckanstieg erfolgt. Wenn der Maximaldruck pmax erreicht ist, erfolgt der Rückhub, bei dem der Druck am Drucksensor 32 auf Null heruntergeht. Der Abschnitt 38 bildet den Anstiegsbereich. Der Druckgradient pʹ = dp dt
    Figure imgb0001
     zwischen zwei Zeitpunkten wird gemessen und in dem Steuergerät 31 abgelegt.
  • Fig. 4 zeigt einen Arbeitslauf des Kraftschraubers aus insgesamt 4 Kolbenhüben KH1 - KH4. Aufgetragen ist der Druckverlauf p des Drucksensors 32 über der Zeit t. Der Kolbenhub KH1 weist einen Anfangsabschnitt 40 auf, der dem Abschnitt 35 von Fig. 3 entspricht. Daran schließt sich ein Abschnitt 42 an, in dem die Schraube gedreht wird, jedoch kein hohes Lastmoment erzeugt. Am Punkt 43 stößt der Kolben 13 gegen den vorderen Anschlag. Dadurch entsteht ein steilerer Druckaufbau, der durch den Abschnitt 44 repräsentiert wird. Während des Schraubvorganges wird in definierten Intervallen die Druckänderung im Abschnitt 42 gemessen, wodurch der Gradient dp/dt bestimmt wird. Ist dieser Gradient kleiner als der Wert p' in Fig. 3, so ist der Zustand des Blockierens noch nicht erreicht, d.h. die Schraube dreht sich noch. Durch Vergleich des Gradienten im Abschnitt 42 mit dem Gradienten p' der Grundkennlinie GKL wird festgestellt, ob der Blockierzustand erreicht ist.
  • Im Abschnitt 44 ist der Blockierzustand erreicht, so dass sich der Abschnitt 45 anschließt, in dem der Rückhub des Kolbens stattfindet. Es folgt dann der nächste Kolbenhub KH2.
  • Bei dem Kolbenhub KH2 ist der Anfangsabschnitt 40 gegenüber dem vorhergehenden Kolbenhub verlängert, und zwar bis das in Punkt 44 von KH1 erreichte Drehmoment wieder erreicht wird. Erst dann beginnt der Abschnitt 42, in dem die Schraube gegen einen Drehwiderstand gedreht wird.
  • Solange der Kolben nicht blockiert, entspricht der am Drucksensor 32 gemessene Druck p dem auf die Schraube einwirkenden Drehmoment. Man kann also einen Druckwert bestimmen, der einem Fügemoment MF entspricht. Wenn dieser Druck erreicht ist, beispielsweise im Punkt 46 in Fig. 4, wird, ohne den Schraubvorgang zu unterbrechen, von dem Drehmomentmodus DMM, in dem das Drehmoment überwacht wird, auf den Drehwinkelmodus DWM übergegangen, in dem eine Drehung um einen vorgegebenen Winkelbereich durchgeführt wird. Am Anfang des Drehwinkelmodus DWM beginnt eine Zeitmessung. Diese ist durch die gleichförmigen Intervalle 0 - 8 in Fig. 4 bezeichnet.
  • Die Zeitmessung beruht auf folgender Überlegung: Der Volumenstrom eines Aggregates wird in Menge pro Zeiteinheit bestimmt. Da das Füllvolumen des Hydraulikzylinders bekannt ist, kann der Kolbenweg pro Zeiteinheit bestimmt werden. Der Kolben wirkt auf ein Hebelsystem, das letztlich die Schraube dreht. Da die Hebellänge bekannt ist, kann der Drehwinkel pro Zeiteinheit bestimmt werden. Bei gleichem Volumenstrom, gleicher Schlauchlänge und gleichem Kraftschrauber kann die Zeit für 1° (ein Winkelgrad) bestimmt werden. Diese Zeit beträgt beispielsweise 64 ms pro 1°. Beim Verstreichen dieser Zeit während des Drehens der Schraube wird jeweils ein Winkelgrad gezählt und zu den vorher bereits überstrichenen Winkelgraden hinzugefügt. Die in Fig. 4 mit 0 bis 8 bezeichneten Intervalle entsprechen jeweils einem Winkelgrad.
  • Am Ende des Kolbenhubes KH2, also im Punkt 43, ist von den 64 ms eines Intervalls erst ein Teil abgelaufen. Der jeweilige Zählerstand wird festgehalten bevor der Rückhub ausgeführt wird. Das Intervall 2 wird an dieser Stelle unterbrochen und beim nächsten Kolbenhub KH3 im Punkt 48 fortgesetzt, wenn der Druck t die gleiche Höhe erreicht hat, mit dem der wirksame Teil des Kolbenhubs KH2 beendet worden ist. Das Intervall 2 wird also anschließend an den Punkt 48 bis zum Endwert weitergezählt. Danach beginnt das Intervall 3, gefolgt von den Intervallen 4,5,6. Das Intervall 6 wird durch das Ende des wirksamen Teils des Kolbenhubes KH3 ebenfalls unterbrochen und erst im nächsten Kolbenhub KH4 fortgesetzt, sobald der Druck sich entsprechend hoch aufgebaut hat. Auf diese Weise kann die Zahl der Zeitintervalle festgelegt werden, die im Anschluss an das Erreichen des Fügemoments MF durchlaufen werden sollen. Diese Zahl entspricht dem gewünschten Drehwinkelbereich.
  • In Fig. 4 ist der Gradient pʹ ⁢ 1 = dp dt
    Figure imgb0002
    des Abschnitts 40 dargestellt, der erreicht werden muss, damit der Kraftschrauber wieder an der Schraube angreift und das Moment, mit dem der vorhergehende Kolbenhub geendet hat, übertroffen wird. Danach verringert sich die Steigung im Abschnitt 42, in dem die Schraube festgezogen wird, bis der Blockierzustand des Kolbens erreicht ist und der Gradient p'3 sich einstellt, der gleich dem Gradienten p' in Fig. 3 ist.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Schraubverfahren wird die Schraube bis zum Fügemoment MF durch Bestimmung des Drehmoments anhand des gemessenen Druckes p angezogen und schließlich um einen bestimmten Drehwinkel weitergedreht. Vor Beginn des Schraubvorganges wird das Fügemoment und der Drehwinkel manuell eingegeben. Diese Werte sind die Soll-Werte für den Verschraubungsvorgang. Das erfindungsgemäße Drehwinkelverfahren ist nicht auf Schraubvorgänge beschränkt. Vielmehr können auch Rohre oder Stangen gegen einen Drehwiderstand hydraulisch gedreht werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zum winkelgesteuerten Drehen eines drehbaren Teiles unter Verwendung eines hydraulischen Kolbenzylinderantriebs (11) und einer Ratsche (15a,17), bei welchem vor einem Arbeitslauf die Drehwinkelgeschwindigkeit als Beziehung zwischen Drehwinkel und Drehzeit bei einem dem Kolbenzylinderantrieb zugeführten definierten Mengenstrom ermittelt wird und bei dem nachfolgenden Arbeitslauf die Versorgung des Kolbenzylinderantriebs mit definiertem Mengenstrom erfolgt und die Zeitdauer gemessen wird, wobei bei einem Drehwinkelmodus (DWM) aus der Zeitdauer und der Drehwinkelgeschwindigkeit der Drehwinkel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Drehwinkelmodus (DWM) ein Drehmomentmodus (DMM) ausgeführt wird, bei dem das drehende Teil bis zum Erreichen eines einem Fügemoment (MF) entsprechenden bestimmbaren Druckwerts gedreht wird, wobei die Versorgung des Kolbenzylinderantriebs mit definiertem Mengenstrom erfolgt und der Drehmomentmodus beendet wird, wenn der am Kolbenzylinderantrieb aufgebaute Druck einen dem Fügemoment (MF) entsprechenden Wert erreicht hat.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei unbelastetem Kolbenzylinderantrieb eine Grundkennlinie (GKL) ermittelt wird, die den zeitlichen Verlauf des Druckes (p) angibt und einen durch das Blockieren des Kolbenzylinderantriebs (11) verursachten Anstiegsbereich (38) aufweist, und dass eine Umsteuerung des Kolbenzylinderantriebs (11) erfolgt, wenn die Steigung (p'3) des zeitlichen Druckverlaufs bei dem aktuellen Arbeitslauf gleich der Steigung des Anstiegsabschnitts (38) der Grundkennlinie (GKL) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Drehwinkelmodus (DWM) die Messung der Zeitdauer über mindestens zwei Kolbenhübe erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beendigung eines Kolbenhubes der Messwert der Zeitdauer gespeichert und als Anfangswert für den nächsten Kolbenhub übernommen wird.
EP05741762A 2004-04-14 2005-04-07 Verfahren zum winkelgesteuerten drehen eines teiles Expired - Lifetime EP1737619B1 (de)

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