EP1785231A2 - Schrauber mit Drehzahlregelung und Verfahren zur Drehzahlregelung eines Schraubers - Google Patents

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EP1785231A2
EP1785231A2 EP06023292A EP06023292A EP1785231A2 EP 1785231 A2 EP1785231 A2 EP 1785231A2 EP 06023292 A EP06023292 A EP 06023292A EP 06023292 A EP06023292 A EP 06023292A EP 1785231 A2 EP1785231 A2 EP 1785231A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
speed
screwdriver
trigger parameter
motor
tpx
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06023292A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1785231A3 (de
Inventor
Thomas Scholl
Klaus Schmitz
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.)
C&E Fein GmbH and Co
Original Assignee
C&E Fein GmbH and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by C&E Fein GmbH and Co filed Critical C&E Fein GmbH and Co
Publication of EP1785231A2 publication Critical patent/EP1785231A2/de
Publication of EP1785231A3 publication Critical patent/EP1785231A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a screwdriver with speed control, with a motor for driving a tool drive shaft, and with a control device by means of which the speed of the motor is regulated, wherein the control device is designed to reduce the speed upon reaching a trigger parameter.
  • the invention further relates to a method for speed control of a screwdriver, in which the speed of the motor is monitored and the speed of the motor is lowered upon reaching a trigger parameter.
  • Such a screwdriver and such a method for speed control are from the DE 42 25 157 A1 known.
  • the well-known screwdriver is designed as an electric screwdriver for drilling screws having a drill bit and a threaded portion, wherein when screwing the threaded portion of the required torque and thus the power consumption of the motor increases, and wherein an electronic control for keeping constant and a controllable switch for controlling the speed of Motors are provided.
  • An electronic sensor is activated in response to the current consumption and actuates a switch, whereby the speed of the motor when screwing the threaded portion via an electronic control is reduced and kept constant.
  • the invention is therefore based on the object to provide a screwdriver and a method for speed control of a screwdriver, which on the one hand initially a quick tightening the screw is made possible and on the other hand to the end the screwing down the screwdriver is controlled so that the most accurate tightening torque is ensured for a screw. Deviations of the tightening torque between a hard and a soft screw should be as low as possible.
  • control device is derived from the speed derived value as a trigger parameter for reducing the speed.
  • the object of the invention is further achieved by a method for speed control of a screwdriver, in which the speed of the motor is monitored and upon reaching a trigger parameter, the speed of the motor is lowered, as a trigger parameter, the speed or derived from the speed Value is used.
  • a quick tightening of a screw connection is initially made possible, while a lower speed value is set when a specific trigger parameter, which is derived from the rotational speed, is reached.
  • a specific trigger parameter which is derived from the rotational speed
  • tightenings in the final phase can be tightened much more precisely than is the case with conventional screwdrivers, where the speed is reduced on the basis of the current consumption of the motor or possibly on the basis of the torque increase.
  • according to the invention can be minimized differences in the tightening torque of fittings, which result from differences between hard and soft screwing.
  • control device uses as a trigger parameter a speed change per unit time.
  • control device uses as a trigger parameter an angular velocity change per unit of time.
  • the screwdriver has according to a further embodiment of the invention, a speed sensor whose output signal is supplied to the control device.
  • the speed sensor can be designed, for example, as an incremental sensor with a light barrier (Hall element) of the like.
  • the control electronics are in any case designed for a digital control of the motor, the pulses recorded by the Hall element can be fed to a counter for simple further processing.
  • the screwdriver on a shutdown device for switching off the motor upon reaching a predetermined torque.
  • a clutch for separating the tool drive shaft from the drive is provided upon reaching a predetermined tripping parameter.
  • the motor when the trigger parameter is reached, the motor is regulated to a second speed, which is lower than the output speed.
  • the speed is controlled on reaching another trigger parameter to a further speed, which is lower than the previous speed.
  • control device is formed upon reaching the trigger parameter to reduce the speed to zero and the subsequent reversal of direction, followed by a further reversal of the direction of rotation.
  • Fig. 1 shows a representation of the torque and the speed over time for a screwing operation according to the invention.
  • the nutrunner After the engine has been switched on, the nutrunner first runs at an initial speed n0 at the first tightening of the screw connection with a relatively low torque. Starting from the initial speed n0, the speed n drops only slightly in phase I at the beginning of the screwing. The torque M increases in phase I only slightly linear.
  • Tpn a trigger parameter for switching to a lower speed
  • the speed of the screwdriver is reduced and then regulated to a value n1.
  • This speed value n1 is maintained in phase II, until the end of the screwing torque M increases up to a turn-off MA, resulting in the shutdown of the engine.
  • the torque in phase I initially rises to a certain value, followed by a greater increase towards the end of phase I.
  • the torque M increases in FIG Phase II then continue approximately linearly, but with a smaller increase than before, until finally the shutdown occurs when the torque limit MA is reached.
  • the speed n is kept approximately constant in the phase II and possibly decreases at the end of the screwing process due to the higher load, until finally the value 0 is reached by the torque shutdown.
  • FIG. 2 an inventive screwdriver is shown schematically and generally designated by the numeral 10.
  • the screwdriver 10 has a housing 12, which is designed pistol-shaped and at the lower end of a battery pack 16 is interchangeable added.
  • the housing 12 has a handle 14 on which the screwdriver 10 can be held and by means of a switch button 28 on and off.
  • a motor 18, a gear 20 and a clutch 22 are successively added.
  • the output side of the coupling is connected to a tool drive shaft 24, on which a tool holder 26 for receiving a tool, for example a bit, is provided.
  • the motor 18 drives the transmission 20.
  • the transmission 20 is finally coupled via the coupling 22 with the tool drive shaft 24.
  • the screwdriver 10 is controlled by a central electronic control device 30 which is received in the handle 14 and is connected via suitable lines to the battery pack 16, the shift key 28, the motor 18, the transmission 20 and optionally to the shut-off clutch 22.
  • a speed sensor in the form of a Hall element is also provided, which is also coupled to the control device 30 via suitable lines.
  • the transmission 20 may, as for example EP 0 320 723 B1 be known to be formed as a planetary gear and be provided with a torque shutdown.
  • switch 34 Upon reaching a certain torque coupled to the planetary gear 20 switch 34 is actuated via a rotating fork and leads to the shutdown of the motor 18.
  • To generate a restoring force may be provided a torsion spring rod. As soon as the torque exceeds a preset torque value, the restoring force of the torsion spring rod is overcome and the shift fork is twisted, which leads to the operation of the switch 34.
  • the release clutch 22 may be provided, on the connection between the tool drive shaft 24 and the gear 20 is released by disengaging the clutch 22 upon reaching a predetermined torque.
  • Such tripping couplings have long been known in the art, for example, on the DE 10 2004 011 068 B3 is referenced.
  • the clutch 22 can be monitored and a disengagement of a coupling half can be registered, which in turn can be used mechanically for actuating a switch.
  • the speed of the motor 18 is controlled digitally via the control device 30.
  • the speed of the Hall element 32 is provided which emits a pulse at each revolution of the motor shaft, which is supplied to a counter in the control device or control electronics 30. If the number of pulses emitted by the Hall sensor per unit of time remains the same, then the speed n of the motor 18 is constant. If the number of pulses per unit of time increases, the speed increases, but decreases per unit of time, so the speed n drops. The number of pulses per unit of time is used as a manipulated variable by the digital electronic control device 30. The screwdriver is operated with a load-dependent motor characteristic.
  • the engine is started. After a short time, an idling speed n0 comes on (step 42).
  • step 46 the speed drop dn per unit time dt is compared with a predetermined trigger parameter Tpn. As long as dn is less than the trigger parameter Tpn, step 44 is repeated. However, if dn is greater than or equal to Tpn, then in the following step 48, the rotational speed n is reduced until a predetermined lower value n1 is reached and maintained in step 50.
  • a subsequent step 52 the torque M is determined and checked in a further step 54, whether the torque M exceeds the predetermined tripping torque MA. As long as this is not the case, the torque is still monitored. As soon as the torque M reaches the triggering torque MA, the motor is stopped in the subsequent step 56.
  • steps 52 and 54 can also be combined in one step by, for example, as already explained above, a torque-dependent triggering switch 34 is actuated.
  • steps 44 to 50 can be repeated as often as desired in order to lower the rotational speed to a lower value, in each case after reaching a predetermined trigger parameter for dn, which can then be regulated. So can the speed value of a screwing in a row be lowered by successive speed levels until a predetermined minimum value of the speed is reached, which is maintained.
  • steps 44 to 50 could be used to a quasi-continuous speed reduction to a predetermined minimum value.
  • any value derived from the rotational speed can be used as the trigger parameter Tpx.
  • the change in the angular velocity per unit time d ⁇ / dt could be used as a trigger parameter. If a controlled speed n0 is required in the first bolting stage, the relative change in the control variable of the control unit can also be used as the trigger parameter Tpx.
  • FIG. 1 An alternative screwing operation according to the invention is shown schematically in FIG. 1
  • Phase II for certain fittings, is designed to first allow some screwing to set before final tightening takes place in Phase III.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)

Abstract

Es wird ein Schrauber (10) mit Drehzahlregelung angegeben, mit einem Motor (18) zum Antrieb einer Werkzeugantriebswelle (24), mit einer Regeleinrichtung (30), mittels der die Drehzahl des Motors (18) regelbar ist, wobei die Regeleinrichtung (30) zur Herabsetzung der Drehzahl n bei Erreichen eines Trigger-Parameters (Tpn) ausgebildet ist, wobei als Trigger-Parameter (Tpn) zur Herabsetzung der Drehzahl (n) ein von der Drehzahl (n) abgeleiteter Wert verwendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schrauber mit Drehzahlregelung, mit einem Motor zum Antrieb einer Werkzeugantriebswelle, und mit einer Regeleinrichtung, mittels der die Drehzahl des Motors regelbar ist, wobei die Regeleinrichtung zur Herabsetzung der Drehzahl bei Erreichen eines Trigger-Parameters ausgebildet ist.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Drehzahlregelung eines Schraubers, bei dem die Drehzahl des Motors überwacht wird und bei Erreichen eines Trigger-Parameters die Drehzahl des Motors abgesenkt wird.
  • Ein derartiger Schrauber und ein derartiges Verfahren zur Drehzahlregelung sind aus der DE 42 25 157 A1 bekannt.
  • Der bekannte Schrauber ist als Elektroschrauber für Bohrschrauben ausgebildet, die eine Bohrspitze und einen Gewindebereich aufweisen, wobei beim Einschrauben des Gewindebereichs das erforderliche Drehmoment und damit die Stromaufnahme des Motors ansteigt, und wobei eine elektronische Regelung zur Konstanthaltung und ein regelbarer Schalter zum Steuern der Drehzahl des Motors vorgesehen sind. Ein elektronischer Sensor wird in Abhängigkeit von der Stromaufnahme aktiviert und betätigt einen Schalter, wodurch die Drehzahl vom Motor beim Einschrauben des Gewindebereichs über eine elektronische Regelung herabgesetzt und konstant gehalten wird.
  • Ein derartiger Schrauber und ein derartiges Verfahren sind zwar zum schnellen Eindrehen von Bohrschrauben geeignet, sind jedoch weniger für das Anziehen von Verschraubungen mit einem vorbestimmten Drehmoment, das möglichst genau eingehalten werden soll, geeignet. Insbesondere das Anziehen einer Verschraubung mit einem möglichst genauen Drehmoment stellt ein großes Problem dar, das im Stand der Technik bislang nicht zufriedenstellend gelöst ist. Hierbei ist insbesondere zwischen dem sogenannten "weichen Schraubfall" und dem sogenannten "harten Schraubfall" zu unterscheiden. Beim weichen Schraubfall steigt das Drehmoment gegen Ende der Verschraubung stetig an, bis das maximale Anzugsmoment erreicht ist. Beim harten Schraubfall ist das Drehmoment dagegen anfangs relativ niedrig und steigt zum Ende des Verschraubungsvorgangs hin plötzlich schlagartig an, wodurch das Anzugsmoment meist nicht präzise eingehalten werden kann. In beiden Fällen wäre es wünschenswert, zu Beginn des Verschraubungsvorgangs mit einer höheren Drehzahl zu arbeiten und zum Ende des Verschraubungsvorgangs hin mit einer geringeren Drehzahl, um einerseits Zeit zu sparen und um andererseits präzisere Anzugsmomente sowohl im weichen als auch im harten Schraubfall zu erzielen. Mit dem bekannten Schrauber und dem bekannten Verfahren zur Drehzahlregelung ist dies jedoch nicht möglich.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Schrauber und ein Verfahren zur Drehzahlregelung eines Schraubers anzugeben, womit einerseits anfangs ein schnelles Anziehen der Verschraubung ermöglicht wird und andererseits zum Ende der Verschraubung hin der Schrauber derart gesteuert wird, dass ein möglichst genaues Anzugsmoment für eine Verschraubung gewährleistet ist. Dabei sollen Abweichungen des Anzugsmomentes zwischen einem harten und einem weichen Schraubfall möglichst gering sein.
  • Diese Aufgabe wird beim Schrauber gemäß der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Regeleinrichtung ein von der Drehzahl abgeleiteter Wert als Trigger-Parameter zur Herabsetzung der Drehzahl zugeführt ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zur Drehzahlregelung eines Schraubers gelöst, bei dem die Drehzahl des Motors überwacht wird und bei Erreichen eines Trigger-Parameters die Drehzahl des Motors abgesenkt wird, wobei als Trigger-Parameter die Drehzahl oder ein von der Drehzahl abgeleiteter Wert verwendet wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Erfindungsgemäß wird nämlich zunächst ein schnelles Anziehen einer Verschraubung ermöglicht, während bei Erreichen eines bestimmten Trigger-Parameters, der von der Drehzahl abgeleitet ist, ein niedrigerer Drehzahlwert eingestellt wird. Auf diese Weise lassen sich Verschraubungen in der Schlussphase deutlich präziser anziehen, als dies bei herkömmlichen Schraubern der Fall ist, bei denen eine Herabsetzung der Drehzahl auf der Basis der Stromaufnahme des Motors oder gegebenenfalls auf der Basis des Drehmomentanstiegs erfolgt. Auch können erfindungsgemäß Unterschiede des Anzugsmomentes von Verschraubungen, welche sich durch Unterschiede zwischen hartem und weichem Schraubfall ergeben, minimiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verwendet die Regeleinrichtung als Trigger-Parameter eine Drehzahlveränderung pro Zeiteinheit.
  • Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung verwendet die Regeleinrichtung als Trigger-Parameter eine Winkelgeschwindigkeitsveränderung pro Zeiteinheit.
  • Durch diese Maßnahmen lässt sich eine besonders präzise Drehzahlregelung gewährleisten.
  • Der Schrauber weist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung einen Drehzahlsensor auf, dessen Ausgangssignal der Regeleinrichtung zugeführt ist.
  • Der Drehzahlsensor kann beispielsweise als ein inkrementaler Sensor mit Lichtschranke (Hall-Element) der dergleichen ausgebildet sein.
  • Hiermit ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau des Drehzahlsensors. Wenn die Steuerelektronik ohnehin für eine digitale Steuerung des Motors ausgebildet ist, können die vom Hall-Element aufgenommenen Impulse einem Zähler zur einfachen weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Schrauber eine Abschalteinrichtung zur Abschaltung des Motors bei Erreichen eines vorbestimmten Anzugsmomentes auf.
  • Hierdurch wird eine präzise Abschaltung bei Erreichen des gewünschten Anzugsmomentes gewährleistet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kupplung zur Trennung der Werkzeugantriebswelle vom Antrieb bei Erreichen eines vorbestimmten Auslöseparameters vorgesehen.
  • Auch hierdurch kann ein möglichst präzises Anzugsmoment von Verschraubungen gewährleistet werden.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Motor bei Erreichen des Trigger-Parameters auf eine zweite Drehzahl geregelt, die niedriger als die Ausgangsdrehzahl ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung wird die Drehzahl bei Erreichen eines weiteren Trigger-Parameters auf eine weitere Drehzahl geregelt, die niedriger als die vorherige Drehzahl ist.
  • Auf diese Weise können mehrere Drehzahlstufen nacheinander drehzahlabhängig eingestellt werden, so dass eine sehr genaue Steuerung des Schraubvorgangs mit unterschiedlichen, jeweils stufenweise verringerten Drehzahlen ermöglicht ist. Die Drehzahlherabsetzung bei Erreichen eines Trigger-Parameters kann beliebig oft wiederholt werden, bis eine vorgegebene minimale Drehzahl erreicht ist. Auf diese Weise kann eine n-stufige Drehzahlregelung realisiert werden, wodurch sich eine sehr genaue Einhaltung eines gewünschten Schraubverlaufes einstellen lässt.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Regeleinrichtung bei Erreichen des Trigger-Parameters zur Herabsetzung der Drehzahl bis auf null und zur anschließenden Drehrichtungsumkehr, gefolgt von einer weiteren Drehrichtungsumkehr ausgebildet.
  • Auf diese Weise kann bei bestimmten Verschraubungen durch die kurzzeitige Drehrichtungsumkehr nach dem ersten Anziehen ein gewisses Setzen der Verschraubung gewährleistet werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Darstellung des Drehmoment- und Drehzahl-Verlaufes in Abhängigkeit der Zeit für einen erfindungsgemäßen Schraubvorgang;
    Fig. 2
    eine stark vereinfachte, schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schraubers;
    Fig. 3
    ein vereinfachtes Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Schraubverfahren und
    Fig. 4
    eine Darstellung eines alternativen Schraubvorgangs, wobei der Drehmoment- und der Drehzahlverlauf in Abhängigkeit von der Zeit gezeigt ist.
  • Fig. 1 zeigt eine Darstellung des Drehmoments und der Drehzahl über der Zeit für einen erfindungsgemäßen Schraubvorgang.
  • Nach dem Einschalten des Motors läuft der Schrauber zunächst mit einer Anfangsdrehzahl n0 beim ersten Anziehen der Verschraubung mit einem relativ geringen Drehmoment. Ausgehend von der Anfangsdrehzahl n0 fällt die Drehzahl n in der Phase I zu Beginn der Verschraubung nur geringfügig ab. Das Drehmoment M steigt in der Phase I nur geringfügig linear an. Als Trigger-Parameter Tpn zur Umschaltung auf eine geringere Drehzahl wird die Drehzahländerung dn/dt pro Zeiteinheit überwacht: dn / dt = Δn / Δt = n ⁢ 0 - n ⁢ 1 t ⁢ 0 - t ⁢ 1 .
    Figure imgb0001
  • Erreicht der Drehzahlabfall dn innerhalb der Zeiteinheit dt den vorbestimmten Trigger-Parameter Tpn, so wird die Drehzahl des Schraubers reduziert und dann auf einen Wert n1 geregelt. Dieser Drehzahlwert n1 wird in der Phase II eingehalten, bis zum Ende des Schraubvorgangs das Drehmoment M bis auf ein Abschaltmoment MA ansteigt, was zur Abschaltung des Motors führt.
  • Wie sich aus der Darstellung in Fig. 1 ergibt, steigt das Drehmoment in der Phase I zunächst auf einen gewissen Wert an, gefolgt von einem stärkeren Anstieg zum Ende der Phase I. Mit Reduzierung der Drehzahl auf den Wert n1 steigt das Drehmoment M in der Phase II dann weiter annähernd linear an, jedoch mit einem geringeren Anstieg als zuvor, bis schließlich die Abschaltung bei Erreichen des Drehmomentgrenzwertes MA erfolgt. Die Drehzahl n wird in der Phase II annähernd konstant gehalten und sinkt ggf. zum Ende des Schraubvorgangs infolge der höheren Belastung ab, bis schließlich durch die Drehmomentabschaltung der Wert 0 erreicht wird.
  • In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Schrauber schematisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
  • Der Schrauber 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das pistolenförmig ausgebildet ist und an dessen unterem Ende ein Akkumulatorpaket 16 auswechselbar aufgenommen ist. Das Gehäuse 12 weist einen Handgriff 14 auf, an dem der Schrauber 10 gehalten werden kann und mittels einer Schalttaste 28 ein- und ausgeschaltet werden kann.
  • Im oberen Bereich des Gehäuses 12 sind nacheinander ein Motor 18, ein Getriebe 20 und eine Kupplung 22 aufgenommen. Die Ausgangsseite der Kupplung ist mit einer Werkzeugantriebswelle 24 verbunden, an der eine Werkzeugaufnahme 26 zur Aufnahme eines Werkzeuges, beispielsweise eines Bits, vorgesehen ist. Der Motor 18 treibt das Getriebe 20 an. Das Getriebe 20 ist schließlich über die Kupplung 22 mit der Werkzeugantriebswelle 24 gekoppelt.
  • Der Schrauber 10 wird über eine zentrale elektronische Regeleinrichtung 30 gesteuert, die im Handgriff 14 aufgenommen ist und über geeignete Leitungen mit dem Akkumulatorpaket 16, der Schalttaste 28, dem Motor 18, dem Getriebe 20 und gegebenenfalls mit der Abschaltkupplung 22 verbunden ist.
  • Am Motor 18 ist ferner ein Drehzahlsensor in Form eines Hall-Elementes vorgesehen, der gleichfalls mit der Regeleinrichtung 30 über geeignete Leitungen gekoppelt ist.
  • Das Getriebe 20 kann, wie beispielsweise aus EP 0 320 723 B1 bekannt, als Planetenradgetriebe ausgebildet sein und mit einer Drehmomentabschaltung versehen sein. Bei Erreichen eines bestimmten Drehmomentes wird ein mit dem Planetenradgetriebe 20 gekoppelter Schalter 34 über eine Drehgabel betätigt und führt zur Abschaltung des Motors 18. Zur Erzeugung einer Rückstellkraft kann ein Torsionsfederstab vorgesehen sein. Sobald das Drehmoment einen voreingestellten Drehmomentwert übersteigt, wird die Rückstellkraft des Torsionsfederstabes überwunden und die Schaltgabel verdreht, was zur Betätigung des Schalters 34 führt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Auslösekupplung 22 vorgesehen sein, über die bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmomentes die Verbindung zwischen der Werkzeugantriebswelle 24 und dem Getriebe 20 durch Ausrücken der Kupplung 22 gelöst wird. Derartige Auslösekupplungen sind im Stand der Technik seit langem bekannt, wozu beispielhaft auf die DE 10 2004 011 068 B3 verwiesen wird.
  • Alternativ zu einer Überwachung des Drehmomentes am Getriebe mittels des drehmomentabhängig auslösbaren Schalters 34 kann die Kupplung 22 überwacht werden und eine Ausrückbewegung einer Kupplungshälfte registriert werden, was wiederum etwa mechanisch zur Betätigung eines Schalters genutzt werden kann.
  • Die Drehzahl des Motors 18 ist über die Regeleinrichtung 30 digital geregelt.
  • Zur Drehzahlüberwachung ist der Hall-Element 32 vorgesehen, das bei jeder Umdrehung der Motorwelle einen Impuls abgibt, der einem Zähler in der Regeleinrichtung oder Steuerelektronik 30 zugeführt wird. Bleibt die Anzahl der vom Hall-Sensor abgegebenen Impulse pro Zeiteinheit gleich, so ist die Drehzahl n des Motors 18 konstant. Nimmt die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit zu, so steigt die Drehzahl an, nimmt sie jedoch pro Zeiteinheit ab, so fällt die Drehzahl n ab. Die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit wird als Stellgröße von der digitalen elektronischen Regeleinrichtung 30 verwendet. Der Schrauber wird mit einer lastabhängigen Motorkennlinie betrieben.
  • Die erfindungsgemäße Drehzahlregelung des Motors 18 wird im Folgenden anhand eines vereinfachten Ablaufdiagramms 40, das in Fig. 3 dargestellt ist, näher beschrieben.
  • Zunächst wird der Motor gestartet. Nach kurzer Zeit stellt sich eine Leerlaufdrehzahl n0 ein (Schritt 42).
  • Im nachfolgenden Schritt 44 wird der Wert dn/dt = Δn/Δt bestimmt, wozu die Anzahl der vom Sensor 32 erzeugten Impulse pro Zeiteinheit genutzt wird.
  • Im nachfolgenden Schritt 46 wird der Drehzahlabfall dn pro Zeiteinheit dt mit einem vorgegebenen Trigger-Parameter Tpn verglichen. Solange dn kleiner als der Trigger-Parameter Tpn ist, wird der Schritt 44 wiederholt. Ist jedoch dn größer oder gleich Tpn, so wird im nachfolgenden Schritt 48 die Drehzahl n reduziert, bis ein vorgegebener niedrigerer Wert n1 erreicht ist und im Schritt 50 eingehalten wird.
  • In einem nachfolgenden Schritt 52 wird das Drehmoment M bestimmt und in einem weiteren Schritt 54 überprüft, ob das Drehmoment M das vorgegebene Auslösemoment MA übersteigt. Solange dies nicht der Fall ist, wird das Drehmoment weiter überwacht. Sobald das Drehmoment M das Auslösemoment MA erreicht, wird im nachfolgenden Schritt 56 der Motor angehalten.
  • Es versteht sich, dass die Schritte 52 und 54 auch in einem Schritt miteinander kombiniert sein können, indem, wie zuvor bereits ausgeführt, beispielsweise ein drehmomentabhängig auslösender Schalter 34 betätigt wird.
  • Es versteht sich ferner, dass die Schritte 44 bis 50 beliebig oft wiederholt werden können, um die Drehzahl jeweils nach Erreichen eines vorbestimmten Trigger-Parameters für dn wiederum auf einen niedrigeren Wert abzusenken, der dann geregelt werden kann. So kann der Drehzahlwert eines Schraubvorgangs in eine Reihe von aufeinander folgenden Drehzahlstufen soweit abgesenkt werden, bis ein vorgegebener Minimalwert der Drehzahl erreicht wird, der eingehalten wird.
  • Auch könnten die Schritte 44 bis 50 zu einer quasi kontinuierlichen Drehzahlreduzierung bis auf einen vorbestimmten Minimalwert genutzt werden.
  • Grundsätzlich kann jeder beliebige von der Drehzahl abgeleitete Wert als Trigger-Parameter Tpx genutzt werden.
  • So könnte beispielsweise die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit pro Zeiteinheit dω/dt als Trigger-Parameter verwendet werden. Ist in der ersten Verschraubungsstufe eine geregelte Drehzahl n0 gefordert, so kann als Trigger-Parameter Tpx auch die relative Änderung der Stellgröße der Regeleinrichtung verwendet werden.
  • Erreicht wird insgesamt eine langsame Anzugsdrehzahl in der Endphase der Verschraubung, wodurch sich ein präzises Anzugsdrehmoment ergibt. Auch werden die Unterschiede des Anzugsdrehmomentes, die sich naturgemäß zwischen hartem und weichem Schraubfall ergeben, auf ein Minimum reduziert.
  • Ein alternativer erfindungsgemäßer Schraubvorgang ist schematisch in Fig. 4 dargestellt.
  • Hiernach erfolgt in der ersten Phase I des Schraubvorgangs zunächst ein Anziehen mit einer Anfangsdrehzahl n0, die bis zum Erreichen des Trigger-Parameters leicht abfallen kann. Mit Erreichen des Trigger-Parameters Tpn erfolgt zunächst eine Herabsetzung bis auf null und unmittelbar anschließend eine Umkehr der Drehrichtung. Die Verschraubung wird in der anschließenden Phase II für eine Kurze Zeit gelöst. So fällt das Drehmoment in der Phase II zunächst wieder ab. Anschließend erfolgt beispielsweise nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit eine weitere Drehrichtungsumkehr, so dass die Verschraubung in der Phase III mit einer geringeren Drehzahl als der Ausgangsdrehzahl angezogen wird, bis das Abschaltmoments MA erreicht wird.
  • Die Phase II dient bei bestimmten Verschraubungen dazu, zunächst ein gewisses Setzen der Verschraubung zu gewährleisten, bevor ein endgültiges Anziehen in der Phase III erfolgt.

Claims (13)

  1. Schrauber mit Drehzahlregelung, mit einem Motor (18) zum Antrieb einer Werkzeugantriebswelle (24), und mit einer Regeleinrichtung (30), mittels der die Drehzahl (n) des Motors (18) regelbar ist, wobei die Regeleinrichtung zur Herabsetzung der Drehzahl (n) bei Erreichen eines Trigger-Parameters (Tpx) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeleinrichtung (30) ein von der Drehzahl (n) abgeleiteter Wert (dn, dω) als Trigger-Parameter (Tpx) zur Herabsetzung der Drehzahl (n) zugeführt ist.
  2. Schrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (30) als Trigger-Parameter (Tpx) eine Drehzahlveränderung pro Zeiteinheit (dn/dt) verwendet.
  3. Schrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (30) als Trigger-Parameter (Tpx) eine Winkelgeschwindigkeitsveränderung pro Zeiteinheit (dω/dt) verwendet.
  4. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlsensor (32) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal der Regeleinrichtung (30) zugeführt ist.
  5. Schrauber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor (32) als inkrementaler Sensor ausgebildet ist, vorzugsweise als inkrementaler Sensor mit Lichtschranke, weiter bevorzugt als Hall-Element ausgebildet ist.
  6. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschalteinrichtung (34) zur Abschaltung des Motors (30) bei Erreichen eines vorbestimmten Anzugsmomentes vorgesehen ist.
  7. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kupplung (22) zur Trennung der Werkzeugantriebswelle (24) vom Antrieb bei Erreichen eines vorbestimmten Auslöseparameters.
  8. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (30) bei Erreichen des Trigger-Parameters (Tpx) zur Herabsetzung der Drehzahl (n) bis auf null und zur anschließenden Drehrichtungsumkehr, gefolgt von einer weiteren Drehrichtungsumkehr ausgebildet ist.
  9. Verfahren zur Drehzahlregelung eines Schraubers, bei dem die Drehzahl (n) des Motors (18) überwacht wird und bei Erreichen eines Trigger-Parameters (Tpx) die Drehzahl des Motors (18) abgesenkt wird, wobei als Trigger-Parameter (Tpx) die Drehzahl (n) oder ein von der Drehzahl (n) abgeleiteter Wert (dn, dω) verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem bei Erreichen des Trigger-Parameters (Tpx) der Motor (18) auf eine zweite Drehzahl (n1) geregelt wird, die niedriger als die Ausgangsdrehzahl (n0) ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Drehzahl bei Erreichen eines weiteren Trigger-Parameters (Tpx) auf eine weitere Drehzahl (n2) geregelt wird, die niedriger als die vorherige Drehzahl (n1) ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem der Motor (18) bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmomentes (MA) abgeschaltet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Drehzahl nach Erreichen des Trigger-Parameters bis auf null abgesenkt wird, der Motor für eine bestimmte Zeitdauer mit der umgekehrten Drehrichtung betrieben wird, anschließend die Drehrichtung nochmals umgekehrt wird und die Verschraubung mit einer niedrigeren Drehzahl als mit der Ausgangsdrehzahl angezogen wird.
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