EP2147750A1

EP2147750A1 - Vorrichtung mit einem Schraubwerkzeug mit elektronischer Drehmomentbegrenzung und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung

Info

Publication number: EP2147750A1
Application number: EP08013306A
Authority: EP
Inventors: Alexander Kipfelsberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-01-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Schraubwerkzeug (2) mit elektronischer Drehmomentbegrenzung und mit einer Eingabe-Steuer-Dokumentationseinheit. Erfindungsgemäß ist die Eingabesteuer-Dokumentationseinheit modular aufgebaut mit einem vom Schraubwerkzeug (2) unabhängigen Computer (4) mit einem installierten Schraubprogramm und mit einer Computertastatur (6) mit der eine Vielzahl von Vorgabedaten eingegeben werden können. Weiter ist ein tragbares, zur Benutzung durch einen Werker (10) am Ort des Schraubvorgangs ausgelegtes Hand-Steuergerät (3) vorgesehen, mit einem integrierten Steuergerät-Datenspeicher, mit einem Steuergerät-Display (5) und mit nur wenigen Funktionstasten (7), wobei das Hand-Steuergerät (3) für einen Datentransfer aus dem computerinstallierten Schraubprogramm in den Steuergerät-Datenspeicher vor einem Schraubvorgang zeitweise an den Computer (4) anschließbar ist. Für einen Schraubvorgang ist das Hand-Steuergerät (3) am Ort des Schraubvorgangs mit dem dortigen Schraubgerät (2) zu dessen Steuerung und zur Erfassung und Speicherung von aktuellen Schraubvorgangsdaten für eine Dokumentation mit einer Datenleitung (9) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Schraubwerkzeug mit elektronischer Drehmomentbegrenzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.
Ein bekanntes Schraubwerkzeug als Kraftschrauber ( DE 43 07 131 A1 ) weist einen steuerbaren Antrieb sowie einen integrierten Drehmomentsensor und Drehwinkelsensor auf. Dazu sind für die Drehmomenterfassung auf einem Wellenmittelteil eines Planetenradträgers Dehnungsmessstreifen als Drehmomentsensor aufgebracht, deren Energieversorgung berührungslos über eine Statorspule und eine Rotorspule induktiv erfolgt. Weiter ist für eine Drehstellungserfassung am Wellenmittelteil eine Struktur als Zahnscheibenring angebracht, die von einer berührungslos arbeitenden Abtasteinrichtung in Form eines optischen Sensors abgetastet wird. Für die Steuerung eines Schraubvorgangs ist hier eine Kombination aus einer Drehmomenterfassung und einer Drehstellungserfassung für eine Nachlaufsteuerung vorgesehen. Somit wird hier das Schraubwerkzeug nach Erreichen eines eingestellten Vordrehmoments und nach Ausführung eines bestimmten Drehwinkel-Nachlaufweges abgeschaltet. Die Einstellungen dieser Werte können hier unmittelbar an einem Bedienfeld des Schraubwerkzeugs durchgeführt werden.
Unter Verwendung des vorstehenden Schraubwerkzeugs ist weiter eine Vorrichtung als Montage-Dokumentations-System (alkitronic-MDS) bekannt mit einem tragbaren Steuergerät, welches für einen Schraubvorgang mit dem Schraubwerkzeug über eine Datenleitung verbunden ist. Dieses Steuergerät stellt eine Eingabe-Steuer-Dokumentationseinheit dar, an dem über eine Tastatur prozessspezifische Vorgabedaten, wie beispielsweise Soll-Drehmomentwerte, Parametereingaben, Steuerungsbefehle, etc. eingegeben werden können. Nach dem Start des Schraubvorgangs werden über die Datenleitung einerseits die Steuerbefehle an das Schraubgerät abgegeben und andererseits vom Schraubgerät zurückgeleitete Messwerte für eine Analyse und Speicherung des Schraubergebnisses erfasst, welche dann für eine Dokumentationsausgabe zur Verfügung stehen.
Für die Auslegung und den Einsatz eines solchen Steuergerätes ergibt sich folgende Problematik:
Einerseits sind viele Schraubaufgaben, beispielsweise an Windkraftanlagen oder Sicherheitsbehältern von Atomanlagen hinsichtlich der Schraubvorgaben, der Schraubsteuerung und der Dokumentation sehr kritisch und komplex, wodurch am Steuergerät für den Schraubvorgang entsprechend komplexe Eingaben und Bedienungen erforderlich sind, die eine hochqualifizierte Person, beispielsweise einen Ingenieur, erfordern. Andererseits stehen für solche Schraubaufgaben regelmäßig Werker zur Verfügung, denen meist eine entsprechend hohe Qualifikation mit dem erforderlichen technischen Verständnis fehlt. Schon allein zur Vermeidung von Fehlerquellen ist für die Benutzung durch einen Werker ein einfaches Steuergerät mit wenigen Bedienelementen und wenigen Bedienmöglichkeiten wünschenswert, womit aber dann komplexe, komplizierte Schraubaufgaben nicht ausführbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine gattungsgemäße Vorrichtung mit einem Schraubwerkzeug mit elektronischer Drehmomentbegrenzung so weiterzubilden, dass diese einerseits für Schraubaufgaben, insbesondere auch für komplexe und schwierige Schraubaufgaben durch hochqualifizierte Fachleute einfach nutzbar ist und andererseits einen Werker am Ort des Schraubvorgangs eine einfache werkergerechte Bedienung und Steuerung des Schraubvorgangs auf der Basis des Fachwissens eines hochqualifizierten Fachmanns ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß Anspruch 1 ist die Eingabe-Steuer-Dokumentationseinheit modular aufgebaut:
Dazu ist ein Modulteil ein vom Schraubwerkzeug unabhängiger und separater Computer mit einem installierten Schraubprogramm (Schraubsoftware) und mit einer Computertastatur, mit der eine Vielzahl von Vorgabedaten, wie Benennungsdaten zum Schraubvorgang und Steuerungsdaten in das Schraubprogramm für eine Speicherung und gegebenenfalls für Vorberechnungen eingegeben werden können. Beispielsweise können somit am Computer von einem Ingenieur als Fachmann in einem Büro alle für einen oder mehrere Schraubvorgänge erforderlichen Daten, Vorgaben, Vorberechnungen, Auslegungen, etc. bequem und ohne örtlichen und zeitlichen Zusammenhang mit dem tatsächlichen Schraubvorgang eingegeben und ausgeführt werden. Eine Onlinesteuerung eines Schraubwerkzeugs mit einem solchen Computer vor Ort durch einen Ingenieur wäre jedenfalls sehr aufwendig und ist nicht praktikabel.
Daher ist als weiteres Modulteil ein tragbares, zur Benutzung durch einen Werker am Ort des Schraubvorgangs ausgelegtes Handsteuergerät (operation panel) vorgesehen mit einem integrierten Steuergerät-Datenspeicher mit einem Steuergerät-Display und mit gegenüber einer Computertastatur nur wenigen Funktionstasten.
Das Handsteuergerät ist vor einem Schraubvorgang an den Computer anschließbar, wodurch ein Datentransfer vom computerinstallierten Schraubprogramm in den Steuergerät-Datenspeicher, insbesondere für Benennungsdaten und Steuerungsdaten sowie gegebenenfalls für Schraubteilprogramme und Vorberechnungsergebnisse durchführbar ist.
Das Handsteuergerät ist für einen Schraubvorgang unabhängig vom Computer am Ort des Schraubvorgangs am dortigen Schraubgerät zur Steuerdatenvorgabe und/oder zu dessen Steuerung mit einer Datenleitung über eine Kabelverbindung oder kabellos über Funk verbindbar oder integriert. Eine Kabelverbindung ist mit entsprechenden Steckern einfach auch durch einen Werker ohne besondere Ausbildung herstellbar.
Ohne Kenntnis der komplexen Vorarbeiten am Computer sind nun vor Ort durch einen Werker mit den wenigen Funktionstasten des Handsteuergeräts die im Steuergerätdatenspeicher abgelegten transferierten Datensätze zu Benennungsdaten und Steuerungsdaten sowie gegebenenfalls abgelegte Schraubteilprogramme, insbesondere Schraubsteuerprogramme und Vorberechnungsergebnisse anwählbar. Nach der Anwählung werden diese soweit erforderlich auf dem Steuergerät-Display angezeigt, von wo sie dann abrufbar sind. Je nach den Gegebenheiten kann ein zugeordneter Schraubvorgang am Handsteuergerät und/oder unmittelbar am Schraubgerät gestartet werden.
Während des Schraubvorgangs werden über die Datenleitung vom Schraubwerkzeug, insbesondere Drehmomentwerte und/oder Drehwinkelwerte zurück an das Handsteuergerät übermittelt und im Steuergerät-Datenspeicher zugeordnet zu den Benennungsdaten für eine Auswertung, Auslesung und Dokumentation abgelegt. Der Werker hat somit nur einfache Bedienvorgänge durchzuführen, wobei eine Analyse und Auswertung der Schraubvorgangsdaten nur insoweit sofort erfolgt, als am Handsteuergerät angezeigt wird, ob der Schraubvorgang mit den entsprechenden Vorgaben exakt durchgeführt wurde oder fehlerhaft war. Maßnahmen für die Dokumentation eines Schraubvorgangs hat der Werker vor Ort nicht durchzuführen, da die entsprechenden Daten im Steuergerät-Datenspeicher für eine spätere Auslesung durch einen Computer gespeichert werden. Die Dokumentation kann dann durch Ausdruck auf Papier oder auf digitale Trägermedien erfolgen.
Gemäß Anspruch 2 werden bei Betätigung der entsprechenden Funktionstasten angewählte Elemente aus dem Steuergerät-Datenspeicher sichtbar gemacht. Zudem können am Steuergerät-Display oder an separaten Warnleuchtioden Warnsignale bei nicht exakt durchgeführtem Schraubvorgang erzeugt werden. Auch akustische Warnsignale können über Lautsprecher abgegeben werden.
Gemäß Anspruch 3 werden hochwertige Schraubverbindungen regelmäßig als Kombination aus einem Vordrehmoment und einem Nachlaufweg mit einem bestimmten Drehwinkel zum Erhalt eines Solldrehmoments ausgeführt. Dabei hängen das einzustellende Vordrehmoment und der Nachlaufdrehwinkel von einer Mehrzahl von Faktoren und Parametern ab, zum Beispiel der Art der Verschraubung, dem Material, den Toleranzen, etc. Nach Anspruch 3 ist daher im Schraubprogramm des Computers ein wesentlicher Programmteil zur Drehwinkelberechnung bei Vorgabe von Vor- und Solldrehmoment abgelegt, wobei die Drehwinkelberechnung dann unter Berücksichtigung der eingegebenen verschraubungsspezifischen Parameter erfolgt. Gegebenenfalls kann ein entsprechender Programmteil auch auf das Handsteuergerät transferiert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 4 ist das Handsteuergerät ein unabhängig vom Schraubwerkzeug tragbares Gerät, das mit diesem für einen Schraubvorgang mit einem Kabel als Datenleitung und gegebenenfalls zur Stromversorgung verbindbar ist. Damit sind das Handsteuergerät und das Schraubwerkzeug nur durch die Datenleitung verbunden und sonst separat handhabbar, was für viele Einsatzfälle zweckmäßig und vorteilhaft ist.
Die Stromversorgung des Handsteuergeräts soll nach Anspruch 5 über einen Akku und/oder gegebenenfalls über die Kabelverbindung aus einem elektrisch betriebenen Schraubwerkzeug erfolgen.
Alternativ zu einem separat handhabbaren Handsteuergerät kann dieses je nach den Gegebenheiten auch im Schraubwerkzeug lösbar oder unlösbar integriert sein.
In Anspruch 7 sind wesentliche im Schraubprogramm am Computer angelegte, prozessspezifische und individuell für Schraubvorgänge angelegte Vorgabedaten genannt. Insbesondere ist diese eine Projektbezeichnung, beispielsweise "Windkraftanlage Rotorkranzverschraubung". Weiter können Benutzernamen verschiedener am Projekt arbeitender Werker zu Dokumentationszwecken angelegt sein. Zudem werden zweckmäßig Objektnummern für konkrete Verschraubungen an einem Projekt vorgegeben. Zudem werden die dazu gehörigen individuellen Schraubparameter, Toleranzgrenzen, etc. gemäß den Planungsunterlagen abgelegt. Weiter können Daten zu unterschiedlichen Werkzeugarten, zum Beispiel für elektrische Schrauber oder Hydraulikschrauber zusammen mit einem automatisierten Erkennungsprogramm abgelegt werden, ebenso wie Drehmomenttabellen beispielsweise für Hydraulikschrauber. Zudem ist eine Vorauswahl kompletter Schraubprozesse mit komplexen Parametersätzen und einer Vielzahl von Verschraubungen möglich. Die für einen konkreten Schraubvorgang vor Ort wesentlichen Daten und Datensätze können nach einem Transfer auf das Handsteuergerät dort abgerufen und angewählt werden.
Nach Anspruch 8 wird für die Datenübertragung zwischen dem Computer und dem Handsteuergerät eine bewährte USB-Verbindung vorgeschlagen.
Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit jedem für die Zusammenarbeit mit einem Handsteuergerät ausgelegten Schraubwerkzeug möglich, welches einen steuerbaren elektrischen oder pneumatischen oder hydraulischen Antrieb aufweist. Insbesondere ist auch nach Anspruch 9 ein Hydraulikratschenschrauber mit einem doppelt wirkenden Hydraulik-Zylinder-KolbenAntrieb einsetzbar, wie beispielsweise aus EP 1 400 313 B1 bekannt. Der Antrieb ist hier mit einer steuerbaren Hydraulikpumpe verbunden und das Anziehen einer Schraube erfolgt durch die Ratschenbewegung und nicht über einen kontinuierlichen Drehvorgang. Der Schraubvorgang wird daher hier unter Einbeziehung abgelegter, den Hydraulikratschenschrauber zugeordneter Drehmomenttabellen und unter Einbeziehung von Kalibrier- und Kontrollhüben gesteuert. Da sich der Druck im Hydraulikratschenschrauber linear zum Drehmoment verhält, wird als Drehmomentsensor ein Drucksensor verwendet.
Mit Anspruch 10 wird zudem ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert.
In der einzigen Figur ist eine Vorrichtung 1 mit einem Schraubwerkzeug als Kraftschrauber 2 einem Handsteuergerät 3 sowie einem davon unabhängigen und separaten Computer 4 als Laptop dargestellt.
Zur Vorbereitung und Einrichtung von Schraubaufgaben in Verbindung mit einem Projekt werden von einem entsprechenden Fachmann am Computer 4 die wesentlichen prozessspezifischen, individuellen Vorgabedaten, insbesondere eine Projektbezeichnung, Benutzernamen, Projektnummern, Verschraubungsparameter, Toleranzgrenzen, usw. eingegeben durch die die Schraubaufgaben an einem Projekt, beispielsweise einem Windgenerator mit Rotorflügeln und einem Rotordrehgranz, gekennzeichnet sind.
Das Handsteuergerät 3 weist einen integrierten Steuergerät-Datenspeicher sowie ein Steuergerät-Display und gegenüber der Computertastatur 6 wenige Funktionstasten 7 auf. Das Handsteuergerät 3 wird zur Vorbereitung auf die Schraubaufgaben in die Nähe des Computers 4 gebracht und mit diesem über die (strichliert gezeichnete) Datenleitung 8 mit einer USB-Verbindung angeschlossen. Damit kann nun ein Datentransfer der im Schraubprogramm des Computers für den Transfer bereitgestellten Datensätze in den Steuergerät-Datenspeicher des Handsteuergeräts 3 erfolgen. Anschließend wir die Datenleitung 8 wieder abgenommen.
Zur Durchführung des Schraubvorgangs wird das Handsteuergerät an den Ort des Schraubvorgangs transportiert und dort mit der Datenleitung 9 mit dem Kraftschrauber 2 verbunden.
Der Kraftschrauber 2 wird von einem Werker 10 mit seinem Werkzeugansatz auf eine Schraube 11 aufgesetzt. Mit den Funktionstasten 7 werden die dem aktuellen Schraubvorgang zugeordneten Benennungsdaten, Steuerungsdaten, etc. angewählt und abgerufen und anschließend der Schraubvorgang am Handsteuergerät 3 oder gegebenenfalls am Kraftschrauber 2 gestartet. Die Steuerung des Schraubvorgangs erfolgt dann über das Handsteuergerät 3, wobei vom Kraftschrauber 2 aktuelle Schraubdaten, wie aktuell erreichtes Drehmoment und/oder aktueller Drehwinkel zurückübermittelt werden, was durch den Doppelpfeil 12 symbolisiert ist. Diese Daten werden für eine spätere Dokumentation im Steuergerätspeicher gespeichert. Zugleich werden diese Daten analysiert und festgestellt, ob ein Schraubvorgang exakt nach den Vorgaben durchgeführt worden ist. Falls dies nicht erfolgt ist, wird ein optisches und akustisches Warnsignal am Handsteuergerät 3 abgegeben.
Nachdem zumindest ein oder regelmäßig mehrere Schraubvorgänge ausgeführt worden sind, wird das Handsteuergerät 3 wieder vom Kraftschrauber getrennt und zum Computer 4 transportiert und mit diesem wieder mit der Datenleitung 8 verbunden. Mit dem Computer 4 können dann vom Steuergerät-Datenspeicher die gespeicherten Verschraubungsdaten ausgelesen werden (symbolisiert durch den Doppelpfeil 13) und für eine Dokumentation zum Ausdruck auf Papier oder für eine weitere digitale Speicherung bereitgestellt werden.

Claims

Vorrichtung mit einem Schraubwerkzeug mit elektronischer Drehmomentbegrenzung, wobei
das Schraubwerkzeug (2) als Kraftschrauber einen steuerbaren elektrischen oder pneumatischen oder hydraulischen Antrieb sowie einen integrierten Drehmomentsensor und/oder Drehwinkelsensor aufweist, und
mit einer Eingabe-Steuer-Dokumentationseinheit, an der prozessspezifische Vorgabedaten, insbesondere Drehmomentwerte für einen Schraubvorgang eingebbar sind, die den Schraubvorgang unter Einbeziehung der Messwerte des Drehmomentsensors und/oder des Drehwinkelsensors steuert und die für eine Dokumentation des Schraubvorgangs diesem zugeordnete Schraubvorgangsdaten, insbesondere Anzugsdrehmomente erfasst und speichert,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingabe-Steuer-Dokumentationseinheit modular aufgebaut ist,
- mit einem vom Schraubwerkzeug (2) unabhängigen und separaten Computer (4) mit einem installierten Schraubprogramm (SchraubSoftware) und mit einer Computertastatur (6), mit der eine Vielzahl von Vorgabedaten, wie Benennungsdaten zum Schraubvorgang und Steuerungsdaten in das Schraubprogramm für eine Speicherung und gegebenenfalls für Vorberechnungen eingegeben werden können,

- mit einem tragbaren, zur Benutzung durch einen Werker (10) am Ort des Schraubvorgangs ausgelegten Hand-Steuergerät (3) (operation panel) mit einem integrierten Steuergerät-Datenspeicher, mit einem Steuergerät-Display (5) und mit gegenüber einer Computertastatur (6) wenigen Funktionstasten (7), wobei das Hand-Steuergerät (3) für einen Datentransfer von Benennungsdaten und Steuerungsdaten sowie gegebenenfalls einen Transfer von Schraubteilprogrammen und Vorberechnungsergebnissen aus dem computerinstallierten Schraubprogramm in den Steuergerät-Datenspeicher vor einem Schraubvorgang zeitweise an den Computer (4) anschließbar ist,

- dass für einen Schraubvorgang das Hand-Steuergerät (3) unabhängig vom Computer (4) am Ort des Schraubvorgangs mit dem dortigen Schraubgerät (2) zur Steuerdatenvorgabe und/oder zu dessen Steuerung mit einer Datenleitung (9) verbunden ist,

- dass mit den wenigen Funktionstasten (7) des Hand-Steuergeräts (2) im Steuergerät-Datenspeicher abgelegte transferierte Datensätze zu Benennungsdaten und Steuerungsdaten sowie gegebenenfalls abgelegte Schraubteilprogramme, insbesondere Schraubsteuerprogramme und Vorberechnungsergebnisse anwählbar und abrufbar sind und ein zugeordneter Schraubvorgang am Hand-Steuergerät (3) und/oder am Schraubgerät (2) gestartet werden kann, und

- dass während des Schraubvorgangs Schraubvorgangsdaten, insbesondere Anzugsdrehmomente, vom Hand-Steuergerät erfasst und in den Steuergerät-Datenspeicher zugeordnet zu den Benennungsdaten für eine Auswertung, Auslesung und Dokumentation abgelegt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Steuergerät-Display (5) angewählte Datensätze und/oder Schraubteilprogramme sichtbar gemacht werden, ebenso aktuelle Schraubvorgangsdaten vom Schraubgerät (2) für eine Sichtkontrolle des Schraubvorgangs, gegebenenfalls mit optischem und/oder akustischem Warnsignal bei nicht exakt durchgeführtem Schraubvorgang.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schraubprogramm des Computers (4) und gegebenenfalls nach dem Datentransfer auch im Hand-Steuergerät (3) ein Programmteil zur Drehwinkelberechnung bei Vorgabe von Vor- und Solldrehmoment abgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hand-Steuergerät (3) ein unabhängig vom Schraubwerkzeug (2) tragbares Gerät ist, das mit diesem für einen Schraubvorgang mit einem Kabel als Datenleitung (9) und gegebenenfalls zur Stromversorgung verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung des Hand-Steuergeräts (3) über einen Akku und/oder gegebenenfalls über die Kabelverbindung aus einem elektrisch betriebenen Schraubwerkzeug (2) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hand-Steuergerät (3) im Schraubwerkzeug (2) integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schraubprogramm am Computer (4) prozessspezifische individuelle Vorgabedaten, insbesondere eine Projektbezeichnung, Benutzernamen, Objektnummern, Verschraubungsparameter, Toleranzgrenzen, Werkzeugarten und/oder Drehmomenttabellen sowie die Vorauswahl kompletter Schraub-Prozesse mit komplexen Parametersätzen angelegt werden, die nach einem Transfer auf das Hand-Steuergerät (3) dort aufgerufen und angewählt werden können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung zwischen dem Computer (4) und dem Hand-Steuergerät (3) über eine USB-Verbindung erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug (2) ein Hydraulik-Ratschenschrauber mit einem doppelt wirkenden Hydraulik-Zylinder-KolbenAntrieb ist, der mit einer steuerbaren Hydraulik-Pumpe verbunden ist mit einem Drucksensor in der Funktion eines Drehmomentsensors, wobei der Schraubvorgang unter Einbeziehung abgelegter, dem Hydraulik-Ratschenschrauber zugeordneter Drehmomenttabellen und unter Einbeziehung von Kalibrier- und Kontrollhüben gesteuert wird.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.