EP3727756B1

EP3727756B1 - Setzverfahren für spreizanker mittels schlagschrauber

Info

Publication number: EP3727756B1
Application number: EP18808048.5A
Authority: EP
Inventors: Hans-Dieter Gaul
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: WO2019120989A1; EP3501742A1; JP7019043B2; CN111465470A; US11292112B2; CN111465470B; US20200384620A1; JP2021503571A; EP3727756A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Setzverfahren für Spreizanker, welches als Steuerungsverfahren für einen Schlagschrauber implementiert ist. Die EP 2 985 118 A1 zeigt ein Steuerungsverfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Spreizanker werden unter Andere zum Fixieren von Bauträgern verwendet. Die Bauträger werden üblicherweise provisorisch fixiert und erst danach ausgerichtet. Dazu löst der Anwender den Spreizanker und zieht diesen nach dem Ausrichten wieder an. Ein unsachgemäßes zweites Anziehen kann den Spreizanker schädigen.
Eine Ausgestaltung eines Setzverfahren für Spreizanker mittels eines Schlagschraubers hat eine erste Phase S1 und eine zweite Phase S2. In der ersten Phase wird wiederholt ein Drehschlag auf ein Schraubelement des Spreizankers ausgeübt und ein von dem Drehschlag auf den Schraubkopf übertragenes Drehmoments wird geschätzt wird. Die erste Phase S1 wird beendet wenn das geschätzte übertragene Drehmoment einen für den Spreizanker vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Während der zweiten Phase wird eine für den Spreizanker vorgegebene erste Anzahl von Drehschlägen auf den Schraubkopf ausgeübt. Zumindest während der ersten Phase wird eine aktuelle Änderungsrate des geschätzten Drehmoments überwacht. Ansprechend auf ein Überschreiten eines für den Spreizanker vorgegebenen Grenzwert der Änderungsrate durch die aktuelle Änderungsrate wird eine modifizierte zweite Phase begonnen, in welcher eine für den Spreizanker vorgegebene zweite Anzahl von Drehschlägen auf den Schraubkopf ausgeübt wird, wobei die zweite Anzahl geringer als die erste Anzahl ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1: einen Schlagschrauber
Fig. 2: ein Eingabeelement
Fig. 3: einen Spreizanker
Fig. 4: ein Ablaufdiagramm zu dem Betriebsmodus "Spreizanker"
Fig. 5: ein Verlauf des geschätzten Drehmoments
Fig. 6: eine Schraubverbindung von zwei Stahlplatten
Fig. 7: eine Schraubverbindung von zwei Stahlplatten
Fig. 8: einen Verlauf eines Drehwinkels
Fig. 9: ein Ablaufdiagramm zu dem Betriebsmodus "Stahlbau"
Fig. 10: einen Verlauf eines Drehwinkels
Fig. 11: ein Ablaufdiagramm zu dem Betriebsmodus "Stahlbau"

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Schlagschrauber

Fig. 1 illustriert schematisch den Schlagschrauber 1. Der Schlagschrauber 1 hat einen Elektromotor 2, ein Schlagwerk 3 und eine Abtriebsspindel 4. Das Schlagwerk 3 wird von dem Elektromotor 2 kontinuierlich angetrieben. Sobald ein rückwirkendes Drehmoment der Abtriebsspindel 4 einen Schwellwert überschreitet, übt das Schlagwerk 3 wiederholt Drehimpulse (Drehschläge) mit einem zwar kurzzeitigen aber dafür mit einem sehr hohen Drehmoment auf die Abtriebsspindel 4 aus. Die Abtriebsspindel 4 dreht sich entsprechend kontinuierlich oder schrittweise um eine Arbeitsachse 5. Der Elektromotor 2 kann über eine Batterie 6 gespeist oder netzgespeist sein.
Der Schlagschrauber 1 hat einen Handgriff 7, mittels welchem der Anwender den Schlagschrauber 1 während des Betriebs halten und führen kann. Der Handgriff 7 kann steif oder mittels Dämpfungselementen an einem Maschinengehäuse 8 befestigt sein. Der Elektromotor 2 und das Schlagwerk 3 sind in dem Maschinengehäuse 8 angeordnet. Der Elektromotor 2 ist mittels eines Tasters 9 ein- und ausschaltbar. Der Taster 9 ist beispielsweise unmittelbar an dem Handgriff 7 angeordnet und durch die den Handgriff umschließende Hand betätigbar.
Das beispielhafte Schlagwerk 3 hat einen Hammer 10 und einen Amboss 11. Der Hammer 10 hat Klauen 12, welche in Drehrichtung an Klauen 13 des Amboss 11 anliegen. Der Hammer 10 kann über die Klauen 12 ein kontinuierliches Drehmoment oder kurzzeitige Drehimpulse auf den Amboss 11 übertragen. Eine Schraubenfeder 14 spannt den Hammer 10 in Richtung zu dem Amboss 11 vor, wodurch der Hammer 10 mit dem Amboss 11 in Eingriff gehalten wird. Falls das Drehmoment den Schwellwert überschreitet, verschiebt sich der Hammer 10 soweit gegen die Kraft der Schraubenfeder, bis die Klauen 12 nicht mehr in Eingriff mit dem Amboss 11 sind. Der Elektromotor 2 kann den Hammer 10 in Drehrichtung beschleunigen, bis der Hammer 10 durch die Schraubenfeder 14 erneut in Eingriff mit dem Amboss 11 gezwungen wird. Die zwischenzeitlich gewonnene kinetische Energie überträgt der Hammer 10 in einem kurzen Impuls auf den Amboss 11. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Hammer 10 auf einer Antriebsspindel 15 entlang einer spiralförmigen Bahn 16 zwangsgeführt ist. Die Zwangsführung kann beispielsweise als spiralförmige Vertiefung in der Antriebsspindel 15 und einen in die Vertiefung eingreifenden Zapfen des Hammers 10 realisiert sein. Die Antriebsspindel 15 ist durch den Elektromotor 2 angetrieben.
Die Abtriebsspindel 4 steht aus dem Maschinengehäuse 8 hervor. Das herausstehende Ende bildet einen Werkzeughalter 17. Der beispielhafte Werkzeughalter 17 hat einen quadratischen Querschnitt. Eine Stecknuss 18 oder ähnliches Werkzeug kann auf den Werkzeughalter 17 aufgesteckt werden. Die Stecknuss 18 hat eine Buchse mit einem quadratischen hohlen Querschnitt, der in seinen Maßen im Wesentlichen dem Werkzeughalter 17 entspricht. Der Buchse gegenüberliegend hat die Stecknuss 18 ein Maul 20 zum Aufnehmen des Schraubkopfs 21, d.h. der sechskantigen Mutter 22 oder einer analogen Schraube. Die Stecknuss 18 kann mittels eines Werkzeugverriegelung 23 an der Abtriebsspindel 4 gesichert sein. Die Werkzeugverriegelung 23 basiert beispielsweise auf einem Stift, welcher sowohl durch eine Bohrung in der Abtriebsspindel 4 als auch in der Stecknuss 18 gesteckt wird.
Der Schlagschrauber 1 hat eine Steuerungseinheit 24. Die Steuerungseinheit 24 kann beispielsweise durch einen Mikroprozessor und einen externen oder integrierten Speicher 25 realisiert sein. Anstelle eines Mikroprozessors kann die Steuerungseinheit aus äquivalenten diskreten Bauelementen, einen ASIC, ein ASSP, etc. realisiert sein.
Der Schlagschrauber 1 hat ein Eingabeelement 26, über welches der Anwender einen Betriebsmodus auswählen kann. Die Steuerungseinheit 24 steuert daraufhin den Schlagschrauber 1 entsprechend dem gewählten Betriebsmodus an. Die Steuerungssequenzen der verschiedenen Betriebsmodi können in dem Speicher 25 hinterlegt sein. Die Betriebsmodi umfassen unter Anderem ein Setzverfahren für Spreizanker und Setzverfahren für Schraubverbindungen im Stahlbau.
Das Eingabeelement 26 kann beispielsweise eine Anzeige 27 und ein oder mehrere Eingabetaster 28 beinhalten. Die Steuerungseinheit 24 kann die verschiedenen in dem Speicher 25 hinterlegten Betriebsmodi und ggf. damit assoziierten Verbindungstypen anzeigen. Der Anwender kann mittels der Eingabetaster 28 den Betriebsmodus auswählen. Zudem kann der Anwender Spezifikationen, wie Größe, Durchmesser, Länge, Soll-Drehmoment, Belastbarkeit oder Herstellerbezeichnung eines Verbindungstyps eingegeben. In einer alternativen Ausgestaltung hat der Schlagschrauber 1 eine Kommunikationsschnittstelle 29, welche mit einem externen Eingabeelement 30 kommuniziert. Das externe Eingabeelement 30 kann beispielsweise ein Mobiltelefon, ein Laptop oder analoges Mobilgerät sein. Ferner kann das Eingabeelement ein Zusatzmodul sein, welches sich als Adapter zwischen Schlagschrauber 1 und Batterie 6 anordnen lässt. In einer auf dem Eingabeelement 30 ausgeführten Applikation sind mehrere Verbindungstypen hinterlegt oder die Applikation kann diese über eine Mobilfunkschnittstelle von einem Server abfragen. Das externe Eingabeelement 30 kann die Spreizanker oder relevante Informationen des Verbindungstyps auf einer Anzeige 31 darstellen. Der Anwender wählt einen Verbindungstyp über einen Eingabetaster 32 oder eine berührungsempfindliche Anzeige 31 aus. Das externe Eingabeelement 30 übermittelt die Typenbezeichnung oder für das Steuerungsverfahren relevanten Parameter des ausgewählten Verbindungstyps an den Schlagschrauber 1 via einer Kommunikationsschnittstelle 33 an die Kommunikationsschnittstelle 29 des Schlagschraubers 1. Die Kommunikationsschnittstelle 29 ist vorzugsweise funkbasiert, z.B. unter Verwendung eines Bluetooth Standards. In einer Ergänzung oder Alternative kann das interne Eingabeelement 28 oder das externe Eingabeelement 30 mit einer Kamera 34 versehen sein, welche einen Strichkode auf einer Verpackung des Verbindungstyps erfassen kann. Das Eingabeelement 28 ermittelt den Verbindungstyp basierend auf dem erfassten Strichkode und den in dem Speicher 25 hinterlegten Strichkodes. Anstelle einer Kamera 34 kann ein Laser-basierter Strichkode-Leser, ein RFID-Lesegerät, etc. verwendet werden, um ein Label an der Verpackung oder an dem Verbindungstyp zu erfassen. In einer weiteren Ausgestaltung kann eine Bildverarbeitung in dem Eingabeelement 28 den Verbindungstyp anhand eines von der Kamera 34 aufgenommenen Bildes erkennen, oder zumindest eine dem Anwender präsentierte Auswahl an Verbindungstypen basierend auf dem Bild eingrenzen.

Spreizanker

Fig. 3 zeigt einen Spreizanker 35, welcher in einer Wand 36 verankert ein Anbauteil 37 an der Wand 36 befestigt. Der Spreizanker 35 hat eine Ankerstange 38. An einem Ende der Ankerstange 38 ist ein Schraubkopf 21. An einem dem Schraubkopf 21 abgewandten Ende ist ein Spreizmechanismus 39 vorgesehen. Der Spreizmechanismus 39 ist in ein Bohrloch in der Wand 36 eingesetzt. Eine von dem Schraubkopf 21 auf den Spreizmechanismus 39 wirkende Zugspannung setzt der Spreizmechanismus 39 in eine radiale Klemmkraft gegen die Innenwand des Bohrlochs um. Der Spreizanker 35 wirkt selbsthemmend, da eine zunehmende Zugbelastung an dem Spreizanker 35 durch das Anbauteil 37 zu einer höheren Klemmkraft führt. Damit bei einem gesetzten Spreizanker 35 seine spezifizierten Belastungswerte gewährleistet sind, wird der Spreizanker 35 beim Setzen mittels des Schraubkopfs 21 vorgespannt. Der Spreizanker 35 ist mit einem Soll-Drehmoment spezifiziert, mit welchem der Schraubkopf 21 beim Setzen angezogen werden soll.
Ein manueller Setzvorgang des Spreizankers 35 sieht folgendes vor. In einem vorbereitenden Schritt wird ein Bohrloch entsprechend den Spezifikationen des Spreizankers 35 in die Wand 36 gebohrt. Die Spezifikation gibt unter Anderem den Durchmesser des Bohrlochs vor, welcher gleich dem Außendurchmesser des Spreizmechanismus 39 ist. Der Spreizmechanismus 39 wird, typischerweise mit Drehschlägen eines Hammers, in das Bohrloch eingetrieben. Das Anbauteil 37 wird auf dem Schraubkopf 21 positioniert. Anschließend wird der Schraubkopf 21 händisch mittels eines Drehmomentschlüssels angezogen. Beim Anziehen stützt sich der Schraubkopf 21 mittelbar über das Anbauteil 37 an der Wand 36 längs der Ankerstange 38 ab, wodurch die Zugspannung erzeugt wird. Der Anwender beendet, das Anziehen, wenn der Drehmomentschlüssel signalisiert, dass das spezifizierte Soll-Drehmoment des Spreizankers 35 erreicht ist. In manchen Anwendungen wird der Schraubkopf 21 anschließend nochmals gelöst, beispielsweise um das Anbauteil 37 auszurichten. Der Anwender zieht den Schraubkopf 21 danach nochmals mit dem Drehmomentschlüssel und dem gleichen spezifizierten Soll-Drehmoment an. In anderen Anwendungen sind mehrere Spreizanker 35 notwendig, um das Anbauteil 37 zu befestigten. Der Anwender kann zunächst jeden der Spreizanker 35 etwas vorspannen, bevor die Spreizanker 35 dem Soll-Drehmoment entsprechend angezogen werden. Ferner kann der Anwender beim Anziehen eines Spreizankers 35 unterbrochen werden, worauf der Anwender hoffentlich den Vorgang später mit dem Drehmomentschlüssel fortsetzt.
Der Spreizmechanismus 39 basiert beispielsweise auf einer Hülse 40 und einem Konus 41 an der Ankerstange 38. Die Hülse 40 ist gegenüber dem Konus 41 längs der Ankerstange 38 beweglich. In der beispielhaften Darstellung hat die Ankerstange 38 einen dünneren zylindrischen Hals 42, welchen die Hülse 40 umschließt. Ein Innendurchmesser der Hülse 40 ist größer als der Außendurchmesser des Halses 42. Angrenzend an die Hülse 40, auf der von dem Schraubkopf 21 abgewandte Seite der Hülse 40 ist der Konus 41 angeordnet. Die Mantelfläche des Konus 41 verjüngt sich in Richtung zu der Hülse 40. Der Außendurchmesser der Mantelfläche verringert sich von einem Wert größer als der Innendurchmesser der Hülse 40 auf einen Wert geringer als der Innendurchmesser der Hülse 40. Der spezifizierte Durchmesser des Bohrlochs entspricht dem Außendurchmesser der Hülse 40, weshalb diese an der Innenwand des Bohrlochs haftet oder reibt. Beim Anziehen an der Ankerstange 38 und damit an dem Konus 41, bleibt die Hülse 40 stehen, während der Konus 41 in die Hülse 40 hineingezogen wird. Der Konus 41 weitet die Hülse 40 auf. Hülse 40 und Konus 41 können vielfältig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Hülse 40 mit mehreren dem Konus 41 zugewandten Laschen versehen sein. Die Hülse 40 kann umlaufend geschlossen oder geschlitzt sein. Ferner kann der Konus 41 kegelförmig, gewellt, pyramidenförmig geformt sein. Ein wesentlicher Aspekt für die Funktionsweise ist der Reibwert der Hülse 40 an der Innenwand. Die Hülse 40 ist typischerweise aus einem Stahl oder ein anderen eisenbasierten Material. Die Wand 36 ist aus einem mineralischen Bauwerkstoff, z.B. Beton oder Naturstein.
Der Schraubkopf 21 kann beispielhaft aus einem Außengewinde 43 an der Ankerstange 38 und einer auf dem Außengewinde 38 aufgesetzten Mutter 22 bestehen. Die Mutter hat vorzugsweise einen sechseckigen Umfang. Alternativ kann die Ankerstange 38 ein Innengewinde aufweisen, in welches eine Schraube eingesetzt ist. Die Schraube hat einen Kopf, der radial über die Ankerstange 38 hinaussteht. Der Kopf der Schraube hat beispielsweise einen sechseckigen Umfang.

Steuerungsverfahren "Spreizanker"

Der Schlagschrauber 1 implementiert ein Setzverfahren für den Spreizanker 35; Betriebsmodus "Spreizanker" (Fig. 4). Das Setzverfahren ist geeignet mit dem Spreizanker 35 ein Anbauteil 37 an einer Wand 36 zu befestigen. In einem vorbereitenden Schritt bohrt der Anwender das Bohrloch in die Wand 36 und schiebt den Spreizanker 35 in das Bohrloch. Das Anziehen des Schraubkopfs 21 erfolgt mittels des Schlagschraubers 1. Gegenüber einem kontinuierlich drehenden Elektroschrauber zeichnet sich der Schlagschrauber 1 durch das Erzeugen eines sich wiederholenden Drehschlags mit kurzzeitigen und dafür hohem Drehmoment aus. Ferner besteht zwischen einer Abtriebsspindel 4 und einem Handgriff 7 des Schlagschraubers 1 keine starre Ankopplung, weshalb ein auf den Anwender rückwirkendes Gegenmoment typischerweise deutlich geringer als der ausgeübte Drehschlag ist. Der Anwender wählt mittels des Eingabeelements 28 den Betriebsmodus "Spreizanker" und gibt den Typ des Spreizankers 35 an.
Jedem Typus von Spreizanker sind mehrere Steuerungsparameter zugeordnet, welche für den nachfolgenden ordnungsgemäßen Ablauf des Setzverfahrens notwendig sind. Die Steuerungsparameter sind in dem Speicher 25 zu dem Typus des Spreizankers hinterlegt. Ansprechend auf die Eingabe oder Auswahl des Spreizankers 35 liest die Steuerungseinheit 24 die entsprechenden Steuerungsparameter aus. Die Steuerungsparameter werden vorzugweise solange beibehalten, bis der Anwender einen anderen Typus von Spreizanker 35 auswählt. Ein Auswählen des Spreizankers 35 vor jedem einzelnen Setzen ist nicht notwendig.
Bei einem unbetätigten Taster 9 ist der Elektromotor 2 von der Stromversorgung, z.B. der Batterie 6, getrennt. Eine Drehzahl D des Elektromotors 2 ist Null beziehungsweise fällt auf Null ab. Die Trennung kann elektromechanisch durch den Taster 9 selbst oder durch ein elektrisches Schaltelement in dem Strompfad zwischen Elektromotor 2 und der Stromversorgung erfolgen. Der Taster 9 muss von dem Anwender während des gesamten Setzvorgangs durchgehend gedrückt gehalten werden. Falls der Anwender den Taster 9 loslässt, wird der Elektromotor 2 sofort von der Stromversorgung getrennt und in Folge das Setzverfahren unterbrochen. Der Schlagschrauber 1 fällt vorzugsweise beim Lösen des Tasters 9 in einen Bereitschaftsmodus (Standby). In dem Bereitschaftsmodus reduziert der Schlagschrauber 1 seine Energieaufnahme, insbesondere für einen Batterie-gespeisten Schlagschrauber 1. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 24 deaktiviert; seine Funktionalität auf die reine Überprüfung des Tasters 9 und des Eingabeelements 28 reduzieren et cetera.
Mit Betätigen des Tasters 9 beginnt das Setzverfahren. Gegebenenfalls wird der Schlagschrauber 1 aus dem Bereitschaftsmodus geweckt. In einer vorbereitenden Phase kann geprüft werden, ob der Anwender zuvor einen Spreizanker 35 mittels eines der Eingabeelemente 28 ausgewählt hat. Falls eine entsprechende Auswahl bisher nicht vorgenommen wurde und die Steuerungsparameter nicht gesetzt sind, wird der Anwender dazu angehalten und der Schlagschrauber 1 bleibt inaktiv. Andernfalls wird der Elektromotor 2 mit der Stromversorgung verbunden.
Während bei einem kontinuierlich drehenden Schrauber das abgegebene Drehmoment recht einfach über die Leistungsaufnahme des Elektromotors und die Drehzahl der Abtriebsspindel gemessen werden kann, ist dies aufgrund der mechanischen Entkopplung zwischen der Abtriebsspindel 4 und dem Elektromotor 2 bei dem Schlagschrauber 1 nicht möglich. Eine unmittelbare Messung des abgegebenen Drehmoments mittels eines Sensors an der Abtriebsspindel ist aufgrund der hohen mechanischen Belastungen technisch sehr anspruchsvoll und nicht für den Schlagschrauber geeignet. Das Setzverfahren behilft sich mit einer groben Schätzung des ausgeübten Drehmoments M in einer ersten Phase S1 und einer nachfolgenden Korrektur in einer zweiten Phase S2. Das zweiphasige Verfahren ist robuster gegenüber a priori unbekannten Einflüssen auf das Setzverhalten, insbesondere den Einfluss der Beschaffenheit der Wand 36 auf den Setzvorgang.
Mit Betätigen des Tasters 9 beginnt typischerweise eine Vor-Phase, welche in der nachfolgenden Beschreibung nicht weiter erläutert wird. Während der Vor-Phase S1 ist das von dem Schlagschrauber 1 ausgeübte Drehmoment M so gering sein, dass der Schlagmechanismus nicht ausgelöst und der Schlagschrauber 1 kontinuierlich ein typischerweise ansteigendes Drehmoment ausübt. Die erste Phase S1 des Setzverfahrens beginnt mit dem ersten Schlag des Schlagschraubers 1 (Zeitpunkt t0). Ein stark schematisierter Verlauf 44 des Drehmoments M ist in Fig. 5 dargestellt. Während der ersten Phase S1 wird das von der Abtriebsspindel 4 ausgeübte Drehmoment M geschätzt. Die erste Phase S1 wird standardmäßig beendet, wenn das geschätzte Drehmoment M einen Schwellwert M0 überschreitet (C1). Der Schwellwert M0 ist typischerweise geringer als das Soll-Drehmoment M9 für den Spreizanker 35.
Während der ersten Phase (S1) dreht der Elektromotor 2 die Antriebsspindel 15 vorzugsweise mit einer vorgegebenen ersten Drehzahl D1. Die Steuerungseinheit 24 kann beispielsweise die Drehzahl D der Antriebsspindel 15 unmittelbar mit einem Drehsensor 45 an der Antriebsspindel 15 oder mittelbar über einen Drehsensor an dem Elektromotor 2 bestimmen. Die erste Drehzahl D1 ist einer der dem Spreizanker 35 zugeordneten Steuerungsparameter. Die Drehzahl hat einen Einfluss auf das von dem Schlagschrauber 1 abgegebenen Drehmoment. Der Hammer 10 löst sich nach einem Drehschlag von dem Amboss 11 und wird durch die Antriebsspindel 15 bis zu dem nächsten Drehschlag auf den Amboss 11 beschleunigt. Der nächste Drehschlag erfolgt, wenn Hammer 10 wieder entsprechend zu dem Amboss 11 ausgerichtet ist. Bedingt durch die weitgehend vorgegebene Beschleunigungsstrecke resultiert eine höhere Drehzahl der Antriebsspindel 15 in einer höheren Winkelgeschwindigkeit und einem höheren Drehimpuls des Hammers 10 im Drehschlag. In einer groben Näherung wird angenommen, dass ein Großteil des Drehimpulses bei einem Drehschlag auf den Amboss 11 und die Abtriebsspindel 4 übertragen wird. In Versuchsreihen kann für verschiedene Drehzahlen der Drehimpuls oder eine den Drehimpuls beschreibende Größe ermittelt und in einem Kennlinienfeld abgelegt werden.
Während der ersten Phase S1 wird der Drehwinkel δΦ, um welchen sich die Abtriebsspindel 4 aufgrund des Drehschlags dreht ermittelt. Das abgegebene Drehmoment M entspricht dem übertragenen Drehimpuls und dem Drehwinkel δΦ, um welchen sich die Abtriebsspindel 4 aufgrund des Drehschlags dreht. Basierend auf dem ermittelten Drehwinkel δΦ und der näherungsweisen Korrelation von Drehimpuls und Drehzahl D wird das abgegebene Drehmoment M geschätzt. In dem Speicher 25 kann beispielsweise ein Kennlinienfeld hinterlegt sein, welches einer Paarung aus Drehzahl D und Drehwinkel δΦ ein Drehmoment M oder eine das Drehmoment beschreibende Größe zuordnet.
Der Drehwinkel δΦ wird durch eine Sensorik 46 in dem Schlagschrauber 1 ermittelt. Die Sensorik 46 kann beispielsweise unmittelbar die Drehbewegung des Abtriebsspindel 4 mit einem Drehsensor 47 erfassen. Der Drehsensor 47 kann Markierungen an der Abtriebsspindel 4 induktiv oder optisch abtasten. Alternativ oder ergänzend kann die Sensorik 46 den Drehwinkel δΦ der Abtriebsspindel 4 basierend auf der Drehbewegung der Antriebsspindel 15 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drehschlägen schätzen. Die Antriebsspindel 15 dreht sich zwischen den zwei Drehschlägen um den Winkelabstand der Klauen 12, z.B. 180 Grad, und sofern sich der Amboss 11 gedreht hat, zusätzlich um den Drehwinkel δΦ der Abtriebsspindel 4. Die Drehschläge werden durch einen Drehschlagsensor 48 erfasst. Die Sensorik 46 erfasst dazu den Drehwinkel der Antriebsspindel 15 in der Zeitspanne zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Drehschlägen. Der Anfang und das Ende der Zeitspanne wird durch das Erfassen der Drehschläge mittels eines Drehschlagsensors 48 erfasst. Der Drehschlagsensor 48 kann beispielsweise die mit dem Drehschlag einhergehende erhöhte kurzzeitige Vibration in dem Schlagschrauber 1 erfassen. Die Vibration wird beispielsweise mit einem Schwellwert verglichen, der Anfang bzw. das Ende entspricht dem Zeitpunkt des Überschreitens des Schwellwerts. Der Drehschlagsensor 48 kann ebenso auf einem akustischen Mikrophon oder Infraschall-Mikrophon basieren, das eine Spitze in der Lautstärke erfasst. Eine weitere Variante eines Drehschlagsensors 48 erfasst die Leistungsaufnahme oder eine Drehzahlschwankung des Elektromotors 2. Die Leistungsaufnahme steigt kurzzeitig während des Drehschlages an. Der Drehwinkel der Antriebsspindel 15 kann beispielsweise aus der Drehzahl D oder den Signalen des Drehsensors 45 und der Zeitspanne errechnet werden. Der Drehwinkel δΦ der Abtriebsspindel 4 wird als der Drehwinkel der Antriebsspindel 15 abzüglich dem Winkelabstand der Klauen 12 bestimmt.
Der Schlagschrauber 1 vergleicht während der ersten Phase S1 fortlaufend das geschätzte Drehmoment M mit dem Schwellwert M0. Die ersten Phase S1 wird unmittelbar beendet, wenn der Schwellwert M0 überschritten ist (C1). In einer Ausgestaltung mit der konstanten Drehzahl D1 ist der Vergleich des Drehmoments M mit dem Schwellwert M0 äquivalent zu einem Vergleich des Drehwinkels pro Drehschlag δΦ mit einem Schwellwert pro Drehschlag δΦ0. In dem Speicher 25 kann zu einem Spreizanker 35 eine Paarung aus einer Drehzahl D1 und einem zu unterschreitenden Drehwinkel δΦ0 hinterlegt sein. Die erste Phase S1 wird beendet, wenn der Schraubkopf 21 sich nur noch wenig dreht. Die Erfassung des Drehwinkels δΦ wird zunehmend ungenau. Ebenso nimmt die Korrelation zwischen Drehzahl und Drehimpuls ab.
An die erste Phase S1 schließt sich unmittelbar die zweite Phase S2. Die Drehzahl D der Antriebsspindel 15 kann weiterhin auf die erste Drehzahl D1 geregelt sein. Während der zweiten Phase wird eine vorgegebene Anzahl N1 von Drehschlägen ausgeübt. Die Anzahl N1 der Drehschläge ist ein weiterer für den Spreizanker spezifischer Steuerungsparameter. Mit der Anzahl N1 der Drehschläge wird das Soll-Drehmoment M9 des Spreizankers 35 näherungsweise erreicht. Nach der ersten Phase S1 ist der Drehwinkel δΦ für jeden weiteren Drehschlag näherungsweise gleich. Die Anzahl N1 der Drehschläge entspricht somit einem Drehen um einen vorgegebenen Drehwinkel ΔΦ1. Unter Annahme eines elastischen Verhaltens des Spreizankers 35 ist die zusätzliche Zugspannung des Spreizankers 35 weitgehend proportional zu dem Drehwinkel ΔΦ1. Die Zugspannung kann somit dosiert über die Anzahl N1 der Drehschläge eingestellt werden. Die notwendige Anzahl N1 von Drehschlägen bzw. der Drehwinkel δΦ lassen sich in Versuchsreihen für den Spreizanker 35 und den Schlagschrauber 1 und die vorgegebene Drehzahl D1 der zweiten Phase S2 ermitteln und in dem Speicher 25 hinterlegen. Während der zweiten Phase S2 wird die Anzahl N der ausgeübten Drehschläge gezählt. Das Erkennen der Drehschläge kann wie oben ausgeführt beispielsweise mittels eines Drehschlagsensors 48 erfolgen. Die zweite Phase S2 wird unmittelbar beendet, wenn die Anzahl N von Drehschlägen die Sollzahl N1 erreicht (C2).
An die zweite Phase S2 schließt sich vorzugsweise eine Relaxationsphase S3 an. Die Wiederholungsrate der Drehschläge wird gegenüber der zweiten Phase S2 reduziert. Die Drehzahl D wird auf eine zweite Drehzahl D2 abgesenkt. Die zweite Drehzahl D2 ist geringer als die erste Drehzahl D1. Insbesondere liegt die zweite Drehzahl D2 unterhalb der kritischen Drehzahl, welche der Schlagschrauber 1 zum Erreichen des Soll-Drehmoments benötigt. Die zweite Drehzahl D2 liegt beispielsweise zwischen 50 % und 80 % der ersten Drehzahl D1. Die Relaxationsphase S3 ist vorzugsweise zeitgesteuert. Eine Dauer T1 der Relaxationsphase S3 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 Sekunden [s] und 5 s.
Das zuvor beschriebene zwei-phasige oder drei-phasige Setzverfahren ist geeignet einen Spreizanker 35 anzuziehen, unmittelbar nachdem dieser in das Bohrloch eingesetzt wurde. Es kann vorkommen, dass für das nachträgliche Ausrichten des Anbauteils 37 der Anwender den verspannten Spreizanker 35 lösen und nachträglich nochmals anziehen wird. Ein nochmaliges Durchlaufen der zwei Phasen bzw. drei Phasen könnte allerdings den Spreizanker 35 oder sogar den Untergrund schädigen.
Daher hat des Setzverfahren in dem Betriebsmodus "Spreizanker" eine Prüfroutine, welche zumindest während der ersten Phase S1 ermittelt, ob der Spreizanker 35 bereits einmal angezogen war. Die beispielhafte Prüfroutine ermittelt eine Änderungsrate w des geschätzten Drehmoments M. Wie bereits beschrieben nimmt das Drehmoment M von Drehschlag zu Drehschlag zu. Die Änderungsrate w, d.h. die Zunahme des Drehmoments M zwischen aufeinanderfolgenden Drehschlägen oder gemittelt über mehrere Drehschläge, erweist sich als robustes Kennzeichen, welches zwischen einem noch nie angezogenen Spreizanker 35 und einem nochmals gelösten Spreizanker 35 diskriminiert. Ein Verlauf 49 des geschätzten Drehmoments M für einen zuvor gelösten Spreizanker 35 ist in Fig. 5 gezeigt. Die Änderungsrate w ist bei dem nochmals gelösten Spreizanker 35 (Verlauf 49) charakteristisch größer als in dem anderen Fall 44. Der Schlagschrauber 1 ermittelt während der ersten Phase S1 die Änderungsrate w und vergleicht die Änderungsrate w mit einem Grenzwert w0. Die Änderungsrate w wird vorzugsweise über mehrere Drehschläge oder ein Zeitfenster δT, das sich typischerweise über mehrere Drehschläge erstreckt, gemittelt. Wird der Grenzwert w0 überschritten, beendet der Schlagschrauber 1 die erste Phase S1. Der Grenzwert w0 ist ein weiterer der Steuerungsparameter, welche dem Spreizanker 35 zugeordnet sind. Der Grenzwert w0 kann als Änderungsrate hinterlegt sein. Die Änderungsrate w kann auch mittels eines vorgegebenen Zeitfensters ΔT und einem innerhalb des Zeitfensters ΔT zu erreichenden vorgegebenen Schwellwert M2 des Drehmoments M erfasst werden. Das Zeitfenster ΔT beginnt mit dem ersten Schlag t0. Übersteigt das Drehmoment M den Schwellwert M2 noch innerhalb des Zeitfensters ΔT wird die erste Phase S1 mit Überschreiten des Schwellwerts M2 beendet. Entsprechend ist das Zeitfenster ΔT und der Schwellwert M2 hinterlegt.
An die derart vorzeitig beendete erste Phase S1 schließt sich eine modifizierte Phase S2b an. Die modifizierte Phase S2b ist im Wesentlichen gleich zu der zweiten Phase S2. Der Schlagschrauber 1 übt eine vorgegebene Anzahl N2 von Drehschlägen aus. Die Anzahl N2 ist deutlich geringer als in der zweiten Phase S2 Die Anzahl N2 ist geringer als die Hälfte der Anzahl N1, z.B. geringer als ein Drittel der Anzahl N1. Durch die modifizierte zweite Phase S2b wird ein deutlich geringeres zusätzliches Drehmoment auf den Spreizanker 35 ausgeübt, als dies bei der standardmäßigen zweiten Phase S2 der Fall ist. Die modifizierte zweite Phase S2 ist dadurch deutlich kürzer als die standardmäßige zweite Phase S2. Soweit eine Relaxationsphase S3 vorgesehen ist, schließt sich diese an die modifizierte zweite Phase S2b an.
In einer Ausgestaltung kann auch während der zweiten Phase S2 die Änderungsrate w überwacht werden. Falls die Änderungsrate w den vorgegebenen Schwellwert w0 überschreitet, wird die zweite Phase S2 vorzeitig beendet und das Verfahren setzt mit der modifizierten zweiten Phase S2b fort.
Der Anwender kann den Taster 9 während des Setzvorgangs absichtlich oder versehentlich loslassen. Der Elektromotor 2 sofort gestoppt oder zumindest von der Stromversorgung getrennt. Das Setzverfahren ist somit abgebrochen. Das Steuerungsverfahren protokolliert in dem Speicher 25 den erreichten Setzzustand. Insbesondere wird in dem Speicher 25 festgehalten, welche der drei Phasen des Setzvorgangs erreicht ist. Danach kann der Schlagschrauber 1 in den Bereitschaftsmodus S0 übergehen.
Das Steuerungsverfahren ermöglicht dem Anwender den Setzvorgang abzuschließen. In einer Ausführung wird der Anwender beispielsweise über die Anzeige 27 aufgefordert den Setzvorgang abzuschließen. Der Anwender kann mittels des Eingabeelements 28 auswählen, ob der Setzvorgang mit dem nächsten Betätigen des Tasters 9 fortgesetzt werden soll oder alternativ ein standardmäßiger neuer Setzvorgang erfolgen soll. Die Aufforderung kann beispielsweise erscheinen, wenn der Anwender den Taster 9 erneut andrückt. Alternativ kann die Anzeige 27 die Aufforderung dem Anwender permanent signalisieren. Der Anwender kann die Aufforderung mittels des Eingabeelements 28 beantworten. Alternativ kann dem Modus "Setzvorgang fortsetzen" dem Taster 9 ein Betätigungsmuster zugeordnet sein. Beispielsweise entspricht ein zweimaliges Antippen vor dem vollständigen Durchdrücken des Tasters 9 der Auswahl "Setzvorgang fortsetzen", während das sofortige Durchdrücken des Tasters 9 der Auswahl "standardmäßiger neuer Setzvorgang" entspricht. Falls der Anwender nicht innerhalb einer Wartedauer auf die Aufforderung reagiert, z.B. innerhalb von 30 s, kehrt das Steuerungsverfahren in seinen standardmäßigen Betrieb und wird den nächsten Setzvorgang entsprechend einem standardmäßigen neuen Setzvorgang durchführen.
Der standardmäßige neue Setzvorgang erfolgt nach den oben beschriebenen zwei oder drei Phase. Falls der Anwender ein Fortsetzen des Setzvorgangs anfordert, wird das obige Setzverfahren in Abhängigkeit des bereits erreichten Setzzustands modifiziert.
Falls Setzvorgang während der ersten Phase S1 abgebrochen wurde, beginnt das Setzverfahren von neu, d.h. mit der ersten Phase S1. Das Drehmoment M wird geschätzt bzw. der Drehwinkels δΦ jeden Drehschlags ermittelt, bis die Abbruchbedingung für die erste Phase S1 erreicht ist und worauf sich die nachfolgenden Phasen anschließen.
Falls der Setzvorgang während der zweiten Phase S2 abgebrochen wurde, werden nur noch die fehlenden Drehschläge ausgeführt. Das Steuerungsverfahren legt dazu in dem Protokoll die Anzahl der bereits ausgeführten Drehschläge ab. Bei dem Fortsetzen wird die vorgegebene Anzahl N Drehschläge um die in dem Protokoll hinterlegte Anzahl von Drehschlägen reduziert. Die Relaxationsphase S3 schließt sich gegebenenfalls an.
Falls der Setzvorgang währen der Relaxationsphase S3 unterbrochen wurde, kann diese um die bereits ausgeführte Dauer vor dem Abbruch gekürzt werden. Das Steuerungsverfahren legt dazu in dem Protokoll die bereits ausgeführte Dauer der Relaxationsphase S3 bei einem Abbruch ab. Bei dem Fortsetzen wird die bereits ausgeführte Dauer aus dem Speicher 25 ausgelesen und von der vorgegebenen Dauer abgezogen.

Stahlbau

Fig. 6 zeigt schematisch eine Schraubverbindung von zwei Konstruktionselementen 50, 51 für den Stahlbau im Bauingenieurwesen. Die beiden Konstruktionselemente 50, 51 sollen belastbar mittels ein oder mehreren Schraubverbindungen 52 verbunden werden. Die Konstruktionselemente 50, 51 können beispielsweise Träger, Platten, Rohre, Flansche, etc. umfassen. Die Konstruktionselemente sind aus Stahl oder anderen metallischen Materialien. Die Konstruktionselemente 50, 51 sind in der Darstellung auf ihre sich berührenden plattenförmigen Abschnitte reduziert. In den Abschnitten sind ein oder mehrere Augen 53 vorgesehen. Die Augen 53 der beiden Konstruktionselemente werden durch den Anwender aneinander ausgerichtet.
Die Schraubverbindungen 52 können einen typischen Aufbau mit einem Schraubenkopf 54 an einer Gewindestange 55 und einer Schraubenmutter 56 aufweisen. Während die Gewindestange 55 einen geringeren Durchmesser als die Augen 53 aufweist, haben der Schraubenkopf 54 und die Schraubenmutter 56 einen größeren Durchmesser als das Auge 53. Die Gewindestangen können bei anderen Schraubverbindung bereits mit dem ersten Konstruktionselement 50 verbunden sein.
Der Anwender steckt die Gewindestangen 55 durch die ausgerichteten Augen 53. Anschließend wird die Schraubenmutter 56 aufgesetzt. Bei einer manuellen Befestigung zieht der Anwender die Schraubenmutter 56 mit einem Drehmomentschlüssel an, bis ein für die Schraubverbindung spezifiziertes Soll-Drehmoment erreicht ist. Die Spezifikation wird von dem Hersteller der Schraubverbindung angegeben oder ist in einschlägigen Normen für das Stahlbauwesen spezifiziert. Das Soll-Drehmoment gewährleistet, dass sich die Schraubverbindung unter Belastung, insbesondere Vibrationen, nicht lösen kann. Andererseits soll die Gewindestange 55 nicht unnötig belastet werden, oder im schlimmsten Fall während des Anziehens der Schraubenmutter 56 dauerhaft beschädigt werden.
Ein Anziehen der Schraubverbindungen 52 mit einem Drehmomentschlüssel ist verlässliches und robustes Verfahren, allerdings ist das Verfahren arbeitsintensiv. Zumal häufig die Schraubverbindung 52 typischerweise viele Schrauben beinhaltet. Die Schraubverbindungen 52 könnten grundsätzlich mit einem klassischen Elektroschrauber und einer entsprechenden Abschaltung bis Erreichen des Soll-Drehmoments angezogen werden. Allerdings kann der Anwender die notwendige Haltekraft für das Soll-Drehmoment nicht aufbringen und es besteht ein erhebliches Verletzungsrisiko für den Anwender.

Steuerungsverfahren "Stahlbau"

Der Schlagschrauber 1 implementiert ein robustes Setzverfahren für die Schraubverbindung 52. Der Anwender richtet die Konstruktionselemente 51 aneinander aus, steckt die Gewindestangen 55 durch das zweite Konstruktionselemente 51 und setzt die Schraubenmuttern 56 auf. Die Konstruktionselemente 50, 51 liegen gelegentlich nicht plan aufeinander, wie beispielhaft in Fig. 7 illustriert. Der Anwender hat in einem vorbereitenden Schritt dafür Sorge zu tragen, dass die Konstruktionselemente 50, 51 im Bereich der Schraubverbindung 52 plan aufeinanderliegen. Dazu kann der Anwender eine oder mehrere der Schraubenmuttern 56 per Hand anziehen. Das Anzugsmoment kann geringer als das Soll-Drehmoment M der Schraubverbindung 52 bleiben. Eine Verwendung eines Drehmomentschlüssels ist optional. Anschließend zieht der Anwender die Schraubverbindungen 52 mit dem Schlagschrauber 1 an, welcher die Schraubverbindungen 52 bis zu dem Soll-Drehmoment M anzieht. Sofern anfangs die Konstruktionselemente 50, 51 nicht plan aufeinanderliegen, bricht der Schlagschrauber 1 den Setzvorgang ab und weist den Anwender auf den fehlenden oder unvollständig durchgeführten vorbereitenden Schritt hin. Der Anwender wählt hierzu den Betriebsmodus "Stahlbau" aus und spezifiziert den Typ der Schraubverbindungen 52.
Jedem Typus von Schraubverbindung 52 sind mehrere Steuerungsparameter zugeordnet, welche für den nachfolgenden ordnungsgemäßen Ablauf des Setzverfahrens notwendig sind. Die Steuerungsparameter sind in dem Speicher 25 zu dem Typus hinterlegt. Ansprechend auf die Eingabe oder Auswahl der Schraubverbindung 52 liest die Steuerungseinheit 24 die entsprechenden Steuerungsparameter aus. Die Steuerungsparameter werden vorzugweise solange beibehalten, bis der Anwender einen anderen Typus von Schraubverbindung 52 auswählt. Ein Auswählen der Schraubverbindung 52 vor jedem einzelnen Setzen ist nicht notwendig.
Bei einem unbetätigten Taster 9 ist der Elektromotor 2 von der Stromversorgung, z.B. der Batterie 6, getrennt und dreht nicht. Der Schlagschrauber 1 fällt vorzugsweise beim Lösen des Tasters 9 in einen Bereitschaftsmodus. Mit Betätigen des Tasters 9 beginnt das Setzverfahren. In einer vorbereitenden Phase kann geprüft werden, ob der Anwender zuvor den Typ der Schraubverbindung 52 mittels eines der Eingabeelemente 28 ausgewählt hat. Falls eine entsprechende Auswahl bisher nicht vorgenommen wurde und die Steuerungsparameter nicht gesetzt sind, wird der Anwender dazu angehalten und der Schlagschrauber 1 bleibt inaktiv. Andernfalls wird der Elektromotor 2 mit der Stromversorgung verbunden.
Ansprechend auf ein Betätigen des Tasters 9 wird die Antriebsspindel 15 beschleunigt. Die Spindel wird auf eine Soll-Drehzahl Do beschleunigt. Anfangs kann das rückwirkende Drehmoment der Schraubverbindung 52 so gering sein, dass das Schlagwerk 3 nicht aktiviert wird. Diese Vor-Phase wird nachfolgend nicht weiter beschrieben. Die erste Phase S11 des Setzverfahrens beginnt dem ersten Schlag des Schlagwerks 3. Während der ersten Phase S11 wird das von der Abtriebsspindel 4 ausgeübte Drehmoment M geschätzt. Die erste Phase S11 wird standardmäßig beendet, wenn das geschätzte Drehmoment M einen Schwellwert M0 überschreitet. Der Schwellwert M0 ist typischerweise geringer als das Soll-Drehmoment M9 für die Schraubverbindung 52. Die Schätzung des Drehmoments M erfolgt wie im Zusammenhang mit der Phase S1 dem Anziehen eines Spreizankers beschrieben. Die hierfür notwendigen Steuerungsparameter sind in dem Speicher 25 für die Schraubverbindung 52 hinterlegt.
An die erste Phase S11 schließt sich unmittelbar die zweite Phase S12 an. Die Drehzahl D der Antriebsspindel 15 kann weiterhin auf die Soll-Drehzahl Do geregelt werden. Während der zweiten Phase wird eine vorgegebene Anzahl N3 von Drehschlägen ausgeübt. Die Anzahl N3 der Drehschläge ist ein weiterer für den Spreizanker spezifischer Steuerungsparameter. Mit der Anzahl N3 der Drehschläge wird das Soll-Drehmoment der Schraubverbindung 52 näherungsweise erreicht. Die zweite Phase S12 entspricht weitgehend der zweiten Phase S2 beim Setzen eines Spreizankers 35.
Das beschriebene zwei-phasige Setzverfahren "Stahlbau" ist geeignet eine Schraubverbindung 52 zum Verbinden von zwei Stahl-Konstruktionselemente 50, 51 anzuziehen, sofern diese plan aufeinander liegen. Während der ersten Phase S11 ist eine Prüfroutine C1 aktiv, welche schätzt, ob die Stahl-Konstruktionselemente 50, 51 plan aufeinanderliegen. Falls die Prüfroutine C1 ein planes-Aufeinanderliegen ermittelt, wird das Setzverfahren mit den oben beschriebenen Phasen bis zum Ende durchgeführt. Falls die Prüfroutine ein planes Aufeinanderliegen verneint, wird eine Schutzroutine S13 ausgeführt. Die Schutzroutine S13 kann in einer einfachen Umsetzung das Setzverfahren unmittelbar abbrechen. Die Anzeige 27 des Schlagschraubers 1 kann einen entsprechenden Hinweis ausgeben, weshalb das Setzverfahren abgebrochen wurde.
Die Prüfroutine C11 schätzt den Drehwinkel Φ der Schraubverbindung beginnend ab dem ersten Schlag (Zeitpunkt t0). Ein Verlauf 57 des Drehwinkels Φ über die Zeit wird mit hinterlegten Steuerparametern zu der Schraubverbindung 52 verglichen. Der Drehwinkel Φ wird vorzugsweise aus mehreren Messpunkten gemittelt. Fig. 8 illustriert den Verlauf 57 des Drehwinkels Φ. Der im Wesentlichen stufenweise zunehmende Drehwinkel Φ lässt sich in der Praxis nur mit einem starken Rauschen behaftet erfassen. Die Anstiegsrate des Drehwinkels Φ kann für jeden Typ der Schraubverbindung 52 aus Versuchsreihen gemessen werden. Der Verlauf ist im Wesentlichen durch das elastische Verhalten der Schraubverbindung 52 bestimmt. Die Konstruktionselemente 50, 51 ― soweit plan aufeinanderliegend ― haben nur einen geringen Einfluss auf den Verlauf. Hingeben bei nicht plan aufeinanderliegenden Konstruktionselementen 50, 51 dominieren deren Steifigkeit und ein Spalt zwischen den Konstruktionselementen 50, 51 die Steifigkeit des Gesamtsystems. Die Steifigkeit ist typischerweise verringert. Bei gleicher Schlagleistung wird ein größerer Fortschritt des Drehwinkels Φ pro Zeit beobachtet. Die Steuerparameter beschreiben eine Obergrenze 58, welche der Drehwinkel Φ während des Anziehens nicht überschreiten darf. Ein Überschreiten der Obergrenze 58 wird als ein nicht planes Aufeinanderliegen erkannt. Die Prüfroutine veranlasst ein Abbrechen S13 des Setzvorgangs. Die Obergrenze 58 ist vorzugsweise kein fester Wert, sondern ein mit der Zeit oder mit der Anzahl der Schläge zunehmender Wert. Die Prüfroutine wird vorzugsweise mit dem ersten Schlag zum Zeitpunkt t0 aktiviert. Die Prüfroutine wird vorzugsweise nach einer vorgegebenen Zeitspanne ΔT beendet, beispielsweise wird die Prüfroutine mit Ende der ersten Phase S11 beendet. Die Obergrenze 58 kann für verschiedene Schraubverbindungen 52, insbesondere verschiedene Durchmesser der Schrauben, mittels Versuchsreihen ermittelt werden.

Stahlbau II

Ein alternatives Setzverfahren "Stahlbau II" durchläuft wie zuvor beschrieben die erste Phase S11 und die zweite Phase S12. Allerdings ist die Anzahl N8 der Drehschläge für die zweite Phase S12 nicht vorab festgelegt, sondern wird aus dem Verlauf 59 des Drehwinkels Φ während des bisherigen Setzvorgangs abgeleitet. Eine Schätzroutine S14 vergleicht den Verlauf 59 des Drehwinkels Φ über die Zeit t mit einer Schaar von Mustern 60 (Fig. 10). Die Muster 60 sind aus Versuchsreihen ermittelte typische Verläufe des Drehwinkels Φ beim Anziehen von Schraubverbindungen 52 im Stahlbau. Die Schätzroutine S14 ermittelt das dem aktuellen Verlauf 59 nächstkommende Muster 60. Zu dem Muster 60 ist die Anzahl N8 der Drehschläge für die zweite Phase S12 in einer Nachlagetabelle zugeordnet.
Fig. 10 zeigt beispielhaft einen Verlauf 59 bei welchem die Konstruktionselemente 51 plan aufeinanderliegen. Die beispielhaften Muster 60 haben drei Abschnitte: einen Anfang 61, eine Mitte 62 und ein Ende 63. Der Anfang hat einen linearen Verlauf mit einer ersten Steigung. Das Ende hat einen linearen Verlauf mit einer zweiten Steigung, welche geringer als die erste Steigung ist. Die Mitte 62 wird beispielsweise durch eine Exponentialfunktion mit monoton abnehmender Steigung beschrieben. Alternativ kann die Mitte durch andere Funktionen mit durchgehend monoton abnehmender Steigung beschrieben werden, z.B. Exponentialfunktion, Hyperbel. Die Übergänge zwischen den Abschnitten sind vorzugsweise glatt. Das Muster hat vier bis sechs Freiheitsgrade. Die Freiheitsgrade sind oder beschreiben unter Anderem die Steigung des Anfangs, die Steigung des Endes, die Dauer des Anfangs und die Dauer der Mitte. Der Vergleich des Verlaufs mit dem Muster kann mit einer Ausgleichsrechnung (Fit) erfolgen, in welcher die Zahlenwerte für die Freiheitsgrade variiert werden, z.B. unter Verwendung der Methode kleinster Quadrate. Die Muster 60 werden zweckmäßigerweise für unterschiedliche Typen von Schraubverbindungen 52 in einem Speicher 25 bereitgestellt. Der Anwender gibt vorzugsweise vor dem Anziehen der Schraubverbindung 52 den Typ über das Eingabeelement 28 ein. Die Schätzroutine S14 begrenzt die Anpassung auf die zu dem ausgewählten Typ zugehörigen Muster 60 ein.
Die Schätzroutine S14 zeichnet vorzugsweise beginnend mit dem ersten Schlag t0 den Drehwinkel Φ über die Zeit t auf, um Messpunkte für den Vergleich zu erhalten. Ein Messpunkt beinhaltet den gemessenen Drehwinkel Φ und den zugehörigen Zeitpunkt t. Der Drehwinkel Φ kann basierend auf dem Drehwinkel der Antriebsspindel 15 zwischen aufeinanderfolgenden Drehschlägen geschätzt werden. Eine Zeiterfassung kann durch eine chronologische Aufzeichnung der Drehwinkel Φ approximiert werden. Die Messpunkte können in einem Zwischenspeicher abgelegt werden.
Die Schätzroutine S14 passt das Muster 60 an die Messpunkte an. Für ein aussagekräftiges Ergebnis der Anpassung wird diese vorzugsweise nach einer Mindestanzahl von Drehschlägen durchgeführt. Es erweist sich ebenfalls als vorteilhaft, die Anpassung mit Beginn der zweiten Phase S12 durchzuführen, d.h. wenn das geschätzte Drehmoment M einen Schwellwert M0 übersteigt. Die Anpassung kann wiederholt ausgeführt werden, sofern dies die Rechenleistung des Schlagschraubers 1 ermöglicht. Alternativ wird die Schätzroutine S14 nur einmalig ausgeführt.
Die Schätzroutine S14 wird abgeschlossen, wenn eine Abweichung des Musters 60 von den Messpunkten innerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegt. Falls nach einer vorgegebenen Anzahl von Drehschlägen bzw. vorgegebenen Dauer eine Abweichung des Musters außerhalb einer Toleranz liegt oder die Mindestzahl von Messpunkten für das Ende des Musters unterschritten ist, wird eine Fehlermeldung ausgegeben und das Setzverfahren wird abgebrochen.
Das ermittelte Muster 60 gibt einen Aufschluss über das elastische Verhalten der Schraubverbindung 52. Basierend auf dem elastischen Verhalten lässt sich die Anzahl N8 notwendiger Drehschläge für die zweite Phase S12 ableiten. In einer Ausgestaltung sind zu den Mustern 60 zugehörige Werte für N8 hinterlegt. Anstelle einer Nachschlagetabelle kann ein Algorithmus aus den Zahlenwerten die Sollzahl N8 bestimmen. Sobald die Schätzroutine S14 die Sollzahl N8 der Drehschläge für die zweite Phase S12 ermittelt hat, wird die Sollzahl N8 für die zweite Phase S12 festgelegt. Das Setzverfahren zählt ab dem Wechsel von der ersten Phase S11 zu der zweiten Phase S12 die Anzahl ausgeübter Drehschläge. Sobald die Anzahl N8 erreicht ist, wird das Setzverfahren beendet. Der Beginn der zweiten Phase S12 liegt vorzugsweise vor dem Festlegen der Sollzahl N8.
Der Wechsel von der ersten Phase S11 zu der zweiten Phase S12 erfolgt basierend auf einer Schätzung des rückwirkenden Drehmoments M. Diese Schätzung ist mit einem signifikanten Messfehler beaufschlagt. Eine Ausgestaltung ermittelt basierend auf der Muster 60, mit welchem Drehschlag 64 der Schwellwert M0 überschritten wurde. Der zuvor vorgenommene Wechsel von der ersten Phase S11 in die zweite Phase S12 kann zu einem anderen Drehschlag als dem Drehschlag 64 erfolgt sein. Die Schätzroutine S14 kann die Sollzahl N8 entsprechend der Abweichung anpassen.

Claims

Setzverfahren für Spreizanker (35) mittels eines Schlagschraubers (1) mit einer ersten Phase (S1), in welcher wiederholt ein Drehschlag auf ein Schraubelement des Spreizankers (35) ausgeübt wird und ein von dem Drehschlag auf den Schraubkopf (21) übertragenes Drehmoments (M) geschätzt wird, solange bis das geschätzte übertragene Drehmoment (M) einen für den Spreizanker (35) vorgegebenen Schwellwert (M0) überschreitet;
einer zweiten Phase (S2), in welcher eine für den Spreizanker (35) vorgegebene erste Anzahl (N1) von Drehschlägen auf den Schraubkopf (21) ausgeübt wird,

dadurch kennzeichnet, dass

zumindest während der ersten Phase (S1) eine aktuelle Änderungsrate (w) des geschätzten Drehmoments (M) überwacht wird und ansprechend auf ein Überschreiten eines für den Spreizanker (35) vorgegebenen Grenzwert (w0) der Änderungsrate (w) durch die aktuelle Änderungsrate (w) eine modifizierte zweite Phase (S2b) beginnt, in welcher eine für den Spreizanker (35) vorgegebene zweite Anzahl (N2) von Drehschlägen auf den Schraubkopf (21) ausgeübt wird, wobei die zweite Anzahl (N2) geringer als die erste Anzahl (N1) ist.
Setzverfahren nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass der Grenzwert (w0) für die Änderungsrate (w) durch ein Zeitfenster (T0) und einen zweiten Schwellwert (M2) für das geschätzte Drehmoment (M), welcher innerhalb des Zeitfensters (T0) zu erreichen ist, definiert ist.
Setzverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, dass eine dritte Phase (S3), in welcher eine Wiederholrate der Drehschläge gegenüber der zweiten Phase (S2) reduziert ist.
Setzverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Erfassen des Spreizankers (35) vor Beginn der ersten Phase (S1) und Setzen des Schwellwerts M0, der vorgegebenen ersten Anzahl (N1) von Drehschlägen, der vorgegebenen zweiten Anzahl (N2) von Drehschlägen und des Grenzwerts (w0) in Abhängigkeit des erfassten Spreizankers (35).