EP3727758B1

EP3727758B1 - Setzverfahren für schraubverbindungen mittels schlagschrauber

Info

Publication number: EP3727758B1
Application number: EP18822091.7A
Authority: EP
Inventors: Matthaeus ALBERDING; Dario BRALLA; Antonio Orvieto
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: EP3727758A1; EP3501740A1; US20210008698A1; WO2019121837A1; US11426848B2; WO2019122189A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Setzverfahren für Spreizanker, welches als
Steuerungsverfahren für einen Schlagschrauber implementiert ist.
Aus der EP 2 985 118 A1 ist ein Steuerungsverfahren eines Schlagschraubers zum Anziehen einer Schraubverbindung bekannt, welches ansprechend auf ein Betätigen eines Tasters eine Sequenz mit aufeinanderfolgenden Phasen ausführt: eine erste Phase, in welcher ein Schlagwerk des Schlagschraubers eine vorgegebene Anzahl N1 von Drehschlägen auf die Schraubverbindung ausübt, eine zweite Phase, in welcher auf die Schraubverbindung weitere Drehschläge ausgeübt werden, und eine dritte Phase, in welcher auf die Schraubverbindung nochmals Drehschläge ausgeübt werden, bis ein Drehwinkel dem abschließenden Drehwinkel entspricht bzw. eine Drehzahl über eine vorbestimmte Zeitdauer erreicht wird.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Ein Steuerungsverfahren eines Schlagschraubers (1) zum Anziehen einer Schraubverbindung (52) führt ansprechend auf ein Betätigen eines Tasters (9) eine Sequenz mit den aufeinanderfolgenden Phasen aus. In einer ersten Phase übt ein Schlagwerk (3) des Schlagschraubers (1) eine vorgegebene Anzahl N1 von Drehschlägen auf die Schraubverbindung (52) aus. Während der ersten Phase S1 wird ein Verlauf eines Drehwinkels Φ über die Zeit (t) geschätzt. Ein Muster wird an den Verlauf angepasst und basierend auf dem Muster wird für eine zweite Phase S2 ein Soll-Drehmoment M0 und für eine dritte Phase S3 ein abschließender Drehwinkel oder eine abschließende Anzahl von Schlägen ermittelt. Während der zweiten Phase (S2) werden Drehschläge ausgeübt, bis ein geschätztes Drehmoment M das Soll-Drehmoment M0 erreicht. Während der dritten Phase S3 werden auf die Schraubverbindung Drehschläge ausgeübt, bis eine Anzahl der Drehschläge der abschließenden Anzahl N3 oder ein Drehwinkel dem abschließenden Drehwinkel entspricht.

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: eine Schraubverbindung von zwei Stahlplatten
Fig. 4: eine Schraubverbindung von zwei Stahlplatten
Fig. 5: einen Verlauf eines Drehwinkels
Fig. 6: 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

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 19 mit einem quadratischen hohlen Querschnitt, der in seinen Maßen im Wesentlichen dem Werkzeughalter 17 entspricht. Der Buchse 19 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.
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.
Fig. 3 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.
Die Konstruktionselemente 50, 51 liegen gelegentlich nicht plan aufeinander, wie beispielhaft in Fig. 4 illustriert. Während des Anziehens der Schraubverbindung 52 verformen sich die Konstruktionselemente 51. Das rückwirkende Drehmoment der Schraubverbindung 52 ist somit nicht nur von dem Schraubentyp, sondern auch von den Konstruktionselementen 51 und deren aktuellen Vorspannung abhängig. Bei einem manuellen Anziehen ergeben sich hierdurch in der Regel keine zusätzlichen Schwierigkeiten, da der Anwender sieht, ob die Konstruktionselemente 50, 51 schon plan aufeinander liegen.
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.
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. Der Anwender kann die Schraubverbindungen 52 mit dem Schlagschrauber 1 anziehen. Der Anwender wählt hierzu den Betriebsmodus "Stahlbau" aus und spezifiziert den Typ der Schraubverbindungen 52.
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. Eine weitere Problematik ergibt sich durch die während des Anziehens verformenden Konstruktionselemente 50, 51. Deren Einfluss auf das Drehmoment, den Drehfortschritt etc., ist a priori nicht bekannt.
Das Setzverfahren behilft sich mit einem drei-phasigen Anziehen der Schraubverbindung 52. Eine erste Phase S1 dient einer Analyse der Schraubverbindung 52 und der Konstruktionselemente 51, 52. Basierend auf der Analyse werden ein Soll-Drehmoment M0 und ein abschließender Drehwinkel ϕ festgelegt. Während einer anschließenden zweiten Phase S2 übt der Schlagschrauber 1 solange Schläge auf die Schraubverbindung 52 aus, bis ein geschätztes Drehmoment M das Soll-Drehmoment M erreicht. In einer abschließenden dritten Phase S3 wird die Schraubverbindung 52 noch um den abschließenden Drehwinkel ϕ angezogen.
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.
Eine erste Phase S1 des Setzverfahrens beginnt dem ersten Schlag des Schlagwerks 3. Während der ersten Phase S1 übt der Schlagschrauber 1 eine vorgegebene Anzahl N1 von Schlägen aus. Die vorgegebene Anzahl N1 kann durch den ausgewählten Typus der Schraubverbindung 52 vorgegeben sein. Die Schraubverbindung 52 wird durch die Schläge um einen Drehwinkel Φ angezogen. In dem obigen Beispiel wird die Schraubenmutter 56 gegenüber der Gewindestange 55 um den Drehwinkel Φ gedreht. Der Drehwinkel Φ ist neben der Schraubverbindung 52 auch von den Konstruktionselementen 50, 51 abhängig.
Eine Schätzroutine S4 vergleicht den Verlauf 59 des Drehwinkels φ über die Zeit t mit einem Muster 60 (Fig. 5). Das Muster 60 ist ein aus Versuchsreihen ermittelter typischer Verlauf des Drehwinkels. Die Versuchsreihen sind unter verschiedenen Randbedingungen durchgeführt, z.B. unterschiedliche Befestigungselemente, unterschiedliche Vorspannung der Bestigungselemente, etc.. Das Muster 60 hat vier bis sechs Freiheitsgrade, welche sich als ausreichend zum Klassifizieren der unterschiedlichen Randbedingungen im Stahlbau erweisen. Die Muster 60 können zu der Schraubverbindung 52 als Steuerungsparameter hinterlegt sein. Eine Vorauswahl der möglichen Muster 60 bzw. eine Beschränkung der Freiheitsgrade bzw. der Werte der Parameter für die Freiheitsgrade in Abhängigkeit des vorab ausgewählten Typus der Schraubverbindung 52 kann die Zuverlässigkeit in der Auswahl des Musters 60 bzw. Anpassung des Musters 60 erhöhen und den zugehörigen Rechenaufwand reduzieren.
Fig. 5 zeigt beispielhaft einen Verlauf 59 bei welchem die Konstruktionselemente 51 plan aufeinanderliegen. Die Schätzroutine ermittelt die aktuelle Randbedingung durch Anpassen des Musters 60 an den bisherigen Verlauf 59 des Drehwinkels während des laufenden Setzvorgangs. Das bevorzugte Muster 60 hat drei Abschnitte: einen Anfang 60, eine Mitte 61 und ein Ende 62. 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 61 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. Da die Rechenleistung des Schlagschraubers 1 begrenzt ist, können für jeden Typ von Schraubverbindungen 52 Wertebereiche für die beiden Steigungen bzw. deren zugehörigen Freiheitsgrade, vorgegeben sein. Die Wertebereiche werden durch Versuchsreihen ermittelt und sind in den vorgegebenen Parametern hinterlegt.
Die Schätzroutine S4 zeichnet vorzugsweise beginnend mit dem ersten Schlag t0 den Drehwinkel φ über die Zeit 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. Der Drehwinkel φ der Stecknuss 18 unterscheidet sich von dem Drehwinkel der Antriebsspindel 15 um den Winkel zwischen den Klauen 12 des Hammers 10 multipliziert mit der Anzahl der Schläge. Eine Zeiterfassung kann durch eine chronologische Aufzeichnung der Drehwinkel φ approximiert werden. Die Messpunkte können in einem Zwischenspeicher abgelegt werden.
Die Schätzroutine S4 passt das Muster 60 nach der vorgegebenen Anzahl N1 von Drehschlägen an. Die Anzahl ist ausreichend groß bemessen, um eine guten Fit zu erhalten. Die Schätzroutine S4 wird abgeschlossen, wenn eine Abweichung des Musters 60 von den Messpunkten innerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegt. Falls nach der 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.
Jedem der Muster 60 ist ein Soll-Drehmoment M0 und ein abschließender Drehwinkel φ zugeordnet. Das Soll-Drehmoment M0 und der abschließende Drehwinkel ϕ können als Wert hinterlegt sein oder aus dem Muster 60 berechnet werden. Der Schwellwert M0 ist typischerweise geringer als das Soll-Drehmoment M9 für die Schraubverbindung 52, wenn diese per Hand angezogen wird.
Während der zweiten Phase S2 dreht der Elektromotor 2 die Antriebsspindel 15 vorzugsweise mit der vorgegebenen Drehzahl Do. 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 Drehzahl Do ist einer der Schraubverbindung 52 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 zweiten Phase S2 wird ein 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.
Die zweite Phase S2 wird beendet, wenn das geschätzte Drehmoment M den zuvor über das Muster 60 ermittelte Soll-Drehmoment M0 überschreitet.
An die zweite Phase S2 schließt sich eine dritte Phase S3 an, in welcher die Schraubverbindung 52 noch um den abschließenden Drehwinkel ϕ gedreht wird. Der Fortschritt des Drehwinkels während der dritten Phase S3 kann geschätzt werden. Die Schlagschrauber 1 beendet das Anziehen, wenn der geschätzte Drehwinkel während der dritten Phase S3 den abschließende Drehwinkel ϕ erreicht hat. Alternativ kann statt einem abschließenden Drehwinkel auch eine abschließende Anzahl N2 von Schlägen während der dritten Phase S3 ausgeführt werden.

Claims

Steuerungsverfahren eines Schlagschraubers (1) zum Anziehen einer Schraubverbindung (52), welches ansprechend auf ein Betätigen eines Tasters (9) eine Sequenz mit den aufeinanderfolgenden Phasen ausführt:
eine erste Phase (S1), in welcher ein Schlagwerk (3) des Schlagschraubers (1) eine vorgegebene Anzahl (N1) von Drehschlägen auf die Schraubverbindung (52) ausübt, und während der ersten Phase (S1) ein Verlauf (59) eines Drehwinkels Φ über die Zeit (t) schätzt und ein Muster (60) an den Verlauf (59) angepasst werden und basierend auf dem Muster (60) für eine zweite Phase (S2) ein Soll-Drehmoment (M0) und für eine dritte Phase (S3) ein abschließender Drehwinkel oder eine abschließende Anzahl von Schlägen ermittelt werden,

die zweite Phase (S2), in welcher auf die Schraubverbindung (52) Drehschläge ausgeübt werden, bis ein geschätztes Drehmoment (M) das Soll-Drehmoment (M0) erreicht,

die dritte Phase (S3), in welcher auf die Schraubverbindung (52) Drehschläge ausgeübt werden, bis eine Anzahl der Drehschläge der abschließenden Anzahl (N3) oder ein Drehwinkel dem abschließenden Drehwinkel entspricht.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass das Muster (60) einen ersten Abschnitt (61) mit einer ersten Steigung und einen dem ersten Abschnitt (61) nachfolgenden zweiten Abschnitt (63) mit einer zweiten Steigung hat, wobei die zweite Steigung geringer als die erste Steigung ist.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch kennzeichnet, dass das Muster (60) einen dritten Abschnitt (62) mit einer kontinuierlich abnehmenden Steigung aufweist, wobei der dritte Abschnitt (62) zwischen dem ersten Abschnitt (61) und dem zweiten Abschnitt (63) angeordnet ist.