EP3829817B1

EP3829817B1 - Schraubvorrichtung, antriebsdrehmomenterzeugungsmittel, verschraubsystem sowie verfahren zur drehmomentsteuerung

Info

Publication number: EP3829817B1
Application number: EP19753256.7A
Authority: EP
Inventors: Thomas Langhorst; Bruno BERGMANN; Achim LÜBBERING
Original assignee: Johannes Luebbering GmbH
Current assignee: Johannes Luebbering GmbH
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2023-08-30
Anticipated expiration: 2039-07-23
Also published as: JP2022510535A; BR112020026832A2; KR20210035266A; EP3829817A1; CN112533731A; ES2962693T3; US20210316427A1; MX2021000844A; KR102612187B1; JP2024010225A; CA3107554A1; DE102018118853A1; WO2020025402A1; CN112533731B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraubvorrichtung zum Aufbringen eines Drehmoments auf einem Schraubpartner. Zudem betrifft die Erfindung ein Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel zum Erzeugen eines Drehmoments. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verschraubsystem, zumindest umfassend eine Schraubvorrichtung und ein Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Antriebsmotorregelung eines Verschraubsystems. Zudem betrifft die Erfindung die Verwendung eines Verschraubsystems zur Durchführung des Verfahrens. Das Dokument WO 2018/188829 A1 zeigt eine Vorrichtung bzw. ein System nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 3 und 6.
Aus der Praxis, insbesondere der industriellen Schraubtechnik, sind Schraubvorrichtungen bekannt, die beispielsweise als sog. Flachabtriebe bezeichnet sind und insbesondere bei Schraub- bzw. Montagearbeiten, bei welchen der Schraubpartner (also beispielsweise eine im Rahmen des vorliegenden Erfindungskontextes mit einem Drehmoment zu beaufschlagende Schraube) aufgrund besonderer räumlicher Einbaubedingungen lediglich schwer oder aufwendig erreichbar ist. Bei Flachabtrieben handelt es sich dabei in der Regel um in einem flachen Gehäuse aufgenommene Getriebeeinheiten mit einem üblicherweise einends vorgesehenen Antrieb und einem gegenüberliegend endseitig vorgesehenen Abtrieb, an welchem dann der Schraubpartner, geeignet lösbar, angesetzt werden kann. Das Getriebe im Flachabtriebsgehäuse besteht dabei häufig aus einer ineinander kämmenden und damit eine Drehmomentübertragung vom Antrieb zum Abtrieb realisierende Anordnung aus Zahnrädern, welche zwischen Antrieb und Abtrieb (die häufig selbst als Zahnräder mit entsprechender Außenverzahnung versehen sind) beispielsweise eine 1:1-Übersetzung realisieren, wobei allerdings je nach Anwendungsgebiet verschiedene Variationen und Modifikationen dieser als allgemein bekannt und generisch vorauszusetzenden Technologie möglich und bekannt sind.
Abtriebsseitig weisen Flachabtriebe ein Abtriebszahnrad auf, welches von zumindest einem benachbarten Zahnrad gestützt und dieses kämmend ausgebildet sein kann. Das Abtriebszahnrad dient der Übertragung des Drehmoments auf den Schraubpartner. Diesbezüglich ist bei Flachabtrieben zu unterscheiden zwischen einer geschlossenen Bauart, bei welcher der Schraubpartner ausschließlich axial in das beispielsweise mit einem Innensechskant versehene Abtriebszahnrad einführbar ist, und einer offenen Bauart, bei welcher der Schraubpartner auch radial bezogen auf die Rotationsachse des Abtriebszahnrades in Eingriff mit dem Abtriebszahnrad kommen kann.
Bei der offenen Bauart ist das Abtriebszahnrad nicht geschlossen ausgebildet, sondern weist eine Ausnehmung an seinem Umfang auf, um den Schraubpartner in radialer Richtung in dem Innensechskant aufnehmen zu können. Um das Abtriebszahnrad in jeder Phase seiner Drehung ausreichend stützen zu können, kämmt das Abtriebszahnrad zeitweise mindestens zwei benachbarte Zahnräder bzw. Stützzahnräder, sodass das Abtriebszahnrad von zumindest einem der beiden Stützzahnräder angetrieben ist. Das Abtriebszahnrad passiert also während einer vollständigen Drehung von 360° zumindest eine Ganzstützphase, in welcher es mit mindestens zwei weiteren Zahnrädern bzw. Stützzahnrädern in Eingriff steht, und zumindest eine Teilstützphase, in welcher es weniger Zahnräder bzw. Stützzahnräder als in der Ganzstützphase kämmt. Üblicherweise kämmt das Abtriebszahnrad in der Ganzstützphase zwei Stützzahnräder und in der Teilstützphase ein Stützzahnrad. In der Teilstützphase ist somit die Ausnehmung des Abtriebszahnrades demjenigen Stützzahnrad zugewandt, welches das Abtriebszahnrad gerade nicht kämmt.
Bei der geschlossenen Bauart genügt in der Regel ein benachbartes Zahnrad zur Stützung und Drehmomentübertragung, so dass das Abtriebszahnrad der geschlossenen Bauart während einer vollständigen Drehung von 360° ausschließlich eine Ganzstützphase durchläuft.
Die soeben beschriebene Schraubvorrichtung wird zumeist im Zusammenspiel mit einem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel genutzt, welches zum Erzeugen eines Drehmoments und zum Zusammenwirken mit einer Schraubvorrichtung ausbildbar sein kann. Das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel kann beispielsweise ein handgehaltenes Werkzeug oder ein Stab- oder Stab-Winkel-Schrauber sein. Derartige Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel werden zumeist im industriellen Kontext verwendet und insbesondere in Kombination mit einer Schraubvorrichtung dazu verwendet, um bei besonderen räumlichen Einbaubedingungen, in welchen Schraubpartner nur schwer erreichbar sind, eine zufriedenstellende Montage zu erstellen.
Die Kombination der Schraubvorrichtung und des Antriebsdrehmomenterzeugungsmittels ist als Verschraubsystem zusammenfassbar, wobei die beiden Teile herstellerübergreifend miteinander kombinierbar sein können. Es sind beispielweise Hersteller von Schraubvorrichtungen bekannt, welche keine Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel vertreiben und umgekehrt.
Verschraubsysteme mit einem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel und insbesondere das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel umfassen einen Antriebsmotor und ggf. eine Steuerung oder Regeleinheit für den Antriebsmotor. Diese Regeleinheit legt beispielsweise fest, ob das Werkzeug entweder in Drehmomentregelung oder in Drehzahlregelung betrieben wird. In Drehzahlregelung beispielsweise wird eine einzuhaltende Drehzahl vorgegeben und ein Abschaltdrehmoment festgelegt. Die Steuerung regelt dann das von dem Antriebsmotor ausgegeben Drehmoment entsprechend nach. Ein solcher Zusammenhang lässt jedoch Ungenauigkeiten, Schwergängigkeiten und Wirkungsgradverluste einer angetriebenen Schraubvorrichtung vollkommen unberücksichtigt. Zwar ist ein Gesamtwirkungsgrad bekannt, jedoch nicht der Einfluss der Schraubvorrichtung auf den Gesamtwirkungsgrad.
Durch die Kämmung des zumindest einen benachbarten Stützzahnrades wirken sich sowohl bei einer Schraubvorrichtung der offenen wie auch der geschlossenen Bauart beispielsweise ein Wälzsprung, ein Rundlauffehler, ein Verzahnungsfehler (Bsp. Schaden an Zanhnflanke), eine Schmierung, eine Oberflächengüte und/oder ein Reibungszustand zwischen kontaktierenden Zahnflanken negativ auf den Wirkungsgrad der Schraubvorrichtung und somit auch des Verschraubsystems aus. Je größer diese Einflüsse sind, desto schwankender ist der Wirkungsgrad. Schwankend bedeutet in diesem Sinn, dass ein Wirkungsgradverlauf signifikante Ausschläge gegenüber einem harmonischen Wirkungsgradverlauf aufweist.
Durch die bei einem offenen Flachabtrieb bauartbedingten Phasen einer unterschiedlichen Anzahl gekämmter Stützzahnräder ergibt sich zudem eine messbare Schwergängigkeit des Flachabtriebs. Dies führt zu starken Schwankungen im Betriebsverhalten des Motors des Antriebsdrehmomenterzeugungsmittels, da dieser die auftretende Schwergängigkeit versucht auszugleichen. Bei einem Betrieb in Drehzahlregelung (eine Drehzahl wird vorgegeben, der Motor regelt das Drehmoment nach) versucht der Motor beispielsweise durch eine Veränderung des ausgegebenen Moments die Drehzahlvorgabe einhalten zu können. Aus diesem ungleichmäßigen und unharmonischen Drehmomentverlauf resultiert ein schlechter Wirkungsgrad des Verschraubsystems für die Teilstützphasen gegenüber dem Wirkungsgrad der Ganzstützphasen. Zusammenfassend ergibt sich zudem ein insgesamt schlechterer Wirkungsgrad für den Fall, dass man die Bauart des offenen Flachabtriebs mit der Bauart des geschlossenen Flachabtriebs vergleicht.
Die starke Drehmomentvariation über eine Umdrehung des Abtriebszahnrades führt auch dazu, dass bei gegebenem Abschaltdrehmoment das ausgegebene Drehmoment des Motors das Abschaltdrehmoment passieren und somit der Motor abschalten kann. Die Abschaltung kann jedoch durch die voran genannten wirkungsgradverschlechternden Einflüsse des Flachabtriebs und nicht, wie gewünscht, durch einen festgezogenen Schraubpartner verursacht sein. Es kann also passieren, dass eine Verschraubung gar nicht bis zu einem gewünschten Anzugsdrehmoment angezogen wird, da der Motor vorzeitig abschaltet. Schlimmstenfalls wird jedoch von einem Nutzer ein gewünscht angezogener Schraubpartner angenommen, was zu Schäden und/oder erheblichen Sicherheitsrisiken dadurch führen kann, dass sich der Schraubpartner unvermittelt löst.
Die Ungleichmäßigkeit in der Drehmomentkurve führt dazu, dass einzelne Ausreißer in der Drehmomentkurve eine definierte Abschaltgrenze überschreiten können, was dazu führt, dass der Antriebsmotor abgeschaltet wird, bevor das gewünschte Grenzmoment der Verschraubung erreicht ist. Mit anderen Worten führt bei Schraubvorrichtungen und insbesondere offenen Flachabtrieben das teilstützphasenbedingte kurzzeitige Passieren der Abschaltgrenze zum Abschalten des Motors obwohl gar nicht bekannt ist, welches Anzugsmoment tatsächlich auf den Schraubpartner übertragen ist, was zu einer undefiniert angezogenen Verschraubung führt.
Es besteht daher ein besonderes technisches Bedürfnis, das gemeinsame Problem für jedes der drei Aspekte (Schraubvorrichtung, Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel und Verschraubsystem) zu lösen.
Das Problem, welches alle drei Aspekte (Schraubvorrichtung, Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel und Verschraubsystem) aufweisen, kann darin gesehen werden, dass wirkungsgradverschlechternde Einflüsse eine direkte Auswirkung auf ein Motorverhalten haben und somit ein gleichmäßiges Betriebsverhalten und ein definiertes Anziehen eines Schraubpartners erschwert oder unmöglich ist. Insbesondere bei der Verwendung offener Flachabtriebe kann das teilstützphasenbedingte kurzzeitige Passieren des Abschaltdrehmoments durch das ausgegebene Drehmoment zum vorzeitigen Abschalten des Motors und somit zu einer undefiniert angezogenen bzw. unfertigen Verschraubung führen.
Allerdings ist es, gerade im industriellen Kontext häufig erforderlich, aus Gründen der Qualitätssicherung eine hochwertige Verschraubung zu erzeugen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schraubvorrichtung, ein Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel, ein Verschraubsystem, ein Verfahren sowie eine Verwendung vorzuschlagen, welche insbesondere im Hinblick auf die Bauart der Schraubvorrichtung eine hochwertige Verschraubung gewährleisten. Des Weiteren soll eine Verschraubung derart ausbildbar sein, dass sie bis zu einem definierten Grenzmoment anziehbar ist.
Diese Aufgabe ist gelöst durch die Schraubvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3, durch das Verschraubsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7, durch das Verfahren zur Antriebsmotorregelung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie durch die Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die genannten wirkungsgradverschlechternden Einflüsse und/oder die Schwergängigkeit bezüglich der vollen 360°-Umdrehung des Abtriebszahnrades zyklisch auftreten. Speziell bei einem Flachabtrieb der offenen Bauart treten erheblich Einflüsse während der Teilstützphase auf. Es wurde also bekannt in welcher Winkelstellung des Abtriebszahnrades welcher Wirkungsgrad vorliegt und welche Einflüsse sich verschlechternd auswirken. Zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Betriebsverhaltens und/oder zur Vermeidung der Abschaltung des Antriebsmotors durch frühzeitiges Erreichen eines definierten Grenzwertes, wie beispielsweise des Abschaltdrehmoments, ist eine Manipulation bzw. eine Kompensation eines Wertes des von dem Antriebsmotor ausgegebenen tatsächlichen Abtriebsdrehmoments vorgesehen. Hierzu dienen Kompensationsdaten, welche einen Drehmomentverlauf und/oder einen Wirkungsgradverlauf umfassen können, wie sie beispielsweise bei einer vollen 360°-Umdrehung des Abtriebszahnrades und/oder dessen Passage durch die Ganzstützphase und Teilstützphase geprägt werden. Es kann somit die Information zu dem Drehmomentverhalten oder dem Wirkungsgrad der Schraubvorrichtung genutzt werden.
Eine Kompensationsdatei bzw. der abtriebszahnradspezifische Drehmomentverlauf oder genauer gesagt dessen Wert kann beispielsweise durch ein initiales Einmessen der Schraubvorrichtung auf einem geeigneten Teststand erfolgen. Mit dem Wissen um den Zeitpunkt und/oder den Drehwinkel der Schwergängigkeit kann nun eine Manipulation des Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments oder eine Kompensation einer ggf. den Wert des Abschaltdrehmoments übersteigenden Spitze im erfassten tatsächlichen Abtriebsdrehmoment erfolgen. Dadurch, dass nun bekannt ist, zu welchem Zeitpunkt und/oder bei Vorliegen welchen Drehwinkels eine Schwergängigkeit auftritt, kann die abtriebszahnradverursachte Drehmomentspitze und/oder deren Anteil an der Drehmomentspitze aus dem von dem Wert des von Antriebsmotor ausgegebenen tatsächlichen Abtriebsdrehmoments heraus gerechnet werden.
Der abtriebszahnradspezifische Drehmomentverlauf kann beispielsweise Daten oder Werte zu einer vollen 360°-Umdrehung des Abtriebszahnrades oder aber auch lediglich für die zumindest ein Winkelfenster oder eine Teilstützphase umfassen.
Dadurch können mehrere Vorteile erzielt werden. Zum einen kann eine erhebliche Wirkungsgradverbesserung herbeigeführt werden. Zum anderen ist nunmehr bei Vergleich mit der zumindest einen Kompensationsdatei erkennbar, ob die Drehmomentspitze abtriebszahnradverursacht oder verschraubungsverursacht ist. Für den Fall, dass nämlich der Wert des kompensierten Drehmoments einen Grenzwert, wie beispielsweise das Abschaltdrehmoment, übersteigt, wird davon ausgegangen, dass eine feste Verschraubung vorliegt. Die Erfindung kompensiert nämlich lediglich den abtriebszahnradverursachten Drehmomentanstieg, sodass bei verschraubungsverursachtem Erreichen des Grenzwertes der Motor wie bekannt abschaltbar ist.
Diese erfindungsgemäße Grundidee ist verkörpert in der Schraubvorrichtung nach Anspruch 1, in dem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel nach Anspruch 3, in dem Verschraubsystem nach Anspruch 7, und wird mit dem Verfahren nach Anspruch 10 sowie der Verwendung nach Anspruch 16 verwirklicht.
Es wird daher zur Lösung der o.g. Probleme eine Schraubvorrichtung zum Aufbringen und/oder Übertragen eines Drehmoments auf einen Schraubpartner und zum Zusammenwirken mit einem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel vorgeschlagen, umfassend Flachabtriebsmittel, die einen mit dem Schraubpartner lösbar verbindbaren Abtrieb sowie einen manuell oder maschinell mit einem Antriebsdrehmoment beaufschlagbaren Antrieb aufweisen, ein Abtriebszahnrad, welches von den Flachabtriebsmitteln antreibbar ist, eine mechanische Schnittstelle, zum wahlweisen direkten oder indirekten Anschluss an das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel zum Einleiten des Drehmoments, eine Kompensationseinheit, ausgebildet zum Speichern und Verarbeiten von Kompensationsdaten, umfassend einen abtriebszahnradspezifischen Drehmomentverlauf und/oder einen abtriebszahnradspezifischen Wirkungsgradverlauf, zur Verrechnung mit einem Wert eines tatsächlichen Abtriebsdrehmoments zur Erzeugung eines Wertes eines kompensierten Abtriebsdrehmoments, und eine Datenschnittstelle, ausgebildet zur Übertragung von Kompensationsdaten an ein Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel.
Die Schraubvorrichtung kann beispielsweise eine offene Bauart aufweisen. Hierbei passiert das Abtriebszahnrad während einer vollständigen Drehung zumindest eine Ganzstützphase, in welcher es mindestens zwei weitere Zahnräder kämmt, und zumindest eine Teilstützphase, in welcher es weniger Zahnräder als in der Ganzstützphase kämmt. Die Schraubvorrichtung kann beispielsweise jedoch auch eine geschlossene Bauart haben. Die Schraubvorrichtung kann auch ein Winkelkopf sein. Ein Winkelkopf kann zwischen einem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel und einem Flachabtrieb angeordnet sein, um ein Drehmoment mittels eines Kraftumlenkungsgetriebes zu übertragen. Die Erfindung ist folglich auch bei einem Winkelkopf implementierbar, wobei die Flachabtriebsmittel bei einem Winkelkopf auch als Zahnräder oder Kegel-Zahnräder zum Übertragen eines Drehmoments bezeichenbar sind und das Abtriebszahnrad als dasjenige Zahnrad bezeichnet werden kann, welches das Drehmoment aus dem Winkelkopf überträgt, beispielsweise an einen Flachabtrieb.
Die Schraubvorrichtung ist in bekannter Weise mit geeigneten diversen Antriebsdrehmomenterzeugungsmitteln verbindbar und hält zumindest eine eigene Kompensationsdatei vor, um sie vermittels der Datenschnittstelle dem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel zur Verfügung zu stellen. "Verrechnung" im erfindungsgemäßen Sinne bedeutet nicht unmittelbar die Verwendung von Grundrechenarten, sondern vielmehr eine rechnergestützte Verarbeitung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Schraubvorrichtung nach der Erfindung ist zumindest ein Drehmomenterfassungsmittel zum Erfassen des Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments vorgesehen. Üblicherweise umfassen Schraubvorrichtungen und insbesondere Flachabtriebe kein eigenes Drehmomenterfassungsmittel. Das Drehmomenterfassungsmittel der Schraubvorrichtung kann ein Drehmomentsensor sein. Da Schraubvorrichtungen zur Verschraubung in Kombination mit einem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel genutzt werden und üblicherweise das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel ein eigenes Drehmomenterfassungsmittel umfasst, kann grundsätzlich auf ein Drehmomenterfassungsmittel in einer Schraubvorrichtung verzichtet werden. Ein solches Drehmomenterfassungsmittel bietet jedoch die Möglichkeit der Drehmomenterfassung in der Schraubvorrichtung selbst, sodass diese Daten eine präzise Aussage zu dem tatsächlich am Abtriebszahnrad vorliegenden Drehmoment geben oder zumindest einen deutlichen Hinweis darauf liefern.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel zum Erzeugen eines Drehmoments und zum Zusammenwirken mit einer Schraubvorrichtung vorgeschlagen, umfassend einen Antriebsmotor, eine mechanische Schnittstelle, ausgebildet zum wahlweisen direkten oder indirekten Anschluss an die Schraubvorrichtung zum Einleiten des Drehmoments, ein Drehmomenterfassungsmittel zum Erfassen eines Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments, und eine Kompensationseinheit, ausgebildet zum Speichern und Verarbeiten von Kompensationsdaten, umfassend einen abtriebszahnradspezifischen Drehmomentverlauf und/oder einen abtriebszahnradspezifischen Wirkungsgradverlauf, zur Verrechnung mit dem Wert eines tatsächlichen Abtriebsdrehmoments zur Erzeugung eines Wertes eines kompensierten Abtriebsdrehmoments.
Der erfindungsgemäße Grundgedanke lässt sich auch in einem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel implementieren. Durch die Erfassung des Drehmoments mittels des Drehmomenterfassungsmittels ist jederzeit mittels eines Vergleichs mit den Kompensationsdaten die Stellung des Abtriebszahnrads erkennbar. Dadurch kann zumindest in der Teilstützphase eine erfindungsgemäße Kompensation vorgenommen werden. Das Drehmomenterfassungsmittel kann beispielsweise ein Drehmomentsensor oder aber auch ein Motorgeber sein.
Das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel ist in bekannter Weise mit geeigneten diversen Schraubvorrichtungen verbindbar und kann Kompensationsdaten der angeschlossen Schraubvorrichtung vorhalten.
Bei dem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel nach der Erfindung ist eine Datenschnittstelle vorgesehen, die zur Übertragung von Kompensationsdaten ausgebildet ist. Dadurch können beispielsweise Daten zwischen dem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel und einer daran angeschlossenen Schraubvorrichtung ausgetauscht werden. Es ist beispielsweise denkbar, dass ein einziges Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel in erfindungsgemäßer Weise für jedes Drehmoment unterschiedlicher an das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel anschließbarer Schraubvorrichtungen erfindungsgemäße Kompensationen vornehmen kann. So kann ein Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel für verschiedene Schraubvorrichtungen verwendet werden. Die Daten können beispielsweise kabellos oder kabelgebunden übertragbar sein.
Es ist alternativ oder zusätzlich denkbar, dass ein Schraubvorrichtungsidentifikationsmittel vorgesehen ist. Ein derartiges Mittel eignet sich zur eindeutigen Identifikation der mit dem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel verbundenen Schraubvorrichtung. Die Identifikation kann beispielsweise über manuelle Eingabe an das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel oder auch automatisch bei Anschluss einer Schraubvorrichtung erfolgen. Bevorzugt kann die Schraubvorrichtung vermittels der Datenschnittstelle die eigene Identifikation an das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel übermitteln. Jeder Identifikation ist eine spezifische Kompensationsdatei zuordenbar, die bei erkannter Identifikation abrufbar und anwendbar ist. Die Kompensationseinheit kann beispielsweise eine Vielzahl an abtriebszahnradspezifischen Drehmomentverläufen oder Wirkungsgradverläufen speichern, um mit den entsprechenden unterschiedlichen Schraubvorrichtungen in erfindungsgemäßer Weise zusammenzuwirken.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei der Schraubvorrichtung oder bei dem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel ein Winkelermittlungsmittel zum Ermitteln eines Stellungswinkels des Abtriebszahnrades vorgesehen. Mittels eines solchen Winkelermittlungsmittels kann die Stellung des Abtriebszahnrades bzw. dessen Stellungswinkel beispielsweise in einem 360°-System genau erfasst werden und somit feststellbar sein, in welcher Phase sich das Abtriebszahnrad befindet. Vorteilhaft kann in diesem Fall zudem die Identifikation der Schraubvorrichtung und insbesondere ihres Übersetzungsverhältnisses sein. Zudem muss eine Nullstellung (0°) oder ein Winkelabstand dazu nicht initial angegeben werden, da sie ermittelbar ist.
Es wird zudem ein Verschraubsystem vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Schraubvorrichtung, umfassend Flachabtriebsmittel, die einen mit dem Schraubpartner lösbar verbindbaren Abtrieb sowie einen manuell oder maschinell mit einem Antriebsdrehmoment beaufschlagbaren Antrieb aufweisen, ein Abtriebszahnrad, welches von den Flachabtriebsmitteln antreibbar ist, eine mechanische Schnittstelle, zum wahlweisen direkten oder indirekten Anschluss an das Drehmomenterzeugungsmittel zum Einleiten des Drehmoments,
sowie ein Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel, welches antriebsseitig mit den Flachabtriebsmitteln verbunden ist, umfassend einen Antriebsmotor, eine mechanische Schnittstelle, ausgebildet zum wahlweisen direkten oder indirekten Anschluss an die Schraubvorrichtung zum Einleiten des Drehmoments, ein Drehmomenterfassungsmittel zum Erfassen eines Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments, und eine Kompensationseinheit, ausgebildet zum Speichern und verarbeiten von Kompensationsdaten, umfassend einen abtriebszahnradspezifischen Drehmomentverlauf und/oder einen abtriebszahnradspezifischen Wirkungsgradverlauf, zur Verrechnung mit dem Wert des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments zur Erzeugung eines Werts eines kompensierten Abtriebsdrehmoments.
Das Verschraubsystem kann als handhaltbares Verschraubsystem ausgebildet sein und weist dann ein solches Gewicht auf, dass es vorzugsweise mit einer Hand von einem Bediener getragen werden kann. Es bewegt sich folglich gewichtsmäßig im Rahmen gesetzlicher Vorgaben. Es kann jedoch auch als stationäres System ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verschraubsystems nach der Erfindung umfasst dieses zumindest eine Datenschnittstelle, ausgebildet zur Übertragung von Kompensationsdaten. Mittels einer solchen Datenschnittstelle, können entweder Daten zwischen der Schraubvorrichtung und dem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel oder aber zwischen dem Verschraubsystem und einer externen Datenstelle erfolgen. Es ist nämlich beispielsweise denkbar, Wartungsarbeiten an den Kompensationsdaten durchzuführen oder aber Kompensationsdaten anzupassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verschraubsystems nach der Erfindung umfasst diese ein Winkelermittlungsmittel zum Ermitteln eines Stellungswinkels des Abtriebszahnrades.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Verfahren zur Antriebsmotorregelung eines Verschraubsystems, vorzugsweise eines Verschraubsystems nach Anspruch 7 vorgeschlagen, umfassend zumindest die folgenden Schritte:

Ablegen eines abtriebszahnradspezifischen Drehmomentverlaufs und/oder eines abtriebszahnradspezifischen Wirkungsgradverlaufs in einer Kompensationseinheit,
Erfassen eines Wertes des von dem Antriebsmotor ausgegebenen tatsächlichen Abtriebsdrehmoments mittels eines Drehmomenterfassungsmittels,
Verrechnen des Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments mit zumindest einer Kompensationsdatei zur Erzeugung eines Wertes eines kompensierten Abtriebsdrehmoments, und
Ausgeben durch die Kompensationseinheit des Wertes des kompensierten Abtriebsdrehmoments an eine Regeleinheit des Antriebsmotors.

Das Verfahren verwirklicht somit den Erfindungsgrundgedanken. Der abtriebszahnradspezifische Drehmomentverlauf und der abtriebszahnradspezifische Wirkungsgradverlauf sind Kompensationsdateien. Das erfindungsgemäße Verfahren weist im Wesentlichen die oben genannten Vorteile auf, worauf hiermit verwiesen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung umfasst das Verrechnen ein Vergleichen und/oder eine Subtraktion und/oder eine Addition einer Kompensationsdatei mit dem Wert des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments, bevorzugt ausschließlich für zumindest eine Teilstützphase und/oder eine Glättung des Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments, bevorzugt ausschließlich für zumindest eine Teilstützphase. Dadurch kann der schraubvorrichtungsbedingte Drehmomentanstieg derart manipuliert werden, dass er als nicht vorhanden dargestellt werden kann. Der an die Regeleinheit, welche beispielsweise für Steuerungs- und/oder Regelungsvorgänge ausgebildet sein kann, ausgegebene Wert des kompensierten Abtriebsdrehmoments wird dort verarbeitet und je nach Betriebsart (Drehzahlregelung oder Drehmomentregelung) in bekannter Weise verarbeitet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung umfasst dieses

Ermitteln mittels eines Winkelermittlungsmittels den Stellungswinkel des Abtriebszahnrades, und
Verwenden des Stellungswinkels durch die Kompensationseinheit zur Erzeugung des Wertes des kompensierten Abtriebsdrehmoments.

Bei einer derartigen Ausführungsform kann der Stellungswinkel des Abtriebszahnrades zur genaueren Kompensation verwendet werden. Mittels dieses Winkels ist beispielsweise bei einer offenen Schraubvorrichtung erkennbar, zu welchen Rotationsphasen sich das Abtriebszahnrad in der Ganzstützphase oder in der Teilstützphase befindet. Der Stellungswinkel kann in einem 360°-System angegeben werden. Üblicherweise kann bei einem von zwei Stützzahnrädern gestützten Abtriebszahnrad eine erste Teilstützphase in einem ersten Winkelfenster zwischen etwa dem 130-sten Stellungswinkel und dem 170-sten Stellungswinkel und eine zweite Teilstützphase in einem ersten Winkelfenster zwischen etwa dem 190-sten Stellungswinkel und dem 230-sten Stellungswinkel liegen. Die Winkelfenster sind jedoch von der konkreten Ausgestaltung der Stützzahnräder und deren Anordnung abhängig. Bei einer Nullstellung bzw. einem Stellungswinkel von 0° des Abtriebszahnrads liegt bei einer offenen Schraubvorrichtung eine Ansetzstellung vor, in welcher das Abtriebszahnrad an einen Schraubpartner ansetzbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung umfasst dieses

Vorgeben eines Abschaltdrehmomentwertes, bei dessen Erreichen durch den Wert des kompensierten Abtriebsdrehmoments der Antriebsmotor abgeschaltet wird, und
Vorgeben einer Solldrehzahl, mit welcher der Motor dreht, wobei die Solldrehzahl dynamisch derart anpassbar ist, dass sie bis zum Erreichen des Abschaltdrehmomentwerts möglichst groß gewählt wird.

Bei dem Betrieb ist die Solldrehzahl idealerweise so groß wählbar, dass der Abschaltdrehmomentwert gerade nicht überschritten wird. Eine derartige Ausführungsform führt zu einem schnellen Verschraubungsvorgang.
Es ist zudem denkbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren ein Betreiben des Verschraubsystems in Drehzahlregelung vorsieht. Eine solche Betriebsart ist insbesondere im industriellen Kontext üblich und ermöglicht dort in vorteilhafter Weise die Nutzung der Erfindung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung sieht das Verfahren die Schritte vor:

Zusammenfassen mehrerer Teilstützphasen innerhalb einer vollen Umdrehung des Abtriebszahnrades zu einer Teilstützphasengruppe, und
Verrechnen des Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments mit zumindest einer Kompensationsdatei zur Erzeugung eines Wertes eines kompensierten Abtriebsdrehmoments zumindest für die Teilstützphasengruppe.

Für den Fall, dass das Abtriebszahnrad während einer vollen Umdrehung von 360° mehrere Teilstützphasen passiert, können mehrere, vorzugsweise alle diese Teilstützphasen zu einer Teilstützphasengruppe zusammenfassbar sein. Der Vorteil liegt darin, dass lediglich eine einzige Kompensation je Umdrehung vorgenommen werden muss, nämlich für den Bereich der Teilstützphasengruppe, der von der ersten Teilstützphase der Gruppe bis zur letzten Teilstützphase reicht.
Beispielsweise kann bei Vorliegen zweier Teilstützphasen (beispielsweise erste Teilstützphase in einem ersten Winkelfenster zwischen etwa dem 130-sten Stellungswinkel und dem 170-sten Stellungswinkel und zweite Teilstützphase in einem ersten Winkelfenster zwischen etwa dem 190-sten Stellungswinkel und dem 230-sten Stellungswinkel) daraus eine Teilstützphasengruppe gebildet werden, welche vom 130-sten Stellungswinkel bis zu dem 230-sten Stellungswinkel reicht. Eine einzige Kompensation würde also für dieses Winkelfenster erfolgen.
Es wird zudem eine Verwendung eines Verschraubsystems nach Anspruch 7 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10 vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Verwendung weist im Wesentlichen die oben genannten Vorteile auf, worauf hiermit verwiesen wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1:: eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen handgehaltenen Verschraubsystems;
Fig. 2:: eine schematische Draufsicht (bei abgenommenem Gehäuse) auf die erfindungsgemäßen Flachabtriebsmittel;
Fig. 3:: ein Blockschaltbild von Komponenten des erfindungsgemäßen Verschraubsystems;
Fig. 4:: ein Protokoll eines Drehmomentverlaufs eines offenen Flachabtriebs;
Fig. 5:: ein Protokoll eines Wirkungsgradverlaufs des offenen Flachabtriebs gemäß Fig. 4;
Fig. 6:: ein Protokoll eines Drehmomentverlaufs eines geschlossenen Flachabtriebs;
Fig. 7:: ein Protokoll eines Wirkungsgradverlaufs des geschlossenen Flachabtriebs gemäß Fig. 6;
Fig. 8:: ein Diagramm zur Kompensation in einer Teilstützphase eines offenen Flachabtriebs; und
Fig. 9:: ein Diagramm zur Kompensation einer Teilstützphasengruppe eines offenen Flachabtriebs.

Die Fig. 1, System- und gleichermaßen Kontextdarstellung für die vorliegende Erfindung, zeigt in der Perspektivdarstellung ein handhaltbares Verschraubsystem mit einer Schraubvorrichtung 2 zum Aufbringen eines Drehmoments auf einen nicht dargestellten Schraubpartner, aufweisend in einem Gehäuse 4 eines offenen Flachabtriebs 32 aufgenommene Flachabtriebsmittel 6. Die Flachabtriebsmittel 6 sind einends (abtriebsseitig) zum Zusammenwirken und zum Antreiben eines passenden und als geschlitztes Abtriebszahnrad 8 ausgeführten Schraubwerkzeugs ausgeführt. Antriebsseitig, d.h. am dem Abtrieb gegenüberliegenden Ende der Flachabtriebsmittel 6 sind diese über einen ein Paar von Zahnrädern oder ggf. Kegel-Zahnrädern aufweisenden Winkelkopf 10 mit einem manuell betätigbaren und als Schraubwerkzeug 12 ausgeführten Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel über eine mechanische Schnittstelle 46 verbunden.
Das Schraubwerkzeug 12 weist einen Antriebsmotor 26 auf (z.B. elektrisch oder pneumatisch) und trägt sein erzeugtes Abtriebsdrehmoment in die Schraubvorrichtung 2 ein. Sowohl die Schraubvorrichtung 2 wie auch das Schraubwerkzeug 12 weisen jeweils eine mechanische Schnittstelle zum wahlweisen direkten oder indirekten Anschluss an den jeweils anderen der beiden Partner des Verschraubsystems auf.
In einer typischen Realisierung zur manuellen Schraubbetätigung sind derartige Schraubvorrichtungen 2 bzw. Flachabtriebsmittel 6 zur Übertragung eines maximalen Drehmoments von ca. 250Nm vorgesehen und geeignet.
Schraubvorrichtung 2 ist als offener Flachabtrieb ausgebildet und zeichnet sich dadurch aus, dass das Abtriebszahnrad 8 eine als Schlitz ausgebildete Ausnehmung 62 zur radialen Aufnahme eines Schraubpartners in einen Innensechskant aufweist. Die in den Figuren gezeigte Schraubvorrichtung kann auch als geschlossenen Flachabtrieb ausgebildet sein. Beide Bauarten weisen identische und eingangs genannte wirkungsgradverschlechternde Einflüsse auf, deren Auswirkungen für beide Bauarten gleichermaßen vermittels der Erfindung ausgeschlossen sind. Zusätzlich weist die offene Bauart noch den Einfluss auf den Wirkungsgrad während Teilstützphase auf, dessen Auswirkungen ebenfalls erfindungsgemäß ausschließbar ist.
Fig. 2 zeigt nun bei abgenommenem Gehäuse 4 mehrere Flachabtriebsmittel 6 bzw. Zahnräder der Schraubvorrichtung 2 in Draufsicht sowie abtriebsseitig ein Abtriebszahnrad 8. Das von dem Antriebsmotor 26 ausgegebene Abtriebsdrehmoment wird eingetragen in ein erstes Zwischenzahnrad 14, ein zweites Zwischenzahnrad 16 sowie ein erstes Stützzahnrad 18 und ein zweites Stützzahnrad 20. Die beiden Stützzahnräder 18 und 20 übertragen das Drehmoment durch ihre entsprechende Kämmung auf das Abtriebszahnrad 8.
Die Zahnräder 8, 14, 16, 18 und 20 sind achsparallel zueinander gelagert und linienartig entlang einer Längserstreckung des Gehäuses 4 in diesem drehbar gelagert angeordnet. Mittels Pfeil ist eine Anzugsdrehrichtung 48 des Abtriebszahnrades 8 angegeben.
Das Abtriebszahnrad 8 durchläuft während einer vollen Umdrehung von 360° zwei Ganzstützphasen und zwei Teilstützphasen. In der Ganzstützphase steht das Abtriebszahnrad 8 mit beiden Stützzahnrädern 18 und 20 in Eingriff. In den Teilstützphasen steht das Abtriebszahnrad 8 lediglich mit einem der beiden Stützzahnräder 18, 20 in Eingriff. In Winkelstellungen ausgedrückt, wobei 0° in Längsrichtung des Gehäuses 4 hin zu einer Ansatzstellung zeigt und als Nullstellung bezeichnet werden kann, in welcher das Abtriebszahnrad 8 an einem Schraubpartner ansetzbar ist, bedeutet das, dass eine erste Ganzstützphase bei einer Winkelstellung von 230° beginnt, eine Winkelstellung von 0° passiert und bis zu einer Winkelstellung von 130° reicht. Die erste Teilstützphase beginnt bei einer Winkelstellung von 130° und reicht bis zu einer Winkelstellung von 170°. Darauf folgt eine schmale zweite Ganzstützphase zwischen einer Winkelstellung von 170° und 190°. Abschließend durchläuft das Abtriebszahnrad 8 eine zweite Teilstützphase zwischen einer Winkelstellung von 190° und 230°. Somit wechseln sich die Ganzstützphasen und Teilstützphasen ab.
Während jeder der beiden Teilstützphasen tritt eine Schwergängigkeit auf, welche zu einem verschlechterten Wirkungsgrad führt, wie in Fig. 5 gezeigt. Eine Schwergängigkeit kann auch in der schmalen Ganzstützphase auftreten.
In Fig. 3 ist nun ein Überblick über diverse Mittel und Elemente des Verschraubsystems nach der Erfindung und angrenzenden Systemen gegeben.
Das Schraubwerkzeug 12 umfasst einen Starttaster 22 zum Bedienen des Schraubwerkzeugs 12 durch einen Bediener. Vermittels des Starttasters 22 werden eine Energieversorgung und auch eine Regeleinheit 24 aktiviert. Bei Betreiben des Verschraubsystems in Drehzahlregelung wird eine Drehzahl vorgegeben und die Regeleinheit 24 regelt mittels an einen Antriebsmotor 26 ausgegebener Signale u.a. ein von dem Antriebsmotor 26 ausgegebenes Drehmoment nach. Hierzu kann der Antriebsmotor 26 beispielsweise ein nicht gezeigtes Planetenradgetriebe umfassen. Der Antriebsmotor 26 kann wiederum seine Position und/oder seinen Drehwinkel mittels Signalen an die Regeleinheit 24 übermitteln. Der Antriebsmotor 26 gibt ein tatsächliches Abtriebsdrehmoment aus, welches von einem Drehmomentsensor 28, der als Drehmomenterfassungsmittel dient, als Wert erfasst wird.
An dieser Stelle beginnt quasi eine Regelschleife zur Antriebsmotorsteuerung des Verschraubsystems. Der Drehmomentsensor 28 übermittelt nämlich das erfasste und von dem Antriebsmotor 26 ausgegebene tatsächliche Abtriebsdrehmoment bzw. dessen Wert an eine Kompensationseinheit 30. In der Kompensationseinheit 30 ist ein abtriebszahnradspezifischer Drehmomentverlauf oder ein abtriebszahnradspezifischer Wirkungsgradverlauf abgelegt. Die Kompensationseinheit 30 ist unter anderem zur Verrechnung des Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments mit dem abtriebszahnradspezifischen Drehmomentverlauf ausgebildet, um einen Wert eines kompensierten Abtriebsdrehmoments zu erzeugen. Mit anderen Worten wird die abtriebszahnradverursachte Schwergängigkeit, welche sich in dem Wert des tatsächlich ausgegebenen Abtriebsdrehmoments als Spitze zeigt entfernt oder kompensiert. Den Wert des kompensierten Abtriebsdrehmoments wird sodann von der Kompensationseinheit 30 an die Regeleinheit 24 übermittelt. Die Regeleinheit 24 ist zum Vergleichen des Wertes des kompensierten Abtriebsdrehmoments mit einem Abschaltdrehmoment ausgebildet, bei dessen Erreichen durch den Wert des kompensierten Abtriebsdrehmoments der Antriebsmotor 26 abgeschaltet wird.
Mit der Erfindung ist nun erkennbar und sichergestellt, dass mit dem Abschalten des Antriebsmotors 26 bei Erreichen des Abschaltdrehmoments eine Verschraubung auch bis zu einem erfolgreichen Ende, also bis zu einer festen oder definierten Verschraubung, durchgeführt wurde. Ein vorzeitiges Abschalten, verursacht durch die Schwergängigkeit der Schraubvorrichtung 2 und die dadurch verursachte Erhöhung des Drehmoments ggf. bis oberhalb des Abschaltdrehmoments, ist nunmehr ausgeschlossen.
Die Regeleinheit 24 verarbeitet im Übrigen den Wert des kompensierten Abtriebs- und Drehmoments in gleicher bekannter Weise wie einen Wert eines tatsächlichen Abtriebsdrehmoments in einem bekannten Regelkreis einer Motorregelung.
Das von dem Antriebsmotor 26 ausgegebene Drehmoment wird über die mechanische Schnittstelle an die Schraubvorrichtung 2 ausgegeben. Die Schraubvorrichtung 2 umfasst in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform den Winkelkopf 10 und einen die Flachabtriebsmittel 6 umfassenden Flachabtrieb 32, der auch das Abtriebszahnrad 8 umfasst. Das Drehmoment wird schlussendlich von dem Abtriebszahnrad 8 an den Schraubpartner 50 zur Herstellung einer festen Verschraubung übertragen.
Das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel bzw. die Schraubvorrichtung 2 kann ein Schraubvorrichtungsidentifikationsmittel 34 umfassen, welches eine Identifikation über beispielsweise die Bauart, die Flachabtriebsmittel 6, den Flachabtrieb 32 und/oder das Übersetzungsverhältnis kabelgebunden oder kabellos an das Schraubwerkzeug 12 übersenden kann. Hierzu kann eine Datenschnittstelle 36 genutzt werden, um beispielsweise Kompensationsdaten zu übertragen. Auch die Schraubvorrichtung 2 kann eine Datenschnittstelle 36 umfassen, um beispielsweise Kompensationsdaten von der Schraubvorrichtung 2 zu empfangen und/oder Daten von einer externen Datenquelle zu empfangen oder an diese zu senden. Die Schraubvorrichtung 2 kann beispielsweise ein Winkelermittlungsmittel 40 zum Ermitteln eines Stellungswinkels des Abtriebszahnrades 8 umfassen. Dieser Winkelstellungsmesswert ist beispielsweise mittels einer oder beider der Datenschnittstellen 36 und 38 übermittelbar. Dies ist mittels eines idealisierten Datenpfades 64 angedeutet, der den Winkelstellungsmesswert vom Winkelkopf 10 und/oder dem Winkelermittlungsmittel 40 zur weiteren Verarbeitung an die Regeleinheit 24 übermittelt.
Ein Anschauungsbeispiel einer Einmessung ist innerhalb einer Systemgrenze 42 gezeigt. Hierzu wird eine Schraubvorrichtung 2 in Kombination mit einem Schraubwerkzeug 12 bzw. einem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel verbunden und mindestens eine volle Umdrehung des Abtriebszahnrades 8 erfasst, wie der Schaukasten 52 zeigt. Das Augenmerk liegt hierbei auf dem übertragenen Drehmoment und dem Wirkungsgrad. Vorzugsweise können beispielsweise mehr als 50 volle Umdrehungen bzw. Schraubzyklen aufgezeichnet werden, wie der Schaukasten 54 zeigt. Das sich daraus ergebende Messsignal des Drehmoments ist in Fig. 6 gezeigt. Dieses Messsignal wird in nicht weiter beschriebener Art in Schaukasten 56 weiterverarbeitet und ggf. digitalisiert. Daraufhin wird es vermittels einer Schnittstelle 58 zur Datenübertragung beispielsweise an die Kompensationseinheit 30 übermittelt und dort abgelegt. Dieses Messsignal ist jedoch auch in einem geeigneten Speicher der Schraubvorrichtung 2 ablegbar.
Fig. 4 zeigt die innerhalb der Systemgrenze 42 erfasste Messkurve eines offenen Flachabtriebs mit einem von zwei Stützzahnrädern 18 und 20 gekämmten Abtriebszahnrad 8. Die Zusammenschau der Fig. 4 und 5 zeigt die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis. Es wurde nämlich festgestellt, dass die Schwergängigkeit der Schraubvorrichtung 2 zyklisch auftritt. Diese Schwergängigkeit versucht der Antriebsmotor 26 beispielsweise bei einer Drehzahlregelung durch eine Erhöhung des ausgegebenen Abtriebsdrehmoments auszugleichen, die Spitzen in Fig. 4 zeigen. Daraus resultiert der in Fig. 5 gezeigte Wirkungsgradverlauf, welcher alle 360° signifikant abfällt. Der Wirkungsgradabfall und die Schwergängigkeit fallen zeitlich zusammen, sodass die Schlussfolgerung nahe liegt, dass eine Veränderung des Wertes dazu führen sollte, dass ein Antriebsmotor 26 nicht mit einem erhöhten ausgegebenen Abtriebsdrehmoment auf eine Schwergängigkeit reagieren muss, was schlussendlich zu einem verbesserten Wirkungsgrad führt.
Fig. 6 zeigt die innerhalb der Systemgrenze 42 erfasste Messkurve eines geschlossenen Flachabtriebs mit einem von lediglich einem Stützzahnrad gekämmten Abtriebszahnrad. Fig. 7 zeigt den sich daraus direkt ergebenden Wirkungsgradverlauf. Gegenüber der in Fig. 5 gezeigten Messkurven des offenen Flachabtriebes zeigt diese Messkurve einen stetigeren Verlauf. Eine Mittelung des Wirkungsgradverlaufs zeigt eine sinusförmige Welle 60 mit zyklischem Verhalten. In diesem Fall wiederholt sich die Welle mit jeder Umdrehung des Abtriebszahnrads alle 360°.
Kompensationsbeispiele bzw. zwei Möglichkeiten von Antriebsmotorsteuerungen sind in den Fig. 8 und 9 gezeigt. Obgleich sich die folgende Beschreibung lediglich auf den offenen Flachabtrieb bezieht, können die genannten Prinzipien auch bei dem geschlossenen Flachabtrieb verwendet werden.
In Fig. 8 ist in schematisch vereinfachter Weise ein Drehmoment in Newtonmetern gegenüber einem Drehwinkel in Grad aufgetragen. Der Wert eines Abschaltdrehmoments ist mittels grober Strichlinie dargestellt. Der Wert des tatsächlich ausgegebenen Abtriebsdrehmoments ist mittels einer mittelfein gestrichelten Linie dargestellt. Der Wert des abtriebszahnradspezifischen Drehmomentsverlaufs als Kompensationsdatei ist mittels einer fein gestrichelten Linie dargestellt. Der Wert des kompensierten Abtriebsdrehmoments ist mittels durchgezogener Linie dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass zwischen einer Winkelstellung von 130° und 170° des Abtriebszahnrads 8 der Antriebsmotor 26 eine Schwergängigkeit dadurch versucht auszugleichen, dass er ein erhöhtes Abtriebsdrehmoment ausgibt - die Fig. 6 gezeigte Drehmomentspitze. Die Kompensationseinheit 30 verrechnet zumindest für diese Teilstützphase zwischen 130° und 170° den Wert des tatsächlich ausgegebenen Abtriebsdrehmoments mit dem Wert des abtriebszahnradspezifischen Drehmoments. Die Kompensationseinheit 30 erkennt nämlich bei Vergleich mit dem Wert des abtriebszahnradspezifischen Drehmoments, dass in diesem Winkelfenster (130° bis 170°) eine zyklische Drehmomentspitze auftritt - ein deutlicher Hinweis auf eine abtriebszahnradverursachte Drehmomentspitze. Das Ergebnis dieser Verrechnung ist der schematisch dargestellte Wert eines kompensierten Abtriebsdrehmoments. Dieses Abtriebsdrehmoment steigt unbeachtet der erfindungsgemäßen Kompensation an und erreicht an der Stelle 44 das Abschaltdrehmoment. An dieser Stelle 44 verursacht die Regeleinheit 24 ein Abschalten des Antriebsmotors 26. Es wird angenommen, dass zu diesem Zeitpunkt eine Verschraubung fest ausgeführt ist.
Die Fig. 9 ähnelt weitestgehend der Fig. 8, weshalb im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Es ist zu erkennen, dass das Antriebszahnrad 8 sowohl eine erste Teilstützphase zwischen einem Drehwinkel von 130° und 170° sowie eine zweite Teilstützphase zwischen einem Drehwinkel von 190° und 230° aufweist. Zwischen den beiden Teilstützphasen liegt eine Ganzstützphase in einem Winkelfenster von 170° bis 190°. Die beiden Teilstützphasen werden flankiert von einer weiteren Ganzstützphase, welche von einem Drehwinkel von 230° über die Nullstellung von 0° bis hin zu einem Drehwinkel von 130° reicht. Eine Kompensation der beiden Drehmomentspitzen in den Teilstützphasen kann nun entweder für jede Teilstützphase separat erfolgen. Es ist jedoch auch denkbar, die beiden Teilstützphasen innerhalb der vollen Umdrehung des Abtriebszahnrades 8 zu einer Teilstützphasengruppe zusammenzufassen. Es kann nun eine einzige Kompensation in zuvor beschriebener Weise für die Teilstützphasengruppe als Ganzes erfolgen.

Bezugszeichen

2: Schraubvorrichtung
4: Gehäuse
6: Flachabtriebsmittel
8: Abtriebszahnrad
10: Winkelkopf
12: Schraubwerkzeug
14: 1. Zwischenrad
16: 2. Zwischenrad
18: 1. Stützrad
20: 2. Stützrad
22: Starttaster
24: Regeleinheit
26: Antriebsmotor
28: Drehmomentsensor
30: Kompensationseinheit
32: Flachabtrieb
34: Schraubvorrichtungsidentifikationsmittel
36: Datenschnittstelle
38: Datenschnittstelle
40: Winkelermittlungsmittel
42: Systemgrenze
44: Schnitt
46: mechanische Schnittstelle
48: Anzugsdrehrichtung
50: Schraubpartner
52: Schaukasten
54: Schaukasten
56: Schaukasten
58: Schnittstelle
60: sinusförmige Welle
62: Ausnehmung
64: Datenpfad

Claims

Schraubvorrichtung zum Aufbringen und/oder Übertragen eines Drehmoments auf einen Schraubpartner und zum Zusammenwirken mit einem Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel, umfassend Flachabtriebsmittel (6), die einen mit dem Schraubpartner lösbar verbindbaren Abtrieb sowie einen manuell oder maschinell mit einem Antriebsdrehmoment beaufschlagbaren Antrieb aufweisen,
ein Abtriebszahnrad (8), welches von den Flachabtriebsmitteln (6) antreibbar ist,

eine mechanische Schnittstelle (46), zum wahlweisen direkten oder indirekten Anschluss an das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel zum Einleiten des Drehmoments, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubvorrichtung weiterhin umfasst

eine Kompensationseinheit (30), ausgebildet zum Speichern und Verarbeiten von Kompensationsdaten, umfassend einen abtriebszahnradspezifischen Drehmomentverlauf und/oder einen abtriebszahnradspezifischen Wirkungsgradverlauf, zur Verrechnung mit einem Wert eines tatsächlichen Abtriebsdrehmoments zur Erzeugung eines Werts eines kompensierten Abtriebsdrehmoments, und

eine Datenschnittstelle (36), ausgebildet zur Übertragung von Kompensationsdaten an ein Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel.
Schraubvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend zumindest ein Drehmomenterfassungsmittel zum Erfassen des Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments.
Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel zum Erzeugen eines Drehmoments und zum Zusammenwirken mit einer Schraubvorrichtung, umfassend einen Antriebsmotor (26),
eine mechanische Schnittstelle (46), ausgebildet zum wahlweisen direkten oder indirekten Anschluss an die Schraubvorrichtung (2) zum Einleiten des Drehmoments,

ein Drehmomenterfassungsmittel zum Erfassen eines Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel weiterhin umfasst

eine Kompensationseinheit (30), ausgebildet zum Speichern und Verarbeiten von Kompensationsdaten, umfassend einen abtriebszahnradspezifischen Drehmomentverlauf und/oder einen abtriebszahnradspezifischen Wirkungsgradverlauf, zur Verrechnung mit dem Wert eines tatsächlichen Abtriebsdrehmoments zur Erzeugung eines Werts eines kompensierten Abtriebsdrehmoments, wobei die Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel

eine Datenschnittstelle (38) aufweisen, welche zur Übertragung von Kompensationsdaten ausgebildet ist.
Schraubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel nach Anspruch 3, umfassend ein Schraubvorrichtungsidentifikationsmittel.
Schraubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel nach Anspruch 3, umfassend ein Winkelermittlungsmittel (40) zum Ermitteln eines Stellungswinkels des Abtriebszahnrades (8).
Verschraubsystem, zumindest umfassend
eine Schraubvorrichtung (2), umfassend

Flachabtriebsmittel (6), die einen mit dem Schraubpartner lösbar verbindbaren Abtrieb sowie einen manuell oder maschinell mit einem Antriebsdrehmoment beaufschlagbaren Antrieb aufweisen,

ein Abtriebszahnrad (8), welches von den Flachabtriebsmitteln (6) antreibbar ist,

eine mechanische Schnittstelle (46),

zum wahlweisen direkten oder indirekten Anschluss an das Drehmomenterzeugungsmittel zum Einleiten des Drehmoments, sowie ein Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel,

welches antriebsseitig mit den Flachabtriebsmitteln (6) verbunden ist, umfassend

einen Antriebsmotor (26),

eine mechanische Schnittstelle (46), ausgebildet zum wahlweisen direkten oder indirekten Anschluss an die Schraubvorrichtung (2) zum Einleiten des Drehmoments, ein Drehmomenterfassungsmittel zum Erfassen eines Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verschraubsystem weiterhin umfasst

eine Kompensationseinheit (30), ausgebildet zum Speichern und Verarbeiten von Kompensationsdaten, umfassend einen abtriebszahnradspezifischen Drehmomentverlauf und/oder einen abtriebszahnradspezifischen Wirkungsgradverlauf, zur Verrechnung mit dem Wert des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments zur Erzeugung eines Werts eines kompensierten Abtriebsdrehmoments.
Verschraubsystem nach Anspruch 6, umfassend zumindest eine Datenschnittstelle (36, 38), ausgebildet zur Übertragung von Kompensationsdaten.
Verschraubsystem nach Anspruch 6 oder 7, umfassend ein Winkelermittlungsmittel (40) zum Ermitteln eines Stellungswinkels des Abtriebszahnrades (8).
Verfahren zur Antriebsmotorregelung eines Verschraubsystem nach Anspruch 6, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- Ablegen eines abtriebszahnradspezifischen Drehmomentverlaufs und/oder eines abtriebszahnradspezifischen Wirkungsgradverlaufs in einer Kompensationseinheit (30),

- Erfassen eines Werts des von dem Antriebsmotor (26) ausgegebenen tatsächlichen Abtriebsdrehmoments mittels eines Drehmomenterfassungsmittels,

- Verrechnen des Werts des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments mit zumindest einer Kompensationsdatei zur Erzeugung eines Werts eines kompensierten Abtriebsdrehmoments, und

- Ausgeben durch die Kompensationseinheit (30) des Werts des kompensierten Abtriebsdrehmoments an eine Regeleinheit (24) des Antriebsmotors.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verrechnen ein Vergleichen und/oder eine Subtraktion und/oder eine Addition einer Kompensationsdatei mit dem Wert des tatsächlichen Abtriebsdrehmoment umfasst, bevorzugt ausschließlich für zumindest eine Teilstützphase und/oder das Verrechnen eine Glättung des Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments umfasst, bevorzugt ausschließlich für zumindest eine Teilstützphase.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, weiterhin umfassend
- Ermitteln mittels eines Winkelermittlungsmittels (40) den Stellungswinkel des Abtriebszahnrades (8), und

- Verwenden des Stellungswinkels durch die Kompensationseinheit (30) zur Erzeugung des Wertes des kompensierten Abtriebsdrehmoments.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, weiterhin umfassend
- Vorgeben eines Abschaltdrehmomentwertes, bei dessen Erreichen durch den Wert des kompensierten Abtriebsdrehmoments der Antriebsmotor (26) abgeschaltet wird, und

- Vorgeben einer Solldrehzahl, mit welcher der Antriebsmotor (26) dreht, wobei die Solldrehzahl dynamisch derart anpassbar ist, dass sie bis zum Erreichen des Abschaltdrehmomentwerts möglichst groß gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, weiterhin umfassend
- Betreiben des Verschraubsystems in Drehzahlregelung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, weiterhin umfassend
- Zusammenfassen mehrerer Teilstützphasen innerhalb einer vollen Umdrehung des Abtriebszahnrades (8) zu einer Teilstützphasengruppe, und

- Verrechnen des Wertes des tatsächlichen Abtriebsdrehmoments mit zumindest einer Kompensationsdatei zur Erzeugung eines Wertes eines kompensierten Abtriebsdrehmoments zumindest für die Teilstützphasengruppe.
Verwendung eines Verschraubsystems nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9.