JP7003271B2 - インパクトレンチにより拡張アンカーを据え付けるための据え付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、インパクトレンチの制御方法として実施される、拡張アンカーを据え付けるための据え付け方法に関する。

使用者は、拡張アンカーの据え付けを中止し、小休止の後に続行できる。締め付けを不適切に再開すると、拡張アンカーを損傷する可能性がある。

拡張アンカーを据え付けるためのインパクトレンチの制御方法の一態様は、ボタンが押されたことに応答して、以下の段階を有する第１のシーケンスを実行する。第１の段階では、回転衝撃が拡張アンカーのねじ要素に繰り返し加えられ、回転衝撃からねじ頭に伝達されるトルクが推定される。第１の段階Ｓ１は、推定伝達トルクが拡張アンカーに対して指定された閾値を超えるまで継続される。第２の段階では、拡張アンカーの指定された数の回転衝撃がねじ頭に加えられる。第１のシーケンスの終了の前にボタンがリリースされると、ボタンの早期リリースとボタンがリリースされた段階とがメモリに記憶される。早期リリースがメモリに記憶されているときにボタンが押されることに応答して、当該段階の第２のシーケンスが実行され、第２のシーケンスは、ボタンが以前にリリースされた段階に依存する。

以下、実施例および図を参照して本発明を説明する。

インパクトレンチを示す図である。 入力要素を示す図である。 拡張アンカーを示す図である。 「拡張アンカー」動作モードのフローチャートである。 推定トルクの曲線を示す図である。 ２枚の鋼板のねじ接続を示す図である。 ２枚の鋼板のねじ接続を示す図である。 回転角の曲線を示す図である。 「鋼構造」動作モードのフローチャートである。 回転角の曲線を示す図である。 「鋼構造」動作モードのフローチャートである。

特に明記しない限り、図中の同一または機能的に同一の要素は、同じ参照記号で示されている。

インパクトレンチ
図１は、インパクトレンチ１を模式的に示す。インパクトレンチ１は、電動機２、衝撃機構３および出力スピンドル４を有する。衝撃機構３は、電動機２により連続的に駆動される。出力スピンドル４の反作用トルクが閾値を超えるとすぐに、衝撃機構３は瞬間的であるが非常に高いトルクで出力スピンドル４に角運動量（回転衝撃）を繰り返し加える。したがって、出力スピンドル４は、作業軸５を中心に連続的または段階的に回転する。電動機２は、バッテリ６によって電力供給されるか、またはコンセントを使って電力供給され得る。

インパクトレンチ１はハンドル７を有し、このハンドル７により、使用者は動作中にインパクトレンチ１を保持し誘導することができる。ハンドル７は、堅固に、または制動要素により機械ハウジング８に固定することができる。電動機２および衝撃機構３は、機械ハウジング８内に配置されている。電動機２は、ボタン９によりオン／オフを切り替えることができる。ボタン９は、例えば、ハンドル７上に直接配置され、ハンドルを囲む手で押すことができる。

例示的に示す衝撃機構３は、ハンマー１０およびアンビル１１を有する。ハンマー１０は、アンビル１１の爪１３に回転方向に当接する爪１２を有する。ハンマー１０は、爪１２を介して連続トルクまたは瞬間角運動量をアンビル１１に伝達することができる。コイルばね１４は、ハンマー１０をアンビル１１の方向に予荷重し、その結果、ハンマー１０はアンビル１１と係合状態に保持される。トルクが閾値を超えると、爪１２がアンビル１１と係合しなくなるまで、ハンマー１０はコイルばねの力に逆らって動く。電動機２は、ハンマー１０がコイルばね１４によって押されてアンビル１１と再び係合するまで、ハンマー１０を回転方向に加速することができる。ハンマー１０は、その間に得られた運動エネルギーを１つの短いバーストでアンビル１１に転送する。一実施例によれば、ハンマー１０は、螺旋経路１６に沿って駆動スピンドル１５上に確実に案内される。確実な案内は、例えば、駆動スピンドル１５内の螺旋状のくぼみと、くぼみに係合するハンマー１０のピンとして実装することができる。駆動スピンドル１５は、電動機２により駆動される。

出力スピンドル４は、機械ハウジング８から突出している。突出端は、ツールホルダ１７を形成する。例示的なツールホルダ１７は、正方形の断面を有する。ソケット１８または同様のツールをツールホルダ１７上に置くことができる。ソケット１８は、正方形の中空断面を備えたブッシングを有し、その寸法は、実質的にツールホルダ１７に対応する。ブッシングの反対側で、ソケット１８は、ねじ頭２１、すなわち六角ナット２２または同様のねじを受け入れるための口２０を有する。ソケット１８は、ツールロック２３により出力スピンドル４に固定することができる。ツールロック２３は、例えば、出力スピンドル４とソケット１８との両方の穴を通して挿入されるピンに基づいている。

インパクトレンチ１は、制御ユニット２４を有する。制御ユニット２４は、例えば、マイクロプロセッサおよび外部または統合されたメモリ２５によって実装することができる。マイクロプロセッサの代わりに、制御ユニットは同等のディスクリート構成要素、ＡＳＩＣ、ＡＳＳＰ等で構成することができる。

インパクトレンチ１は、使用者が動作モードを選択することができる入力要素２６を有する。次に、制御ユニット２４は、選択された動作モードに従ってインパクトレンチ１を制御する。異なる動作モードの制御シーケンスは、メモリ２５に記憶することができる。動作モードには、とりわけ、拡張アンカーを据え付けるための据え付け方法と、鋼構造のねじ接続を据え付けるための据え付け方法とが含まれる。

入力要素２６は、例えば、ディスプレイ２７および１つ以上の入力ボタン２８を含むことができる。制御ユニット２４は、メモリ２５に記憶された様々な動作モードおよびそれに関連付けられた任意の接続タイプを表示することができる。使用者は、入力ボタン２８を使用して動作モードを選択することができる。加えて、使用者は、サイズ、直径、長さ、目標トルク、負荷容量、接続タイプのメーカー名などの仕様を入力することができる。代替の実施例では、インパクトレンチ１は、外部入力要素３０と通信する通信インターフェース２９を有する。外部入力要素３０は、例えば、携帯電話、ラップトップ、またはアナログモバイルデバイスであり得る。さらに、入力要素は、インパクトレンチ１とバッテリ６との間にアダプタとして配置できる追加モジュールにすることができる。いくつかの接続タイプが入力要素３０上で実行されるアプリケーションに記憶され、または、アプリケーションは、モバイル無線インターフェースを介してサーバからこれらを照会することができる。外部入力要素３０は、ディスプレイ３１上の接続タイプに関する拡張アンカーまたは関連情報を示すことができる。使用者は、入力ボタン３２またはタッチセンサ式ディスプレイ３１を使用して接続タイプを選択する。外部入力要素３０は、インパクトレンチ１への制御方法に関連する選択された接続タイプのタイプ指定またはパラメータを、通信インターフェース３３を介してインパクトレンチ１の通信インターフェース２９に送信する。通信インターフェース２９は、例えばブルートゥース（登録商標）標準を使用する無線ベースであることが好ましい。それに加えて、またはその代わりに、内部入力要素２８または外部入力要素３０は、接続タイプのパッケージング上のバーコードを検出することができるカメラ３４を備えることができる。入力要素２８は、検出されたバーコードおよびメモリ２５に記憶されたバーコードに基づいて接続タイプを決定する。カメラ３４の代わりに、レーザベースのバーコードリーダ、ＲＦＩＤリーダ等を使用して、パッケージング上または接続タイプ上のラベルを検出することができる。さらなる実施例では、入力要素２８における画像処理は、カメラ３４によってキャプチャされた画像に基づいて接続タイプを識別することができ、または画像に基づいて使用者に提示される接続タイプの選択を少なくとも制限することができる。

拡張アンカー
図３は、アタッチメント３７を壁３６に固定するために壁３６に埋め込まれた拡張アンカー３５を示している。拡張アンカー３５は、アンカーロッド３８を有する。アンカーロッド３８の一端にはねじ頭２１がある。拡張機構３９は、ねじ頭２１から離れた端部に設けられている。拡張機構３９は、壁３６のボアホールに挿入される。拡張機構３９は、拡張機構３９に作用するねじ頭２１からの引張応力を、ボアホールの内壁に対する半径方向のクランプ力に変換する。拡張アンカー３５は、アタッチメント３７のために拡張アンカー３５に対する引張荷重が増加すると、より高いクランプ力がもたらされるため、自己ロック効果を有する。据え付けられた拡張アンカー３５の指定された荷重値を確保するために、拡張アンカー３５は、ねじ頭２１によって据え付け中に予荷重される。拡張アンカー３５は、据え付け時にねじ頭２１を締め付ける目標トルクが指定される。

拡張アンカー３５のための手動据え付けプロセスは、以下のようである。準備ステップで、拡張アンカー３５の仕様に従って、壁３６にボアホールが開けられる。仕様は、とりわけ、拡張機構３９の外径に等しいボアホールの直径を提供する。拡張機構３９は、典型的にはハンマーの回転衝撃により、ボアホール内に打ち込まれる。アタッチメント３７は、ねじ頭２１に位置付けられる。ねじ頭２１は、トルクレンチを使用して手動で締め付けられる。締め付け中、ねじ頭２１は、アンカーロッド３８に沿ってアタッチメント３７によって壁３６に間接的に支持され、その結果、引張応力が生成される。トルクレンチが、拡張アンカー３５の指定された目標トルクが達成されたことを合図すると、使用者は締め付けを停止する。いくつかの用途では、次いで、例えばアタッチメント３７を位置合わせするために、ねじ頭２１が再び緩められる。次に、使用者は、トルクレンチと同じ指定された目標トルクとを使用して、ねじ頭２１を再び締め付ける。他の用途では、アタッチメント３７を固定するために複数の拡張アンカー３５が必要とされる。使用者はまず、拡張アンカー３５が目標トルクに従って締め付けられる前に、拡張アンカー３５の各々をある程度まで予荷重することができる。さらに、使用者は、拡張アンカー３５を締め付けるときに中断される可能性があり、そうすると、使用者は、うまくいけばトルクレンチを用いて後でプロセスを継続することになる。

拡張機構３９は、例えば、スリーブ４０およびアンカーロッド３８上のコーン４１に基づいている。スリーブ４０は、アンカーロッド３８に沿ってコーン４１に対して可動である。例示的な表現では、アンカーロッド３８は、スリーブ４０が取り囲むより細い円筒状ネック４２を有する。スリーブ４０の内径は、ネック４２の外径よりも大きい。コーン４１は、ねじ頭２１とは反対側に面するスリーブ４０の側でスリーブ４０に隣接して配置される。コーン４１の外側面は、スリーブ４０に向かって先細になっている。外側面の外径は、スリーブ４０の内径より大きい値からスリーブ４０の内径より小さい値へ減少する。ボアホールの指定された直径は、スリーブ４０の外径に対応し、そのため、ボアホールの内壁に付着または摩擦する。アンカーロッド３８に、したがってコーン４１に締め付けがある場合、コーン４１がスリーブ４０に引き込まれる間、スリーブ４０は所定の位置に留まる。コーン４１はスリーブ４０を広げる。スリーブ４０およびコーン４１は、多くの方法で設計することができる。例えば、スリーブ４０には、コーン４１に面する複数のタブを設けることができる。スリーブ４０は、全周にわたって閉じるか、スロットを付けることができる。さらに、コーン４１は、円錐形、波形またはピラミッド形であり得る。動作原理の重要な態様は、内壁上のスリーブ４０の摩擦係数である。スリーブ４０は、典型的には鋼または別の鉄ベースの材料でできている。壁３６は、コンクリートまたは天然石などの鉱物建築材料でできている。

ねじ頭２１は、例えば、アンカーロッド３８上の雄ねじ４３と、雄ねじ３８上に配置されたナット２２とからなることができる。ナットは、六角形の外周を有することが好ましい。あるいは、アンカーロッド３８は、ねじが挿入される雌ねじを有することができる。ねじは、アンカーロッド３８を超えて半径方向に突出する頭部を有する。ねじの頭は、例えば六角形の外周を有する。

「拡張アンカー」制御方法
インパクトレンチ１は、拡張アンカー３５を据え付けるための据え付け方法、「拡張アンカー」動作モード（図４）を実施する。据え付け方法は、拡張アンカー３５を使用してアタッチメント３７を壁３６に締結するのに適している。準備ステップで、使用者は壁３６にボアホールを開け、拡張アンカー３５をボアホールに押し込む。インパクトレンチ１を使用してねじ頭２１を締め付ける。連続的に回転する電動ドライバと比較して、インパクトレンチ１は、瞬間的な、したがって高いトルクで繰り返し回転衝撃が発生することを特徴としている。さらに、インパクトレンチ１の出力スピンドル４とハンドル７との間に堅固な結合はなく、そのため、使用者に作用する逆トルクは、典型的には加えられる回転衝撃よりも大幅に小さい。入力要素２８を使用して、使用者は「拡張アンカー」動作モードを選択し、拡張アンカー３５のタイプを指定する。

据え付け方法のその後の適切な実行に必要な複数の制御パラメータは、各タイプの拡張アンカーに割り当てられる。制御パラメータは、拡張アンカーのタイプに従ってメモリ２５に記憶される。拡張アンカー３５の入力または選択に応答して、制御ユニット２４は、対応する制御パラメータを読み出す。制御パラメータは、使用者が異なるタイプの拡張アンカー３５を選択するまで保持されることが好ましい。各個別の据え付けの前に拡張アンカー３５を選択する必要はない。

ボタン９が押されていないとき、電動機２は電源、例えばバッテリ６から切断されている。電動機２の速度Ｄはゼロであるか、ゼロまで低下する。分離は、ボタン９自体によって、または電動機２と電源との間の電流経路内の電気スイッチング要素によって電気機械的に行われ得る。ボタン９は、据え付けプロセス全体を通して使用者が連続して押し続けなければならない。使用者がボタン９をリリースすると、電動機２は直ちに電源から切断され、その結果、据え付け方法が中断される。インパクトレンチ１は、ボタン９がリリースされるとスタンバイモード（スタンバイ）になることが好ましい。スタンバイモードでは、インパクトレンチ１は、特にバッテリ駆動のインパクトレンチ１において、エネルギー消費を低減する。例えば、制御ユニット２４は、作動を停止し、その機能をボタン９および入力要素２８などを単にチェックするだけに減らすことができる。

ボタン９を押すと、据え付け方法が開始される。必要に応じて、インパクトレンチ１はスタンバイモードから復帰する。準備段階で、入力要素２８の１つにより使用者が以前に拡張アンカー３５を選択したかどうかを確認できる。対応する選択がまだ行われておらず、制御パラメータが設定されていない場合、使用者はそうするように促され、インパクトレンチ１は非アクティブのままである。そうでなければ、電動機２は電源に接続される。

連続的に回転するドライバでは、トルク出力は電動機の電力消費と出力スピンドルの速度を介して非常に簡単に測定できるが、インパクトレンチ１では、出力スピンドル４と電動機２との間の機械的なデカップリングによりこれは不可能である。出力スピンドルのセンサによるトルク出力の直接測定は、機械的負荷が高いため技術的に非常に要求が厳しく、インパクトレンチには適していない。この据え付け方法は、第１の段階Ｓ１で加えられるトルクＭの大まかな推定と、第２の段階Ｓ２でのその後の補正に役立つ。２段階方法は、据え付け挙動に対する先験的な未知の影響、特に据え付けプロセスに対する壁３６の状態の影響に関してより堅牢である。

ボタン９を押すことにより、典型的には前段階が開始するが、これは以下の説明ではより詳細に説明されない。前段階Ｓ１の間、インパクトレンチ１によって加えられるトルクＭは非常に低いため、衝撃機構はトリガされず、インパクトレンチ１は連続的に典型的に増加するトルクを加える。据え付け方法の第１の段階Ｓ１は、インパクトレンチ１の最初の衝撃から始まる（時間ｔ０）。トルクＭの非常に概略的な曲線４４を図５に示す。第１の段階Ｓ１の間に、出力スピンドル４によって加えられるトルクＭが推定される。第１の段階Ｓ１は、推定トルクＭが閾値Ｍ０を超えると（Ｃ１）、デフォルトによって終了する。閾値Ｍ０は、典型的には、拡張アンカー３５の目標トルクＭ９よりも小さい。

第１の段階（Ｓ１）の間、電動機２は、好ましくは指定された第１の速度Ｄ１で駆動スピンドル１５を回転させる。制御ユニット２４は、例えば、駆動スピンドル１５の回転センサ４５を用いて直接的に、または電動機２の回転センサを介して間接的に、駆動スピンドル１５の速度Ｄを決定することができる。第１の速度Ｄ１は、拡張アンカー３５に割り当てられた制御パラメータのうちの１つである。速度は、インパクトレンチ１によって供給されるトルクに影響する。ハンマー１０は、回転衝撃後にアンビル１１から引き離され、次の回転衝撃まで駆動スピンドル１５によってアンビル１１に向かって加速される。次の回転衝撃は、ハンマー１０がアンビル１１に再び位置合わせされたときに発生する。主として所定の加速経路のため、駆動スピンドル１５のより高い速度は、回転衝撃におけるハンマー１０のより高い角速度およびより高い角運動量をもたらす。大まかな近似では、回転衝撃中に角運動量の大部分がアンビル１１と出力スピンドル４とに伝達されると想定されている。一連のテストにおいて、角運動量または角運動量を表す変数をさまざまな速度で決定し、特性マップに記憶できる。

第１の段階Ｓ１の間、回転衝撃により出力スピンドル４が回転する回転角δΦが決定される。出力トルクＭは、伝達された角運動量と、回転衝撃により出力スピンドル４が回転する回転角δΦとに対応する。決定された回転角δΦと、角運動量および速度Ｄの近似相関とに基づいて、出力トルクＭが推定される。トルクＭまたはトルクを記述する変数を、速度Ｄおよび回転角δΦからなるペアリングに割り当てる特性マップは、例えば、メモリ２５に記憶することができる。

回転角δΦは、インパクトレンチ１内のセンサ４６によって検出される。センサシステム４６は、例えば回転センサ４７を使用して出力スピンドル４の回転運動を直接検出することができる。回転センサ４７は、出力スピンドル４上のマーキングを誘導的または光学的にスキャンすることができる。代替または追加として、センサシステム４６は、２つの連続した回転衝撃間の駆動スピンドル１５の回転運動に基づいて、出力スピンドル４の回転角δΦを推定することができる。２つの回転衝撃の間、駆動スピンドル１５は、爪１２間の角距離、例えば１８０度だけ回転し、かつ、アンビル１１が回転した場合、さらに出力スピンドル４の回転角δΦだけ回転する。回転衝撃は、回転衝撃センサ４８によって検出される。この目的のために、センサシステム４６は、２つの直接に続く回転衝撃の間の期間における駆動スピンドル１５の回転角を検出する。期間の開始または終了は、回転衝撃センサ４８による回転衝撃の検出によって検出される。回転衝撃センサ４８は、例えば、回転衝撃に関連付けられたインパクトレンチ１内の増加した瞬間振動を検出することができる。例えば、振動は閾値と比較され、開始または終了は、閾値を超えた時点に対応する。回転衝撃センサ４８はまた、音量のピークを検出する音響マイクロホンまたは超低周波マイクロホンに基づくことができる。回転衝撃センサ４８の別の変形は、電動機２の電力消費または速度変動を検出する。回転衝撃の間、電力消費は一時的に増加する。駆動スピンドル１５の回転角は、例えば、速度Ｄまたは回転センサ４５からの信号および期間から計算することができる。出力スピンドル４の回転角δΦは、駆動スピンドル１５の回転角から爪１２間の角距離を引いたものとして決定される。

インパクトレンチ１は、第１の段階Ｓ１の間、推定トルクＭを閾値Ｍ０と継続的に比較する。第１の段階Ｓ１は、閾値Ｍ０を超えるとすぐに終了する（Ｃ１）。一定速度Ｄ１の実施例では、トルクＭと閾値Ｍ０との比較は、回転衝撃当たりの回転角δΦと回転衝撃当たりの閾値δΦ０との比較に等しい。アンダーシュートされる速度Ｄ１と回転角δΦ０とのペアリングは、拡張アンカー３５のためのメモリ２５内に記憶することができる。第１の段階Ｓ１は、ねじ頭２１がわずかだけ回転するときに終了する。回転角δΦの検出はますます不正確になる。速度と角運動量との間の相関も減少する。

第２の段階Ｓ２は、第１の段階Ｓ１の直後に続く。駆動スピンドル１５の速度Ｄは、依然として第１の速度Ｄ１に制御することができる。第２の段階の間、指定された数Ｎ１の回転衝撃が加えられる。回転衝撃の数Ｎ１は、拡張アンカーに固有のもう一つの制御パラメータである。拡張アンカー３５の目標トルクＭ９は、回転衝撃の数Ｎ１によってほぼ達成される。第１の段階Ｓ１の後、回転角δΦは、さらなる回転衝撃ごとにほぼ同じである。このため、回転衝撃の数Ｎ１は、指定された回転角ΔΦ１の回転に対応する。拡張アンカー３５の弾性挙動を仮定すると、拡張アンカー３５の追加の引張応力は、回転角ΔΦ１に主として比例する。このため、引張り応力は、回転衝撃の数Ｎ１を介して計量的に調整できる。必要な回転衝撃の数Ｎ１または回転角δΦは、拡張アンカー３５とインパクトレンチ１との一連のテストおよび第２の段階Ｓ２の指定速度Ｄ１で決定でき、メモリ２５に記憶することができる。第２の段階Ｓ２の間に、加えられた回転衝撃の数Ｎがカウントされる。上述のように、回転衝撃は、例えば回転衝撃センサ４８により検出することができる。第２の段階Ｓ２は、回転衝撃の数Ｎが目標数Ｎ１に達するとすぐに終了する（Ｃ２）。

第２の段階Ｓ２の後には、好ましくは緩和段階Ｓ３が続く。回転衝撃の繰り返し率は、第２の段階Ｓ２と比較して減少する。速度Ｄは、第２の速度Ｄ２に減速される。第２の速度Ｄ２は、第１の速度Ｄ１よりも低い。特に、第２の速度Ｄ２は、インパクトレンチ１が目標トルクを達成するために必要とする臨界速度よりも低い。第２の速度Ｄ２は、例えば、第１の速度Ｄ１の５０％から８０％の間である。緩和段階Ｓ３は、好ましくは時間制御される。緩和段階Ｓ３の持続時間Ｔ１は、例えば、０．５秒［ｓ］から５秒の間の範囲にある。

前述の２段階または３段階の据え付け方法は、拡張アンカー３５を、それがボアホールに挿入された直後に締め付けるのに適している。アタッチメント３７のその後の位置合わせのために、使用者は張力をかけられた拡張アンカー３５を緩め、その後再び締め付ける場合があり得る。それにもかかわらず、２つの段階または３つの段階を繰り返すと、拡張アンカー３５またはサブ表面さえも損傷する可能性がある。

したがって、「拡張アンカー」動作モードでの据え付け方法は、少なくとも第１の段階Ｓ１中に、拡張アンカー３５がすでに締め付けられているかどうかを判定するテストルーチンを有する。例示的なテストルーチンは、推定トルクＭの変化率ｗを判定する。すでに説明したように、トルクＭは、回転衝撃から回転衝撃へ増加する。変化率ｗ、すなわち、連続した回転衝撃間の、またはいくつかの回転衝撃にわたって平均されたトルクＭの増加は、一度も締め付けられていない拡張アンカー３５と再び緩められたことのある拡張アンカー３５との間を区別するしっかりした特性であることが証明されている。前に緩められた拡張アンカー３５の推定トルクＭの曲線４９が図５に示されている。変化率ｗは、他のケース４４よりも再び緩められた拡張アンカー３５（曲線４９）の方が特徴的に大きくなっている。インパクトレンチ１は、第１の段階Ｓ１中の変化率ｗを判定し、変化率ｗを限界値ｗ０と比較する。変化率ｗは、好ましくは、いくつかの回転衝撃、または典型的にはいくつかの回転衝撃に及ぶ時間窓δＴにわたって平均化される。限界値ｗ０を超えると、インパクトレンチ１は第１の段階Ｓ１を終了する。限界値ｗ０は、拡張アンカー３５に割り当てられた別の制御パラメータである。限界値ｗ０は、変化率として記憶することができる。変化率ｗは、所定の時間窓ΔＴと、時間窓ΔＴ内で達成されるトルクＭの所定の閾値Ｍ２とにより検出することもできる。時間窓ΔＴは、最初の衝撃ｔ０から始まる。時間窓ΔＴ内にトルクＭが閾値Ｍ２を超える場合、閾値Ｍ２を超えると、第１の段階Ｓ１が終了する。それに応じて、時間窓ΔＴおよび閾値Ｍ２が記憶される。

時期尚早に終了した第１の段階Ｓ１の後に、修正された段階Ｓ２ｂが続く。修正された段階Ｓ２ｂは、第２の段階Ｓ２と実質的に同じである。インパクトレンチ１は、所定数Ｎ２の回転衝撃を加える。数Ｎ２は、第２の段階Ｓ２よりも大幅に少なくなっている。数Ｎ２は、数Ｎ１の半分未満、例えば数Ｎ１の３分の１未満である。修正された第２の段階Ｓ２ｂは、標準の第２の段階Ｓ２の場合よりも、拡張アンカー３５に大幅に低い追加トルクを加える。したがって、修正された第２の段階Ｓ２は、標準の第２の段階Ｓ２よりも大幅に短くなる。緩和段階Ｓ３が提供される場合、これは修正された第２の段階Ｓ２ｂに続く。

一実施例では、第２の段階Ｓ２中に変化率ｗを監視することもできる。変化率ｗが指定された閾値ｗ０を超える場合、第２の段階Ｓ２は時期尚早に終了し、方法は修正された第２の段階Ｓ２ｂで継続する。

使用者は、据え付けプロセス中にボタン９を意図的または誤ってリリースすることがある。電動機２は直ちに停止されるか、または少なくとも電源から切断される。したがって、据え付け方法は中止される。制御方法は、達成された据え付け状態をメモリ２５に記録する。特に、メモリ２５は、据え付けプロセスの３つの段階のどれが達成されたかを記録する。その後、インパクトレンチ１は、スタンバイモードＳ０に入ることができる。

この制御方法により、使用者が据え付けプロセスを完了することが可能になる。一実施例において、使用者は、例えばディスプレイ２７を介して、据え付けプロセスを完了するように要求される。使用者は、入力要素２８を使用して、ボタン９の次の押下で据え付けプロセスを継続するか、または、代わりに、標準的な新しい据え付けプロセスを行うかを選択することができる。例えば、使用者がもう一度ボタン９を押すと、要求が表示され得る。あるいは、ディスプレイ２７は、要求を使用者にいつまでも合図することができる。使用者は、入力要素２８により要求に応答することができる。代替として、「据え付けプロセスを続行」モードにおいて、押下パターンをボタン９に割り当てることができる。例えば、ボタン９を完全に押す前に２回タップすることが「据え付けプロセスを続行」を選択することに対応し、一方、ボタン９をすぐに押すと「標準の新しい据え付けプロセス」を選択することに対応する。使用者が待機時間内、例えば３０秒以内に要求に応答しない場合、制御方法は、標準動作に戻り、標準の新しい据え付けプロセスに従って次の据え付けプロセスを実行する。

標準の新しい据え付けプロセスは、上記の２つまたは３つの段階の後に行われる。使用者が据え付けプロセスの継続を要求した場合、上記の据え付け方法は、すでに達成された据え付けステータスに応じて変更される。

据え付けプロセスが第１の段階Ｓ１の間に中止した場合、据え付けプロセスは再び、すなわち第１の段階Ｓ１で開始する。第１の段階Ｓ１の中止条件に達するまでのトルクＭが推定されるか、または、各回転衝撃の回転角δΦが判定され、その後、後続の段階が続く。

据え付けプロセスが第２の段階Ｓ２中に中止した場合、欠落した回転衝撃のみが実行される。この目的のために、制御方法は、すでに実行された回転衝撃の数をログに記憶する。継続のために、指定された回転衝撃の数Ｎは、ログに記憶された回転衝撃の数だけ減らされる。緩和段階Ｓ３が続いてもよい。

緩和段階Ｓ３中に据え付けプロセスが中断された場合、これは中止前にすでに実行された期間だけ短縮することができる。この目的のために、制御方法は、中止の場合にすでに実行された緩和段階Ｓ３の期間を記憶する。継続のために、既に実行された期間がメモリ２５から読み出され、指定された期間から差し引かれる。

鋼構造
図６は、土木工学における鋼構造のための２つの構造要素５０、５１のねじ接続を模式的に示す。２つの構造要素５０、５１は、１つ以上のねじ接続５２により耐荷重様式で接続されている。構造要素５０、５１は、例えば、梁、パネル、パイプ、フランジ等を含むことができる。構造要素は、鋼または他の金属材料でできている。構造要素５０、５１は、例示ではそれらの接触平面部分に縮小されている。これらの部分には１つ以上の目５３が設けられている。２つの構造要素の目５３は、使用者によって互いに位置合わせされる。

ねじ接続５２は、ねじ山付きロッド５５上のねじ頭５４とねじナット５６とを備えた典型的な構造を有することができる。ねじ山付きロッド５５は、目５３よりも小さい直径を有するが、ねじ頭５４およびねじナット５６は、目５３よりも大きい直径を有する。他のねじ接続については、ねじ山付きロッドはすでに第１の構造要素５０に接続されていてもよい。

使用者は、位置合わせされた目５３を通してねじ山付きロッド５５を挿入する。次に、ねじナット５６を装着する。手動締結の場合、使用者は、ねじ接続に対して指定された目標トルクが達成されるまで、トルクレンチを使用してねじナット５６を締め付ける。仕様は、ねじ接続の製造元によって指定されているか、鋼構造のための関連規格で指定されている。目標トルクは、負荷、特に振動下でねじ接続が緩むことがないことを保証する。他方、ねじナット５６を締め付けている間、ねじ山付きロッド５５に不必要に負荷をかけたり、最悪の場合、永久に損傷することがあってはならない。

トルクレンチでねじ接続５２を締め付けることは信頼性が高く堅牢な方法であるが、この方法は手間がかかる。特に、ねじ接続５２は、典型的には多くのねじを含むためである。ねじ接続５２は、原則として、目標トルクが達成されるまで、古典的な電動ドライバと対応するスイッチオフとを使用して締め付けることができる。しかしながら、使用者は目標トルクに対して必要な保持力を加えることができず、使用者が負傷する危険性がかなりある。

「鋼構造」制御方法
インパクトレンチ１は、ねじ接続５２を据え付けるための堅牢な据え付け方法を実施する。使用者は、構造要素５１を互いに位置合わせし、第２の構造要素５１を通してねじ山付きロッド５５を挿入し、ねじナット５６を装着する。図７に例として示されているように、構造要素５０、５１は時折、互いの上に平らに置かれない。準備ステップで、使用者は、ねじ接続５２の領域で、構造要素５０、５１が互いの上に平らになることを確保しなければならない。この目的のために、使用者は１つ以上のねじナット５６を手で締め付けることができる。締め付けトルクは、ねじ接続５２の目標トルクＭよりも低いままであり得る。トルクレンチの使用は任意選択である。次に、使用者はインパクトレンチ１を使用してねじ接続５２を締め付け、これにより、ねじ接続５２を目標トルクＭまで締め付ける。構成要素５０、５１が最初は互いの上に平らに置かれていない場合、インパクトレンチ１は据え付けプロセスを中止し、使用者に準備ステップが欠落または不完全であることを通知する。この点で、使用者は「鋼構造」動作モードを選択し、ねじ接続５２のタイプを指定する。

据え付け方法のその後の適切な実行に必要とされる複数の制御パラメータが、各タイプのねじ接続５２に割り当てられる。制御パラメータは、タイプに応じてメモリ２５に記憶される。ねじ接続５２の投入または選択に応答して、制御ユニット２４は、対応する制御パラメータを読み出す。制御パラメータは、使用者が異なるタイプのねじ接続５２を選択するまで保持されることが好ましい。各個別の据え付けの前にねじ接続５２を選択する必要は無い。

ボタン９が押されていないとき、電動機２は電源、例えばバッテリ６から切断されており、回転しない。インパクトレンチ１は、ボタン９がリリースされるとスタンバイモードになることが好ましい。ボタン９を押すと、据え付け方法が開始される。準備段階では、入力要素２８の１つにより使用者が以前にねじ接続５２のタイプを選択したかどうかを確認できる。対応する選択がまだ行われておらず、制御パラメータが設定されていない場合、使用者はそうするように促され、インパクトレンチ１は非アクティブのままである。そうでなければ、電動機２は電源に接続される。

駆動スピンドル１５は、ボタン９を押すことに応じて加速される。スピンドルは目標速度Ｄ０に加速される。最初は、ねじ接続５２の反作用トルクは、非常に低くなり得るため、衝撃機構３は作動しない。この前段階については、以下でより詳しく説明しない。据え付け方法の第１の段階Ｓ１１は、衝撃機構３の最初の衝撃から始まる。第１の段階Ｓ１１の間に、出力スピンドル４によって加えられるトルクＭが推定される。第１の段階Ｓ１１は、推定トルクＭが閾値Ｍ０を超えるとデフォルトによって終了する。閾値Ｍ０は、典型的には、ねじ接続５２の目標トルクＭ９よりも小さい。トルクＭは、拡張アンカーを締め付けるための段階Ｓ１に関連して説明したように推定される。これに必要とされる制御パラメータは、ねじ接続５２用のメモリ２５に記憶されている。

第２の段階Ｓ１２は、第１の段階Ｓ１１の直後に続く。駆動スピンドル１５の速度Ｄは、依然として目標速度Ｄ０に制御することができる。第２の段階の間、指定された数Ｎ３の回転衝撃が加えられる。回転衝撃の数Ｎ３は、拡張アンカーに固有のもう一つの制御パラメータである。ねじ接続５２の目標トルクは、回転衝撃の数Ｎ３によってほぼ達成される。第２の段階Ｓ１２は、拡張アンカー３５を据え付けるときの第２の段階Ｓ２に主として対応する。

説明した２段階の「鋼構造」据え付け方法は、互いの上に平らに横たわっているという条件で、２つの鋼構造要素５０、５１を接続するためにねじ接続５２を締め付けるのに適している。第１の段階Ｓ１１の間、鋼構造要素５０、５１が互いの上に平らに横たわっているかどうかを推定するテストルーチンＣ１がアクティブである。テストルーチンＣ１が、要素が互いの上に平らに横たわっていることを検出した場合、据え付け方法は完了するまで上記の段階で実行される。テストルーチンが、要素が互いの上に平らに横たわっていないことを発見した場合、保護ルーチンＳ１３が実行される。保護ルーチンＳ１３は、簡単な実装で据え付け方法を直ちに中止することができる。インパクトレンチ１のディスプレイ２７は、据え付け方法が中止された理由に関して対応する指示を与えることができる。

テストルーチンＣ１１は、最初の衝撃（時刻ｔ０）から始まるねじ接続の回転角Φを推定する。経時的な回転角Φの曲線５７は、ねじ接続５２のための記憶された制御パラメータと比較される。回転角Φは、いくつかの測定点から平均化されることが好ましい。図８は、回転角Φの曲線５７を示す。実質的に段階的に増加する回転角Φは、実際には多くのノイズを有してのみ検出することができる。回転角Φの増加率は、一連のテストから、ねじ接続５２の各タイプについて測定することができる。曲線は、ねじ接続５２の弾性挙動によって本質的に決定される。構造要素５０、５１は、互いの上に平らに横たわっている場合、曲線への影響はわずかである。他方、互いの上に平らに横たわっていない構造要素５０、５１の場合、その剛性および構造要素５０、５１間のギャップがシステム全体の剛性よりも優勢である。剛性は、典型的には低下する。同じ衝撃力で、回転角Φのより大きな進行が経時的に観察される。制御パラメータは、締め付け中に回転角Φが超えてはならない上限５８を記述する。上限５８を超えると、要素が互いの上に平らに横たわっていないとして認識される。テストルーチンは、据え付け方法が中止されるように促すＳ１３。上限５８は、好ましくは、固定値ではなく、時間とともに、または衝撃の数とともに増加する値である。テストルーチンは、時刻ｔ０における最初の衝撃で起動されることが好ましい。テストルーチンは、好ましくは、所定の時間ΔＴ後に終了し、例えば、テストルーチンは、第１の段階Ｓ１１の終わりで終了する。上限５８は、一連のテストにより、異なるねじ接続５２、特に異なるねじ直径について決定することができる。

鋼構造ＩＩ
代わりの据え付け方法「鋼構造ＩＩ」は、上述のように第１の段階Ｓ１１および第２の段階Ｓ１２を経る。しかしながら、第２の段階Ｓ１２の回転衝撃の数Ｎ８は予め定められていないが、以前の据え付けプロセス中の回転角Φの曲線５９から導出される。推定ルーチンＳ１４は、時間ｔにわたる回転角Φの曲線５９をパターン６０のセットと比較する（図１０）。パターン６０は、鋼構造のねじ接続５２を締め付ける際の一連のテストから決定される回転角Φの典型的な曲線である。推定ルーチンＳ１４は、現在の曲線５９に最も近いパターン６０を決定する。第２の段階Ｓ１２の回転衝撃の数Ｎ８は、ルックアップテーブルのパターン６０に割り当てられる。

図１０は、構造要素５１が互いの上に平らに横たわる曲線５９の例を示す。例示的なパターン６０は、開始部６１、中間部６２、および終了部６３の、３つのセクションを有する。開始部は、第１の勾配の線形曲線を有する。終了部は、第１の勾配よりも小さい２番目の勾配の線形曲線を有する。中間部６２は、例えば、単調に減少する勾配を有する指数関数によって記述される。あるいは、中間部は、連続的に単調に減少する勾配を有する他の関数、例えば指数関数、双曲線によって記述することができる。セクション間の移行は滑らかであることが好ましい。パターンには４～６の自由度がある。自由度は、とりわけ、開始部の勾配、終了部の勾配、開始部の持続期間、および中間部の持続期間である。曲線は、カーブフィッティングによりパターンと比較でき、カーブフィッティングでは、例えば最小二乗法を使用して、自由度の数値が変化する。パターン６０は、メモリ２５内の異なるタイプのねじ接続５２に対して便宜的に提供される。使用者は、ねじ接続５２を締め付ける前に入力要素２８を介してタイプを入力することが好ましい。推定ルーチンＳ１４は、選択されたタイプに属するパターン６０への適合を制限する。

推定ルーチンＳ１４は、好ましくは、比較のための測定点を得るために、最初の衝撃ｔ０から始まる時間ｔにわたる回転角Φを記録する。測定ポイントには、測定された回転角Φと関連する時間ｔが含まれる。回転角Φは、連続する回転衝撃間の駆動スピンドル１５の回転角に基づいて推定することができる。時間記録は、回転角Φの時系列記録によって近似することができる。測定ポイントは、中間メモリに記憶することができる。

推定ルーチンＳ１４は、パターン６０を測定点に適合させる。調整の有意義な結果を得るために、これは、最小数の回転衝撃の後に実行されることが好ましい。また、第２の段階Ｓ１２の開始時に、すなわち推定トルクＭが閾値Ｍ０を超えるときに適合を実行することが有利であることが証明されている。インパクトレンチ１の計算能力によって許される限り、適合は繰り返し実行することができる。あるいは、推定ルーチンＳ１４は１回のみ実行される。

推定ルーチンＳ１４は、測定点からのパターン６０の偏差が指定された許容範囲内にあるときに完了する。指定された数の回転衝撃または指定された持続期間の後、パターンが公差から逸脱するか、パターンの終了部の測定ポイントの最小数がアンダーショットになると、エラーメッセージが出力され、据え付け方法が中止する。

決定されたパターン６０は、ねじ接続５２の弾性挙動に関する情報を提供する。弾性挙動に基づいて、第２の段階Ｓ１２に必要とされる回転衝撃の数Ｎ８を導出することができる。一実施例では、パターン６０に関連付けられたＮ８の値が記憶される。ルックアップテーブルの代わりに、アルゴリズムは数値から目標数Ｎ８を決定することができる。推定ルーチンＳ１４が第２の段階Ｓ１２の回転衝撃の目標数Ｎ８を決定するとすぐに、第２の段階Ｓ１２の目標数Ｎ８が設定される。据え付け方法は、第１の段階Ｓ１１から第２の段階Ｓ１２への変化から開始して加えられる回転衝撃の数をカウントする。数Ｎ８に達するとすぐに、据え付け方法は終了する。第２の段階Ｓ１２の開始は、目標数Ｎ８が設定される前であることが好ましい。

第１の段階Ｓ１１から第２の段階Ｓ１２への変化は、反作用トルクＭの推定値に基づいている。この推定値は、重大な測定誤差の対象となる。一実施例は、パターン６０に基づいて、どの回転衝撃６４で閾値Ｍ０を超えたかを判定する。第１の段階Ｓ１１から第２の段階Ｓ１２への以前の変化は、回転衝撃６４以外の回転衝撃で発生した可能性がある。推定ルーチンＳ１４は、偏差に従って目標数Ｎ８を適合させることができる。

Claims (5)

1. 拡張アンカー（３５）を据え付けるためのインパクトレンチ（１）の制御方法であって、前記方法は、ボタン（９）が押されたことに応答して、第１のシーケンスを実行し、前記第１のシーケンスは、
   回転衝撃が前記拡張アンカー（３５）のねじ要素に繰り返し加えられ、前記回転衝撃からねじ頭（２１）に伝達されるトルク（Ｍ）が推定され、前記推定転送トルク（Ｍ）が前記拡張アンカー（３５）に対して指定された閾値（Ｍ０）を超えるまで継続される、第１の段階（Ｓ１）と、前記拡張アンカー（３５）に対して指定された数（Ｎ１）の回転衝撃が前記ねじ頭（２１）に加えられ、前記ボタン（９）が前記第１のシーケンスの終了前にリリースされた場合、前記ボタン（９）の早期リリースおよび前記ボタン（９）がリリースされた段階が、メモリ（２５）に記憶される、第２の段階（Ｓ２）と、を有し、
   前記方法は、早期リリースが前記メモリ（２５）に記憶されているときに前記ボタン（９）が押されることに応答して、前記段階の第２のシーケンスを実行し、前記第２のシーケンスは、前記ボタン（９）が以前リリースされた前記段階に依存する、
   制御方法。
2. 以前のリリースが前記第１の段階（Ｓ１）中の場合、前記第２のシーケンスが前記第１のシーケンスと同一であり、以前のリリースが前記第２の段階（Ｓ２）中の場合、前記第２のシーケンスが前記第２の段階（Ｓ２）から始まる、ことを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
3. 前記第２の段階（Ｓ２）中に前記ボタン（９）がリリースされた場合、すでに実行された回転衝撃の数（Ｎ２）が記録され、前記第２の段階（Ｓ２）は、前記第２のシーケンスにおいて、前記すでに実行された回転衝撃の数（Ｎ２）だけ回転衝撃の数（Ｎ）が短縮される、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の制御方法。
4. 第３の段階（Ｓ３）が前記第２の段階（Ｓ２）に続き、前記第３の段階（Ｓ２）における前記回転衝撃の繰り返し率が前記第２の段階（Ｓ２）におけるよりも低く、かつ、前記第３の段階（Ｓ３）中に前記ボタン（９）がリリースされたことに応答して、前記第２のシーケンスが前記第３の段階（Ｓ３）から始まる、ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の制御方法。
5. 早期リリースが前記メモリ（２５）に記憶されている場合、使用者が、前記ボタン（９）が押される前または押されたときに、前記第１のシーケンスを実行するか、前記第２のシーケンスを実行するかを選択するようにディスプレイ（２７）によって促される、ことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の制御方法。

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