SE519292C2 - Metod och verktyg innefattande bestämning av överfört moment som funktion av retardation och tröghetsmoment - Google Patents

Description

519 292 Ytterligare en nackdel med denna kända anordning är svårigheten att åstadkomma en störningsfri signal från vinkelgivaren eftersom den icke-stela förbindelsen mellan axeln och förbandet alltid tenderar att förorsaka ojämna rörelser hos den utgående axeln. De stegvisa rörelserna hos den utgående axeln under impulsdragningen är mycket korta, vilket innebär att det är svårt att få vinkeltrogna signaler.

I DE 44 29 282 beskrivs ett impulsverktyg försett med en hydrauliskt tryckaktiverad momentavkännande anordning för verktygsavstängande ändamål, samt en vinkelgivare monterad på motorrotorns bakre ände. Förbandsåtdragnings-tekniken som beskrivs i detta kända dokument baserar sig på en momentstyrd åtdragningsprocess i kombination med ett resultatövervakningssteg baserat på tekniken med "grönt fönster". Detta innebär att moment- och vinkelsignalerna som erhålls vid slutet av åtdragningsförloppet kontrolleras mot förutbestämda gränsvärden för erhållande av en "godkänd"-signal respektive en "icke-godkänd"-signal.

Den teknik som beskrivs i denna skrift är ofördelaktig i det att den baserar sig på att en kolvstångsanordning sträcker sig ut ur hydraulimpulsenheten för att aktivera en avkännartunga vid motorns bakre ände i motsvarighet till de tryckpulser som genereras i impulsenheten. Ett problem med denna typ av momentavkänningsanordning är att tätningar runt det rörliga element som sträcker sig ut ur den hydrauliska impulsenheten är svåra att få helt täta mot läckage.

Det huvudsakliga ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en teknik för bestämning av det installerade momentet i ett förband pä ett sådant sätt att ovan diskuterade problemen undviks. k519 292 Det moment som påföres förbandet under varje impuls består av två delar, nämligen det kontinuerligt verkande drivmomentet som avges av motorn och det dynamiska momentet som genereras under nedbromsningen av den roterande massan hos verktyget, till exempel pulsenhetens svänghjulsdrivdel.

Det dynamiska momentet som genereras vid retardation av verktygets roterande massa är den dominerande delen av överförda momentet.

Det avgivna momentet kan uttryckas med följande formel: M (t) = CJ ' Q" (t) + Mm(t) ; där M (t) är det avgivna momentet som funktion av tiden, CJ är en konstant som inkluderar det totala masströghetsmomentet hos svänghjulsdrivdelen och de roterande delar hos verktyget som bildar en styv enhet med svänghjulsdrivdelen, Q" (t) är retardationen hos de roterande delarna som funktion av tiden, Mm (t) är motorns avgivna moment som funktion av tiden.

Eftersom motorns avgivna moment är relativt lågt och inte har någon reell inverkan på det installerade momentet är det dynamiska momentet den mest betydelsefulla faktorn. Det dynamiska momentet är alltså beroende av retardationsnivån och det totala masströghetsmomentet hos svänghjulsdrivdelen och de roterande delar som bildar en styv enhet med svänghjulsdrivdelen. Det totala masströghetsmomentet bildas vanligen av masströghetsmomentet hos svänghjulsdrivdelen och masströghetsmomentet hos motorns rotor, förutsatt att motorns rotor är styvt förbunden med svänghjulsdrivdelen.

Storleken av det totala masströghetsmomentet beror av det aktuella verktygets utformning. Retardationen uttrycks som en funktion av tiden Q" (t) och bestäms under varje impulsgenereringsfas. Ju högre retardationsnivå desto högre dynamiskt moment. 519 292 En föredragen utföringsform av den momentavgivande anordningen enligt uppfinningen beskrivs nedan under hänvisning till bifogade ritning.

Ritningsförteckning: Fig. 1 visar en delvis skuren sidovy av ett momentimpulsverktyg enligt uppfinningen.

Fig. 2 illustrerar schematiskt ett längdsnitt genom ett impulsverktyg enligt uppfinningen.

Fig. 3a visar en perspektivvy över ett ringelement som bildar del av den rotationsavkännande anordningen i verktyget Fig. 1.

Fig. 3b visar en perspektivvy över en avkänningsenhet som bildar del av den rotationsavkännande anordningen.

Det momentavgivande impulsverktyget som illustreras schematiskt i Fig. 1 innefattar ett hus 10 med ett handtag 11, en pådragsventil 12, en anslutning 13 för trycklufttillförsel och ett utlopp 14 för avloppsluft.

Verktyget innefattar vidare en pneumatisk lamellmotor 20 med en rotor 21 och en stationär cylinder 22, en momentimpulsgenererande pulsenhet 23 med en utgående axel 24 för anslutning till ett skruvförband 25 via en mutterhylsa 26.

Pulsenheten 23 består av en cylindrisk svänghjulsdrivdel 27 som är fast förbunden med motorns rotor 21 och som innehåller en hydraulvätskekammare 29. Kammaren 29 definieras delvis av en främre ändvågg 30 och innehåller en impulsgenererande mekanism vilken är anordnad att intermittent överföra motorns 20 avgivna moment till den utgående axeln 24. För detta ändamål är den utgående axeln 24 utformad med ett bakre ändparti 34 som sträcker sig in i hydraulvätskekammaren 29 för mottagande av momentimpulser från den impulsgenererande mekanismen. Den senare innefattar två motstående kolvar 31a, 31b vilka drivs fram »519 292 och åter av två aktiveringskulor 32a, 32b anordnade i en tvärgående borrning 33 i den utgående axeln 24. Kulorna 32a, 32b påverkas av kamprofiler på den inre cylindriska ytan hos svänghjulsdrivdelen 27. Kolvarna 3la, 3lb innesluter mellan sig i borrningen 33 en högtryckskammare för generering av momentimpulser.

Denna typ av pulsenhet finns tidigare beskriven i exempelvis US 5,092,4l0 och beskrivs inte i ytterligare detalj eftersom den i sig inte utgör någon del av uppfinningen.

För att känna av rotationsrörelse och för att kunna beräkna retardationsnivån hos det momentavgivande verktygets roterande delar är svänghjulsdrivdelen 27 försedd med ett ringelement 35 bestående av ett plastmaterial som magnetiserats i ett stort antal parallella band 36 representerande magnetpoler fördelade på inbördes lika avstånd längs hela ringelementets 35 periferi. Se Fig. 3a.

Såsom illustreras i Fig. 2 är ringelementet 35 fastsatt på svänghjulsdrivdelen 27 medelst två skruvar 37 och bildar tillsammans med svänghjulsdrivdelen 27 en stel enhet, vilket innebär att masströghetsmomentet hos ringelementet 35 bidrar till det totala masströghetsmomentet hos verktygets roterande delar.

Vinkelgivaren innefattar vidare en stationär avkänningsenhet 38 som är placerad på ett kretskort 39 och som är anordnat att känna av rotationen hos svänghjulsdrivdelen 27 som en rörelse av ringelementets 35 magnetiska band 36 förbi avkänningsenheten 38. Kretskortet 39 är fastsatt i verktygshuset 10 vilket också innehåller kraftförsörjningsorgan anslutna till motorn 20.

Avkänningsenheten 38 är anordnad att avge signaler i beroende av antalet passerande magnetiska band 36, och en styrenhet 40 som är ansluten till avkänningsenheten 38 och som innehåller beräkningsorgan är anordnad att bestämma 519 292m retardationsnivån hos de roterande delarna med hjälp dels av de mottagna signalerna från avkänningsenheten 38 och dels av en verktygsrelaterad konstant som motsvarar det totala installerade masströghetsmomentet.

Avkänningsenheten 38 innefattar ett antal långsträckta avkänningsslingor 42 anordnade parallellt och på ett inbördes avstånd som skiljer sig från det inbördes avståndet mellan de magnetiserade banden 36 på ringelementet 35, varigenom uppnås fasförskjutna signaler från avkänningsenheten 38. Genom en sådan fasförskjutning är det möjligt att bestämma rotationsriktningen hos svänghjulsdrivdelen 27.

Den ovan beskrivna vinkelgivaren bildar i sig själv inte någon del av uppfinningen utan har valts ut från ett antal mer eller mindre lämpliga anordningar för detta ändamål.

Den beskrivna vinkelgivaren är emellertid lämplig för denna tillämpning eftersom den har en robust utformning och ger en mycket bra vinkelupplösning. Den är kommersiellt tillgänglig som en Serie EK 622 Encoder Kit från det USA- baserade företaget Admotec (Advanced Motion Technologies).

I drift är den utgående axeln 24 ansluten till ett skruvförband 25 via mutterhylsan 26, och motorn 20 förses med tryckluft för att avge ett drivmoment till pulsenheten 23. Så länge vridmotståndet i skruvförbandet 25 är lägre än en viss förutbestämd nivå överför pulsenheten 23 motorns kontinuerligt avgivna moment direkt till den utgående axeln 24, utan att generera några impulser. När skruvförbandet 25 år korrekt nedgängat och vridmotståndet stigit över den förutbestämda nivån börjar pulsenheten 23 att omforma motorns kontinuerliga moment till pulser. Detta innebär att svänghjulsdrivdelen 27 inför varje impuls accelereras över nästan ett helt rotationsvarv för att avge den kinetiska energi som uppnåtts under denna accelerationsfas till den utgående axeln 24 via impulsmekanismen 23. Det moment som 519 292 avges i form av denna kinetiska energi är mängdubbelt högre än det kontinuerligt avgivna motormomentet och kommer att åstadkomma en stegvis ätdragning av skruvförbandet 25.

Den kinetiska energi som avges till skruvförbandet 25 är en produkt av retardationsnivån och totala masströghetsmomentet hos verktygets roterande delar, dvs. svänghjulsdrivdelen 27, motorns rotor 21 och ringelementet 35. Detta totala masströghetsmoment är en konstant för den aktuella verktygskonstruktionen och kan fastställas en gång för alla, under det att retardationsnivån varierar med det till förbandet avgivna momentets storlek. Genom att avkänna rörelsen hos de roterande delarna medelst det magnetiserade ringelementet 35 och avkänningsenheten 38 kan rotationshastigheten liksom retardationsnivån hos de roterande delarna beräknas, och genom att använda den sålunda beräknade retardationsnivän och det totala masströghetsmomentet hos verktygets roterande delar kan det till skruvförbandet 25 överförda momentet i varje impuls fastställas.

Claims (6)

519 2292'

1. Metod för bestämning av den till ett skruvförband (25) överförda momentnivàn vid var och en av en serie momentimpulser levererade av ett momentimpulsverktyg som innefattar en momentavgivande motor (20) med en rotor (21), en utgående axel (24) för anslutning till ett skruvförband, samt en pulsenhet (23) anordnad att intermittent sammankoppla motorn (20) med den utgående axeln (24), varvid pulsenheten (23) innefattar en svänghjulsdrivdel (27) ansluten till motorn (21), k ä n n e t e c k n a d av I) bestämning av retardationsnivån hos nämnda svänghjulsdrivdel (27) under varje impulsgenererande fas, II) beräkning av storleken hos det dynamiska momentet som pàförts förbandet (25) av nämnda svänghjulsdrivdel (27) under varje pulsgenereringsfas som en funktion av nämnda bestämda retardationsnivà och det totala masströghetsmomentet hos de roterande delar hos impulsverktyget som bildar en styv enhet med nämnda svänghjulsdrivdel (27), III) beräkning av storleken hos det i skruvförbandet (25) installerade momentet som summan av motorns (20) levererade moment och det dynamiska momentet genererat av den totala masströghetsmomentet av svänghjulsdrivdelen (27) och de roterande delar av pulsverktyget som tillsammans med svänghjulsdrivdelen (27) bildar en styv enhet.

2. Metod enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a d av retardationsnivän bestäms genom avkänning av vinkelförskjutningen per tidsenhet hos svänghjulsdrivdelen (27), och genom beräkning av variationen hos den momentana vinkelhastigheten per tidsenhet hos svänghjulsdrivdelen (27). 519 292 k

3. Metod för bestämning av den till ett skruvförband överförda momentnivån vid var och en av en serie momentimpulser pàförda förbandet (25) levererade av ett momentimpulsverktyg som innefattar en momentavgivande rotationsmotor (20) med en rotor (21), en utgående axel (24) för anslutning till ett skruvförband (25), samt en pulsenhet (23) anordnad att intermittent sammankoppla motorn (20) med den utgående axeln (24), varvid pulsenheten (23) innefattar en svänghjulsdrivdel (27) ansluten till motorn (20), k ä n n e t e c k n a d av I) avkänning av vinkelförskjutningen hos svänghjulsdrivdelen (27) under varje pulsgenereringsfas, II) bestämning av den momentana vinkelhastigheten hos svänghjulsdrivdelen (27) under varje pulsgenereringsfas, III) bestämning av retardationsnivàn hos svänghjulsdrivdelen (27) under varje pulsgenereringsfas, IV) beräkning av storleken av det dynamiska momentet levererat till förbandet av svänghjulsdrivdelen (27) under varje pulsgenereringsfas som funktion av den bestämda retardationsnivän och det totala masströghetsmomentet hos svänghjulsdrivdelen (27) och de roterande delar hos impulsverktyget som bildar en styv enhet med svänghjulsdrivdelen (27), samt V) beräkning av storleken av det till förbandet (25) överförda momentet som summan av motorns (20) levererade moment och det dynamiska moment genererat av det totala masströghetsmomentet hos svänghjulsdrivdelen (27) och de roterande delar av impulsverktyget som bildar en styv enhet med svänghjulsdrivdelen (27).

4. Momentimpulsavgivande verktyg för âtdragning av skruvförband, innefattande ett hus (10), en momentavgivande motor (20) med en rotor (21), en utgående axel (24) för anslutning till ett skruvförband (25), en pulsenhet (23) för intermittent koppling av motorns rotor (21) till den utgående axeln (24), varvid pulsenheten (23) innefattar en 519 292 10 svänghjulsdrivdel (27) som är fast förbunden med motorns rotor (21), samt en styrenhet (40) uppvisande datalagrings- och dataprocessningskapacitet, k ä n n e t e c k n a t av att en rotationsavkännande anordning (35,38) är anordnad mellan svänghjulsdrivdelen (27) och huset (10) och ansluten till styrenheten (40) för leverans av signaler till styrenheten (40) i motsvarighet till vinkelförskjutningen av svänghjulsdrivdelen (27) under varje impulsgenereringsfas, varvid styrenheten (40) är anordnad att beräkna: I) retardationsnivån hos svänghjulsdrivdelen (27) under varje impulsgenereringsfas, II) det dynamiska momentet som överförs till förbandet (25) vid varje avgiven impuls som funktion av den beräknade retardationsnivån och det totala masströghetsmomentet hos motorns rotor (21) och svänghjulsdrivdelen (27), samt III) det till förbandet (25) överförda momentet utgörande summan av det av motorn (20) levererade momentet och det dynamiska momentet genererat av svänghjulsdrivdelen (27) och motorns rotor (21) vid den beräknade retardationsnivån.

5. Verktyg enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att den rotationsavkännande anordningen (35,38) innefattar ett ringelement (35) sekvensmagnetiserat för att uppvisa ett antal magnetpoler (36) fördelade med ett konstant inbördes avstånd längs ring elementets periferi, varvid ringelementet (35) är fast monterat på svänghjulsdrivdelen (27) med en koaxiell placering, samt en avkänningsenhet (38) fast monterad i huset (10) och anordnad att avge signaler i motsvarighet till passerande av nämnda magnetpoler (36) indikerande ringelementets (35) och svänghjulsdrivdelens (27) vinkelförskjutning.

6. Verktyg enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a t av att styrenheten (40) är placerad inuti huset (10).