WO 00/45997 PCTtEPOO/00820
"Intelligente Nuß"
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Schraubersystem, wie es im Anspruch 1 beschrieben ist.
Elektro-Handschrauber sind neben Drehmomentschlüsseln als handbetätigbare Verschraubungswerkzeuge weit verbreitet. Solche Handschrauber werden typischerweise mit einer Vielzahl von sogenannten Schraubernüssen eingesetzt, die passend zu verschiedenen Schrauben und insbesonderen verschiedenen Schraubenköpfen ausgelegt sind. Unterschiedliche Schraubengrößen erfordern zumeist unterschiedliche Drehmoment/Drehwinkelsteuerkurven, d.h. insbesonde- re unterschiedliche Festzieh-Drehmomente. Herkömmlicherweise müssen solche unterschiedliche Daten bei jedem Schraubernußwechsel an die Schraubersteuerung weitergegeben werden. Hierzu kommen im Stand der Technik insbesondere sogenannte Schraubernußwechselkästen zum Einsatz, die als Ablagen für die benötigten Schraubernüsse dienen und ein Signal an die Schraubersteuerung weitergeben, wenn eine bestimmte Schraubernuß entnommen wird. Bauartbedingt können solche Schraubernußwechselkästen vom Benutzer nicht zu dem zu bearbeitenden Werkstück mitgenommen werden und ermöglichen zudem keine gleichzeitige Entnahme mehrerer Schraubernüsse. Dies führt zu einem nachteilig erhöhten Arbeitsaufwand für den Bearbeiter, da für einen Wechsel der Schrau- bernüsse zusätzliche Wege zu dem Schraubernußwechselkästen anfallen. Ferner sind solche Schraubernußwechselkästen anfällig gegenüber Verwechslungen der Schraubernüsse bei deren Ablage in dem Schraubernußwechselkästen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Schraubersystem insbesondere für Elektro- Handschrauber anzugeben, das eine benutzerfreundlliche, zeitsparende und fehlersichere Verwendung einer Vielzahl von Schraubernüssen mit einem Schrauber ermöglicht.
P TtEP /0
2
Diese Aufgabe wird durch ein Schraubersystem mit dem in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Schraubersystem einen Schrauber, zumindest eine Schraubernuß und ein Übertragungsmittel, wobei die Schraubernuß eine Kodiereinrichtung zum Kodieren von Daten, eine Datenübertragungseinrichtung zum Lesen der Daten aus der Kodiereinrichtung und vorzugsweise zusätzlich zum Schreiben der Daten in die Kodiereinrichtung umfaßt, die durch das Übertra- gungsmittel übertragbar sind. Wenn folglich eine Schraubernuß betriebsmäßig an den Schrauber angebracht wird, kann eine eindeutige Identifizierung der Schraubernuß aufgrund der in der Kodiereinrichtung kodierten Daten mittels der Datenübertragungseinrichtung erfolgen. Aufgrund dieser Daten kann eine vorbestimmte oder zu bestimmende Drehmoment/Drehwinkelsteuerkurve bzw. ein Festzieh- Drehmoment an eine entsprechende Schraubersteuerung weitergegeben werden.
Auf Schraubernußwechselkästen kann somit in vielen Fällen vollständig verzichtet werden. Die Gefahr, daß ein vorbestimmter Schraubvorgang mit einer der S c h r a u b e r n u ß b z w . S c h r a u b e n i c h t e n ts p r e c h e n d e n D r e h m o ment/Drehwinkelsteuerkurve durchgeführt wird, wird so erfindungsgemäß auf ein Minimum reduziert bzw. vollständig ausgeschlossen. Vorzugsweise umfaßt das erfindungsgemäße Schraubersystem eine Datenübertragungseinrichtung und eine Kodiereinrichtung derart, daß einerseits Daten von der Datenübertragungseinrichtung des Schraubers über das Übertragungsmittel in die Kodiereinrichtung zur dortigen Kodierung übertragbar sind und andererseits bereits in der Kodierein- richtung kodierte Daten über das Übertragungsmittel von der Datenübertragungseinrichtung auslesbar bzw. empfangbar sind. Dies ermöglicht es in einfacherer Weise, in der Kodiereinrichtung kodierte Daten, beispielsweise ein neues Festzieh-Drehmoment, für eine Schraubernuß zu ändern oder neu einzugeben. Auch ist es hiermit möglich, Daten des letzten Schraubvorganges in der Kodier- einrichtung der Schraubernuß abzulegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Daten schrauberspezifische Daten, die insbesondere die Schraubernußgröße beinhalten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Kodiereinrichtung mechanische Kodiermittel und das Übertragungsmittel ist für eine mechanische Datenübertragung der Daten ausgelegt. Als mechanische Kodiermittel können hierbei insbesondere Kodiernocken vorgesehen sein, die gemäß den zu kodierenden Daten an bzw. in der Schraubernuß vorgesehen sind. Wird diese Schraubernuß betriebsmäßig an den Schrauber angebracht, so können diese Kodiernocken von der Datenübertragungseinrichtung erfaßt und gelesen werden, die ihrerseits mit entsprechenden Nockenfühlern bereitgestellt ist. Die Übertragung der Daten erfolgt somit auf mechanische Weise.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Kodiereinrichtung magnetische Kodiermittel und das Übertragungsmittel ist für eine magnetische und/oder elektromagnetische Übertragung ausgelegt. Hierbei kann die Kodierung der Schraubernüsse durch geeignet große und geeignet angeord- nete Stabmagnete erfolgen, die mit einer als Datenübertragungseinrichtung ausgelegtem Readschalter eindeutig identifiziert werden können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Kodiereinrichtung elektrische bzw. elektronische Kodiermittel und das Über- tragungsmittel ist für eine elektrische und/oder elektromagnetische Datenübertragung ausgelegt. Das Übertragungsmittel für die elektrische Datenübertragung kann hierbei zumindest ein schrauberseitiges Datenübertragungskabel umfassen, dessen erstes Ende mit der Datenübertragungseinrichtung und dessen zweites Ende mit einem Verbindungskontakt bzw. -Stecker verbunden ist. Schraubernuß- seitig ist entsprechend zumindest ein zugeordnetes schraubernußseitiges Datenübertragungskabel vorgesehen, dessen erstes Ende mit der Kodiereinrichtung und dessen zweites Ende mit einem Verbindungskontakt bzw. -buchse verbunden ist. Hierbei ist das Übertragungsmittel derart ausgelegt, daß bei einem betriebsmäßigen Anordnen der Schraubernuß mit dem Schrauber die Kodierein- richtung elektrisch leitfähig mit der Datenübertragungseinrichtung verbunden wird.
Besonders bevorzugt ist eine Auslegung des Übertragungsmittels als elektro-
magnetische Datenübertragung, die vorteilhafterweise kontaktfrei (ohne elektrisch leitfähige Verbindung) erfolgen kann. Dies ermöglicht eine besonders geringe Fehlerübertragungswahrscheinlichkeit und damit eine hohe Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Schraubersystems.
Bevorzugt umfaßt das elektrische bzw. elektronische Kodiermittel zumindest einen elektrischen Widerstand und die Datenübertragungseinrichtung ist zu einer Bestimmung der Größe bzw. der Größen des zumindest einen elektrischen Widerstands ausgelegt. Werden unterschiedlichen Schraubernüssen somit unterschiedliche elektrische Widerstände zugeordnet, so ist eine eindeutige
Identifizierung einer Schraubernuß durch die Datenübertragungseinrichtung des Schraubers durch eine einfache elektrische Widerstandsmessung möglich.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das elektrische bzw. elektronische Kodiermittel zumindest einen integrierten elektronischen Schaltkreis (Chip) und das Übertragungsmittel ist für eine berührungsfreie elektromagnetische Datenübertragung ausgelegt. Die Datenübertragung kann somit in der Form eines Transpondersystems erfolgen, das berührungsfreies Lesen und/oder Schreiben der Daten ermöglicht. Insbesondere kann hierbei das elektronische Kodiermittel neben dem integrierten Schaltkreis, der den Datenspeicher für die Daten beispielsweise als EEPROM bildet, eine Sende- und/oder Empfangsantenne, ein Speicherkondensator, und ein Hochfrequenz-Sende- und/oder Empfangsteil umfassen. Die Datenübertragungseinrichtung ist dann als eine Hochfrequenzschreib- und/oder Lesestation ausgelegt, die per eiektro- magnetischer Hochfrequenzübertragung den Inhalt des Datenspeichers lesen bzw. diesen ändern oder neu beschreiben kann.
Weiter bevorzugt kann die elektronische Kodiereinrichtung ein akustisches Oberflächenbauelement umfassen, das zur Kodierung der Daten ausgelegt ist. Beispielsweise kann das akustische Oberflächenbauelement ein piezoelektrischer
Einkristallchip sein, dessen Oberfläche durch planarlithographische Prozeßschritte mit metallischen Leitungen prozessiert wurde. Ein von der Datenübertragungseinrichtung eingestrahlter Hochfrequenzauslesepuls wird hierbei von einer planarlito-
graphischen Eingangsantenne auf dem Einkristallchip über einen ebenfalls planar- litographisch definierten Interdigitalwandler in eine akustische Oberflächenwelle gewandelt, die nachfolgend auf der Oberfläche des Einkristallchips entlang einer vorbestimmten Ausbreitungsrichtung propagiert. In die akustische Laufstrecke eingebrachte Reflektoren, deren Anordnung den kodierten Daten entspricht, reflektieren nachfolgend einen Teil der akustischen Oberflächenwelle zurück zu dem Interdigitalwandler, der die reflektierte akustische Leistung wieder in ein Hochfrequenzsignal wandelt. Dieses Hochfrequenzsignal kann von der Datenübertragungseinrichtung im Schrauber detektiert und ausgewertet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Datenübertragungseinrichtung in der Form eines ringförmigen Kunststoffaußenmantels ausgebildet, der vorzugsweise an einer Seite des Schraubers, die einer betriebsmäßig angebrachten Schraubernuß zugewandt ist, angeordnet ist. Besonders bevorzugt wird hierbei eine zentrierte Anordnung der Datenübertragungseinrichtung auf einer Drehachse des Schraubers. Dies ermöglicht es, mit minimalen konstruktiven Änderungen einen herkömmlichen Schrauber als den Schrauber für das erfindungsgemäße Schraubersystem bereitzustellen. Auch kann auf diese Weise ein herkömmlicher Schrauber mit der erfindungsgemäßen Datenübertragungseinrichtung nach- gerüstet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kodiereinrichtung in Form eines ringförmigen Kunststoffaußenmantels ausgebildet, der vorzugsweise an einer Seite der Schraubernuß, die betriebsmäßig dem Schrauber zugewandt ist, befestigt ist. Dies ermöglicht es, unter minimalem konstruktiven Aufwand bzw. mit minimalen Änderungen eine Kodiereinrichtung für eine Schraubernuß für das erfindungsgemäße Schraubersystem bereitzustellen. Auch kann eine herkömmliche Schraubernuß auf diese Weise mit kleinem Änderungsaufwand mit der Kodiereinrichtung nachgerüstet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kodiereinrichtung in einer Ausnehmung in einer Seite der Schraubernuß angeordnet, die betriebsmäßig dem Schrauber zugewandt ist. Durch eine solche vorteilhafte Anordnung
der Kodiereinrichtung in der Schraubernuß kann ein beschädigender mechanischer Einfluß der Kodiereinrichtung während des Betriebs weitestgehend minimiert werden. Soll eine elektromagnetische Übertragung der Daten von bzw. zu der Kodiereinrichtung erfolgen, ist es erforderlich, bei der Dimensionierung der Vertiefung einen elektromagnetischen Abschirmeffekt durch die typischerweise metallische Schraubernuß zu berücksichtigen. Dies kann insbesondere eine höhere Frequenz der verwendeten elektromagnetischen Wellen zur Übertragung erfordern.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der
Schrauber des Schraubersystems ein Elektro-Handschrauber, der als handgeführtes Verschraubungswerkzeug eingesetzt wird. Die Erfindung kann jedoch ebenfalls für Einbau-Schrauber zur Verwendung kommen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung beispielshaft näher beschrieben. Es zeigen:
Fig . 1 (a) eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Handschraubers; Fig . 1 (b) eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubernuß; und Fig. 1 (c) eine schematische Aufsicht auf die in Fig. 1 (b) dargestellte Aus¬ führungsform der erfindungsgemäßen Schraubernuß von entlang deren Drehachse vom Schrauber aus gesehen.
Fig. 1 (a) zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Handschraubers 1 0. Es handelt sich hierbei um einen Elektro-Handschrauber, der von einem bürstenlosen Gleichstrommotor angetrieben wird. Der Handschrauber 1 0 umfaßt einen Motorlagegeber 1 2, eine Motorversorgung 14, einen Startschalter 1 6, einen Drehwinkelsensor 1 8 und einen Drehmomentsensor 20. Der Schraublei- stungsausgang des Handschraubers 1 0 wird durch einen Antriebsvierkant 22 bereitgestellt, dessen Drehachse senkrecht zu der Längsachse des Schraubers 1 0 angeordnet ist (Winkelschrauber) . Um einen Schraubvorgang durchzuführen,
wird eine in Fig. 1 (b) dargestellte Schraubernuß 24 in Verbindung mit dem Handschrauber 10 verwendet. Das hintere Ende der Schraubernuß 24 ist hierbei mit einer Vierkantausnehmung 26 bereitgestellt, die betriebsmäßig in Eingriff mit dem Antriebsvierkant 22 des Handschraubers 1 0 steht, so daß eine Drehan- triebsleistung des Handschraubers 1 0 auf die Schraubernuß 24 übertragen werden kann.
Der drehbare Antriebsvierkant 22 des Handschraubers 1 0 springt entlang der Schrauberdrehachse von einer Schrauberstirnfläche 28 vor. An die Schrauber- Stirnfläche 28 ist eine Datenübertragungseinrichtung 31 zum Lesen und Schreiben von Daten befestigt. Die Datenübertragungseinrichtung 31 ist hierbei in der Form eines ringförmigen Kunststoffaußenmantels gebildet, in den aktive Daten- übertragungseinrichtungskomponenten entweder eingegossen oder eingebaut werden können. Der ringförmige Kunststoffaußenmantel ist auf der Schrauber- drehachse zentriert und berührungsfrei gegenüber dem Antriebsvierkant 22 angeordnet. Die Betriebsweise der Datenübertragungseinrichtung 31 wird später detailliert beschrieben werden .
An einer dem Schrauber 10 betriebsmäßig zugewandten Stirnseite 32 ist eine Kodiereinrichtung 34 zum Kodieren von Daten an der Stirnfläche 32 der Schraubernuß 24 befestigt. Die Kodiereinrichtung 34 ist in der Form eines ringförmigen Kunststoffaußenmantels ausgebildet, wie in der schematischen Aufsicht in Figur 1 (c) dargestellt ist. Der ringförmige Außenmantel der Kodiereinrichtung 34 hat den gleichen Außendurchmesser wie der entsprechende Kunststoffaußenmantel der Datenübertragungseinrichtung 30. Der Innendurchmesser des Kunststoffaußenmantels der Kodiereinrichtung 34 ist so gewählt, daß die Vierkantausneh¬ mung 26 der Schraubernuß 24 nicht von dem Kunststoffaußenmantel der Kodiereinrichtung 34 verdeckt wird. Die Kodiereinrichtung 34 wird dabei derart auf der Schraubernuß 24 angeordnet, daß die Zentrumsachse der Kodierein- richtung 34 entlang der betriebsmäßigen Drehachse der Schraubernuß 24 verläuft. Die aktiven Komponenten der Kodiereinrichtung 34 können in kompakter Form in einem beliebigen Abschnitt in dem Kunststoffaußenmantel untergebracht sein. Alternativ können sich die aktiven Komponenten der Kodierein-
richtung 34 auch in dem gesamten ringförmigen Kunststoffaußenmantel erstrecken.
Datenübertragungseinrichtung 30 und Kodiereinrichtung 34 bilden zusammen ein Transpondersystem, das mit elektromagnetischen Wellen als Übertragungsmittel zur berührungslosen Datenübertragung, die auch eine benötigte Leistungsübertragung beinhaltet, ausgelegt ist. Die Funktionsweise einer bevorzugten Ausführungsform dieses Transpondersystems soll im folgenden kurz dargestellt werden:
Die Kodiereinrichtung 34 in der Schraubernuß 24 umfaßt eine Sende- und Empfangsantenne, einen Speicherkondensator, ein Hochfrequenz-Sende- und - Empfangsteil, einen Datenspeicher in der Form eines EEPROM und eine Steuerlogik. Diese aktiven Kodiereinrichtungskomponenten sind in einem Glasröhrchen hermetisch von der Umwelt abgeschlossen und in dem ringförmigen Kunststoffaußenmantel eingegossen. Die Datenübertragungseinrichtung 30 des Schraubers 10 umfaßt ebenfalls eine Sende- und Empfangsantenne, eine Kontrolllogik, ein Hochfrequenzteil sowie eine Schnittstelle. Taucht nun eine Kodiereinrichtung 34 in den Wirkbereich der Sende- und Empfangsantenne der Datenübertragungsein- richtung 30, so sendet diese zunächst einen Energieimpuls, der den im Trans- ponder enthaltenen Speicherkondensator (Energiespeicher) aufläd. Ist genügend Energie in dem Speicherkondensator gespeichert, so schaltet die Kontrolllogik einen Hochfrequenzsender ein und überträgt den Inhalt des Datenspeichers (des EEPROMs) an die Datenübertragungseinrichtung 30. Umgekehrt kann die Daten- Übertragungseinrichtung 30 neue Daten in den Datenspeicher der Kodiereinrichtung einschreiben. Besonders vorteilhaft an dieser Transponderausführung ist, daß die Kodiereinrichtung selbst keine eigene Energiequelle benötigt, da die zum Datenaustausch benötigte Energie über das Hochfrequenzfeld von der Datenübertragungseinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Die Kodiereinrichtung hat somit eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß zwischen der Datenübertragungseinrichtung 30 und der Kodiereinrichtung 34 keine Sichtverbindung notwendig ist und insbesondere durch Fremdkörper, die an der Datenübertragungseinrichtung 30 und/oder der Kodierein-
richtung 34 anhaften, nicht in ihrer Zuverlässigkeit beeinflußt wird. Die zu schreibenden und/oder auszulesenden Daten des Datenspeichers der Kodiereinrichtung 34 werden nachfolgend von der Schnittstelle der Datenübertragungseinrichtung 30 an eine nicht dargestellte Datenprozessierungseinheit weitergeleitet, die sowohl im Schrauber als auch in einer externen Steuerungselektronik untergebracht sein kann.
Anmelder: Raimund Wilhelm
"Intelligente Nuß"
Unser Zeichen: W 1 649 - ru / bt
Bezugszeichenliste
10 Handschrauber
1 2 Motolagegeber
14 Motorversorgung
1 6 Startschalter
1 8 Drehwinkelsensor 20 Drehmomentsensor
22 Antriebsvierkant
24 Schraubernuß
26 Vierkantausnehmung
28 Schrauberstirnfläche 30 Datenübertragungseinrichtung
32 Stirnseite
34 Kodiereinrichtung