WO2020025402A1 - Schraubvorrichtung, antriebsdrehmomenterzeugungsmittel, verschraubsystem sowie verfahren zur drehmomentsteuerung - Google Patents

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WO2020025402A1
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screwing
drive
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Thomas Langhorst
Bruno BERGMANN
Achim LÜBBERING
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Johannes Lübbering Gmbh
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    • B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers

Definitions

  • Screwing device drive torque generating means
  • the present invention relates to a screwing device for applying a torque to a screwing partner.
  • the invention also relates to a drive torque generating means for generating a torque.
  • the present invention relates to a screwing system, at least comprising a screwing device and a drive torque generating means.
  • the present invention relates to a method for driving motor control of a screw system.
  • the invention relates to the use of a screw system for performing the method.
  • Screwdriving devices are known from practice, in particular industrial screwdriving technology, which are referred to, for example, as so-called flat drives and in particular for screwing or assembly work in which the screwing partner (for example, a screw to be acted upon with a torque in the context of the present invention). is difficult or difficult to reach due to special spatial installation conditions.
  • Flat drives are generally gear units housed in a flat housing with a drive usually provided at one end and an output provided at the opposite end, to which the screwing partner can then be attached in a suitably detachable manner.
  • the gearbox in the flat output housing often consists of an intermeshing arrangement of gearwheels, thus realizing a torque transmission from the drive to the output, which, for example, realize a 1: 1 ratio between drive and output (which are often provided as gearwheels with corresponding external teeth), however, depending on the field of application, different variations and Modifications of this technology, which is generally known and which is presupposed generically, are possible and known.
  • flat outputs On the output side, flat outputs have an output gear which is supported by at least one adjacent gear and which can be designed in a meshing manner.
  • the output gear is used to transfer the torque to the screw partner.
  • flat drives in which the screwing partner can only be inserted axially into the driven gearwheel, for example, provided with a hexagon socket, and an open type in which the screwing partner also engages with the driven gearwheel radially with respect to the axis of rotation of the driven gearwheel can come.
  • the driven gear In the open design, the driven gear is not designed to be closed, but has a recess on its circumference in order to be able to receive the screwing partner in the radial direction in the hexagon socket.
  • the driven gear intermeshes at least two adjacent gear wheels or support gear wheels at times, so that the output gear wheel is driven by at least one of the two support gear wheels.
  • the driven gear thus passes at least one full support phase, in which it is in engagement with at least two further gear wheels or support gear wheels, and at least one partial support phase, in which it meshes fewer gear wheels or support gear wheels than in the full support phase.
  • the driven gear meshes two support gears in the full support phase and one support gear in the partial support phase.
  • the recess of the driven gear thus faces that support gear which does not mesh with the driven gear.
  • an adjacent gear wheel is usually sufficient for support and torque transmission, so that the driven gear of the closed design runs through a full support phase during a complete rotation of 360 °.
  • the screwing device just described is mostly used in conjunction with a drive torque generating means, which can be designed to generate a torque and to interact with a screwing device.
  • the drive torque generating means can be, for example, a hand-held tool or a rod or rod angle screwdriver.
  • Such drive torque generating means are mostly used in an industrial context and are used in particular in combination with a screwing device to create a satisfactory assembly under special spatial installation conditions in which screwing partners are difficult to reach.
  • the combination of the screwing device and the drive torque generating means can be summarized as a screwing system, wherein the two parts can be combined with one another across manufacturers. For example, manufacturers of screwing devices are known which do not sell drive torque generating means and vice versa.
  • Screwing systems with a drive torque generating means and in particular the drive torque generating means comprise a drive motor and possibly a control or regulating unit for the drive motor.
  • This control unit determines, for example, whether the tool is operated either in torque control or in speed control. In speed control, for example, a speed to be maintained is specified and a switch-off torque established. The control then adjusts the torque output by the drive motor accordingly.
  • speed control for example, a speed to be maintained is specified and a switch-off torque established.
  • the control then adjusts the torque output by the drive motor accordingly.
  • Such a connection however, completely ignores inaccuracies, stiffness and loss of efficiency of a driven screwing device. Although an overall efficiency is known, the influence of the screwing device on the overall efficiency is not.
  • the meshing of the at least one adjacent supporting gearwheel causes a pitch jump, a concentricity error, a toothing error (e.g. damage to tooth flank), lubrication, a surface quality and / or a frictional state between contacting Tooth flanks negatively affect the efficiency of the screwing device and thus also the screwing system. The greater these influences, the more fluctuating the efficiency. Fluctuating in this sense means that an efficiency curve shows significant fluctuations compared to a harmonious efficiency curve.
  • the strong torque variation over one revolution of the driven gear also means that, for a given cut-off torque, the output torque of the motor passes through the cut-off torque and the motor can thus switch off.
  • the switch-off can, however, be caused by the above-mentioned efficiency-impairing influences of the flat output and not, as desired, by a tightened screwing partner. So it can happen that a screw connection is not tightened to a desired torque because the motor switches off prematurely. In the worst case, however, a user will assume that the tightening partner is tightened, which can lead to damage and / or considerable safety risks if the tightening partner loosens suddenly.
  • the non-uniformity in the torque curve means that individual outliers in the torque curve can exceed a defined switch-off limit, which leads to the drive motor being switched off before the desired torque limit of the screw connection is reached.
  • a switch-off limit which leads to the drive motor being switched off before the desired torque limit of the screw connection is reached.
  • the object of the present invention is therefore to propose a screwing device, a drive torque generating means, a screwing system, a method and a use which ensure high-quality screwing, in particular with regard to the type of screwing device. Furthermore, a screw connection should be able to be designed in such a way that it can be tightened up to a defined limit torque.
  • the invention is based on the knowledge that the efficiency-impairing effects mentioned and / or the sluggishness with respect to the full 360 ° rotation of the driven gear occur cyclically. Especially with a flat drive of the open type, considerable influences occur during the partial support phase. It was therefore known in which angular position of the driven gear which efficiency is present and which influences have a worsening effect. In order to ensure a uniform operating behavior and / or to avoid the drive motor being switched off by reaching a defined limit value at an early stage, such as the switch-off torque, manipulation or compensation of a value of the actual output torque output by the drive motor is provided.
  • compensation data are used, which can include a torque curve and / or an efficiency curve, such as are characterized by the full support phase and partial support phase during a full 360 ° rotation of the driven gear and / or its passage.
  • the information relating to the torque behavior or the efficiency of the screwing device can thus be used.
  • a compensation file or the output gear-specific torque curve or more precisely its value can be done, for example, by initially measuring the screwing device on a suitable test stand. With the knowledge of the point in time and / or the angle of rotation of the sluggishness, manipulation of the value of the actual output torque or compensation of a peak possibly exceeding the value of the switch-off torque in the detected actual output torque can now be done respectively. Because it is now known at which point in time and / or when there is a rotation angle that is difficult to move, the torque peak caused by the output gear and / or its share in the torque peak can be calculated from the value of the actual output torque output by the drive motor.
  • the output gearwheel-specific torque curve can include, for example, data or values for a full 360 ° revolution of the output gearwheel or else only for the at least one angular window or a partial support phase.
  • the screwing device can have an open design, for example.
  • the driven gear passes through at least one full support phase in which it meshes at least two further gearwheels and at least one partial support phase in which it meshes fewer gearwheels than in the full support phase during a complete rotation.
  • the screw device can, for example, also have a closed design.
  • the screw device can also be an angle head. An angular head can be arranged between a drive torque generating means and a flat output in order to transmit a torque by means of a force deflection gear.
  • the flat drive means also in the case of an angle head can be designated as gear wheels or bevel gear wheels for transmitting a torque and the output gear wheel can be referred to as the gear wheel which transmits the torque from the angle head, for example to a flat output.
  • the screwing device can be connected in a known manner to suitable various drive torque generating means and at least maintains its own compensation file in order to make it available to the drive torque generating means by means of the data interface.
  • “Charging” in the sense of the invention does not mean the use of basic arithmetic operations directly, but rather computer-aided processing.
  • At least one torque detection means is provided for detecting the value of the actual output torque.
  • the torque detection means of the screw device can be a torque sensor. Since screwing devices are used for screwing in combination with a drive torque generating means and the drive torque generating means usually comprises its own torque detection means, a torque detection means in a screwing device can basically be dispensed with. Such a torque detection means, however, offers the possibility of torque detection in the screwing device itself, so that these data provide precise information about the torque actually present on the driven gear or at least provide a clear indication thereof.
  • the basic idea of the invention can also be implemented in a drive torque generating means.
  • the torque detection means By detecting the torque by means of the torque detection means, the position of the driven gear can be recognized at any time by means of a comparison with the compensation data.
  • compensation according to the invention can be carried out at least in the partial support phase.
  • the torque detection means can be, for example, a torque sensor or else a motor encoder.
  • the drive torque generating means can be connected in a known manner to suitable various screwing devices and can hold compensation data for the connected screwing device.
  • a data interface is not absolutely necessary.
  • a data interface is provided which is used to transmit Compensation data is formed.
  • data can be exchanged between the drive torque generating means and a screwing device connected to it.
  • Screw devices according to the invention can make compensations.
  • a driving torque generating means can be used for various screwing devices.
  • the data can be transferable, for example, wirelessly or by cable.
  • a screw device identification means is provided. Such a means is suitable for unambiguous identification of the screwing device connected to the drive torque generating means. Identification can take place, for example, via manual input to the drive torque generating means or automatically when a screwing device is connected.
  • the screwing device can preferably transmit its own identification to the drive torque generating means by means of the data interface.
  • a specific compensation file can be assigned to each identification, which can be called up and used when identification is recognized.
  • the compensation unit can, for example, have a plurality of output gearwheel-specific torque profiles or
  • the screwing device or the Drive torque generating means an angle determining means is provided for determining a position angle of the driven gear.
  • an angle-determining means By means of such an angle-determining means, the position of the driven gear or its position angle can be precisely detected, for example in a 360 ° system, and thus it can be determined in which phase the driven gear is.
  • the identification of the screwing device and in particular its transmission ratio can also be advantageous.
  • a zero position (0 °) or an angular distance does not have to be specified initially because it can be determined.
  • a screwing system is also proposed, at least comprising a screwing device
  • Flat output means which have an output which can be releasably connected to the screwing partner and a drive which can be acted on manually or mechanically with a drive torque, an output gear which can be driven by the flat output means, a mechanical interface for optionally direct or indirect connection to the torque generating means for introducing the torque,
  • a drive torque generating means which is connected on the drive side to the flat output means, comprising a drive motor, a mechanical interface, designed for optional direct or indirect connection to the screwing device for introducing the torque, a torque detection means for detecting a value of the actual output torque, and a compensation unit for storing and processing compensation data, comprising an output gear-specific torque profile and / or an output gear-specific efficiency profile, for offsetting with the value of the actual one Output torque to generate a value of a compensated output torque.
  • the screw system can be designed as a hand-held screw system and then has such a weight that it can preferably be carried by one operator with one hand. It therefore moves in terms of weight within the framework of legal requirements. However, it can also be designed as a stationary system.
  • this comprises at least one data interface designed for the transmission of compensation data.
  • data can either be between the screwing device and the drive torque generating means or between the screwing system and an external data point.
  • data can either be between the screwing device and the drive torque generating means or between the screwing system and an external data point.
  • this comprises an angle determining means for determining a position angle of the driven gear.
  • a method for driving motor control of a screw system preferably a screw system according to claim 7, is also proposed, comprising at least the following steps:
  • the calculation comprises comparing and / or subtracting and / or adding a compensation file with the value of the actual output torque, preferably exclusively for at least a partial support phase and / or smoothing the value of the actual output torque, preferably only for at least one partial support phase.
  • the torque device-related increase in torque can be manipulated in such a way that it can be represented as not being present.
  • the to the control unit which for example for control and / or Control processes can be formed, the output value of the compensated output torque is processed there and processed in a known manner depending on the operating mode (speed control or torque control).
  • this comprises
  • Compensation unit for generating the value of the compensated output torque.
  • the position angle of the driven gear can be used for more precise compensation.
  • this angle can be used, for example, to identify the rotation phases at which the driven gear is in the full support phase or in the partial support phase.
  • the position angle can be specified in a 360 ° system.
  • a first partial support phase in a first angular window between approximately the 130th position angle and the 170th position angle and a second partial support phase in a first angle window between approximately the 190th position angle and the 230th position angle lie.
  • the angular windows depend on the specific design of the support gearwheels and their arrangement.
  • the drive motor is switched off, and
  • the target speed being dynamically adaptable in such a way that it is selected to be as large as possible until the switch-off torque value is reached.
  • the target speed can ideally be selected so high that the cut-off torque value is just not exceeded. Such an embodiment leads to a fast screwing process.
  • the method according to the invention provides for the screw system to be operated in speed control.
  • Such an operating mode is common in particular in an industrial context and advantageously enables the use of the invention there.
  • the method provides the steps:
  • the driven gear passes several partial support phases during a full rotation of 360 °, several, preferably all, these partial support phases can be combined to form a partial support phase group.
  • the advantage is that only a single compensation has to be carried out per revolution, namely for the area of the partial support phase group that extends from the first partial support phase of the group to the last partial support phase.
  • first partial support phase in a first angular window between approximately the 130th position angle and the 170th position angle and second partial support phase in a first angle window between approximately the 190th position angle and the 230th position angle can be one Partial support phase group, which ranges from the 130th position angle to the 230th position angle. A single compensation would therefore take place for this angular window.
  • FIG. 1 a perspective view of the hand-held screw system according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic plan view (with the housing removed) of the flat output means according to the invention
  • Fig. 4 a protocol of a torque curve of an open
  • Fig. 5 a log of an efficiency curve of the open
  • FIG. 7 a protocol of an efficiency curve of the closed flat output according to FIG. 6
  • 8 a diagram for compensation in a partial support phase of an open flat output
  • Fig. 9 a diagram for the compensation of a partial support phase group of an open flat output.
  • FIG. 1 system and contextual illustration for the present invention, shows in the perspective view a hand-held screwing system with a screwing device 2 for applying a torque to a screwing partner (not shown), having flat drive means 6 accommodated in a housing 4 of an open flat drive 32
  • Flat output means 6 are designed at one end (on the output side) for interacting and for driving a suitable screwing tool designed as a slotted output gear 8.
  • On the drive side i.e. at the end opposite the output of the flat output means 6, these are connected via a mechanical interface 46 via an angle head 10 having a pair of gearwheels or possibly bevel gearwheels to a manually operable drive torque generating means designed as a screwing tool 12.
  • the screwing tool 12 has a drive motor 26 (for example, electrically or pneumatically) and carries its generated output torque into the screwing device 2. Both the screwing device 2 and the screwing tool 12 each have a mechanical interface for either direct or indirect Connection to the other of the two partners of the screw system.
  • such screw devices 2 or flat output means 6 are provided and suitable for transmitting a maximum torque of approximately 250 Nm.
  • Screwing device 2 is designed as an open flat drive and is characterized in that the driven gear 8 has a recess 62 in the form of a slot for the radial reception of a screwing partner in a hexagon socket.
  • the screw device shown in the figures can also be designed as a closed flat output. Both types have identical and initially mentioned efficiency-impairing influences, the effects of which for both types are equally excluded by means of the invention.
  • the open design also has an influence on the efficiency during the partial support phase, the effects of which can also be excluded according to the invention.
  • FIG. 2 now shows, with the housing 4 removed, a plurality of flat output means 6 or gears of the screwing device 2 in plan view and an output gear 8 on the output side.
  • the output torque output by the drive motor 26 is entered into a first intermediate gear 14, a second intermediate gear 16 and a first support gear 18 and a second support gear 20.
  • the two support gears 18 and 20 transmit the torque through their corresponding meshing to the output gear 8.
  • the gears 8, 14, 16, 18 and 20 are axially parallel to each other and line-like along a longitudinal extent of the housing 4 in this arranged rotatably.
  • a tightening direction of rotation 48 of the output gear 8 is indicated by the arrow.
  • the output gear 8 runs through two full support phases and two partial support phases during a full rotation of 360 °.
  • the output gear 8 is in engagement with both support gears 18 and 20.
  • the output gear 8 is only engaged with one of the two support gears 18, 20.
  • a zero position in which the driven gear 8 can be attached to a screwing partner, this means that a first full support phase begins at an angular position of 230 °, an angular position of 0 ° happens and extends up to an angular position of 130 °.
  • the first partial support phase begins at an angular position of 130 ° and extends to one
  • stiffness occurs, which leads to a deteriorated efficiency, as shown in FIG. 5. Stiffness can also occur in the narrow full support phase.
  • the screwing tool 12 comprises a start button 22 for operating the screwing tool 12 by an operator.
  • a power supply and also a control unit 24 are activated by means of the start button 22.
  • the control unit 24 adjusts, inter alia, a torque output by the drive motor 26 by means of signals output to a drive motor 26.
  • the drive motor 26 can comprise, for example, a planetary gear, not shown.
  • the drive motor 26 can in turn transmit its position and / or its angle of rotation to the control unit 24 by means of signals.
  • the drive motor 26 outputs an actual output torque, which is detected as a value by a torque sensor 28, which serves as a torque detection means.
  • the torque sensor 28 transmits the actual output torque or its value, which is detected and output by the drive motor 26, to a compensation unit 30.
  • the compensation unit 30 is designed, among other things, to offset the value of the actual output torque with the output gear-specific torque curve in order to generate a value of a compensated output torque.
  • the stiffness caused by the output gear which is shown as a peak in the value of the output torque actually output, is removed or compensated.
  • the value of the compensated output torque is then transmitted from the compensation unit 30 to the control unit 24.
  • the control unit 24 is for comparing the value of the compensated Output torque formed with a shutdown torque, when reached by the value of the compensated output torque, the drive motor 26 is switched off.
  • Switch-off torque of a screw connection also up to a successful end, i.e. up to a fixed or defined one
  • the control unit 24 also processes the value of the compensated output and torque in the same known manner as a value of an actual output torque in a known control circuit of an engine control.
  • the torque output by the drive motor 26 is output to the screwing device 2 via the mechanical interface.
  • the screwing device 2 comprises the angle head 10 and a flat output 32 comprising the flat output means 6, which also includes the output gear 8.
  • the torque is finally transmitted from the driven gear 8 to the screw partner 50 in order to produce a fixed screw connection.
  • the drive torque generating means or the screwing device 2 can comprise a screwing device identification means 34, which can identify, for example, the type, the flat output means 6, the flat output 32 and / or the transmission ratio can send wired or wireless to the screwing tool 12.
  • a data interface 36 can be used, for example, to transmit compensation data.
  • the screwing device 2 can also include a data interface 36, for example to receive compensation data from the screwing device 2 and / or to receive or send data from an external data source.
  • the screwing device 2 can comprise, for example, an angle determining means 40 for determining a position angle of the driven gear 8. This angular position measured value can be transmitted, for example, by means of one or both of the data interfaces 36 and 38. This is indicated by means of an idealized data path 64 which transmits the angle position measurement value from the angle head 10 and / or the angle determination means 40 to the control unit 24 for further processing.
  • FIG. 6 An illustrative example of a measurement is shown within a system boundary 42.
  • a screwing device 2 is connected in combination with a screwing tool 12 or a drive torque generating means and at least one full rotation of the driven gear 8 is detected, as the show case 52 shows.
  • the focus here is on the transmitted torque and efficiency. For example, preferably more than 50 full revolutions or screwing cycles can be recorded, as the showcase 54 shows.
  • the resulting measurement signal of the torque is shown in FIG. 6.
  • This measurement signal is processed in a manner not further described in display case 56 and digitized if necessary. Thereupon, it is transmitted by means of an interface 58 for data transmission, for example to the compensation unit 30 and stored there.
  • FIG. 4 shows the measurement curve of an open flat output with an output gear 8 combed by two supporting gearwheels 18 and 20, which is recorded within the system boundary 42.
  • the overview of FIGS. 4 and 5 shows the knowledge on which the invention is based. It was found that the tightness of the screw device 2 occurs cyclically. The drive motor 26 tries to compensate for this sluggishness, for example in the case of a speed control, by increasing the output torque that is shown in FIG. 4. This results in the efficiency curve shown in FIG. 5, which drops significantly every 360 °. The drop in efficiency and the stiffness coincide over time, so the conclusion suggests that a change in the value should result in a drive motor 26 not having to react to stiffness with an increased output output torque, which ultimately leads to an improved efficiency.
  • FIG. 6 shows the measurement curve of a closed flat output, which is recorded within the system boundary 42, with an output gear combed by only one support gear.
  • Fig. 7 shows the resulting efficiency curve. Compared to the measurement curves of the open flat output shown in FIG. 5, this measurement curve shows a more steady course. Averaging the efficiency curve shows a sinusoidal wave 60 with cyclical behavior. In this case, the shaft repeats itself every 360 ° with every revolution of the driven gear.
  • FIGS. 8 and 9 Examples of compensation or two possibilities of drive motor controls are shown in FIGS. 8 and 9. Although the following description only refers to the open flat output, the principles mentioned can also be used for the closed flat output.
  • a torque in Newton meters is plotted against a rotation angle in degrees in a schematically simplified manner.
  • the value of a switch-off torque is shown using a rough dashed line.
  • the value of the output torque actually output is shown by means of a medium-fine dashed line.
  • the compensation file is shown by a fine dashed line.
  • the value of the compensated output torque is shown by a solid line.
  • the drive motor 26 tries to compensate for stiffness by outputting an increased output torque - the torque peak shown in FIG. 6.
  • the compensation unit 30, at least for this partial support phase between 130 ° and 170 °, calculates the value of the output torque actually output with the value of the output gear-specific torque. In comparison with the value of the output gear-specific torque, the compensation unit 30 recognizes that a cyclical torque peak occurs in this angular window (130 ° to 170 °) - a clear indication of a torque peak caused by the output gear. The result of this calculation is the schematically represented value of a compensated output torque. This output torque rises regardless of the compensation according to the invention and reaches the cut-off torque at point 44. At this point 44, the control unit 24 causes the drive motor 26 to be switched off. It is assumed that at this point in time a screw connection has been made.
  • FIG. 9 is largely similar to FIG. 8, which is why only the differences will be discussed below.
  • the drive gear 8 has both a first partial support phase between an angle of rotation of 130 ° and 170 ° and a second partial support phase between an angle of rotation of 190 ° and 230 °.
  • the two partial support phases are flanked by a further full support phase, which ranges from an angle of rotation of 230 ° to zero position from 0 ° to an angle of rotation of 130 °.
  • the two torque peaks in the partial support phases can now be compensated for separately for each partial support phase.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine 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, 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.

Description

Schraubvorrichtung, Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel,
Verschraubsystem sowie Verfahren zur Drehmomentsteuerung
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.
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 Flinweis 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. Eine Datenschnittstelle ist nicht zwingend nötig.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Antriebsdrehmomenterzeugungsmittels 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.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Diese sollen auch als kombiniert beanspruchbar gelten.
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 Winkel köpf
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 sinusförmige Welle Ausnehmung Datenpfad

Claims

Patentansprüche
1. 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,
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.
2. 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, und
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.
Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel nach Anspruch 3, umfassend eine Datenschnittstelle (38), ausgebildet zur Übertragung von
Kompensationsdaten .
Schraubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder
Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel nach einem der Ansprüche 3 oder 4, umfassend
ein Schraubvorrichtungsidentifikationsmittel.
Schraubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder
Antriebsdrehmomenterzeugungsmittel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, umfassend
ein Winkelermittlungsmittel (40) zum Ermitteln eines Stellungswinkels des Abtriebszahnrades (8).
7. 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, und
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.
8. Verschraubsystem nach Anspruch 7, umfassend
zumindest eine Datenschnittstelle (36, 38), ausgebildet zur
Übertragung von Kompensationsdaten.
9. Verschraubsystem nach Anspruch 7 oder 8, umfassend ein Winkelermittlungsmittel (40) zum Ermitteln eines Stellungswinkels des Abtriebszahnrades (8).
10. Verfahren zur Antriebsmotorregelung eines Verschraubsystem,
vorzugsweise eines Verschraubsystem nach Anspruch 7, 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.
11. Verfahren nach Anspruch 10, 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.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , 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.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, 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.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, weiterhin umfassend
- Betreiben des Verschraubsystems in Drehzahlregelung.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, 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.
16. Verwendung eines Verschraubsystems nach Anspruch 7 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10.
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