DE3128558A1

DE3128558A1 - Verfahren zum erfassen des drehmoments und des drehwinkels bei schlagschraubern

Info

Publication number: DE3128558A1
Application number: DE19813128558
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. Dr. 7312 Kirchheim Mayer
Original assignee: Dr Staiger Mohilo and Co GmbH
Current assignee: Dr Staiger Mohilo and Co GmbH
Priority date: 1981-07-18
Filing date: 1981-07-18
Publication date: 1983-03-03

Description

Verfahren zum Erfassen des Drehmoments
und des Drehwinkels bei Schlagschraubern Zum Erfassen des Drehmoments bei Schlagschraubern ist es bekannt 9 den Drehwinkel des Schraubers mit Hilfe einer zwischen Schrauber und werkzeug oder im werkzeug selbst eingebauten progressiven Feder zu messen, deren Verdrehwinkel über ein Meßorgan abgefragt wird Beim Erreichen eines vorgegebenen 1)renwinkels, dem ein bestimmtes Grenzdrehmoment entspricht 9 erfolgt dann das Abschalten des Schraubers.
Ist die Schraube soweit angezogen, daß sie anliegt, so steigt das Drehmoment zunächst und solange sehr stark an, bis die Raftreibung übermunden ist Danach fällt das Drehmoment wieder ab Diese erste Drehmomentüberhöhung darf nicht in die Messung eingehen, weil sie meist eine genaue Erfassung des tatsächlichen Drehmoments in Abhängigkeit vom Drehwinkel verhindert.
Bei Schlagschraubern werden vom Werkzeug während des Schraubvorgangs regelmäßig Schlagimpulse mit etwa gleichem Impulsinhalt oder angenähert gleicher Energie abgegeben. Dabei vermindert sich der å jeweils durch einen Impuls erreichte Drehwinkel mit wachsendem Moment. Das heißt, zu Beginn des Schraubvorgangs bewirkt ein Impuls einen relativ großen Drehwinkel, mit fortschreitendem Schraubvorgang und zunehmendem Drehmoment wird hingegen der impulsbewirkte Drehwinkel immer kleiner.
Der vorliegenden erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Zugrundelegung des aufgezeigten Zusammenhangs zwischen Impuls, Drehwinkel und Drehmoment ein gegenüber der mit der Unzuläng- - lichkeit der notwendigen Berücksichtung der ersten Drehmomentüberhöhung behafteten bekannten Methode zur Drehmoment-und Drehwinkelmessung verbessertes Verfahren zu finden, das.eine genauere Erfassung dieser Größen ermöglicht.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Jeweilige, sich mit zunehmendem Drehmoment verringernde Dauer der Schlagimpulse fortlaufend gemessen und mit einer vorgegebenen, dem gewünschten Enddrehmoment zugeordneten Mindestimpulsdauer verglichen wird, und daß der Schlagschrauber beim Erreichen einer der Mindestimpulsdauer entsprechenden oder diese unterschreitenden Schlagimpulsdauer abgeschaltet wird.
Eine Drehmomenthstimmung über die iSessung.der jeweiligen Impulszeit bietet im Vergleich zu einer unmittelbaren Drehmomentmessung den Vorteil größerer Genauigkeit und einer Drehwinkelbestimaung nach der Zeit, da der Schrauber normalerweise mit einer bestimmten Drehzahl läuft und somit ein proportionaler Zusammenhang zwischen Zeit und Drehwinkel besteht.
Da der Impuls eines Schlagschraubers gewissen Schwankungen unliegt, hat es sich als vorteihaft erwiesen, die für das Abschalten des Schraubers maßgebliche Schlagimpulsdauer aus mehreren Schlägern auszumitteln.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung werden jeweils beginnend mit dem Unterschreiten einer vorgegebenen Impulsdauer Tmax und damit bei Uberschreitung eines vorgegebenen Anlegemoments alle Zeitabschnitte der Schlagimpulse in einem Zwischenspeicher addiert und die Summe der gespeicherten Impulszeitabschnitte als Maß für den von der Schraube während des Schraubvorgangs zurückgelegten Drehwinkel benutzt.
Dabei empfiehlt es sich aus Genauigkeitsgründen, den durch die Summe der gespeicherten Impulszeitabschnitte definierten Drehwinkel um die Summe derjenigen Teilwinkel der einzelnen Schlagimpulse zu sermindern9 die durch den für die Uberwindung der Haftreibung und der Federvorspannung jeweils erforderlichen Impulszeitabschnitt festgelegt sind.
Das Verfahren nach der Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert Es zeigen: Fig. 1 einen Schlagschrauber mit einer diesem zugeordneten Abfrageeinheit in schematischer Darstellung 9 Fig 2 das Blockschaltbild einer beispielsweisen Schalt anordnung zum Erfassen und Auswerten der Schlagimpulse, Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der sich mit fortschreitender Zeit und wachsendem Moment verringernden Impulsdauer.
Der Schlagschrauber nach Bigo1 besteht aus einem Antriebsmotor 1, an dessen Welle 2 Schlaggewichte 3,4 angekoppelt sind, die auf eine gemeinsame Abtriebswelle 5 wirken, in welche eine stark progressive Feder 6 eingebaut ist. Der untere Abschnitt der Welle 5 trägt das Schraubwerkzeug 7, das an der Schraube 8 angreift Der Verdrehwinkel der Feder 6 wird über eine Abfrageeinheit 9 abgefragt, die beispielsweise einen feststehenden Magnetschalter 10 mit rotierendem Gegenstück enthält. Der bontaktlose Schalter kann auch als elektrischer oder elektronischer Schalter ausgeführt sein. Der Schalter kann insbesondere in seiner Lage verändert werden, um verschiedene Schaltschwellmomente einstellen zu können.
Der zur Überwachung des Schraubvorgangs dienende, im Schrauber untergebrachte Schalter 10 schließt jeweils dann, wenn während eines Schlagimpulses ein Schwellmoment (siehe Fig.3 ) überschritten wird. Auf diese Weise wird die Dauer t1...9 der einzelnen Schlagimpulse erfaßt.
Wie aus Fig.2 zu ersehen ist, wird die Dauer der einzelnen Schlagimpulse gemessen, indem die Zahl der Impulse, die ein Taktgenerator 13 über ein Tor 15 auf einen Binzelzähler 18 während der Impulszeit abgeben kann, am Ende des Schlagimpulses in ein Register 20 übernommen wird.
Zu Beginn des Schraubvorgangs ist die Dauer der Schlagimpulse, wie Fig.3 zeigt, groß und demnach der Zählerstand im Register 20 hoch. Wird der im Sollwertgeber 22 vorgegebene Sollwert TmaX der Impulsdauer unterschritten, dann gibt ein Komparator 21 für das Anlegemoment ein weiteres Tor 23:für einen Summenzähler 24 frei, der nun die Impulse zählt und daraus den seit dem Anlegen zurückgelegten Drehwinkel der Schraube bestimmt, indem er die Dauer vieler aufeinanderfolgender Impulse addiert. Erreicht der zurückgelegte Winkel den durch den Sollwertgeber 26 vorgegebenen Winkelsollwert, so gibt der Komparator 25 den Befehl zum Abschalten des Schraubers.
Gleichzeitig wird laufend von jedem Einzelimpuls-das Register 20 mit dem im Sollwertgeber 27 vorgegebenen Sollwert Tmin verglichen, und der Komparator 28 für das Maximalmoment gibt den Abschaltbefehl, wenn die Impulsdauer die vorgegebene Mindestzeit unterschreitet und damit anzeigt, daß das Maximalmoment erreicht ist.
Um die Abschaltgenauigkeit des Schlagschraubers zu erhöhen, wird bei der Auswertung die Dauer des jeweiligen-Impulses um einen peilwinkel T (siehe Fig.3) für die Überwindung der Haftreibung und der Federwirkung der Kraftübertragung vermindert.
Diese Verminderung kann durch eine Totzeit (Totzeitglied 29) berücksichtigt werden, die jeden Impuls über ein Gatter 30 verkürzt, ehe er zur Auswertung gelangt.
Durch Überwachung des Maximal-und/oder Minimalwerts des Drehwinkels kann dieser Winkel auch zur Kontrolle der Schraubverbindung herangezogen werden.
Die Schaltanordnung gemäß Fig. 2, die beim Erreichen von vorgegebenen Grenzwerten Abschaltbefehle ausführt, kann ohne weiters auch durch weitere Komparatoren ergänzt werden, welche die erreichten Werte mit einem vorgegebenen Geringst-und Größtwert vergleichen, wodurch jeweils eine selbsttätige Beurteilung der Qualität der gesamten Schraubverbindung verwirklicht ist.
Die Punktion der Schaltanordnung nach Fig. 2 einschließlich ergänzender Schaltungsmaßnahmen beispielsweise zur Qualitätsbeurteilung kann vorteilhaft auch mit Mikroprozessoren realisiert werden, die auch die für das Ausmitteln der für das Abschalten maßgeblichen Schlagimpulsdauer aus mehreren Schlägen erforderlichen Rechenoperationen ausführen können.
Die Übernahme des Zählerstandes im Zähler 18 erfolgt zweckmässigerweise über zwei Zeitglieder 31 und 32, von denen das eine, 31s den Impuls für den Zwischenspeicherbefehl bildet und das andere, 32, anschließend den Einzelzähler löscht. Zur Bildung des Abschaltbefehls dient ein ODER-Glied 33.
Leerseite

Claims

P a t e n t a n 5 p r uc h e 1. Verfahren zum Erfassen des Drehmoments und des Drehwinkels bei Schlagsehraubern mit Hilfe einer Meßanordnung, die ein zwischen Schrauber und werkzeug oder im Werkzeug selbst eingebautes progressives Federelement und eine Abfrage und Auswerteeinheit enthält, dadurch gekennzeichnet9 daß die jeweiliges sich mit zunehmendem Drehmoment verringernde Dauer der Schlagimpulse fortlaufend gemessen und mit einer vorgegebenen, dem gewünschten Enddrehmoment zugeordneten Mindestimpulsdauer verglichen wird, und daß der Schlagschrauber beim Erreichen einer dieser Mindestimpulsdauer entsprechenden Schlagimpulsdauer abgeschaltet wird 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Abschalten des Schlagschraubers maßgebliche Schlagimpulsdauer aus mehreren Schlägen ausgemittelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beginnend mit dem Unterschreiten einer vorgegebenen maximalen Impulsdauer Tmax und damit bei Überschreitung eines vorgegebenen Amlegemoments alle Zeitabschnitte der Schlagimpulse in einem Zwischenspeicher addiert werden und die Summe der gespeicherten Impulszeitabschnitte als Maß für den von der Schraube während des Schraubvorgangs zurückgelegten Drehwinkel dient 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Sunde der gespeicherten Iinpulszeitabschnitte definierte Drehwinkel um die Summe derjenigen Teilwinkel der einzelnen Schlagimpulse vermindert wird, aie durch den für die Überwindung der Haftreibun; und der ?edervorspannung åeweils erforderlichen Impülszeitabschnitt festgelegt sind.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel zur Kontrolle der Schraubverbindung herangezogen wird und sein Größt-und/oder Kleinstwert überwacht wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Erreichen eines vorgegebenen Drehwinkels als Abschaltkriterium für den Schlagschrauber dient und das ermittelte Drehmoment in seinem Größt-und/oder Kleinstwert überwacht wird, um die Qualität der gesamten Schraubverbindung zu beurteilen.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Schaltfunktionen Hikroprozessoren verwendet werden.