DE4243068C2 - Druckluftschrauber, insbesondere Puls- oder Drehschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluftschrauber mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein gattungsgemäßer Druckluftschrauber ist aus der DE 37 41 185 A1 bekannt. Ein sol­ cher Impuls- oder Drehschrauber wird für vielfältigste Schraubvorgänge eingesetzt. In einem Gehäuse des Schraubers ist ein Druckluftmotor angeordnet, der eine Abtriebs­ welle für ein Schraubwerkzeug antreibt. Der Antriebsmotor wird über eine Druckluftlei­ tung mit Druckluft gespeist, wobei in der Druckluftleitung zum An- und Ausschalten der Druckluftzufuhr ein Ventil angeordnet ist. Um eine entsprechende Veränderung der dem Schrauber zugeführten Druckluftmenge mittels des Ventils zu erzielen, kann diesem eine entsprechende Meß- und Steuerelektronik zugeordnet sein.

Bei Schraubvorgängen ist zu beachten, dass bei eingeschaltetem Schrauber und Ar­ beiten über den gesamten Schraubvorgang mit konstantem Druck beispielsweise eine M10-Schraube die gleicht kinetische Energie für einen Schraubvorgang erhält, wie eine M8-Schraube. Dies ist allerdings unzweckmäßig. In bestimmten Anwendungsfällen kann eine solche gleichbleibende kinetische Energie außerdem dazu führen, dass über das eigentliche Ende des Einschraubens der Schrauber weiter dreht und so zu einer Be­ schädigung der Schraubverbindung führen kann. Beispielsweise bei selbstschneidenden Schrauben ergibt sich am Anfang des Schraubvorganges ein höherer Widerstand, der jedoch nach Durchschrauben eines Blechs nahezu auf Null absinkt, so dass der Schrauber unter voller Energie durchdreht bzw. durchläuft und die Schraube entspre­ chend stark angeschlagen wird, was einen Bruch der Schraube bzw. des Schraubge­ windes zur Folge haben kann.

In der US 5113949 wird eine Schraubvorrichtung mit einem Elektromagnetventil, einem Regulierventil und einem Druckwandler beschrieben. Eine Steuereinrichtung ist mit dem Druckwandler und dem Elektromagnetventil verbunden. Die Steuereinrichtung umfaßt beispielsweise einen Druckänderungsdetektor. Dieser stellt fest, ob ein Anziehimpuls übertragen wurde. Unter Verwendung eines solchen Druckänderungssignals gibt ein Signalausgabebereich ein Schlagsignal aus. Dieses Schlagsignal wird verwendet zur Zählung der Impulse bei der Befestigungstätigkeit, wobei die Zählung über eine entspre­ chende Zähleinrichtung erfolgt. Erreicht die Anzahl der gezählten Signale einen vorbe­ stimmten Wert, wird dies als Beendigung des Anziehens der Mutter oder dergleichen betrachtet und anschließend wird ein Befestigungsendsignal ausgegeben und die Befe­ stigungstätigkeit wird beendet.

US 3033236 betrifft einen Schrauber mit einem Luftzuführungsventilteil, einem Ventil­ steuerteil und einem Strömungsbeschränkungsteil, die alle in einer Reguliereinrichtung untergebracht sind. Allerdings dient die Reguliereinrichtung nur zur Steuerung der Werkzeugbetriebszeit durch das Strömungsbeschränkungsteil in der entsprechenden Leitung. Durch ein solches Beschränkungsteil wird die Tätigkeit des Zuführventils zwi­ schen geöffneter und geschlossener Stellung innerhalb entsprechend enger Zeiträume gesteuert, um eine Drehmomentlastregulierung des Werkzeuges selbst zu ermöglichen.

US 5117919 A offenbart ein Drehmomentsteuersystem mit einer Steuereinrichtung und Drehmomentauswahleinrichtungen. Die Steuereinrichtung überwacht Änderungen in der Drehmomentspezifizierung der herzustellenden Verbindung und justiert automatisch bei Bedarf den Ausschaltpunkt des Druckluftwerkzeugs. Folglich wird eine erwünschte Drehmomentspezifizierung je nach herzustellender Verbindung vorausgewählt und im Moment des Ausschaltens des Druckluftwerkzeugs erfolgt eine Justierung.

US 4375121 offenbart eine Reibungsanzeigeeinrichtung mit bestimmten Befestigungs­ kurven. Eine aktuelle Drehmoment/Umdrehungs-Kurve wird mit vorbestimmten, ent­ sprechenden Kurven verglichen und jegliche Differenz zwischen diesen Kurven wird verwendet, um Reibung in der herzustellenden Verbindung festzustellen und bei Errei­ chen zweier gleicher Drehmomente wird ein Steuersignal zum Anhalten des Festzie­ hens durch die Schraubvorrichtung ausgegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckluftschrauber dahingehend zu verbessern, dass durch einfache Maßnahmen ohne aufwendige Steuerungseinrichtung eine schnelle und einfache Anpassung an unterschiedliche Schraubfälle möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Nach Maßgabe der Erfindung ist das Steuerventil in der Druckluftzufuhr zum Schrauber als Proportio­ nalventil ausgebildet, so dass das Proportionalventil hinsichtlich des Drucks bzw. der Druckluftzufuhr einstellbar ist. Dadurch läßt sich die Druckluftzufuhr zum Schrauber und damit die vom Schrauber abgegebene kinetische Energie an die tatsächlichen Schraub­ verhältnisse leicht anpassen. Mittels der Meß- und Steuerelektronik wird das Ventil Drehmoment abhängig oder nach produktgruppenspezifischen Festwerten gesteuert. Der eigentliche Schraubvorgang beginnt mit einem bestimmten Einschaltdruck und nach Erreichen eines vorgegebenen Drehmomentschwellwertes erfolgt ein Umschalten auf einen höheren Enddruck. Dadurch wird der Schraubvorgang mit unterschiedlichen kine­ tischen Energien durchgeführt. Dies ist insbesondere bei verschiedenen Produktgrup­ pen von Vorteil, etwa dann, wenn ein Magazin mit Schraubnüssen verschiedener Größe einer zentralen Meß- und Steuerelektronik zugeordnet ist, da mit Entnahme einer be­ stimmten Schraubnuß automatisch über die Meß- und Steuerelektronik ein bestimmter Anfangsdruck bzw. Einschaltdruck für das Proportionalventil und nach Erreichen des vorgehenden Schwellwertes des Drehmoments in bestimmter, von der Größe der Schraubnuß abhängige Enddruck über dem verbleibenden Schraubvorgang eingestellt wird.

Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass der Einschaltdruck frei programmiert wird und nach Erreichen eines Schwellwertes für das Drehmoment eine Umschaltung auf einen variablen Druck erfolgt, wobei der Druckzuwachs bzw. eine Druckminderung aus der Zunahme oder Abnahme des Drehmomentes während des Schraubvorganges automa­ tisch berechnet wird.

Durch das Proportionalventil läßt sich somit der Druck individuell an bestimmte Schraubverhältnisse anpassen, d. h., wenn weniger kinetische Energie für den Schraub­ vorgang benötigt wird, wird das Proportionalventil entsprechend gedrosselt. Dies kann automatisch bzw. nach bestimmten vorgegebenen Festwerten verlaufen. Ein solches Steuerungsverfahren ist sowohl für einen Impulsschrauber als auch für einen Dreh­ schrauber anwendbar.

Das Proportionalventil kann außerhalb des Werkzeuges in der Druckluftzufuhr angeord­ net sein, wodurch Standardbauteile für das Proportionalventil verwendet werden kön­ nen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das Proportionalventil unmittelbar in den Schrauber integriert ist, so dass vor Ort die kinetische Energie entsprechend den tatsächlichen Schraubverhältnissen leicht anpassbar ist. Dann ist allerdings das Propor­ tionalventil an das Werkzeug angepasst oder umgekehrt.

Erfindungsgemäß ist folglich eine Einflussnahme auf die Schraubverhältnisse möglich. Beispielsweise kann bei einem harten Schraubfall, bei dem bei weniger Pulsen ein ent­ sprechend höherer Drehmomentzuwachs vorliegt, über das Proportionalventil der Drehmomentzuwachs entsprechend gesteuert, insbesondere reduziert werden, wodurch sich dann die entsprechende Beeinflussung des Schraubergebnisses ergibt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich durch die Merkmale der Un­ teransprüche.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine Schemaansicht eines an eine Steuereinheit angeschlossenen Schraubers,

Fig. 2 ein Diagramm des Drehmomentverlaufs eines Impulsschraubers,

Fig. 3 das Diagramm des Drehmomentverlaufs eines Impulsschraubers mit einer anderen Steuerung sowie

Fig. 4 den Drehmomentverlauf eines Drehschraubers.

Fig. 1 zeigt einen Schrauber 1, der mit einem druckluftbe­ triebenen Antriebsmotor ausgerüstet ist und an seiner Ab­ triebswelle 2 mit einem Mehrkant zur Aufnahme einen Imbus­ schraube oder einer Schraubennuß ausgebildet ist. Ferner be­ inhaltet der Schrauber 1 eine Einrichtung zur Drehmomenter­ fassung, um den Drehmomentverlauf einer Schraubverbindung zu ermitteln. Die Signale des Drehmomentverlaufs werden über eine mit 3 bezeichnete Signalleitung zu einer externen Meß- und Steuerelektronik 4 übertragen, wo ein Signalvergleich mit Sollwerten zur Steuerung eines in der Druckluftleitung 5 an­ geordneten Ventils 6 erfolgt.

Das Ventil 6 ist hierbei als Proportionalventil ausgebildet, so daß je nach Einstellung des Ventils eine entsprechende Steuerung der Druckluftzufuhr bzw. des Drucks der Druckluft erfolgt. Dadurch ist es in Abweichung von einer bloßen An/Aussteuerung möglich, die vom Schrauber auf das Werkzeug abgegebene kinematische Energie an die tatsächlichen Verhält­ nisse während des Schraubvorganges anzupassen.

Fig. 2 zeigt eine Steuerung, bei der eine Anpassung des Pro­ portionalventils und damit der an den Schrauber gegebene Druckluft vom Drehmomentwert und von der Schraubfall-Härte abhängig ist. Hierbei sind der Einschaltdruck P0 und P1 pro­ grammierbar, also nach festen Werten eingestellt. Dies ist insbesondere bei einer größeren Anlage mit einem Magazin mit mehreren Stecknüssen von Vorteil, da hier den einzelnen Stecknußgrößen bestimmte Einstellwerte zugeordnet werden kön­ nen. Wird eine Stecknuß einer bestimmten Größe vom Magazin entnommen, das an die externe Meß- und Steuerelektronik 4 an­ geschlossen ist, so erfolgt eine entsprechende Einstellung des Proportionalventils, hier mit einem Einschaltdruck P0 und einem Enddruck P1, wobei die Werte P0 und P1 je auf die ge­ wählte Stecknußgröße abgestimmt sind. Zu Beginn des Schraub­ vorganges ist der Druck des Proportionalventils auf den Wert P0 eingestellt, wie sich aus Fig. 2 ergibt, wobei eine Um­ schaltung des Proportionalventils auf den Druck P1 erfolgt, sobald das Drehmoment einen bestimmten vorgegebenen Schwell­ wert Md überschritten hat. Das Ventil schaltet um und der weitere Schraubvorgang findet dann mit einer unterschiedli­ chen kinetischen Energie entsprechend des über dem Druck P0 erhöhten Drucks P1 statt. In Fig. 2 zeigt die linke Darstel­ lung einen weichen Schraubfall, wohingegen die rechte Dar­ stellung einen harten Schraubfall zeigt, der sich durch we­ nige Impulse bzw. Drehmomentspitzen, jedoch durch einen höh­ ren Drehmomentzuwachs von Puls zu Puls auszeichnet.

Fig. 3 zeigt den Anwendungsfall eines Pulsschraubers, bei dem der Einschaltdruck P0 frei programmierbar ist und ab ei­ nem bestimmten Schwellwert des Drehmoments von Md eine Um­ schaltung des Proportionalventils auf einen variablen Druck­ zuwachs erfolgt. Der variable Druckzuwachs dP wird hierbei aus der Zunahme des Drehmoments dMd automatisch berechnet. Auch hier zeigt in dem Diagramm die linke Darstellung einen weichen Schraubfall und die rechte Darstellung einen harten Schraubfall. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß für eine bestimmte Schraubnußgröße der Anfangs­ druck des Proportionalventils zu Beginn des Schraubvorganges auf einen festgelegten Wert P0 gesetzt wird und mit Erreichen eines bestimmten Schwellwertes eine automatische Druckregu­ lierung stattfindet und zwar abhängig von der Zunahme des Drehmomentes. Das heißt, abhängig vom Drehmomentzuwachs er­ folgt eine entsprechende Erhöhung oder Absenkung des Drucks der dem Schrauber zugeführten Druckluft. Somit stellt sich das Werkzeug automatisch nach Überschreiten des Schwellwertes Md des Drehmoments auf tatsächliche Schraubverhältnisse ein. Es ergibt sich somit kontinuierlich eine ideale Einstellung der Druckwerte für den Schraubvorgang.

Ein bevorzugter Anwendungsfall dieser Art der Steuerung be­ steht beispielsweise bei selbstschneidenden Schrauben, da hier zu Beginn des Schraubvorganges ein sehr großer Wider­ stand herrscht, aber das Drehmoment entsprechend herabfällt, wenn die Schraube durch das Blech gelangt. Durch die automa­ tische Steuerung ergibt sich hierbei ein entsprechendes Her­ unterfahren des Drucks nach Auslaufen der Schraube aus dem Blech, so daß weniger Energie am Werkzeug vorhanden ist. Da­ durch ergibt sich eine schonende Behandlung der selbstschnei­ denden Schraube und verringert sich erheblich die Gefahr ei­ nes Bruchs der Schraube oder einer Zerstörung des Gewindes.

Fig. 4 zeigt eine entsprechende automatische Regelung für einen Drehschrauber, bei dem sich an Stelle der Drehmoment­ spitze nach den Fig. 2 und 3 eine kontinuierliche Kurve des Drehmomentverlaufs ergibt. Auch hier ist der Einschalt­ druck P0 frei programmierbar, also an bestimmte Produktgrup­ pen anpaßbar, und erfolgt die Umschaltung auf variablen Druck bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes Md des Drehmo­ mentes. Es ergeben sich hierbei dieselben Vorteile wie bei der beschriebenen Ausführungsform entsprechend Fig. 3.

Claims (5)

1. Druckluftschrauber, insbesondere Impuls- oder Drehschrauber, mit einem in einem Gehäuse angeordneten, eine Abtriebswelle für ein Schraubwerkzeug antreibenden Antriebsmotor, der über eine Druckluftleitung mit Druckluft gespeist wird, und einem externen Ventil in der Druckluftleitung zum An- und Ausschalten der Druckluftzufuhr zum Schrauber, wobei dem Ventil (6) eine Mess- und Steuerelektronik (4) zugeord­ net ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (6) zur Steuerung der kinetischen Energie des Schraubers als Pro­ portionalventil ausgebildet ist, welches über die Mess- und Steuerelektronik (4) drehmomentabhängig oder nach produktgruppenspezifischen Festwerten so gesteu­ ert ist, dass ein Schraubvorgang mit einem bestimmten Einschaltdruck (P₀) beginnt und nach Erreichen eines vorgegebenen Drehmomentschwellwertes ein Umschalten auf einen höheren Enddruck (P₁) erfolgt.

2. Druckluftschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung über mehrere fest vorgegebene Drehmomentwerte als Schwell­ werte erfolgt, wobei bei Überschreitung eines der entsprechenden Schwellwerte eine Umschaltung des Proportionalventils erfolgt.

3. Druckluftschrauber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einschaltdruck (P₀) und Enddruck (P₁) programmierbar sind.

4. Druckluftschrauber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Proportionalventils (6) automatisch abhängig vom Drehmo­ mentzuwachs während des Schraubvorgangs erfolgt.

5. Druckluftschrauber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zunahme/Abnahme des Enddruckes (P₁) in Abhängigkeit von einer Zu­ nahme/Abnahme des Drehmoments erfolgt.