DE102004021930A1

DE102004021930A1 - Verfahren zum Betreiben eines Abschaltschraubers sowie Abschaltschrauber

Info

Publication number: DE102004021930A1
Application number: DE102004021930A
Authority: DE
Inventors: Mike Voigt; Gerhard Sanwald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2005-12-01
Also published as: CN1693033A; US20050247459A1; CN100551630C

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Abschaltschraubers (10) mit einem Antriebsmotor (12) und mit einer Abschalteinrichtung (20), bei dem ein Antreiben eines Schraubwerkzeugs (16) bei Erreichen eines vorgegebenen Abschaltdrehmoments beendet wird. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der Antriebsmotor (12) vor Erreichen des vorgegebenen Abschaltdrehmoments abgeschaltet wird. Weiterhin wird ein Abschaltschrauber (10) vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Abschaltschraubers sowie von einem Abschaltschrauber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 8.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, zum Verschrauben von Fügeteilen Abschaltschrauber einzusetzen, welche Schrauben in die Fügestelle einschrauben und die Schraube nur bis zum Erreichen eines voreingestellten Drehmoments anziehen. Bei Erreichen des Drehmoments wird ein Werkzeugantrieb des Abschaltschrauber antriebslos geschaltet, indem beispielsweise eine Überrastkupplung auslöst und der Antriebsmotor abgeschaltet wird. Um den Antriebsstrang bei Erreichen des Abschaltdrehmoments möglichst schnell abzubremsen, wird der Antriebsmotor üblicherweise über seinen Ein/Ausschalter kurzgeschlossen.
Vorteile der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Abschaltschraubers vorgeschlagen, bei dem dessen Antriebsmotor vor dem Erreichen eines vorgegebenen Abschaltdrehmoments abgeschaltet wird. Eine Stromzufuhr zum Antriebsmotor wird bereits vor Erreichen des Abschaltdrehmoments unterbrochen. Dies bewirkt vorteilhaft, dass ein ökonomisches und schonendes Abbremsen des Abschaltschraubers bei Erreichen des Abschaltdrehmoments erfolgen kann, da der Antriebsmotor im Fall des Erreichens des Abschaltdrehmoments eine geringere Drehzahl als bei einem üblichen Abschalten hat. Vorzugsweise wird der Antriebsmotor abgeschaltet, wenn dessen verbleibende kinetische Energie noch ausreichend ist, um das Abschaltdrehmoment zu erreichen. In einer günstigen Ausgestaltung wird die gesamte verfügbare kinetische Energie von Antriebsmotor, Antriebsstrang, Werkzeughalterung und Werkzeug zum Erreichen des Abschaltdrehmoments bei abgeschaltetem Antriebsmotors berücksichtigt.
Zwischen einem ersten Anziehen der Schraube, d.h. einer Zunahme des Drehmoments, und dem Erreichen des Abschaltdrehmoments liegt bei einem so genannten harten Schraubfall nur ein geringer Drehwinkel, typischerweise weniger als 50°, beispielsweise 30°, so dass der Antriebsmotor nur eine geringe Leistung aufbringen muss. Der Antriebsmotor weist eine hohe Restdrehzahl bzw. kinetische Energie auf, die gebremst werden muss, wobei teilweise hohe Kurzschlussströme von beispielsweise 50 bis 80 A entstehen können. Durch die durch das erfindungsgemäße Verfahren mögliche geringere Drehzahl treten beim Abbremsen des Antriebsmotors durch Kurzschluss nunmehr deutlich geringere Bremsströme auf.
Bei einem akkubetriebenen Abschaltschrauber ist daher durch das erfindungsgemäße Verfahren eine höhere Akkustandzeit durch eine geringere Energieentnahme aus den Akkus möglich. Der Bediener des Abschaltschraubers erfährt geringere Reaktionskräfte, so dass die Bedienung des Abschaltschraubers komfortabler wird. Der Antriebsmotor wird durch einen geringeren Bremsstrom beim Kurzschluss und weiterhin durch einen geringeren Endstrom beim Anziehen einer Schraube geschont. Mechanische Bauteile eines Antriebsstrangs des Abschaltschraubers werden weniger belastet. Durch den verringerten Bremsstrom fällt weniger Abwärme an, so dass der Antrieb und der gesamte Abschaltschrauber thermisch weniger belastet wird. Die Lebensdauer des Abschaltschraubers wird insgesamt vorteilhaft beeinflusst. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Abschaltung insbesondere bei einem härteren Schraubfall mit Drehwinkeln zwischen 30° und 180° vorgenommen. Bei einem so genannten weichen Schraubfall, bei dem typischerweise zwischen dem ersten Anziehen der Schraube und dem Erreichen des Abschaltdrehmoments ein größerer Drehwinkelbereich der Schraube liegt, beispielsweise 720°, ist bis zum Erreichen des Abschaltdrehmoments die volle Leistung des Antriebsmotors erforderlich. Der Antriebsmotor hat im Fall des üblichen Abschaltens beim Abschaltdrehmoment nur noch eine geringe Restdrehzahl, die mit geringer Energie gebremst werden kann.
Wird als Schaltkriterium für die verbleibende kinetische Energie das Erreichen eines vorgegebenen Werts des Stromanstiegs über der Zeit des Antriebsmotors herangezogen, steht eine einfache Messgröße zum Abschalten des Antriebsmotors zur Verfügung. Alternativ wird das Erreichen eines vorgegebenen Werts eines Spannungsab falls über der Zeit, beispielsweise einer vorgegebenen Abnahme der Spannung an dem Antriebsmotor, als Schaltkriterium für die verbleibende kinetische Energie herangezogen.
Wird der Strom bzw. der Stromanstieg als Schaltkriterium herangezogen, kann besonders vorteilhaft ein Stromanstieg kurz vor Erreichen des Abschaltdrehmoments bestimmt werden. Vorzugsweise erfolgt dies innerhalb eines Zeitintervalls von weniger als 100 ms vor Erreichen des Abschaltdrehmoments. Es ist günstig, einen absoluten Wert für den Abschaltstrom aus einer aus dem Stromanstieg bestimmten Stromüberhöhung zuzüglich eines Leerlaufstroms zu bestimmen.
Zweckmäßigerweise wird das Schraubwerkzeug bei Erreichen des Abschaltdrehmoments vom Werkzeugantrieb abgekoppelt. Das eigentliche Abschalten bzw. Abbremsen des Abschaltschraubers kann nunmehr bei Erreichen des Abschaltdrehmoments mit deutlich geringerer Drehzahl eines Motorankers des Antriebsmotors und wie üblich durch ein Ausrücken einer Kupplung, insbesondere einer Überrastkupplung, erfolgen.
Ferner wird ein Abschaltschrauber vorgeschlagen, bei dem ein Mittel vorgesehen ist, um einen eine kinetische Energie aufweisenden Antriebsmotor vor dem Erreichen eines Abschaltdrehmoments abzuschalten. Vorzugsweise wird der Antriebsmotor abgeschaltet, wenn die verbleibende kinetische Energie des Antriebsmotors bzw. des Antriebs noch ausreichend ist, um das Abschaltdrehmoment zu erreichen.
Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Im folgenden zeigen:
1 einen bevorzugten Abschaltschrauber;
2 schematisch einen Stromverlauf bei Erreichen mit erfindungsgemäßem Abschaltvorgang bei einem harten Schraubfall im Vergleich mit einem üblichen Abschaltschrauber; und
3 einen Strom-Spannungsverlauf eines üblichen Abschaltschraubers bei Erreichen eines Abschaltdrehmoments bei einem weichen Schraubfall.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein bevorzugter Abschaltschrauber 10 ist vereinfacht in 1 dargestellt. Der Abschaltschrauber 10 weist eine Abschalteinrichtung 20, beispielsweise eine Überrastkupplung, zum antriebslos Schalten eines ein Schraubwerkzeug 18 antreibenden Werkzeugantriebs 14 bei Erreichen eines Abschaltdrehmoments auf. Die Abschalteinrichtung 20 kann in den Werkzeugantrieb 14 integriert sein. Der Werkzeugantrieb 14 umfasst beispielsweise Kupplung und Getriebe des Ab schaltschraubers 10. Ein Antriebsmotor 12 treibt über einen üblichen Antriebsstrang, der Kupplung und Getriebe bzw. den Werkzeugantrieb umfasst, eine Werkzeughalterung 16 und damit das Schraubwerkzeug 18 an. Bei Erreichen des Abschaltdrehmoments wird der Antriebsmotor 12 beispielsweise über seinen nicht dargestellten Ein/Ausschalter kurzgeschlossen, um den Antriebsstrang möglichst schnell abzubremsen.
Wird der Antriebsmotor 12 bestromt, setzt dieser die zugeführte elektrische Leistung in kinetische Energie um. Es ist ein Mittel 22 vorgesehen, um den Antriebsmotor 12 vor dem Erreichen des Abschaltdrehmoments abzuschalten, wobei dessen verbleibende kinetische Energie ausreichend ist, um das Abschaltdrehmoment zu erreichen. Der Antriebsmotor 12 bzw. dessen Läufer wird stromlos geschaltet und dessen kinetische Energie genutzt, um über den nicht näher dargestellten Antriebsstrang die Verschraubung bis zum Auslösen der nicht dargestellten Kupplung auszuführen; die Kupplung löst aus, wenn das Abschaltdrehmoment erreicht ist. Das Mittel 22 ist vorzugsweise ein Rechnermittel, insbesondere ein dafür ausgebildeter Mikrocontroller mit einer entsprechenden Programmierung.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Abschaltschraubers 10 wird der Antriebsmotor 12 bereits vor dem Erreichen des Abschaltdrehmoments stromlos geschaltet. Der Schaltpunkt wird so gewählt, dass die verbleibende kinetische Energie von Motoranker bzw. Motorläufer und Antriebsstrang, insbesondere Getriebe und Kupplung, sowie Werkzeugaufnahme 16, ausreichend ist, um das Abschaltdrehmoment zu erreichen. Der Abschaltschrauber 10 kann akkubetrieben oder auch netzbetrieben sein.
2 zeigt einen Stromverlauf I1(t) bei einem erfindungsgemäßen Abschaltschrauber 10 im Vergleich mit einem Stromverlauf I0(t) bei einem üblichen Abschaltschrauber im harten Schraubfall. Bei einem harten Schraubfall, beispielsweise beim Eindrehen einer Metallgewindeschraube, wird eine Schraube mit hoher Geschwindigkeit angedreht und dann mit viel kinetischer Energie angezogen, bis die Überrastkupplung beim Abschaltdrehmoment auslöst und das Werkzeug 18 antriebslos ist. Ein typischer Grenzwinkel für einen harten Schraubfall liegt beispielsweise bei 30°. Bei einem weichen Schraubfall, wie er in 3 anhand des typischen Stromverlaufs I(t) und Spannungsverlaufs U(t) dargestellt ist, beispielsweise beim Eindrehen einer Schraube in Holz, wird dagegen in einem kleinen Gang mit einer dauerhaft ansteigenden Belastung bis zum Erreichen des Solldrehmoments geschraubt. Ein typischer Grenzwinkel liegt hier beispielsweise bei 720° zwischen dem ersten Anziehen der Schraube und dem Erreichen des Abschaltdrehmoments. Bis zum Erreichen des Abschaltdrehmoments ist die volle Leistung des Antriebsmotors erforderlich. Der Antriebsmotor hat im Fall des üblichen Abschaltens nur noch eine geringe Restdrehzahl, die nun mit relativ geringer Energie gebremst wird.
Der übliche Stromverlauf I0(t) in 2 verläuft bis kurz vor dem Erreichen des Solldrehmoments im Wesentlichen konstant mit einem Leerlaufstrom L. Bei Erreichen des Abschaltdrehmoments steigt der Strom I0(t) innerhalb von z.B. typischerweise weniger als 100 ms schnell an, und bei Erreichen des Abschaltdrehmoments im Punkt S0 löst die Überrastkupplung aus, oder das Werkzeug 18 wird auf andere geeignete Weise antriebslos geschaltet, und ein Mikroschalter schaltet den Strom zum Antriebsmotor 12 ab und schließt diesen zum Abbremsen kurz. Der Strom fällt schnell ab und erreicht einen negativen Minimalwert I0max, um dann wieder auf Null anzusteigen. Die Fläche im negativen Strombereich entspricht der aufzubringenden Bremsenergie. Anders als der Strom I0(t) zeigt die elektrische Spannung (nicht dargestellt) während des Stromanstiegs einen typischen Spannungsabfall auf einen Minimalwert, um dann wieder auf ihren Normalwert anzusteigen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem harten bis härteren Schraubfall mit Schraubwinkeln zwischen typischerweise 30° bis 180° wird das Erreichen eines vorgegebenen Stromanstiegs über der Zeit durch den Antriebsmotor 12 als Schaltkriterium für die verbleibende kinetische Energie herangezogen, so dass bereits bei einem früheren Schaltpunkt S1 der Strom zum Antreiben des Antriebsmotors 12 abgeschaltet wird, bevor das Abschaltdrehmoment erreicht ist. Die Information für das vorzeitige Abschalten ist leicht aus der Steigung des Stromanstiegs bzw. dem Spannungsabfall während des Anziehvorgangs zu erhalten. Der absolute Wert für den als Abschaltkriterium geltenden Abschaltstrom wird aus einer aus dem Stromanstieg bestimmten Stromüberhöhung zuzüglich eines Leerlaufstroms bestimmt. Mit der kinetischen Energie des Ankers des Antriebsmotors 12 zu diesem Zeitpunkt, welche sich aus dem resultierenden Drehmoment ergibt, welches gleich dem Produkt aus einem Trägheitsmoment des Antriebs und einer Winkelverzögerung ergibt, wird die Schraube bis zum Abschaltdrehmoment angezogen. Das eigentliche Abschalten bzw. Abbremsen, nun aber mit deutlich geringerer Drehzahl des Motorankers, erfolgt dann wieder über das Ausrücken der Kupplung.

Claims

Verfahren zum Betreiben eins Abschaltschraubers (10) mit einem Antriebsmotor (12) und mit einer Abschalteinrichtung (20), bei dem ein Antreiben eines Schraubwerkzeugs (16) bei Erreichen eines vorgegebener Abschaltdrehmoments beendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (12) vor Erreichen des vorgegebenen Abschaltdrehmoments abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (12) abgeschaltet wird, wenn seine verbleibende kinetische Energie noch ausreichend ist, um das Abschaltdrehmoment zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgegebener Wert eines Stromanstiegs über der Zeit durch den Antriebsmotor (12) als Schaltkriterium für die verbleibende kinetische Energie herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgegebener Wert eines Spannungsabfalls über der Zeit an dem Antriebsmotor (12) als Schaltkriterium für die verbleibende kinetische Energie herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein absoluter Wert für den Ab schaltstrom aus einer aus dem Stromanstieg bestimmten Stromüberhöhung zuzüglich eines Leerlaufstroms (L) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug (18) bei Erreichen des Abschaltdrehmoments von einem Werkzeugantrieb (14) abgekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des Abschaltdrehmoments der Antriebsmotor (12) kurzgeschlossen wird.
Abschaltschrauber mit einem Antriebsmotor (12) und einer Abschalteinrichtung (20) zum Beenden eines Antreibens eines Schraubwerkzeugs (18) bei Erreichen eines vorgegebenen Abschaltdrehmoments, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (22) vorgesehen ist, um den eine kinetische Energie aufweisenden Antriebsmotor (12) vor dem Erreichen des Abschaltdrehmoments abzuschalten.
Abschaltschrauber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (12) abschaltbar ist, wenn die verbleibende kinetische Energie des Antriebsmotors (12) noch ausreichend ist, um das Abschaltdrehmoment zu erreichen.