EP0305754A1 - Method for controlling a screwdriver - Google Patents
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- EP0305754A1 EP0305754A1 EP19880112607 EP88112607A EP0305754A1 EP 0305754 A1 EP0305754 A1 EP 0305754A1 EP 19880112607 EP19880112607 EP 19880112607 EP 88112607 A EP88112607 A EP 88112607A EP 0305754 A1 EP0305754 A1 EP 0305754A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
- B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
- B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
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- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
Definitions
- the invention is based on a method for controlling a screwdriver for automatically tightening screws and / or nuts, and on a control for a screwdriver of the type mentioned according to the preamble of claim 8.
- a method and a control of this type are known.
- a screw or nut is screwed in or screwed on at a high speed.
- the actual tightening then takes place at a lower speed.
- the switch from high to a lower speed takes place when the application torque is reached, which is achieved when the screw head or the nut touches the surface.
- the screwing process ends when the switch-off criterion is reached, i.e. when the desired one Tightening torque or a certain tightening angle is reached.
- the user must set the switchover time for each screwdriving application, the switchover torque being small for a hard screwdriving application with a steep torque increase and larger for a soft screwdriving application with a flat torque increase. Errors in the setting lead to deviations from the desired tightening torque and also to the screws being torn off.
- the method according to the invention with the features characterized in the main claim has the advantage that the switching torque for switching the high speed to a lower speed is automatically determined in the two-stage screwing method. In this respect, errors due to the user entering incorrect data are excluded.
- the data required to control the screwdriver are obtained using a screwdriving case analysis, i.e. at a certain, low speed, at which the screw is prevented from being torn off, a screw or nut is achieved by means of a yield point-controlled screwing process until the yield or yield point is reached tightened and determined the necessary torque.
- the torque applied when the screw or the nut comes into contact with the base is preferably determined and stored as a first torque value, the torque prevailing when the yield point is reached as a second torque value and the associated times.
- the control according to the invention has the advantage that the screw case analysis can be evaluated immediately, in that the quantities obtained can be stored in a memory of the control and are available for later display or a comparison with a desired tightening torque.
- a control is particularly preferred which, after the desired tightening values have been entered, is automatically adapted to the present screwing case.
- FIG. 1 shows a diagram of the torque applied to a screw or nut during a test run for a screwdriving case analysis.
- the test run is carried out at a low speed, at which the screw is certainly prevented from being torn off.
- the torque required to screw in the screw increases only slightly during the screwing in. It is determined by the friction of the threads.
- the screw head or the nut touches the base at the time T min , the torque reaches the application torque with the value M min , which is clearly above the torque values during the screwing-in phase; the screwing process now goes into the tightening process.
- a constant, predetermined value or a value calculated from the torque curve in FIG. 1 can be selected as the application torque M min .
- the course of the torque over time is detected by suitable sensors; whose signals are sent to a memory of the control of the screwdriver and stored there. Likewise, the angle of rotation and / or the screw depth over time can be recorded and stored using appropriately designed sensors.
- the screw is tightened even further after the screwdriver has been switched off, because it will brake during braking phase continues due to its inertia.
- T Bf * k * f * (2).
- T Bf * is the time it takes for the screwdriver to come to a standstill at a speed f * after the drive has been switched off.
- M p PMM max (6).
- p 0.8 is selected. These values are also stored in the controller's memory.
- the moment M p can be calculated, from which the yield point method must be selected as the screwing method for reasons of screw connection. If a screw is to be tightened with a torque M whose value is greater than M p , the yield point method must be selected as the screw method. If the desired tightening torque M of a screw is below the value M p , the torque or angle of rotation method can also be used instead. In the rotation angle method, for example, the angle counting begins when the application torque M min is reached at the time T min .
- the screwing method is determined by the value M p : if the desired tightening torque M of the screw is in the range M p ⁇ M ⁇ M max , the yield point method can be used as the screwing method; for all values M min ⁇ M ⁇ M p , the torque or angle of rotation method must be selected.
- the switchover from the higher speed f1 to the lower speed f2 is the determined from the diagram according to Figure 1 torque limit M Gr determined: Applies for the desired torque M a screw the relationship M ⁇ M Gr, then the speed switching point is determined by the during the Torque applied to the screw determined. If a screw is to be tightened with a torque M that is less than the limit torque M Gr , the screwing process must be controlled by the screwing depth L, because according to the inertia of the screwdriver or the braking time T f1 . Equation (4) after reaching the torque M min clearly above the screwing torque even when switching the screwdriver at time T min to the lower speed f 2 a torque lying above the desired tightening torque, namely M Gr is reached.
- the table also shows that the type of screwing method can also be determined from the maximum angle of rotation ⁇ max by the value ⁇ p which can be calculated from the equation (6).
- Torque M should Angle of rotation ⁇ soll
- the speed changeover time is determined by the following values Torque M o Depth L o
- M o and L o are calculated for the screwdriver in such a way that the screwing process is carried out in a time-optimized manner. Ie the speed is reduced as late as possible from the high speed f1 to the lower speed f2. In the calculation of the Drehiereumschaltzeitticians Abbremszeitkonstante of the screwdriver is taken into account that, after braking from the higher speed immediately the desired tightening torque of the screw to M is reached.
- the user can change the values marked with *.
- the remaining values are obtained from the screwdriving case analysis.
- the angle count does not necessarily have to start at the application torque M min , instead a higher value M 1 ⁇ M min can be selected as the start of the rotation angle count, the other angle values being adapted accordingly.
- the screwdriver is provided with a display that shows the values determined during the screwdriving case analysis and possibly also the values specified by the user.
- the screwdriver must be equipped with a screwing depth sensor to carry out the desired screwing. If this is not the case, the display on the control system indicates that the desired screw connection cannot be carried out in this way.
- this calculation results in a speed value that makes sense for a screw connection, then this calculated speed is indicated on the display panel.
- FIG. 3 shows a diagram of a torque curve obtained over time in a screwdriving case analysis. Besides the well known of Figure 1 values of the feed torque M min, the torque limit M Gr, the maximum torque M max and the value calculated from equation (6) the value M p and the switching time T o is located, as the target torque M soll.
- the table in FIG. 4 shows the screwing method and the speed changeover point that results for each screwing case.
- the yield point screw method results for torque values in the range 48 ⁇ M ⁇ 60 Nm or for angles of rotation of 40 ⁇ ⁇ ⁇ 50 °.
- the speed changeover point is determined by the torque.
- the torque or angle of rotation screw method is also used.
- the speed changeover time is determined by the screw depth L.
- the data determined during the screwdriving case analysis are fed to a memory of the screwdriver and stored there. This data is displayed by means of the display device connected to the memory, for example on a liquid crystal display panel.
- comparison stages can be provided in the control of the screwdriver, which compare the stored with the specified torque or Compare the angle of rotation values and use them to automatically switch the control of the screwdriver. Switching commands can also be given to the user on the display, who then changes the control of the screwdriver by entering the displayed data.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung eines Schraubers zum automatischen Anziehen von Schrauben und/oder Muttern sowie von einer Steuerung für einen Schrauber der genannten Art nach der Gattung des Anspruchs 8. Ein derartiges Verfahren sowie eine Steuerung dieser Art sind bekannt. Bei dem sog. Zweistufen-Schraubverfahren wird eine Schraube bzw. eine Mutter mit einer hohen Drehzahl eingedreht bzw. aufgeschraubt. Das eingentliche Anziehen erfolgt dann bei einer niedrigeren Drehzahl. Die Umschaltung von der hohen auf eine niedrigere Drehzahl erfolgt bei Erreichen des Anlegemoments, das bei Berührung des Schraubenkopfes bzw. der Mutter mit dem Untergrund erreicht wird. Der Schraubvorgang wird bei Erreichen des Abschaltkriteriums beendet, also wenn das gewünschte Anzugsmoment oder ein bestimmter Anziehwinkel erreicht ist. Der Anwender muß für jeden Schraubfall den Umschaltzeitpunkt einstellen, wobei das Umschaltmoment bei einem harten Schraubfall mit steilem Momentenanstieg klein und bei einem weichen Schraubfall mit flachem Momentenanstieg größer zu wählen ist. Fehler bei der Einstellung führen zu Abweichungen vom gewünschten Anzugsmoment und auch zum Abreißen der Schrauben.The invention is based on a method for controlling a screwdriver for automatically tightening screws and / or nuts, and on a control for a screwdriver of the type mentioned according to the preamble of claim 8. Such a method and a control of this type are known. In the so-called two-stage screwing process, a screw or nut is screwed in or screwed on at a high speed. The actual tightening then takes place at a lower speed. The switch from high to a lower speed takes place when the application torque is reached, which is achieved when the screw head or the nut touches the surface. The screwing process ends when the switch-off criterion is reached, i.e. when the desired one Tightening torque or a certain tightening angle is reached. The user must set the switchover time for each screwdriving application, the switchover torque being small for a hard screwdriving application with a steep torque increase and larger for a soft screwdriving application with a flat torque increase. Errors in the setting lead to deviations from the desired tightening torque and also to the screws being torn off.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß das Umschaltmoment für die Umschaltung der hohen Drehzahl auf eine niedrigere Drehzahl bei dem Zweistufen-Schraubverfahren automatisch festgelegt wird. Fehler aufgrund der Eingabe falscher Daten durch den Anwender sind insoweit ausgeschlossen. Die zur Steuerung des Schraubers notwendigen Daten werden anhand einer Schraubfallanalyse gewonnen, d.h. es wird bei einer bestimmten, niedrigen Drehzahl, bei der ein Abreißen der Schraube vermieden wird, eine Schraube oder eine Mutter mittels eines streckgrenzengesteuerten Schraubverfahrens bis zum Erreichen der Fließ- bzw. Streckgrenze angezogen und das dazu notwendige Drehmoment ermittelt. Vorzugsweise werden dabei das bei Berührung der Schraube bzw. der Mutter mit dem Untergrund anliegende Drehmoment als ein erster Drehmomentswert, das bei Erreichen der Streckgrenze herrschende Drehmoment als ein zweiter Drehmomentswert sowie die zugehörigen Zeitpunkte ermittelt und gespeichert. Die erfindungsgemäße Steuerung hat den Vorteil, daß die Schraub fallanalyse unmittelbar auswertbar ist, indem die gewonnenen Größen in einem Speicher der Steuerung abgelegt werden können und für eine spätere Anzeige oder einen Vergleich mit einem gewünschten Anzugsmoment zur Verfügung stehen. Besonders bevorzugt ist eine Steuerung, die nach Eingabe der gewünschten Anzugswerte automatisch eine Anpassung an den vorliegenden Schraubfall vornimmt.The method according to the invention with the features characterized in the main claim has the advantage that the switching torque for switching the high speed to a lower speed is automatically determined in the two-stage screwing method. In this respect, errors due to the user entering incorrect data are excluded. The data required to control the screwdriver are obtained using a screwdriving case analysis, i.e. at a certain, low speed, at which the screw is prevented from being torn off, a screw or nut is achieved by means of a yield point-controlled screwing process until the yield or yield point is reached tightened and determined the necessary torque. In this case, the torque applied when the screw or the nut comes into contact with the base is preferably determined and stored as a first torque value, the torque prevailing when the yield point is reached as a second torque value and the associated times. The control according to the invention has the advantage that the screw case analysis can be evaluated immediately, in that the quantities obtained can be stored in a memory of the control and are available for later display or a comparison with a desired tightening torque. A control is particularly preferred which, after the desired tightening values have been entered, is automatically adapted to the present screwing case.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens und der Steuerung gem. Anspruch 8 möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß das Verfahren auch für die Vorgabe von gewünschten Drehwinkeln geeignet und damit sehr vielseitig einsetzbar ist.The measures listed in the dependent claims are advantageous developments and improvements of the method and the control specified in the main claim. Claim 8 possible. It is particularly advantageous that the method is also suitable for specifying the desired angles of rotation and is therefore very versatile.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Diagramm des Drehmomentenverlaufs über der Zeit während des für die Schraubfallanalyse durchgeführten Schraubvorgangs,Figur 2 eine Tabelle für die Schraubfallanalyse nachFigur 1,- Figur 3 ein Diagramm eines Drehmoments über der Zeit für eine beispielshaft ausgeführte Schraubfallanalyse und
- Figur 4 eine aus der Schraubfallanalyse gem. Figur 3 gewonnene Tabelle.
- FIG. 1 shows a diagram of the torque curve over time during the tightening process carried out for the tightening case analysis,
- FIG. 2 shows a table for the screwdriving case analysis according to FIG. 1,
- FIG. 3 shows a diagram of a torque over time for an example screw connection analysis and
- Figure 4 a from the screwdriving case analysis acc. Figure 3 obtained table.
Figur 1 zeigt ein Diagramm des während eines Testlaufs für eine Schraubfallanalyse an einer Schraube oder Mutter anliegenden Drehmoments. Der Testlauf wird mit einer niedrigen Drehzahl durchgeführt, bei der ein Abreißen der Schraube mit Sicherheit vermieden wird.FIG. 1 shows a diagram of the torque applied to a screw or nut during a test run for a screwdriving case analysis. The test run is carried out at a low speed, at which the screw is certainly prevented from being torn off.
Das zum Eindrehen der Schraube nötige Drehmoment steigt während des Eindrehens nur unwesentlich. Es wird bestimmt durch die Reibung der Gewindegänge.The torque required to screw in the screw increases only slightly during the screwing in. It is determined by the friction of the threads.
Wenn der Schraubenkopf bzw. die Mutter zum Zeitpunkt Tmin die Unterlage berührt, erreicht das Drehmoment das Anlegemoment mit dem Wert Mmin, der eindeutig über den Drehmomentswerten während der Eindrehphase liegt; der Eindrehvorgang geht nun in den Anziehvorgang über. Als Anlegemoment Mmin kann ein konstanter, vorgegebener Wert oder ein aus dem Drehmomentenverlauf in Figur 1 errechneter Wert gewählt werden.If the screw head or the nut touches the base at the time T min , the torque reaches the application torque with the value M min , which is clearly above the torque values during the screwing-in phase; the screwing process now goes into the tightening process. A constant, predetermined value or a value calculated from the torque curve in FIG. 1 can be selected as the application torque M min .
Wenn sich das Drehmoment auch bei weiterem Anziehen der Schraube nicht erhöht, ist die Fließ- oder Streckgrenze der Schraube erreicht. Es liegt dann das maximal erreichbare Drehmoment Mmax an.If the torque does not increase even when the screw is tightened further, the yield point or yield point of the screw has been reached. The maximum achievable torque M max is then present.
Der Verlauf des Drehmoments über der Zeit wird von geeigneten Sensoren erfaßt; deren Signale werden an einen Speicher der Steuerung des Schraubers abgegeben und dort gespeichert. Ebenso können über entsprechend ausgelegte Sensoren der Drehwinkel und/oder die Schraubtiefe über der Zeit erfaßt und gespeichert werden.The course of the torque over time is detected by suitable sensors; whose signals are sent to a memory of the control of the screwdriver and stored there. Likewise, the angle of rotation and / or the screw depth over time can be recorded and stored using appropriately designed sensors.
Die Schraube wird nach Abschalten des Schraubers noch weiter angezogen, weil dieser sich während der Abbrems phase aufgrund seiner Trägheit weiterdreht. Die Abbremszeit TB des Schraubers ist systembedingt. Es wird unterstellt, daß TB proportional zur Drehzahl ist. Es gilt daher
TB = k· f (1),
wobei f die Drehzahl, hier gemessen in Hz, und k eine Konstante ist, deren Wert vorliegt oder anhand eines Leerlaufversuchs vor dem Testlauf ermittelt wird.The screw is tightened even further after the screwdriver has been switched off, because it will brake during braking phase continues due to its inertia. The braking time T B of the screwdriver depends on the system. It is assumed that T B is proportional to the speed. It therefore applies
T B = kf (1),
where f is the speed, measured here in Hz, and k is a constant, the value of which is available or is determined using an idle test before the test run.
Bei einer gegebenen Drehzahl f* ergibt sich die Abbremszeit aus der folgenden Gleichung:
TBf* = k· f* (2).
TBf* ist also die Zeit, die verstreicht, bis der Schrauber nach Abschalten des Antriebs bei einer Drehzahl f* zum Stillstand gekommen ist.At a given speed f *, the deceleration time results from the following equation:
T Bf * = k * f * (2).
T Bf * is the time it takes for the screwdriver to come to a standstill at a speed f * after the drive has been switched off.
Bei einem Zweistufen-Schraubverfahren ist während der Eindrehphase eine hohe Drehzahl f₁ und während der Anziehphase eine niedrige Drehzahl f₂ gegeben.In a two-stage screwing process, there is a
Bis zur Abbremsung aus der hohen Drehzahl f₁ bis zum Stillstand verstreicht die Zeit
TBf1= k· f₁ (3).
The time passes until braking from the
T Bf1 = k · f₁ (3).
Diese Zeit wird als Anhaltspunkt für das Schrabverfahren auf die im Diagramm verwendete Drehzahl transformiert:
Aus dem Zeitpunkt Tmin, zu dem das Anlegemoment Mmin erreicht wurde, und der Abbremszeitkonstanten Tf1 gem. Gleichung (4) wird anhand des in Figur 1 widergegebenen Diagramms ein Drehmomentgrenzwert MGr ermittelt, der zur Zeit t = Tmin + Tf1 gegeben ist.From the time T min at which the application torque M min was reached and the deceleration time constant T f1 according to Equation (4) uses the diagram shown in FIG. 1 to determine a torque limit value M Gr , which is given at the time t = T min + T f1 .
Zusätzlich wird aus dem maximalen Drehmoment Mmax ein Wert Mp berechnet, für den mit
0 < p < 1 (5)
die folgende Gleichung gilt:
Mp = p· Mmax (6).
In addition, a value M p is calculated from the maximum torque M max , for which with
0 <p <1 (5)
the following equation applies:
M p = PMM max (6).
Beispielsweise wird p = 0,8 gewählt. Auch diese Werte werden im Speicher der Steuerung abgelegt.For example, p = 0.8 is selected. These values are also stored in the controller's memory.
Durch den Wert von p läßt sich das Moment Mp berechnen, von dem an aus verschraubungstechnischen Gründen als Schraubverfahren das Streckgrenzenverfahren gewählt werden muß. Soll also eine Schraube mit einem Drehmoment M angezogen werden, dessen Wert größer als Mp ist, so muß als Schraubverfahren das Streckgrenzenverfahren gewählt werden. Liegt das gewünschte Anzugsmoment M einer Schraube unter dem Wert Mp, so kann statt dessen auch das Drehmoment- oder Drehwinkelverfahren verwendet werden. Bei dem Drehwinkelverfahren wird beispielsweise mit Erreichen des Anlegemoments Mmin zum Zeitpunkt Tmin mit der Winkelzählung begonnen.From the value of p, the moment M p can be calculated, from which the yield point method must be selected as the screwing method for reasons of screw connection. If a screw is to be tightened with a torque M whose value is greater than M p , the yield point method must be selected as the screw method. If the desired tightening torque M of a screw is below the value M p , the torque or angle of rotation method can also be used instead. In the rotation angle method, for example, the angle counting begins when the application torque M min is reached at the time T min .
Die bei der Schraubfallanalyse gewonnenen Werte sind in die Tabelle gem. Figur 2 eingesetzt.The values obtained from the screwdriving case analysis are shown in the table in accordance with Figure 2 used.
Aus Figur 2 ergibt sich, daß das Schraubverfahren durch den Wert Mp bestimmt wird: Liegt das gewünschte Anzugsmoment M der Schraube im Bereich Mp ≦ M ≦ Mmax, so kommt als Schraubverfahren das Streckgrenzenverfahren in Frage; für alle Werte Mmin ≦ M ≦ Mp ist das Drehmoment- oder Drehwinkelverfahren zu wählen.It can be seen from FIG. 2 that the screwing method is determined by the value M p : if the desired tightening torque M of the screw is in the range M p ≦ M ≦ M max , the yield point method can be used as the screwing method; for all values M min ≦ M ≦ M p , the torque or angle of rotation method must be selected.
Die Umschaltung von der höheren Drehzahl f₁ auf die niedrigere Drehzahl f₂ wird durch den aus dem Diagramm gemäß Figur 1 bestimmten Drehmomentgrenzwert MGr bestimmt: Gilt für das gewünschte Anzugsmoment M einer Schraube die Beziehung M ≧ MGr, so wird der Drehzahlschaltpunkt durch das während des Schraubvorgangs an der Schraube anliegende Drehmoment bestimmt. Soll eine Schraube mit einem Moment M angezogen werden, das kleiner als das Grenzdrehmoment MGr ist, so muß der Schraubvorgang durch die Schraubtiefe L gesteuert werden, da aufgrund der Trägheit des Schraubers bzw. der Abbremszeit Tf1 gem. Gleichung (4) nach Erreichen des eindeutig über dem Eindrehmoment liegenden Drehmoments Mmin auch bei Umschaltung des Schraubers zur Zeit Tmin auf die niedrigere Drehzahl f₂ ein über dem gewünschten Anzugsmoment liegendes Drehmoment, nämlich MGr erreicht wird.The switchover from the higher speed f₁ to the lower speed f₂ is the determined from the diagram according to Figure 1 torque limit M Gr determined: Applies for the desired torque M a screw the relationship M ≧ M Gr, then the speed switching point is determined by the during the Torque applied to the screw determined. If a screw is to be tightened with a torque M that is less than the limit torque M Gr , the screwing process must be controlled by the screwing depth L, because according to the inertia of the screwdriver or the braking time T f1 . Equation (4) after reaching the torque M min clearly above the screwing torque even when switching the screwdriver at time T min to the lower speed f 2 a torque lying above the desired tightening torque, namely M Gr is reached.
Aus der Tabelle ergibt sich auch, daß die Art des Schraubverfahrens auch durch den analog Gleichung (6) aus dem maximalen Drehwinkel ωmax berechenbaren Wert ωp bestimmt werden kann.The table also shows that the type of screwing method can also be determined from the maximum angle of rotation ω max by the value ω p which can be calculated from the equation (6).
Die in Figur 2 gezeigte Tabelle wurde ohne Berücksichtigung von Toleranzen aufgestellt. In der Praxis sollte daher die berechnete Abbremszeit Tf1 durch einen etwas größeren Wert ersetzt werden.The table shown in Figure 2 was drawn up without taking tolerances into account. In practice, the calculated braking time T f1 should therefore be replaced by a somewhat larger value.
Der Anwender kann nach der Schraubfallanalyse für das Zweistufen-Schraubverfahren folgende Parameter in das Steuergerät des Schraubers eingeben bzw. ändern:
hohe Drehzahl f₁
niedrige Drehzahl f₂
maximales Drehmoment Mmax
minimales Drehmoment Mmin
Beginn der Winkelzählung bei M₁ = Mmin
(in Hz oder in U/min)
After the screwdriving case analysis for the two-step screwdriving process, the user can enter or change the following parameters in the screwdriver control unit:
high speed f₁
low speed f₂
maximum torque M max
minimum torque M min
Start of angle counting at M₁ = M min
(in Hz or in rpm)
Als vorgegebene Drehmoment- oder Drehwinkelwerte werden alternative eingegeben:
Drehmoment Msoll
Drehwinkel ωsollAlternative values are entered as the specified torque or angle of rotation values:
Torque M should
Angle of rotation ωsoll
Aus diesen Werten ergibt sich im Zusammenhang mit der Tabelle gem. Figur 2 das verwendete Schraubverfahren.In connection with the table, these values result in Figure 2 shows the screwing process used.
Der Drehzahlumschaltzeitpunkt wird durch folgende Werte bestimmt
Drehmoment Mo
Tiefe Lo
The speed changeover time is determined by the following values
Torque M o
Depth L o
Die Werte von Mo und Lo werden für den Schrauber so berechnet, daß der Schraubvorgang zeitoptimal ausgeführt wird. D.h. die Drehzahl wird möglichst spät von der hohen Drehzahl f₁ auf die niedrigere Drehzahl f₂ reduziert. Bei der Berechnung des Drehzahlumschaltzeitpunkts wird die Abbremszeitkonstante des Schraubers so berücksichtigt, daß nach Abbremsung aus der höheren Drehzahl unmittelbar das gewünschte Anzugsmoment der Schraube Msoll erreicht ist.The values of M o and L o are calculated for the screwdriver in such a way that the screwing process is carried out in a time-optimized manner. Ie the speed is reduced as late as possible from the high speed f₁ to the lower speed f₂. In the calculation of the Drehzahlumschaltzeitpunkts Abbremszeitkonstante of the screwdriver is taken into account that, after braking from the higher speed immediately the desired tightening torque of the screw to M is reached.
Zusätzlich können zur Überwachung des Schraubvorgangs folgende sog. Überwachungswerte eingegeben werden:
Drehmoment
MOG *
MUG *
Drehwinkel
ωOG *
ωUG *
Tiefe
LOG *
LUG *.In addition, the following monitoring values can be entered to monitor the tightening process:
Torque
M OG *
M UG *
Angle of rotation
ω floor *
ω UG *
depth
L OG *
L UG *.
Die mit * bezeichneten Werte kann der Anwender ändern. Die übrigen Werte werden aus der Schraubfallanalyse gewonnen.The user can change the values marked with *. The remaining values are obtained from the screwdriving case analysis.
Für den Drehzahlumschaltzeitpunkt können zwei Fälle festgelegt werden:
Tsoll - Tf1 ≧ Tmin (7)
ergibt sich folgender Drehmomentswert für eine Umschaltung durch Drehmoment
Mo = M ( Tsoll - Tf1) (8)
und für
Tsoll - Tf1 < Tmin (9)
ergibt sich folgender Schraubtiefenwert für eine Umschaltung durch Schraubtiefe:
Lo = L(Tsoll ¡- Tf1) (10).
Two cases can be defined for the speed changeover time:
T set - T ≧ T min f1 (7)
the following torque value results for a changeover by torque
M o = M (T target - T f1 ) (8)
and for
T target - T f1 <T min (9)
the following screw depth value results for a switchover by screw depth:
L o = L (T should ¡- T f1 ) (10).
Wenn die höhere Drehzahl f₁ verändert wird, so wird automatisch die Abbremszeit Tf1 gem. Gleichung (4) entsprechend geändert und das Ergebnis der Schraubfallanalyse aktualisiert.If the higher speed f₁ is changed, the braking time T f1 will automatically acc. Equation (4) changed accordingly and the result of the tightening case analysis updated.
Die Winkelzählung braucht nicht unbedingt bei dem Anlegemoment Mmin zu beginnen, es kann stattdessen auch ein höherer Wert M₁ ≧ Mmin als Beginn der Drehwinkelzählung gewählt werden, wobei die übrigen Winkelwerte entsprechend angepaßt werden.The angle count does not necessarily have to start at the application torque M min , instead a
Der Schrauber ist im vorliegenden Fall mit einer Anzeige versehen, die die bei der Schraubfallanalyse ermittelten Werte und evtl. auch die vom Anwender angegebenen Werte anzeigt.In the present case, the screwdriver is provided with a display that shows the values determined during the screwdriving case analysis and possibly also the values specified by the user.
Stellt sich anhand der bei der Schraubfallanalyse ermittelten bzw. berechneten Werte heraus, daß für ein gewünschtes Anzugsmoment der Schraube bzw. Mutter die Drehzahlumschaltung durch die Schraubtiefe bestimmt wird, so muß der Schrauber zur Ausführung der gewünschten Verschraubung mit einem Schraubtiefen-Sensor ausgerüstet sein. Ist das nicht der Fall, so wird auf der Anzeige der Steuerung angegeben, daß die gewünschte Verschraubung so nicht ausführbar ist.If it emerges from the values determined or calculated in the screwdriving case analysis that the speed changeover is determined by the screwing depth for a desired tightening torque of the screw or nut, the screwdriver must be equipped with a screwing depth sensor to carry out the desired screwing. If this is not the case, the display on the control system indicates that the desired screw connection cannot be carried out in this way.
Zusätzlich wird berechnet, ob sich der gewünschte Schraubfall dadurch verwirklichen läßt, daß die höhere Drehzahl f₁ verringert wird und die Drehzahlumschaltung statt mit Hilfe der Schraubtiefe mittels des Drehmoments erfolgt.In addition, it is calculated whether the desired screwing case can be realized by reducing the
Dazu wird eine reduzierte Drehzahl f₁ wie folgt berechnet:
Tf = Tsoll - Tmin (11)
A reduced speed f₁ is calculated as follows:
T f = T target - T min (11)
Aus Gleichung (4) ergibt sich die Beziehung
Tf = k· f. (13)
The relationship results from equation (4)
T f = k · f . (13)
Daraus ergibt sich schließlich die folgende Gleichung für f:
Ergibt sich aus dieser Berechnung ein fäür eine Verschraubung sinnvoller Drehzahlwert, so wird diese berechnete Drehzahl auf dem Anzeigefeld angegeben.If this calculation results in a speed value that makes sense for a screw connection, then this calculated speed is indicated on the display panel.
Figur 3 zeigt ein Diagramm eines bei einer Schraubfallanalyse gewonnenen Drehmomentenverlaufs über der Zeit. Neben den aus Figur 1 bekannten Werten des Anlegemoments Mmin, des Drehmomentgrenzwertes MGr, des maximalen Drehmoments Mmax und dem aus Gleichung (6) berechneten Wertes Mp ist auch der Umschaltzeitpunkt To eingezeichnet, ebenso das Sollmoment Msoll.FIG. 3 shows a diagram of a torque curve obtained over time in a screwdriving case analysis. Besides the well known of Figure 1 values of the feed torque M min, the torque limit M Gr, the maximum torque M max and the value calculated from equation (6) the value M p and the switching time T o is located, as the target torque M soll.
Im folgenden werden einige Zahlenbeispiele gegeben:
Mmax = 60 Nm
Mmin = 2 Nm
Tmax = 1200 ms
Tmin = 900 ms
f₁ = 200 Hz
f₂ = 50 Hz
Mp = p· Mmax = 0,8· 60 Nm = 48 Nm.Some numerical examples are given below:
M max = 60 Nm
M min = 2 Nm
T max = 1200 ms
T min = 900 ms
f₁ = 200 Hz
f₂ = 50 Hz
M p = PMM max = 0.860 Nm = 48 Nm.
Aus der in Figur 4 angegebenen Tabelle lassen sich das sich das sich für jeden Schraubfall ergebende Schraubverfahren und der Drehzahlumschaltpunkt ablesen.The table in FIG. 4 shows the screwing method and the speed changeover point that results for each screwing case.
Für Drehmomentwerte im Bereich 48 ≦ M ≦ 60 Nm bzw. für Drehwinkel von 40 ≦ ω ≦ 50° ergibt sich das Streckgrenzenschraubverfahren. Der Drehzahlumschaltpunkt wird durch das Drehmoment bestimmt.The yield point screw method results for torque values in the
Soll die Schraube mit einem Drehmoment M im Bereich 40 ≦ M ≦ 48 Nm bzw. mit einem Drehwinkel ω von 33 ≦ ω ≦ 40° angezogen werden, so findet das Drehmoment- bzw. Drehwinkelschraubverfahren Anwendung. Der Drehzahlumschaltpunkt wird wiederum durch das Drehmoment bestimmt.If the screw is to be tightened with a torque M in the
Bei einem gewünschten Anzugsmoment M der Schraube im Bereich 2 ≦ M ≦ 40 Nm bzw. einem Drehwinkel ω von 0 ≦ ω ≦ 33° findet ebenfalls das Drehmoment- bzw. Drehwinkelschraubverfahren Anwendung. Hier wird allerdings der Drehzahlsumschaltzeitpunkt durch die Schraubtiefe L bestimmt.With a desired tightening torque M of the screw in the
Die bei der Schraubfallanalyse ermittelten Daten werden einem Speicher des Schraubers zugeführt und dort gespeichert. Diese Daten werden mittels der mit dem Speicher verbundenen Anzeigeeinrichtung, beispielsweise auf einem Flüssigkristall-Anzeigfeld dargestellt.The data determined during the screwdriving case analysis are fed to a memory of the screwdriver and stored there. This data is displayed by means of the display device connected to the memory, for example on a liquid crystal display panel.
Nach der Schraubfallanalyse werden vom Anwender folgende Werte eingegeben:
hohe Drehzahl f₁ = 200 Hz
niedrigere Drehzahl f₂ = 50 Hz
maximales Drehmoment Mmax = 60 Nm
minimales Drehmoment Mmin = 2 Nm
Beginn der Winkelzählung bei M₁ = 2 Nm.After the screwdriving case analysis, the user enters the following values:
high speed f₁ = 200 Hz
lower speed f₂ = 50 Hz
maximum torque M max = 60 Nm
minimum torque M min = 2 Nm
Start of angle counting at M₁ = 2 Nm.
Die Schraube soll mit folgendem Drehmoment Msoll angezogen werden:
Msoll = 30 Nm.The screw should be tightened with the following torque M:
M nominal = 30 Nm.
Aus der Tabelle oder aus der Anzeige des Steuergeräts ergibt sich, daß automatisch ein drehmomentgesteuertes Schraubverfahren eingeleitet wird, bei dem der Drehzahlumschaltpunkt durch die Schraubtiefe bestimmt wird.It can be seen from the table or from the display of the control unit that a torque-controlled screwing process is initiated automatically, in which the speed changeover point is determined by the screwing depth.
Folgende Überwachungswerte werden zusätzlich eingegeben
Drehmoment
MOG = 31,5 Nm (± 5 % Toleranz)
MUG = 28,5 Nm
Drehwinkel
ωOG = 28° (± 10 % Toleranz)
ωUG = 22°.The following monitoring values are also entered
Torque
M OG = 31.5 Nm (± 5% tolerance)
M UG = 28.5 Nm
Angle of rotation
ωOG = 28 ° (± 10% tolerance)
ωUG = 22 °.
Es zeigt sich also, daß das Schraubverfahren nur durchführbar ist, wenn der Schrauber mit einem Sensor zur Erfassung der Schraubtiefe ausgerüstet ist. Ist das nicht der Fall, müßte die Drehzahl auf f′₁ = 167 Hz verringert werden. Für diesen Fall ergibt sich eine Abbremszeit des Schraubers, die so kurz ist, daß auch bei drehmomentgesteuertem Schraubvorgang das gewünschte Drehmoment Msoll nicht überschritten wird.It can thus be seen that the screwing method can only be carried out if the screwdriver is equipped with a sensor for detecting the screwing depth. If this is not the case, the speed would have to be reduced to f'₁ = 167 Hz. In this case there is a braking time of the screwdriver which is so short that the desired torque M Soll is not exceeded even with a torque-controlled screwing process.
Zur Auswertung der bei der Analyse gewonnenen und der vom Anwender eingegebenen Daten können in der Steuerung des Schraubers Vergleichsstufen vorgesehen sein, die die gespeicherten mit den vorgegebenen Drehmoment- bzw. Drehwinkelwerten vergleichen und daraus eine automatische Umschaltung der Steuerung des Schraubers bewirken. Es können auch auf der Anzeige Schaltbefehle an den Anwender gegeben werden, der dann die Steuerung des Schraubers durch die Eingabe der angezeigten Daten umstellt.To evaluate the data obtained during the analysis and the data entered by the user, comparison stages can be provided in the control of the screwdriver, which compare the stored with the specified torque or Compare the angle of rotation values and use them to automatically switch the control of the screwdriver. Switching commands can also be given to the user on the display, who then changes the control of the screwdriver by entering the displayed data.
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