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WO1999050029A1 - Hydraulisch betriebener kraftschrauber und verfahren zu seiner steuerung - Google Patents

Hydraulisch betriebener kraftschrauber und verfahren zu seiner steuerung Download PDF

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WO1999050029A1
WO1999050029A1 PCT/EP1999/002026 EP9902026W WO9950029A1 WO 1999050029 A1 WO1999050029 A1 WO 1999050029A1 EP 9902026 W EP9902026 W EP 9902026W WO 9950029 A1 WO9950029 A1 WO 9950029A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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screw
piston
actual
pressure
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP1999/002026
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Hohmann
Frank Hohmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO1999050029A1 publication Critical patent/WO1999050029A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • B25B23/145—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for fluid operated wrenches or screwdrivers
    • 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
    • B25B21/00—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose
    • B25B21/004—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose of the ratchet type
    • B25B21/005—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose of the ratchet type driven by a radially acting hydraulic or pneumatic piston

Definitions

  • the invention relates to a hydraulically operated power wrench and a method for its control with a lever pivotable by a piston-cylinder unit with a ratchet arrangement for gradually rotating a ratchet bushing and a drive unit with a motor-driven, volumetric pump
  • Such a power wrench is described, for example, in DE 34 16 879 C2.
  • this power wrench there is a predetermined ratio between the piston path of the piston-cylinder unit and thus the swivel angle of the ratchet bushing and the volume flow of the volumetric pump, which is derived from the formula
  • H is the stroke of the piston-cylinder unit
  • ND is the volume of the oil introduced into the cylinder
  • AKD is the piston area of the piston of the piston-cylinder unit
  • the volume flow of the pump results from the rotational speed of the drive motor of the pump and the pump volume delivered per revolution corresponds to a specific stroke distance H of the piston-cylinder unit
  • the joint point is detected by forming the gradient of the tightening torque rd, which has a significant jump at the joint point.
  • An indication of how the actual screw clamping angle is determined in comparison to a predetermined target screw clamping angle is not found in DE 43 38 846 AI
  • the invention is based on the problem of creating a hydraulically operated power wrench and a method for controlling a hydraulically operated power wrench of the type mentioned at the beginning, by means of which the operation is simplified and operating errors are eliminated as far as possible without special requirements being placed on the specialist knowledge of the operator further damage to the screws to be tightened and to the power wrench are to be avoided, the accuracy with which the screws are tightened is increased and reliable transmission of the measurement and control signals are ensured
  • Evaluation electronics for determining a target screw clamping angle from the entered values, a scanning device for the actual screw clamping angle from the stroke of the piston-cylinder unit starting from the joint point and a control and switch-off device for switching off the movement of the piston-cylinder unit when the Target screw clamping angle are provided
  • the invention is based on the consideration that there is a geometric, unchangeable relationship between the volume flow of the pump and the stroke of the piston-cylinder unit, so that one revolution of the motor-driven, volumetric pump has a very specific stroke of the piston-cylinder unit Since this stroke distance in turn corresponds to a certain angle of rotation of the ratchet bushing, the actual screw clamping angle results directly from the revolutions of the pump by simple conversion. Accordingly, the actual screw clamping angle can be determined from the volume flow of the drive unit through the scanning device
  • the scanning device for determining the actual screw angle can have an actual pressure sensor and, when the screw is tightened, the break points of the actual pressure when the joint point is reached, when the screw rotation is inserted in the intermediate steps and when the piston of the piston-cylinder unit stops Use the interval limits for the volume flow of the drive unit at the end of the stroke, determine the actual screw angle from the volume flow within these interval limits and switch off the movement of the piston-cylinder unit when the set screw angle is reached.
  • This design of the scanning device takes advantage of the fact that when the ratchet bushing is gradually turned at the pump outlet, a steep rise in pressure begins, which changes with a bend in the pressure curve, which occurs when the screw connection is tightened up to the joint point several steps take place, at the end of each step again a kink in the pressure curve occurs when the piston-cylinder unit hits a stop at the end of the stroke path Another kink point occurs before the end of the stroke path when the joint point is reached because of At this point, the pressure rise is proportional to the bolt preload
  • the piston-cylinder unit covers the full stroke distance to the stop during each step, so that the interval between the kink point of the pressure curve at the beginning and at The end of the stroke is a measure for the respective screw clamping angle - 4 - a certain volume flow of the pump is assigned, which in turn results from its speed, there is a clear relationship between the screw clamping angle and the volume flow of the drive unit
  • the movement of the piston-cylinder unit is switched off, for example by switching off the drive unit or by opening a pressure valve in the line connection between the drive unit and the piston-cylinder unit
  • an adjustable pressure valve is arranged between the piston-cylinder unit and the pump, which can be set to a set pressure corresponding to the set preload force, and the scanning device determines the actual screw clamping angle when the set pressure is reached from the volume flow of the drive unit , it is possible to have an increase in the pressure at the pressure valve set by the scanning device if the desired screw clamping angle is not reached and to cause the screw to continue to rotate by the piston-cylinder unit until the desired screw clamping angle is reached Before reaching the target screw clamping angle, simply connect it to the interval of the pressure curve, the break point of which results from opening the pressure valve when the set target pressure is reached. Of course, this target pressure must not be set so high that when it is reached Target pressure the target - preload is exceeded
  • the input electronics, the evaluation electronics and the scanning device can preferably consist of a uniform electronic module, it is advantageous to provide an electronic pressure gauge in the line connection between the piston-cylinder unit and the drive unit as the actual pressure transducer, the measurement data of which as electrical measurement variables directly Can be used by the electronic component
  • An electronic pressure meter of this type is required if the drive motor for the volumetric pump is not an electric motor but, for example, an air motor - 5 -
  • the actual pressure sensor can be designed as a current consumption measuring device, since the current consumption of an electric motor that drives a volumetric pump is directly proportional to the pump pressure
  • the actual pressure sensor can also be designed as a phase angle measuring device
  • the scanning device for the actual pressure can preferably have a differentiating device, since the break points of the pressure curve to be recorded result from the differentiation of the actual pressure as an abrupt change in the slope and enable the break points to be determined precisely
  • the relevant volume flow of the drive unit can be calculated from the number of revolutions of the volumetric pump in the interval limits in the scanning device, preferably by the speed of revolution of the volumetric pump and the duration of the intervals of the pressure curve between the break points for calculating the Volume flow can be used
  • the method according to the invention for controlling a hydraulically operated power wrench of the type mentioned at the outset has the steps of entering a nominal preload force, the screw size, the thread pitch and the clamping length or the screw material, the material quality, the screw size, the thread pitch and the clamping length into an input electronics, Determination of a desired screw clamping angle from the entered values in an electronic evaluation unit, determination of the reaching of the joint point in a scanning device, determination of the actual screw clamping angle from the stroke of the piston-cylinder unit starting from the joint point in the scanning device and switching off the movement of the piston cylinder -Unit when the desired screw clamping angle is reached by means of a control and shutdown device
  • the scanning device can easily determine the actual screw clamping angle from the volume flow of the drive unit, the scanning device preferably having an actual pressure sensor for determining the actual screw angle and when the screw is tightened the kink points of the actual pressure when the joint point is reached Insert the screw rotation in the intermediate steps and when the piston of the piston-cylinder unit stops at the stroke end as interval limits for the volume flow - 6 -
  • the Drive unit determines the actual screw clamping angle from the volume flow within these interval limits and switches off the movement of the piston-cylinder unit when the set screw angle is reached.
  • the approach to the set screw clamping angle can advantageously be checked in such a way that between the piston
  • An adjustable pressure valve is arranged in the cylinder unit, which is set to a somewhat lower target pressure than that corresponding to the target pretensioning force.
  • the scanning device determines the actual screw tension angle from the volume flow of the drive unit when the set target pressure is reached, the If the target pressure can be exactly determined by differentiating the pressure curve at the break point, the scanning device can calculate a required further rotation angle, increase the pressure setting on the pressure valve accordingly and continue to turn the screws by the piston-cylinder unit until the target Effect the screw clamping angle and then switch off the movement of the piston-cylinder unit
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 2 is a schematic representation of the pressure curve when
  • a hydraulically operated power wrench 1 comprises a piston-cylinder unit 2, a pivotable lever 3, which can be acted upon by the piston-cylinder unit 2, with a ratchet arrangement 5 for gradually turning a ratchet bushing 4
  • a swivel angle ⁇ of the lever 3 This corresponds to the full stroke of the piston-cylinder unit. Accordingly, there is a fixed geometric relationship between the stroke H and the swivel angle
  • the pivoting of the pivot lever 3 for tightening a screw, not shown, is carried out by applying pressure oil to the piston-cylinder unit 2 from a drive unit 6, while the return stroke of the lever 3 is effected by a return spring, not shown.
  • the return stroke takes place as an idle stroke, since the ratchet arrangement 5 releases the rotary connection between the lever 3 and the ratchet bush 4 on the return stroke
  • the drive unit 6 has two pumps 7, 8 connected in parallel, which act as piston pumps - 7 - are designed with different delivery volumes
  • the pumps 7, 8 are driven by a common drive motor 9, which in the exemplary embodiment shown is designed as an electric motor.
  • a combined switchover and pressure control valve 11 is connected to the pressure side of the pumps 7, 8, the latter Operation will be explained furthermore.
  • a pressure sensor 12 is also arranged in the pressure line to the power wrench 1. Instead of a pressure sensor 12 arranged in the pressure line, the pressure in the pressure line can also be measured by a current consumption measuring device 13 connected to the drive motor 9 or by a drive motor 9 connected phase angle measuring device 14 take place
  • a tachometer generator 15 can also be connected to the drive motor 9
  • An electronic control unit 16 controlling the drive unit 6 is connected to an input electronics 17, preferably an input keyboard, and has inputs for the pressure sensor 12 and / or the current consumption measuring device 13 and / or the phase angle measuring device 14 and / or the tachometer generator 15.
  • An output of the electronic ones Control unit 16 is connected to the changeover and pressure control valve 11.
  • the electronic control unit 16 comprises evaluation electronics 18 for determining a desired screw tension angle from the screw values entered into the input electronics 17, namely a desired preload force, the screw size, the thread pitch and the clamping length
  • the electronic control unit 16 comprises a scanning device 19 for the actual screw clamping angle and a control and switch-off device 20 for switching off the movement of the piston-cylinder unit 2 when the desired screw clamping angle is reached.
  • a differentiating device 21 in the elect Ronic control unit 16 serves to represent the break points Ai to As, B] to B3 and C] to C from the pressure curve shown in FIG. 2 when tightening a screw connection as a sudden change in the pressure rise and for evaluation in the scanning device 19 and the control and To provide shutdown device 20
  • the nominal preload force, the screw size, the thread pitch and the clamping length are entered into the input electronics 17 and from there to the evaluation electronics 18 in the electronic control unit 16.
  • the evaluation electronics 18 determines a nominal bolt preload angle from these screwing data, since the SoH preload force corresponds to a certain screw elongation, which in turn is directly related to the thread pitch - 8 - there is a proportional relationship to the nominal screw clamping angle
  • the target preload is determined by the modulus of elasticity of the screw material, the permissible tensile stress, i.e. the material quality, the shaft cross-section and the screw length and can be specified, for example, on the screw itself or in a table.
  • the evaluation electronics can also determine the target preload, however the screw material and the screw quality are entered in addition to the screw size, the thread pitch and the clamping length
  • This desired screw tension angle is only measured from the joint point B3, that is to say from the point at which the various components of the screw connection lie snugly.
  • This joint point is designated B3 in FIG.
  • the pressure curve can be determined either by means of an electronic pressure sensor 12 arranged in the pressure line or by a current consumption measuring device 13 connected to the drive motor 9 or by a phase angle measuring device 14 connected to the drive motor 9 by differentiating the pressure curve using the differentiating device 21 in
  • the break points A] to A ⁇ Bl to B3 and C] to Cß can be determined very precisely, so that the actual screw clamping angle can be compared at any time with the target screw clamping angle
  • the switching off of the movement of the piston-cylinder unit 2 when the desired screw clamping angle is reached can be controlled in different ways.
  • the changeover and pressure control valve 11 is set to a maximum pressure pmax, which is always higher than the pressure which is reached when it is reached of the desired screw clamping angle in the pressure line, it is necessary to send a signal from the control and shutdown device 20 in the electronic control unit 16 to the drive motor 9 or to the changeover and pressure control valve 11, which drives the drive motor 9 when the setpoint is reached -
  • pmax a maximum pressure pmax
  • the pressure relief valve for the pump 8 can also be set so that a part of the intervals 11 to I5 is still detected by both pumps 7, 8 when one - 1 1 - particularly fast screwing is desired
  • the invention has the particular advantage that a highly precise tightening of a screw connection to a predeterminable target preload force can be achieved via a target bolt tension angle that can be calculated therefrom, without the actual bolt tension angle having to be measured directly by means of a special angle measuring device, since the The actual screw clamping angle can be determined from the volume flow of the hydraulic drive unit 6 for the power wrench 1 and this volume flow is geometrically predetermined from the dimensions of the pumps 7, 8 and their speed

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Abstract

Hydraulisch betriebener Kraftschrauber und Verfahren zum Steuern eines hydraulisch betriebenen Kraftschraubers mit einem durch eine Kolben-Zylinder-Einheit schwenkbaren Hebel mit einer Ratschenanordnung zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbüchse, einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe, einer Eingabeelektronik zum Eingeben einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengröße, der Gewindesteigung und der Klemmlänge, einer Auswerteelektronik zum Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den eingegebenen Werten, einer Abtasteinrichtung für den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit, ausgehend vom Fügepunkt und einer Steuer- und Abschalteinrichtung zum Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels.

Description

"Hydraulisch betriebener Kraftschrauber und Verfahren zu seiner Steuerung"
Die Erfindung betrifft einen hydraulisch betriebenen Kraftschrauber und ein Verfahren zu seiner Steuerung mit einem durch eine Kolben-Zylinder-Einheit schwenkbaren Hebel mit einer Ratschenanordnung zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbuchse und einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe
Ein derartiger Kraftschrauber ist beispielsweise in der DE 34 16 879 C2 beschrieben Bei diesem Kraftschrauber besteht zwischen dem Kolbenweg der Kolben-Zylinder-Einheit und damit dem Schwenkwinkel der Ratschenbuchse sowie dem Volumenstrom der volumetrischen Pumpe ein vorgegebenes Verhältnis, das sich aus der Formel
VD
H ARD
ergibt Hierbei ist H der Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit, ND das Volumen des in den Zylinder eingeleiteten Ols und AKD die Kolbenflache des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit
Bei einer Antriebseinheit aus einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe, insbesondere einer Kolbenpumpe ergibt sich der Volumenstrom der Pumpe aus der Umdrehungsgeschwindigkeit des Antriebsmotors der Pumpe und dem je Umdrehung gelieferten Pumpenvolumen entspricht ein bestimmter Hubweg H der Kolben-Zylinder-Einheit
Bei den bisher bekannten Kraftschraubern der eingangs erwähnten Art wurde eine Steuerung des Anzugsmoments, das sich direkt aus dem auf die Kolben-Zylinder-Einheit wirkenden Druck und dem Hebelarm des schwenkbaren Hebels ergibt, in der Weise durchgeführt, daß der Druck der Antriebseinheit auf einen dem Soll-Anzugsmoment entsprechenden Soll-Druck eingestellt wurde, so daß sich ein einstellbares Druckventil bei Erreichen des Soll-Drucks und damit des Anzugmoments öffnete und die Hubbewegung der Kolben-Zylinder-Einheit zum Stillstand kam Mit dieser bekannten Steuerung waren jedoch die ebenfalls bekannten Nachteile des Anziehens über das Drehmoment eines Kraftschraubers verbunden, das bekanntermaßen stark von äußeren Umstanden, wie Gewindereibung, Reibung gegenüber einer Auflageflache und Verformung der mittels der Schraubenverbindung zusammenzufugenden Bauteile und dergleichen abhangig ist und daher kein genaues Maß für - 2 - die tatsachlich erreichte Schraubenvorspannung ist
Aufgrund des Hooke'schen Gesetzes ist die tatsachlich erreichte Schraubenvorspannung direkt proportional zum Schraubendrehwinkel bei gegebener Gewindesteigung, da einem bestimmten Schraubendrehwinkel eine bestimmte Schraubendehnung und damit eine bestimmte Schraubenvorspannung entspricht
Um diesen Drehwinkel zu bestimmen, ist es bei drehend angetriebenen Kraftschraubern, beispielsweise aus der DE 43 31 846 AI , bekannt, eine Schraubverbindung zunächst bis zur Auflage der Bestandteile der Schraub Verbindung aufeinander anzuziehen Erst wenn die verschiedenen Bestandteile dieser Schraubverbindung satt aufeinander liegen, d h wenn der Fugepunkt erreicht ist, wird bei dem bekannten Verfahren die Erkenntnis benutzt, daß bis zum Erreichen des Fugepunkts nur ein geringer Anstieg des vom Kraftschrauber aufgebrachten Drehmoments und damit des auf den Kraftschrauber wirkenden Drucks eintritt, dieses Drehmoment und damit der Druck vom Fugepunkt ab jedoch steil ansteigt und somit der Knickpunkt im Drehmoment- bzw Druckverlauf als Ausgangspunkt für die Bestimmung des Ist-Schraubenspannwinkels genommen werden kann Bei dem in der DE 43 31 846 AI beschriebenen Verfahren zum Anziehen einer Schraub Verbindung wird der Fugepunkt erfaßt, indem der Gradient des Anzugsmoments gebildet wird, der am Fugepunkt einen signifikanten Sprung besitzt Eine Angabe, wie der Ist-Schraubenspannwinkel im Vergleich zu einem vorgegebenen Soll-Schraubenspannwinkel ermittelt wird, findet sich nicht in der DE 43 38 846 AI
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen hydraulisch betriebenen Kraftschrauber und ein Verfahren zum Steuern eines hydraulisch betriebenen Kraftschraubers der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch die die Bedienung vereinfacht und Bedienungsfehler möglichst ausgeschaltet werden, ohne daß besondere Anforderungen an die Fachkenntnisse der Bedienungsperson gestellt werden Des weiteren sollen Schaden an den anzuziehenden Schrauben und am Kraftschrauber vermieden, die Genauigkeit, mit der das Anziehen der Schrauben bewirkt wird, erhöht und eine sichere Übertragung der Meß- und Steuersignale gewahrleistet werden
Ausgehend von dieser Problemstellung wird bei einem hydraulisch betriebenen Kraftschrauber mit einem durch eine Kolben-Zylinder-Einheit schwenkbaren Hebel mit einer Ratschenanordnung zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbuchse und einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe vorgeschlagen, daß erfindungsgemaß eine Eingabeelektronik zum Eingeben einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengrόße, der Gewindesteigung und" der Klemmlange oder des Schraubenmaterials, der Materialgute, der Schraubengroße, der Gewindesteigung und der Klemmlange, eine - 3 -
Auswerteelektronik zum Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den eingegebenen Werten, eine Abtasteinrichtung für den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit ausgehend vom Fugepunkt und eine Steuer- und Abschalteinrichtung zum Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels vorgesehen sind
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß zwischen dem Volumenstrom der Pumpe und dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit eine geometrische, unveränderliche Beziehung besteht, so daß einer Umdrehung der motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe ein ganz bestimmter Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit entspricht Da diesem Hubweg wiederum ein bestimmter Drehwinkel der Ratschenbuchse entspricht, ergibt sich aus den Umdrehungen der Pumpe durch einfaches Umrechnen direkt der Ist-Schraubenspannwinkel Dementsprechend laßt sich der Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit durch die Abtasteinrichtung ermitteln
Vorzugsweise kann die Abtasteinrichtung für die Ermittlung des Ist-Schraubenwinkels einen Ist-Druckaufnehmer aufweisen und beim Spannen der Schraube die Knickpunkte des Ist-Drucks bei Erreichen des Fugepunkts, bei Einsetzen der Schraubendrehung in den Zwischenschritten und bei Anschlag des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit am Hubende als Intervallgrenzen für den Volumenstrom der Antriebseinheit heranziehen, in diesen Intervallgrenzen den Ist-Schraubenwinkel aus dem Volumenstrom ermitteln und bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit abschalten.
Diese Ausgestaltung der Abtasteinrichtung macht sich die Tatsache zunutze, daß beim schrittweisen Drehen der Ratschenbuchse am Pumpenausgang zunächst ein steiler Druckanstieg einsetzt, der mit einem Knick in den Druckverlauf übergeht, der sich beim Anziehen der Schraubenverbindung bis zum Fugepunkt einstellt Das Anziehen bis zum Fϋgepunkt kann in mehreren Schritten erfolgen, wobei am Ende eines jeden Schrittes wiederum ein Knickpunkt im Druckverlauf auftritt, wenn die Kolben-Zylinder-Einheit am Ende des Hubweges gegen einen Anschlag fahrt Ein weiterer Knickpunkt tritt vor Ende des Hubweges auf, wenn der Fugepunkt erreicht wird, da von diesem Punkt ab der Druckanstieg proportional zur Schraubenvorspannkraft erfolgt
Solange die vorgegebene Soll-Schraubenvorspannung, d h der daraus ermittelte Soll-Schraubenspannwinkel noch nicht erreicht ist, legt die Kolben-Zylinder-Einheit wahrend jedes Schrittes den vollen Hubweg bis zum Anschlag zurück, so daß das Intervall zwischen dem Knickpunkt des Druckverlaufs zu Beginn und am Ende des Hubweges ein Maß für den jeweiligen Schraubenspannwinkel ist Da diesem Intervall eine bestimmte Fordermenge bzw - 4 - ein bestimmter Volumenstrom der Pumpe zugeordnet ist, der sich wiederum aus deren Drehzahl ergibt, besteht eine eindeutige Beziehung zwischen dem Schraubenspannwinkel und dem Volumenstrom der Antriebseinheit
Wird beim Anziehen der Schraubenverbindung wahrend des letzten Schrittes der Soll-Schraubenspannwinkel erreicht, was sich in der Abtasteinrichtung durch Aufaddieren der Hubwege in den einzelnen Schritten seit dem Fugepunkt feststellen laßt, wird die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit abgeschaltet, beispielsweise durch Abschalten der Antriebseinheit oder durch Offnen eines Druckventils in der Leitungsverbindung zwischen der Antriebseinheit und der Kolben-Zylinder-Einheit
Wenn zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und der Pumpe ein einstellbares Druckventil angeordnet ist, das auf einen der Soll-Vorspannkraft entsprechenden Soll-Druck einstellbar ist, und ermittelt die Abtasteinrichtung den Ist-Schraubenspannwinkel bei Erreichen des Soll-Drucks aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit, ist es möglich, bei Nichterreichen des Soll-Schraubenspannwinkels eine Erhöhung des Drucks am Druckventil durch die Abtasteinrichtung einstellen zu lassen und ein Weiterdrehen der Schraube durch die Kolben-Zylinder-Einheit bis Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels zu bewirken Dabei läßt sich der Ist-Schraubenspannwinkel vor Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels auf einfache Weise mit dem Intervall des Druckverlaufs in Verbindung bringen, dessen Knickpunkt sich durch das Offnen des Druckventils bei Erreichen des eingestellten Soll-Drucks ergibt Dieser Soll-Druck darf selbstverständlich nicht so hoch eingestellt sein, daß bei Erreichen dieses Soll-Drucks die Soll-Vorspannkraft überschritten wird
Aufgrund der eingangs erwähnten Ungenauigkeiten der Steuerung über eine Druckeinstellung ist es daher vorteilhaft, diesen Soll-Druck etwas niedriger als der Soll- Vorspannkraft entsprechend einzustellen, um durch einen anschließenden Schritt den vorgegebenen Soll-Schraubenspannwinkel und damit die Soll- Vorspannkraft tatsachlich zu erreichen, indem die Schraube durch die Kolben-Zylinder-Einheit um einen entsprechenden Winkel weitergedreht und die Bewegung des Kraftschraubers dann abgeschaltet wird
Da die Eingabeelektronik, die Auswerteelektronik und die Abtasteeinrichtung vorzugsweise aus einem einheitlichen elektronischen Baustein bestehen können, ist es vorteilhaft, als Ist-Druckaufnehmer einen elektronischen Druckmesser in der Leitungsverbindung zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und der Antriebseinheit vorzusehen, dessen Meßdaten als elektrische Meßgroßen direkt durch den elektronischen Baustein verwertbar sind Ein derartiger elektronischer Druckmesser ist erforderlich, wenn der Antriebsmotor für die volumetrische Pumpe kein Elektromotor, sondern beispielsweise ein Druckluftmotor ist - 5 -
Handelt es sich bei dem Antriebsmotor für die volumetrische Pumpe um einen Elektromotor, kann der Ist-Druckaufnehmer als Stromaufnahmemeßgerat ausgebildet sein, da die Stromaufnahme eines Elektromotors, der eine volumetrische Pumpe antreibt, direkt proportional zum Pumpendruck ist
Handelt es sich bei dem Antriebsmotor um einen wechselstrombetriebenen Antriebsmotor, dessen Phasenlage sich mit dem aufzubringenden Drehmoment und damit proportional zum von der volumetrischen Pumpe erzeugten Druck ändert, kann der Ist-Druckaufnehmer auch als Phasenwinkelmeßgerat ausgebildet sein
Vorzugsweise kann die Abtasteinrichtung für den Ist-Druck eine Differentiiereinrichtung aufweisen, da sich die aufzunehmenden Knickpunkte des Druckverlaufs als sprunghafte Veränderung der Steigung aus der Differentiierung des Ist-Drucks ergeben und eine genaue Ermittlung der Knickpunkte ermöglichen
Für die Ermittlung des Ist-Schraubenspannwinkels laßt sich der maßgebliche Volumenstrom der Antriebseinheit aus der Anzahl der Umdrehungen der volumetrischen Pumpe in den Intervallgrenzen in der Abtasteinrichtung berechnen, vorzugsweise indem die Umdrehungsgeschwindigkeit der volumetrischen Pumpe und die Zeitdauer der Intervalle des Druckverlaufs zwischen den Knickpunkten zur Berechnung des Volumenstroms herangezogen werden
Das erfindungsgemaße Verfahren zum Steuern eines hydraulisch betriebenen Kraftschraubers der eingangs erwähnten Art weist die Schritte auf Eingeben einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengroße, der Gewindesteigung und der Klemmlange oder des Schraubenmaterials, der Materialgute, der Schraubengroße, der Gewindesteigung und der Klemmlange in eine Eingabeelektronik, Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den eingegebenen Werten in einer Auswerteelektronik, Feststellen des Erreichens des Fugepunkts in einer Abtasteinrichtung, Ermitteln des Ist-Schraubenspannwinkels aus dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit ausgehend vom Fugepunkt in der Abtasteinrichtung und Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels mittels einer Steuer- und Abschalteinrichtung
Die Abtasteinrichtung kann dabei den Ist-Schraubenspannwinkel ohne weiteres aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit ermitteln, wobei die Abtasteinrichtung vorzugsweise für die Ermittlung des Ist-Schraubenwinkels einen Ist-Druckaufnehmer aufweist und beim Spannen der Schraube die Knickpunkte des Ist-Drucks bei Erreichen des Fugepunkts, bei Einsetzen der Schraubendrehung in den Zwischenschritten und bei Anschlag des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit am Hubende als Intervallgrenzen für den Volumenstrom der - 6 -
Antriebseinheit heranzieht, in diesen Intervallgrenzen den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom ermittelt und bei Erreichen des Soll-Schraubenwinkels die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit abschaltet Die Annäherung an den Soll-Schraubenspannwinkel laßt sich vorteilhaft in der Weise kontrollieren, daß zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit ein einstellbares Druckventil angeordnet wird, das auf einen etwas niedrigeren Soll-Druck als dem der Soll-Vorspannkraft entsprechenden eingestellt ist Wenn dann die Abtasteinrichtung den Ist-Schraubenspannwinkel bei Erreichen des eingestellten Soll-Drucks aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit ermittelt, wobei das Erreichen des Soll-Drucks durch Differentiieren des Druckverlaufs im Knickpunkt genau ermittelbar ist, kann die Abtasteinrichtung einen erforderlichen Weiterdrehwinkel berechnen, die Druckeinstellung am Druckventil entsprechend erhohen und ein Weiterdrehen der Schrauben durch die Kolben-Zylinder-Einheit bis Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels bewirken und dann die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit abschalten
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemaßen
Kraftschraubers mit Antriebseinheit und elektronischer Steuereinheit und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Druckverlaufs beim
Schraubenspannen
Ein hydraulisch betriebener Kraftschrauber 1 umfaßt eine Kolben-Zylinder-Einheit 2, einen durch die Kolben-Zylinder-Einheit 2 beaufschlagbaren, schwenkbaren Hebel 3 mit einer Ratschenanordnung 5 zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbuchse 4 Zwischen Anschlagen in der Kolben-Zylinder-Einheit 2 ergibt sich ein Schwenkwinkel α des Hebels 3 Dies entspricht dem vollen Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit Dementsprechend besteht zwischen dem Hubweg H und dem Schwenkwinkel eine feststehende, geometrische Beziehung
Das Schwenken des Schwenkhebels 3 zum Spannen einer nicht dargestellten Schraube erfolgt durch Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheit 2 mit Druckol von einer Antriebseinheit 6, wahrend der Ruckhub des Hebels 3 durch eine nicht dargestellte Rückholfeder bewirkt wird Der Ruckhub erfolgt als Leerhub, da die Ratschenanordnung 5 beim Rückhub die Drehverbindung zwischen dem Hebel 3 und der Ratschenbuchse 4 freigibt
Die Antriebseinheit 6 weist zwei parallel geschaltete Pumpen 7, 8 auf, .die als Kolbenpumpen - 7 - mit unterschiedlichem Fordervolumen ausgebildet sind Der Antrieb der Pumpen 7, 8 erfolgt durch einen gemeinsamen Antriebsmotor 9, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Elektromotor ausgebildet ist Mit der Druckseite der Pumpen 7, 8 ist ein kombiniertes Umschalt- und Drucksteuerventil 1 1 verbunden, dessen Wirkungsweise noch erläutert wird Des weiteren ist in der Druckleitung zum Kraftschrauber 1 ein Druckaufnehmer 12 angeordnet Anstelle eines in der Druckleitung angeordneten Druckaufnehmers 12 kann die Messung des Drucks in der Druckleitung auch durch ein mit dem Antriebsmotor 9 verbundenes Stromaufnahmemeßgerat 13 oder durch ein mit dem Antriebsmotor 9 verbundenes Phasenwinkelmeßgerat 14 erfolgen
Mit dem Antriebsmotor 9 kann des weiteren ein Tachogenerator 15 verbunden sein
Eine die Antriebseinheit 6 steuernde, elektronische Steuereinheit 16 ist mit einer Eingabeelektronik 17, vorzugsweise einer Eingabetastatur, verbunden und weist Eingange für den Druckaufnehmer 12 und/oder das Stromaufnahmemeßgerat 13 und/oder das Phasenwinkelmeßgerat 14 und/oder den Tachogenerator 15 auf Ein Ausgang der elektronischen Steuereinheit 16 ist mit dem Umschalt- und Drucksteuerventil 11 verbunden Die elektronische Steuereinheit 16 umfaßt eine Auswerteelektronik 18 zum Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den in die Eingabeelektronik 17 eingegebenen Schraubenwerte, nämlich einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengroße, der Gewindesteigung und der Klemmlange Des weiteren umfaßt die elektronische Steuereinheit 16 eine Abtasteinrichtung 19 für den Ist-Schraubenspannwinkel sowie eine Steuer- und Abschalteinrichtung 20 zum Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit 2 bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels Eine Differentiereinrichtung 21 in der elektronischen Steuereinheit 16 dient dazu, aus dem in Fig 2 dargestellten Druckverlauf beim Anziehen einer Schraubenverbindung die Knickpunkte Ai bis As, B] bis B3 und C] bis C als sprunghafte Veränderung des Druckanstiegs darzustellen und zur Auswertung in der Abtasteinrichtung 19 sowie der Steuer- und Abschalteinrichtung 20 zur Verfügung zu stellen
Das Spannen einer Schraubenverbindung mittels der in Fig 1 dargestellten Schraubvorrichtung erfolgt unter Bezugnahme auf Fig 2 in folgender Weise
Zunächst werden in die Eingabeelektronik 17 die Soll- Vorspannkraft, die Schraubengroße, die Gewindesteigung und die Klemmlange eingegeben und von dort an die Auswerteelektronik 18 in der elektronischen Steuereinheit 16 geleitet Die Auswerteelektronik 18 ermittelt aus diesen Verschraubungsdaten einen Soll-Schraubenvorspannwinkel, da der SoH-Vorspannkraft eine bestimmte Schraubendehnung entspricht, die wiederum über die Gewindesteigung in einem direkt - 8 - proportionalen Verhältnis zum Soll-Schraubenspannwinkel steht
Die Soll-Vorspannkraft ist durch den Elastizitätsmodul des Schraubenmaterials, die zulassige Zugspannung, d h die Materialgute, den Schaftquerschnitt und die Schraubenlange vorgegeben und kann beispielsweise auf der Schraube selbst oder in einer Tabelle angegeben sein Die Auswerteelektronik kann jedoch auch die Soll-Vorspannkraft ermitteln, wenn das Schraubenmaterial und die Schraubengute zusatzlich zu der Schraubengroße, der Gewindesteigung und der Klemmlange eingegeben werden
Dieser Soll-Schraubenspannwinkel wird erst ab dem Fugepunkt B3, d h ab dem Punkt, an dem die verschiedenen Bestandteile der Schrauben Verbindung satt aufliegen, gemessen Dieser Fugepunkt ist in Fig 2 mit B3 bezeichnet
Wenn der Soll-Schraubenspannwinkel ermittelt ist, der ggf zusammen mit den eingegebenen Schraubendaten auf einem nicht dargestellten Bildschirm angezeigt sein kann, wird der Motor 9 zum Antreiben der Pumpen 7, 8 in Betrieb gesetzt oder wird bei standig laufendem Antriebsmotor 9 ein Druckentlastungsventil im Umschalt- und Drucksteuerventil 1 1 geschlossen, so daß sich in der Druckleitung zum Kraftschrauber 1 der Pumpendruck aufbaut. Dieser Druck steigt zunächst nur bis zum Punkt A] in Fig 2 an und entspricht den Widerstanden in den Leitungen, dem Kraftschrauber 1 und in der Schraubenverbindung während des Anziehens bis zum Fugepunkt B3 In Fig 2 ist dargestellt, daß bis zum Erreichen des Fugepunktes B3 zwei Leerhube A]-Bι und A2-B2 erforderlich sind Diese Leerhübe entsprechen dem vollem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit 2 bis zum Anschlag am Ende des Hubwegs, an dem der Druck in der Druckleitung steil bis auf den in dem Abschalt- und Drucksteuerventil eingestellten Druck ansteigt Bei diesem Druck kann es sich, wie nachstehend noch beschrieben, entweder um einen gleichbleibenden Druck pmax oder um einen ersten Druck pj und anschließend den Druck pmax handeln Zwischen jedem Hub kehrt die Kolben-Zylinder-Einheit, durch die elektronische Steuereinheit 16 gesteuert, in ihre Ausgangsstellung zurück
Wenn wahrend des dritten Schritts beim Spannen der Schraubverbindung der Fugepunkt B3 erreicht ist, wird die Schraube entsprechend den Schraubendaten gespannt, wobei entsprechend der zunehmenden Schraubenvorspannung ein gleichmaßiges Ansteigen des erforderlichen Schraubmoments und damit des Drucks in der Druckleitung zur Kolben-Zylinder-Einheit 2 eintritt Ist in einem Schritt das Ende Hubweges H erreicht, steigt vom Punkt C] der Druck wieder stark auf pi oder auf pmax an
Der Schraubvorgang wiederholt sich in mehreren Schritten in der gleichen Weise, wobei die Intervalle I] bis 16 dem Ist-Schraubenspannwinkel entsprechen - 9 -
Der Druckverlauf laßt sich, wie bereits erwähnt, entweder mittels eines in der Druckleitung angeordneten, elektronischen Druckaufnehmers 12 oder durch ein mit dem Antriebsmotor 9 verbundenes Stromaufnahmemeßgerat 13 oder durch ein mit dem Antriebsmotor 9 verbundenes Phasenwinkelmeßgerat 14 ermitteln Durch Differentieren des Druckverlaufs mittels der Differentiereinrichtung 21 in der elektronischen Steuereinheit 16 lassen sich die Knickpunkte A] bis A^ Bl bis B3 und C] bis Cß sehr genau bestimmen, so daß sich der Ist-Schraubenspannwinkel zu jedem Zeitpunkt mit dem Soll-Schraubenspannwinkel vergleichen läßt
Der Ist-Schraubenspannwinkel ergibt sich aus den Intervallen I] bis Iß in der Weise, daß die als Kolbenpumpen ausgebildeten Pumpen 7, 8 für jede Umdrehung des Antriebsmotors 9 ein ganz bestimmtes Hydraulikolvolumen liefern, dem ein bestimmter Hubweg H der Kolben-Zylinder-Einheit 2 je nach wirksamer Kolbenflache entspricht
Lauft beispielsweise der Antriebsmotor 9 mit konstanter Drehzahl, genügt es, die Zeit für die Intervalle I] bis !(, zwischen den Knickpunkten B3-C1, A4-C2, A5-C3, A6-C4, Aγ-C55 A8-C6 aufzuaddieren, da bei konstanter Drehzahl des Antriebsmotors 9 die Pumpen 7, 8 einen konstanten Volumenzustrom liefern, der genau einem bestimmten, aufzusummierenden Hubweg H der Kolben-Zylinder-Einheit 2 und damit dem Schraubenspannwinkel entspricht Hierzu ist eine Zeitschaltung erforderlich, die nur die Intervalle I] bis Iö aufsummiert
Ist mit dem Antriebsmotor 9 ein Tachogenerator 13 verbunden, der die Umdrehungen des Antriebsmotors zahlt, ist weder eine Zeitschaltung erforderlich, noch muß der Antriebsmotor mit konstanter Drehzahl laufen, da, wie bereits ausgeführt, jeder Umdrehung des Antriebsmotors 9 ein ganz bestimmtes Fordervolumen der Pumpen 7, 8 entspricht, das einen entsprechenden Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit 2 zufolge hat
Das Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit 2 bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels laßt sich auf unterschiedliche Weise steuern Ist beispielsweise das Umschalt- und Drucksteuerventil 1 1 auf einen Hochstdruck pmax eingestellt, der stets hoher liegt als der Druck, der sich beim Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels in der Druckleitung einstellt, ist es erforderlich, von der Steuer- und Abschalteinrichtung 20 in der elektronischen Steuereinheit 16 ein Signal an den Antriebsmotor 9 oder an das Umschalt- und Drucksteuerventil 11 zu senden, das den Antriebsmotor 9 bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels abstellt oder durch Offnen eines Druckentlastungsventils im Umschalt- und Drucksteuerventil 11 eine schnelle Druckentlastung in der Druckleitung zur Kolben-Zylinder-Einheit 2 bewirkt und damit zum Stillstand der Hubbewegung führt Dieser Abschaltpunkt kann beispielsweise beim Punkt C5 bei dem Druck pj erreicht sein, so daß die - 10 -
Intervalle I] bis I5 dem Ist-Schraubenspannwinkel entsprechen
Eine andere Möglichkeit, den Ist-Schraubenspannwinkel in Übereinstimmung mit den Soll-Schraubenspannwinkel zu bringen, besteht darin, in dem Umschalt- und Drucksteuerventil 1 1 einen Druck pi einzustellen, der niedriger ist als der Druck, der sich bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels einstellt In diesem Fall endet die Hubbewegung der Kolben-Zylinder-Einheit 2 zunächst im Knickpunkt C5, da in diesem Punkt der eingestellte Druck p 1 erreicht wird und sich das Umschalt- und Drucksteuerventil 1 1 zum Hydraulikbehalter 10 öffnet
Wahrend sich die Kolben-Zylinder-Einheit 2 in die Ausgangsstellung zurück bewegt, wird das auf den Druck p] eingestellte Drucksteuerventil 1 1, durch die elektronische Steuereinheit 16 gesteuert, geschlossen, so daß ein weiterer Druckanstieg wahrend des nachfolgenden Arbeitshubes der Kolben-Zylinder-Einheit möglich ist Es erfolgt somit ein Weiterdrehen der Schraubenverbindung durch den Kraftschrauber 1 bis das Intervall Iß durchlaufen ist und nunmehr der Ist-Schraubenspannwinkel mit dem Soll-Schraubenspannwinkel übereinstimmt, wonach, wie bereits beschrieben, entweder der Antriebsmotor 9 abgeschaltet oder ein Druckentlastungsventil in dem Umschalt- und Drucksteuerventil 11 geöffnet wird, so daß das durch die Pumpen 7, 8 geforderte Druckol in den Ölbehälter 10 zurückfließt
Bei dem in Fig 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Pumpen 7, 8 mit unterschiedlichem Fordervolumen parallel geschaltet Beide Pumpen 7, 8 fordern wahrend der Leerhube Ai-B], A2-B2 bis zum Erreichen des Fugepunktes B3 gemeinsam in die Druckleitung zur Kolben-Zylinder-Einheit 2 Bei Erreichen des Fugepunktes B3 öffnet sich ein Druckentlastungsventil in dem Umschalt- und Drucksteuerventil 1 1 , wodurch der Volumenstrom der Pumpe 8 wieder in den Ölbehälter 10 zurückfließt und nur noch die Pumpe 7 in die Druckleitung zur Kolben-Zylinder-Einheit 2 fordert Auf diese Weise wird der Fugepunkt B3 sehr schnell erreicht, ohne daß die gesamte Antriebseinheit 6 hinsichtlich ihrer Leistung auf den beim Anziehen der Schraubenverbindung erforderlichen hohen Druck ausgerichtet zu werden braucht
Durch das Offnen des Druckentlastungsventils geht die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 9 schlagartig zurück und steigt beim weiteren Anziehen der Schraube wieder an, so daß sich dieser Schaltpunkt durch das Stromaufnahmemeßgerat 13 oder durch das Phasenwinkelmeßgerat in der Abtasteinrichtung 19 beim Aufnehmen des Ist-Schraubenspannwinkels berücksichtigen läßt
Selbstverständlich kann das Druckentlastungsventil für die Pumpe 8 auch so eingestellt sein, daß noch ein Teil der Intervalle 11 bis I5 durch beide Pumpen 7, 8 erfaßt wird, wenn ein - 1 1 - besonders schneller Schraubvorgang erwünscht ist
Mit der Erfindung ist der besondere Vorteil verbunden, daß sich ein hochgenaues Anziehen einer Schraubenverbindung auf eine vorgebbare Soll-Vorspannkraft über einen daraus errechenbaren Soll-Schraubenspannwinkel erreichen laßt, ohne daß der Ist-Schraubenspannwinkel direkt mittels einer besonderen Winkelmeßvorrichtung gemessen werden muß, da sich der Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom der Hydraulikantriebseinheit 6 für den Kraftschrauber 1 ermitteln laßt und dieser Volumenstrom aus den Abmessungen der Pumpen 7, 8 und ihrer Drehzahl geometrisch vorgegeben ist

Claims

- 12 -
P a t e n t a n s p r ü c h e
Hydraulisch betriebener Kraftschrauber (1) mit
- einem durch eine Kolben-Zylinder-Einheit (2) schwenkbaren Hebel (3) mit einer Ratschenanordnung (5) zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbuchse (4),
- einer Antriebseinheit (6) mit einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe (7, 8),
- einer Eingabeelektronik ( 17) zum Eingeben einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengroße, der Gewindesteigung und der Klemmlange oder des Schraubenmaterials, der Materialgute, der Schraubengroße, der Gewindesteigung und der Klemmlange,
- einer Auswerteelektronik ( 18) zum Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den eingegebenen Werten,
- einer Abtasteinrichtung ( 19) für den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit (1), ausgehend vom Fugepunkt (B3) und
- einer Steuer- und Abschalteinrichtung (20) zum Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit (2) bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels
Kraftschrauber nach Anspruch 1, bei dem die Abtasteinrichtung (19) dem Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit (6) ermittelt
Kraftschrauber nach Anspruch 2, bei dem die Abtasteinrichtung (19) für die Ermittlung des Ist-Schraubenwinkels einen Ist-Druckaufnehmer (12, 13, 14) aufweist und beim Spannen der Schraube die Knickpunkte (A1-A3, Bi-Bs, C i-Cό) des Ist-Drucks bei Erreichen des Fugepunktes (B3) bei Einsetzen der Schraubendrehung in den Zwischenschritten und bei Anschlag der Kolben-Zylinder-Einheit (1) am Hubende als Intervallgrenzen (Ii bis Iß) für den Volumenstrom der Antriebseinheit (6) heranzieht, in diesen Intervallgrenzen (Ii bis Iß) den Ist-Schraubenwinkel aus dem Volumenstrom ermittelt und bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit (1) abschaltet
Kraftschrauber nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit (1) und der Pumpe (7, 8) ein einstellbares Druckventil (11) angeordnet ist, das auf einen der Soll- Vorspannkraft entsprechenden Soll-Druck einstellbar ist, die Abtasteinrichtung (19) den Ist-Schraubenspannwinkel bei Erreichen des Soll-Drucks aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit (6). ermittelt, bei - 13 -
Nichterreichen des Soll-Schraubenspannwinkels eine Erhöhung der Druckeinstellung am Druckventil (1 1 ) und ein Weiterdrehen der Schraube durch die Kolben-Zylinder-Einheit (1) bis Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels bewirkt
5 Kraftschrauber nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Ist-Druckaufnehmer als elektronischer Druckmesser (12) in der Verbindung zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit (1) und der Antriebseinheit (6) ausgebildet ist
6 Kraftschrauber nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Ist-Druckaufnehmer als Stromaufnahmemeßgerat (19) einer elektromotorisch angetriebenen Antriebseinheit (6) ausgebildet ist
7 Kraftschrauber nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Ist-Druckaufnehmer als Phasenwinkelmeßgerat (14) einer mit Wechselstrom betriebenen elektromotorischen Antriebseinheit (6) ausgebildet ist
8 Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die Abtasteinrichtung (19) eine Differentiiereinrichtung (21) für den Ist-Druck aufweist und sich die Knickpunkte (A1-A3, B]-B8, Cι-C6)als sprunghafte Veränderung der Steigung des Ist-Druckverlaufs aus der Differentiierung des Ist-Drucks ergeben
9. Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem der für die Ermittlung des Ist-Schraubenspannwinkels maßgebende Volumenstrom der Antriebseinheit (6) aus der Anzahl der Umdrehungen der volumetrischen Pumpe (7, 8) in den Intervallgrenzen (II bis Iß) in der Abtasteinrichtung (19) berechnet wird
0 Kraftschrauber nach Anspruch 9, bei dem aus der Umdrehungsgeschwindigkeit der volumetrischen Pumpe (7, 8) und der Zeitdauer der Intervalle (Ii bis Iß) der Volumenstrom in der Abtasteinrichtung (19) berechnet wird
1 Verfahren zum Steuern eines hydraulisch betriebenen Kraftschraubers mit einem durch eine Kolben-Zylinder-Einheit schwenkbaren Hebel mit einer Ratschenanordnung zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbuchse und einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe mit den Schritten
- Eingeben einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengroße, der Materialgute, der Gewindesteigung und der Klemmlange oder des Schraubenmaterials, der Materialgute, der Schraubengroße, der Gewindesteigung und der Klemmlange in eine Eingabeelektronik,
- Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den eingegebenen Werten in einer - 14 -
Auswerteelektronik,
- Festellen des Erreichens des Fugepunkts in einer Abtasteinrichtung,
- Ermitteln des Ist-Schraubenspannwinkels aus dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit, ausgehend vom Fugepunkt in der Abtasteinrichtung und
- Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit (2) bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels mittels einer Steuer- und Abschalteinrichtung
Verfahren nach Anspruch 1 1, bei dem die Abtast einrichtung den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit ermittelt
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Abtasteinrichtung für die Ermittlung des Ist-Schraubenwinkels einen Ist-Druckaufnehmer aufweist und beim Spannen der Schraube die Knickpunkte des Ist-Drucks bei Erreichen des Fugepunktes, bei Einsetzen der Schraubendrehung in den Zwischenschritten und bei Anschlag des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit am Hubende als Intervallgrenzen für den Volumenstrom der Antriebseinheit heranzieht, in diesen Intervallgrenzen den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom ermittelt und bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit (1) abschaltet
Verfahren nach Anspruch 1 1, 12 oder 13, bei dem zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und der Pumpe ein einstellbares Druckventil angeordnet ist, das auf einen, der Soll- Vorspannkraft entsprechenden Soll-Druck einstellbar ist, die Abtasteinrichtung für die Ermittlung des Ist-Schraubenspannwinkels den Ist-Schraubenspannwinkel bei Erreichen des Soll-Drucks aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit ermittelt, bei Nichterreichen des Soll-Schraubenspannwinkels eine Erhöhung der Druckeinstellung am Druckventil und ein Weiterdrehen der Schraube durch die Kolben-Zylinder-Einheit bis Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels bewirkt
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Abtasteinrichtung eine Differentiiereinrichtung für den Ist-Druck aufweist und sich die Knickpunkte als sprunghafte Veränderung der Steigung des Ist-Druckverlaufs aus der Differentiierung des Ist-Drucks ergeben
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem aus der Anzahl der Umdrehungen der volumetrischen Pumpe in den Intervallgrenzen in der Abtasteinrichtung berechnet wird - 15 -
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der für die Ermittlung des
Ist-Schraubenspannwinkels maßgebende Volumenstrom der Antriebseinheit aus der Umdrehungsgeschwindigkeit der volumetrischen Pumpe und der Zeitdauer der Intervalle in der Abtasteinrichtung berechnet wird.
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