DE102004059859B3

DE102004059859B3 - Motorisch betriebene Hydraulikpumpe zum Antrieb von hydraulischen Werkzeugen insbesondere von Hydraulikschraubern

Info

Publication number: DE102004059859B3
Application number: DE102004059859A
Authority: DE
Inventors: Holger Junkers; Patrick Junkers
Original assignee: Junkers Holger Dipl-Ing(fh)
Current assignee: Junkers Holger Dipl-Ing(fh)
Priority date: 2004-12-11
Filing date: 2004-12-11
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2024-12-12

Abstract

Vorliegende Erfindung beschreibt ein multifunktionales Gerät zum Antrieb hydraulischer Werkzeuge und anderer hydraulischer Systeme mit integriertem Dokumentationssystem unter anderem für sicherheitsrelevante Verschraubungen! DOLLAR A Des Weiteren verfügt das Gerät über zahlreiche Schraubprogramme wie zum Beispiel: hydraulisch Drehmoment-gesteuertes Verschrauben, hydraulisches Drehmoment-Drehwinkel-gesteuertes Verschrauben, hydraulisches Streckgrenzen-gesteuertes Verschrauben, hydraulisches Vorspannkraft-gesteuertes Verschrauben, hydraulisches Längen/Dehnen, längungsgesteuertes Verschrauben mit Ultraschall oder Triangulationsmesssystemen etc. DOLLAR A Das Gerät verfügt des Weiteren über zahlreiche Eigensystemtestmöglichkeiten für einen schnellen Geräteservice. Hierzu sind zahlreiche Schnittstellen für optionale Zusatzsensoren vorhanden! Für eine online Prozess-Visualisierung kann optional auch ein PC angeschlossen werden!

Description

Bei aktuellen Hydraulikpumpensystemen zum Antrieb von hydraulischen Werkzeugen sind nach heutigem Stand der Technik nicht die Fähigkeiten: Hydraulikdruck erzeugen, Steuern der Werkzeuge, Dokumentation der Arbeitsvorgänge, Speichern der Arbeitsvorgänge und optionales Monitoring der Vorgänge mit einem PC oder Laptop in einem Gerät vereint. Zudem werden nur ein oder zwei aller gängigen Anzugsverfahren (beim Einsatz hydraulischer Drehmomentschrauber) von aktuell erhältlichen Systemen unterstützt. Diese sind:

– Drehmomentgesteuertes Anziehen
– Drehmoment-Drehwinkel-gesteuertes Anziehen
– Streckgrenzen-gesteuertes Anziehen
– Vorspannkraftgesteuertes Anziehen, Unterstützt werden folgende Sensoren: – Load Cell (hydraulisch) – Load Cell (Kapazitiv) Patent Nr. DE 198 54 062 C1 – Kraftmessdosen mit Strom oder Spannungsschnittstellen
– Standardverfahren (Anziehen nach Hydraulikdruck)
– Ultraschall-Längenmessung
– Dehnmessstreifen
– Piezoelektrische Sensoren

Heutzutage spielt jedoch die Dokumentation von sicherheitsrelevanten Schraubverbindungen wie zum Beispiel bei Druckwasserkesselverschraubungen von Kernkraftwerken oder auch Turmverschraubungen von Windkraftanlagen etc... aus versicherungstechnischen, gesetzlichen und durch Richtlinien festgelegten Gründen eine immer stärkere Rolle. Dabei werden für die Schraubverbindung jedoch oft unterschiedliche Schraubverfahren angewandt. Als Folge dieser Vielfalt von Verfahren benötigen die Firmen oft mehrere unterschiedliche Geräte bzw. Systeme um ihr Applikationsfeld abzudecken oder müssen oft noch per Hand dokumentieren.

Beschreibung der Erfindung:

Vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und wird anhand der 1 beschrieben. Es handelt sich hierbei um ein System einer mikroprozessorgesteuerten Hochdruckhydraulikpumpe (125) mit integrierter Schraubverlaufsdokumentation, Pumpensteuerung (= Werkzeugsteuerung), Selbstdiagnosefähigkeit, Bedienerführung sowie einer möglichen Verwendung der oben genannten Schraubwerfahren.

Dieses System unterstützt optional den Einsatz einer kapazitiven load cell (Kapazitive Vorspannkraftmessung) entsprechend:

– DE 198 54 062 C1

Aufgabe der Erfindung ist es, neben der genannten Grundfunktionen:

– Hydraulischen Druck zum Antrieb von hydraulischen Werkzeugen zu erzeugen
– Vollautomatische Steuerung eines oder mehrerer Werkzeuge gleichzeitig durch die Pumpenelektronik mit Masterfunktion für den Bediener.
– Schutz der Pumpe durch zusätzliche Sensoren (wie z.B. Übertemperatur, Füllstand ... etc.).

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und dazugehöriger Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 das Blockdiagramm der Hydraulikpumpe. Die Signalvorverarbeitung (101) erfolgt über ein Mikrokontroller oder wahlweise Singelboardcomputersystem (101) welches mit einem zusätzlichen Daten- und Programmspeicher (101) kommuniziert. Die Speicherung der Messdaten erfolgt dabei auf einer handelsüblichen Speicherkarte, die im System integriert ist. Diese kann extern über die Kommunikationsschnittstelle (105) oder auch physikalisch durch Entnahme und Slotwechsel in einen PC gelesen und beschrieben werden! Die Kommunikationsschnittstelle (105) verfügt über unterschiedliche und optional wählbare Übertragungsarten. So kann sowohl eine kabellose Kommunikation über Funk- oder Infrarot-Ebene erfolgen als auch eine kabelgebundene Datenübertragung aufgebaut werden. Die Bedienung, Programmierung und Programmwahl der Pumpe erfolgt über das MMI (Mensch-Maschine-Interface) (102). Dieses besteht aus mehreren Signallampen sowie Displays. Die Eingabe von Daten erfolgt entweder über die integrierten Bedientasten oder wahlweise über eine optionale Tastatur. Der Benutzer ist in der Lage, entweder über das MMI oder auch wahlweise über festgelegte Startprozeduren auf der Speicherkarte, die über PC programmiert werden können, alle erforderlichen Dokumentationsdaten einzugeben. Zusätzliche Signalmittel (102) wie z.B. Lautsprecher informieren den Bediener über Fehleingaben oder Systemfehler während des Betriebes. Sollte nach Systemstart vom Bediener keine Eingabe erfolgen, wird ein vordefiniertes Grundprogramm vom System gewählt.
Die Einstellung des Pumpendrucks kann über 5 unterschiedliche Arten erfolgen:

1) Bei Systemen mit automatischer Pumpeneinstellung wird der Pumpendruck über einen motorischen Antrieb auf den gewählten Wert gestellt. Die Eingabe des Pumpendrucks kann dabei über die Fernbedienung (Peripherie an (104)) oder wahlweise über das Eingabefeld (102) auf der Pumpe oder über ein Schraubprogramm erfolgen.
2) Bei Systemen mit manueller Pumpeneinstellung kann der Bediener manuell am Druckeinstellrad den gewünschten Druck justieren. Die Anzeige des erreichten Druckwertes erfolgt über das MMI (102) oder über die Fernbedienung mit MMI (Peripherie an (104)).
3) Eine wesentlich komfortablere Einstellung des Druckwertes kann dabei über die direkte Einstellung des Drehmomentwertes oder Vorspannkraftwertes (dies sind die eigentlichen Bezugsgrößen) erfolgen. Hierzu muss der Bediener jedoch im Vorfeld das angeschlossene Werkzeug und/oder zusätzliche verwendete Messmittel eingeben. Das System berechnet dann automatisch den erforderlichen Druckwert, zeigt jedoch über das MMI (102) den gewünschten Drehmomentwert an! Bei Systemen mit automatischer Pumpeneinstellung wird dann der berechnete Pumpendruck über einen motorischen Antrieb auf den gewählten Wert gestellt. Die Eingabe des Drehmomentes kann dabei über die Fernbedienung (Peripherie an (104)) oder wahlweise über das Eingabefeld (102) auf der Pumpe oder über ein Schraubprogramm erfolgen.
4) Ähnlich wie unter c) kann auch bei der manuellen Pumpeneinstellung der Bediener über das Druckeinstellrad das gewünschte Drehmoment oder den gewünschten Vorspannkraftwert justieren. Die Anzeige des erreichten Drehmomentwertes oder Vorspannkraftwertes erfolgt über das MMI (102) oder über die Fernbedienung mit MMI (Peripherie an (104)). Eine zusätzliche Eingabe des verwendeten Werkzeuges und/oder Messmittels ist jedoch auch hier erforderlich.
5) Optional wählbare dynamische Verschraubung: Dies bedeutet, es erfolgt keinerlei Druckeinstellung (das Druckeinstellventil an der Pumpe ist nicht erforderlich >> Kostenreduktion in der Anschaffung und Zeitreduktion bei der Bedienung!). Die Pumpe ist auf ihren maximal möglichen Wert eingestellt und der Schrauber wird über den jeweiligen Arbeitspunkt per SW gesteuert. Sollte der eingestellte oder berechnete Druckwert erreicht werden, wird die Pumpe sofort auf „Rückhub" oder auch auf „aus" geschaltet.

Die Hydraulikpumpe (106) kann mit 3 Antriebsvarianten bestückt werden: Luftmotor, elektrischer Motor oder Verbrennungsmotor. Die Stromversorgung und Leistungssteuerung der Antriebe erfolgt über ein entsprechend gesteuertes Netzteil (103). Der Mikrokontroller oder wahlweise Singelboardcomputer übernimmt dabei vollautomatisch die Steuerung des angeschlossenen Werkzeuges über die Leistungssteuerung (103) der Hydraulikpumpe und der Steuerung der notwendigen Steuerventile (106). Das Mastersignal für die Werkzeugbedienung erfolgt jedoch immer über die Fernbedienung durch den Benutzer. Die Mikroprozessorsteuerung (101) ist nicht in der Lage, die Pumpe selbstständig einzuschalten. Die Steuerung erfolgt nach Auswertung des Druckmesssensorsignals (107) und/oder wahlweise auch kombiniert mit Ultraschallsensoren, Volumenstrommessung, Vorspannkraftmessensoren wie Load Cell (Kapazitiv) Patent Nr. DE 198 54 062 C1 oder z.B. direkte Längenmessung über Wegsensoren (Glasmessstab oder auch optische Triangulationsmessverfahren) über das Interface (104) zu den externen Sensoren.
Der Anschluss der hydraulischen Werkzeuge erfolgt über Hydraulikkupplungen (123) für den Kolbenvorhub und (124) optional für den Kolbenrückhub. Diese können über einen Mehrfachverteiler beliebig erweitert werden.
Mit der vorliegenden Erfindung ist der hervorragende Vorteil verbunden, dass man ein oder mehrere hydraulische Werkzeuge gleichzeitig hochgenau und präzise antreiben, steuern und dokumentieren kann. Wesentlicher Vorteil der Dokumentation gegenüber allen auf den Markt befindlichen Produkten ist die Möglichkeit der Stand-alone-Verlaufsdokumentation und/oder wahlweise auch Endwertdokumentation ohne angeschlossenen PC, die aufgrund der wechselbaren Speichermedien mit hoher Kapazität möglich geworden sind. So arbeitet das vorliegende System zur Datenreduktion bei der Speicherung der Daten bei den Drehwinkelverfahren und vorspannkraftgesteuerten Verfahren Winkel bzw. längendiskret und nicht zeitdiskret. Dies führt zu einer erheblichen Datenreduktion bei maximalem Informationsgehalt!

Claims

Motorisch betriebene Hydraulikpumpe zum Antrieb von hydraulischen Werkzeugen, insbesondere von Hydraulikschraubern zur Herstellung sicherheitsrelevanter Schraubverbindungen mit folgenden darin integrierten Einheiten: – einer Signalvorverarbeitungseinheit (101) mit einem Mikrokontroller zur vollautomatischen Werkzeugsteuerung, bei welcher der Bediener die Masterfunktion des Ein- und Ausschaltens des Systems übernimmt und mit einer On-Board-Speicherkarte zum Ablegen von Dokumentationsdaten und Messdaten der Verschraubung, – einem Bedienerinterface (102) mit einem Eingabefeld zur Eingabe, Darstellung und Einstellung von Druck-, Drehmoment-, Drehwinkel-, Längungs- und Vorspannkraftwerten der Schraubverbindung sowie zur Eingabe und Auswahl von Schraubprogrammen, wobei die eingegebenen Werte zur Steuerung des Werkzeugs an die Signalvorverarbeitungseinheit (101) weitergeleitet werden, – zusätzlich, in das Bedienerinterface (102) integrierte Signalmittel zur Bedienerinformation, – einem Interface (104) zur Erfassung von direkt am Werkzeug mittels Drehwinkelsensoren gemessener Drehwinkelwerte, mittels Ultraschallmesssystemen oder Triangulationsmesssystemen gemessener Wegmesswerte oder mittels Vorspannkraftsensoren gemessene Vorspannkraftwerte sowie mittels zusätzlicher Sensoren zum Schutz der Pumpe gemessener Werte wobei die Messwerte zur automatischen Steuerung des Werkzeuges zum Mikrokontroller weitergeleitet werden, – einer im Interface (104) integrierten Fernbedienung zur Werkzeugbedienung mit Sicherheitsabschaltung, für einen kabelgebundenen oder kabellosen Einsatz, – einer Kommunikationsschnittstelle (105) zum Erfassen und auslesen von den in der Signalvorverarbeitungseinheit (101) aufgenommenen Mess- und Dokumentationsdaten oder Schraubprogrammen, – einem Druckmesssensorinterface (107) zur Erfassung von Druckwerten am Hydraulikwerkzeug oder an der Hydraulikpumpe und zur Weitergabe dieser Werte an die Signalvorverarbeitungseinheit (101) zur Steuerung von Pumpe und/oder Werkzeug,
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie beim drehmomentgesteuerten Anziehen oder beim drehmoment-drehwinkel-gesteuerten Anziehen oder beim streckgrenzgesteuerten Anziehen oder beim vorspannkraftgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen verwendet wird.
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sie bei hydraulikgesteuerten Anziehen oder längungsgesteuerten Anziehen von Schraubverbindungen verwendet wird.
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren zur Erfassung von Werten für das gesteuerte Anziehen der Schraubverbindung Ultraschallsensoren oder Dehnmessstreifen oder Piezosensoren sein können.
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte für das vorspannkraftgesteuerte Anziehen von Schraubverbindungen mittels hydraulischer oder kapazitiver Kraftmessdosen oder mittels Kraftmessdosen mit Strom- oder Spannungsschnittstelle erfasst werden.
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über das Bedienerinterface (102) oder über die Kommunikationsschnittstelle (105) oder über Signalvorverarbeitungseinheit (101) Programmiermöglichkeiten für die Pumpe und/oder für Schraubprogramme bestehen.
Motorisch betriebene Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenreduktion in der Signalvorverarbeitungseinheit (101) durch drehwinkel- oder längendiskrete Datenspeicherung erfolgt.
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenfunktion drehrichtungsunabhängig ist.
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Sensoren zur Überwachung von Übertemperaturen an der Pumpe, zur Motortemperaturüberwachung, zur Öltemperaturüberwachung, zur Ölserviceterminüberwachung, zur Systemserviceüberwachung, zur Ölstandsüberwachung, zur Ölqualitätsüberwachung dienen können.
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Uhrzeit- und Datum- jedes Schraubfalles bei der Datendokumentation auf die Speicherkarte geschrieben werden.
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachung des Druckes, der Dichtheit und der Fördermenge der Pumpe erfolgt.
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Signalvorverarbeitungseinheit (101) integrierte Speicherkarte auswechselbar ist und über eine vorbestimmte Formatierung verfügt.
Motorisch betrieben Hydraulikpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formatierung eine FAT16 oder FAT32 Formatierung ist.