DE102018208302A1 - Method for tightening a screw connection - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Erzeugen einer Schraubverbindung mittels einer Handwerkezugmaschine, wobei die Handwerkzeugmaschine eine Antriebseinheit zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit aufweist, mit zumindest den folgenden Schritten:- Bereitstellen eines Soll-Drehmoments;- Aufbringen eines Drehmoments auf die Schraubverbindung;- Abschalten der Antriebseinheit vor Erreichen des Soll-Drehmoments in einem Anwendungszustand;- Erreichen des Soll-Drehmoments mittels einer in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Energie.Method for producing a screw connection by means of a traction-type traction machine, wherein the hand-held power tool has a drive unit for transmitting a movement to an output unit, comprising at least the following steps: - providing a setpoint torque, - applying a torque to the screw connection, - switching off the drive unit before reaching it the setpoint torque in an application state, - reaching the setpoint torque by means of an energy stored in the drive unit and / or the output unit.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung und eine Handwerkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1The invention relates to a method for tightening a screw connection and a hand tool machine for carrying out the method according to
Stand der TechnikState of the art
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen Schraubvorgang für eine Handwerkzeugmaschine zu verbessern.The invention has for its object to improve a simple screwdriving process for a hand tool with simple constructive measures.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Erzeugen einer Schraubverbindung mittels einer Handwerkezugmaschine, wobei die Handwerkzeugmaschine eine Antriebseinheit zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit aufweist, mit zumindest den folgenden Schritten:
- - Bereitstellen eines Soll-Drehmoments;
- - Aufbringen eines Drehmoments auf die Schraubverbindung;
- - Abschalten der Antriebseinheit vor Erreichen des Soll-Drehmoments in einem Anwendungszustand;
- - Erreichen des Soll-Drehmoments mittels einer in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Energie.
- - Providing a desired torque;
- - Applying a torque to the screw connection;
- - switching off the drive unit before reaching the desired torque in an application state;
- - Reaching the target torque by means of a stored energy in the drive unit and / or the output unit.
Bei einem Betätigungsvorgang der Handwerkzeugmaschine wird üblicherweise eine Antriebseinheit elektrisch angetrieben, um beispielsweise ein Drehmoment auf eine Abtriebseinheit aufzubringen, um mittels dem an der Abtriebseinheit anliegenden Drehmoment ein Schraubmittel wie beispielsweise eine Schraube in ein Werkstück oder eine Mutter auf eine Schraube zu schrauben. Im Falle einer Schraubverbindung soll beispielsweise eine Schraube mit einem vorbestimmten Soll-Drehmoment bzw. Montagedrehmoment in ein Werkstück eingeschraubt werden, um ein zu verbindendes Werkstück optimal zu halten. Beispielsweise kann bei einem zu hohen Montagedrehmoment entweder das Werkstück beschädigt werden, indem beispielsweise die Schraube zu tief in das Werkstück geschraubt wird, oder die Schraube beschädigt werden, indem beispielsweise sich ein Schraubkopf der Schraube von dem Gewindeabschnitt der Schraube ablöst bzw. abschert.In an actuating operation of the power tool, usually a drive unit is electrically driven, for example, to apply torque to an output unit in order to screw a screw means such as a screw into a workpiece or a nut onto a screw by means of the torque applied to the output unit. In the case of a screw connection, for example, a screw with a predetermined setpoint torque or assembly torque is to be screwed into a workpiece in order to optimally hold a workpiece to be connected. For example, if the installation torque is too high, either the workpiece may be damaged by, for example, screwing the screw too deeply into the workpiece, or the screw may be damaged, for example by a screw head of the screw detaching or shearing off the threaded portion of the screw.
Um eine optimale Schraubverbindung zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, die Antriebseinheit derart zu steuern oder zu regeln, dass die Antriebseinheit abgeschaltet wird, sobald ein Soll-Drehmoment bzw. Montagedrehmoment erreicht ist, welcher insbesondere das für die Schraubverbindung vorbestimmte Montagedrehmoment abbilden soll. Hierdurch kann unter anderem elektrische Energie beispielsweise im Akku eingespart werden.In order to achieve an optimum screw connection, it may be expedient to control or regulate the drive unit in such a way that the drive unit is switched off as soon as a setpoint torque or installation torque is reached, which in particular should map the mounting torque predetermined for the screw connection. As a result, among other electrical energy can be saved, for example in the battery.
Eine optimale Energiebilanz der Handwerkzeugmaschine wird erreicht, falls eine Antriebseinheit abgeschaltet wird, bevor das Soll-Drehmoment erreicht ist. Das Soll-Drehmoment wird in einem Anwendungszustand zumindest teilweise mittels einer in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Energie bzw. Trägheit erreicht. Somit kann auf besonders einfache Weise eine Schraubverbindung mit einem optimalen Montagedrehmoment erreicht werden. Dabei kann die Antriebseinheit in einem Anwendungszustand vor Erreichen des Soll-Drehmoments abgeschaltet werden, um eine zur Erreichung des Soll-Drehmoments fehlende Differenz durch eine in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Energie bzw. Restenergie zu erreichen.An optimal energy balance of the power tool is achieved if a drive unit is turned off before the target torque is reached. The desired torque is achieved in an application state at least partially by means of an energy stored in the drive unit and / or the output unit or inertia. Thus, a screw connection with an optimal installation torque can be achieved in a particularly simple manner. In this case, the drive unit can be switched off in an application state before reaching the setpoint torque in order to achieve a difference that is missing in order to reach the setpoint torque by means of energy or residual energy stored in the drive unit and / or the output unit.
Beispielsweise kann mittels einer Energiebetrachtung eines, insbesondere analogen, Schraubvorgangs eine entsprechende fehlende Restenergie, welche erforderlich ist, um das Soll-Drehmoment zu erreichen, durch die Handwerkzeugmaschine berechnet werden. Eine Energiebetrachtung des Schraubvorgangs ergibt somit, dass eine beispielsweise durch Trägheit in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherte Energie in etwa der Restenergie entspricht, welche der Schraubvorgang zum Erreichen des Soll-Drehmoments benötigt, sofern zu einem bestimmten Abschaltzeitpunkt ein Antrieb der Antriebseinheit abgeschaltet wird.For example, by means of an energy consideration of a, in particular analog, screwing operation, a corresponding missing residual energy, which is required in order to achieve the setpoint torque, can be calculated by the handheld power tool. An energy consideration of the screwing operation thus results in that an energy stored for example by inertia in the drive unit and / or the output unit corresponds approximately to the residual energy which the screwdriving operation requires to reach the setpoint torque, provided that a drive of the drive unit is switched off at a specific switch-off time ,
Die erforderliche Rotationsenergie kann mittels der Gleichung Erot = ½ × Jx × w2 berechnet werden. Jx entspricht dem Trägheitsmoment der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit um eine Rotationsachse. W entspricht dabei der Winkelgeschwindigkeit. Die Winkelgeschwindigkeit ist abhängig von einer Leistung bzw. einer Antriebsleistung und einem Antriebsmoment. The required rotational energy can be calculated by the equation E rot = ½ × J x × w 2 . J x corresponds to the moment of inertia of the drive unit and / or the output unit about an axis of rotation. W corresponds to the angular velocity. The angular velocity is dependent on a power or a drive power and a drive torque.
Die Restenergie, welche der Schraubvorgang zum Erreichen des Soll- Drehmoments benötigt, kann berechnet werden oder aus empirisch ermittelten Werten herangezogen werden. Die Restenergie entspricht im Wesentlichen einer Reibungsenergie, welche das Schraubmittel beim Einschrauben und/oder Schneiden beispielsweise einer Schraube in ein Werkstück erfährt, wenn ein Antrieb der Antriebseinheit zu einem Abschaltzeitpunkt abgeschaltet wird.The residual energy, which the screwing operation requires to reach the setpoint torque, can be calculated or used from empirically determined values. The residual energy essentially corresponds to a frictional energy which the screw means experiences when screwing in and / or cutting, for example, a screw into a workpiece when a drive of the drive unit is switched off at a switch-off time.
Insbesondere können Schraubverbindungen in zumindest einen weichen oder einen harten Schraubfall unterteilt werden. Ein weicher Schraubfall weist gegenüber einem harten Schraubfall einen weniger starken Anstieg eines Drehmoments auf. Der weiche Schraubfall tritt im Wesentlichen bei einem Einschrauben einer Schraube in beispielsweise ein Werkstück auf. Ein harter Schraubfall tritt im Wesentlichen bei einem Verschrauben beispielsweise einer Mutter mit einer Gewindeschraube auf, welche im Wesentlichen einen abrupten Anstieg des Drehmoments aufweist, um ein Soll-Drehmoment zu erreichen.In particular, screw can be divided into at least one soft or a hard screw. A soft screw case has a less severe increase in torque compared to a hard screw. The soft screwing occurs essentially when screwing a screw in, for example, a workpiece. A hard screwing occurs essentially when screwing, for example, a nut with a threaded screw, which has substantially an abrupt increase of the torque in order to achieve a desired torque.
Somit kann eine prädiktive Abschaltung der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit zu einem errechneten Abschaltzeitpunkt erreicht werden.Thus, a predictive shutdown of the drive unit and / or the output unit can be achieved at a calculated shutdown.
Die Restenergie kann gegenüber der gesamten Anzugsenergie, welche zum Anziehen des Schraubmittels erforderlich ist, ein Verhältnis aufweisen, welches mindestens 2 %, insbesondere mindestens 4 %, vorzugsweise mindestens 6 %, weiter vorzugsweise mindestens 8 %, bevorzugt mindestens 10 %, beträgt. Die Restenergie kann gegenüber der gesamten Anzugsenergie ein Verhältnis aufweisen, welches bis zu 50 %, insbesondere bis zu 40 %, vorzugsweise bis zu 30 %, weiter vorzugsweise bis zu 20 %, bevorzugt bis zu 10 %, beträgt.The residual energy can have a ratio of at least 2%, in particular at least 4%, preferably at least 6%, more preferably at least 8%, preferably at least 10%, relative to the total tightening energy required for tightening the screwing means. The residual energy can have a relation to the total tensile energy, which is up to 50%, in particular up to 40%, preferably up to 30%, more preferably up to 20%, preferably up to 10%.
Unter einer „Antriebseinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest ein Antriebsmoment zu erzeugen und zur Weiterleitung an eine Abtriebseinheit insbesondere an ein Einsatzwerkzeug zur Verfügung zu stellen. Vorteilhaft weist die Handwerkzeugmaschine die Antriebseinheit auf. Besonders vorteilhaft weist die Antriebseinheit zumindest einen Elektromotor auf. Die Antriebseinheit kann eine Antriebswelle aufweisen. Die Antriebseinheit kann als ein elektronisch kommutierter oder als ein Bürsten kommutierter Motor ausgebildet sein.In this context, a "drive unit" is to be understood as meaning, in particular, a unit which is intended to generate at least one drive torque and, in particular, to provide it to an insert tool for transmission to an output unit. Advantageously, the power tool on the drive unit. Particularly advantageously, the drive unit has at least one electric motor. The drive unit may have a drive shaft. The drive unit may be designed as an electronically commutated or commutated as a brush motor.
Vorzugsweise ist die Antriebseinheit dazu vorgesehen, die Abtriebseinheit der Handwerkzeugmaschine anzutreiben und/oder in Bewegung zu versetzen. Die Abtriebseinheit kann zumindest ein Einsatzwerkzeug, beispielsweise einen Bohrer und/oder ein Werkzeugbit und/oder ein Schneidblatt und/oder eine Schleifscheibe und/oder ein Scherblatt oder dergleichen, und/oder zumindest eine Werkzeugaufnahme, beispielsweise ein Spannfutter und/oder eine Sägeblattaufnahme und/oder einen Bithalter oder dergleichen aufweisen. Die Abtriebseinheit kann eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme von zumindest einem Einsatzwerkzeug aufweisen. Die Abtriebseinheit kann eine Abtriebswelle aufweisen.Preferably, the drive unit is provided to drive the output unit of the power tool and / or to set in motion. The output unit may comprise at least one insertion tool, for example a drill and / or a tool bit and / or a cutting blade and / or a grinding wheel and / or a shear blade or the like, and / or at least one tool holder, for example a chuck and / or a saw blade holder and / or or a bit holder or the like. The output unit may have a receiving unit for receiving at least one insert tool. The output unit may have an output shaft.
Das Drehmoment und/oder das Soll-Drehmoment können elektronisch, beispielsweise mittels zumindest einer Sensoreinheit, erfasst werden.The torque and / or the desired torque can be detected electronically, for example by means of at least one sensor unit.
Unter „elektronischer Erfassung“ soll in diesem Zusammenhang eine Erfassung bzw. eine Detektion von zumindest einer Betriebsgröße mittels einer Sensoreinheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Betriebsgröße und/oder eine physikalische Eigenschaft aufzunehmen, wobei die Aufnahme aktiv, wie insbesondere durch Erzeugen und Aussenden eines elektrischen Messsignals, und/oder passiv, wie insbesondere durch eine Erfassung von Eigenschaftsänderungen eines Sensorbauteils, stattfinden kann. Unter einem Anwendungszustand soll insbesondere ein Schraubzustand verstanden werden, bei welchem eine Kraft auf ein Schraubmittel aufgebracht wird, um das Schraubmittel anzuziehen.In this context, "electronic detection" is to be understood as a detection or detection of at least one operating variable by means of a sensor unit which is intended to accommodate at least one operating variable and / or one physical characteristic, the recording being active, in particular by generating and transmitting an electrical measurement signal, and / or passive, in particular by detecting changes in the properties of a sensor component, take place. An application state is to be understood in particular as a screwed state in which a force is applied to a screwing means in order to tighten the screwing means.
Die Unteransprüche geben weitere zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens an.The dependent claims specify further expedient developments of the method according to the invention.
Es kann zweckmäßig sein, dass das Verfahren einen Anlernzustand aufweist, in welchem ein erster Betriebskenngrößenverlauf einer Schraubverbindung zum Ermitteln eines Abschaltzeitpunkts der Antriebseinheit in einem Anwendungszustand ermittelt wird. In einem Anlernzustand kann beispielsweise ein Betriebskenngrößenverlauf der ersten Betriebskenngröße für einen bevorzugten Schraubenfall ermittelt werden. Der Anlernzustand kann dazu vorgesehen sein, zumindest einen Teil eines in dem Anlernzustand ermittelten Betriebskenngrößenverlaufs auf eine weitere Schraubverbindung in einem Anwendungszustand zu übertragen, indem beispielsweise eine Schraube im Anwendungszustand zumindest teilweise analog zu dem im Anlernzustand ermittelten Betriebskenngrößenverlauf eingeschraubt wird. Dabei kann der Betriebskenngrößenverlauf des Anlernzustands bei einem Anwendungszustand in etwa analog wiedergegeben werden. It may be expedient that the method has a learning state in which a first operating characteristic curve of a screw connection for determining a switch-off time of the drive unit in an application state is determined. In a learning state, for example, an operating characteristic curve of the first operating parameter for a preferred screw case can be determined. The learning state can be provided to transfer at least a part of an operating characteristic curve determined in the learning state to a further screw connection in an application state, for example by screwing a screw in the application state at least partially analogously to the operating characteristic curve determined in the learning state. The operating characteristic curve of the Anlernzustands be reproduced in an application state in about analog.
Dadurch kann eine Serienverschraubung ermöglicht werden, bei welcher ein Betriebskenngrößenverlauf aus dem Anlernzustand auf weitere Verschraubungen im Anwendungszustand übertragen wird.As a result, a series screw connection can be made possible in which an operating characteristic curve is transferred from the learning state to further screw connections in the application state.
Der aus dem Anlernzustand ermittelte Betriebskenngrößenverlauf kann dazu vorgesehen sein, in etwa zu bestimmen, wann bzw. zu welchem Abschaltzeitpunkt die Antriebseinheit abzuschalten ist, um das Soll-Drehmoment zu erreichen. Dabei kann ein Abschalt-Wert des Betriebskenngrößenverlaufs, insbesondere ein Abschalt-Drehmoment, ermittelt werden, welcher definiert, wann bzw. zu welchem Abschaltzeitpunkt die Antriebseinheit abzuschalten ist, um das Soll-Drehmoment zu erreichen. Hierdurch kann ein Bediener der Handwerkzeugmaschine beispielsweise bei Schraubverbindungen, welche ähnlich zu den in dem Anlernzustand verwendeten Schraubverbindung gelagert sind, ein gleichbleibendes Soll-Drehmoment bzw. Montagedrehmoment aufbringen. Dadurch kann eine Schraubverbindung auf besonders einfache Weise automatisiert werden.The operating characteristic curve determined from the learning state can be provided to approximately determine when or at which switch-off time the drive unit is to be switched off in order to achieve the setpoint torque. In this case, a switch-off value of the operating characteristic curve, in particular a switch-off torque, can be determined, which defines when or at which switch-off time the drive unit is to be switched off in order to achieve the setpoint torque. As a result, an operator of the power tool, for example, in screw connections which are mounted similar to the screw connection used in the Anlernzustand, apply a constant desired torque or mounting torque. As a result, a screw connection can be automated in a particularly simple manner.
Der in dem Anlernzustand ermittelte Betriebskenngrößenverlauf kann in einer Speichereinheit der Handwerkzeugmaschine gespeichert werden. Es ist denkbar, dass die Speichereinheit außerhalb der Handwerkzeugmaschine angeordnet ist und beispielsweise in einem externen Gerät angeordnet ist. Das externe Gerät kann beispielsweise mittels einer Funkverbindung mit der Handwerkzeugmaschine verbindbar sein.The operating characteristic curve determined in the learning state can be stored in a memory unit of the handheld power tool. It is conceivable that the storage unit is arranged outside the handheld power tool and is arranged for example in an external device. The external device can be connectable, for example by means of a radio link with the power tool.
Der erste Betriebskenngrößenverlauf kann empirisch durch mehrere Schraubverbindungen ermittelt werden. Der Betriebskenngrößenverlauf kann in der Speichereinheit hinterlegt bzw. bereitgestellt werden, sodass beispielsweise gängige Betriebskenngrößenverläufe bereits in der Handwerkzeugmaschine bzw. der Speichereinheit abgespeichert sind. Dabei kann der Anlernzustand bereits durch einen Speichervorgang zum Speichern des Betriebskenngrößenverlaufs in die Speichereinheit erfolgen.The first operating characteristic curve can be determined empirically by a plurality of screw connections. The operating characteristic curve can be stored or provided in the memory unit, so that, for example, common operating characteristic curves are already stored in the handheld power tool or the memory unit. In this case, the learning state can already be effected by a storage process for storing the operating characteristic curve in the memory unit.
Insbesondere kann der Anlernzustand dazu vorgesehen sein, das Soll-Drehmoment und/oder ein Abschalt-Drehmoment breitzustellen. Dabei kann das Soll-Drehmoment und/oder das Abschalt-Drehmoment bei einem Erzeugen einer Schraubverbindung ermittelt werden oder aufgrund von empirischen Berechnungen bereits in der Handwerkzeugmaschine hinterlegt sein.In particular, the Anlernzustand can be provided to provide the desired torque and / or a turn-off torque. In this case, the setpoint torque and / or the switch-off torque can be determined when generating a screw connection or already be deposited in the handheld power tool based on empirical calculations.
Unter einem „Anlernzustand“ soll ein Zustand verstanden werden, in welchem In die Handwerkzeugmaschine einen Betriebskenngrößenverlauf zumindest einer Betriebskenngröße erfasst, um die Handwerkzeugmaschine, insbesondere die Antriebseinheit, in einem Anwendungszustand in Abhängigkeit des erfassten Betriebskenngrößenverlaufs vor Erreichen eines Soll-Drehmoments abzuschalten. Unter einem „Anwendungszustand“ soll ein Zustand verstanden werden, in welchem die Handwerkzeugmaschine zumindest teilweise in Abhängigkeit des in dem Anlernzustand ermittelten Betriebskenngrößenverlaufs gesteuert und/oder geregelt wird.A "learning state" is to be understood as a state in which the operating machine acquires an operating characteristic curve of at least one operating parameter in order to switch off the handheld power tool, in particular the drive unit, in an application state as a function of the detected operating characteristic curve before a desired torque is reached. An "application state" is to be understood as a state in which the handheld power tool is at least partially controlled and / or regulated as a function of the operating characteristic curve determined in the learning state.
Es ist denkbar, dass das Verfahren einen Anwendungszustand aufweist, in welchem ein zweiter Betriebskenngrößenverlauf einer Schraubverbindung zum Ermitteln des Abschaltzeitpunkts der Antriebseinheit ermittelt wird.It is conceivable that the method has an application state in which a second operating characteristic curve of a screw connection for determining the switch-off time of the drive unit is determined.
Es kann ferner zweckmäßig sein, dass der Abschaltzeitpunkt im Anwendungszustand in Abhängigkeit von dem ersten Betriebskenngrößenverlauf und dem zweiten Betriebskenngrößenverlauf ermittelt wird. Die erste Betriebskenngröße und die zweite Betriebskenngröße können dabei jeweils einen Betriebskenngrößenverlauf bilden. Zweckmäßigerweise kann dabei der zweite Betriebskenngrößenverlauf mit dem ersten Betriebskenngrößenverlauf abgeglichen werden, um in etwa zu bestimmen, zu welchem Abschaltzeitpunkt die Antriebseinheit abgeschaltet werden soll.It may also be expedient that the switch-off point in the application state is determined as a function of the first operating characteristic curve and the second operating characteristic curve. The first operating parameter and the second operating parameter can each form an operating characteristic curve. Expediently, the second operating characteristic curve can be adjusted with the first operating characteristic curve in order to approximately determine at which switch-off time the drive unit is to be switched off.
Es kann weiter zweckmäßig sein, dass der erste und/oder zweite Betriebskenngrößenverlauf jeweils von einer ersten Betriebskenngröße und von einer zweiten Betriebskenngröße gebildet wird.It may also be expedient for the first and / or second operating characteristic curve to be formed in each case by a first operating characteristic and by a second operating characteristic.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass die erste Betriebskenngröße aus einer Stromstärke zum Antrieb der Antriebseinheit, einem Drehmoment der Antriebseinheit oder einer Winkelgeschwindigkeit der Antriebseinheit gebildet wird. Es versteht sich, dass die erste Betriebskenngröße auch aus einem anderen einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden physikalischen Wert gebildet sein kann, welcher beispielsweise auf besonders einfache Weise auf die Stromstärke zum Antrieb der Antriebseinheit, einem Drehmoment der Antriebseinheit und/oder einer Winkelgeschwindigkeit der Antriebseinheit schließen lässt.Furthermore, it may be expedient that the first operating parameter is formed from a current intensity for driving the drive unit, a torque of the drive unit or an angular speed of the drive unit. It is understood that the first operating characteristic can also be formed from another physical value that appears meaningful to a person skilled in the art, which, for example, makes it particularly easy to deduce the current intensity for driving the drive unit, a torque of the drive unit and / or an angular speed of the drive unit ,
Die erste Betriebskenngröße kann mittels einer Sensoreinheit gemessen werden. Beispielsweise kann die Sensoreinheit ein Drehmoment mittels einem Drehmomentsensor oder durch eine Berechnung einer Restenergie der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit erfassen. Beispielsweise kann die Sensoreinheit eine Stromstärke zum Antrieb der Antriebseinheit mittels einem Shunt ermittelt werden, welcher vorzugsweise mit einem Operationsverstärker betrieben werden kann. Beispielsweise kann die Sensoreinheit eine Winkelgeschwindigkeit oder eine Winkelbeschleunigung mittels einem Hall-Sensor, vorzugsweise bei Verwendung eines EC-Antriebseinheit mit einer Kommutierungssteuerung, ermittelt werden.The first operating characteristic can be measured by means of a sensor unit. For example, the sensor unit can detect a torque by means of a torque sensor or by calculating a residual energy of the drive unit and / or the output unit. For example, the sensor unit can be determined a current strength for driving the drive unit by means of a shunt, which can preferably be operated with an operational amplifier. For example, the Sensor unit angular velocity or angular acceleration by means of a Hall sensor, preferably when using an EC drive unit with a Kommutierungssteuerung be determined.
Es kann weiter zweckmäßig sein, dass die zweite Betriebskenngröße aus einem Drehwinkel der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit und/oder aus einer in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Restenergie, insbesondere Trägheit, gebildet wird. Es versteht sich, dass die zweite Betriebskenngröße auch aus einem anderen einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden physikalischen Wert gebildet sein kann, welcher beispielsweise auf besonders einfache Weise auf den Drehwinkel der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit und/oder auf die in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Restenergie, insbesondere Trägheit, schließen lässt.It may also be expedient that the second operating parameter is formed from a rotational angle of the drive unit and / or the output unit and / or from a residual energy, in particular inertia, stored in the drive unit and / or the output unit. It is understood that the second operating characteristic can also be formed from another physical value that appears appropriate to a person skilled in the art, for example, in a particularly simple manner to the rotation angle of the drive unit and / or the output unit and / or in the drive unit and / or the output unit stored residual energy, in particular inertia close.
Eine Restenergie, welche dazu vorgesehen ist, das Schraubmittel mit einem Soll-Drehmoment zu beaufschlagen, kann sich aus der Differenz eines Soll-Drehmoments und eines Abschalt-Drehmoments bilden.A residual energy, which is intended to apply to the screw means with a desired torque, may be formed from the difference of a desired torque and a turn-off torque.
Mittels einer Messung der ersten und zweiten Betriebskenngröße kann beispielsweise erkannt werden, ob ein weicher oder ein harter Schraubfall vorliegt. Beispielsweise kann mittels des Betriebskenngrößenverlaufs eine Steigung ermittelt werden, mittels derer der vorliegende Schraubfall der Schraubverbindung bestimmt werden kann.By means of a measurement of the first and second operating parameters, it can be detected, for example, whether a soft or a hard screw connection is present. For example, by means of the operating characteristic curve, a slope can be determined by means of which the present screw connection of the screw connection can be determined.
Es kann ferner zweckmäßig sein, dass die Handwerkzeugmaschine eine Bedieneinheit aufweisen, welche dazu vorgesehen ist, den Anlernzustand zu aktivieren. Die Bedieneinheit kann beispielsweise als ein oder zwei Bedienschalter, insbesondere als eine oder zwei Taste/n, ausgebildet sein. Die Bedieneinheit kann die Handwerkzeugmaschine in einem Bedienzustand in einen Anlernzustand versetzen, in welchem ein erster Betriebskenngrößenverlauf der Handwerkzeugmaschine aufgezeichnet wird. Die Bedieneinheit kann die Handwerkzeugmaschine in einem weiteren Bedienzustand in einen Resetzustand versetzen, in welchem beispielsweise ein zuvor gespeicherter erster Betriebskenngrößenverlauf gelöscht oder überschrieben wird. Die Bedieneinheit kann beispielsweise in den Bedienzustand versetzt werden, indem die Bedieneinheit in einer ersten Betätigungsdauer betätigt wird. Die Bedieneinheit kann beispielsweise in den weiteren Bedienzustand versetzt werden, indem die Bedieneinheit in einer zweiten Betätigungsdauer betätigt wird, welche von der ersten Betätigungsdauer abweicht bzw. länger ist.It may also be expedient that the handheld power tool have an operating unit which is provided to activate the learning state. The operating unit can be designed, for example, as one or two operating switches, in particular as one or two keys. The operating unit can put the hand tool in an operating state in an Anlernzustand in which a first operating characteristic curve of the power tool is recorded. The operating unit can put the hand tool in a further operating state in a reset state in which, for example, a previously stored first operating characteristic curve is deleted or overwritten. The operating unit can be put into the operating state, for example, by operating the operating unit in a first operating period. The operating unit can, for example, be put into the further operating state by the operating unit being actuated in a second operating period, which deviates from the first operating time or is longer.
Es kann des Weiteren zweckmäßig sein, dass in einem Schritt ein Abbremsen der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit, insbesondere mittels einer Bremsvorrichtung, erfolgt, um das Soll-Drehmoment zumindest im Wesentlichen nicht zu übersteigen. Dies kann beispielsweise bei harten Schraubfällen erfolgen, bei welchen ein Abschalt-Wert nur schwer ermittelt bzw. vorausgesagt werden kann. Die Antriebseinheit und/oder die Abtriebseinheit kann mit der Bremsvorrichtung abgebremst werden. Denkbare Bremsvorrichtungen können mechanisch, wie beispielsweise mittels einer Klemmwirkung bewegter Teile, oder elektronisch, wie beispielweise mittels eines Bremsstroms, realisiert werden. Um den Soll-Drehmoment nicht zu übersteigen kann ein Bremszeitpunkt gewählt werden, welcher zumindest teilweise von der Restenergie abhängt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein Soll-Drehmoment bzw. Montagedrehmoment nicht überschritten wird.It may also be expedient that in one step, the drive unit and / or the output unit is decelerated, in particular by means of a braking device, in order not to exceed the setpoint torque, at least substantially. This can be done, for example, in hard screwdriving, in which a shutdown value is difficult to determine or predict. The drive unit and / or the output unit can be braked with the braking device. Conceivable braking devices can be realized mechanically, for example by means of a clamping action of moving parts, or electronically, for example by means of a braking current. In order not to exceed the desired torque, a braking time can be selected, which depends at least partially on the residual energy. As a result, it can be ensured that a desired torque or installation torque is not exceeded.
Unter „zumindest im Wesentlichen nicht zu übersteigen“ soll insbesondere ein Wert bzw. ein (Soll-)Drehmoment verstanden werden, welcher in etwas bis zu 5%, vorzugsweise bis zu 10%, bevorzugt bis zu 15%, besonders bevorzugt bis zu 20%, überstiegen werden kann.By "at least substantially not to be exceeded" should be understood in particular a value or a (desired) torque, which is in something up to 5%, preferably up to 10%, preferably up to 15%, particularly preferably up to 20% , can be exceeded.
Die Bremsvorrichtung kann dazu vorgesehen sein, die Antriebseinheit und/oder die Abtriebseinheit zu bremsen. Die Bremsvorrichtung kann eine Bewegung der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit verhindern und/oder zumindest vermindern, um die Antriebseinheit und/oder die Abtriebseinheit beispielsweise in einen Stillstand zu versetzen. Dabei kann die Bremsvorrichtung zumindest teilweise oder vollständig die Restenergie vernichten bzw. in Wärme umwandeln, sodass das Soll-Drehmoment zumindest im Wesentlichen nicht überstiegen wird. Um die für die jeweiligen Schraubverbindungen bestimmten Soll-Drehmomente auch bei einer nicht optimal errechneten Restenergie nicht zu überschreiten, kann die Bremsvorrichtung die Antriebseinheit und/oder die Abtriebseinheit aktiv bremsen und somit die Restenergie zumindest stark verringern.The braking device may be provided to brake the drive unit and / or the output unit. The braking device can prevent and / or at least reduce a movement of the drive unit and / or the output unit in order, for example, to bring the drive unit and / or the output unit into a standstill. In this case, the braking device can at least partially or completely destroy the residual energy or convert it into heat, so that the setpoint torque is at least substantially not exceeded. In order not to exceed the target torques determined for the respective screw connections even if the residual energy is not optimally calculated, the braking device can actively brake the drive unit and / or the output unit and thus at least greatly reduce the residual energy.
Die Bremsvorrichtung kann eine Motorbremse bilden, welche dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit beispielsweise mittels eines Kurzschlusses zu bremsen. Beispielsweise kann dies bei elektronisch kommutieren Motoren per Kurzschluss insbesondere von drei Motorphasen mittels zumindest eines Leistungshalbleiters erfolgen.The braking device may form an engine brake, which is intended to brake the drive unit, for example by means of a short circuit. For example, this can be done with electronically commutated motors by short circuit, in particular of three motor phases by means of at least one power semiconductor.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass in einem Schritt das Abschalten und/oder das Abbremsen der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit in Abhängigkeit von einer Art einer Schraubverbindung erfolgt. Dabei können mehrere erste Betriebskenngrößenverläufe in einer Speichereinheit hinterlegt sein. Unter der „Art der Schraubverbindung“ soll insbesondere ein weicher oder ein harter Schraubfall verstanden werden.Furthermore, it may be expedient for the drive unit and / or the output unit to be switched off and / or decelerated as a function of a type of screw connection in one step. In this case, a plurality of first operating characteristic curves can be stored in a memory unit. Under the "type of screw connection" is intended in particular a soft or a hard screwing be understood.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass das Verfahren einen Betätigungszustand aufweist, in welchem ein Betätigungselement zum Steuern oder Regeln der Antriebseinheit betätigt wird, in welchem die Antriebseinheit derart gesteuert oder geregelt wird, dass die Antriebseinheit in zumindest einem Betätigungszustand des Betätigungselements ausgeschaltet wird. Beispielsweise kann die Antriebseinheit in einem Betätigungszustand des Betätigungselements und nach Überschreiten des Abschaltzeitpunkts und/oder vor Erreichen des Soll-Drehmoments ausgeschaltet bzw. deaktiviert werden.Furthermore, it may be expedient that the method has an actuation state in which an actuating element for controlling or regulating the drive unit is actuated, in which the drive unit is controlled or regulated such that the drive unit is switched off in at least one actuation state of the actuation element. For example, the drive unit can be switched off or deactivated in an actuation state of the actuation element and after the deactivation time point has been exceeded and / or before the setpoint torque has been reached.
Das Betätigungselement kann dazu vorgesehen sein, in einem nicht betätigten Zustand die Bremsvorrichtung zum Bremsen der Antriebseinheit elektrisch, wie beispielsweise mittels der Elektronikeinheit, oder mechanisch, wie beispielsweise mittels einer mit dem Betätigungselement gekoppelten Bremsvorrichtung, zu betätigen. Das Betätigungselement kann einen Ein-/Aus-Schalter zum Ein-/AusSchalten der Antriebseinheit direkt oder indirekt betätigen. Dadurch kann das Soll-Drehmoment auf besonders einfache Weise erreicht werden.The actuating element can be provided to actuate the braking device for braking the drive unit electrically, for example by means of the electronics unit, or mechanically, for example by means of a braking device coupled to the actuating element, in a non-actuated state. The actuator can directly or indirectly actuate an on / off switch for switching the drive unit on / off. Thereby, the target torque can be achieved in a particularly simple manner.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass die erste und/oder zweite Betriebskenngröße der Antriebseinheit in einem Betätigungszustand des Betätigungselements mittels einem/dem Betätigungselement steuer- oder regelbar ist. Die erste und/oder zweite Betriebskenngröße der Antriebseinheit kann mittels dem Betätigungselement, insbesondere mittels einer Betätigungskraft des Betätigungselements, steuer- oder regelbar sein. Dadurch kann ein Benutzer auch während des Anwendungszustands eine Kontrolle über die Handwerkzeugmaschine beibehalten.Furthermore, it may be expedient that the first and / or second operating characteristic of the drive unit can be controlled or regulated in an actuation state of the actuation element by means of an actuation element. The first and / or second operating characteristic of the drive unit can be controlled or regulated by means of the actuating element, in particular by means of an actuating force of the actuating element. This allows a user to maintain control of the power tool even during the application state.
Es kann ferner zweckmäßig sein, dass einen Abschalt-Drehmoment, welches gegenüber dem Soll-Drehmoment um mindestens 5%, insbesondere 10%, vorzugsweise 15%, bevorzugt 20%, besonders bevorzugt 25% und/oder um bis zu 50%, insbesondere 45%, vorzugsweise 40%, bevorzugt 35%, besonders bevorzugt 30%, kleiner ist. Dadurch kann ein Energieverbrauch der Handwerkzeugmaschine optimiert werden.It may also be expedient that a turn-off torque, which compared to the desired torque by at least 5%, in particular 10%, preferably 15%, preferably 20%, more preferably 25% and / or up to 50%, in particular 45 %, preferably 40%, preferably 35%, particularly preferably 30%, is smaller. Thereby, an energy consumption of the power tool can be optimized.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere Bohrschrauber, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierdurch kann ein Bediener das Verfahren auf besonders einfache Weise mittels einer Handwerkzeugmaschine durchführen.The invention further relates to a hand tool, in particular drill, for carrying out the method according to the invention. This allows an operator to perform the method in a particularly simple manner by means of a hand tool.
Die Handwerkzeugmaschine, insbesondere der Bohrschrauber, weist eine Antriebseinheit zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit, insbesondere eine Abtriebswelle der Abtriebseinheit auf. Die Handwerkzeugmaschine kann ferner eine, insbesondere mechanische, Kupplungseinheit zum Kuppeln der Antriebseinheit mit der Abtriebseinheit aufweisen.The hand tool, in particular the drill, has a drive unit for transmitting a movement to an output unit, in particular an output shaft of the output unit. The hand tool machine may further comprise a, in particular mechanical, coupling unit for coupling the drive unit to the output unit.
Die Handwerkzeugmaschine kann die erste Betriebskenngröße mittels einem Beschleunigungssensor und/oder mittels einer Stromstärke der Antriebseinheit erfassen.The handheld power tool can detect the first operating characteristic by means of an acceleration sensor and / or by means of a current strength of the drive unit.
Es kann zweckmäßig sein, dass die Handwerkzeugmaschine, insbesondere die Antriebseinheit, einen EC-Motor aufweist. Dadurch können Bauteile, welche zum Betreiben eines EC-Motors erforderlich sind, auch zum Abschalten der Antriebseinheit vor Erreichen eines Soll-Drehmoments verwendet werden.It may be expedient that the hand tool machine, in particular the drive unit, has an EC motor. As a result, components which are required for operating an EC motor can also be used to switch off the drive unit before a setpoint torque is reached.
Die Handwerkzeugmaschine kann eine Elektronikeinheit aufweisen, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit derart zu regeln, dass ein Soll-Drehmoment erreicht wird. Die Elektronikeinheit kann dazu vorgesehen sein, in Abhängigkeit des Betriebskenngrößenverlaufs des Anlernzustands den Abschaltzeitpunkt bzw. einen Abschalt-Wert in einem Anwendungszustand zu berechnen. Hierzu kann die Elektronikeinheit eine Recheneinheit, insbesondere einen Mikrocontroller, aufweisen. Der Mikrocontroller kann dazu vorgesehen sein, das Drehmoment und/oder den Drehwinkel oder Signale dieser Größen auszulesen oder zu erfassten.The hand tool machine may have an electronic unit, which is provided in particular for regulating the drive unit such that a setpoint torque is achieved. The electronic unit can be provided to calculate the switch-off time or a switch-off value in an application state as a function of the operating characteristic curve profile of the learning state. For this purpose, the electronic unit may have a computing unit, in particular a microcontroller. The microcontroller can be provided to read out or detect the torque and / or the angle of rotation or signals of these variables.
Der Abschaltzeitpunkt bzw. der Abschalt-Wert kann beispielsweise mittels einem Mikrocontroller in Echtzeit ermittelt bzw. berechnet werden. Dabei kann eine Abweichung, insbesondere eine Steigung, des ersten Betriebskenngrößenverlaufs gegenüber dem zweiten Betriebskenngrößenverlauf ermittelt werden, um den Abschaltzeitpunkt bzw. den Abschalt-Wert zu definieren. Bei einer Abweichung der Betriebskenngrößenverläufe kann eine Restenergie höher oder niedriger als zum einem Abschaltzeitpunkt in einem Lernzustand, sodass beispielswiese der Abschaltzeitpunkt im zweiten Betriebskenngrößenverlauf früher oder später erfolgen kann.The switch-off time or the switch-off value can be determined or calculated in real time, for example, by means of a microcontroller. In this case, a deviation, in particular a slope, of the first operating characteristic curve relative to the second operating characteristic curve can be determined in order to define the switch-off time or the switch-off value. If the operating characteristic curves deviate, a residual energy may be higher or lower than at a switch-off time in a learning state, so that, for example, the switch-off time in the second operating characteristic curve may be earlier or later.
Figurenlistelist of figures
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Hierbei zeigt:
-
1 eine Ansicht auf eine exemplarische Handwerkzeugmaschine, -
2 ein Ablaufdiagramm, -
3a ,3b jeweils drei Drehmoment-Drehwinkel-Verläufe, -
4a ,4b jeweils ein Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf.
-
1 a view of an exemplary hand tool machine, -
2 a flow chart, -
3a .3b three torque-angle profiles, -
4a .4b each a torque angle of rotation curve.
In den folgenden Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the following figures, the same components are provided with the same reference numerals.
Die Figuren beziehen sich jeweils auf eine Handwerkzeugmaschine
Bei der Handwerkzeugmaschine
Die Handwerkzeugmaschine
Die Handwerkzeugmaschine
Das Maschinengehäuse
Die Akkueinheit
Die Handwerkzeugmaschine
Bei einer Betätigung des Betätigungselement
Eine optimale Energiebilanz wird erreicht, falls eine Antriebseinheit
Die Handwerkzeugmaschine ist dazu vorgesehen ein Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung mittels einer Antriebseinheit
In einem Schritt
In einem ersten Schritt
In dem Anlernzustand wird das Soll-Drehmoment
Anhand des ersten Betriebskenngrößenverlaufs
Im Wesentlichen können zwei Arten von Schraubverbindungen
In
In
Beispielsweise kann eine Steigung des zweiten Drehmoment-Drehwinkel-Verlaufs M-φ2 ermittelt werden, um eine Art der Schraubverbindung bestimmen zu können, dabei kann insbesondere ein Schraubverbindung mittels einer Mutter betrachtet werden, indem ein definierter bzw. messbarer Drehmomentanstieg über einen weiten Drehwinkelbereich nicht überschritten wird und anschließend abrupt ansteigt (
Alternativ kann der erste ersten Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf
Die Handwerkzeugmaschine weist eine als Bedienschalter ausgebildete Bedieneinheit
In einem weiteren Schritt
In einem weiteren Schritt
In einem weiteren Schritt
In dem dritten Schritt
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass in einem Schritt das Abschalten und/oder das Abbremsen der Antriebseinheit
In einem weiteren Schritt
In einem weiteren Schritt
In einem weiteren Schritt
In
Der Abschaltzeitpunkt
Die zwei Drehmoment-Drehzahl-Verläufe
Die erforderliche Rotationsenergie kann mittels der Gleichung Erot = ½ × Jx × w2 berechnet werden.
Aus dem Energieerhaltungssatz ergibt sich folgender Ansatz, wobei ERot(tB) die Rotationsenergie sei, welche zum Abschaltzeitpunkt vorhanden ist,
Diese Restenergie entspricht im Wesentlichen einer Reibungsenergie, welche das Schraubmittel beim Einschrauben und/oder Schneiden beispielsweise einer Schraube in ein Werkstück erfährt.This residual energy essentially corresponds to a frictional energy which the screwing means experiences when screwing in and / or cutting, for example, a screw into a workpiece.
Falls dennoch die Restenergie höher ist, als eine Energie zum Erreichen des Soll-Drehmoment
Die Drehzahl n und/oder der Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf
Die Restenergie kann mindestens 8 % und höchstens 30 % der gesamten Anzugsenergie, welche zum Anziehen der Schraubverbindung erforderlich ist betragen.The residual energy may be at least 8% and at most 30% of the total tightening energy required to tighten the threaded connection.
Der zweite und der dritte Schritt können beliebig oft verwendet werden, um beispielsweise eine Serienverschraubung zu ermöglichen, bei welcher mehrere Schraubverbindungen in beispielsweise dasselbe Werkstück eingeschraubt werden sollen.The second and the third step can be used as often as desired, for example, to enable a series screw connection, in which several screw connections are to be screwed into, for example, the same workpiece.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102006017193 A1 [0002]DE 102006017193 A1 [0002]
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DE102018208302.9A DE102018208302A1 (en) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | Method for tightening a screw connection |
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