DE19620124C1 - Vorrichtung zum Messen des Drehwinkels eines handgeführten Schraubwerkzeuges um die Drehachse der Verschraubung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Drehwinkels eines handgeführten Schraubwerkzeuges um die Drehachse der Verschraubung, bestehend aus einem im Betätigungsgriff des Schraubwerkzeuges im Abstand zur Drehachse angeordneten Beschleunigungssensor und einer mit dem Beschleunigungssensor verbundenen elektronischen Auswerteeinheit zur Ermittlung des Drehwinkels, wobei der Drehwinkel in der Auswerteeinheit durch zweifache Integration der vom Beschleunigungssensor gelieferten Werte erhalten ist.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 43 43 110 ist ein derartiges Schraubwerkzeug bekannt.

Beim Einsatz eines derartigen Schraubwerkzeuges mit einem Beschleunigungssensor ergeben sich durch den Einfluß der Erdbeschleunigung in Abhängigkeit von der Lage der Ebene der Schraubbewegung unterschiedlich große Meßfehler, je nachdem, ob der Vektor der zu ermittelnden Beschleunigung gerade quer zur Schwerkraftrichtung oder positiv oder negativ parallel zu ihr oder geneigt zu ihr liegt (Spalte 7, Zeilen 40 ff. der deutschen Offenlegungsschrift 43 43 110).

In der deutschen Offenlegungsschrift 43 43 110 wird zur Eliminierung dieses Fehlers vorgeschlagen, zunächst die aus Drehbeschleunigung und Erdbeschleunigung summierte Gesamtbeschleunigung mittels eines dreidimensional sensiblen Beschleunigungssensors zu ermitteln und daraus vektoriell den insoweit konstanten Vektor der Erdbeschleunigung abzuziehen, was jedoch bei der heutigentags verfügbaren Datenverarbeitungstechnik keine Probleme darstelle (Spalte 7 Zeilen 46 ff. der deutschen Offenlegungsschrift 43 43 110).

Diese vorgeschlagene Lösung zur Eliminierung des durch die Schwerkraft hervorgerufenen Fehlers ist sehr aufwendig. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik eine Vorrichtung vorzuschlagen, die bei einem derartigen Schraubwerkzeug auf einfache Weise zuverlässig den Drehwinkel ermittelt, wobei das Schraubwerkzeug kostengünstig herstellbar sein soll.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Betätigungsgriff des Schraubwerkzeuges im Abstand zueinander zwei Linearbeschleunigungssensoren mit ihrer Wirkungsrichtung einander entgegengesetzt in der durch die Drehbewegung des Betätigungsgriffes bestimmten Drehebene liegend angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird verwendet bei handgeführten Schraubwerkzeugen. Bei diesen Schraubwerkzeugen reduziert sich die Winkelbestimmung auf einen ebenen Winkel, da das Schraubwerkzeug sich in guter Näherung immer in einer Ebene bewegt. Damit kann der Raumwinkel vernachlässigt werden.

Wie die Zeichnung zeigt, hat ein Schraubwerkzeug 1 einen Betätigungsgriff 2, mit dem das Schraubwerkzeug um eine Drehachse 3 gedreht werden kann. Die Drehachse 3 ist dabei üblicherweise die Achse, um die eine Schraube oder Mutter zum Anziehen oder Lösen gedreht wird.

Wie die Zeichnung weiter zeigt, sind im Betätigungsgriff 2 im Abstand zur Drehachse 3 und im Abstand zueinander zwei Linear­ beschleunigungssensoren 4 und 5 angeordnet. Die Linearbeschleunigungssensoren 4 und 5 liegen mit ihrer Wirkungsrichtung in der durch die Drehbewegung des Betätigungsgriffes 2 des Schraubwerkzeuges bestimmten Ebene, jedoch wie dies die in der Zeichnung angegebenen Pfeile anzeigen, in ihrer Wirkungsrichtung einander entgegengesetzt.

Bei einer Bewegung um den mit α bezeichneten Winkel erfahren die beiden Linearbeschleunigungssensoren 4 und 5 den gleichen Anteil der Erdbeschleunigung (Betrag und Winkel).

Da auf beide Sensoren der gleiche Anteil der Erdbeschleunigung wirkt, ist durch einfache Subtraktion beider Werte die Erdbeschleunigungskomponente zu eliminieren. Da der mit 5 bezeichnete Sensor II einen größeren Abstand zur Drehachse 3 als der mit 4 bezeichnete Sensor I hat, erfährt der Sensor II eine größere Beschleunigung als der Sensor I, so daß das Ausgangssignal a₂ des Sensors II größer als das Ausgangssignal a₁ des Sensors I ist. Durch Subtraktion der beiden Signale entsprechend den nachfolgenden Gleichungen ergibt sich die zur Berechnung des Drehwinkels benutzbare momentane Tangentialbeschleunigung a_Nutz.
Sensor I: a_SI = (a₁ + g_*cosγ)
Sensor II: a_SII = (a₂ + g_*cosγ)
a_SI, a_SII Ausgangssignal der beiden Sensoren
a₁, a₂ Nutzsignal zur weiteren Berechnung (von extern zugeführte Beschleunigung)
g_*cosγ Komponente der Erdbeschleunigung (cosγ = Winkel des Erdfeldes zu den Sensoren)
Die Subtraktion der beiden Signale liefert folgendes Ergebnis:

SII - SI: a_SII - a_SI = (a₂ + g_*cosγ) - (a₁ + g_*cosγ) = a₂ - a₁

Da der Betätigungsgriff 2 mit den Linearbeschleunigungssensoren 4 und 5 eine Kreisbahn beschreibt, wird eine Zentralbewegung ausgeführt. Die Bahngeschwindigkeit v ist ein Vektor tangential zu den Bahnradien r1 und r2, wobei r1 der Abstand des Linearbeschleunigungssensors 4 von der Drehachse 3 und r2 der Abstand des Linearbeschleunigungssensors 5 von der Drehachse 3 ist. Durch zweifache Integration kann dann so in bekannter Weise der mit α bezeichnete überstrichene Winkel nach den folgenden Gleichungen bestimmt werden.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Messen des Drehwinkels eines handgeführten Schraubwerkzeuges um die Drehachse der Verschraubung, bestehend aus einem im Betätigungsgriff des Schraubwerkzeuges im Abstand zur Drehachse angeordneten Beschleunigungssensor und einer mit dem Beschleunigungssensor verbundenen elektronischen Auswerteeinheit zur Ermittlung des Drehwinkels, wobei der Drehwinkel in der Auswerteeinheit durch zweifache Integration der vom Beschleunigungssensor gelieferten Werte erhalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Betätigungsgriff (2) des Schraubwerkzeuges (1) im Abstand zueinander zwei Linearbeschleunigungssensoren (4, 5) mit ihrer Wirkungsrichtung einander entgegengesetzt in der durch die Drehbewegung des Betätigungsgriffes bestimmten Drehebene liegend angeordnet sind.