DE19738094C1 - Schlagschrauber - Google Patents
SchlagschrauberInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schlagschrauber, mit den
im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Elektrowerkzeuge der gattungsgemäßen Art sind be
kannt. Hierbei
wird über einen Antriebsmotor ein Werkzeugträger in
Rotation versetzt, der mit einem wählbaren Werkzeug
bestückbar ist. Der Rotationsbewegung des Werkzeug
trägers wird eine Schlagbewegung überlagert, wobei
ein auf den Werkzeugträger wirkender Schlaghammer
eine alternierende axiale Bewegung erfährt.
Wird ein derartiger Schlagschrauber beispielsweise
zum definierten Herstellen einer Schraubverbindung
eingesetzt, ist es wünschenswert, bei Erreichen der
Endstellung der Schraubverbindung den Schlagschrauber
abzuschalten, da andernfalls die Schraubverbindung
durch den Schlaghammer mechanisch belastet wird. Aus
der EP 0 552 990 B1 ist ein Schlagschrauber bekannt,
bei dem eine Schlagzahl des Schlaghammers mittels
eines Mikrofons erfaßt wird. Hierbei werden über das
Mikrofon die Aufschlaggeräusche des Schlaghammers er
faßt und in ein elektrisches Signal gewandelt und
einer Zähleinrichtung zugeführt, die die erhaltenen
Impulse zählt und mit einer Sollzahl von Impulsen
vergleicht. Erreicht die Ist-Schlagzahl die
Soll-Schlagzahl, erfolgt ein Abschalten des Schlagschrau
bers. Bei dieser bekannten Anordnung ist nachteilig,
daß zum Erfassen der Schlagzahl eine indirekte Mes
sung erforderlich ist, indem der Aufschlag in ein
Geräusch (zwangsläufig) gewandelt wird und dieses
Geräusch über eine Membran eines Mikrofons erfaßt und
dann in ein elektrisches Signal gewandelt wird. Hier
durch sind Ungenauigkeiten bei der Erfassung der tat
sächlichen Schlagzahl möglich.
Die DE 27 10 747 C2 zeigt einen Schlagschrauber mit
einem mechanischen Addierwerk für die von einem
Schlaghammer ausgeübten Schläge. Die Schläge werden mit diesem mechanischen
Addierwerk aufaddiert, um so
bei einer erreichten Anzahl von vorgebbaren Gesamt
schlägen den Schlagschrauber abschalten zu können.
Auf Basis einer theoretischen beziehungsweise rech
nerisch ermittelten Gesamtzahl von Schlägen wird auf
ein theoretisches Enddrehmoment aus einer Addition
der Anzahl der erfolgten Schläge geschlossen. Hier
durch wird nur eine sehr ungenaue Einstellung eines
Enddrehmomentes möglich, da lediglich theoretische
Einflußgrößen bei Festlegung der Endzahl der Schläge
Berücksichtigung finden können.
Die EP 63 460 A2 beschreibt einen Kraftschrauber, der
eine Vorrichtung zur Erfassung eines in Betrieb aus
geübten Drehmomentes aufweist. Bei Erreichen eines
vorgewählten, fest eingestellten Grenzdrehmomentes
wird eine Abschaltung eines elektrischen Antriebes
des Kraftschraubers ausgelöst. Um das Erreichen
dieses Grenzdrehmomentes zu detektieren, besitzt der
Kraftschrauber zwei mittels einer Kupplung in Dreh
mitnahme stehende Teile, wobei ein Teil einen Hall
sensor und das andere Teil einen Magneten trägt. Die
Kupplung ist auf ein bestimmtes Grenzdrehmoment ein
stellbar, so daß nach Art einer Rutschkupplung eine
Torsion der zwei Teile zueinander erfolgt, wenn das
eingestellte Drehmoment überschritten wird, und hier
durch eine relative Verdrehung der zwei Teile zuein
ander erfaßt wird. Somit erfolgt ein einmaliges An
sprechen eines Hallsensors zum Abschalten eines
elektrischen Antriebes des Kraftschraubers.
Aus der DE 21 19 273 ist ein weiteres mechanisches
Addierwerk zum Zählen einer Gesamtzahl von Schlägen
eines Schlaghammers bekannt. In der US-PS 31 95 702
ist ein Schlagschrauber beschrieben, bei dem ein
Schlaghammer direkt einen elektrischen Kontakt be
tätigt, um eine Energieversorgung eines Antriebs
motors des Schlagschraubers zu beeinflussen. Aus der
US-PS 54 57 866 ist ein Schlagschrauber bekannt, der
eine aus wenigstens fünf Sensoren bestehende Sensor
anordnung aufweist, deren Signale zur Ansteuerung des
Schlagschraubers ausgewertet werden. Schließlich ist
aus der DE 42 43 969 A1 bekannt, eine Impulszählung
bei einem Impulsschrauber durchzuführen, um auf eine
Qualität der Schraubverbindung zu schließen.
Der erfindungsgemäße Schlagschrauber mit den im An
spruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß
in einfacher Weise eine exakte Messung einer tat
sächlichen Schlagzahl des Schlagschraubers möglich
ist. Dadurch, daß die Schlagzählung mittels eines un
mittelbar durch den Schlaghammer betätigbaren Schalt
mittels erfolgt, wobei ein Betätigungsmittel des
Schaltmittels innerhalb des axialen Bewegungsweges
des Schlaghammers angeordnet ist und wobei bei Er
reichen einer Soll-Schlagzahl durch die Ist-Schlag
zahl eine Schaltvorrichtung zum Abschalten des
Schlagschraubers aktiviert wird und das Schaltmittel
einen Magneten beinhaltet, der durch das Betätigungs
mittel gegen die Kraft eines Federelementes in den
Wirkbereich eines Hallsensors bewegbar ist, kann ohne
Zwischenwandlung der Schlagbewegung in eine physi
kalische Größe eine direkte und somit sehr genaue
Messung der Schlagzahl erfolgen. Mit jeder axialen
Bewegung des Schlaghammers wird das Schaltmittel be
tätigt, so daß über die Anzahl der Betätigungen des
Schaltmittels sofort auf die Anzahl der Schläge ge
schlossen werden kann. Insbesondere dadurch, daß das
Schaltmittel einen entlang eines Hallsensors ver
schiebbaren Magnet beinhaltet, der je nach Stellung
des Schlaghammers in beziehungsweise aus dem Wirk
bereich des Hallsensors bewegt wird, lassen sich
mittels einfacher, an sich bekannter, Auswerteschal
tungen die vom Hallsensor generierten Impulse verar
beiten, beispielsweise mit einer vorgebbaren
Soll-Schlagzahl vergleichen, wobei vorteilhafterweise bei
Erreichen einer Soll-Schlagzahl durch die Ist-Schlag
zahl ein Abschalten des Schlagschraubers erfolgt. Da
die Anzahl der Schläge bekanntermaßen drehmoment
abhängig ist, läßt sich über die gemessene
Ist-Schlagzahl in einfacher Weise eine Drehmomenteinstel
lung am Schlagschrauber realisieren.
In Abhängigkeit der Stellung des Magneten wird in dem
Hallsensor eine Hallspannung mit bestimmter Frequenz
generiert, die der Schlagzahl des Schlaghammers ent
spricht. Diese Hallspannung kann als elektrisches
Signal mittels einer Auswerteschaltung ausgewertet
werden. Ein derartiges Schaltmittel läßt sich in sehr
kleinen Baugrößen herstellen, so daß dieses ohne wei
teres in Schlagschrauber integriert werden kann, ohne
daß eine wesentliche Gewichtserhöhung gegeben ist,
noch ein großer Einbauraum zur Verfügung stehen muß.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs
beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines
Schlagschraubers und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch ein Schalt
mittel zur Erfassung der Schlagzahl des
Schlagschraubers.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines
Schlagschraubers 10. Dieser weist einen auf der An
triebswelle eines nicht dargestellten Elektromotors
angeordneten Werkzeugträger 12 auf, der mit verschie
denen, nicht dargestellten Werkzeugen, beispielsweise
Kreuzschlitzschraubern, Längsschlitzschraubern, Mut
terschraubern usw. bestückbar ist. Der Werkzeugträger
12 trägt drehfest einen Amboß 14, gegen den ein
Schlaghammer 16 radial schlagbar ist. Hierzu ist eine
im einzelnen nicht dargestellte Mechanik vorgesehen,
die in Abhängigkeit einer Drehzahl des Werkzeugträ
gers eine axiale Schlagbewegung des Schlaghammers 16
erzeugt. Die Axialbewegung wird durch eine schräge
Führungsnut erreicht, dadurch wird die Energie des
weiterdrehenden Motors gegenüber dem stehenden Werk
zeug in die Druckfeder gespeichert und nach ausrei
chendem "Aufziehen" in axialer Richtung als Dreh
schlag auf den Amboß abgegeben. Hierbei wird der
Schlaghammer 16 gegen die Kraft eines elastischen
Federelementes, beispielsweise einer Spiralfeder 18,
vorgespannt und bei Erreichen einer bestimmten Win
kelstellung des Werkzeugträger 12 durch die Kraft des
Federelementes 18 gegen den Amboß 14 geschlagen.
Hierdurch wird der Drehbewegung des Werkzeugträgers
14 die Schlagbewegung des Schlaghammers 16 überla
gert, so daß beispielsweise ein schnelleres Eintrei
ben einer Schraube oder dergleichen mittels des
Schlagbohrers 10 möglich ist.
Bekanntermaßen ist in vielen Anwendungsfällen wün
schenswert daß eine Schraubverbindung mit einem
bestimmten, wählbaren Drehmoment herstellbar ist.
Dies bedeutet, daß bei Erreichen des gewünschten
wählbaren Drehmomentes der Schlagbohrer 10 abschal
tet.
Während des Schlagens des Schlaghammers 16 erfährt
dieser eine mit dem Doppelpfeil 20 gekennzeichnete
alternierende Axialbewegung, wobei dieser entweder
gegen die Kraft des Federelementes 18 vorgespannt
oder durch die Kraft des Federelementes 18 entgegen
gesetzt bewegt wird. Innerhalb des - durch die Kon
struktion des Schlagbohrers 10 vorgegebenen - Axial
bewegungsbereiches ist ein insgesamt mit 22 bezeich
netes Schaltmittel angeordnet. Dieses Schaltmittel 22
umfaßt ein Betätigungsmittel 24, das durch eine
Stirnfläche 26 des Schlaghammers 16 mit einer Be
tätigungskraft beaufschlagbar ist. In dem Moment, wo
der Schlaghammer 16 gegen die Kraft des Federelemen
tes 18 vorgespannt wird, gelangt die Stirnfläche 26
in Anlagekontakt mit dem Betätigungsmittel 24 und
drängt dieses gegen die Kraft eines Federelementes 28
in das Schaltmittel 22 hinein. Das Betätigungsmittel
24 trägt einen Permanentmagneten 30, der bei Bewegung
des Betätigungsmittels 24 ebenfalls axial verschoben
wird. Zur Fügung des Betätigungsmittels 24 und des
Permanentmagneten 30 sind diese in einem Gehäuse 32
angeordnet, das eine Bohrung 34 ausbildet, innerhalb
der das Betätigungsmittel 24 und der Permanentmagnet
30 verlagerbar sind. Am Außenumfang des Gehäuses 32
ist ein Hallsensor 36 angeordnet. Der Hallsensor 36
ist derart positioniert, daß der Permanentmagnet 30
in Ausgangsstellung des Schaltmittels 22 nicht im
Wirkbereich des Hallsensors 33 sich befindet. Über
hier lediglich angedeutete Verbindungsleitungen 38
ist der Hallsensor 36 mit einer Auswerteschaltung 40
verbunden, deren Parameter mittels eines Stellmittels
42, das beispielsweise von einem per Hand betätigba
ren Stellrad gebildet sein kann, einstellbar sind.
Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung eine
mögliche konkrete Ausführungsform des Schaltmittels
22. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Das Gehäuse 32 kann bei
spielsweise von einem quaderförmigen Grundkörper 44
gebildet sein, innerhalb dem die Bohrung 34 als Stu
fenbohrung ausgeführt ist. Eine Ringstufe 46 der
Bohrung 34 dient als Anschlag für das Betätigungs
mittel 24, das von einem Bolzen 48 gebildet ist, der
von einem Führungsabschnitt 50 entspringt. Der Füh
rungsabschnitt 50 besitzt einen Außendurchmesser, der
dem Innendurchmesser der Bohrung 34 im wesentlichen
entspricht, so daß dieser spielfrei innerhalb der
Bohrung 34 axial verlagerbar ist. Der Bolzen 48 be
sitzt an seiner Stirnfläche eine Wölbung 52, die in
Anlagekontakt mit der Stirnfläche 46 des Schlagham
mers 16 gelangt. Durch die Wölbung 52 wird ein im
wesentlichen punktförmiger Berührungskontakt mit der
Stirnfläche 26 sichergestellt.
Der Führungsabschnitt 50 trägt den Permanentmagneten
30, wobei zwischen dem Permanentmagneten 30 und dem
Führungsabschnitt 50 eine kraftschlüssige Verbindung,
beispielsweise durch eine Klebverbindung, bestehen
kann. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist
denkbar, daß der Permanentmagnet 20 lose an dem Füh
rungsabschnitt 50 anliegt. Gegen den Permanentmagnet
30 wirkt das Federelement 28, das beispielsweise von
einer Spiralfeder gebildet sein kann. Ein Schenkel 54
des Federelementes 28 beaufschlagt den Permanentma
gnet 20 mit einer Federkraft, so daß dieser gegen den
Führungsabschnitt 50 drückt und somit das Betäti
gungsmittel 24 in seiner Ausgangsstellung hält. Die - in
der Bildebene in Fig. 2 gesehene - rechte Aus
gangsstellung nimmt das Betätigungsmittel 24 ein,
wenn der Führungsabschnitt 50 gegen die Ringstufe 46
anliegt. Das Federelement 28 ist an einem Stift 56
geführt, wobei sich ein weiterer Schenkel 58 des
Federelementes an dem Gehäuse 32 abstützt. Zur Auf
nahme des Federelementes 28 besitzt das Gehäuse 32
eine entsprechende Ausnehmung 60.
In Fig. 2 ist in die Papierebene projiziert eine
Ausgangsstellung des Permanentmagneten 30 in bezug
auf eine Längsachse 62 der Bohrung 34 mit a gekenn
zeichnet. In bezug auf diese Ausgangsposition a ist
der Hallsensor 36 (Fig. 1) so angeordnet, daß dieser
in einem Wirkbereich w angeordnet ist, der sich zwi
schen der Ausgangsposition a und einer Endposition a1
befindet.
Der Schlagbohrer 10 zeigt folgende Funktion:
Während des bestimmungsgemäßen Einsatzes des Schlag bohrers 10 wird der Werkzeugträger 12 über den nicht dargestellten Antriebsmotor rotierend angetrieben. Gleichzeitig erfährt der Schlaghammer 16 eine in Abhängigkeit der Rotation des Werkzeugträgers 12 liegende alternierende Axialbewegung 20. Hierbei wird das Betätigungsmittel 24 des Schaltmittels 22 je nach momentaner Stellung des Schlaghammers 16 entweder gegen die Kraft des Federelementes 28 in den Wirk bereich w verlagert oder durch das Federelement 28 aus dem Wirkbereich w hinausgedrängt. In dem Moment, wo der Permanentmagnet 30 in den Wirkbereich w des Hallsensors 36 gelangt, wird in diesem - in an sich bekannter Weise - eine Hallspannung generiert. Ent sprechend der Schlagfrequenz des Schlaghammers 16 wird der Permanentmagnet 30 mit entsprechender Fre quenz in beziehungsweise aus dem Wirkbereich w be wegt, so daß ein entsprechender Signalverlauf an dem Hallsensor 36 abgegriffen werden kann. Mittels der Auswerteschaltung 40 wird der Signalverlauf des Hall sensors 36 ausgewertet, wobei beispielsweise die Anzahl der Maxima und/oder die Anzahl der Minima des Signalverlaufs gezählt werden. Diese ermittelte An zahl wird mit in einem programmierbaren Speicher abgelegte Anzahl verglichen. Die über den Hallsensor 36 gewonnene Anzahl an Maxima und/oder Minima ent spricht einer Ist-Schlagzahl des Schlaghammers 16, während die in dem programmierbaren Speicher abge legte Anzahl einer Soll-Schlagzahl des Schlaghammers 16 entspricht. Über das Stellmittel 42 kann die in dem programmierbaren Speicher abgelegte Soll-Schlag zahl variiert werden. Das Stellmittel 42 ist hierzu beispielsweise mit einem entsprechenden Register gekoppelt, das den programmierbaren Speicher aufruft.
Während des bestimmungsgemäßen Einsatzes des Schlag bohrers 10 wird der Werkzeugträger 12 über den nicht dargestellten Antriebsmotor rotierend angetrieben. Gleichzeitig erfährt der Schlaghammer 16 eine in Abhängigkeit der Rotation des Werkzeugträgers 12 liegende alternierende Axialbewegung 20. Hierbei wird das Betätigungsmittel 24 des Schaltmittels 22 je nach momentaner Stellung des Schlaghammers 16 entweder gegen die Kraft des Federelementes 28 in den Wirk bereich w verlagert oder durch das Federelement 28 aus dem Wirkbereich w hinausgedrängt. In dem Moment, wo der Permanentmagnet 30 in den Wirkbereich w des Hallsensors 36 gelangt, wird in diesem - in an sich bekannter Weise - eine Hallspannung generiert. Ent sprechend der Schlagfrequenz des Schlaghammers 16 wird der Permanentmagnet 30 mit entsprechender Fre quenz in beziehungsweise aus dem Wirkbereich w be wegt, so daß ein entsprechender Signalverlauf an dem Hallsensor 36 abgegriffen werden kann. Mittels der Auswerteschaltung 40 wird der Signalverlauf des Hall sensors 36 ausgewertet, wobei beispielsweise die Anzahl der Maxima und/oder die Anzahl der Minima des Signalverlaufs gezählt werden. Diese ermittelte An zahl wird mit in einem programmierbaren Speicher abgelegte Anzahl verglichen. Die über den Hallsensor 36 gewonnene Anzahl an Maxima und/oder Minima ent spricht einer Ist-Schlagzahl des Schlaghammers 16, während die in dem programmierbaren Speicher abge legte Anzahl einer Soll-Schlagzahl des Schlaghammers 16 entspricht. Über das Stellmittel 42 kann die in dem programmierbaren Speicher abgelegte Soll-Schlag zahl variiert werden. Das Stellmittel 42 ist hierzu beispielsweise mit einem entsprechenden Register gekoppelt, das den programmierbaren Speicher aufruft.
Ist nun während des bestimmungsgemäßen Einsatzes des
Schlagbohrers 10 eine bestimmte Anzugsstellung der
herzustellenden Schraubverbindung erreicht, vergrö
ßert sich das an dem Werkzeugträger 12 angreifende
Drehmoment. Dieses angreifende Drehmoment wirkt brem
send auf den rotierenden Werkzeugträger 12 und ver
ringert dessen Drehzahl. Hierdurch kommt es ebenfalls
zu einer Verringerung der von der Drehzahl proportio
nal abhängigen Schlagzahl des Schlaghammers 16. Ent
sprechend ändert sich der über das Schaltmittel 22
detektierte Verlauf der Hallspannung des Hallsensors
36, so daß über die Elektronik 40 die Ist-Schlagzahl,
und somit die der Ist-Schlagzahl proportionale Dreh
zahl und somit das Drehmoment erfaßbar ist. Somit ist
über das Stellmittel 42, mittels dem die Soll-Schlag
zahl und somit das Soll-Drehmoment vorgebbar ist,
eine sehr exakte Einstellung des Schlagschraubers 10
möglich. Insbesondere auch kleine Drehmomente können
sehr exakt mit reproduzierbaren Ergebnissen einge
stellt werden. Durch die axiale Verschiebung des
Permanentmagneten 30 entlang der Längsachse 62 der
Bohrung 34, die der Axialbewegung 20 des Schlagham
mers 16 proportional - ist, läßt sich sehr exakt und
unmittelbar die Bewegung des Schlaghammers 16 abbil
den und auswerten. Insbesondere dadurch, daß das
Betätigungsmittel 24 aus einem nichtmagnetischen
Material besteht und über das Federelement 28 ein
Vernachlässigbarer magnetischer Einfluß auf den Per
manentmagnet 30 ausgeübt wird, kann das Schaltmittel
22 mit sehr kleiner Baugröße und entsprechend kleinen
Schalttoleranzen realisiert werden. Durch die Tren
nung zwischen mechanischer Erfassung der Axialbewe
gung 20 und elektronischer Auswertung über den Hall
sensor 36 beziehungsweise die Elektronik 40 ist eine
maximale Störungsunanfälligkeit gegeben, die gerade
bei dem robusten Betrieb von Schlagbohrern 10 notwen
dig ist.
Claims (6)
1. Schlagschrauber, mit einem über einen Antriebs
motor in Rotation versetzbaren, mit einem Werkzeug
bestückbaren Werkzeugträger und Mitteln zum über
lagern der Drehbewegung mit einer Schlagbewegung,
wobei ein auf den Werkzeugträger wirkender Schlag
hammer eine alternierende axiale Bewegung erfährt,
und mit Mitteln zur Erfassung einer Ist-Schlagzahl
pro Zeiteinheit des Schlaghammers mit Hilfe eines
unmittelbar durch den Schlaghammer betätigbaren
Schaltmittels, wobei ein Betätigungsmittel des
Schaltmittels innerhalb des axialen Bewegungsweges
des Schlaghammers angeordnet ist, und wobei bei
Erreichen einer Soll-Schlagzahl durch die Ist-Schlag
zahl eine Schaltvorrichtung zum Abschalten des
Schlagschraubers aktiviert wird, dadurch gekennzeich
net, daß das Schaltmittel (22) einen Magneten (30)
beinhaltet, der durch das Betätigungsmittel (24)
gegen die Kraft eines Federelementes (28) in den
Wirkbereich eines Hallsensors (36) bewegbar ist.
2. Schlagschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Magnet (30) in einer Axialbohrung
(34) eines Gehäuses (32) axial verschieblich gelagert
ist, wobei ein Führungsabschnitt (50) des Betäti
gungsmittels (24) in die Axialbohrung (34) eingreift
und am Außenumfang des Gehäuses (32) der Hallsensor
(36) im Bereich der Axialbohrung (34) angeordnet ist.
3. Schlagschrauber nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungs
mittel (24) aus einem unmagnetischen Material be
steht.
4. Schlagschrauber nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (30)
eine Ausgangsposition (a) einnimmt, die nicht in
einem Wirkbereich (w) des Hallsensors (36) liegt.
5. Schlagschrauber nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine generierte
Hallspannung des Hallsensors (36) einer Auswerte
schaltung (40) zuführbar ist, die den Ist-Signal
verlauf mit einem Soll-Signalverlauf vergleicht und
bei Erreichen des Soll-Signalverlaufes durch den
Ist-Signalverlauf ein Abschaltsignal für den Schlag
schrauber (10) geliefert wird.
6. Schlagschrauber nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Soll-Signalverlauf und damit die
Soll-Schlagzahl durch ein Stellmittel (42) veränder
bar vorgebbar ist.
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