DE19954809A1 - Screw device has electro-rheological and/or magneto-rheological coupling between drive and output and electronic control unit interacting with drive, coupling, output and/or screw unit - Google Patents

Abstract

The device has a drive, an output, a screw unit connected to rotate with the output, an electro-rheological and/or magneto-rheological coupling between the drive and output and an electronic control unit that interacts with the drive and/or coupling and/or output and/or screw unit. The control unit is a data processing device, especially a computer unit with a CPU.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubvorrichtung zum Anziehen oder Lösen einer Schraubverbindung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a screw device for tightening or loosening Screw connection according to the preamble of claim 1.

Schraubvorrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen dazu, eine Schraube in eine mit einem Gewinde versehene Bohrung einzuschrauben oder sie aus der Bohrung auszuschrauben. Hierzu greift eine Schraubeinheit beispielsweise in einen an dem Kopf der Schraube vorgesehenen Schlitz ein. Die Schraubeinheit ist mit einem Abtrieb drehverbunden, der üblicherweise über eine Kupplung mit einem Antrieb gekoppelt ist. Die Kupplung dient dazu, das von dem Antrieb zur Verfügung gestellte Drehmoment in Abhängigkeit von bestimmten Parametern zu variieren. Das variierte Drehmoment wird dann im Betriebsfall auf die Schraubeinheit übertragen. Als Kupplungen sind zum Beispiel mechanisch arbeitende Rutschkupplungen bekannt.Screw devices of the type mentioned here are known. They serve one Screw in or out of a threaded bore unscrew the hole. For this purpose, a screwing unit, for example, engages in one slot provided at the head of the screw. The screw unit is with a Output rotatably connected, usually via a clutch with a drive is coupled. The coupling serves the purpose of that made available by the drive Torque to vary depending on certain parameters. That varied Torque is then transferred to the tightening unit during operation. As Couplings are known, for example, mechanically operating slip clutches.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 36 428 ist eine magnetische drehmomentbegrenzende Kupplung bekannt, bei der eine antriebsseitige Welle mit einer abtriebsseitigen Welle zur Drehmomentübertragung über ein Magnetfeld gekuppelt ist. Diese Realisierung der Kupplung weist den Nachteil auf, daß das magnetische Feld direkt dazu dient, Antrieb und Abtrieb miteinander zu verbinden, so daß hohe magnetische Feldstärken erforderlich sind. Zur Erzeugung dieser hohen Feldstärken ist ein hoher Energieaufwand zu betreiben. Des weiteren ist bei dieser Kupplung das Losbrechmoment nur ungenau einstellbar. Unter Losbrechmoment wird im Zuge dieser Anmeldung dasjenige Drehmoment verstanden, bei dem die Kupplung "öffnet", das heißt kein oder kein ausreichendes Drehmoment vom Antrieb auf den Abtrieb übertragen wird. Die nur ungenaue Einstellbarkeit des Losbrechmoments rührt daher, daß die beiden Wellen nicht starr drehfest miteinander gekoppelt sind, sondern das magnetische Feld ein gewisses "Spiel" zwischen diesen beiden Elementen zuläßt.From the German patent application DE 42 36 428 is a magnetic Torque limiting clutch known in which a drive shaft with a output shaft is coupled for torque transmission via a magnetic field. This realization of the coupling has the disadvantage that the magnetic field directly serves to connect drive and output with each other, so that high magnetic field strengths are required. To generate these high field strengths to operate a high energy expenditure. Furthermore, this is the coupling Breakaway torque can only be set imprecisely. Breakaway torque is used in the course of this Registration understood that torque at which the clutch "opens", that is no or insufficient torque is transmitted from the drive to the output. The only imprecise adjustability of the breakaway torque stems from the fact that the two Shafts are not rigidly coupled to each other, but the magnetic field allows a certain "play" between these two elements.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schraubvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine wenig Energie verbrauchende Kupplung aufweist, deren Kennwerte präzise einstellbar sind und sehr genau eingehalten werden.The invention is therefore based on the object of a screwing device at the outset to provide the type mentioned, which has a low-energy-consuming coupling, whose characteristic values can be precisely adjusted and are adhered to very precisely.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kupplung als elektrorheologische und/oder magnetorheologische Kupplung ausgebildet ist und daß eine elektronische Steuereinheit vorgesehen ist, die mit dem Antrieb und/oder der Kupplung und/oder dem Abtrieb und/oder der Schraubeinheit zusammenwirkt. Durch den Einsatz einer elektrorheologischen und/oder magnetorheologischen Kupplung in einer Schraubvorrichtung läßt sich unter besonders niedrigem Kupplungsenergieaufwand eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb der Schraubvorrichtung herstellen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei einer rheologisch arbeitenden Kupplung das elektrische und/oder das magnetische Feld selbst nicht dazu dienen, eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebs- und der Abtriebsseite der Kupplung herzustellen, sondern dieses Feld ausschließlich zur Ausrichtung von Feststoffteilchen eingesetzt wird, welche in einer Trägerflüssigkeit der rheologischen Kupplung verteilt sind und durch Einwirken eines elektrischen und/oder magnetischen Felds derart beeinflußbar sind, das selbige sich zusammenballen und zu Ketten ausbilden, die sich von einer antriebsseitigen Dreheinheit zu einer abtriebsseitigen Dreheinheit der Kupplung erstrecken und somit beide Dreheinheiten bis zu einem maximal übertragbaren Drehmoment (Losbrechmoment) miteinander drehfest koppeln. Ferner ist der Einsatz einer rheologischen Kupplung in einer Schraubvorrichtung besonders vorteilhaft, da an derartige Kupplungen in äußerst präziser Weise mittels einer elektronischen Steuereinheit die Obergrenze des zu übertragenden Drehmoments und somit das Losbrechmoment einstellbar ist. Dabei erfolgt die Einstellung der rheologisch arbeitenden Kupplung durch die Beaufschlagung der Trägerflüssigkeit mit einem frei wählbaren elektrischen und/oder magnetischen Feld, um eine erwünschte und der Intensität des einwirkenden Felds entsprechende Kettenausbildung der Feststoffteilchen in der Trägerflüssigkeit zu erhalten. Es läßt sich somit unter verhältnismäßig geringem Energieaufwand das von der rheologischen Kupplung maximal übertragbare Drehmoment durch Vorgabe eines elektrischen und/oder magnetischen Felds mittels einer elektronischen Steuereinheit in zuverlässiger und präziser Weise einstellen.This object is achieved in that the clutch as electrorheological and / or magnetorheological coupling is formed and that an electronic control unit is provided which is connected to the drive and / or Coupling and / or the output and / or the screw unit cooperates. By the Use of an electrorheological and / or magnetorheological coupling in one Screwing device can be a particularly low coupling energy expenditure reliable connection between the drive and the output of the screwing device produce. This is due to the fact that in a rheologically working Coupling the electrical and / or the magnetic field itself does not serve a Non-rotatable connection between the input and output side of the clutch manufacture, but this field exclusively for the alignment of solid particles is used, which is distributed in a carrier fluid of the rheological coupling and by the action of an electrical and / or magnetic field can be influenced, the same clump together and form chains that form from a drive-side rotary unit to an output-side rotary unit of the clutch extend and thus both rotating units up to a maximum transferable Coupling the torque (breakaway torque) in a rotationally fixed manner. Furthermore, the use a rheological coupling in a screwing device is particularly advantageous since such couplings in an extremely precise manner by means of an electronic Control unit the upper limit of the torque to be transmitted and thus that Breakaway torque is adjustable. The rheologically working is set Coupling by loading the carrier fluid with a freely selectable one electric and / or magnetic field to a desired and the intensity of the corresponding chain formation of the solid particles in the field To get carrier liquid. It can therefore be relatively small Energy expenditure the maximum that can be transferred by the rheological coupling Torque by specifying an electric and / or magnetic field an electronic control unit in a reliable and precise manner.

Vorzugsweise ist die Steuereinheit als Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere als mit einer CPU versehenen Rechnereinheit ausgebildet. Der Einsatz einer Datenverarbeitungseinrichtung als Steuereinheit erlaubt eine schnelle und zuverlässige Einstellung der rheologischen Kupplung unter Berücksichtigung verschiedener Prozeß- und/oder Umwelteinflüssen vor, während und/oder nach dem Betreiben der Schraubvorrichtung. Dabei ist die als Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildete Steuereinheit problemlos mit weiteren Steuervorrichtungen beziehungsweise Informationsträgern und/oder Bearbeitungseinheiten über eine entsprechende Schnittstelle verbindbar. Die Vorsehung einer zentralen Rechnereinheit (CPU) erlaubt vorteilhafterweise eine zentrale Verarbeitung von Daten verschiedener Parameter, wie zum Beispiel Daten von Prozeßparametern, Umwelteinflüssen, technischen Normen und Regeln und ähnlichem. Ferner ist eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit von Daten durch die Datenverarbeitungseinrichtung möglich, weshalb die Reaktionszeit der Steuereinheit verkürzt wird. Zudem sind elektronische Datenverarbeitungsanlagen programmierbar. Soll beispielsweise eine Reihe von Schrauben in Bohrungen ein- oder 'aus diesen ausgeschraubt werden, so können die Kenndaten (Länge der Schraube und damit Drehdauer der abtriebsseitigen Dreheinheit, Drehgeschwindigkeit, Losbrechmoment und dergleichen) jeder einzelnen Schraube vorher in die Datenverarbeitungsanlage eingegeben werden. Das eigentliche Ein- beziehungsweise Ausschrauben erfolgt automatisch und ist an jede einzelne Schraube optimal angepaßt.The control unit is preferably a data processing device, in particular a formed with a CPU computer unit. The use of a Data processing device as a control unit allows fast and reliable  Setting the rheological coupling taking into account various process and / or environmental influences before, during and / or after the operation of the Screwing device. This is designed as a data processing device Control unit easily with other control devices respectively Information carriers and / or processing units via a corresponding Interface connectable. The provision of a central computer unit (CPU) allows advantageously central processing of data of various parameters, such as for example data from process parameters, environmental influences, technical standards and Rules and the like. Furthermore, there is a higher processing speed of data possible by the data processing device, which is why the response time of the Control unit is shortened. There are also electronic data processing systems programmable. For example, a row of screws should be inserted or into holes 'can be unscrewed from these, the characteristic data (length of the screw and thus the duration of rotation of the rotary unit on the output side, rotational speed, Breakaway torque and the like) of each screw beforehand in the Data processing system can be entered. The actual one or Unscrewing is automatic and is optimally adapted to each individual screw.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kupplung eine Steuerfelderzeugungseinheit für die Beeinflussung des magnetischen Felds der magnetorheologischen Kupplung beziehungsweise für die Beeinflussung des elektrischen Felds der elektrorheologischen Kupplung auf und wirkt die Steuereinheit mit der Steuerfelderzeugungseinheit zusammen. In dieser Weise ist das gewünschte, maximal von der rheologischen Kupplung zu übertragende Drehmoment in schneller und zuverlässiger Weise einstellbar, wobei die Steuereinheit in Abhängigkeit der ausgewerteten Daten an die Steuerfelderzeugungseinheit entsprechende Auslösesignale übermitteln kann und die Steuerfelderzeugungseinheit in Abhängigkeit dieser Auslösesignale die gewünschte Einstellung der rheologischen Kupplung mittels eines magnetischen Felds (magnetorheologische Kupplung) beziehungsweise mittels eines elektrischen Felds (elektrorheologische Kupplung) bewirken kann.According to a preferred embodiment, the clutch has a Control field generation unit for influencing the magnetic field of the magnetorheological coupling or for influencing the electric field of the electrorheological clutch and the control unit cooperates the control field generating unit together. In this way, the desired maximum torque to be transmitted by the rheological clutch in faster and reliably adjustable, the control unit depending on the evaluated data to the control field generating unit corresponding trigger signals can transmit and the control field generating unit depending on this Trigger signals the desired setting of the rheological clutch using a magnetic field (magnetorheological coupling) or by means of a electrical field (electrorheological coupling) can cause.

Mit Vorteil weist die Steuereinheit einen elektrischen Speicher auf, in dem Steuer- und/oder Regelparameter ablegbar sind. Mittels eines elektrischen Speichers läßt sich eine verhältnismäßig große Zahl an verschiedenen, die jeweilige Betriebssituation berücksichtigenden Daten speichern und somit zur Einstellung der rheologischen Kupplung heranziehen. Derartige Daten können in Form von Kurven wie zum Beispiel Kennlinien beziehungsweise Kennlinienscharren oder in Tabellenform im elektrischen Speicher abgelegt sein. Aus diesen gespeicherten Daten kann die Steuereinheit gewünschte Sollwerte ermitteln, die zur Einstellung der rheologischen Kupplung als Steuer- und/oder Regelparameter dienen. In dieser Weise ist es möglich, die rheologische Kupplung in besonders präziser Weise unter Berücksichtigung beziehungsweise Auswertung von gespeicherten Daten und/oder Informationen mittels der Steuerfelderzeugungseinheit einzustellen.The control unit advantageously has an electrical memory in which control and / or control parameters can be stored. By means of an electrical storage device a relatively large number of different, the respective operating situation save the data to be taken into account and thus to adjust the rheological Pull in the clutch. Such data can take the form of curves such as  Characteristic curves or characteristic curve scratching or in tabular form in the electrical Be stored. The control unit can use this stored data Determine the desired setpoints that are used to set the rheological clutch as Control and / or regulating parameters are used. In this way it is possible to rheological coupling in a particularly precise manner taking into account or evaluation of stored data and / or information by means of the control panel generating unit.

Vorzugsweise ist dem Abtrieb und/oder der Schraubeinheit ein einen Ist-Wert aufnehmender Drehmomenterfassungssensor zugeordnet, der zum Datenaustausch mit der Steuereinheit verbunden ist. Durch einen am Abtrieb und/oder an der Schraubeinheit das jeweilige durch die rheologische Kupplung übertragene Drehmoment (Ist-Wert) erfassenden Sensor können kontinuierlich Ist-Daten an die Steuereinheit übermittelt werden, welche diese übermittelten Ist-Daten durch einen Soll-Ist-Vergleich auswertet. Für den Fall, daß der durch den Drehmomenterfassungssensor aufgenommene Ist-Wert nicht dem vorher gewählten Sollwert entspricht, kann die Steuereinheit eine entsprechende Feineinstellung der rheologischen Kupplung mittels geeigneter Einstellung der Steuerfelderzeugungseinheit bewirken. Somit wird in effektiver und zuverlässiger Weise gewährleistet, daß die jeweils gewählten Sollwerte in bezug auf das am Abtrieb der rheologischen Kupplung anliegende Drehmoment präzise eingehalten werden. Die Steuerfelderzeugungseinheit, die rheologische Kupplung, der Abtrieb und der diesem zugeordnete Drehmomenterfassungssensor sind mit der Steuereinheit unter Ausbildung eines Regelkreises verbunden. Je nach Abhängigkeit von dem durch den Sensor abtriebsseitig erfaßten Drehmoment wird durch die Steuereinheit das Feld der Steuerfelderzeugungseinheit und das antriebsseitige Drehmoment variiert. Diese Rückkopplung ermöglicht es, beispielsweise im Falle des Lösens einer in einer Bohrung verkanteten oder in dieser eingerosteten Schraube das Drehmoment entsprechend anzupassen.The output and / or the screwing unit is preferably an actual value Recording torque detection sensor assigned to the data exchange with the control unit is connected. By one on the output and / or on the screw unit the respective torque transmitted by the rheological clutch (actual value) Detecting sensor can continuously transmit actual data to the control unit which evaluates this transmitted actual data by a target-actual comparison. In the event that the actual value recorded by the torque detection sensor does not correspond to the previously selected target value, the control unit can Corresponding fine adjustment of the rheological coupling by means of suitable Effect setting of the control field generating unit. Thus, in effective and reliably ensures that the selected setpoints in relation to the Torque applied to the output of the rheological clutch is precisely observed become. The control field generation unit, the rheological clutch, the output and the torque detection sensor assigned to this are with the control unit below Formation of a control loop connected. Depending on the dependency on that by the The sensor detects the torque on the output side by the control unit Control field generation unit and the drive-side torque varies. This Feedback makes it possible, for example, in the event of loosening one in a hole canted or in this rusted screw the torque accordingly adapt.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit sowohl mit der Steuerfelderzeugungseinheit als auch mit dem Antrieb zur Übermittlung eines entsprechenden Sollwerts verbunden. Hierdurch wird ermöglicht, daß die Steuereinheit sowohl die rheologische Kupplung als auch den Antrieb steuert und/oder regelt. Es erfolgt durch die Steuereinheit eine frei variierbare und präzise Einstellung der rheologischen Kupplung, das heißt des von der rheologischen Kupplung maximal übertragbaren Drehmoments, und gleichzeitig beziehungsweise zusätzlich eine frei wählbare Einstellung und/oder Anpassung des in die rheologische Kupplung einzuleitenden Drehmoments durch den Antrieb. Die Steuereinheit ist somit geeignet, sowohl die rheologische Kupplung als auch den Antrieb derart einzustellen, daß ein verhältnismäßig geringer beziehungsweise minimaler Energieverbrauch zur Betreibung der Schraubvorrichtung erfolgt. Ferner kann die Steuereinheit in dieser Weise das durch den Antrieb an die rheologische Kupplung zu übertragene Drehmoment an das jeweils eingestellte, von der rheologischen Kupplung maximal übertragbare Drehmoment anpassen. In dieser Weise wird verhindert, daß das von dem Antrieb an die rheologische Kupplung übertragene Drehmoment das von der rheologischen Kupplung maximal übertragbare Drehmoment (Losbrechmoment) um einen verhältnismäßig großen Betrag übersteigt, sondern vorzugsweise nur geringfügig unterhalb des jeweils eingestellten Losbrechmoments liegt. Somit wird ermöglicht, das antriebsseitige Drehmoment und das Feld optimal an die jeweilige Betriebssituation anzupassen. Soll beispielsweise eine fest in einer Bohrung sitzende Schraube unter einem großen Drehmoment mittels der Schraubvorrichtung unter möglichst geringem Energieaufwand in zuverlässiger Weise aus der Bohrung gelöst werden, so kann durch entsprechende Programmierung der Steuereinheit ein höheres Feld mittels der Steuerfelderzeugungseinheit eingestellt werden, um ein entsprechend höheres, von der rheologischen Kupplung maximal übertragbares Drehmoment zu erhalten und somit mittels der rheologischen Kupplung ein höheres Drehmoment vom Antrieb an den Abtrieb zu übertragen.According to a preferred embodiment, the control unit is both with the Control field generation unit as well as with the drive for transmitting a corresponding setpoint. This enables the control unit controls and / or regulates both the rheological clutch and the drive. It the control unit carries out a freely variable and precise setting of the rheological coupling, that is the maximum of the rheological coupling transferable torque, and at the same time or additionally one freely  selectable setting and / or adjustment of the rheological coupling torque to be initiated by the drive. The control unit is thus suitable adjust both the rheological clutch and the drive such that a relatively low or minimal energy consumption for operation the screwing device. Furthermore, the control unit can do this in this way the drive to the rheological clutch torque to be transferred to each The maximum torque that can be transmitted by the rheological clutch to adjust. In this way it is prevented that from the drive to the rheological Torque transmitted the maximum of the rheological clutch transferable torque (breakaway torque) by a relatively large amount exceeds, but preferably only slightly below the currently set Breakaway torque is. This enables the drive-side torque and the Field to be optimally adapted to the respective operating situation. For example, should a firm screw in a hole with a large torque by means of the Screwing device with the least possible energy consumption in a reliable manner can be removed from the hole by programming the Control unit set a higher field by means of the control field generating unit be a correspondingly higher, maximum from the rheological coupling to obtain transmissible torque and thus by means of the rheological clutch to transmit a higher torque from the drive to the output.

Mit Vorteil weist die Steuereinheit eine Programmierschnittstelle auf. Mittels einer Programmierschnittstelle können auch nachträglich, eventuell manuell, ein Programm oder mehrere verschiedene Programme in bezug auf die Einstellung der rheologischen Kupplung und/oder des Antriebs in der Steuereinheit abgelegt werden. Es ist somit möglich, auch kurzfristig betriebsspezifische und/oder prozeßspezifische Gegebenheiten beziehungsweise Einflüsse mittels einer aktuellen Programmierung, eventuell per Hand, zur effizienten und korrekten Betreibung der Schraubvorrichtung zu berücksichtigen.The control unit advantageously has a programming interface. By means of a The programming interface can also subsequently, possibly manually, a program or several different programs related to the setting of the rheological Coupling and / or the drive are stored in the control unit. So it is possible, even at short notice company-specific and / or process-specific conditions or influences by means of current programming, possibly by hand, for efficient and correct operation of the screwing device.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Steuerfelderzeugungseinheit als Kondensatoranordnung ausgebildet ist und sich das Drehmomentübertragungsmedium im Wirkungsbereich des elektrischen Felds der Kondensatoranordnung befindet, oder daß die Steuerfelderzeugungseinheit als Spulenanordnung ausgebildet ist und sich das Drehmomentübertragungsmedium im Wirkungsbereich des magnetischen Felds der Spulenanordnung befindet. Kondensatoren und Spulen zeichnen sich dadurch aus, daß die Abhängigkeit der von ihnen erzeugten elektrischen beziehungsweise magnetischen Felder von der Art, wie diese Kondensatoren und Spulen bezüglich ihrer Form und ihrer Anordnung beschaffen sind, sehr genau bekannt ist. Die Stärke und Richtung des elektrischen und magnetischen Felds in jedem Punkt des Drehmomentübertragungsmediums kann somit sehr genau theoretisch vorherbestimmt und praktisch eingestellt werden. Eine derartig ausgebildete Steuerfelderzeugungseinheit ist somit besonders geeignet, mit der Steuereinheit zusammenzuwirken.Another preferred embodiment provides that the Control field generating unit is designed as a capacitor arrangement and the Torque transmission medium in the effective range of the electric field Capacitor arrangement, or that the control field generating unit as Coil arrangement is formed and the torque transmission medium in Area of effect of the magnetic field of the coil arrangement is located. Capacitors and coils are characterized in that the dependence of  they generated electric or magnetic fields of the type such obtain these capacitors and coils in terms of their shape and arrangement are very well known. The strength and direction of the electrical and magnetic field at any point of the torque transmission medium can thus can be predicted very precisely theoretically and set practically. One of those trained control field generation unit is thus particularly suitable with the Control unit interact.

Bevorzugt wird ferner, daß die Schraubeinheit ein auswechselbarer Schraubaufsatz ist. Dies ermöglicht eine problemlose Anpassung der abtriebsseitigen Schraubeinheit an die jeweils festzuziehenden beziehungsweise zu lösenden Schrauben. Aufgrund der Bereitstellung einer elektronischen Steuereinheit, welche vorzugsweise als Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, ist es möglich, die dem jeweiligen Schraubaufsatz entsprechenden Daten im Speicher der Steuereinheit abzulegen und somit mit verschiedenen Schraubaufsätzen ein qualitativ gleichwertiges Anziehen oder Lösen einer Schraubverbindung zu erzielen.It is also preferred that the screw unit is an interchangeable screw attachment. This enables a problem-free adaptation of the screw unit on the output side to the screws to be tightened or loosened. Due to the Provision of an electronic control unit, which preferably as Data processing device is formed, it is possible that the respective To store the corresponding screw attachment in the memory of the control unit and thus with different screw attachments a qualitatively equivalent tightening or To loosen a screw connection.

Weitere Ausführungsformen und deren Vorteile ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.Further embodiments and their advantages result from the others Dependent claims.

Eine Ausführungsform wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:An embodiment is explained below with reference to a drawing. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung in Form eines Blockdiagramms einer erfindungsgemäßen Schraubvorrichtung und Fig. 1 is a schematic representation in the form of a block diagram of a screwing device according to the invention and

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer rheologischen Kupplung der Schraubvorrichtung gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. FIG. 2 shows a schematic illustration of a rheological coupling of the screwing device according to FIG. 1 on an enlarged scale.

In Fig. 1 ist eine allgemein mit 1 bezeichnete Schraubvorrichtung dargestellt, welche einen Antrieb 2 und einen Abtrieb 3 aufweist, die mittels einer zwischenangeordneten Kupplung 4 miteinander operativ verbunden sind. Die operative Verbindung zwischen dem Antrieb 2 und dem Abtrieb 3 besteht darin, daß ein Drehmoment vom Antrieb 2 durch eine schematisch als Pfeillinie 5 dargestellte, mechanische Verbindung in die Kupplung 4 eingeleitet wird und von dieser durch die schematisch als Pfeillinie 6 dargestellte mechanische Verbindung zum Abtrieb 3 übertragen wird. Der Abtrieb 3 ist mittels einer als Pfeillinie 8 dargestellten mechanischen Verbindung mit einer Schraubeinheit 7 operativ verbunden. Eine elektronische Steuereinheit 9 ist mit dem Abtrieb 3 und der Schraubeinheit 7 wirkverbunden und ferner mit dem Antrieb 2 und der Kupplung 4 operativ verbunden. Die Wirkverbindung der Steuereinheit 9 mit dem Abtrieb 3 beziehungsweise mit der Schraubeinheit 7 erfolgt durch einen jeweiligen Drehmomenterfassungssensor 14, welcher das jeweilige Drehmoment am Abtrieb 3 beziehungsweise an der Schraubeinheit 7 erfaßt und entsprechende Daten mittels jeweils einer als Pfeillinie 16 dargestellten Übertragungsleitung an die Steuereinheit 9 als Ist-Daten übermittelt. Die Steuereinheit 9 ist ferner mit dem Antrieb 2 mittels einer als Pfeillinie 13 dargestellten Datenübertragungsleitung verbunden, durch welche Daten sowohl von der Steuereinheit 9 zum Antrieb 2(Solldaten) als auch in entgegengesetzter Richtung, das heißt vom Antrieb 2 zur Steuereinheit 9 (Ist-Daten), übertragen werden. Ferner ist eine Steuerfelderzeugungseinheit 10 vorgesehen, welche ein schematisch als Pfeillinie 12 dargestelltes elektrisches und/oder magnetisches Feld erzeugen kann, das auf die Kupplung 4 wirkt zur Einstellung eines maximal durch die Kupplung 4 übertragbaren Drehmoments (Losbrechmoment) vom Antrieb 2 zum Abtrieb 3. Die Steuerfelderzeugungseinheit 10 ist gleichzeitig mit der elektronischen Steuereinheit 9 durch eine als Pfeillinie 11 dargestellte Signal- beziehungsweise Datenübertragungsleitung operativ verbunden. Die Signal- beziehungsweise Datenübertragungsleitung 11 übermittelt sowohl Solldaten von der Steuereinheit 9 zur Steuerfelderzeugungseinheit 10 als auch Ist-Daten von der Steuerfelderzeugungseinheit 10 zur Steuereinheit 9. Eine als Pfeillinie 17 symbolisch dargestellte Programmierschnittstelle ermöglicht eine externe Programmierung, eventuell per Hand mittels einer Tastatur (nicht dargestellt), der elektronischen Steuereinheit 9.In Fig. 1, generally designated 1 with screw device is shown which comprises a drive 2 and an output 3, which are operatively connected to each other by means of a clutch 4 arranged therebetween. The operative connection between the drive 2 and the output 3 is that a torque from the drive 2 is introduced into the clutch 4 through a mechanical connection, shown schematically as the arrow line 5 , and from there through the mechanical connection to the output, shown schematically as the arrow line 6 3 is transmitted. The output 3 is operatively connected to a screw unit 7 by means of a mechanical connection shown as an arrow line 8 . An electronic control unit 9 is operatively connected to the output 3 and the screw unit 7 and also operatively connected to the drive 2 and the clutch 4 . The operative connection of the control unit 9 with the output 3 or with the screwing unit 7 takes place through a respective torque detection sensor 14 , which detects the respective torque at the output 3 or at the screwing unit 7 and corresponding data by means of a transmission line shown as an arrow line 16 to the control unit 9 as Actual data transmitted. The control unit 9 is also connected to the drive 2 by means of a data transmission line shown as an arrow line 13 , through which data is transmitted both from the control unit 9 to the drive 2 (target data) and in the opposite direction, that is from the drive 2 to the control unit 9 (actual data ), be transmitted. Furthermore, a control field generating unit 10 is provided, which can generate an electrical and / or magnetic field, shown schematically as arrow line 12 , which acts on the clutch 4 for setting a maximum torque (breakaway torque) that can be transmitted by the clutch 4 from the drive 2 to the output 3 . The control field generating unit 10 is simultaneously operatively connected to the electronic control unit 9 by a signal or data transmission line shown as an arrow line 11 . The signal or data transmission line 11 transmits both target data from the control unit 9 to the control field generation unit 10 and actual data from the control field generation unit 10 to the control unit 9 . A programming interface symbolically represented as arrow line 17 enables external programming, possibly by hand using a keyboard (not shown), of the electronic control unit 9 .

In Fig. 2 ist die Kupplung 4 im vergrößerten Maßstab dargestellt. Die Kupplung 4 ist als elektrorheologische oder als magnetorheologische Kupplung ausgebildet. Sie weist eine antriebsseitige Dreheinheit 18 und eine abtriebsseitige Dreheinheit 19 auf. Antriebsseitig ist die rheologische Kupplung 4 mittels einer Welle 20 mit dem Antrieb 2 und abtriebsseitig mittels der Welle 21 mit dem Abtrieb 3 drehfest verbunden. Die antriebs- und abtriebsseitige Drehverbindung der Kupplung 4 ist in Fig. 2 symbolisch als Rotationspfeil 22 beziehungsweise 23 dargestellt. Die rheologische Kupplung 4 weist in ihrem Innern zwischen den zwei Dreheinheiten 18, 19 ein Drehmomentübertragungsmedium 25 auf, welches als Suspension ausgebildet ist und aus einer Trägerflüssigkeit 26 und aus darin befindlichen, symbolisch als kleine Kreise dargestellten Feststoffteilchen 24 besteht. Als Trägerflüssigkeit 26 kommen viskose Substanzen wie Öle oder dergleichen in Frage, während die Feststoffteilchen 24 aus Metall, insbesondere aus ferromagnetischem Metall, bestehen können.In FIG. 2, the clutch 4 is shown on an enlarged scale. The clutch 4 is designed as an electrorheological or a magnetorheological clutch. It has a drive-side rotary unit 18 and a drive-side rotary unit 19 . On the drive side, the rheological clutch 4 is connected in a rotationally fixed manner to the drive 2 by means of a shaft 20 and on the output side by means of the shaft 21 to the drive 3 . The drive and output side rotary connection of the clutch 4 is shown symbolically in FIG. 2 as a rotation arrow 22 and 23, respectively. The rheological clutch 4 has in its interior between the two rotating units 18 , 19 a torque transmission medium 25 , which is designed as a suspension and consists of a carrier liquid 26 and solid particles 24 located therein, symbolically represented as small circles. Viscous substances such as oils or the like are suitable as carrier liquid 26 , while the solid particles 24 can consist of metal, in particular of ferromagnetic metal.

Das Drehmomentübertragungsmedium 25 der rheologischen Kupplung 4 dient zur Übertragung eines Drehmoments von der antriebsseitigen Dreheinheit 18 zur abtriebsseitigen Dreheinheit 19. Zu diesem Zweck wird mittels der Steuerfelderzeugungseinheit 10 ein elektrisches und/oder magnetisches Feld 12 auf das Drehmomentübertragungsmedium 25 der rheologischen Kupplung 4 übertragen. Die ursprünglich homogen in der Trägerflüssigkeit 26 verteilten Feststoffteilchen 24 des Drehmomentübertragungsmediums 25 verbinden sich aufgrund des auf sie einwirkenden elektrischen und/oder magnetischen Felds 12 unter Ausbildung von Ketten (nicht dargestellt). Diese Ketten erstrecken sich von der antriebsseitigen Dreheinheit 18 zur abtriebsseitigen Dreheinheit 19 der rheologischen Kupplung 4, so daß beide Dreheinheiten 18, 19 derart miteinander gekoppelt sind, daß sie ein Drehmoment übertragen können, dessen Obergrenze von der Intensität der Kettenausbildung der Feststoffteilchen 24 und somit indirekt von der Intensität des auf das Drehmomentübertragungsmedium 25 wirkenden elektrischen und/oder magnetischen Felds 12 abhängt.The torque transmission medium 25 of the rheological clutch 4 is used to transmit a torque from the drive-side rotary unit 18 to the output-side rotary unit 19 . For this purpose, an electric and / or magnetic field 12 is transmitted to the torque transmission medium 25 of the rheological clutch 4 by means of the control field generation unit 10 . The solid particles 24 of the torque transmission medium 25 , originally distributed homogeneously in the carrier liquid 26 , combine to form chains (not shown) due to the electrical and / or magnetic field 12 acting on them. These chains extend from the drive-side rotary unit 18 to the output-side rotary unit 19 of the rheological clutch 4 , so that both rotary units 18 , 19 are coupled to one another in such a way that they can transmit a torque, the upper limit of which is determined by the intensity of the chain formation of the solid particles 24 and thus indirectly depends on the intensity of the electric and / or magnetic field 12 acting on the torque transmission medium 25 .

Die das elektrische Feld 12 erzeugende Steuerfelderzeugungseinheit 10 kann als Kondensatoranordnung ausgebildet sein, wobei zwei Kondensatorplatten (nicht dargestellt) derart zueinander angeordnet sind, daß das sich zwischen ihnen aufbauende elektrische Feld 12 in jedem Punkt des Drehmomentübertragungsmediums 25 wirksam ist. Neben einer Plattenkondensatoranordnung sind selbstverständlich auch andere Anordnungen wie zum Beispiel Kugelkondensatoren oder dergleichen denkbar. Zur Erzeugung eines magnetischen Felds 12 mittels der Steuerfelderzeugungseinheit 10 kann selbige als Spulenanordnung, beispielsweise als Helmholz-Spule oder dergleichen, ausgebildet sein. Die Windungen dieser Spulenanordnung verlaufen derart, daß das durch sie erzeugte magnetische Feld 12 in jedem Punkt des Drehmomentübertragungsmediums 25 auf die in ihm enthaltenen Feststoffteilchen 24 wirkt.The control field generating unit 10 which generates the electrical field 12 can be designed as a capacitor arrangement, two capacitor plates (not shown) being arranged relative to one another in such a way that the electrical field 12 which builds up between them is effective at every point of the torque transmission medium 25 . In addition to a plate capacitor arrangement, other arrangements such as spherical capacitors or the like are of course also conceivable. To generate a magnetic field 12 by means of the control field generating unit 10 , the same can be designed as a coil arrangement, for example as a Helmholz coil or the like. The turns of this coil arrangement run in such a way that the magnetic field 12 generated by it acts on the solid particles 24 contained in it at every point of the torque transmission medium 25 .

Zum Anziehen oder Lösen einer Schraubverbindung mittels der schematisch in Fig. 1 dargestellten Schraubvorrichtung 1 übermittelt die elektronische Steuereinheit 9 an die Steuerfelderzeugungseinheit 10 ein entsprechendes Signal, um ein von der elektronischen Steuereinheit 9 festgelegtes elektrisches und/oder magnetisches Feld 12 zu erzeugen, welches auf das Drehmomentübertragungsmedium 25 der rheologischen Kupplung 4 wirkt. Dies bewirkt eine erwünschte Kettenausbildung der Feststoffteilchen 24 zwischen der antriebsseitigen Dreheinheit 18 und der abtriebsseitigen Dreheinheit 19 der rheologischen Kupplung 4. Anschließend übermittelt die elektronische Steuereinheit 9 an den Antrieb 2 ein geeignetes Auslösesignal, aufgrund dessen der Antrieb 2 ein von der elektronischen Steuereinheit 9 festgelegtes Drehmoment mittels der antriebsseitigen Welle 20 auf die antriebsseitige Dreheinheit 18 überträgt. Liegt der Wert des vom Antrieb 2 abgegebenen Drehmoments unterhalb der Obergrenze (maximal übertragbares Drehmoment durch die rheologische Kupplung 4), überträgt die rheologische Kupplung dieses Drehmoment des Antriebs 2 von der antriebsseitigen Dreheinheit 18 mittels der in Form einer Kette ausgebildeten Feststoffteilchen 24 vollständig auf die abtriebsseitige Dreheinheit 19, welche mittels der abtriebsseitigen Welle 21 dieses Drehmoment auf den Abtrieb 3 und von diesem auf die Schraubeinheit 7 überträgt. Die Drehmomenterfassungssensoren 14 erfassen das an den Abtrieb 3 und an die Schraubeinheit 7 übertragene Drehmoment und übermitteln die entsprechenden Daten als Ist-Wert des momentan am Abtrieb 3 beziehungsweise an der Schraubeinheit 7 vorliegenden Drehmoments an die elektronische Steuereinheit 9. Die elektronische Steuereinheit 9 vergleicht die von den Drehmomenterfassungssensoren 14 übermittelten Ist-Wert mit den jeweils festgelegten Sollwerten, welche durch die elektronische Steuereinheit 9 selbst aufgrund der in ihr abgelegten Daten und/oder Informationen festgelegt sein können beziehungsweise extern über die Schnittstelle 17 zum Beispiel mittels einer Tastatur eingegeben worden sein können. Ferner erhält die elektronische Steuereinheit 9 von der Steuerfelderzeugungseinheit 10 und von dem Antrieb 2 entsprechende Ist-Wert, die von der elektronischen Steuereinheit 9 mit zugehörigen Sollwerten verglichen werden. Bei einer eventuell vorliegenden Divergenz zwischen einem oder mehreren Istwerten und dem beziehungsweise den zugehörigen Sollwerten erfolgt eine automatische Anpassung des jeweiligen Istwerts an den festgelegten Sollwert mittels eines entsprechenden Regelkreises (nicht dargestellt). Für den Fall, daß das von dem Antrieb 2 an die antriebsseitige Dreheinheit 18 übertragene Drehmoment größer ist als das maximal von der rheologischen Kupplung 4 übertragbare Drehmoment (Losbrechmoment), erfolgt ein Auseinanderreißen der Ketten der Feststoffteilchen 24 des Drehmomentübertragungsmediums 25, so daß es zu einer Unterbrechung der Übertragung des Drehmoments vom Antrieb 2 auf den Abtrieb 3 beziehungsweise die Schraubeinheit 7 kommt.For tightening or loosening a screw connection by means of the schematically illustrated in Fig. 1 screwing device 1, the electronic control unit 9 is transmitted to the control box generation unit 10, a corresponding signal, to generate a 9 fixed electrical by the electronic control unit and / or magnetic field 12, which in the Torque transmission medium 25 of the rheological clutch 4 acts. This results in a desired chain formation of the solid particles 24 between the drive-side rotating unit 18 and the driven-side rotating unit 19 of the rheological clutch 4 . The electronic control unit 9 then transmits a suitable trigger signal to the drive 2 , on the basis of which the drive 2 transmits a torque determined by the electronic control unit 9 to the drive-side rotary unit 18 by means of the drive-side shaft 20 . If the value of the torque output by the drive 2 is below the upper limit (maximum transmissible torque by the rheological clutch 4 ), the rheological clutch transmits this torque of the drive 2 completely from the drive-side rotating unit 18 to the output-side by means of the solid particles 24 in the form of a chain Rotary unit 19 which transmits this torque to the output 3 and from there to the screw unit 7 by means of the output shaft 21 . The torque detection sensors 14 detect the torque transmitted to the output 3 and to the screwing unit 7 and transmit the corresponding data to the electronic control unit 9 as the actual value of the torque currently present on the output 3 or on the screwing unit 7 . The electronic control unit 9 compares the actual value transmitted by the torque detection sensors 14 with the respectively specified target values, which can be determined by the electronic control unit 9 itself on the basis of the data and / or information stored therein, or externally via the interface 17, for example by means of a Keyboard may have been entered. Furthermore, the electronic control unit 9 receives corresponding actual values from the control field generation unit 10 and from the drive 2 , which actual values are compared by the electronic control unit 9 with associated target values. If there is any divergence between one or more actual values and the associated target value (s), the respective actual value is automatically adapted to the specified target value by means of a corresponding control loop (not shown). In the event that the signal transmitted from the drive 2 to the input-side rotation unit 18 torque is greater than the maximum transmittable from the rheological clutch 4 torque (breakaway torque), a tearing apart of the chains is carried out of the solid particles 24 of the torque-transmitting medium 25, so that a Interruption of the transmission of the torque from the drive 2 to the output 3 or the screw unit 7 comes.

Claims (14)

1. Schraubvorrichtung zum Anziehen oder Lösen einer Schraubverbindung, mit einem Antrieb, einem Abtrieb, einer mit dem Abtrieb drehverbundenen Schraubeinheit und einer mit dem Antrieb und dem Abtrieb drehverbundenen Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (4) als elektrorheologische und/oder magnetorheologische Kupplung ausgebildet ist und daß eine elektronische Steuereinheit (9) vorgesehen ist, die mit dem Antrieb (2) und/oder der Kupplung (4) und/oder dem Abtrieb (3) und/oder der Schraubeinheit (7)zusammenwirkt.1. Screwing device for tightening or loosening a screw connection, with a drive, an output, a screw unit rotatably connected to the output and a coupling rotatably connected to the drive and the output, characterized in that the coupling ( 4 ) as an electrorheological and / or magnetorheological coupling is formed and that an electronic control unit ( 9 ) is provided which interacts with the drive ( 2 ) and / or the clutch ( 4 ) and / or the output ( 3 ) and / or the screw unit ( 7 ). 2. Schraubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (9) als Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere als mit einer CPU versehenen Rechnereinheit ausgebildet ist.2. Screwing device according to claim 1, characterized in that the control unit ( 9 ) is designed as a data processing device, in particular as a computer unit provided with a CPU. 3. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (4) eine Steuerfelderzeugungseinheit (10) für die Beeinflussung des magnetischen Felds (12) der magnetorheologischen Kupplung (4) beziehungsweise für die Beeinflussung des elektrischen Felds (12) der elektrorheologischen Kupplung (4) aufweist und daß die Steuereinheit (9) mit der Steuerfelderzeugungseinheit (10) zusammenwirkt.3. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling ( 4 ) has a control field generating unit ( 10 ) for influencing the magnetic field ( 12 ) of the magnetorheological coupling ( 4 ) or for influencing the electrical field ( 12 ) of the electrorheological Coupling ( 4 ) and that the control unit ( 9 ) cooperates with the control field generating unit ( 10 ). 4. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (9) einen elektrischen Speicher aufweist, in dem Steuer- und/oder Regelparameter ablegbar sind.4. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 9 ) has an electrical memory in which control and / or regulating parameters can be stored. 5. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abtrieb (3) und/oder der Schraubeinheit (7) ein einen Ist-Wert aufnehmender Drehmomenterfassungssensor (14) zugeordnet ist, der zum Datenaustausch mit der Steuereinheit (9) verbunden ist.5. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the output ( 3 ) and / or the screwing unit ( 7 ) is assigned an actual value-taking torque detection sensor ( 14 ) which is connected to the control unit ( 9 ) for data exchange . 6. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (9) sowohl mit der Steuerfelderzeugungseinheit (10) als auch mit dem Antrieb (2) zur Übermittlung eines entsprechenden Sollwerts verbunden ist.6. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 9 ) is connected both to the control field generating unit ( 10 ) and to the drive ( 2 ) for transmitting a corresponding setpoint. 7. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (9) eine Programmierschnittstelle (17) aufweist.7. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 9 ) has a programming interface ( 17 ). 8. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfelderzeugungseinheit (10) als Kondensatoranordnung ausgebildet ist und sich das Drehmomentübertragungsmedium (25) im Wirkungsbereich des elektrischen Felds (12) der Kondensatoranordnung befindet.8. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the control field generating unit ( 10 ) is designed as a capacitor arrangement and the torque transmission medium ( 25 ) is in the effective range of the electrical field ( 12 ) of the capacitor arrangement. 9. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfelderzeugungseinheit (10) als Spulenanordnung ausgebildet ist und sich das Drehmomentübertragungsmedium (25) im Wirkungsbereich des magnetischen Felds (12) der Spulenanordnung befindet.9. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the control field generating unit ( 10 ) is designed as a coil arrangement and the torque transmission medium ( 25 ) is in the effective range of the magnetic field ( 12 ) of the coil arrangement. 10. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubeinheit (7) ein auswechselbarer Schraubaufsatz ist.10. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the screwing unit ( 7 ) is an exchangeable screw attachment. 11. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmomentübertragungsmedium (25) eine Suspension ist, die eine Trägerflüssigkeit (26) und darin verteilte, durch das elektrische und/oder magnetische Feld (12) beeinflußbare Feststoffteilchen (24) aufweist.11. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the torque transmission medium ( 25 ) is a suspension which has a carrier liquid ( 26 ) and solid particles ( 24 ) which can be influenced by the electrical and / or magnetic field ( 12 ). 12. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische und/oder magnetische Feld (12) die Verteilung und/oder Ausrichtung der Feststoffteilchen (24) in der Trägerflüssigkeit (26) und damit die Eigenschaften des Drehmomentübertragungsmediums (25) beeinflußt.12. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical and / or magnetic field ( 12 ) influences the distribution and / or orientation of the solid particles ( 24 ) in the carrier liquid ( 26 ) and thus the properties of the torque transmission medium ( 25 ) . 13. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerflüssigkeit (26) ein Öl oder dergleichen ist. 13. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier liquid ( 26 ) is an oil or the like. 14. Schraubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffteilchen (24) aus Metall, insbesondere aus ferromagnetischem Metall, bestehen.14. Screwing device according to one of the preceding claims, characterized in that the solid particles ( 24 ) consist of metal, in particular of ferromagnetic metal.