DE3236033A1

DE3236033A1 - Schraubvorrichtung

Info

Publication number: DE3236033A1
Application number: DE19823236033
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Jundt (FH), 7257 Ditzingen; Günter 7000 Stuttgart Schaal; Fritz Dipl.-Ing. Schädlich (FH), 7022 Leinfelden-Echterdingen; Hans-Joachim 7000 Stuttgart Vogt; Steffen 7405 Dettenhausen Wunsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1984-03-29
Also published as: GB8325865D0; GB2170329A; GB2127589A; JPS5986496A; US4562389A; GB2127589B; GB8602659D0; GB2170329B

Description

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27.9·1982 Fd/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

SchraubTorrichtung
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer SchraubTorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 15 88 032 ist es beispielsweise bekannt, den beim Anziehen einer Schraube mit zunehmenden Drehmoment steigenden Mo"corstrom zu messen und als Regelgröße zu Terwenden. Zu diesem Zweck wird an einem Shunt im Motorstromkreis der Spannungsabfall abgegriffen und einer elektronischen Schaltung zugeführt. Beim Erreichen eines bestimmten Motorstromes wird der Stromkreis unterbrochen, da dies einem bestimmten Anzugsmoment entspricht. Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie einerseits durch den Einschaltstromstoß ausgeschaltet werden kann, so daß die Schraube überhaupt noch nicht eingedreht ist. Andererseits sind bei einer Änderung des Antriebsmotors umfangreiche Justagearbeiten erforderlich, da das Anzugsmoment bei einem Wechsel des Motors nicht mehr mit einer bestimmten Stromstärke übereinstimmt. Weiterhin sind Schaltungsanordnungen .bekannt , die nach einer Torgegebenen Zeit nach dem Einschal-

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ten des Schraubers diesen abschalten. Diese Steuervorrichtungen sind jedoch nicht geeignet, die Schrauben bis zu einem bestimmten Drehmoment anzuziehen, da der Ausgangszustand bei den meisten Schraubvorgängen nicht definiert ist und daher zum Sindrehen der Schrauben unterschiedliche Zeiten benötigt -werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Einschaltstromstoß unberücksichtigt bleibt und aufgrund der Bestimmung des Phasenwinkels zwischen Strom und Spannung eine leistungsunabhängige Steuerung der Schrauber möglich ist. Einmal eingestellte Werte der Steuereinrichtung sind daher bei einem Wechsel des Antriebsmotors nicht zu verändern. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß der Einschaltstromstoß eliminiert wird, so daß keine Fehlschaltungen möglich sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuereinrichtung möglich. Su einer besonders einfachen Steuerschaltung gelangt man, wenn man das Strom- und Spannungssignal je einem Schwellwertschalter zuführt, die Signale in einem Und-C-lied vergleicht und die Einrichtung dann abgeschaltet wird, wenn das Ausgangssignai des Und-Gliedes eine vorgegebene Länge überschreitet. Günstig ist es auch, wenn dem Schwellwertschalter für die Spannungsmessung ein Zeitglied nachgeschaltet ist. Dadurch läßt sich auf einfache Art und Weise eine Grundeinstellung zwischen der Strom- und der Span-

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nungsTerSchiebung realisieren. Günstig ist es auch, ein ■weiteres Zeitglied vorzusehen, das den Vergleich des Phasensignals "vorsieht. Vorteilhaft ist es, zur Beseitigung von Temperatureinflüssen auf den Schaltzeitpunkt dieses Zeitglied in Abhängigkeit von der Temperatur des Schraubers veränderlich zu machen. Bei der Ansteuerung von Triacschaltungen ist es vorteilhaft, ein drittes Zeitglied vorzusehen, das den Abschaltimpuls zumindest während einer Periode der Versorgungsspannung aufrechterhält. Dadurch wird erreicht, daß der Triac, der nur bei den NuIldurchgängen der Spannung abschaltet, sicher geschaltet wird, auch wenn der Abschaltimpuls zwischen zwei Uulldurchgängen abgegeben wird.

Eine besonders einfache und sichere Steuereinrichtung erhält man, wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit die Meßeinrichtung eingeschaltet wird und die Schraubvorrichtung abgeschaltet wird, wenn ein vorgegebenen Strom überschritten wird. Durch diese Maßnahme läßt sich vermeiden, daß durch den Einschaltstrom bereits ein Abschalten der Schraubvorrichtung erfolgt. Vorteilhaft läßt sich dies mit zwei Komparatoren realisieren, die bei einer oberen und bei einer unteren Schwelle schalten. Dies führt zu einer sehr einfachen und kostengünstigen Steuervorrichtung. Günstig ist es auch, dem Komparator für die untere Schwelle ein Zeitglied nachzuschalten. Durch dieses Zeitglied wird erreicht, daß die Unterdrückung des Einschaltstromstoßes auf besonders einfache Art erfolgt. Weiterhin ist es vorteilhaft, ein Speicherglied vorzusehen, das beim Überschreiten eines vorgegebenen Stromes setzbar ist. Dadurch wird verhindert, daß der Schrauber wieder einschaltet, nachdem der Strom abgeschaltet ist.

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Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, Figur 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des Ausführungsbeispiels nach Figur 1, Figur 3 ein aweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung und Figur h ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach Figur 3.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt drei Leitungen 1,2 und 3, die die Hetzleitung für einen elektrischen Schrauber darstellen. In die Leitung 3 ist ein Shuntwiderstand k eingeschaltet. Vor dem Widerstand h führt eine Leitung zu einem negierenden Verstärker 5. Der Ausgang des negierenden Verstärkers 5 steht mit einem Komparator β in Verbindung, der beim liulldurchgang der Ausgangsspannung des Verstärkers 5 schaltet. Der Ausgang des !Comparators 6 steht mit einem Eingang eines Und-Gliedes 9 in Verbindung. An die Leitung 1 der Netzzuleitung ist der Eingang eines !Comparators T angeschlossen, dessen Ausgang zu dem dynamischen Eingang eines Monoflops 8 führt. Der Ausgang des Monoflops 3 steht mit dem weiteren Eingang des Und-Gliedes 9 in Verbindung. Die Zuleitung 3 bildet für die elektronische Schaltungsanordnung die Masseleitung. Der Ausgang des Und-G-liedes 9 steht einerseits mit einem Eingang des Und-Gliedes andererseits mit dem dynamischen Eingang eines Monoflops 11 in Verbindung. Der Ausgang des Monoflops 11 führt zu einem weiteren Eingang des Und-Gliedes 10. Des weiteren

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ist ein Temperaturfühler 12 vorgesehen, der in der Nähe des Motors des Schraubers 12 angebracht ist.- Der Ausgang des Temperaturfühlers 12 ist mit einem Verstärker 13 verbunden, der seinerseits an einen weiteren Eingang des Monoflops 11 geführt ist. Durch das Ausgangssignal des Verstärkers 13 ist die Schaltzeit des. Monoflops 11 veränderbar. Der Ausgang des Und-Gliedes 10 führt zu einem dynamischen Eingang des Monoflops 14. Der Ausgang des Monoflops 1h ist mit einer Triacansteuerschaltung 15 verbunden. Durch die Triacansteuerschaltung 15 werden Triacs 16 geschaltet, die an die Leitungsenden R₅ S und T angeschlossen sind. Nach den Triacs ist der nicht dargestellte Elektromotor des Schraubers angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung sei anhand der Figur 2 näher erläutert. Die Steuereinrichtung macht sich die Eigenschaft zunutze, daß sich bei Schraubern der cos ^ zwischen dem Strom und der Spannung fortwährend bei Belastung des Schraubers ändert. Der Vorteil bei der Benutzung des cos "f als Meßgröße liegt darin, daß der cos / bei allen Motorgrößen annähernd gleich verläuft (cos^ in etwa O₅U bis 0,9). Der Winkel steigt mit zunehmender Last ziemlich steil an, um ab einem bestimmten Lastwert eine Sättigung zu erreichen. Insbesondere im Bereich des ansteigenden cos f läßt sich auf diese Art und Weise eine sehr präzise Abschaltung des Schraubers bei einem gewissen Drehmoment erzielen.

Figur 2a zeigt die Spannung, die beispielsweise an der Leitung 1 abgreifbar ist. In Figur 2b ist der Strom dargestellt, der vom Schrauber aufgenommen wird. Dieser

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Strom fällt als Spannung am Widerstand 4 ab und liegt als Eingangssignal am Verstärker 5 an. Figur 2c zeigt die Impulse, die am Ausgang des Monoflops 8 anliegen. Bei jedem positiven Ilulldurchgang wird vom Komparator T ein Signal abgegeben, dessen ansteigende Flanke das Monoflop 8 triggert. ülach einer vorgegebenen Zeit fällt das Monoflop 8 in seinen Ausgangs zustand zurück. Statt eines Monoflops sind auch andere Zeitglieder, wie Zähler, verwendbar. Die Impulslänge am Ausgang des Monoflops 8 ist daher immer gleich. Dies ist in Figur 2c dargestellt. Durch die Wahl der Schaltzeit des Monoflops 8 läßt sich die Grundeinstellung der Steuereinrichtung einstellen, so daß mittels des Zeitgliedes 11 eine feinfühlige Einstellung der Steuereinrichtung möglich ist. Das Stromsignal nach Figur 2b wird durch den Verstärker 5 verstärkt und negiert und dem Komparator 6 zugeführt. Der Komparator 6 ist eingeschaltet, wenn an seinem Eingang eine positive Halbwelle anliegt. Das Ausgangssignal des Komparstors 6 ist in Figur 2d dargestellt. Die Invertierung des Signals ergibt sich, wie bereits zuvor gesagt, durch die Negierung des Verstärkers 5. Am Ausgang des Und-Gliedes 9 liegt ein Signal nach Figur 2e an. Dieses Signal ist eine UND-Verknüpfung der Eingangssignale des Und-Gliedes, die dem Strom und der Spannung proportional sind. Die Länge des Ausgangssignales am Und-Glied 9 ist daher maßgebend für die Phasenverschiebung zwischen der Spannung und dem Strom. In Figur 2e erkennt man auf der linken Seite relativ kurze Impulse, während auf der rechten Seite aufgrund der dort gezeigten höheren Phasenverschiebung ein längerer Impuls erkennbar ist. Die rechte Seite zeigt den Zustand, bei dem der Schraubvorgang beendet ist.

Durch die ansteigende Flanke des Ausgangssignales des Und-Gliedes 9 wird das Monoflop 11 getriggert. Der negierte

Ausgang des Monoflops 11 zeigt den in Figur 2f dargestellten Verlauf. Hat der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung nicht seinen vorgegebenen Wert erreicht, d.h. ist die Belastung des Schraubers gering, so wird der Ausgangsimpuls am Und-Glied 9 kurzer sein als der Impuls am Ausgang des Monoflops 11.Am Ausgang des Und-Gliedes 10, das in Figur 2g dargestellt ist, wird daher kein Signal auftreten. Steigt der Phasenwinkel an, so wird das Ausgangssignal am Ünd-Glied 9 verlängert. Ad einem vorgegebenen Moment wird das Ausgangs signal am ünd-Glied 9 so groß sein, daß seine Dauer das Signal übertrifft, das vom Monoflop 11 abgegeben wird. In diesem Falle tritt am Ausgang des Und-Gliedes 10 ein Impuls auf, wie dies auf der rechten Seite der Figur 2g dargestellt ist. Dadurch wird das Monoflop 1h gesetzt, an dessen Ausgang ein Signal nach Figur 2h gegeben ist. Durch dieses Signal wird die Triacansteuerschaltung 15 gesperrt, so daß keine weiteren Impulse an den Triac abgegeben werden können. Das Ausgangssignal am Monoflop 1k muß mindestens solang aufrechterhalten werden, daß die Triacs 16 sicher sperren. Es wird daher zumindest eine Periodendauer lang anliegen müssen. Mit dem Sperren der Triacs 16 wird der Stromfluß zu JTuIl. Dies bedeutet jedoch, daß der einmal angesteuerte Komparator β nicht mehr auf ITuIl zurückschaltet. Dies ist in Figur 2d ganz rechts dargestellt. Am Ausgang des Und-Gliedes 9 und am Ausgang des Und-Gliedes 10 treten daher beständig Impulse nach Figur 2e bzw. Figur 2g auf, die ständig neue Schaltinipulse an das Monoflop 11+ liefern. Der Schrauber bleibt daher die gesamte Zeit abgeschaltet.

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Bei einer WiederInbetriebnahme ist durch eine Hesetscnaltungj die hier nicht dargestellt ist, das Monoflop 1 i+- zurückzusetzen. Dadurch wird der Schrauber erneut betriebsbereit. Mittels des Temperaturgliedes 12 wird die Temperatur des Schraubers gemessen. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, temperaturabhängige Einflüsse des Schraubers durch eine Veränderung des Zeitgliedes 11 zu kompensieren. Beim Betrieb eines Asynchronmotors erwärmt sich dieser insbesondere bei der Ausnutzung des maximalen Anzugmoments stark, was eine Änderung des Phasenwinkels bei einem bestimmten Moment bedingen kann. Durch die Temperaturmessung kann auf das Zeitglied 11 so eingewirkt werden, daß Temperaturänderungen des Motors ohne Einfluß bleiben. Die Impulslänge des Zeitgliedes 11 muß, um den Temperatureinfluß des Motors zu eliminieren, folgendermaßen verstellt werden steigende Temperatur: Impulslänge des Seitgliedes 11 muß entsprechend der Temperatur verlängert werden, fallende Temperatur: Impulslänge des Zeitgliedes 11 muß entsprechend der Temperatur verkürzt werden.

Das bei der Schraubverbindung auftretende Drehmoment wird im wesentlichen durch das Zeitglied 11 bestimmt. Je nach dessen Stellung ergibt sich ein unterschiedliches Drehmoment, da der Abschaltpunkt dann erreicht ist, wenn der mittels des Zeitgliedes 11 voreingestellte cos γ dem cos j , der am Und-Glied 9 entsteht, entspricht. Auf diese Art und Weise ist ein einfaches und sicheres Einstellen des Anzugmomentes gegeben, wobei die angeschlossene Motorgröße aufgrund der Normierung des cos / keine Rolle spielt.

Insbesondere bei sehr hohen Drehmomenten ist es jedoch aufgrund der flach verlaufenden Kurve des cos γ in diesem Bereich nicht vorteilhaft, eine Abschaltung des Schraubers aufgrund der Phasenverschiebung vorzunehmen. In diesem Falle

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ist es günstiger, die Abschaltung mittels des Stromes vorzunehmen, der insbesondere bei hohen Drehmomenten ziemlich steil ansteigt und somit ein gutes Abschaltkriterium bietet. Eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Schraubers aufgrund der Strommessung ist in Figur 3 dargestellt. Mit 20, 21 und 22 sind wiederum die einzelnen Phasen der itfet ζ zuleitung bezeichnet. In die Leitung 22 ist ein Shuntwiderstand 23 geschaltet. An die liet zieitungen 20, 21 und 22 ist über einen Schalter 31 der Elektromotor des Schraubers angeschlossen. Vor dem Widerstand 23 führt eine Leitung zu einem Verstärker 2k, dessen Ausgang an einen Gleichrichter 25 führt. Der Ausgang des Gleichrichters 25 führt zu einem Schwellwertschalter 2β und einem Schwellwertschalter 27. Der Schwellwertschalter 26 ist auf einen oberen Schwellwert 33, der Schwellwertschalter 27 auf einen unteren Schwellwert 3^ eingestellt. Der Ausgang des Schwellwertschalters 26 führt zu einem Eingang eines Und-Gliedes 29, während der Ausgang des Schwellwertschalter 27 zum dynamischen Eingang eines Monoflops 28 führt. Weiterhin führt der Ausgang des Schwellwertschalters 27 sum negierenden Rücksetzeingang eines Flip-Flops 30. Der Ausgang des Monoflops 28 steht mit dem weiteren Eingang des Und-Gliedes 29 in Verbindung. Der Ausgang des Ünd-Gliedes 29 führt zum Setzeingang eines Flip-Flops 30. Der negierende Ausgang des Flip-Flops 30 führt su einem Stromschalter 31, der in die lietzzuleitungen 20, 21 und 22 geschaltet ist.

Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung ist anhand der Figur k näher erläutert. Der Vorteil der Verwendung "von Strom als Meßgröße ist in seiner großen Steigung und Linearität in dem Bereich zu sehen, in welchem der Phasenwinkel eine sehr kleine Steigung hat. Der Stromver-

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lauf bei einem typischen Schraubvorgang ist in Figur ^a dargestellt. Nach einem Sinschaltstromstoß, der beim Anlaufen des Motors auftritt, sinkt der Strom wiederum ab, während die Schraube eingedreht wird. Beim Anziehen der Schraube steigt der Strom stark an, bis er einen oberen Grenzwert, der durch die Linie 33 gegeben ist, überschreitet. Dann muß der Schrauber abgeschaltet werden, der Strom bricht zusammen. Der in Figur ^a gezeigte Stromverlauf liegt als Spannung am Ausgang des Gleichrichters 25 an. Da der Komparator 26 ein Signal liefert, wenn die obere Schwelle 33 überschritten wird, liegt am Ausgang des !Comparators 26 ein Signal an, das in Figur Ub dargestellt ist. Ein Ausgangssignal beim Komparator 26 tritt einmal beim Einschalten des Motors, ein zweites Mal beim Erreichten des Anziehmomentes auf. Der erste Impuls beim Einschalten des Motors ist fehlerhaft und muß daher beseitigt werden. Dies wird durch den Komparator 27 bewerkstelligt. Der Komparator 27, der beim unteren Schwellwert 3*J- schaltet, liefert an seinem Ausgang ein Signal nach Figur 2c. Durch die ansteigende Flanke am Ausgang des Komparators 27 wird das Monoflop 28 ge"Criggert, das während einer Torgegebenen Dauer ein Ausblendsignal nach Figur 2d liefert. Dieses Signal und das Signal des Komparators 26 werden ir. dem Un d-Glied 29 miteinander verknüpft. Durch die Ausblendung des ersten Impulses des Komparators 26 ist sichergestellt, daß der Sinschaltstromstoß nicht zu einem Abschalten des Schraubers führt, da am Ausgang des ünd-Gliedes 29 kein Signal auftreten kann. Der zweite Stromanstieg führt dagegen zu einem Signal am Ausgang des Und-Gliedes 29» wie dies in Figur 2e dargestellt ist. Dadurch wird das Flip-Flop 30 gesetzt und dadurch der Stromschalter 31 unterbrochen und der Motor

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abgeschaltet. Der Strom bricht zusammen, was ein Rücksetzen des Komparators 26 und wenig später des !Comparators 27 zur Folge hat. Durch den Rucks et ζ impuls des Komparators 27 wird auch das Flip-Flop 30 wieder zurückgesetzt, so daß der Schrauber von neuem eingeschaltet wird und für den nächsten Schraubvorgang bereit ist. Selbstverständlich ist es möglich, statt eines automatischen Einschalten des Schraubers auch ein manuelles Betätigen mittels einer Taste vorzusehen, um das Flip-Flop 30 zurückzusetzen und den Schrauber erneut einzus ehalten.

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Leerseite

Claims

27-9.1982 Fd/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

1/ Steuereinrichtung sum Abschalten des Antriebsmotors eines elektrisch betriebenen Schraubers mit einer Schaltvorrichtung zum Abschalten des Schraubers und einer Strommeßvorrichtung zur Messung des aufgenommenen Stromes des Schraubers, dadurch gekennzeichnet, daß das Strom- und das Spannungssignal miteinander- verglichen sind und die Abschaltung des Schraubers in Abhängigkeit; von der Phasenverschiebung (cos γ) der Spannung und des Stromes erfolgt.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strom- und Spannungssignal .je einem Schwellwertschalter (6, 7) zugeführt ist, die Ausgangssignale der Sclrwellvertschalter (6, 7) in einem Und-Glied (9) verglichen sind und die Einrichtung abgeschaltet wird, ■wenn das Ausgangssignal des Und-G-liedes (9) eine vorgegebene Länge überschreitet.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwellwertschalter für die Spannungsmessung (7) ein Zeitglied (8) nachgeschaltet ist.
h. Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, 'dadurch gekennzeichnet, daß sum Vergleich des Phasensignals ein weiteres Zeitglied (11) vorgesehen ist.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich durch ein Und-Glied. (10) erfolgt.
6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Zeitglied (1h) vorgesehen ist, das einen Abschaltimpuls zumindest während einer Periode der Versorgungsspannung aufrechterhält .
7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung, die ein Abschalten des Schraubers bewirkt;, in Abhängigkeit von der Temperatur des Motors beeinflußbar ist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (12) in der Nähe des Motors angeordnet ist und daß das Zeitglied (11) in Abhängigkeit vom Wert des Temperaturfühlers (12) veränderbar ist.
9. Steuereinrichtung zum Abschalten des Antriebsmotors eines elektrisch betriebenen Schraubers mit einer Schaltvorrichtung zum Abschalten des Schraubers und mit einer Strommeßvorrichtung zur Messung des aufgenommenen Stromes des Schraubers, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach dem Einschalten des Schraubers die Meßeinrichtung eingeschaltet wird und die Schraubvorrichtung abgeschaltet wird, wenn ein vorgegebenen Strom überschritten ist.
10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Stromaufnahme des Schraubers gemessen wird und das Meßsignal einem Gleichrichter (25) zugeführt ist, dem

zwei Komparatoren (26, 2?) nachgeschaltet sind, die bei einer oberen und einer unteren Schwelle schalten.
11. Steuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß de* Komparator (2T) für die untere Schwelle ein Zeitglied (28) nachgeschaltet ist.
12. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicherglied (30) vorgesehen ist, das beim Überschreiten eines vorgegebenen Stromes setzbar ist.