DE102018208302A1

DE102018208302A1 - Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung

Info

Publication number: DE102018208302A1
Application number: DE102018208302.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Breitfeld
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Verfahren zum Erzeugen einer Schraubverbindung mittels einer Handwerkezugmaschine, wobei die Handwerkzeugmaschine eine Antriebseinheit zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit aufweist, mit zumindest den folgenden Schritten:- Bereitstellen eines Soll-Drehmoments;- Aufbringen eines Drehmoments auf die Schraubverbindung;- Abschalten der Antriebseinheit vor Erreichen des Soll-Drehmoments in einem Anwendungszustand;- Erreichen des Soll-Drehmoments mittels einer in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Energie.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung und eine Handwerkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
Stand der Technik
Die DE 10 2006 017 193 A1 offenbart ein Verfahren des Eindrehens und Anziehens einer Schraubverbindung auf ein vorbestimmtes Anzugsniveau, insbesondere auf ein vorbestimmtes Drehmomentniveau oder ein vorbestimmtes Vorspannkraftniveau, unter Verwendung eines handgehaltenen Verschraubungswerkzeuges mit geregeltem Antrieb und/oder Steuerungsfunktionalität, insbesondere eines Elektroschraubers, wobei nach einer Eindrehphase eine Anzugsphase beginnt, während derer der Schraubenkopf an der Auflageflache der Schraubverbindung anliegt, zu verbessern, wird in der Anzugsphase die Drehzahl des Verschraubungswerkzeuges innerhalb einer Beschleunigungszeit auf eine Ausgangsdrehzahl für die Anzugsphase erhöht und innerhalb einer Verzögerungszeit war dem Erreichen oder bis zum Erreichen des vorbestimmten Anzugsniveaus abgesenkt, wobei die Beschleunigungszeit und die Verzögerungszeit zusammengenommen den überwiegenden Teil der gesamten Anzugsphase, insbesondere bezogen auf den durchlaufenden Drehwinkel der Schraubverbindung ausmachen und wobei die Beschleunigungszeit kurzer ist als die Verzögerungszeit.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen Schraubvorgang für eine Handwerkzeugmaschine zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Erzeugen einer Schraubverbindung mittels einer Handwerkezugmaschine, wobei die Handwerkzeugmaschine eine Antriebseinheit zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit aufweist, mit zumindest den folgenden Schritten:

- Bereitstellen eines Soll-Drehmoments;
- Aufbringen eines Drehmoments auf die Schraubverbindung;
- Abschalten der Antriebseinheit vor Erreichen des Soll-Drehmoments in einem Anwendungszustand;
- Erreichen des Soll-Drehmoments mittels einer in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Energie.

Bei einem Betätigungsvorgang der Handwerkzeugmaschine wird üblicherweise eine Antriebseinheit elektrisch angetrieben, um beispielsweise ein Drehmoment auf eine Abtriebseinheit aufzubringen, um mittels dem an der Abtriebseinheit anliegenden Drehmoment ein Schraubmittel wie beispielsweise eine Schraube in ein Werkstück oder eine Mutter auf eine Schraube zu schrauben. Im Falle einer Schraubverbindung soll beispielsweise eine Schraube mit einem vorbestimmten Soll-Drehmoment bzw. Montagedrehmoment in ein Werkstück eingeschraubt werden, um ein zu verbindendes Werkstück optimal zu halten. Beispielsweise kann bei einem zu hohen Montagedrehmoment entweder das Werkstück beschädigt werden, indem beispielsweise die Schraube zu tief in das Werkstück geschraubt wird, oder die Schraube beschädigt werden, indem beispielsweise sich ein Schraubkopf der Schraube von dem Gewindeabschnitt der Schraube ablöst bzw. abschert.
Um eine optimale Schraubverbindung zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, die Antriebseinheit derart zu steuern oder zu regeln, dass die Antriebseinheit abgeschaltet wird, sobald ein Soll-Drehmoment bzw. Montagedrehmoment erreicht ist, welcher insbesondere das für die Schraubverbindung vorbestimmte Montagedrehmoment abbilden soll. Hierdurch kann unter anderem elektrische Energie beispielsweise im Akku eingespart werden.
Eine optimale Energiebilanz der Handwerkzeugmaschine wird erreicht, falls eine Antriebseinheit abgeschaltet wird, bevor das Soll-Drehmoment erreicht ist. Das Soll-Drehmoment wird in einem Anwendungszustand zumindest teilweise mittels einer in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Energie bzw. Trägheit erreicht. Somit kann auf besonders einfache Weise eine Schraubverbindung mit einem optimalen Montagedrehmoment erreicht werden. Dabei kann die Antriebseinheit in einem Anwendungszustand vor Erreichen des Soll-Drehmoments abgeschaltet werden, um eine zur Erreichung des Soll-Drehmoments fehlende Differenz durch eine in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Energie bzw. Restenergie zu erreichen.
Beispielsweise kann mittels einer Energiebetrachtung eines, insbesondere analogen, Schraubvorgangs eine entsprechende fehlende Restenergie, welche erforderlich ist, um das Soll-Drehmoment zu erreichen, durch die Handwerkzeugmaschine berechnet werden. Eine Energiebetrachtung des Schraubvorgangs ergibt somit, dass eine beispielsweise durch Trägheit in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherte Energie in etwa der Restenergie entspricht, welche der Schraubvorgang zum Erreichen des Soll-Drehmoments benötigt, sofern zu einem bestimmten Abschaltzeitpunkt ein Antrieb der Antriebseinheit abgeschaltet wird.
Die erforderliche Rotationsenergie kann mittels der Gleichung E_rot = ½ × J_x × w² berechnet werden. J_x entspricht dem Trägheitsmoment der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit um eine Rotationsachse. W entspricht dabei der Winkelgeschwindigkeit. Die Winkelgeschwindigkeit ist abhängig von einer Leistung bzw. einer Antriebsleistung und einem Antriebsmoment.
Die Restenergie, welche der Schraubvorgang zum Erreichen des Soll- Drehmoments benötigt, kann berechnet werden oder aus empirisch ermittelten Werten herangezogen werden. Die Restenergie entspricht im Wesentlichen einer Reibungsenergie, welche das Schraubmittel beim Einschrauben und/oder Schneiden beispielsweise einer Schraube in ein Werkstück erfährt, wenn ein Antrieb der Antriebseinheit zu einem Abschaltzeitpunkt abgeschaltet wird.
Insbesondere können Schraubverbindungen in zumindest einen weichen oder einen harten Schraubfall unterteilt werden. Ein weicher Schraubfall weist gegenüber einem harten Schraubfall einen weniger starken Anstieg eines Drehmoments auf. Der weiche Schraubfall tritt im Wesentlichen bei einem Einschrauben einer Schraube in beispielsweise ein Werkstück auf. Ein harter Schraubfall tritt im Wesentlichen bei einem Verschrauben beispielsweise einer Mutter mit einer Gewindeschraube auf, welche im Wesentlichen einen abrupten Anstieg des Drehmoments aufweist, um ein Soll-Drehmoment zu erreichen.
Somit kann eine prädiktive Abschaltung der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit zu einem errechneten Abschaltzeitpunkt erreicht werden.
Die Restenergie kann gegenüber der gesamten Anzugsenergie, welche zum Anziehen des Schraubmittels erforderlich ist, ein Verhältnis aufweisen, welches mindestens 2 %, insbesondere mindestens 4 %, vorzugsweise mindestens 6 %, weiter vorzugsweise mindestens 8 %, bevorzugt mindestens 10 %, beträgt. Die Restenergie kann gegenüber der gesamten Anzugsenergie ein Verhältnis aufweisen, welches bis zu 50 %, insbesondere bis zu 40 %, vorzugsweise bis zu 30 %, weiter vorzugsweise bis zu 20 %, bevorzugt bis zu 10 %, beträgt.
Unter einer „Antriebseinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest ein Antriebsmoment zu erzeugen und zur Weiterleitung an eine Abtriebseinheit insbesondere an ein Einsatzwerkzeug zur Verfügung zu stellen. Vorteilhaft weist die Handwerkzeugmaschine die Antriebseinheit auf. Besonders vorteilhaft weist die Antriebseinheit zumindest einen Elektromotor auf. Die Antriebseinheit kann eine Antriebswelle aufweisen. Die Antriebseinheit kann als ein elektronisch kommutierter oder als ein Bürsten kommutierter Motor ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die Antriebseinheit dazu vorgesehen, die Abtriebseinheit der Handwerkzeugmaschine anzutreiben und/oder in Bewegung zu versetzen. Die Abtriebseinheit kann zumindest ein Einsatzwerkzeug, beispielsweise einen Bohrer und/oder ein Werkzeugbit und/oder ein Schneidblatt und/oder eine Schleifscheibe und/oder ein Scherblatt oder dergleichen, und/oder zumindest eine Werkzeugaufnahme, beispielsweise ein Spannfutter und/oder eine Sägeblattaufnahme und/oder einen Bithalter oder dergleichen aufweisen. Die Abtriebseinheit kann eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme von zumindest einem Einsatzwerkzeug aufweisen. Die Abtriebseinheit kann eine Abtriebswelle aufweisen.
Das Drehmoment und/oder das Soll-Drehmoment können elektronisch, beispielsweise mittels zumindest einer Sensoreinheit, erfasst werden.
Unter „elektronischer Erfassung“ soll in diesem Zusammenhang eine Erfassung bzw. eine Detektion von zumindest einer Betriebsgröße mittels einer Sensoreinheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Betriebsgröße und/oder eine physikalische Eigenschaft aufzunehmen, wobei die Aufnahme aktiv, wie insbesondere durch Erzeugen und Aussenden eines elektrischen Messsignals, und/oder passiv, wie insbesondere durch eine Erfassung von Eigenschaftsänderungen eines Sensorbauteils, stattfinden kann. Unter einem Anwendungszustand soll insbesondere ein Schraubzustand verstanden werden, bei welchem eine Kraft auf ein Schraubmittel aufgebracht wird, um das Schraubmittel anzuziehen.
Die Unteransprüche geben weitere zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens an.
Es kann zweckmäßig sein, dass das Verfahren einen Anlernzustand aufweist, in welchem ein erster Betriebskenngrößenverlauf einer Schraubverbindung zum Ermitteln eines Abschaltzeitpunkts der Antriebseinheit in einem Anwendungszustand ermittelt wird. In einem Anlernzustand kann beispielsweise ein Betriebskenngrößenverlauf der ersten Betriebskenngröße für einen bevorzugten Schraubenfall ermittelt werden. Der Anlernzustand kann dazu vorgesehen sein, zumindest einen Teil eines in dem Anlernzustand ermittelten Betriebskenngrößenverlaufs auf eine weitere Schraubverbindung in einem Anwendungszustand zu übertragen, indem beispielsweise eine Schraube im Anwendungszustand zumindest teilweise analog zu dem im Anlernzustand ermittelten Betriebskenngrößenverlauf eingeschraubt wird. Dabei kann der Betriebskenngrößenverlauf des Anlernzustands bei einem Anwendungszustand in etwa analog wiedergegeben werden.
Dadurch kann eine Serienverschraubung ermöglicht werden, bei welcher ein Betriebskenngrößenverlauf aus dem Anlernzustand auf weitere Verschraubungen im Anwendungszustand übertragen wird.
Der aus dem Anlernzustand ermittelte Betriebskenngrößenverlauf kann dazu vorgesehen sein, in etwa zu bestimmen, wann bzw. zu welchem Abschaltzeitpunkt die Antriebseinheit abzuschalten ist, um das Soll-Drehmoment zu erreichen. Dabei kann ein Abschalt-Wert des Betriebskenngrößenverlaufs, insbesondere ein Abschalt-Drehmoment, ermittelt werden, welcher definiert, wann bzw. zu welchem Abschaltzeitpunkt die Antriebseinheit abzuschalten ist, um das Soll-Drehmoment zu erreichen. Hierdurch kann ein Bediener der Handwerkzeugmaschine beispielsweise bei Schraubverbindungen, welche ähnlich zu den in dem Anlernzustand verwendeten Schraubverbindung gelagert sind, ein gleichbleibendes Soll-Drehmoment bzw. Montagedrehmoment aufbringen. Dadurch kann eine Schraubverbindung auf besonders einfache Weise automatisiert werden.
Der in dem Anlernzustand ermittelte Betriebskenngrößenverlauf kann in einer Speichereinheit der Handwerkzeugmaschine gespeichert werden. Es ist denkbar, dass die Speichereinheit außerhalb der Handwerkzeugmaschine angeordnet ist und beispielsweise in einem externen Gerät angeordnet ist. Das externe Gerät kann beispielsweise mittels einer Funkverbindung mit der Handwerkzeugmaschine verbindbar sein.
Der erste Betriebskenngrößenverlauf kann empirisch durch mehrere Schraubverbindungen ermittelt werden. Der Betriebskenngrößenverlauf kann in der Speichereinheit hinterlegt bzw. bereitgestellt werden, sodass beispielsweise gängige Betriebskenngrößenverläufe bereits in der Handwerkzeugmaschine bzw. der Speichereinheit abgespeichert sind. Dabei kann der Anlernzustand bereits durch einen Speichervorgang zum Speichern des Betriebskenngrößenverlaufs in die Speichereinheit erfolgen.
Insbesondere kann der Anlernzustand dazu vorgesehen sein, das Soll-Drehmoment und/oder ein Abschalt-Drehmoment breitzustellen. Dabei kann das Soll-Drehmoment und/oder das Abschalt-Drehmoment bei einem Erzeugen einer Schraubverbindung ermittelt werden oder aufgrund von empirischen Berechnungen bereits in der Handwerkzeugmaschine hinterlegt sein.
Unter einem „Anlernzustand“ soll ein Zustand verstanden werden, in welchem In die Handwerkzeugmaschine einen Betriebskenngrößenverlauf zumindest einer Betriebskenngröße erfasst, um die Handwerkzeugmaschine, insbesondere die Antriebseinheit, in einem Anwendungszustand in Abhängigkeit des erfassten Betriebskenngrößenverlaufs vor Erreichen eines Soll-Drehmoments abzuschalten. Unter einem „Anwendungszustand“ soll ein Zustand verstanden werden, in welchem die Handwerkzeugmaschine zumindest teilweise in Abhängigkeit des in dem Anlernzustand ermittelten Betriebskenngrößenverlaufs gesteuert und/oder geregelt wird.
Es ist denkbar, dass das Verfahren einen Anwendungszustand aufweist, in welchem ein zweiter Betriebskenngrößenverlauf einer Schraubverbindung zum Ermitteln des Abschaltzeitpunkts der Antriebseinheit ermittelt wird.
Es kann ferner zweckmäßig sein, dass der Abschaltzeitpunkt im Anwendungszustand in Abhängigkeit von dem ersten Betriebskenngrößenverlauf und dem zweiten Betriebskenngrößenverlauf ermittelt wird. Die erste Betriebskenngröße und die zweite Betriebskenngröße können dabei jeweils einen Betriebskenngrößenverlauf bilden. Zweckmäßigerweise kann dabei der zweite Betriebskenngrößenverlauf mit dem ersten Betriebskenngrößenverlauf abgeglichen werden, um in etwa zu bestimmen, zu welchem Abschaltzeitpunkt die Antriebseinheit abgeschaltet werden soll.
Es kann weiter zweckmäßig sein, dass der erste und/oder zweite Betriebskenngrößenverlauf jeweils von einer ersten Betriebskenngröße und von einer zweiten Betriebskenngröße gebildet wird.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass die erste Betriebskenngröße aus einer Stromstärke zum Antrieb der Antriebseinheit, einem Drehmoment der Antriebseinheit oder einer Winkelgeschwindigkeit der Antriebseinheit gebildet wird. Es versteht sich, dass die erste Betriebskenngröße auch aus einem anderen einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden physikalischen Wert gebildet sein kann, welcher beispielsweise auf besonders einfache Weise auf die Stromstärke zum Antrieb der Antriebseinheit, einem Drehmoment der Antriebseinheit und/oder einer Winkelgeschwindigkeit der Antriebseinheit schließen lässt.
Die erste Betriebskenngröße kann mittels einer Sensoreinheit gemessen werden. Beispielsweise kann die Sensoreinheit ein Drehmoment mittels einem Drehmomentsensor oder durch eine Berechnung einer Restenergie der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit erfassen. Beispielsweise kann die Sensoreinheit eine Stromstärke zum Antrieb der Antriebseinheit mittels einem Shunt ermittelt werden, welcher vorzugsweise mit einem Operationsverstärker betrieben werden kann. Beispielsweise kann die Sensoreinheit eine Winkelgeschwindigkeit oder eine Winkelbeschleunigung mittels einem Hall-Sensor, vorzugsweise bei Verwendung eines EC-Antriebseinheit mit einer Kommutierungssteuerung, ermittelt werden.
Es kann weiter zweckmäßig sein, dass die zweite Betriebskenngröße aus einem Drehwinkel der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit und/oder aus einer in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Restenergie, insbesondere Trägheit, gebildet wird. Es versteht sich, dass die zweite Betriebskenngröße auch aus einem anderen einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden physikalischen Wert gebildet sein kann, welcher beispielsweise auf besonders einfache Weise auf den Drehwinkel der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit und/oder auf die in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Restenergie, insbesondere Trägheit, schließen lässt.
Eine Restenergie, welche dazu vorgesehen ist, das Schraubmittel mit einem Soll-Drehmoment zu beaufschlagen, kann sich aus der Differenz eines Soll-Drehmoments und eines Abschalt-Drehmoments bilden.
Mittels einer Messung der ersten und zweiten Betriebskenngröße kann beispielsweise erkannt werden, ob ein weicher oder ein harter Schraubfall vorliegt. Beispielsweise kann mittels des Betriebskenngrößenverlaufs eine Steigung ermittelt werden, mittels derer der vorliegende Schraubfall der Schraubverbindung bestimmt werden kann.
Es kann ferner zweckmäßig sein, dass die Handwerkzeugmaschine eine Bedieneinheit aufweisen, welche dazu vorgesehen ist, den Anlernzustand zu aktivieren. Die Bedieneinheit kann beispielsweise als ein oder zwei Bedienschalter, insbesondere als eine oder zwei Taste/n, ausgebildet sein. Die Bedieneinheit kann die Handwerkzeugmaschine in einem Bedienzustand in einen Anlernzustand versetzen, in welchem ein erster Betriebskenngrößenverlauf der Handwerkzeugmaschine aufgezeichnet wird. Die Bedieneinheit kann die Handwerkzeugmaschine in einem weiteren Bedienzustand in einen Resetzustand versetzen, in welchem beispielsweise ein zuvor gespeicherter erster Betriebskenngrößenverlauf gelöscht oder überschrieben wird. Die Bedieneinheit kann beispielsweise in den Bedienzustand versetzt werden, indem die Bedieneinheit in einer ersten Betätigungsdauer betätigt wird. Die Bedieneinheit kann beispielsweise in den weiteren Bedienzustand versetzt werden, indem die Bedieneinheit in einer zweiten Betätigungsdauer betätigt wird, welche von der ersten Betätigungsdauer abweicht bzw. länger ist.
Es kann des Weiteren zweckmäßig sein, dass in einem Schritt ein Abbremsen der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit, insbesondere mittels einer Bremsvorrichtung, erfolgt, um das Soll-Drehmoment zumindest im Wesentlichen nicht zu übersteigen. Dies kann beispielsweise bei harten Schraubfällen erfolgen, bei welchen ein Abschalt-Wert nur schwer ermittelt bzw. vorausgesagt werden kann. Die Antriebseinheit und/oder die Abtriebseinheit kann mit der Bremsvorrichtung abgebremst werden. Denkbare Bremsvorrichtungen können mechanisch, wie beispielsweise mittels einer Klemmwirkung bewegter Teile, oder elektronisch, wie beispielweise mittels eines Bremsstroms, realisiert werden. Um den Soll-Drehmoment nicht zu übersteigen kann ein Bremszeitpunkt gewählt werden, welcher zumindest teilweise von der Restenergie abhängt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein Soll-Drehmoment bzw. Montagedrehmoment nicht überschritten wird.
Unter „zumindest im Wesentlichen nicht zu übersteigen“ soll insbesondere ein Wert bzw. ein (Soll-)Drehmoment verstanden werden, welcher in etwas bis zu 5%, vorzugsweise bis zu 10%, bevorzugt bis zu 15%, besonders bevorzugt bis zu 20%, überstiegen werden kann.
Die Bremsvorrichtung kann dazu vorgesehen sein, die Antriebseinheit und/oder die Abtriebseinheit zu bremsen. Die Bremsvorrichtung kann eine Bewegung der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit verhindern und/oder zumindest vermindern, um die Antriebseinheit und/oder die Abtriebseinheit beispielsweise in einen Stillstand zu versetzen. Dabei kann die Bremsvorrichtung zumindest teilweise oder vollständig die Restenergie vernichten bzw. in Wärme umwandeln, sodass das Soll-Drehmoment zumindest im Wesentlichen nicht überstiegen wird. Um die für die jeweiligen Schraubverbindungen bestimmten Soll-Drehmomente auch bei einer nicht optimal errechneten Restenergie nicht zu überschreiten, kann die Bremsvorrichtung die Antriebseinheit und/oder die Abtriebseinheit aktiv bremsen und somit die Restenergie zumindest stark verringern.
Die Bremsvorrichtung kann eine Motorbremse bilden, welche dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit beispielsweise mittels eines Kurzschlusses zu bremsen. Beispielsweise kann dies bei elektronisch kommutieren Motoren per Kurzschluss insbesondere von drei Motorphasen mittels zumindest eines Leistungshalbleiters erfolgen.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass in einem Schritt das Abschalten und/oder das Abbremsen der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit in Abhängigkeit von einer Art einer Schraubverbindung erfolgt. Dabei können mehrere erste Betriebskenngrößenverläufe in einer Speichereinheit hinterlegt sein. Unter der „Art der Schraubverbindung“ soll insbesondere ein weicher oder ein harter Schraubfall verstanden werden.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass das Verfahren einen Betätigungszustand aufweist, in welchem ein Betätigungselement zum Steuern oder Regeln der Antriebseinheit betätigt wird, in welchem die Antriebseinheit derart gesteuert oder geregelt wird, dass die Antriebseinheit in zumindest einem Betätigungszustand des Betätigungselements ausgeschaltet wird. Beispielsweise kann die Antriebseinheit in einem Betätigungszustand des Betätigungselements und nach Überschreiten des Abschaltzeitpunkts und/oder vor Erreichen des Soll-Drehmoments ausgeschaltet bzw. deaktiviert werden.
Das Betätigungselement kann dazu vorgesehen sein, in einem nicht betätigten Zustand die Bremsvorrichtung zum Bremsen der Antriebseinheit elektrisch, wie beispielsweise mittels der Elektronikeinheit, oder mechanisch, wie beispielsweise mittels einer mit dem Betätigungselement gekoppelten Bremsvorrichtung, zu betätigen. Das Betätigungselement kann einen Ein-/Aus-Schalter zum Ein-/AusSchalten der Antriebseinheit direkt oder indirekt betätigen. Dadurch kann das Soll-Drehmoment auf besonders einfache Weise erreicht werden.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass die erste und/oder zweite Betriebskenngröße der Antriebseinheit in einem Betätigungszustand des Betätigungselements mittels einem/dem Betätigungselement steuer- oder regelbar ist. Die erste und/oder zweite Betriebskenngröße der Antriebseinheit kann mittels dem Betätigungselement, insbesondere mittels einer Betätigungskraft des Betätigungselements, steuer- oder regelbar sein. Dadurch kann ein Benutzer auch während des Anwendungszustands eine Kontrolle über die Handwerkzeugmaschine beibehalten.
Es kann ferner zweckmäßig sein, dass einen Abschalt-Drehmoment, welches gegenüber dem Soll-Drehmoment um mindestens 5%, insbesondere 10%, vorzugsweise 15%, bevorzugt 20%, besonders bevorzugt 25% und/oder um bis zu 50%, insbesondere 45%, vorzugsweise 40%, bevorzugt 35%, besonders bevorzugt 30%, kleiner ist. Dadurch kann ein Energieverbrauch der Handwerkzeugmaschine optimiert werden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere Bohrschrauber, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierdurch kann ein Bediener das Verfahren auf besonders einfache Weise mittels einer Handwerkzeugmaschine durchführen.
Die Handwerkzeugmaschine, insbesondere der Bohrschrauber, weist eine Antriebseinheit zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit, insbesondere eine Abtriebswelle der Abtriebseinheit auf. Die Handwerkzeugmaschine kann ferner eine, insbesondere mechanische, Kupplungseinheit zum Kuppeln der Antriebseinheit mit der Abtriebseinheit aufweisen.
Die Handwerkzeugmaschine kann die erste Betriebskenngröße mittels einem Beschleunigungssensor und/oder mittels einer Stromstärke der Antriebseinheit erfassen.
Es kann zweckmäßig sein, dass die Handwerkzeugmaschine, insbesondere die Antriebseinheit, einen EC-Motor aufweist. Dadurch können Bauteile, welche zum Betreiben eines EC-Motors erforderlich sind, auch zum Abschalten der Antriebseinheit vor Erreichen eines Soll-Drehmoments verwendet werden.
Die Handwerkzeugmaschine kann eine Elektronikeinheit aufweisen, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit derart zu regeln, dass ein Soll-Drehmoment erreicht wird. Die Elektronikeinheit kann dazu vorgesehen sein, in Abhängigkeit des Betriebskenngrößenverlaufs des Anlernzustands den Abschaltzeitpunkt bzw. einen Abschalt-Wert in einem Anwendungszustand zu berechnen. Hierzu kann die Elektronikeinheit eine Recheneinheit, insbesondere einen Mikrocontroller, aufweisen. Der Mikrocontroller kann dazu vorgesehen sein, das Drehmoment und/oder den Drehwinkel oder Signale dieser Größen auszulesen oder zu erfassten.
Der Abschaltzeitpunkt bzw. der Abschalt-Wert kann beispielsweise mittels einem Mikrocontroller in Echtzeit ermittelt bzw. berechnet werden. Dabei kann eine Abweichung, insbesondere eine Steigung, des ersten Betriebskenngrößenverlaufs gegenüber dem zweiten Betriebskenngrößenverlauf ermittelt werden, um den Abschaltzeitpunkt bzw. den Abschalt-Wert zu definieren. Bei einer Abweichung der Betriebskenngrößenverläufe kann eine Restenergie höher oder niedriger als zum einem Abschaltzeitpunkt in einem Lernzustand, sodass beispielswiese der Abschaltzeitpunkt im zweiten Betriebskenngrößenverlauf früher oder später erfolgen kann.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Hierbei zeigt:

1 eine Ansicht auf eine exemplarische Handwerkzeugmaschine,
2 ein Ablaufdiagramm,
3a, 3b jeweils drei Drehmoment-Drehwinkel-Verläufe,
4a, 4b jeweils ein Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf.

In den folgenden Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren beziehen sich jeweils auf eine Handwerkzeugmaschine 101 mit einer Aufnahmeeinheit 103 zur Aufnahme von Zubehörwerkzeugen (nicht gezeigt) wie beispielsweise Schrauberbits zum Drehen von Schrauben oder Bohrer zum Bohren von Löchern in ein Werkstück. Die Aufnahmeeinheit 103 weist eine einem Fachmann bekannte Klemmvorrichtung 105 auf, welche dazu vorgesehen ist, ein Zubehörwerkzeug in oder an der Handwerkzeugmaschine 101 zu halten.
Bei der Handwerkzeugmaschine 101 handelt es sich insbesondere um einen einen als Bohrschrauber ausgebildeten Akkuschrauber. Prinzipiell kann die Handwerkzeugmaschine auch als ein Drehschlagschrauber ausgebildet sein.
1 zeigt die Handwerkzeugmaschine 101 mit einer Antriebseinheit 13, insbesondere einer Antriebswelle (nicht gezeigt), zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit 14, insbesondere eine Abtriebswelle (nicht gezeigt) der Abtriebseinheit 14. Die Antriebseinheit 13 ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Bewegung der Antriebseinheit 13 auf ein Einsatzwerkzeug (nicht gezeigt) zu übertragen. Die Antriebseinheit 13 weist einen als elektronisch kommutierten Gleichstrommotor ausgebildeten Elektromotor 13 auf. Die Abtriebseinheit 14 umfasst die Aufnahmeeinheit 103 und die Klemmvorrichtung 105.
Die Handwerkzeugmaschine 101 weist ein zumindest teilweise als Handgriffgehäuse 15 ausgebildetes Maschinengehäuse auf, welches ein Außengehäuse 17 der Handwerkzeugmaschine 101 bildet. Das Handgriffgehäuse 15 ist dazu vorgesehen, von einer Hand eines Bedieners der Handwerkzeugmaschine 101 umgriffen zu werden.
Die Handwerkzeugmaschine 101 weist ferner eine Schnittstelleneinheit 19 mit einer Halteeinheit 21 auf, welche mit einer Akkueinheit 23 lösbar befestigbar ist. Die Halteeinheit 21 ist dazu vorgesehen, die Akkueinheit 23 in einem mit der Handwerkzeugmaschine 101 verbundenen Befestigungszustand zu halten. Das Maschinengehäuse 15 weist weiter ein einen Ein-/Aus-Schalter betätigbares Betätigungselement 25 zum Ein- und Ausschalten der Antriebseinheit 13 und eine vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildete Getriebeeinheit nicht gezeigt auf. Die Getriebeeinheit umfasst zumindest zwei beispielsweise mittels einer Schalttaste 29 schaltbare Gänge.
Das Maschinengehäuse 15 umfasst ferner eine Halteeinheit 21, welche zumindest abschnittweise ein Außengehäuse 17 bildet. Das Maschinengehäuse 15 ist im Wesentlichen aus Kunststoff gebildet. Das Maschinengehäuse 15 ist aus einer Schalenbauweise gebildet. Die Halteeinheit 21 begrenzt die Handwerkzeugmaschine 101 von einer von dem der Antriebseinheit 13 abgewandten Seites des Handgriffgehäuses. Die Halteeinheit 21 ist aus Metall gebildet. Die Halteeinheit 21 ist als eine Halteklammer 21 ausgebildet.
Die Akkueinheit 23 ist in einem Befestigungszustand mit der Handwerkzeugmaschine 101 verbunden, sodass ein elektrischer Kontakt der Akkueinheit 23 mit der Antriebseinheit 13 der Handwerkzeugmaschine 101 besteht, wobei die Akkueinheit 23 mit der Schnittstelleneinheit 19 verbunden ist. Die Akkueinheit 23 versorgt die Handwerkzeugmaschine 101 mit elektrischer Energie. Der Akkupack 23, die Antriebseinheit 13, der Ein-/Aus-Schalter, Betätigungselement 25 und die Elektronikeinheit 37 sind mittels Leitungen 43 elektrisch verbunden.
Die Handwerkzeugmaschine 101 weist eine Elektronikeinheit 37 auf, welche dazu eingerichtet ist, die Antriebseinheit 13 zu steuern oder zu regeln. Die Elektronikeinheit 37 ist dazu vorgesehen, eine einen Drehmoment bildende erste Betriebskenngröße M der Antriebseinheit 13 und eine einen Drehwinkel bildende zweite Betriebskenngröße φ der Antriebseinheit 13 zu erfassen.
Bei einer Betätigung des Betätigungselement 25 wird die Antriebseinheit 13 in einen Betätigungszustand versetzt und elektrisch angetrieben, um das Drehmoment M auf eine Abtriebseinheit 14 aufzubringen und um mittels dem an der Abtriebseinheit 14 anliegenden Drehmoment M ein Schraubmittel wie beispielsweise eine Schraube in ein Werkstück oder eine Mutter auf eine Schraube zu schrauben. Dabei soll das Schraubmittel mit einem vorbestimmten Soll-Drehmoment (bzw. Montagedrehmoment) M_soll verbunden werden. Um eine optimale Schraubverbindung zu erreichen, wird die Antriebseinheit 13 derart geregelt, dass die Antriebseinheit 13 abgeschaltet wird, sobald ein Soll-Wert der ersten Betriebskenngröße M_soll erreicht ist, welche insbesondere das vorbestimmte Soll-Drehmoment abbildet.
Eine optimale Energiebilanz wird erreicht, falls eine Antriebseinheit 13 abgeschaltet wird, bevor das Soll-Drehmoment M_soll erreicht ist. Das Soll-Drehmoment M_soll wird mittels einer in der Antriebseinheit 13 und/oder der Abtriebseinheit 14 gespeicherten Energie bzw. Trägheit erreicht. Dabei wird die Antriebseinheit 13 bei einem Abschalt-Drehmoment M_Abs abgeschaltet und eine zur Erreichung des Soll-Drehmoments M_soll fehlende Differenz wird durch eine in der Antriebseinheit 13 und/oder der Abtriebseinheit 14 gespeicherten Energie bzw. Restenergie erreicht. Die entsprechende fehlende Restenergie wird mittels einer Recheneinheit, insbesondere durch eine Energiebetrachtung des Schraubvorgangs, errechnet.
Die Handwerkzeugmaschine ist dazu vorgesehen ein Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung mittels einer Antriebseinheit 13 zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit 14 die Handwerkzeugmaschine aufweisend zumindest die folgenden Schritte durchzuführen.
In einem Schritt 199 wird das Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung aktiviert.
In einem ersten Schritt 201 wird in einem Anlernzustand das als Betätigungsschalter ausgebildete Betätigungselement 25 zum Betätigen des Ein-/Aus-Schalters (nicht gezeigt) betätigt, um die Antriebseinheit 13 und/oder die Abtriebseinheit 14 der Handwerkzeugmaschine in eine Drehbewegung zu versetzen. Dabei wird ein Schraubmittel einer Schraubverbindung derart verschraubt, dass die Schraubverbindung ein Soll-Drehmoment M_soll erreicht. Dabei wird ein erster Betriebskenngrößenverlauf M-φ1 der Schraubverbindung erfasst und in einer Speichereinheit der Elektronikeinheit 13 gespeichert. Der erste Betriebskenngrößenverlauf M-φ1 ist dabei aus Werten der ersten Betriebskenngröße M und Werten einer zweiten Betriebskenngröße φ gebildet. Die erste Betriebskenngröße ist aus einem Drehmoment M und die zweite Betriebskenngröße ist aus einem Drehwinkel φ gebildet. Diese beiden Betriebskenngrößen bilden einen ersten Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1, welcher beispielsweise in 3a, 3b dargestellt ist.
In dem Anlernzustand wird das Soll-Drehmoment M_soll bereitgestellt.
Anhand des ersten Betriebskenngrößenverlaufs M-φ1 kann auf eine Art der Schraubverbindung geschlossen werden, indem beispielsweise bestimmbar ist, ob ein weicher oder ein harter Schraubfall vorliegt (3a, 3b). Beispielsweise kann mittels des Betriebskenngrößenverlaufs eine Steigung ermittelt werden, mittels derer vorliegende Schraubfall der Schraubverbindung bestimmt werden kann.
Im Wesentlichen können zwei Arten von Schraubverbindungen 301, 401 unterschieden werden, nämlich eine Schraubverbindung 301 bei welcher eine Mutter in ein vorgeschnittenes Gewinde geschraubt werden soll (3a) oder eine Schraubverbindung 401 bei welcher eine Schraube in ein Werkstück geschraubt werden soll (3b).
In 3a bleibt ein Drehmoment M über den Drehwinkel φ im Wesentlichen konstant und steigt dann mit einer großen Steigung an. Dabei werden zwei Schraubfälle unterschieden, nämlich ein harter Schraubfall 303 und ein weicher Schraubfall 305. Die Steigung des Drehmoments M über den Drehwinkel φ ist bei einem harten Schraubfall gegenüber einem weichen Schraubfall höher. Zu sehen ist ein harter Schraubfall, ein weicher Schraubfall und ein Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf in einem Versuch.
In 3b bleibt ein Drehmoment M1 über den Drehwinkel φ1 im Wesentlichen konstant oder steigt unregelmäßig mit einer geringen Steigung an. Vor Erreichen des Montagedrehmoments M_soll erhöht sich die Steigung gegenüber der anfänglichen Steigung. Dabei werden zwei Schraubfälle unterschieden, nämlich ein harter Schraubfall 403 und ein weicher Schraubfall 405. Die Steigung des Drehmoments M1 über den Drehwinkel φ1 ist bei einem harten Schraubfall gegenüber einem weichen Schraubfall zumindest abschnittweise höher. Zu sehen ist ein harter Schraubfall, ein weicher Schraubfall und ein Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1 in einem Versuch.
Beispielsweise kann eine Steigung des zweiten Drehmoment-Drehwinkel-Verlaufs M-φ2 ermittelt werden, um eine Art der Schraubverbindung bestimmen zu können, dabei kann insbesondere ein Schraubverbindung mittels einer Mutter betrachtet werden, indem ein definierter bzw. messbarer Drehmomentanstieg über einen weiten Drehwinkelbereich nicht überschritten wird und anschließend abrupt ansteigt (3a). In einigen Fällen kann ein definierter bzw. messbarer Drehmomentanstieg als 0,1 Nm definiert werden, sodass das Drehmoment M über einen weiten Drehwinkel φ nicht, mehr als etwa 0,1 Nm ansteigt, um dann ab einem gewissen Drehwinkel φ rapide anzusteigen. Der messbare Drehmomentanstieg ist dabei abhängig von einem Gang der Handwerkzeugmaschine und insbesondere Auflösung und Genauigkeit der Drehmomenterfassung.
Alternativ kann der erste ersten Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1 bereits in einer Speichereinheit der Elektronikeinheit hinterlegt sein, sodass auf einen Anlernzustand in einem ersten Schritt verzichtet werden kann. Vielmehr kann der Anlernvorgang durch eine Abspeicherung von zweckmäßigen Drehmoment-Drehwinkel-Verläufen M-φ1 erfolgen. Dabei können mehrere erste Drehmoment-Drehwinkel-Verläufe M-φ1 in einer Speichereinheit der Elektronikeinheit 37 hinterlegt sein.
Die Handwerkzeugmaschine weist eine als Bedienschalter ausgebildete Bedieneinheit 117 auf, welche dazu vorgesehen ist, in einem Bedienzustand den Anlernzustand zu aktivieren, um beispielsweise den ersten Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1 zu erfassen. Die Bedieneinheit 117 kann in einem weiteren Bedienzustand in einen Resetzustand versetzen, in welchem beispielsweise der erste Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1 gelöscht oder überschrieben wird.
In einem weiteren Schritt 202 kann das Betätigungselement 25 nicht weiter betätigt werden, sodass das Betätigungselement 25 wieder in einen nicht betätigten Ausgangszustand versetzt wird.
In einem weiteren Schritt 203 wird der erste Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1 aus dem ersten Schritt auf zumindest eine weitere Schraubverbindung angewandt, sodass das Betätigungselement 25 betätigt wird, um den Ein-/Aus-Schalter zu betätigen und ein Drehmoment M2 auf die Schraubverbindung aufzubringen. Dabei wird ein zweiter Betriebskenngrößenverlauf erfasst, welcher einen zweiten Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ2 bildet.
In einem weiteren Schritt 205 wird der zweite Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ2 gegenüber dem ersten Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1 abgeglichen, sodass bei einem in etwa analogen Verlauf des zweiten Drehmoment-Drehwinkel-Verlaufs M-φ2 gegenüber dem ersten Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1 ein Abschaltzeitpunkt tB bestimmt werden kann, zu welchem die Antriebseinheit 13 und/oder die Abtriebseinheit 14 abgeschaltet wird, um das Montagedrehmoment M_soll zu erreichen. Dabei wird zum Abschaltzeitpunkt tB in Abhängigkeit von dem ersten Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1 eine Restenergie berechnet, welche die Schraubverbindung benötigt, um das Montagedrehmoment M_soll zu erreichen. Die Restenergie entspricht dabei einer Bremsenergie der Schraubverbindung, welche das Schraubmittel nach Abschalten der Antriebseinheit 13 und/oder der Abtriebseinheit 14 erfährt.
In dem dritten Schritt 205 kann die Antriebseinheit 13 und/oder die Abtriebseinheit 14 mittels einer beispielsweise einen Bremsstrom erzeigenden Bremsvorrichtung (nicht gezeigt) abgebremst werden, falls das Montagedrehmoment M_soll überschritten wird oder abzusehen ist, dass das Montagedrehmoment M_soll aufgrund einer hohen Restenergie überschritten wird. Die Antriebseinheit 13 und/oder die Abtriebseinheit 14 wird in einem Betätigungszustand des Betätigungselements 25, beispielsweise bei Überschreiten des Montagedrehmoments M_soll , aktiv abgebremst. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein Montagedrehmoment M_soll nicht überschritten wird.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass in einem Schritt das Abschalten und/oder das Abbremsen der Antriebseinheit 13 und/oder der Abtriebseinheit 14 in Abhängigkeit von einer Art einer Schraubverbindung erfolgt.
In einem weiteren Schritt 207 kann das Betätigungselement 25 nicht weiter betätigt werden, sodass das Betätigungselement 25 wieder in einen nicht betätigten Ausgangszustand versetzt wird.
In einem weiteren Schritt 209 kann geprüft werden, ob die Bedieneinheit 117 derart betätigt ist, dass der erfasste erste Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1 gelöscht oder überschrieben oder deaktiviert wird, um beispielsweise in einem weiteren Schritt 209 den erfasste erste Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ1 zu löschen.
In einem weiteren Schritt 213 kann das Schraubverfahren beendet werden.
In 4a und 4b ist bei unterschiedlichen Drehzahlen n1, n2 der Antriebseinheit 13 und/oder der Abtriebseinheit 14 jeweils ein optimaler Abschaltzeitpunkt tB gezeigt, zu welchem die Antriebseinheit 13 und/oder die Abtriebseinheit 14 rechtzeitig abgeschaltet werden, indem Restenergie in der Antriebseinheit 13 und/oder der Abtriebseinheit 14 ausreichend sind, um das Soll-Drehmoment M_soll zu erreichen. Auch sind in gestrichelten Linien Drehmoment-Drehwinkel-Verläufe M-φZ dargestellt, welche zu spät bzw. zu einem Abschaltzeitpunkt tBz abgeschaltet wurden und somit das Soll-Drehmoment M_soll übersteigen. Beispielsweise kann die Antriebseinheit 13 und/oder die Abtriebseinheit 14 bei einer niedrigen Drehzahl n1 (4a) später abgeschaltet werden, um das Soll-Drehmoment M_soll zu erreichen, als bei einer hohen Drehzahl n2 (4b) der Antriebseinheit 13 und /oder der Abtriebseinheit 14. Der Abschaltzeitpunkt tB kann von einem Mikrocontroller berechnet werden, indem der Mikrocontroller eine Abweichung des zweiten Drehmoment-Drehzahl-Verlaufs M-φ2 gegenüber dem ersten Drehmoment-Drehzahl-Verlauf M-φ1 berechnet. Die Abweichung kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl n der Antriebseinheit 13 und/oder der Abtriebseinheit 14 berechnet werden, indem beispielsweise bei einer höheren Drehzahl n nach einem eine höhere Restenergie in der Antriebseinheit 13 und/oder der Abtriebseinheit 14 gespeichert ist. Der Mikrocontroller ist dazu vorgesehen, den Abschaltzeitpunkt tB in Echtzeit zu bestimmen.
Der Abschaltzeitpunkt tB kann durch Berechnung eines Abschalt-Drehmoments M_Abs und/oder eines Abschalt-Drehwinkels φ_Abschalt und/oder der Drehzahl n_Abs der Antriebseinheit 13, insbesondere in Abhängigkeit des ersten Drehmoment-Drehwinkel-Verlaufs M-φ1 berechnet werden.
Die zwei Drehmoment-Drehzahl-Verläufe M-φ1, M-φ2 sind jeweils in zwei Verläufe unterteilt, nämlich einen ersten Verlauf, welcher bei einem Eindrehen der Schraubverbindung beginnt und zum Abschaltzeitpunkt tB endet, und einen zweiten Verlauf, welcher zu dem Abschaltzeitpunkt tB beginnt und vorzugsweise zum Erreichen des Soll-Drehmoments bzw. nach einem Aufbrauchen der in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Energie endet. Der erste Verlauf entsteht dadurch, dass die Antriebseinheit angetrieben wird bzw. die Schraubverbindung einschraubt. Der zweite Verlauf entsteht dadurch, dass die Antriebseinheit abgeschaltet ist bzw. nicht mehr angetrieben wird und die Schraubverbindung mittels der in der Antriebseinheit und/oder der Abtriebseinheit gespeicherten Energie angezogen wird. Somit entsteht der zweite Verlauf durch eine auf die Schraubverbindung abrupt wirkende Reibenergie, welche die Schraubverbindung bremst (4a, 4b).
Die erforderliche Rotationsenergie kann mittels der Gleichung E_rot = ½ × J_x × w² berechnet werden. J_x entspricht dem Trägheitsmoment der Antriebseinheit 13 und/oder der Abtriebseinheit 14 um eine Rotationsachse. w entspricht dabei der Winkelgeschwindigkeit. Die Winkelgeschwindigkeit ist abhängig von einer Leistung bzw. einer Antriebsleistung und einem Antriebsmoment.
Aus dem Energieerhaltungssatz ergibt sich folgender Ansatz, wobei E_Rot(tB) die Rotationsenergie sei, welche zum Abschaltzeitpunkt vorhanden ist, E_An die Energie, die für das weitere Anziehen der Schraube ab dem Abschaltzeitpunkt tB bis zum Stillstand der Antriebseinheit 13 und/oder der Abtriebseinheit 14 aufgewendet wird und W_Br die Energie, die während des optionalen aktiven Bremsvorgangs insbesondere in thermische Energie umgewandelt wird: $E_{Rot} (t) + E_{An} (t) + E_{Br} (t) = E_{Rot} (t B) .$
Diese Restenergie entspricht im Wesentlichen einer Reibungsenergie, welche das Schraubmittel beim Einschrauben und/oder Schneiden beispielsweise einer Schraube in ein Werkstück erfährt.
Falls dennoch die Restenergie höher ist, als eine Energie zum Erreichen des Soll-Drehmoment M_soll , so kann die Antriebseinheit 13 und/oder die Abtriebseinheit 14 mittels der Bremsvorrichtung aktiv abgebremst werden.
Die Drehzahl n und/oder der Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M-φ ist in einem Betätigungszustand mittels einem/dem Betätigungselement 25 steuer- oder regelbar. Insbesondere kann in einem Betätigungszustand eine Betätigungskraft auf das Betätigungselement 25 ausgeübt werden.
Die Restenergie kann mindestens 8 % und höchstens 30 % der gesamten Anzugsenergie, welche zum Anziehen der Schraubverbindung erforderlich ist betragen.
Der zweite und der dritte Schritt können beliebig oft verwendet werden, um beispielsweise eine Serienverschraubung zu ermöglichen, bei welcher mehrere Schraubverbindungen in beispielsweise dasselbe Werkstück eingeschraubt werden sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006017193 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Schraubverbindung mittels einer Handwerkezugmaschine, wobei die Handwerkzeugmaschine eine Antriebseinheit (13) zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit (14) aufweist, mit zumindest den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Soll-Drehmoments (M_soll); - Aufbringen eines Drehmoments (M) auf die Schraubverbindung; - Abschalten der Antriebseinheit (13) vor Erreichen des Soll-Drehmoments (M_soll) in einem Anwendungszustand; - Erreichen des Soll-Drehmoments (M_soll) mittels einer in der Antriebseinheit (13) und/oder der Abtriebseinheit (14) gespeicherten Energie.
Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen Anlernzustand, in welchem ein erster Betriebskenngrößenverlauf (M-φ1) der Schraubverbindung zum Ermitteln eines Abschaltzeitpunkts (tB) der Antriebseinheit (13) in dem Anwendungszustand ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Anwendungszustand, in welchem ein zweiter Betriebskenngrößenverlauf (M-φ2) einer Schraubverbindung zum Ermitteln des Abschaltzeitpunkts (tB) der Antriebseinheit (13) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschaltzeitpunkt (tB) im Anwendungszustand in Abhängigkeit von dem ersten Betriebskenngrößenverlauf (M-φ1) und dem zweiten Betriebskenngrößenverlauf (M-φ2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Betriebskenngrößenverlauf (M-φ1; M-φ2) jeweils von einer ersten Betriebskenngröße (M) und von einer zweiten Betriebskenngröße (φ) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebskenngröße aus einer Stromstärke zum Antrieb der Antriebseinheit (13), einem Drehmoment (M) der Antriebseinheit (13) oder einer Winkelgeschwindigkeit der Antriebseinheit (13) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Betriebskenngröße (φ) aus einer Drehzahl der Antriebseinheit (13) und/oder der Abtriebseinheit (14) und/oder aus einer in der Antriebseinheit (13) und/oder der Abtriebseinheit (14) gespeicherten Restenergie, insbesondere Trägheit, gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Abbremsen der Antriebseinheit (13) und/oder der Abtriebseinheit (14), insbesondere mittels einer Bremsvorrichtung, um das Soll-Drehmoment (M_soll) zumindest im Wesentlichen nicht zu übersteigen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschalten und/oder das Abbremsen der Antriebseinheit (13) und/oder der Abtriebseinheit (14) in Abhängigkeit von der Art der Schraubverbindung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Betätigungszustand, in welchem ein Betätigungselement (25) zum Steuern oder Regeln der Antriebseinheit (13) betätigt wird, und in welchem die Antriebseinheit (13) derart gesteuert oder geregelt wird, dass die Antriebseinheit (13) in zumindest einem Betätigungszustand des Betätigungselements (25) ausgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Betriebskenngröße (M, φ) der Antriebseinheit (13) in einem Betätigungszustand des Betätigungselements (25) mittels einem/dem Betätigungselement (25) steuer- oder regelbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Abschalt-Drehmoment (M_Abs), welches gegenüber dem Soll-Drehmoment (M_soll) um mindestens 5%, insbesondere 10%, vorzugsweise 15%, bevorzugt 20%, besonders bevorzugt 25% und/oder um höchstens 50%, insbesondere 45%, vorzugsweise 40%, bevorzugt 35%, besonders bevorzugt 30%, kleiner ist.
Handwerkzeugmaschine, insbesondere Bohrschrauber, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.