STEUERUNGSVERFAHREN EINES SCHLAGSCHRAUBERS

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für einen Schlagschrauber zum Befestigen von Stahlbauelementen mittels Schraubverbindungen wie aus DE 694 00 774 T2 bekannt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

[0002] Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren beinhaltet zwei Betriebsmodi, welche ansprechend auf eine Stellung eines Wahlschalters ausgeführt werden. Der erste Betriebsmodus sieht folgende Schritte vor:
Ausführen von ersten Schlägen des Hammers auf den Amboss; Erfassen das Ereignis eines Schlages des Hammers auf den Amboss mit einem Schlag-Sensor; Erfassen einer Winkelstellung des Amboss mit einem Winkel-Sensor; Schätzen eines Einzelschlag-Winkels des Amboss durch den zuletzt erfassten Schlag basierend auf der Winkelstellung des Amboss vor dem zuletzt erfassten Schlag und der Winkelstellung des Amboss nach dem zuletzt erfassten Schlag und Vergleichen des Einzelschlag-Winkels mit einem Einzelschlag-Sollwinkel. Der erste Betriebsmodus wird beendet wird, wenn der Einzelschlag-Winkel einen Einzelschlag-Sollwinkel unterschreitet.
Der zweite Betriebsmodus sieht folgende Schritte vor: Erfassen der Winkelstellung des Amboss mit dem Winkel-Sensor als Ausgangsstellung; Ausführen von zweiten Schlägen des Hammers auf den Amboss; und Erfassen eines relativen Drehwinkel des Amboss zu der Ausgangsstellung während der zweiten Schläge. Der zweite Betriebsmodus wird beendet wird, wenn relativer Drehwinkel einen Normwinkel überschreitet.

[0003] Die kombinierten Steuerungsverfahren sind zwar beide für sich nicht geeignet Stahlbauelemente mit Verschraubungselementen, z.B. Schrauben, Bolzen, Muttern, sicher mittels eines elektromechanischen Schlagschraubers zu befestigen. Die Kombination beider Verfahren ermöglicht hingegen ein zuverlässiges Anziehen der Schraubelemente mit den beschränkten sensorischen Mitteln eines Schlagschraubers.

[0004] Eine Ausgestaltung sieht vor während des zweiten Betriebsmodus eine Drehbewegung des Maschinengehäuses mit einem Drehbewegungssensor zu erfassen und den relativen Drehwinkel basierend auf der Winkelstellung des Amboss und der Drehbewegung Maschinengehäuses zu bestimmen. Während der zweiten Betriebsphase werden vorzugsweise Schwenkbewegungen des Schlagschraubers durch den Anwender beim Bestimmen des Abschaltkriteriums berücksichtigt.

[0005] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass während des ersten Betriebsmodus anschließend an das Unterschreiten des Einzelschlag-Sollwinkels eine vorgegebene Anzahl dritter Schläge mit dem Hammer ausgeführt werden. Falls eine gewählte Schraubverbindung sehr geringe Einzelschlag-Sollwinkel erfordert, kann näherungsweise das Verfahren bei einem höheren Einzelschlag-Sollwinkel beendet werden und durch eine feste Anzahl N von Schlägen ergänzt werden.

[0006] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zu prüfen, ob eine Schraubverbindung mit dem zweiten Betriebsverfahren angezogen werden soll, unabhängig von der Schaltstellung des Betriebswahlschalters. Vor dem Ausführen der zweiten Schläge kann wenigstens ein erster Schlag ausgeführt, der Einzelschlag-Winkel zu dem ersten Schlag bestimmt und mit dem Einzelschlag-Sollwinkel verglichen werden. Wenn der Einzelschlag-Winkel den Einzelschlag-Sollwinkel überschreitet wird der zweite Betriebsmodus abgebrochen. Die Schraubverbindung und möglicherweise benachbarte Schraubverbindungen sind noch nicht ordnungsgemäße mit dem ersten Betriebsmodus angezogen.

[0007] Das Setzen der Schraubverbindungen kann den ersten Betriebsmodus und den zweiten Betriebsmodus individuell für jede Schraube protokollieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0008] Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1

einen Schlagschrauber

Fig. 2

ein Steuerungsverfahren für einen ersten Betriebsmodus

Fig. 3

ein Steuerungsverfahren für einen zweiten Betriebsmodus

[0009] Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

[0010] Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Schlagschraubers 1. Eine Anwendung des Schlagschraubers 1 ist das Verschrauben einer Stahlplatte 2 auf einen Stahlträger 3. Die Stahlplatte 2 und der Stahlträger 3 werden durch eine Schraube 4 und eine Mutter 5 miteinander verbunden. Die typischen Stahlplatten und Stahlträger haben undefiniert gewölbte Oberflächen, welche beim Zusammenschrauben gleich einer Stahlfeder eine Gegenkraft ausüben. Der Schlagschrauber 1 unterstützt den Anwender in einer sicheren Verschraubung. Die Stahlplatte soll flächig an dem Stahlträger anliegen und die Schraube 4 nicht überdehnt sein.

[0011] Die Schraube 4 oder die Mutter 5 werden in zwei Phasen angezogen. Vorteilhafterweise wird der Schraubenkopf der Schraube 4 fixiert und die Mutter 5 angezogen.

[0012] In der ersten Phase wird die Mutter 5 solange angezogen, bis die Schraube 4 auf näherungsweise 40 % bis 60 % ihrer Streckgrenze gedehnt ist. Die Dehnung wird nicht unmittelbar gemessen, sondern durch einen Einzelschlag-Winkel theta geschätzt, um welchen sich die Mutter 5 durch einen einzelnen Schlag dreht. Es wurde erkannt, dass für den anvisierten Bereich der Streckgrenze, d.h. 40 % bis 60 %, der Einzelschlag-Winkel theta weitgehend allein von der Schraube 4 und der Mutter 5 abhängig ist, und nur in geringem Maß von unbekannten Spannungen des Stahlträgers 3 und der Stahlplatte 2 sind. Zugehörig zu dem Einzelschlag-Winkel theta wird eine Obergrenze (Einzelschlag-Sollwinkel Theta) in Versuchsreihen für jeden Schraubentyp bestimmt, d.h. in Abhängigkeit von Durchmesser, Länge, Gewindesteigung, Materialpaarung von Schraube 4 und Mutter 5 etc.. Es kann vorteilhaft sein, den Einzelschlag-Sollwinkel Theta abhängig von der Gesamtstärke des Stahlträgers 3 und der Stahlplatte 2 festzulegen. Der Mutter 5 wird in der ersten Phase solange angezogen, bis bei einem einzelnen Schlag der Einzelschlag-Winkel theta den Einzelschlag-Sollwinkel Theta unterschreitet. Falls mehrere Schrauben zum Fixieren der Stahlplatte 2 notwendig sind, wird diese erste Phase für all deren Muttern durchgeführt.

[0013] In einer darauffolgenden zweiten Phase wird die Mutter 5 solange angezogen, bis die Schraube 4 auf näherungsweise 70 % bis 80 % ihrer Streckgrenze gedehnt ist. Die Dehnung wird nicht unmittelbar gemessen, sondern durch einen relativen Drehwinkel dphi der Mutter 5 gegenüber der Schraube 4 geschätzt. Es wurde erkannt, dass diese Dehnung nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit durch den Einzelschlag-Winkel theta bestimmbar ist. Die a priori unbekannten Einflüsse, z.B. streuende Reibwerte, individuelle Eigenschaften der Stahlplatte 2 etc., dominieren die Abhängigkeit des Einzelschlag-Winkels theta von der Dehnung. Allerdings wurde ebenso erkannt, dass ab der schon erreichten Dehnung durch die erste Phase der relativen Drehwinkel dphi ein robustes Maß für die Dehnung ist. Zugehörig zu dem relativen Drehwinkel dphi wird eine Obergrenze (Normwinkel dPhibz) in Versuchsreihen für jeden Schraubentyp bestimmt, d.h. in Abhängigkeit von Durchmesser, Länge, Gewindesteigung, Materialpaarung von Schraube 4 und Mutter 5 etc.. Es kann vorteilhaft sein, den Normwinkel dPhi abhängig von der Gesamtstärke des Stahlträgers 3 und der Stahlplatte 2 festzulegen. Der relative Drehwinkel wird ab Beginn der zweiten Phase bestimmt, z.B. zu Beginn der zweiten Phase auf Null gesetzt. Die Mutter 5 wird durch Drehen um den Normwinkel dPhi angezogen.

[0014] Das schrittweise Anziehen der Schraube 4 erweist sich als tolerant gegenüber unterschiedlichen Verspannungen zwischen der Stahlplatte 2 und dem Stahlträger 3. Ein mögliches Überdehnen der Schraube 4 durch ein einstufiges Anziehen bis zu einem vorgegebenen Drehmoment kann hierbei vermieden werden.

[0015] Der Schlagschrauber 1 hat einen Elektromotor 7, ein Schlagwerk 8 und eine Abtriebsspindel 9. Das Schlagwerk 8 wird von dem Elektromotor 7 kontinuierlich angetrieben. Sobald ein rückwirkendes Drehmoment M der Abtriebsspindel 9 einen Lastwert M0 überschreitet, übt das Schlagwerk 8 periodisch Schläge mit einem zwar kurzzeitigen aber dafür mit einem sehr hohen Drehmoment auf die Abtriebsspindel 9 aus. Die Abtriebsspindel 9 dreht sich entsprechend anfangs kontinuierlich und danach schrittweise um eine Arbeitsachse 10. Der Elektromotor 7 kann über eine Batterie 11 gespeist oder netzgespeist sein.

[0016] Der Schlagschrauber 1 hat einen Handgriff 12, mittels welchem der Anwender den Schlagschrauber 1 während des Betriebs halten und führen kann. Der Handgriff 12 kann steif oder mitttels Dämpfungselementen an einem Maschinengehäuse 13 befestigt sein. Der Elektromotor 7 und das Schlagwerk 8 sind in dem Maschinengehäuse 13 angeordnet. Der Elektromotor 7 ist mittels eines Tasters 14 ein- und ausschaltbar. Der Taster 14 ist beispielsweise unmittelbar an dem Handgriff 12 angeordnet und durch die den Handgriff umschließende Hand betätigbar. Der Schlagschrauber 1 hat einen Betriebswahlschalter 15 zum Umschalten zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus.

[0017] Das beispielhafte Schlagwerk 8 hat einen Hammer 16 und einen Amboss 17. Der Hammer 16 hat Klauen 18, welche in Drehrichtung an Klauen 19 des Amboss 17 anliegen. Der Hammer 16 kann über die Klauen 18 ein kontinuierliches Drehmoment oder kurzzeitige Drehimpulse auf den Amboss 17 übertragen. Eine Schraubenfeder 20 spannt den Hammer 16 in Richtung zu dem Amboss 17 vor, wodurch der Hammer 16 mit dem Amboss 17 in Eingriff gehalten wird. Falls das Drehmoment den Schwellwert überschreitet, verschiebt sich der Hammer 16 soweit gegen die Kraft der Schraubenfeder 20, bis die Klauen 18 nicht mehr in Eingriff mit dem Amboss 17 sind. Der Elektromotor 7 kann den Hammer 16 in Drehrichtung beschleunigen, bis der Hammer 16 durch die Schraubenfeder 20 erneut in Eingriff mit dem Amboss 17 gezwungen wird. Die zwischenzeitlich gewonnene kinetische Energie überträgt der Hammer 16 in einem kurzen Impuls auf den Amboss 17. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Hammer 16 auf einer Antriebsspindel 21 entlang einer spiralförmigen Bahn 22 zwangsgeführt ist. Die Zwangsführung kann beispielsweise als spiralförmige Vertiefung in der Antriebsspindel 21 und einen in die Vertiefung eingreifenden Zapfen des Hammers 16 realisiert sein. Die Antriebsspindel 21 ist durch den Elektromotor 7 angetrieben.

[0018] Die Abtriebsspindel 9 steht aus dem Maschinengehäuse 13 hervor. Das herausstehende Ende bildet einen Werkzeughalter 23. Der Werkzeughalter 23 hat einen quadratischen Querschnitt. Eine Stecknuss 24 oder ähnliches Werkzeug kann auf den Werkzeughalter 23 aufgesteckt werden. Die Stecknuss 24 hat eine Buchse 25 mit einem quadratischen hohlen Querschnitt, der in seinen Maßen im Wesentlichen dem Werkzeughalter 23 entspricht. Der Buchse 25 gegenüberliegend hat die Stecknuss 24 ein Maul 26 zum Aufnehmen der sechskantigen Schraube 4 oder einer sechskantigen Mutter.

[0019] Der Schlagschrauber 1 hat einen Schlag-Sensor 27 zum Erfassen von Schlägen. Der Schlag-Sensor 27 ist beispielsweise ein Beschleunigungssensor 28 oder ein Mikrophon. Die Schläge führen zu einer Erschütterung des Schlagschraubers 1 mit einer charakteristischen Signatur. Beispielsweise können die Amplitude der erfassten Beschleunigung oder die Lautstärke der erfassten Geräusche mit einem Grenzwert verglichen werden.

[0020] Eine andere Ausgestaltung des Schlag-Sensors 27 beinhaltet eine Auswertung der Leistungsaufnahme des Elektromotors 7. Die Leistungsaufnahme zeigt zu dem Aufschlag des Hammers 16 auf den Amboss 17 einen charakteristischen kurzzeitigen Sprung in der Leistungsaufnahme. Der Schlag-Sensor 27 kann beispielsweise das Signal der Leistungsaufnahme mittels eines Hochpass-Filters filtern und mit einem Grenzwert vergleichen. Anstelle oder zusätzlich zu der Leistungsaufnahme können kurzzeitige Änderungen in der Drehbewegung des Hammers 16 oder des Elektromotor 7 erfasst werden. Während des Schlags verringert sich beispielsweise kurzzeitig die Drehzahl U des Elektromotors 7.

[0021] Der Schlagschrauber 1 hat einen Winkel-Sensor 29 zum Erfassen einer Winkelstellung phi des Amboss 17 bzw. des Werkzeughalters 23. Der Winkel-Sensor 29 kann unmittelbar die Winkelstellung phi des Amboss 17 erfassen. Beispielsweise können an dem Amboss 17 optisch erfassbare Markierungen, z.B. Rillen, eingeprägt sein. Der Winkel-Sensor 29 basiert auf einer optischen Sensorik, welche die Markierungen erfasst.

[0022] Der Winkel-Sensor 29 kann den Fortschritt der Winkelstellung phi des Werkzeughalters 23 schätzen. Der Winkel-Sensor 29 schätzt beispielsweise die Winkelstellung phi basierend auf der Drehbewegung der Antriebsspindel 21 während der Dauer zwischen zwei Schlägen. Der Hammer 16 und der Amboss 17 waren zwischenzeitlich genau einmal außer Eingriff. Der Amboss 17 dreht sich während des fehlenden Eingriffs nicht. Der nächste Eingriff erfolgt, wenn die Klauen 18, 19 wieder in eine eingreifende Stellung gedreht sind. Diese Stellungen sind typischerweise um den Winkelabstand der Klauen 18 des Hammers 16 zueinander versetzt. Entsprechend hat sich der Amboss 17 um diesen Winkelabstand weniger als der Hammer 16 während der Dauer zwischen zwei Schlägen gedreht. Die Drehbewegung des Hammers 16 kann unmittelbar an dem Hammer 16, der Antriebsspindel 21 oder mittelbar an dem Elektromotor 7 erfasst werden.

[0023] Ein beispielhaftes Steuerungsverfahren wird anhand des Ablaufdiagrams in Fig. 2 erläutert. Die Gerätesteuerung 30 detektiert die Stellung des Betriebswahlschalters 15. Die Gerätesteuerung 30 führt gemäß der Stellung des Betriebswahlschalters einen ersten Betriebsmodus oder einen zweiten Betriebsmodus aus.

[0024] Der erste Betriebsmodus kann mit einer optionalen Vorphase beginnen. Die Schraube 4 kontinuierlich gedreht. Der Schlagschrauber 1 dreht den Werkzeughalter 23 mit einer kontinuierlichen Drehzahl U, welche gleich der Drehzahl Uh des Hammers 16 ist (Schritt S1). Die Drehzahl U kann durch den Anwender über den Taster 14 vorgegeben werden oder kann als vorgegebene Größe in der Gerätesteuerung 30 hinterlegt sein. Der Schlagschrauber 1 kann die Drehzahl Uh des Hammers 16 absenken, um ein Schlagen des Schlagwerks zu unterdrücken. Das Absenken des Drehzahl Uh kann bis zu einem Minimalwert erfolgen. Eine Winkelstellung phi des Werkzeughalters 23 erhöht sich kontinuierlich. Das kontinuierliche Drehen ermöglicht eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit.

[0025] Der Schlagschrauber 1 beendet das kontinuierliche Drehen des Werkzeughalters 23, sobald das rückwirkende Drehmoment M an dem Werkzeughalter 23 einen vorgegebenen Lastwert M0 überschreitet (Schritt S2).

[0026] Der Schlagschrauber 1 wechselt selbsttätig in einen schlagenden Betrieb. Der Wechsel ist vorzugsweise durch den mechanischen Aufbau des Schlagschraubers 1 realisiert. Der Lastwert M0 ist bei dem beispielhaften Schlagschrauber 1 durch die Federstärke der Schraubenfeder 20 und die Neigung der Bahn 22 vorgeben. Der Lastwert M0 kann beispielsweise durch eine einstellbare Vorspannung der Schraubenfeder 20 variiert werden.

[0027] Der Schlagschrauber 1 schlägt der Hammer 16 wiederholt in der Umlaufrichtung 31 auf den Amboss 17 (Schritt S3). Die Winkelstellung phi des Werkzeughalters 23 ändert sich nun diskontinuierlich, d.h. schrittweise. Der Amboss 17 dreht sich durch jeden einzelnen Schlag um einen Einzelschlag-Winkel theta in Umlaufrichtung 31. Zwischen den Schlägen ruht der Amboss 17.

[0028] Der Einzelschlag-Winkel theta ist abhängig von dem Gegenmoment der Mutter 5. Die Schlagenergie ist vorzugsweise konstant. Das Gegenmoment der Mutter 5 nimmt mit fortschreitendem Anziehen der Mutter 5 zu, daher verringert sich der Einzelschlag-Winkel theta. Der Einzelschlag-Winkel theta kann sich gleichmäßig und monoton verringern. Allerdings können sich auch Sprünge in dem Einzelschlag-Winkel theta ergeben. Ebenso ist ein zwischenzeitliches Erhöhen des Einzelschlag-Winkels theta möglich, wenn beispielsweise die die Stahlplatte 2 relaxiert. Entsprechend ist a priori der Zeitpunkt zu den Schlagereignissen H1, H2, Hn eines Schlages unbestimmt.

[0029] Während des schlagenden Betriebs wird der Einzelschlag-Winkel theta für jeden einzelnen Schlag erfasst. Beispielsweise erfasst der Schlag-Sensor 27, wann bzw. ob ein Schlag erfolgt (Schritt S4). Der Winkel-Sensor 29 erfasst kontinuierlich die Winkelstellung phi des Amboss 17 (Schritt S5). Die Gerätesteuerung 30 ermittelt den Einzelschlag-Winkel theta des Amboss 17 durch jeden einzelnen Schlag (Schritt S6) basierend auf der Winkelstellung phi vor und nach dem jeweiligen Schlag. Der Einzelschlag-Winkel theta wird mit einem Einzelschlag-Sollwinkel Theta verglichen (Schritt S7).

[0030] Sobald der Einzelschlag-Winkel theta den Einzelschlag-Sollwinkel Theta unterschreitet, ändert sich der erste Betriebsmodus. In einer ersten Ausführungsform beendet der Schlagschrauber 1 den ersten Betriebsmodus und deaktiviert den Elektromotor 7. In einer zweiten Ausführungsform wird eine feste Anzahl N von Schlägen ausgeführt (Schritt S8). Die Anzahl N liegt im Bereich zwischen 5 Schlägen und 20 Schlägen. Das Schlagen mit einer festen Anzahl N ist besonders vorteilhaft, wenn der durch die Schraube 4 vorgegebene Einzelschlag-Sollwinkel Theta unterhalb der Auflösungsgrenze der verfügbaren Sensoren liegt. Es wurde erkannt, dass in diesem Fall ab der schon erreichten Vorspannung eine feste Anzahl N von Schlägen robuster gegenüber a priori unbekannten Einflüssen ist, z.B. im Vergleich zu dem relativen Drehwinkel dphi. Danach beendet der Schlagschrauber 1 den ersten Betriebsmodus und deaktiviert das Schlagwerk 8, z.B. durch Abschalten des Elektromotors 7 (Schritt S9).

[0031] Der Einzelschlag-Sollwinkel Theta und ggf. die feste Anzahl N von Schlägen können für verschiedenen Befestigungselement 4 in einem Speicher 32 hinterlegt sein. Der Anwender wählt über ein Bedienelement 33 an dem Schlagschrauber 1 oder eine mit dem Schlagschrauber 1 externen kommunizierenden Konsole 34 das Befestigungselement 4 aus. Die Gerätesteuerung 30 passt den Einzelschlag-Sollwinkel Theta und ggf. die feste Anzahl N von Schlägen für das Steuerungsverfahren der ersten Phase entsprechend der Wahl des Anwenders an.

[0032] Der zweite Betriebsmodus bzw. zweite Phase kann mit einer Prüfung der bereits erreichten Dehnung beginnen. Beispielsweise schlägt der Schlagschrauber 1 wenige Male, z.B. einmal bis dreimal (Schritt S11). Der Schlagschrauber 1 erfasst dabei den Einzelschlag-Winkel theta (Schritt S12). Das Erfassen des Einzelschlag-Winkels theta kann wie oben beschrieben erfolgen. Der Einzelschlag-Winkel theta wird mit dem Einzelschlag-Sollwinkel Theta verglichen (Schritt S13). Falls der Einzelschlag-Winkel theta den vergebenen Einzelschlag-Sollwinkel Theta nicht unterschreitet, bricht die Gerätesteuerung 30 den zweiten Betriebsmodus ab und gibt an den Anwender eine Warnung aus (Schritt S14). Der Anwender wird vorzugsweise aufgefordert, die Schrauben gemäß dem ersten Betriebsmodus anzuziehen. Falls der Einzelschlag-Sollwinkel Theta unterschritten wird, beginnt der eigentliche zweite Betriebsmodus.

[0033] Anfangs der zweiten Phase wird die aktuelle Winkelstellung phi des Amboss 17 erfasst und als Ausgangsstellung Phi hinterlegt (Schritt S15). Die Ausgangsstellung Phi wird vorzugsweise vor der Prüfung erfasst, um die durch die Prüfung erfolgte Drehung für das nachfolgende Verfahren mit zu erfassen.

[0034] Der Schlagschrauber 1 übt Schläge auf den Amboss 17 aus (Schritt S16). Der Winkel-Sensor 29 erfasst die aktuelle Winkelstellung phi des Amboss 17 (Schritt S17). Die aktuelle Winkelstellung phi wird fortlaufend mit der Ausgangsstellung Phi verglichen. Aus der aktuellen Winkelstellung phi wird der aktuelle relative Drehwinkel dphi basierend auf der Ausgangsstellung Phi bestimmt. Der relative Drehwinkel dphi ist beispielsweise einfach die Differenz des aktuellen Winkelstellung phi des Amboss 17 zu der Ausgangsstellung Phi. Der aktuelle relative Drehwinkel dphi wird mit dem Normwinkel dPhi verglichen. Sobald erfasst wird, dass der aktuelle relative Drehwinkel dphi größer als der Normwinkel dPhi ist (Schritt S18), stoppt die Gerätesteuerung 30 das Schlagwerk 8, z.B. durch Deaktivieren des Elektromotors 7 (Schritt S19). Die Schraube 4 ist nun bis zu der finalen Dehnung angezogen.

[0035] Während der ersten Phase können Eigenbewegungen des Schlagschraubers 1, insbesondere eine Drehbewegung um die Arbeitsachse 10, in guter Näherung vernachlässigt werden. Die Schätzung des Einzelschlag-Winkels theta ist ausreichend unabhängig von den typisch auftretenden, zumeist langsamen Eigenbewegungen. Während der zweiten Phase kann die Eigenbewegung einen Einfluss auf die Dehnung haben. Die zu erreichende relative Drehung der Schraube 4 gegenüber der Mutter 5 ist nur bei einem ruhenden Schlagschrauber 1 gleich der aktuellen Winkelstellung phi des Amboss 17 gegenüber dem Maschinengehäuse 13. Der Schlagschrauber 1 erfasst vorteilhafterweise während der zweiten Phase Drehbewegungen seines Maschinengehäuses 13 gegenüber dem Raum. Der Schlagschrauber 1 hat beispielsweise einen Drehbewegungssensor 35 zum Bestimmen einer Winkelgeschwindigkeit um die Arbeitsachse 10 basierend auf der Corioliskraft oder einen Beschleunigungssensor zum Bestimmen von Drehbeschleunigungen um die Arbeitsachse 10. Die Gerätesteuerung 30 ermittelt basierend auf der Drehbewegung einen Winkel omega, um welchen sich der Schlagschrauber 1 um die Arbeitsachse 10 gedreht hat. Die aktuellen Winkelstellung phi des Amboss 17 wird um den Winkel omega korrigiert (Schritt S20).

[0036] Der Normwinkel dPhi kann für verschiedenen Befestigungselement 4 in einem Speicher 32 hinterlegt sein. Der Anwender wählt über ein Bedienelement 33 an dem Schlagschrauber 1 oder einer mit dem Schlagschrauber 1 externen Konsole 34 das Befestigungselement 4 aus. Die Gerätesteuerung 30 passt den Normwinkel dPhi für das Steuerungsverfahren der zweiten Phase entsprechend der Wahl des Anwenders an.

[0037] Die externe Konsole 34 hat eine Schnittstelle 36 für eine drahtlose Kommunikation, welche mit einer entsprechenden Schnittstelle 37 des Schlagschraubers 1 kommunizieren kann. Die externe Konsole 34 beinhaltet beispielsweise die Datenbank 38 mit den Parametern wie Einzelschlag-Sollwinkel Theta und Normwinkel dPhi für unterschiedliche Befestigungsmittel, Schrauben, etc.. Die externe Konsole 34 kann beispielsweise durch einen Software-Applikation auf einem herkömmlichen Mobilgerät, z.B. Smartphone, realisiert sein.

[0038] Das Anziehen der Schraube 4 mit dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus wird vorzugsweise für jede Schraube 4 automatisch protokolliert. Das Protokoll hält beispielsweise den Zeitpunkt fest, an welchem eine Schraube 4 mit dem ersten Betriebsmodus und an welchem die Schraube 4 mit dem zweiten Betriebsmodus angezogen wurde. Hieraus lässt sich beispielsweise erkennen, ob wie gewünscht zuerst alle Schrauben an einem Stahlträger 3 mit dem ersten Betriebsmodus angezogen sind, bevor die erste der Schrauben mit dem zweiten Betriebsmodus auf die finale Dehnung anzogen wird. Der Schlagschrauber 1 kann das Protokoll den einzelnen Schrauben beispielsweise anhand deren Position im Raum zuordnen. Eine Trackingeinrichtung 39 erfasst die Position des Schlagschraubers 1 in dem Raum, welche im Wesentlichen gleich der Position der Schraube 4 in dem Raum ist. Die Trackingeinrichtung 39 kann über eine drahtlose Schnittstelle 40 mit einer entsprechenden Schnittstelle 37 der Gerätesteuerung 30 kommunizieren. Alternativ übermittelt die Trackingeinrichtung 39 die Position an externe Konsole 34. Eine Datenbank 38 zum Aufzeichnen des Protokolls kann in dem Schlagschrauber 1 oder in der Konsole 34 vorgesehen sein.

Ansprüche

1. Steuerungsverfahren für einen handgehaltenen Schlagschrauber (1) zum Befestigen von Stahlbauelementen mittels Schraubverbindungen, der einen Handgriff (12), einen Elektromotor (7), einen von dem Elektromotor (7) angetriebenen Hammer (16), einen Amboss (17) zum Aufnehmen von in einer Umlaufrichtung (31) wirkenden Schlägen des Hammers (16), einen an dem Amboss (17) angeordneten Werkzeughalter (23) und einen Betriebswahlschalter (15) aufweist, mit den Schritten:

Ausführen eines ersten Betriebsmodus, wenn der Betriebswahlschalter (15) in einer ersten Stellung ist, wobei während des ersten Betriebsmodus erste Schläge des Hammers (16) auf den Amboss (17) ausgeführt werden,

das Ereignis eines Schlages des Hammers (16) auf den Amboss (17) mit einem Schlag-Sensor (27) erfasst wird,

eine Winkelstellung (phi) des Amboss (17) mit einem Winkel-Sensor (29) erfasst wird,

ein Einzelschlag-Winkel (theta) des Amboss (17) durch den zuletzt erfassten Schlag basierend auf der Winkelstellung (phi) des Amboss (17) vor dem zuletzt erfassten Schlag und der Winkelstellung (phi) des Amboss (17) nach dem zuletzt erfassten Schlag geschätzt wird,

der Einzelschlag-Winkel (theta) mit einem Einzelschlag-Sollwinkel (Theta) verglichen wird,

der erste Betriebsmodus beendet wird, wenn der Einzelschlag-Winkel (theta) einen Einzelschlag-Sollwinkel (Theta) unterschreitet,

und Ausführen eines zweiten Betriebsmodus, wenn der Betriebswahlschalter (15) in einer zweiten Stellung ist, wobei während des zweiten Betriebsmodus

vor den zweiten Schlägen die Winkelstellung (phi) des Amboss (17) mit dem Winkel-Sensor (29) als Ausgangsstellung (Phi) erfasst wird,

Ausführen von zweiten Schlägen des Hammers (16) auf den Amboss (17), wobei während der zweiten Schläge ein relativer Drehwinkel (dphi) des Amboss (17) zu der Ausgangsstellung (Phi) bestimmt wird, und

der zweite Betriebsmodus beendet wird, wenn relativer Drehwinkel (dphi) einen Normwinkel (dPhi) überschreitet, wobei der zweite Betriebsmodus vor dem Ausführen der zweiten Schläge wenigstens einen ersten Schlag ausführt, den Einzelschlag-Winkel (theta) zu dem ersten Schlag bestimmt und mit dem Einzelschlag-Sollwinkel (Theta) vergleicht und wobei wenn der Einzelschlag-Winkel (theta) den Einzelschlag-Sollwinkel (Theta) überschreitet der zweite Betriebsmodus abgebrochen wird.

2. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ereignis eines Schlages mittels eines Beschleunigungssensors oder eines Mikrophons erfasst wird.

3. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Änderungen in der Leistungsaufnahme des Elektromotor (7) oder in der Drehzahl des Elektromotors (7) erfasst werden und ein Zeitpunkt, an welchem eine kurzzeitige einen Schwellwert überschreitende Änderung auftritt, einem Ereignis eines Schlages zugeordnet wird.

4. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehbewegung des Hammers (16) und eine Anzahl der Schläge erfasst werden und die Winkelstellung (phi) des Amboss (17) basierend auf der Drehbewegung des Hammers (16) und der Anzahl der Schläge bestimmt wird.

5. Steuerungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehbewegung des Elektromotors zum Erfassen der Drehbewegung des Hammers (16) bestimmt wird.

6. Steuerungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehbewegung des Handgriffs (12) mit einem Drehbewegungssensor (35) erfasst wird und der relative Drehwinkel (dphi) basierend auf der Winkelstellung (phi) des Amboss (17) und der Drehbewegung des Handgriffs (12) bestimmt wird.

7. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar anschließend an die ersten Schläge eine vorgegebene Anzahl dritter Schläge mit dem Hammer (16) ausgeführt werden.

8. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsmodus und der zweite Betriebsmodus protokolliert individuell für jede Schraube (4) protokolliert werden.

Claims

1. Control method for a handheld impact wrench (1) for fastening steel components by means of screw connections, the impact wrench having a handle (12), an electric motor (7), a hammer (16) driven by the electric motor (7), an anvil (17) for absorbing impacts of the hammer (16) acting in a circumferential direction (31), a tool holder (23) arranged on the anvil (17) and an operating mode selector switch (15), the method comprising the steps of:

performing a first operating mode when the operating mode selector switch (15) is in a first position, wherein, during the first operating mode,

first impacts of the hammer (16) are performed on the anvil (17),

the event of an impact of the hammer (16) on the anvil (17) is detected by an impact sensor (27),

an angular position (phi) of the anvil (17) is detected by an angle sensor (29),

a single-impact angle (theta) of the anvil (17) is estimated by the last detected impact, on the basis of the angular position (phi) of the anvil (17) before the last detected impact and the angular position (phi) of the anvil (17) after the last detected impact,

the single-impact angle (theta) is compared with a single-impact setpoint angle (Theta), the first operating mode is ended when the single-impact angle (theta) is below a single-impact setpoint angle (Theta),

and performing a second operating mode when the operating mode selector switch (15) is in a second position, wherein, during the second operating mode,

before the second impacts, the angular position (phi) of the anvil (17) is detected by the angle sensor (29) as the initial position (Phi),

performing second impacts of the hammer (16) on the anvil (17), wherein, during the second impacts, a relative angle of rotation (dphi) of the anvil (17) in relation to the initial position (Phi) is determined, and

the second operating mode is ended when the relative angle of rotation (dphi) exceeds a standard angle (dPhi),

wherein, before performing the second impacts, the second operating mode performs at least one first impact, determines the single-impact angle (theta) in relation to the first impact and compares it with the single-impact setpoint angle (Theta), and wherein the second operating mode is discontinued when the single-impact angle (theta) exceeds the single-impact setpoint angle (Theta).

2. Control method according to Claim 1, characterized in that the event of an impact is detected by means of an acceleration sensor or a microphone.

3. Control method according to Claim 1, characterized in that changes in the power take-up of the electric motor (7) or in the speed of the electric motor (7) are detected and a point in time at which a brief change exceeding a threshold value occurs is assigned to an impact event.

4. Control method according to one of the preceding claims, characterized in that a rotary movement of the hammer (16) and a number of impacts are detected and the angular position (phi) of the anvil (17) is determined on the basis of the rotary movement of the hammer (16) and the number of impacts.

5. Control method according to Claim 4, characterized in that a rotary movement of the electric motor is determined for detecting the rotary movement of the hammer (16).

6. Control method according to Claim 4 or 5, characterized in that a rotary movement of the handle (12) is detected by a rotary movement sensor (35) and the relative angle of rotation (dphi) is determined on the basis of the angular position (phi) of the anvil (17) and the rotary movement of the handle (12).

7. Control method according to one of the preceding claims, characterized in that, directly following the first impacts, a predetermined number of third impacts are performed with the hammer (16).

8. Control method according to one of the preceding claims, characterized in that the first operating mode and the second operating mode are logged, logged individually for each screw (4).

Revendications

1. Procédé de commande pour une clé à chocs portable (1) destinée à fixer des éléments structurels en acier au moyen d'assemblages vissés, qui présente une poignée (12), un moteur électrique (7), un impacteur (16) entraîné par le moteur électrique (7), une enclume (17) pour recevoir des chocs de l'impacteur (16) agissant dans une direction périphérique (31), un porte-outil (23) disposé sur l'enclume (17) et un sélecteur de mode (15), comprenant les étapes consistant à :

exécuter un premier mode de fonctionnement si le sélecteur de mode (15) se trouve dans une première position, dans lequel, pendant le premier mode de fonctionnement, des premiers chocs de l'impacteur (16) sont appliqués sur l'enclume (17),

le résultat d'un choc de l'impacteur (16) sur l'enclume (17) est détecté par un capteur de choc (27),

une position angulaire (phi) de l'enclume (17) est détectée par un capteur d'angle (29), un angle de choc individuel (thêta) de l'enclume (17) par le choc détecté en dernier est estimé sur la base de la position angulaire (phi) de l'enclume (17) avant le choc détecté en dernier et de la position angulaire (phi) de l'enclume (17) après le choc détecté en dernier,

l'angle de choc individuel (thêta) est comparé avec un angle théorique de choc individuel (Thêta),

le premier mode de fonctionnement est terminé lorsque l'angle de choc individuel (thêta) soupasse un angle théorique de choc individuel (Thêta),

et exécuter un deuxième mode de fonctionnement si le sélecteur de mode (15) se trouve dans une deuxième position, dans lequel, pendant le deuxième mode de fonctionnement,

la position angulaire (phi) de l'enclume (17) est détectée par le capteur d'angle (29) comme la position initiale (Phi) avant les deuxièmes chocs,

appliquer des deuxièmes chocs de l'impacteur (16) sur l'enclume (17), dans lequel, pendant les deuxièmes chocs, un angle de rotation (dphi) de l'enclume (17) par rapport à la position initiale (Phi) est déterminé, et

le deuxième mode de fonctionnement est terminé lorsque l'angle de rotation relatif (dphi) dépasse un angle normal (dPhi),

dans lequel le deuxième mode de fonctionnement applique au moins un premier choc avant l'application des deuxièmes chocs, détermine l'angle de choc individuel (thêta) par rapport au premier choc, et le compare avec l'angle théorique de choc individuel (Thêta), et dans lequel, lorsque l'angle de choc individuel (thêta) dépasse l'angle théorique de choc individuel (Thêta), le deuxième mode de fonctionnement est abandonné.

2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'événement d'un choc est détecté au moyen d'un capteur d'accélération ou d'un microphone.

3. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que des variations de la puissance absorbée du moteur électrique (7) ou du régime du moteur électrique (7) sont détectées, et un instant où survient une brève variation dépassant une valeur seuil est attribué à un événement d'un choc.

4. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un mouvement de rotation de l'impacteur (16) et un nombre des chocs sont détectés, et la position angulaire (phi) de l'enclume (17) est déterminée sur la base du mouvement de rotation de l'impacteur (16) et du nombre des chocs.

5. Procédé de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un mouvement de rotation du moteur électrique est déterminé pour détecter le mouvement de rotation de l'impacteur (16).

6. Procédé de commande selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'un mouvement de rotation de la poignée (12) est détecté par un capteur de mouvement de rotation (35), et l'angle de rotation relatif (dphi) est déterminé sur la base de la position angulaire (phi) de l'enclume (17) et du mouvement de rotation de la poignée (12).

7. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'immédiatement après les premiers chocs, un nombre prédéfini de troisièmes chocs est appliqué par l'impacteur (16).

8. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier mode de fonctionnement et le deuxième mode de fonctionnement sont enregistrés, enregistrés individuellement pour chaque vis (4).

Zeichnung