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Die
Erfindung betrifft ein Schraubwerkzeug mit einem in einem Gehäuse angeordneten
Antrieb und einer mit dem Antrieb verbundenen Abtriebswelle an der
stirnseitig ein Schraubendreher angeordnet ist.
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In
elektrisch oder pneumatisch angetriebenen Schraubwerkzeugen werden üblicherweise
kurze, austauschbare Schraubendreherspitzen (auch als Bits bezeichnet)
verwendet. Die Schraubedreherspitzen sind an unterschiedliche Formen
von Schraubenköpfen,
insbesondere von Schlitzschrauben, Kreuz-Schlitz-Schrauben, Innensechskant-Schrauben
sowie Torx-Schrauben
angepasst. Derartige Schraubwerkzeuge kommen unter anderem in Form der
stark verbreiteten Akku-Schrauber zum Einsatz, mit denen sich mit
geringem Kraftaufwand und rasch Bauteile miteinander befestigen
lassen, ohne den Schraubenkopf zu beschädigen.
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Aufgrund
der vorgenannten Vorzüge
hat sich die Verwendung von motorisch angetriebenen Schraubwerkzeugen
insbesondere auch in der Automobilproduktion durchgesetzt. Für bestimmte
Montageaufgaben an Kraftfahrzeugen müssen so genannte Stell-Klemm-Elemente am
Fahrzeug angebracht werden, die aus einer hohlzylindrischen Hülse sowie einer
sich durch den Hohlzylinder erstreckenden Innen-Schraube bestehen.
Diese Stell-Klemm-Elemente werden derzeit mit zwei unterschiedlichen Schraubwerkzeugen
angebracht. Zum Einschrauben der Schraubhülse kommt ein ringförmiges Schraubwerkzeug
zum Erfassen der Antriebsprofile an der Mantelfläche der Hülse zum Einsatz, während die
Innen-Schraube mit
einem Schraubwerkzeug eingedreht wird, dessen Schraubendreherspitze
stirnseitig in den Schraubenkopf eingreift.
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Vielfach
müssen
beim Einschrauben von Innen-Schraube und Hülse unterschiedliche Anzugsmomente
berücksichtigt
werden, so dass die vorzuhaltenden Schraubwerkzeuge Abschaltkupplungen mit
unterschiedlichen Abschaltmomenten aufweisen müssen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu
Grunde, ein Schraubwerkzeug der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit
dem sich unterschiedliche Verbindungselemente, insbesondere Stell-Klemm-Elemente
bestehend aus einer einschraubbaren Hülse und einer Innen-Schraube mit nur
einem Schraubwerkzeug anbringen lassen. Ein weiteres Ziel der Erfindung
besteht darin, die unterschiedlichen Verbindungselemente mit unterschiedlichen
Anzugsmomenten anziehen zu können.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Schraubwerkzeug der eingangs erwähnten Art
dadurch gelöst, dass
das Schraubwerkzeug ein die Abtriebswelle umgebendes Aufnahmeteil
aufweist, das in Richtung der Achse der Abtriebswelle gegen die
Kraft eines Rückstellelementes
verschieblich geführt
ist, an dem Aufnahmeteil ein die Abtriebswelle und die Schraubendreherspitze
umgebendes ringförmiges
Schraubwerkzeug zum Erfassen der Antriebskonturen der Mantelfläche eines
Verbindungselementes drehbar gelagert ist und das zwischen dem drehbar
gelagerten ringförmigen
Schraubwerkzeug und der Abtriebswelle zumindest eine schaltbare
Kupplung angeordnet ist.
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Die
axiale Verschieblichkeit des Aufnahmeteils ermöglicht eine Relativbewegung
zwischen dem an dem Aufnahmeteil drehbar gelagerten ringförmigen Schraubwerkzeug
sowie der stirnseitig an der Abtriebswelle angeordneten Schraubendreherspitze, so
dass entweder das ringförmige
Schraubwerkzeug oder die Schraubendreherspitze zum Einsatz gelangt.
Für den
Einsatz der Schraubendreherspitze, muss mit einer in Achsrichtung
der Abtriebswelle wirkenden Kraft gegen den Schraubenkopf gedrückt werden.
Hierdurch bewegt sich das Aufnahmeteil gegen die Kraft des Rückstellelementes
in Richtung der Achse der Abtriebswelle von der Schraubendreherspitze
weg, so dass diese den Schraubenkopf der Innen-Schraube erfassen
kann.
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Zwischen
dem drehbar gelagerten ringförmigen
Schraubwerkzeug und der Abtriebswelle ist zumindest eine schaltbare
Kupplung angeordnet, die den Kraftfluss zwischen der Abtriebswelle
und dem ringförmigen
Schraubwerkzeug trennt oder verbindet. Die schaltbare Kupplung ist
vorzugsweise kraftschlüssig
und selbstschaltend, insbesondere als Rutschkupplung ausgeführt, die
bei Erreichen des Anzugsmomentes den Kraftfluss zwischen Abtriebswelle
und dem ringförmigen
Schraubwerkzeug trennt. Durch die konstruktive Auslegung der Rutschkupplung
kann das Anzugsmoment des ringförmigen Schraubwerkzeugs
bestimmt werden. Die Rutschkupplung ist vorzugsweise als Lamellenkupplung ausgelegt.
Grundsätzlich
kommen jedoch auch andere Bauformen in Betracht.
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In
besonders bevorzugter Ausführungsform der
Erfindung ist zusätzlich
zu der kraftschlüssigen, selbstschaltend
ausgeführten
Rutschkupplung eine fremdgeschaltete und formschlüssig ausgeführte Kupplung
zwischen dem drehbar gelagerten ringförmigen Schraubwerkzeug und
der Abtriebswelle angeordnet. Die Schaltung dieser formschlüssig ausgeführten Kupplung
wird vorzugsweise dadurch bewirkt, dass der Kraftfluss zwischen
dem mit der Abtriebswelle verbundenen ersten Kupplungselement der
Rutschkupplung und der Abtriebswelle durch eine Axialverschiebung
des ersten Kupplungselementes längs
der Achse der Abtriebswelle getrennt wird. Diese Axialverschiebung
des ersten Kupplungselementes wird dadurch unterstützt, dass
das erste Kupplungselement von der Kraft einer Feder beaufschlagt
wird, die zwischen dem ersten Kupplungselement und dem ringförmigen Schraubwerkzeug
angeordnet ist. Die das Drehmoment der Rutschkupplung bestimmende
Federkraft wirkt in Richtung des zweiten Kupplungselementes. Die
für den
Einsatz der Schraubendreherspitze ohnehin erforderliche Axialverschiebung
des Aufnahmeteils bewirkt aufgrund dieser Konstruktion zugleich
eine Axialverschiebung des ersten Kupplungselementes der Rutschkupplung
längs der
Achse der Abtriebswelle in einem Bereich der Abtriebswelle, in dem
die Formschlusskonturen der zusätzlichen
Kupplung außer Eingriff
gelangen. Die zusätzliche
Kupplung verhindert, dass während
der Nutzung der Schraubendreherspitze des Schraubwerkzeugs ein Drehmoment auf
das ringförmige
Schraubwerkzeug von der entkoppelten Abtriebswelle ausgeübt wird.
Diese Momentenfreiheit ist jedoch nicht zwingend erforderlich, da
die Rutschkupplung bauartbedingt ein Überschreiten des Anzugsmomentes
des von dem ringförmigen
Schraubwerkzeugs erfassten Verbindungselementes wirksam verhindert.
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Das
vorzugsweise hülsenförmige Aufnahmeteil
zur drehbaren Lagerung des ringförmigen Schraubwerkzeuges
ist insbesondere verdrehgesichert zu dem Gehäuse des Schraubwerkzeuges in Achsrichtung
der Abtriebswelle geführt.
Die Verdrehsicherung erfolgt beispielsweise mittels einer Passfeder.
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Um
beim Eindrehen der Innen-Schraube mit der Schraubendreherspitze
eine Verdrehung des ringförmigen
Schraubwerkzeuges zu verhindern, sind an dem Aufnahmeteil vorzugsweise
Mittel zum zeitweiligen Arretieren des ringförmigen Schraubwerkzeuges angeordnet.
Zum Arretieren kommen insbesondere Formschlusskonturen oder Reibmittel, beispielsweise
in Form eines Reibbelages oder einer Verzahnung in Betracht. Die
Mittel zum Arretieren kommen vorzugsweise durch die Axialbewegung
des Aufnahmeteils selbstständig
zum Eingriff, wenn das Aufnahmeteil in Richtung des Gehäuses des Schraubwerkzeuges
verschoben wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schraubwerkzeuges
sowie
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2 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips.
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Das
erfindungsgemäße Schraubwerkzeug umfasst
einen herkömmlichen
Schrauber (100) mit einem in einem in 1 lediglich
teilweise dargestellten Gehäuse
(101) angeordneten elektrischen Antrieb, der mit einer
Abtriebswelle (200) verbunden ist. Zwischen dem nicht dargestellten
Elektroantrieb des Schraubers (100) und der Abtriebswelle
(200) ist üblicherweise
eine mechanische oder elektronische Drehmoment-Abschaltkupplung
angeordnet, die bei Erreichen eines gewünschten Anzugmomentes den Kraftfluss
zwischen Elektroantrieb und Abtriebswelle (200) trennt.
Am stirnseitigen Ende der Abtriebswelle (200) befindet
sich die Schraubendreherspitze (201), die im dargestellten
Ausführungsbeispiel
als Torx-Schraubendreherspitze in Form eines sechszahnigen Sterns
ausgebildet ist.
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Die
Schraubendreherspitze (201) ist stirnseitig in den Kopf
(300) einer Innen-Schraube (301) einsteckbar.
Die Innen-Schraube
(301) ist Bestandteil eines so genannten Stell-Klemm-Elementes (302), das
zu Montagezwecken in der Automobilindustrie zum Einsatz gelangt.
Wie aus der 1 erkennbar wird die Innen-Schraube
(301) von einer hohlzylindrischen Hülse (303) umgeben.
Die Hülse
(303) weist an ihrer Mantelfläche (304) Antriebskonturen
(305) auf, die von einem ringförmigen Schraubwerkzeug (400)
in Drehung versetzbar sind. Zwischen der Hülse (303) und der
Innen-Schraube (301)
des Stell-Klemm-Elementes (302) ist ein die Innen-Schraube
(301) umgebender elastischer Ring (306) angeordnet.
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Um
mit dem Schrauber (100) sowohl die Innen-Schraube (301)
des Stell-Klemm-Elementes (302) als auch die Hülse (303)
anziehen zu können, weist
der Schrauber (100) zusätzlich
das ringförmige Schraubwerkzeug
(400) auf, das drehbar an einem Aufnahmeteil (500)
gelagert ist, das verdrehsicher jedoch in Richtung der Achse (202)
der Abtriebswelle (200) verschiebbar geführt ist.
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Zwischen
dem drehbar gelagerten ringförmigen
Schraubwerkzeug (400) und der Abtriebswelle (200)
befindet sich zur Drehmomentübertragung
eine Kupplungsanordnung (600).
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Stirnseitig
weist das ringförmige
Schraubwerkzeug (400) ein ringförmiges Profil (401)
auf, das mit den Antriebskonturen (305) der Hülse (303)
zusammenwirkt. In Richtung der Achse (202) unterhalb des
ringförmigen
Profils (401) befindet sich eine Schulter (402),
die einerseits als stirnseitiger Anschlag der Hülse (303) und andererseits
als Widerlager für
eine Feder (601) dient, die auf die Kupplungsanordnung
(600) einwirkt. Die Feder (601) ist im dargestellten
Ausführungsbeispiel
als Spiralfeder ausgestaltet. An der dem Profil (401) gegenüberliegenden
Stirnseite weist das ringförmige
Schraubwerkzeug (400) eine Lagerschale (403) auf,
die im gezeigten Ausführungsbeispiel
mit einer Schraubhülse (404)
lösbar
verbunden ist. Die Lagerschale (403) und die Schraubhülse (404)
können
jedoch auch einteilig ausgeführt
sein.
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Mit
dem ringförmigen
Schraubwerkzeug (400) ist darüber hinaus eine Mitnehmerscheibe (602)
der Kupplungsanordnung (600) drehfest verbunden. Die Wirkungs-
und Funktionsweise dieses Kupplungselementes (604) wird
weiter unten näher erläutert.
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Das
Aufnahmeteil (500) wird von einer Schiebehülse (501)
gebildet, die einen hohlzylindrischen Klemmring (502) konzentrisch
umgibt. Der Klemmring (502) ist an seiner dem Gehäuse (101) des
Schraubers (100) zugewandten Stirnseite mit einer Spannvorrichtung
(503) verbunden, die eine drehfeste Klemmverbindung mit
dem Gehäuse
(101) ermöglicht.
Diese einfache Klemmverbindung erlaubt die problemlose Nachrüstung herkömmlicher Schrauber
(100) mit den erfindungswesentlichen Komponenten (400, 500, 600).
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Die
Schiebehülse
(501) ist um den Verschiebeweg (504) in Richtung
der Achse (202) axial gegenüber dem Klemmring (502)
aus der in 1 dargestellten Ausgangslage
verschieblich geführt.
Die Verschiebung aus der Ausgangslage erfolgt gegen die Kraft einer
als Rückstellelement
wirkenden Feder (505), die als Spiralfeder ausgebildet
ist. An ihrem oberen Ende liegt die Feder (505) an einem
stirnseitigen Rand (506) der Schiebehülse (501) an, während die
untere Stirnseite der Feder (505) auf einer umlaufenden
Schulter (507) des Klemmrings (502) aufliegt.
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Die
Kupplungsanordnung (600) zwischen dem drehbar gelagerten
ringförmigen
Schraubwerkzeugs (400) und der Abtriebswelle (200)
besteht zum Einen aus einer Rutschkupplung mit einem ersten Kupplungselement
(603) und einem zweiten Kupplungselement (604)
sowie einer fremdgeschalteten und formschlüssig ausgeführten zusätzlichen Kupplung.
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Das
erste Kupplungselement (603) der Rutschkupplung ist als
Mitnehmerscheibe (605) ausgeführt. In der in 1 dargestellten
Ausgangslage des Schraubwerkzeuges steht eine Innenverzahnung des
ersten Kupplungselementes (603) in Form der Mitnehmerscheibe
(605) mit einem außenverzahnten
Abschnitt (203) der Abtriebswelle (200) in Umfangsrichtung
der Abtriebswelle in formschlüssiger
Verbindung. Die erforderliche Reibkraft zwischen der ersten und
zweiten Mitnehmerscheibe (602, 605) wird maßgeblich
durch die Feder (601) hervorgerufen.
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Wird
nun die Schiebehülse
(501) aus der in 1 dargestellten
Ausgangslage um den Verschiebeweg (504) in Pfeilrichtung
(508) verschoben, bewegt sich das an der Aufnahmehülse (501)
mittels des Kugellagers (405) drehbar gelagerte Schraubwerkzeug
(400) zusammen mit den beiden Mitnehmerscheiben (602, 605)
der Rutschkupplung relativ zu der Abtriebswelle (200),
wobei der innenverzahnte Durchgang der Mitnehmerscheibe (605)
in einen gegenüber
dem außenverzahnten
Abschnitt (203) eingezogenen Abschnitt (204) der
Abtriebswelle (200) gelangt, so dass der Kraftfluss zwischen
der Abtriebswelle (200) und dem ersten Kupplungselement (603)
in Form von der Mitnehmerscheibe (605) getrennt wird. Der
Durchgang der Mitnehmerscheibe (602) befindet sich ständig in
dem eingezogenen Abschnitt (204), so dass auf den Durchgang
zu keinem Zeitpunkt unmittelbar Drehmomente von der Abtriebswelle
(200) ausgeübt
werden.
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Die
Schaltung dieser formschlüssig
ausgeführten
Kupplung (203/204) erfolgt durch die Ausübung einer
Druckkraft auf den Schrauber (100) entgegen der Kraft der
Feder (505), die ohnehin ausgeübt werden muss, wenn die Schraubendreherspitze (201)
in dem Kopf (300) der Innen-Schraube (301) eingreifen
soll. Die dabei automatisch eintretende Entkopplung des ringförmigen Schraubwerkzeuges (400)
von der Abtriebswelle (200) hat zur Folge, dass auf die
Hülse (303)
keine Drehmomente mehr übertragen
werden, während
die Innen-Schraube
(301) gedreht wird. Das Anzugsmoment für die Innen-Schraube (301) wird ausschließlich von
dem durch die Abschaltkupplung des Schraubers (100) vorgegebenen
Drehmoment bestimmt, das abweichend zu dem durch die Rutschkupplung
vorgegebenen Moment für
die Hülse
(303) sein kann.
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Im
Ergebnis lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Schraubwerkzeug unterschiedliche
Verbindungselemente, insbesondere die Hülse (
303) sowie die
Innen-Schraube (
301) mit einem einzigen Schraubwerkzeug
mit unterschiedlichen Anzugsmomenten eindrehen. Die Notwendigkeit
eines zweimaligen Ansetzens eines Schraubwerkzeugs sowie das Bereithalten
unterschiedlicher Schraubwerkzeuge entfällt, wodurch insbesondere in
industriellen Produktionsprozessen, beispielsweise der Automobilindustrie,
erhebliche Kostenersparnisse durch reduzierte Montagezeiten und
Werkzeugkosten erzielbar sind. Bezugszeichenliste
| Nr. | Bezeichnung |
| 100 | Schrauber |
| 101 | Gehäuse |
| | |
| 200 | Abtriebswelle |
| 201 | Schraubendrehspitze |
| 202 | Achse |
| 203 | außenverzahnter
Abschnitt |
| 204 | eingezogenen
Abschnitt |
| | |
| 300 | Kopf |
| 301 | Innen-Schraube |
| 302 | Stell-Klemm-Element |
| 303 | Hülse |
| 304 | Mantelfläche |
| 305 | Antriebskontur |
| 306 | elastischer
Ring |
| | |
| 400 | ringförmiges Schraubwerkzeug |
| 401 | ringförmiges Profil |
| 402 | Schulter |
| 403 | Lagerschale |
| 404 | Schraubhülse |
| 405 | Kugellager |
| | |
| 500 | Aufnahmeteil |
| 501 | Schiebehülse |
| 502 | Klemmring |
| 503 | Spannvorrichtung |
| 504 | Verschiebung |
| 505 | Feder
(Rückstellelement) |
| 506 | stirnseitiger
Rand |
| 507 | umlaufende
Schulter |
| 508 | Pfeilrichtung |
| | |
| 600 | Kupplungsanordnung |
| 601 | Feder |
| 602 | Mitnehmerscheibe |
| 603 | erstes
Kupplungselement |
| 604 | zweites
Kupplungselement |
| 605 | Mitnehmerscheibe |