DE19507097A1 - Pneumatischer Motorschraubenschlüssel - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem pneumatischen Motor­ schraubenschlüssel mit einem Drehmotor, einem Druckluft-Ein­ laßkanal, einem Luft-Abschaltventil in dem Einlaßkanal, einer Abtriebswelle, einer drehmomentbegrenzenden Rutschkupplung, die zwischen dem Motor und der Abtriebswelle angeordnet ist und eine antreibende Kupplungshälfte, drehmomentübertragende Wälzkörper und eine angetriebene Kupplungshälfte einschließt, welche mit an den Wälzkörpern angreifenden Nockenflächen aus­ gebildet ist, und mit einem das Rutschmoment bestimmenden Druckmantel, der von einer Feder zum Eingriff mit den Wälz­ körpern hin vorbelastet und für eine axiale Verschiebung beim Lösen der Kupplung beweglich auf der antreibenden Kupplungs­ hälfte geführt ist, wobei der Druckmantel mit einer inneren Ausnehmung ausgebildet ist, weiterhin mit einer Betätigungs­ stange, die mit dem Abschaltventil verbunden ist und sich durch eine axiale Bohrung in der antreibenden Kupplungshälfte erstreckt, sowie mit Verriegelungsmitteln, welche beim Lösen der Kupplung von einer die Betätigungsstange verriegelnden Stellung in eine die Betätigungsstange freigebende Stellung bezüglich der antreibenden Kupplungshälfte radial bewegbar sind und dabei zum Teil in die Ausnehmung eingreifen. Ein Schraubenschlüssel dieser Art ist beispielsweise in dem US- Patent 3,993,145 beschrieben.

Ein allgemeines Problem im Zusammenhang mit Motorschrauben­ schlüsseln der oben genannten Art besteht darin, die Abwei­ chungen in der gewünschten, maximalen Drehmomentabgabe klein zu halten, wenn Schraubenverbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften im Drehmomentanstieg angezogen werden, d. h. eine niedrige mittlere Drehmomentabweichung bei verschiedenen Schraubverbindungen zu erhalten. Weiterhin ist es ein Pro­ blem, eine Gesamtkonstruktion eines Motorschraubenschlüssels zu finden, durch welche das Streuen des endgültigen Drehmo­ ments minimiert wird, wenn Schraubverbindungen mit gleichen Eigenschaften im Drehmomentanstieg angezogen werden.

Prinzipiell können die obigen Probleme durch einen Schrauben­ schlüssel gelöst werden, welcher sowohl ein niedriges, ge­ samtes Trägheitsmoment derjenigen Elemente, die von der Schraubverbindung beim Lösen der Kupplung untrennbar sind, z. B. die angetriebene Kupplungshälfte, als auch eine drehmo­ mentbegrenzende Kupplung mit einer schnellen, niedrigen Träg­ heitswirkung und einer vollständig eingriffsfreien Auslöse­ stellung besitzt.

Zusätzliche Probleme bestehen darin, sowohl die Gesamtgröße und das Gewicht des Schraubenschlüssels niedrig zu halten, als auch einen komplizierten Aufbau und eine teure Herstel­ lung zu vermeiden.

Eines der oben genannten Probleme betrifft die Schwierigkeit, die Rutschkupplung beim Rutschmoment vollständig ausrücken zu lassen, um dadurch sicherzustellen, daß kein weiteres Drehmo­ ment auf die anzuziehende Verbindung nach dem Erreichen des gewünschten Drehmomentniveaus übertragen wird.

Eine Möglichkeit, ein vollständiges Ausrücken der Drehmoment- Rutschkupplung eines pneumatischen Schraubenschlüssels zu er­ reichen, wird in dem US-Patent 3,298,481 gezeigt. In dem dar­ in beschriebenen Schraubenschlüssel besitzt das Abschaltven­ til pneumatische Betätigungsmittel, welche die Schubstange eine axiale Ausrückkraft auf eine der Kupplungshälften aus­ üben lassen, sobald das gewünschte Rutschmoment erreicht wird.

Diese bekannte Vorrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß die pneumatischen Betätigungsmittel unmittelbar gegen die volle Last der die Kupplung vorspannenden Feder wirken, was zur Folge hat, daß die Größe der Betätigungsmittel ziemlich groß sein muß.

Eine andere Möglichkeit, eine vollständige Unterbrechung der Drehmomentübertragung zur Abtriebswelle zu erreichen, besteht darin, eine Nebenkupplung zu verwenden, die vollständig aus­ gerückt ist, wenn die drehmomentabhängige Rutschkupplung ihr eingestelltes, maximales Drehmomentniveau erreicht hat. Eine solche Vorrichtung wird in dem US-Patent 5,167,309 gezeigt. Der Nachteil dieses bekannten Motorschraubenschlüssels ist der recht komplizierte und teure Aufbau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motorschrau­ benschlüssel zu schaffen, der leichter und im Aufbau einfa­ cher ist als bekannte Ausführungen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die an­ treibende Kupplungshälfte einen rohrförmigen Teil mit radia­ len Öffnungen besitzt, in welchen die Wälzkörper beweglich gehalten sind, die angetriebene Kupplungshälfte zum Teil in dem rohrförmigen Teil aufgenommen ist, die Nockenflächen an der angetriebenen Kupplungshälfte radial wirken und innerhalb des rohrförmigen Teils angeordnete sind und das Abschaltven­ til Betätigungsmittel aufweist, die bei teilgeschlossenem Ab­ schaltventil auslösbar sind, um eine axiale Betätigungskraft auf die Betätigungsstange zu erzeugen, wobei diese und der Druckmantel mit Nockenmitteln für das Zusammenwirken mit den Verriegelungsmitteln versehen sind, um die Betätigungskraft der Betätigungsmittel auf den Druckmantel zu übertragen und dadurch die Verschiebung des Druckmantels bis zum vollständi­ gen Ausrücken aus den Wälzkörpern beim Lösen der Kupplung und Schließen des Abschaltventils zu erweitern.

Durch die Erfindung erhält man eine konstruktiv sehr einfache Ausführung eines Schraubenschlüssels, die eine kleine mittle­ re Abweichung und eine niedrige Schwankung des Ausgangsdreh­ moments beim Anziehen von verschiedenen Arten von Schrauben­ verbindungen bereit hält. Dies ist in erster Linie Folge der Kupplungsgestaltung, die ein vollständiges Ausrücken der Kupplungshälften beim Erreichen des gewünschten, maximalen Drehmomentniveaus vorsieht, und der Tatsache, daß die ange­ triebene Kupplungshälfte ein niedriges Massenträgheitsmoment besitzt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachste­ hend genauer unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Winkelschraubenschlüssels;

Fig. 2a, 3a u. 4a im Längsschnitt verschiedene Betriebs­ stellungen des Rutschkupplungs-Mechanis­ mus;

Fig. 2b, 3b u. 4b im Querschnitt verschiedene Betriebsstel­ lungen des Auslösemechanismus für das Ab­ schalten;

Fig. 5 in größerem Maßstab einen Längsschnitt durch den Rutschkupplungs-Mechanismus;

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Rutschkupp­ lungs-Mechanismus.

Der in den Zeichnungen dargestellte Winkel Schraubenschlüssel ist ein pneumatisch angetriebenes Werkzeug mit einem Gehäuse 10, welches mit einem Griff 11 an seinem hinteren Ende und einem Winkelkopf 12 mit einer Abtriebswelle 13 an seinem vor­ deren Ende ausgebildet ist.

In dem Griff 11 ist ein Druckluft-Einlaßkanal 15 und ein durch einen Hebel 17 betätigbares Drosselventil 16 angeord­ net. Über eine Gewindebuchse 18 am hinteren Ende des Griffes 11 ist der Einlaßkanal 15 mit einer Druckluftquelle verbind­ bar. Ein pneumatischer Rotations-Flügelmotor 19 ist treibend mit der Abtriebswelle 13 über eine Kraftübertragung verbun­ den, die ein Reduktionsgetriebe (nicht gezeigt) und eine drehmomentabhängige Rutschkupplung 20 einschließt. Letztere besitzt eine antreibende Hälfte 21, die formschlüssig mit dem Rotor des Motors 19 verbunden ist, und eine angetriebene Hälfte 22, die mit dem Reduktionsgetriebe gekoppelt ist. Die antreibende Kupplungshälfte 21 besitzt einen rohrförmigen Teil 14, welcher das hintere Ende der angetriebenen Kupp­ lungshälfte 22 aufnimmt. Die antreibende Kupplungshälfte 21 ist zudem mit drei radialen Bohrungen 23 ausgebildet, die je­ weils eine Kugel 24 für das Zusammenwirken mit radial wirken­ den Nockenflächen 25 am hinteren Ende der angetriebenen Kupp­ lungshälfte 22 halten (siehe Fig. 6). Die Nockenflächen 25 sind symmetrisch angelegt, um auch bei entgegengesetzter Drehbewegung für eine Rutschfunktion zu sorgen.

Ein Druckmantel 26 ist mit einer inneren konischen Nockenflä­ che 27 zur Anlage der Kugeln 24 ausgebildet und wird axial durch eine Feder 28 belastet, um eine radiale Vorspannkraft auf die Kugeln gegen die Nockenflächen 25 auszuüben. Aufgrund der Tatsache, daß die angetriebene Kupplungshälfte 22 inner­ halb des rohrförmigen Teils 14 der antreibenden Kupplungs­ hälfte 21 angeordnet und mit radial wirkenden Nockenflächen 25 ausgebildet ist, sind sowohl der äußere Durchmesser als auch das Trägheitsmoment der angetriebenen Kupplungshälfte 22 sehr niedrig.

Ein in dem Luft-Einlaßkanal 15 angeordnetes Abschaltventil 30 besitzt einen fest auf einer Ventilstange 32 befestigten Ven­ tilteller 31 und einen Sitz 33. Der Sitz 33 weist einen zy­ lindrischen Hülsenteil 34 für das abdichtende Aufnehmen des Ventiltellers 31 beim Schließen des Ventils auf. Die Ventil­ stange 32 erstreckt sich axial durch den Motor 19 und sitzt mit ihrem vorderen Ende auf dem hinteren Kopf 35 einer Schub­ stange 36 auf. Letztere ist innerhalb der antreibenden Kupp­ lungshälfte 21 für eine Längsverschiebung zwischen einer hin­ teren Ruheposition, in welcher sie das Abschaltventil 30 in offener Stellung hält, und einer vorderen Wirkstellung, in welcher es dem Abschaltventil 30 möglich ist, seine geschlos­ sene Position einzunehmen, beweglich geführt.

An ihrem vorderen Ende ist die Schubstange 36 mit einem Noc­ kenkopf 38 ausgebildet, welcher eine konische Nockenfläche 39 für das Zusammenwirken mit Verriegelungskugeln 40 besitzt, die paarweise in drei symmetrisch liegenden, radialen Bohrun­ gen 41 angeordnet sind (siehe Fig. 2b, 3b und 4b). Die äuße­ ren Kugeln 40 stoßen gegen den Druckmantel 26, welcher mit einer ringförmigen Ausnehmung 42 ausgebildet ist. Die obere Kante 43 der Ausnehmung 42 bildet Nockenmittel zum nockenar­ tigen Zusammenwirken mit den äußeren Kugeln 40.

In einer axialen Bohrung 45 in der antreibenden Kupplungs­ hälfte 21 ist eine Feder 46 angeordnet, die zwischen einem Absatz 47 in der Bohrung 45 und einer Hülse 48 vorgespannt ist. Letztere sitzt auf einem Absatz, der durch einen in die Bohrung 45 eingefügten rohrförmigen Einsatz 49 gebildet wird, und stellt eine radiale Abstützung für den hinteren Kopf 35 der Schubstange 36 dar. Der Buchsenteil 50 der Hülse 48 be­ sitzt eine größere axiale Ausdehnung als der Kopf 35 der Schubstange 36, was für eine gewisse axiale Beweglichkeit des Kopfes 35 in Bezug auf die Hülse 48 sorgt. Im Betrieb des Werkzeugs wird der Luft-Einlaßkanal 15 über die Gewindebuchse 18 mit einer Druckluftquelle verbunden und die Abtriebswelle mittels eines Steckschlüssels mit einer anzuziehenden Schraubverbindung gekoppelt. Im Anfangszustand des Werkzeuges sind die Kugeln 24 in vollem Kontakt mit den Nockenflächen 25 der angetriebenen Kupplungshälfte 22, um Drehmoment zwischen den Kupplungshälften zu übertragen, der Druckmantel 26 ist in seiner vordersten Position, und die Verriegelungskugeln 40 nehmen ihre innersten Stellungen ein, so daß sie eine axiale Abstützung für die Schubstange 36 und dadurch die Ventilstan­ ge 32 bilden. Dementsprechend ist das Abschaltventil 30 in seiner angehobenen, offenen Stellung arretiert, um Antriebs­ luft zu dem Motor 19 durchzulassen (siehe Fig. 2a, 2b).

Der Motor 19 wird dadurch gestartet, daß der Hebel 17 ge­ drückt und das Drosselventil 16 geöffnet wird. Die Druckluft durchströmt auch das offene Abschaltventil 30 und beginnt, den Motor 19 zu drehen.

Während der anfänglichen Einschraubphase des Anzugsvorgangs ist von der Verbindung nur ein sehr niedriger Drehmomentwi­ derstand zu erwarten, wodurch die Drehmomentlast auf die Rutschkupplung 20 sehr gering ist. Dies bedeutet anderer­ seits, daß die Kugeln 24 nicht begonnen haben, die Nockenflä­ chen 25 hoch zu laufen und der Druckmantel 26 noch seine vor­ derste Position einnimmt.

Wenn der Drehmomentwiderstand in der Verbindung wächst, be­ ginnen die Kugeln 24 die Nockenflächen 25 hinauf zu laufen und werden dadurch radial nach außen gedrängt. Wegen des Zu­ sammenwirkens zwischen der konischen Nockenfläche 27 des Druckmantels 26 und den Kugeln 24 wird der Druckmantel 26 axial rückwärts gegen die Last der Feder 28 verschoben.

Wenn das gewünschte, maximale Drehmomentniveau, das durch die eingestellte Vorlast der Feder 28 bestimmt wird, erreicht wird, haben die Kugeln 24 die obersten Scheitel der Nocken­ flächen 25 erreicht (siehe Fig. 3a, 3b und 6).

An diesem Punkt ist der Druckmantel in eine Stellung zurück­ gedrückt worden, in welcher die äußeren Verriegelungskugeln 40 beginnen, in die ringförmige Ausnehmung 42 in den Druck­ mantel 26 einzutreten. Dies bedeutet, daß die inneren Kugeln 40 ebenso nach außen bewegt werden, wobei sie die Schubstange 36 sich unter einer axialen Last vorwärts bewegen lassen, die durch den Druckabfall entlang des Abschaltventils 30 erzeugt wird. Aufgrund der Tatsache, daß die Länge des Buchsenteils 50 der Hülse 48 größer als die axiale Ausdehnung des hinteren Kopfes 35 ist, ist es der Schubstange 36 möglich, sich ohne Einfluß der Feder 46 über eine gewisse anfängliche Strecke frei zu bewegen.

Nach dieser anfänglichen Bewegung oder dem teilweisen Ver­ schließen des Abschaltventils 30 kommt die Nockenfläche 39 des Kopfes 38 der Schubstange mit den inneren Kugeln 40 in Berührung, während die äußeren Kugeln 40 an der oberen Kante 43 der Ausnehmung 42 des Druckmantels angreifen. Diese Vor­ wärtsbewegung der Schubstange 36 und der Ventilstange 32 bringt den Ventilteller 31 zur Kante des Hülsenteils 34 des Ventilsitzes, wodurch der Druckabfall entlang des Ventiltel­ lers 31 schnell auf das Niveau des vollen Versorgungsdrucks der Antriebsluft ansteigt (siehe Fig. 3a).

Nun wirkt der Ventilteller 31 als ein Betätigungskolben und schiebt die Ventilstange 32 und die Schubstange 36 schnell in ihre vordersten Stellungen. Da der hintere Kopf 35 der Schub­ stange den Grund des Buchsenteils 50 der Hülse 48 erreicht, wird die Hülse 48 nun vorwärts gegen die Last der Feder 46 bewegt. Zur gleichen Zeit drängt die Nockenfläche 39 des vor­ deren Kopfes 38 der Schubstange die Verriegelungskugeln 40 nach außen, und wegen deren Angreifen an der Ausnehmungskante 43 an dem Druckmantel 26 wird dieser um eine kurze Strecke weiter rückwärts verschoben, um vollständig von den Kugeln 24 auszurücken. Während dieser Nockenwirkung zwischen dem Schub­ stangenkopf 38 und den inneren Verriegelungskugeln 40 sowie zwischen den äußeren Verriegelungskugeln 40 und der Ausneh­ mungskante 43 des Druckmantels bringt die axiale Bewegung der Schubstange 36, der Ventilstange 32 und des Ventiltellers 31 das Abschaltventil 30 in die geschlossene Stellung. Der Motor wird angehalten, und der Anzugsvorgang ist abgeschlossen.

Die Rutschkupplung und der Abschaltmechanismus werden durch die Feder 46 automatisch zurückgestellt, sobald das Drossel­ ventil 16 geschlossen und das Abschaltventil 30 entlüftet wird. Dementsprechend hebt die Feder 46 die Schubstange 36 in eine Stellung an, in welcher die Hülse 48 gegen den Einsatz 49 stößt. In dieser Stellung hat die Nockenfläche 39 der Schubstange 36 die Mitte der inneren Verriegelungskugeln 40 erreicht, und die Nockenwirkung zwischen den äußeren Verrie­ gelungskugeln 40 und der Kante 43 des Druckmantels 26, welche die Verriegelungskugeln 40 nach innen drängt, führt zu einer umgekehrten Nockenwirkung zwischen den inneren Verriegelungs­ kugeln 40 und dem Schubstangenkopf 38 und drückt die Schub­ stange 36, die Ventilstange 32 und den Ventilteller 31 rück­ wärts. Da die Verriegelungskugeln 40 nun ihre innersten Stel­ lungen eingenommen haben, wird die Schubstange 36 gegen eine Vorwärtsbewegung arretiert, und das Abschaltventil 30 wird in seiner offenen Stellung gehalten. Damit kann ein weiterer An­ zugsvorgang begonnen werden (siehe Fig. 2a und 2b).

Claims (4)

1. Pneumatischer Motorschraubenschlüssel mit einem Drehmotor (19), einem Druckluft-Einlaßkanal (15), einem Luft-Ab­ schaltventil (30) in dem Einlaßkanal (15), einer Ab­ triebswelle (13), einer drehmomentbegrenzenden Rutsch­ kupplung (20), die zwischen dem Motor (19) und der Ab­ triebswelle (13) angeordnet ist und eine antreibende Kupplungshälfte (21), drehmomentübertragende Wälzkörper (24) und eine angetriebene Kupplungshälfte (22) ein­ schließt, welche mit an den Wälzkörpern (24) angreifenden Nockenflächen (25) ausgebildet ist, und mit einem das Rutschmoment bestimmenden Druckmantel (26), der von einer Feder zum Eingriff mit den Wälzkörpern (24) hin vorbela­ stet und für eine axiale Verschiebung beim Lösen der Kupplung beweglich auf der antreibenden Kupplungshälfte (21) geführt ist, wobei der Druckmantel (26) mit einer inneren Ausnehmung (42) ausgebildet ist, weiterhin mit einer Betätigungsstange (32, 36), die mit dem Abschalt­ ventil (30) verbunden ist und sich durch eine axiale Boh­ rung (45) in der antreibenden Kupplungshälfte (21) er­ streckt, sowie mit Verriegelungsmitteln (40), welche beim Lösen der Kupplung (20) aus einer die Betätigungsstange (32, 36) verriegelnden Stellung in eine die Betätigungs­ stange (32, 36) freigebende Stellung bezüglich der an­ treibenden Kupplungshälfte (21) radial bewegbar sind und dabei zum Teil in die Ausnehmung (42) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die antreibende Kupplungshälfte (21) einen rohrförmigen Teil (14) mit radialen Öffnungen (23) besitzt, in welchen die Wälzkörper (24) beweglich gehal­ ten sind, die angetriebene Kupplungshälfte (22) zum Teil in dem rohrförmigen Teil (14) aufgenommen ist, die Noc­ kenflächen (25) an der angetriebenen Kupplungshälfte (22) radial wirken und innerhalb des rohrförmigen Teils (14) angeordnet sind und das Abschaltventil (30) Betätigungs­ mittel (31, 34) aufweist, die bei teilgeschlossenem Ab­ schaltventil (30) auslösbar sind, um eine axiale Betäti­ gungskraft auf die Betätigungsstange (32, 36) zu erzeu­ gen, wobei diese und der Druckmantel (26) mit Nockenmit­ teln (39, 43) für das Zusammenwirken mit den Verriege­ lungsmitteln (40) versehen sind, um die Betätigungskraft der Betätigungsmittel (31, 34) auf den Druckmantel (26) zu übertragen und dadurch die Verschiebung des Druckman­ tels bis zum vollständigen Ausrücken aus den Wälzkörpern (24) beim Lösen der Kupplung (20) und Schließen des Ab­ schaltventils (30) zu erweitern.

2. Motorschraubenschlüssel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmung (42) eine ringförmige Nut mit einer Umfangskante (43) aufweist, die einen Teil der Nockenmittel (39, 43) bildet.

3. Motorschraubenschlüssel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Bohrung (45) zwei gegen­ überliegende Absätze (47, 49) aufweist, zwischen denen eine Feder (46) vorgespannt ist, und daß die Schubstange (36) mit einem Absatz (35) versehen ist, welcher so ange­ ordnet ist, daß er an der Feder (46) angreift und diese nur bei der erweiterten Verschiebung der Schubstange von einem der gegenüberliegenden Absätze (49) abhebt.

4. Motorschraubenschlüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsmittel (40) eine Anzahl von Kugeln aufweisen, welche in wenigstens zwei radialen Bohrungen (41) in der antreibenden Kupp­ lungshälfte (21) geführt sind.