DE3023005C2 - Drehschrauber mit Drehmomentbegrenzungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschrauber mit Drehmomentbegrenzur.gseinrichtung, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Antriebseinrichtung, deren t>o Ausgangswelle aus dem Gehäuse herausragt, einem über ein Verbindungsstück an das Gehäuse angekoppelten, entlang eines Zahnprofiles bewegbaren Stützfuß zum Festhalten des Gehäuses gegen Drehung und mit einem auf Relativdrehungen zwischen dem Gehäuse ^ und dem Stützfuß reagierenden Schaltelement zum Abschalten der Antriebseinrichtung bei Erreichen eines auf den Stützfuß einwirkenden maximalen Abstützmomentes.

Bei einem bekannten Drehschrauber dieser Art (DE-OS 25 20 250) weist das Gehäuse einen Ansatz auf, an dem ein Stützfuß längsverschiebbar, jedoch unverdrehbar geführt ist. Der Stützfuß dient zum Ansetzen an ein ortsfestes Widerlager, um die beim Schrauben entstehende Reaktionskraft von dem Gehäuse auf das Widerlager abzuleiten. Bei dem bekannten Drehschrauber ist der Stützfuß zweiteilig ausgebildet:

Er weist eine drehfest mit dem Ansatz verbundene Hülse auf, auf der koaxial ein Abstützelement gelagert ist. Durch Relativdrehung zwischen dem Abstützelement und der Hülse wird an einem Kraftmeßgerät der Wert des Schraubdrehmomentes zur Anzeige gebracht. Das Kraftmeßgerät kann auch mit einem Kontaktgeber ausgestattet sein, der bei Erreichen eines bestimmten Schraubdrehmomentes anspricht und eine Schaltfunktion ausübt.

Der bekannte Drehschrauber hat den Nachteil, daß der Stützfuß zweiteilig ausgebildet sein muß, wobei beide Teile ineinandergelagert sind. Hierbei können durch die Lagerverluste und durch Verklemmungen und Verkantungen Verfälschungen des anzuzeigenden Drehmomentes auftreten. Ferner muß der Stützfuß einen ^stehenden Arm aufweisen, bei dem das Kraftmeßgerät befestigt ist. Durch einen derartigen abstehenden Arm wird das Gerät unhandlicher, wodurch seine Einsatzmöglichkeiten beschränkt werden.

Ein bekannter Druckluftschrauber (DE-AS 16 03 757) weist eine mit dem Gehäuse fest verbundene Halteplatte auf, die über eine drehelastische Kupplung mit einer zweiten Halteplatte verbunden ist. Die zweite Halteplatte ist Bestandteil eines Halters zum Abstützen des Gehäuses an einem ortsfesten Widerlager. Die beiden Halteplatten sind durch eine relativ starke linearwirkende Feder relativ zueinander vorgespannt, die mit quer zu der Ausgangswelle verlaufender Kraftrichtung montiert ist. Dies führt dazu, daß die Vorrichtung zur Umsetzung des Drehmomentes in eine Schaltbewegung die Außenabmessungen des Drehschrauber in radialer Richtung wesentlich vergrößert. Darüber hinaus wird die Brehmomentenmessung dadurch beeinträchtigt, daß die relativ zueinander verdrehbaren Teile Langlöcher aufweisen, durch die Schrauben geführt sind, so daß die Gefahr des Verkantens besteht. Ferner steigen die Reibungsverluste der Drehmomenten-Meßvorrichtung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Drehmoment stark an.

Bekannt ist ferner eine Schraubmaschine für die Befestigung von Eisenbahnschienen (DE-AS 26 37 954). Bei dieser Schraubmaschine ist das Gehäuse fest an einem Halter angebracht, so daß es eines Stützfußes nicht bedarf. In die Ausgangswelle des Drehschrauber ist eine Drehmoment-Meßvorrichtung eingebaut, welche aus einem drehelastischen Zwischenteil besteht, das an seinem einen Ende drehfest mit dem Antriebsteil der Ausgangswelle und an seinem anderen Ende drehfest mit einem Abtriebsflansch verbunden ist. Bei einer derartigen Vorrichtung kann das Drehmoment nur im Stillstand ermittelt werden, weil die gesamte Drehmoment-Meßvorrichtung mit der Ausgangswelle rotiert. Die Drehmomentmessung ist daher nur dann möglich, wenn eine vorgeschaltete Rutschkupplung ausgelöst hat. Ferner wird die Ablesung dadurch erschwert, daß nach dem Stillstand der Ausgangswelle erst die Stelle gesucht werden muß, an der sich eine mit dem Antriebsteil der Welle verbundene Skala und eine mit

dem Abtriebsflansch verbundene Markierung befinden. Die Drehmomenten-Meßeinrichtung ist hinsichtlich des erforderlichen Platzbedarfes sehr groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehschrauber der eingangs genannten Ai t so auszubilden, daß durch die Drehmomentbegrenzungseinrichtung die Form und die Abmessungen von Gehäuse und Stützfuß nicht wesentlich beeinträchtigt werden und daß die Umwandlung des Abstützmomentes in eine Bewegung zur Auslösung eines Schalters oder zur κ Verstellung einer Meßeinrichtung möglichst frei von äußeren Einflüssen, wie Verkantungen u. dgl., erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Verbindungsstück ein die Ausgangswelle umgebendes, tordierbares Teil ist, dessen ι ί eine^ Ende an dem Gehäuse drehfest angebracht ist und dessen anderes Ende das Zahnprofil aufweist, auf dem der Stützfuß längsverschiebbar und unverdrehbar geführt ist.

Hierbei ist dasjenige Teil, mit dem der Stützfuß _< > drehfes! gekoppelt ist, zugleich das drehelastische Verbindungsstück, das das Abstülz-Drehmoment in eine entsprechende Bewegung umsetzt, die zur Betätigung eines Schalters oder einer Meßeinrichtung benutzt werden kann. Auf diese Weise erfolgt eine nur ganz 2"· unbedeutende Vergrößerung der Abmessungen des Drehschrauber, wobei das drehelastische Verbindungsstück jedoch der Kontur des Gehäuses so angepaßt werden kann, daß keine abstehenden Teile vorhanden sind. Dadurch, daß das Verbindungsstück drehelastisch ist und die Ausgangswelle umgibt und dadurch, daß das Verbindungsstück gleichzeitig das Zahnprofil für die Anbringung des Stützfußes aufweist, erfolgt eine direkte Umsetzung des Abstützdrehmomentes in einen proportionalen Weg. wobei der Einfluß von Reibungen, r. Verkantungen usw. praktisch eliminiert wird. Von besonderer Bedeutung ist einerseits die Tatsache, daß durch die Drehmomentbegrenzungsvorrichtung die Handlichkeit und der Einsatzbereich des Drehschraubers praktisch nichi eingeschränkt werden, da keine 4n abstehenden Teile vorhanden sind, sowie die unmittelbare Umsetzung des Drehmomentes in einen Drehweg ohne Übertragungshebel. Lediglich das Schaltelement, das bei einer Torsion des drehelastischen Verbindungsstückes betätigt wird, kann von dem Gehäuse abstehen. 4". Dieses Schaltelement kann jedoch sehr klein ausgeführt werden, weil es keine Kraftbetätigung erfordert und ohne starke Federn auskommt.

Das Verbindungsstück soll möglichst nur eine reine Torsionsbeanspruchung erleiden, nicht aber zusätzlich > <> gedehnt oder gedruckt werden. Um dies zu erreichen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Verbindungsstück mit einem Stirnflansch an dem Gehäuse befestigt und durch den Sfirnflansch gehen Schrauben hindurch, die eine freie Einstellung des Stirnflansches relativ zu dem Gehäuse zulassen. Auf diese Weise werden innere Spannungen im Verbindungsstück dadurch vermieden, daß der Stirnflansch an dem Gehäuse nicht starr angebracht, sondern frei einstellbar ist. Vorzugsweise ist das Ende des Verbin- w> dungsstückes auf einem zylindrischen Ansatz des Gehäuses gelagert. Diese Lagerung trägt ebenfalls dazu bei, zu erreichen, daß das Verbindungsstück eine reine Torsionsverformung zunimmt. Der Ansatz bildet eine Führung, die eine ausschließliche Torsionsverformung ·" des Verbindungsstückes zuläßt und Biegeverformungen verhindert.

Das Verbindungsstück benötigt zur Erzielung eines hinreichenden Verformnngs-Drehwinkels eine gewisse Länge. Wenn das Verbindungsstück das Gehäuse auf einem Teil seiner Länge umschließt, ergibt sich hierdurch eine nur unwesentliche Vergrößerung des ι Durchmessers des Drehschrauber und eine aus Plalzgründen günstige Anbringung des Verbindungsstückes.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist das Verbindungsstück einen im wesentlichen rohrförmigen Abschnitt mit längslaufenden Schlitzen auf. Die Drehelastizität des Verbindungsstückes kann durch die Form und Größe der Schlitze oder anderer öffnungen leicht auf das erforderliche Maß gebracht werden. Das Verbindungsstück besteht in der Regel aus Stahl oder einem anderen Material mit der erforderlichen Elastizität. Damit können selbst hohe Drehmomente bei kleinen Torsionswinkeln mit großer Genauigkeit festgestellt werden, wenn die Ansprechgenauigkeit des Schaltelementes groß genug ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Schaltelement und ein das Schaltelement betätigendes Schaltteil an dem Verbindungsstück in axialer Richtung zueinander versetzt angebracht. Das Schaltteil wirkt über einen Arm auf das Schaltelement ein. Dadurch, daß sowohl das Schaltteil als auch der Schalter an dem Verbindungsstück angebracht sind, ist eine exakt definierte Anbringung des drehelastischen Verbindungsstückes an dem Gehäuse nicht erforderlich. Eine solche definierte Anbringung wird dagegen benötigt, wenn das Schaltteil an dem drehelastischen Verbindungsstück, das Schaltelement dagegen an dem Gehäuse befestigt ist, oder umgekehrt. Die Anbringung beider Teile an dem Verbindungsstück hat zur Folge, daß das Verbindungsstück relativ lose an dem Gehäuse befestigt werden kann, so daß es sich bei Belastung frei einstellt und keinen zusätzlichen Einspannkräften unterworfen ist. Eine lose Ankopplung des Verbindungsstückes an das Gehäuse mit der Möglichkeit einer freien Einstellung im Belastungsfall ist für ginaue Messungen erforderlich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine den Arm in Richtung auf das Schaltteil bewegende Feder vorgesehen und ein die Bewegung des Armes begrenzender und den Arm von dem Schaltteil abhebender Anschlag ist mit dem Gehäuse verbunden.

Der Stützfuß bewirkt zwar die Entstehung eines Torsionselementes an dem Verbindungsstück, jedoch ist er selbst nicht Bestandteil der Drehmomentermittlung. Seine Form und Abmessung gehen nicht in das Meßergebnis bzw. den Schaltpunkt ein. Um den Stützfuß auswechseln zu können, weist das Verbindungsstück an seinem Ende das Zahnprofil auf, auf dem ein Ring des Stützfußes längsverschiebbar und unverdrehbar geführt ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Teil-Draufsicht des Kraftschraubers, teilweise aufgeschnitten,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Kraftschrauber,

Fig.3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 1,

F'g. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von F i g. 3 und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des drehelastischen Verbindungsstückes mit schematiseher Darstellung des Schalters und des Schaltteiles.

Der dargestellte Kraftschrauber weist eine in einem Gehäuse 10 untergebrachte Antriebseinrichtung 11 auf, die beispielsweise aus einem Hydraulikmotor bestehen kann. Die Antriebseinrichtung 11 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in F i g. 2 nur angedeutet, im übrigen jedoch nicht näher dargestellt. Das Gehäuse 10 ist im wesentlichen zylindrisch und weist an seinem vorderen Ende einen axial abstehenden hohlen Ansatz 12 mit verringertem Durchmesser auf, durch den die Ausgangswelle 13 der Antriebseinrichtung 11 hinausragt. Am äußeren Ende der Antriebswelle 13 befindet sich ein Vierkant 14 zum Aufstecken einer Schlüsselnuß o. dgl.

An einem Gehäuse 10 umlaufenden Ringflansch 15 ist das Verbindungsstück 16 mit einem Ringflansch 17 befestigt. Das drehelastische Verbindungsstück 16 besteht aus dem in Fig. 5 dargestellten Käfig. An den Ringflansch 17 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt

18 an, dessen Zylinderwand durch zahlreiche parallele längslaufende Schlitze 19 unterbrochen ist. Die Schlitze

19 setzen sich in einer nach innen gerichteten Stirnwand

20 jeweils ein kurzes Stück fort. Von der Stirnwand 20 steht ein Ansatz 21 ab, der eine Verzahnung 22 bzw. längslaufende Keilnuten aufweist. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, ist der Ansatz 22 des Verbindungsstückes 16 auf dem Ansatz 12 des Gehäuses 10 gelagert, während der zylindrische Teil 18 des Verbindungsstükkes 16 das Ende des Gehäuses unter Bildung eines kleinen ringförmigen Zwischenraumes umschließt. Das Verbindungsstück 16 paßt sich also der Kontur des von ihm umschlossenen Teils des Gehäuses 10 im wesentlichen an.

Auf die Verzahnung 22 am Ansatz 21 des Verbindungsstückes 16 ist ein Ring 23 aufgeschoben, der eine in die Verzahnung 22 passende Innenverzahnung aufweist. Der Ring 23 ist Bestandteil des Stützfußes 24, der einen schräg nach vorne abstehenden Arm aufweist, welcher an ein festes Konstruktionsteil angesetzt werden kann, um eine Rotation des Gehäuses 10 zu verhindern.

Zum Schütze des drehelastischen Verbindungsstücks 16 ist eine Schutzkappe 26 vorgesehen, die die Ringflansche 15 und 17 sowie den zylindrischen Bereich 18 des Verbindungsstückes übergreift und an dem Gehäuse 10 befestigt ist. Für die Funktion des Gerätes hat die Schutzkappe 26 keine Bedeutung.

An dem zylindrischen Teil 18 des drehelastischen Verbindungsstückes 16 ist in der Nähe des Ringflansches 17 ein L-förmiger Block 27 befestigt, dessen einer Schenkel 28 parallel zu dem Ringflansch 17 verläuft und in unmittelbarer Nähe des Ringflansches 17 an dem zylindrischen Teil 18 befestigt ist. Der andere Schenkel 29 des Blockes 27 steht frei nach vorne vor und

An der Stirnwand 20 des Verbindungsstückes 16 ist ein radial abstehendes Schaltelement 30 in Form eines Stiftes befestigt. Das Schaltelement 30 ragt durch ein Langloch 31 eines etwa achsparallel zum Verbindungsstück 16 verlaufenden Armes 32 hindurch, dessen anderes Ende einen elektrischen Schalter 33 betätigt, der fest an dem Block 27 angebracht ist. Der Arm 32 wird von einer ir. dem Block 27 abgestützten Feder 34 in t Richtung auf den Schalter 33 gedrückt.

Parallel zu dem Schalter 33 verläuft ein Gewindebolzen 35, dessen Feingewinde durch eine Querbohrung einer rechtwinklig zu dem Gewindebolzen 35 verlaufenden Schraube 36 hindurchgeht. Durch Verdrehen der Schraube 36 kann die Position des Schraubbolzens 35 relativ zu dem Arm 32 verändert werden, so daß durch Drehen der Schraube 36 eine Kalibrierung der Drehmomentbegrenzung möglich ist. Die Einstellung des Abschaltdrehmomentes geschieht durch Drehen des Schraubbolzens 35 an einem Drehknoof 37. Der Drehknopf 37 ist an der Querschraube 36 mit einer Feder 38 abgestützt, damit die Einstellung spielfrei erfolgt. Durch Drehen des Knopfes 37 wird der Schraubbolzen 35 vorgeschoben oder zurückgezogen. Damit wird das Absch;iltdrehmoment eingestellt. An dem Knopf 37 befindet sicli eine Skala, an der das eingestellte Abschaltdrehmoment abgelesen werden kann.

Die Wirkungsweise der Schaltvorrichtung ist folgende:

Wird von der Antriebseinrichtung 11 die Ausgangswelle 1- gedreht, dann wird auf den (nicht dargestellten) Schraubenkopf ein Drehmoment ausgeübt. Der Stützfuß 24 hält über das Verbindungsstück 16 das Gehäuse 10 fest. Bei größer werdendem Drehmoment wird das drehelastische Verbindungsstück 16 zunehmend auf Torsion beansprucht, d. h., seine vordere Stirnseite 20 verdreht sich relativ zu dem Stirnflansch 17. Der Block 27 verändert dabei seine Lage jedoch nicht, weil er an dem rückwärtigen Ende des Verbindungsstückes 16 befestigt ist. Dadurch behalten auch das Schaltteil 30 und der Gewindebolzen 35 ihre Position bei. Zunächst beginnt das Schaltteil 30 in dem Langloch 31 zu wandern. Sobald das Langloch 31 durchlaufen ist, nimmt das Schaltteil 30 den Arm 32 mit, bis dieser gegen das vordere Ende des Gewindebolzens 35 stößt. Der Arm 32 wird dann um das vordere Ende des Gewindebolzens 35 herum verschwenkt, so daß sein eines Ende von dem Schalter 33 abhebt, der nun nicht mehr gedrückt gehalten wird und somit öffnet. Der Schalter 33 bewirkt über eine Elektronikschaltung die Betätigung eines Magnetventils, das die Antriebseinrichtung U abschaltet.

Das drehelastische Verbindungsstück 16 ist an seinem einen Ende mit seinem Ringflansch 17 an dem Ringflansch 15 des Gehäuses 10 befestigt. Hierzu weisen die beiden Ringflansche Schraublöcher 40 auf. Der Durchmesser der Schraublöcher 40 ist jedoch beträchtlich größer als der Durchmesser der hindurchgesteckten Schrauben, die mit (nicht dargestellten) Unterlegscheiben an dem Ringflansch 17 abgestützt sind. Die Schrauben werden auch nicht vollständig festgezogen, so daß der Ringflansch 17 sich relativ zu dem Ringflansch 15 frei einstellen kann. Auf diese Weise werden zusätzliche Materialspannungen vermieden und es wird erreicht, daß der zylindrische Teil 18 des Verbindungsstücks 16 eine reine Torsionsbeanspruchung erfährt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Drehschrauber mit Drehmomentbegrenzungseinrichtung, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Antriebseinrichtung, deren Ausgangswelle aus dem Gehäuse herausragt, einem über ein Verbindungsstück an das Gehäuse angekoppelten, entlan» eines Zahnprofiles bewegbaren Stützfuß zum Festhalten des Gehäuses gegen Drehung und mit einem auf Relativdrehungen zwischen dem Gehäuse und dem Stützfuß reagierenden Schaltelement zum Abschalten der Antriebseinrichtung bei Erreichen eines auf den Stützfuß einwirkenden maximalen Abstützmomentes, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (16) ein die Ausgangswelle (13) umgebendes, tordierbares Teil ist, dessen eines Ende an dem Gehäuse (10) drehfest angebracht ist und dessen anderes Ende das Zahnprofil (22) aufweist, auf dem der Stützfuß (24) längsverschiebbar und unverdrehbar geführt ist.

2. Drehschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (16) mit einem Stirnflansch (17) an dem Gehäuse (10) befestigt ist, und daß durch den Stirnflansch (17) Schrauben hindurchgehen, die eine freie Einstellung des Stirnflansches (17) relativ zu dem Gehäuse (10) zulassen.

3. Drehschrauber nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Verbindungsstückes (16) auf einem zylindrischen Ansatz

(12) des Gehäuses (10) gelagert ist.

4. Drehschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (16) das Gehäuse (i0) auf einem Teil seiner Länge umschließt.

5. Drehschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (16) einen im wesentlichen rohrförmigen Abschnitt mit längslaufenden Schlitzen (19) aufweist.

6. Drehschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (33) und ein das Schaltelement betätigendes Schaltteil (30) an dem Verbindungsstück (16) in axialer Richtung zueinander versetzt angebracht sind, und daß das Schaltteil (30) über einen Arm (32) auf das Schaltelement (33) einwirkt.

7. Drehschrauber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Arm (32) in Richtung auf das Schaltteil (33) bewegende Feder (34) vorgesehen ist, und daß ein die Bewegung des Armes (32) begrenzender und den Arm von dem Schaltteil

(13) abhebender Anschlag (35) mit dem Gehäuse verbunden ist.