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Die Erfindung befaßt sich mit einem Motorwerkzeug zum
Anziehen von Schraubverbindungen der in der US-A-4,951,756
beschriebenen und im Oberbegriff des Anspruchs 1
wiedergegebenen Art.
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Das in der obigen Patentveröffentlichung beschriebene
Motorwerkzeug besitzt einen pneumatischen Flügelzellenmotor, der
über ein Versorgungsventil mit Druckluft versorgt wird.
Letzteres ist durch einen Mechanismus von einer Einschaltstellung
in eine Auschaltstellung verschiebbar, der eine axiale
Stange, ein auf der Abtriebswelle beweglich gehaltenes
querliegendes Verriegelungsglied und einen an der antreibenden
Kupplungshälfte abgestützten Betätigungsnocken aufweist. Dieser
Betätigungsnocken besitzt einen Ring, welcher eine Anzahl von
Nockenflächen zum Angreifen an dem Verriegelungsglied
besitzt, und welcher über einen beschränkten Winkel relativ zur
antreibenden Kupplungshälfte frei drehbar ist, um dadurch
automatisch den Angriffspunkt zwischen dem Verriegelungsglied
und den Nockenflächen auf relative Stellungen zwischen den
kuplungshälften einzustellen, in welchen das maximal von der
Kupplung übertragene Drehmoment gerade überschritten ist.
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Dieser Stellmechanismus des Steuerventils hat dennoch einen
schwerwiegenden Nachteil, welcher einen negativen Einfluß auf
die Genauigkeit des Niveau der maximalen Drehmomentabgabe
hat. Dieser Nachteil hängt mit dem ringförmigen Auslösenocken
zusammen, welcher aufgrund eines relativ hohen
Trägheitsmomentes in seiner Wirkung zu träge ist, um eine ausreichend
schnelle Einstellung des Angriffspunktes zwischen den
Nokkenflächen und dem Verriegelungsglied zu erbringen.
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Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, ein
Motorwerkzeug mit schnell wirkenden Nockenmitteln mit geringer
Trägheit zu schaffen, um eine genaue Selbsteinstellung des
Angriffspunktes mit dem Verriegelungsglied auch bei sehr
schnellen Vorgängen sicherzustellen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, wie in Anspruch 1
beschrieben, gelöst.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird
nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genau
beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines
erfindungsgemäßen Motorschraubendrehers;
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Fig. 2 in größerem Maßstab einen Längsschnitt
durch den vorderen Teil des
Schraubendrehers nach Fig. 1;
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Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie
III-III in Fig. 2;
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Fig. 4 eine schematische Darstellung der
Überrollkupplung.
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Das in den Zeichnungen dargestellte Motorwerkzeug ist ein
pneumatischer Motorschraubendreher in gerader Ausführungsform
mit einem sog. Druckstart und einer drehmomentabhängigen,
automatischen Abschaltung.
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Der Schraubendreher besitzt ein Gehäuse 10, welches an seinem
hinteren Ende mit einem Einlaßkanal 11 für Druckluft und
einem Auslaßkanal 12 ausgebildet ist. Beide Kanäle stehen mit
einem Drehantriebsmotor 13 in Verbindung, vorzugsweise einem
Flügelzellenmotor (nicht im Detail gezeigt). Der Motor 13 ist
über eine Kraftübertragung mit einer drehmomentabhängigen
Überrollkupplung 15 mit einer Abtriebswelle 16 antreibend
verbunden.
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Letztere ist mit einem Futter 17 zum Befestigen von
Schraubendrehereinsätzen versehen.
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Die Überrollkupplung 15 besitzt eine antreibende
Kupplungshälfte 20, die mittels eines Kugellagers 21 drehbar bezüglich
der Abtriebswelle 16 gelagert ist, eine angetriebene
Kupplungshälfte 22, welche mittels einer kugelförmigen Feder 23
axial bezüglich der Abtriebswelle 16 verschieblich, jedoch
drehstarr zu ihr verriegelt ist, und drehmomentübertragende
Kugeln 24, die zwischen der antreibenden und der
angetriebenen Kupplungshälfte 20, 22 angeordnet sind.
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Wie in Fig. 4 dargestellt, sind die Kugeln 24 zum Teil in
geneigten Taschen 26 in der angetriebenen Kupplungshälfte 22
aufgenommen und greifen an die Nockenzähne 27 an der
antreibenden Kupplungshälfte 20 an. Zwischen den Nockenzähnen 27 an
der antreibenden Kupplungshälfte 20 liegen gerade
Verweilabschnitte 28, durch welche die Kugeln 24 wandern können, ohne
ein Drehmoment zwischen den Kupplungshälften zu übertragen,
nachdem sie die Nockenzähne 27 überschritten haben.
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Eine Druckfeder 29 übt eine axiale Vorspannkraft auf die
angetriebene Kupplungshälfte 22 aus, um die Kugeln 24 zusammen
mit den Nockenzähnen 27 und den geneigten Kugeltaschen 26
dazu zu bringen, ein Drehmoment bis zur gewünschten Höhe zu
übertragen.
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Eine drehmomentunabhängige Kupplung 30 ist zwischen dem
hinteren Ende der antreibenden Kupplungshälfte 20 und einer
Antriebsspindel 31 ausgebildet. Diese Kupplung 30 gestattet
eine axiale Druckstart-Bewegung der Abtriebswelle 16 und der
Überrollkupplung 15, wenn das Werkzeuggehäuse 10 axial
betätigt
wird. Zwischen der Antriebsspindel 31 und der
Abtriebswelle 16 wirkt eine axial der Druckstart-Bewegung
entgegenwirkende Feder 32.
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Der Überrollkupplung 15 ist ein Leistungs-Abschaltmechanismus
zugeordnet, welcher ein Druckluft-Versorgungsventil 34, das
mit einem Ventilsitz 35 im Einlaßkanal 11 zusammenwirkt, und
eine Schubstange 36 besitzt, die sich axial durch den Motor
13 erstreckt, um mit dem Ende an einem Mitnehmerbolzen 37
anzugreifen. Letzterer ist mit einem Mittelteil 38 ausgebildet,
welcher einen nach vorne weisenden Absatz 39 bildet. Der
Mitnehmerbolzen 37 erstreckt sich durch eine Öffnung 40 in eine
Verriegelung 41, welche in einer querliegenden Führungsbahn
42 in der angetriebenen Kupplungshälfte 22 beweglich gehalten
ist. Der Mitnehmerbolzen 37 ist so angeordnet, daß er von der
Verriegelung 41 bei der Anlage des Absatzes 39 an der Kante
der Öffnung 40 axial abgestützt ist (siehe Fig. 2).
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In einer koaxialen Bohrung in der Abtriebswelle 16 ist eine
Druckfeder 43 angeordnet, die auf den Mitnehmerbolzen 37
wirkt, um auf diesen eine Rückstellkraft zu erzeugen.
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Um die Verriegelung 41 nach rechts im Sinne von Fig. 2
vorzubelasten, ist eine Feder 44 vorgesehen, welche dadurch das
spitze, rechte Ende der Verriegelung 41 aus der Abtriebswelle
16 hervorstehen läßt. Dadurch greift die Verriegelung an
einer der drei Kugeln 45 an, die in einer Umfangsnut 46 in der
antreibenden Kupplungshälfte 20 beweglich gehalten sind. Wie
am deutlichsten in Fig. 3 dargestellt, erstrecken sich drei
Paare radialer Stifte 47 in die Nut 46, wobei jedes Paar die
Umfangsbegrenzungen einer Tasche 48 bildet, die eine der
Kugeln 45 hält. Die Größe der Taschen sorgt für eine bestimmte
Freiheit an Umfangsbewegung der Kugeln 45.
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Der Durchmesser der Kugeln 45 ist größer als die radiale
Ausdehnung der Stifte 47, und die Verriegelung 41 ist so
angeordnet, daß sie nur bei einer Relativdrehung zwischen den
Kupplungshälften an die Kugeln 45 angreift.
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Im Betrieb ist der Schraubendreher mit einer Druckluftquelle
verbunden, und auf das Futter 17 wird ein
Schraubendreheinsatz aufgesteckt. Wenn der Einsatz mit einer anzuziehenden
Schraube in Eingriff gebracht und eine axiale Druckkraft auf
das Gehäuse 10 ausgeübt wird, werden die Abtriebswelle 16,
die gesamte Überrollkupplung 15 und die Schubstange 36 nach
hinten verschoben. Dies bedeutet, daß das Ventil 34 von dem
Sitz 35 angehoben wird und den Druckluft-Zufuhrkanal zum
Motor 13 öffnet. Dann wird von dem Motor 13 an die
Antriebsspindel 31 und weiter über die Kupplung 30 an die
Überrollkupplung 15 und die Abtriebswelle 16 ein Drehmoment
abgegeben.
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Diese in Fig. 1, 2 und 4 gezeigte Betriebsstellung der
Kupplung 15 bedeutet, daß die Schubstange 36 mit ihrem Ende auf
dem Mitnehmerbolzen 37 ruht, welcher seinerseits durch den
Absatz 39 seines Mittelteils auf der Verriegelung 41 ruht.
Letztere wird von der Feder 44 in ihrer Verriegelungsstellung
gehalten. Weiterhin sind in der drehmomentübertragenden
Betriebsstellung der Kupplung 15 die Kugeln 24 zwischen den
geneigten Seitenflächen der Taschen 26 und den schrägen Flächen
der Zähne 27 der antreibenden Kupplungshälfte 20 gefangen.
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In dieser Relativstellung der Kupplungshälften 20, 22 liegt
eine der Kugeln 45, die dem hervorstehenden Ende der
Verriegelung 41 am nächsten ist, in einem Abstand von demjenigen
Stift 47¹ der Stifte 47, der bei einer Relativdrehung
zwischen den Kupplungshälften 20, 22 einen Anschlag für die
Kugel 45 bilden wird. Dies bedeutet, daß ein gewisses Maß einer
Relativdrehung zwischen den Kupplungshälften 20, 22
erforderlich
ist, bevor die Kugel 45 an dem Stift 47¹ gestoppt wird
und man einen nicht verriegelnden Angriff zwischen der
Verriegelung 41 und der Kugel 45 erhält. Die Drehrichtung der
antreibenden Kupplungshälfte 20 ist in Fig. 3 durch einen
Pfeil dargestellt.
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Während des Anzugsvorgangs wächst der Drehmomentwiderstand
der Schraubverbindung, was zur Folge hat, daß die
Kupplungskugeln 24 an den Nockenzähnen 27 höher klettern, bis die
Trennkraft auf die Kupplungshälften die Vorspannung der Feder
28 erreicht. Dies ist die Stellung, in welcher das
eingestellte, maximale Drehmoment erreicht wird. Dann
überschreiten die Kugeln 24 die Scheitel der Nockenzähne 27, und die
Drehmomentübertragung fällt sofort ab. Die antreibende
Kupplungshälfte 20 fährt jedoch zusammen mit der Antriebsspindel
31 und dem Motor 13 fort, sich zu drehen.
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Während der Überrollbewegung der Kupplungshälften 20, 22
findet eine Relativdrehung zwischen der Verriegelung 41 und den
Anschlagstiften 47 der Kugel statt. Während dieser Bewegung
bringt die Verriegelung 41 eine der Kugeln 45 in Berührung
mit einem der Stifte 47, so daß eine Nockenwirkung zwischen
der Kugel 45 und der Verriegelung 41 stattfindet.
Anschliessende wird letztere nach innen verschoben, um dadurch den
Mitnehmerbolzen 37 und die Schubstange 36 zu lösen und ein
Schliessen des Ventils 34 zu bewirken.
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Dies geschieht, sobald die Kupplungskugeln 24 ihre das
maximale Drehmoment übertragende Stellung relativ zu den
Nockenzähnen 37 überschritten haben. Bei einer fortgesetzten
Relativdrehnung zwischen den Kupplungshälften bewegen sich die
Kugeln 24 über die geraden Verweilabschnitte 28 der
antreibenden Kupplungshälfte 20, was ein vollständiges Lösen der
Kupplung 15 bedeutet. Da die Verriegelung 41 sofort nach dem
Überschreiben der maximalen Drehmomentstelung in ihre die
Schubstange 36 auslösende, den Motor abschaltende Stellung
verschoben wird, gestattet die Verweilzeit der Kupplung 15
dem Motor 13 und anderen, nach dem Lösen rotierenden Teilen
bis zum Stillstand zu verzögern, bevor die Kupplung 15 wieder
greift und die Drehmomentübertragung an die
Schraubenverbindung wieder beginnt.
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Wenn der Anzugsvorgang abgeschlossen und der Motor 13
abgeschaltet ist, wird das Werkzeug von der Schraubverbindung
abgehoben. Dadurch bewegt die Feder 32 die Abtriebswelle 16 und
die Kupplung 15 in ihre vorderen Stellungen zurück. Nun
stellt die Feder 43 sicher, daß der Mitnehmerbolzen 37
aufwärts bewegt wird und es der Verriegelung 41 ermöglicht, in
ihre unausgelöste Stellung zurückzukehren. Der das Abschalten
auslösende Mechanismus ist nun zurückgestellt und für einen
weiteren Anzugsvorgang bereit.
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Die Umfangsbeweglichkeit der die Verriegelung auslösenden
Kugeln 45, d. h. die Umfangsbreite der von den Stiften 47
gebildeten Taschen 48, ermöglicht es, einen
Kugel/Verriegelungs-Angriffspunkt zu erhalten, der nicht nur bei einer
Vorwärtsdrehung des Werkzeuges, sondern ebenso bei einer
Rückwärtsdrehung exakt bezüglich des Auslösepunktes der
Überrollkupplung 15 liegt. In letzterem Fall wird die an der
Verriegelung 41 angreifende Kugel 45 an dem anderen der beiden
Stifte 47 der Tasche 48 gefangen, wodurch vermieden wird, daß
die Verriegelung 41 ausgelöst und der Motor abgeschaltet
wird, bevor die maximale Drehmomentkupplung zwischen den
Kugeln 24, den Taschen 26 und den Nockenzähnen 27 der Kupplung
15 erreicht wird.
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Der die Verriegelung auslösende Mechanismus des
erfindungsgemäßen Schraubendrehers ist nicht nur wegen seiner Fähigkeit
vorteilhaft, in beiden Drehrichtungen zu arbeiten, sondern
auch wegen der sehr geringen Masse der selbsteinstellenden
Auslösemittel, d. h. der Kugeln 45, was für eine sichere
Einstellung des Mechanismus auf den genauen, die Verriegelung
auslösenden Punkt sorgt, unabhängig davon, wie schnell der
Drehmomentanstieg in der angezogenen Schraubverbindung ist.