-
Die Erfindung befaßt sich mit einem mehradrigen Kabel zum
Übertragen elektrischer Energie und elektrischer Signale an
einen und von einem tragbaren Motor-Schraubendreher.
-
Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches mehradriges
Kabel, das zwei oder mehr Bereiche aufweist, die jeweils
eine geometrische Mitte haben und parallel zueinander so
verlaufen, daß an jeder Querschnittstelle des Kabels die
geometrischen Mitten auf einer geraden Linie liegen.
-
Beim Stand der Technik erfolgt die elektrische Verbindung
bei tragbaren Motor-Schraubendrehern über Kabel, deren
elektrische Leiter aus konzentrisch angeordneten Adern
bestehen, d. h. über Kabel mit einem im wesentlichen
kreisformigen Querschnitt.
-
Ein bei derartigen Kabeln auftretender Nachteil besteht
darin, daß sie, obwohl sie allgemein flexibel sind, dazu
neigen, recht steif zu sein, weil die hohe Anzahl leitender
Adern einen großen Außendurchmesser des Kabels und
entsprechend einen großen Radius von der Mitte des Kabels zu den
am weitesten außen angeordneten Adern bewirkt.
-
Dies führt nicht nur zu einem steiferen Kabel und einer
umständlicheren Handhabung des Motor-Schraubendrehers,
sondem bewirkt auch hohe Spannungskräfte und eine große
Relativverschiebung der äußersten Adern beim Biegen des Kabels.
Dies führt wiederum zu einer kürzeren Lebensdauer des
Kabels, weil der Reibungsverschleiß und das Risiko eines
Bruches der äußeren Adern groß sind.
-
Ein weiteres konzentrische Kabel nach dem Stand der Technik
betreffendes Problem betrifft die elektrische Störung der
von dem Schraubendreher übermittelten Signale. Diese wird
durch das um die Stromversorgungsadern bestehende
elektromagnetische Feld bewirkt, die den Motor des
Schraubendrehers mit einer Stromquelle verbinden, und weil die Kabel
zur Übertragung elektrischer Signale und elektrischer
Energie sehr dicht beieinander angeordnet sind, ist der
elektromagnetische Einfluß auf die Signale unvermeidbar.
-
Eine Lösung der oben genannten Probleme erreicht man durch
die Verwendung eines Flachkabels, bei welchem man sowohl
eine bessere Trennung der Adern zur Energie- und
Signalübertragung als auch einen kleineren Abstand von der
Kabelmitte zu den äußersten Adern in einer Richtung erreichen
kann. Das letzte Merkmal ist von Vorteil, weil es zu einer
geringeren Spannung und Verschiebung der äußersten Adern
beim Biegen des Kabels in der Richtung der kleinen
Kabelabmessung führt. Die Biegekraft in dieser Richtung ist im
Vergleich zu einem konzentrischen Kabel nach dem Stand der
Technik wesentlich kleiner.
-
Das Verwenden eines derartigen Flachkabels mit zwei oder
mehr parallel zueinander angeordneten Aderbereichen führt
jedoch zu einem weiteren Problem, zu welchem die Erfindung
eine Lösung vorschlägt, nämlich wie man die in der Richtung
der großen Abmessung des Kabels hervorgerufenen Biegekräfte
und Aderspannungen reduzieren soll. Die große Breite eines
solchen Flachkabels ist größer als der Außendurchmesser
eines konzentrischen Kabels, was zur Folge hat, daß das
Flachkabel in dieser Richtung nahezu völlig steif ist. Dies
bedeutet, daß ein solches Kabel die Handhabung des
Schraubendrehers sehr umständlich machen würde.
-
Ein weiteres Problem, das bei Kabeln nach dem Stand der
Technik mit kreisförmigen Außenquerschnitt besteht,
betrifft die Schwierigkeit festzustellen, ob das Kabel
während der Verwendung des Schraubendrehers unbeabsichtigt
verdrillt wurde. Ein solches Verdrillen des Kabels führt
leicht zu einem Verheddern des Xabels, das seinerseits eine
Beschädigung des Kabels selbst und auch eine
Beeinträchtigung der Handhabung des Schraubendrehers bewirken kann.
Dieses Problem wird durch die Verwendung eines Flachkabels
gelöst, dessen Verdrillung leicht zu beobachten ist.
-
Die vorstehend genannten Probleme werden erfindungsgemäß,
wie in den Ansprüchen beschrieben, gelöst.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden
nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
-
Fig. 1 einen Motor-Schraubendreher, der
mittels eines erfindungsgemäßen Kabels an
eine Steuer- und
Überwachungseinrichtung angeschlossen ist;
-
Fig. 2 den hinteren Bereich eines Motor-
Schraubendrehers, an welchen ein Kabel
nach einer weiteren, erfindungsgemäßen
Ausführungsform angeschlossen ist;
-
Fig. 3 einen Querschnitt des Kabels an der
Stelle III-III nach Fig. 2.
-
Die in Fig 1 abgebildete Vorrichtung besitzt einen
elektrischen Motor-Schraubendreher 10 mit einem Griff 11 zum
manuellen Halten des Schraubendrehers 10 und eine
Vielkontaktbuchse
12, die mit einem zugehörigen Vielkontaktstecker
13 verbunden ist, der am Ende eines Kabels 15 angebracht
ist.
-
Über das Kabel 15 ist der Schaubendreher 10 an eine
Einrichtung 14 angeschlossen, die über eine elektronische
Steuer- und Überwachungsausrüstung verfügt, mit welcher der
Betrieb des Schraubendrehers gesteuert wird. Die Ausrüstung
besitzt Mittel für die Stromversorgung, Mittel zum Steuern
und Überwachen des Anzugsvorgangs, Mittel zur
Datenspeicherung und -dokumentation usw.
-
Das Kabel 15 ist ein aus drei parallelen Bereichen 16, 17,
18 bestehendes Flachkabel. Jeder dieser Bereiche besitzt
eine geometrische Mitte 20, 21 bzw. 22 und alle drei
geometrischen Mitten 20, 21, 22 sind auf einer geraden Linie 24
angeordnet. Die Anordnung in gerader Linie der
Bereichsmitten 20, 21, 22 ist über die Länge des Kabels 15
beibehalten.
-
Einer der Kabelbereiche 16 besitzt eine Anzahl von Adern
zur Übertragung elektrischer Energie an den Schraubendreher
10.
-
Ein anderer Bereich 18 besitzt eine Anzahl von Adern zur
Signalübertragung, die mit signalerzeugenden Mitteln
gekoppelt sind, wie z. B. Drehmomentaufnehmer,
Drehwinkelerfasser, Temperatursensor und dgl. im Schraubendreher 10.
-
Ein dritter Bereich 17, der zwischen den beiden anderen
Bereichen 16, 18 liegt, enthält keine elektrischen Leiter,
jedoch eine Tragleine für das Kabel, durch welche die
anderen beiden Bereiche von auftretenden Spannungskräften
entlastet werden.
-
Der elektrisch wirkungslose Bereich 17 dient auch als
Abstandsmittel zum Trennen der Stromversorgungsadern des
Bereichs 16 von den Adern zur Signalübertragung des Bereichs
18 und reduziert dadurch die elektromagnetischen Störungen
der von dem Schraubendreher 10 an die an ihn angeschlossene
Steuer- und Überwachungsausrüstüng übermittelten Signale
erheblich.
-
Alle drei Bereiche 16, 17, 18 werden durch ein Kunstharz-
Formteil 25 fest in der Flachkabelanordnung gehalten, so
daß die breite Querabmessung b ungefähr das Dreifache der
kleinen Abmessung a beträgt (siehe Fig. 3).
-
Wie in Fig. 1 dargestellt, besitzt das Kabel 15 einen nahe
des Schraubendrehers 10 angeordneten, flexiblen Abschnitt
A, in welchen das Kabel 15 in einer um 180º verdrillten
Form vorgeformt ist. Dies wird durch eine Wärmebehandlung
des Kabels in einer speziell gestalteten Halterung bewirkt,
in welcher das Kunstharz-Formteil 25 eine verdrillte Form
annimmt, ohne die Relativlagen der Aderbereiche 16, 17, 18
zu verändern. Dementsprechend verbleiben die geometrischen
Mitten 20, 21, 22 dieser Bereiche auf der geraden Linie 24.
-
Der flexible Abschnitt A macht nur einen kleinen Teil der
Gesamtlänge des Kabels aus, d. h. daß der Rest des Kabels,
der einen zweiten Abschnitt B bildet, eine gerade,
unverdrillte Form besitzt. Dies ermöglicht es, das Kabel visuell
auf unerwünschtes Verdrillen hin zu überprüfen, das
Schleifenbildung und Beschädigung des Kabels selbst und auch eine
beeinträchtigte Handhabung des Schraubendrehers verursachen
kann.
-
Beispielsweise besteht bei der Verwendung elektrischer
Schraubendreher bei Montagebändern ein allgemeines Problem
darin, daß das Kabel infolge von wiederholten halben
Drehungen jedes Mal dann, wenn der Monteur das Werkzeug
aufnimmt und in seine Ruhestellung zurücklegt, unbeabsichtigt
verdrillt wird. So kann das Kabel nach mehreren
Arbeitszyklen eine unerwünschte, verdrillte Form haben und die
Handhabung des Schraubendrehers daher beeinträchtigt sein.
-
Bei einem in der Praxis erfolgreich eingesetzten Beispiel
besitzt das Kabel eine Gesamtlänge von 5,0 m und weist nahe
des Schraubendrehers einen flexiblen Abschnitt von 0,6 m
auf. Der flexible Abschnitt hat einen Drillwinkel von 180º
und bietet eine komfortable Handhabung des Werkzeugs. Durch
die erfindungsgemäße Einführung des flexiblen Abschnitts A
werden mehradrige Flachkabel in allen Richtungen flexibel,
um eine komfortable Handhabung des Schraubendrehers
sicherzustellen. Anders ausgedrückt hat es die Erfindung möglich
gemacht, Flachkabel in dieser Anwendung einzusetzen, was es
seinerseits möglich gemacht hat, nicht nur die Lebensdauer
eines mehradrigen Kabels bei tragbaren
Motor-Schraubendrehern zu erhöhen, sondern auch zuverlässigere und weniger
gestörte Signale von dem Werkzeug zu erhalten.
-
Durch die Erfindung wurde es möglich, ein Kabel zu
verwenden, bei welchem auch die Sicherheit gegen Kurzschluß
zwischen den Adern zur Stromversorgung und den
signalübertragenden Adern wesentlich verbessert ist. Dies ist ein
bedeutendes Merkmal sowohl für den Schutz der Ausrüstung als
auch des Personals vor lebensgefährlichen Spannungen. Es
ist jedoch zu beachten, daß die Erfindung nicht auf das
oben beschriebene Beispiel beschränkt ist, sondern
innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche variiert werden kann.
Beispielsweise ist die Anzahl der parallelen Aderbereiche
nicht auf drei beschränkt und die Form des flexiblen
Abschnitts A könnte irgendeinen Verdrillungswinkel von
ungefähr
180º und mehr haben. Die oben beschriebene
Ausführungsform mit einer Verdrillung von 180º ist ein Beispiel
eines gut funktionierenden flexiblen Abschnitts.
-
Beim wiederholten Biegen eines Flachkabels um einen
bestimmten Winkel muß eine bestimmte Länge des Kabels an der
Biegebewegung beteiligt sein, um Ermüdungsbelastungen in
dem Kabel zu vermeiden, wobei sich die Länge durch die
Belastungsfähigkeit beim Biegen des Kabels bestimmt, d. h.
durch den zulässigen kleinsten Krümmungsradius
-
Um eine universelle Biegefähigkeit des Kabels zu erreichen,
wird ein Bereich des Kabels in einer verdrillten Form
vorgeformt, um einen flexiblen Abschnitt A zu bilden. Ein
Biegen des Kabels in dem flexiblen Abschnitt A in irgendeiner
Richtung bedeutet, daß das tatsächliche Biegen nur in
denjenigen Abschnitten des Kabels stattfindet, in welchen der
in Biegerichtung schwächste Querschnitt liegt. Tatsächlich
existiert nur ein begrenzter Bereich C des Kabels pro
halber Verdrillung, der den schwächsten Querschnitt in einer
Biegerichtung besitzt.
-
In Fig. 2 ist der schwache Bereich C in dem Bereich des
Kabels dargestellt, der den schwächsten Querschnitt beim
Biegen in den durch die Pfeile angedeuteten Richtungen
darstellt.
-
Entsprechend ist nur ein Bruchteil von X % der Länge des
flexiblen Abschnitts vorhanden, der den schwächsten Bereich
in einer zufällig gewählten Biegerichtung bildet. Dieser
schwache Bereich C muß eine ausreichende Länge 1 besitzen,
so daß die Grenze für die Biegefähigkeit des Kabels beim
Biegen um einen größeren Winkel nicht erreicht wird. Um
dies zu erreichen, beträgt die Länge L des flexiblen
Abschnitts: 100 : X x 1. In Abhängigkeit von dem Verhältnis
zwischen der Breite b und der Dicke a des Kabels variiert
die Länge des schwachen Bereichs C des flexiblen Abschnitts
A zwischen 10 % und 30 %, wobei bei einem größeren
Verhältnis der Breite b zur Stärke a ein kleinerer Bereich des
flexiblen Abschnitts A durch deh schwachen Bereich C bei
einer bestimmten Steigung der verdrillten Form ausgebildet
wird.
-
In Abhängigkeit von der Biegerichtung des Werkzeugs liegt
der schwache Bereich C des flexiblen Abschnitts A in
verschiedenen Abständen zum Werkzeug. In einem Fall, in
welchem das Werkzeug in der Richtung geschwenkt wird, in
welcher der unmittelbar am Werkzeug liegende Kabelabschnitt
seine steifeste Charakteristik hat und der flexible
Abschnitt A des Kabels seinen minimal akzeptablen
Verdrillungswinkel von 1800 besitzt, wird das Kabel genau in der
Mitte des flexiblen Abschnitts gebogen. Dementsprechend
führt diese spezielle Biegerichtung zu einem Biegen des
Kabels in seinen schwächsten Bereich C, der in einen Abstand
vom Werkzeug liegt, der gleich der halben Länge des
flexiblen Abschnitts A ist. In bestimmten Fällen kann dieser
Abstand zu groß sein, um eine komfortable Handhabung des
Werkzeuges zu erreichen. Die Krümmung des Kabels an einem
einzigen Punkt kann sich auch als unkomfortabel für den
Monteur und nachteilig für die Lebensdauer des Kabels
erweisen. Um die Biegebewegung des Kabels gleichmäßiger zu
verteilen, kann die verdrillte Form des flexiblen
Abschnitts mehrere volle oder halbe Drehungen aufweisen, um
jeweils mehr schwache Abschnitte in jeder Biegerichtung zu
verwirklichen.
-
Um eine komfortable Handhabung des Werkzeuges
sicherzustellen, sollte die Länge des flexiblen Abschnitts A nicht zu
lang sein. Die geeignete Länge des flexiblen Abschnitts A
beträgt das 0,5 - 3fache der größten Abmessung des
Werkzeuges bzw. 1 m im Maximalfall.