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Diese
Erfindung betrifft ein fluidbetriebenes Drehmomentwerkzeug zum Festziehen
und Lösen von
Gewindeverbindern, wie beispielsweise Schrauben, Muttern und dergleichen.
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Fluidbetriebene
Drehmomentwerkzeuge in der vorgenannten allgemeinen Ausführung sind
auf diesem Fachgebiet bekannt und werden weitgehend eingesetzt.
In bekannten fluidbetriebenen Drehmomentwerkzeugen arbeitet das
Werkzeug im wesentlichen senkrecht zur Antriebsachse. Anders ausgedrückt: wenn
ein fluidbetriebenes Drehmomentwerkzeug ein Eingriffselement, das
in einen Gewindeverbinder eingreift, und einen als eine fluidbetriebene Zylinder/Kolben-Einheit
ausgebildeten Antrieb hat, wird der Kolben des Antriebs in einer
axialen Richtung der Zylinder/Kolben-Einheit verschoben, während sich
das Eingriffselement des Werkzeugs um eine Achse dreht, die senkrecht
zur axialen Richtung der Zylinder/Kolben-Einheit verläuft. Werkzeuge in dieser bekannten
Ausführung
können
verbessert werden.
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In
der FR-A-2343934 ist ein Werkzeug beschrieben, in dem eine Antriebswelle
in einer Richtung gedreht wird, wenn Fluidkraft auf eine Seite eines
Kolbens aufgebracht wird, und die aufgrund eines vorgesehenen Ratschenmechanismus
stationär bleibt,
wenn Fluidkraft auf die andere Seite des Kolbens aufgebracht wird.
Somit wird die Antriebswelle nicht in der einen gleichen Richtung
gedreht, wenn die Fluidkraft abwechselnd auf entgegengesetzte Seiten
des Kolbens aufgebracht wird.
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In
der DE-C-949999 ist ein Werkzeug beschrieben, in dem die Welle in
einer Richtung gedreht wird, wenn Fluidkraft auf eine Seite des
Kolbens aufgebracht wird, und die in der entgegengesetzten Richtung
gedreht wird, wenn die Fluidkraft auf die entgegengesetzte Seite
des Kolbens aufgebracht wird. In diesem bekannten Werkzeug wird
die Antriebswelle auch nicht in der einen gleichen Richtung gedreht,
wenn die Fluidkraft abwechselnd auf entgegengesetzte Seiten des
Kolbens aufgebracht wird.
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In
der US-A-4513644 ist ein Werkzeug beschrieben, das eine Antriebswelle
in einer Richtung dreht, wenn Fluidkraft auf eine Seite eines Kolbens aufgebracht
wird, und das das Gehäuse
(38) des Werkzeugs in der entgegengesetzten Richtung dreht,
wenn Fluidkraft auf die andere Seite des Kolbens aufgebracht wird,
während
die Antriebswelle stationär
bleibt. Außerdem
dreht das Werkzeug die Antriebswelle nicht in der einen gleichen
Richtung, wenn Fluidkraft abwechselnd auf entgegengesetzte Seiten
des Kolbens aufgebracht wird.
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In
der FR-A-2418061 ist schließlich
ein Werkzeug beschrieben, das zwei Antriebsmotoren hat, nämlich einen
Rotationsmotor und einen Linearmotor. Der antreibende Rotationsmotor
dreht die Welle, bis ein gewisses Drehmoment erreicht ist, und an
diesem Punkt übt
der Linearmotor Druck auf einen Kolben aus, der die Welle in der
gleichen Richtung dreht. Die Welle dreht sich jedoch nicht in der
einen gleichen Richtung, wenn Fluidkraft abwechselnd auf entgegengesetzte
Seiten des Kolbens aufgebracht wird. Bei dieser Erfindung wird davon
ausgegangen, daß,
nachdem das gewisse Drehmoment durch den Rotationsmotor erreicht
wurde, weniger als ein voller Hub des Kolbens erforderlich ist,
um das gewünschte endgültige Drehmoment
zu erreichen, das auf eine festzuziehende oder zu lösende Mutter
oder dergleichen aufzubringen ist.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein fluidbetriebenes
Drehmomentwerkzeug bereitzustellen, das die Nachteile des Standes
der Technik vermeidet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein fluidbetriebenes Drehmomentwerkzeug gemäß dem nachfolgenden
Anspruch 1 bereitgestellt.
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Ein
fluidbetriebenes Drehmomentwerkzeug gemäß der Erfindung kann aus einer
einfachen Konstruktion bestehen, die nur wenige Teile erfordert
und einen relativ kleinen Durchmesser aufweist. Gleichzeitig ist
das Werkzeug äußerst leistungsfähig, da eine
Kolbenfläche
im Werkzeug wenig Platz erfordert, jedoch größer ist, als wenn eine einzelne
Zylinder/Kolben-Antriebsausführung verwendet
werden würde.
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Der
erste und der zweite Satz schneckenförmiger Ausbildungen sind praktischerweise
beide am zentralen Abschnitt des Eingriffselements oder beide am
Antriebsmittel vorgesehen.
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Das
Werkzeug kann geeigneterweise mit stationären Gliedern ausgestattet sein,
die jeweils mit mehreren Zähnen
ausgestattet sind, die in Gegenzähne
der ersten bzw. der zweiten Ratsche eingreifen können, wobei das erste und das
zweite Antriebsglied mit der ersten und der zweiten Ratsche zusammenwirken
können
und gleichzeitig im Verhältnis dazu
axial bewegbar sind. Wenn somit die Zähne der einen Ratsche in die
Zähne ihres
zugeordneten stationären
Glieds eingreifen, bewegt sich das Antriebsmittel im Verhältnis zur
Ratsche und im Verhältnis zum
Eingriffselement unter der Wirkung des Arbeitsfluids axial weiter.
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Das
Werkzeug kann auch Mittel mit ineinandergreifenden Keilverzahnungen
haben, um das erste und das zweite Antriebsglied mit der ersten
bzw. der zweiten Ratsche zu verbinden, so daß das Antriebselement im Verhältnis zur
ersten und zweiten Ratsche axial verschiebbar ist.
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Das
Arbeitsfluidzuführungsmittel
beinhaltet praktischerweise einen Fluidzylinder, um das Arbeitsfluid
zuzuführen
und das Antriebsmittel im Verhältnis zum
Eingriffselement in den zwei entgegengesetzten Richtungen der hin
und her gehenden Verdrängung axial
zu verschieben.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die
folgenden Zeichnungen beschrieben; dabei sind:
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1 der
Zeichnungen eine schematische Ansicht eines Teilquerschnitts eines
die vorliegende Erfindung verkörpernden
fluidbetriebenen Drehmomentwerkzeugs;
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2 eine
Ansicht eines Eingriffselements des erfindungsgemäßen Werkzeugs;
und
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3 eine
auseinandergezogene Ansicht eines Antriebselements und der Ratschen
des erfindungsgemäßen Werkzeugs.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein
fluidbetriebenes Drehmomentwerkzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung hat ein Eingriffselement 1, das als eine längliche
gestufte zylindrische Welle ausgeführt ist, die gegenüberliegende
Endabschnitte 2 und 3, die jeweils so ausgeführt sind,
daß sie
in einen festzuziehenden oder zu lösenden Gewindeverbinder eingreifen,
einen zentralen Abschnitt 6 sowie zwei weitere Abschnitte 4 und 5 hat.
Die Endabschnitte 2 und 3 können beispielsweise als rechtwinklige
oder sechseckige Glieder ausgebildet sein, die in rechtwinklige
oder sechseckige Öffnungen
von mit einem Gewindeverbinder zu verbindenden Fassungen eingreifen
können.
Die zwei Abschnitte 4 und 5 haben jeweils einen größeren Durchmesser
als die Endabschnitte 2 und 3. Der zentrale Abschnitt 6 ist
im wesentlichen zylindrisch und befindet sich zwischen den Abschnitten 4 und 5.
Er hat zwei Bereiche, die mit schneckenförmigen Ausbildungen 8 und 9,
die beispielsweise als schneckenförmige Zähne ausgebildet sind, ausgestattet
sind, die in entgegengesetzten Richtungen geneigt sind. Anders ausgedrückt: Die
schneckenförmigen
Ausbildungen 8 sind, ausgehend von einer zentralen Linie 7 des
Abschnitts 6, von unten links nach oben rechts geneigt,
während
die schneckenförmigen
Vorsprünge 9 von
oben links nach unten rechts hin geneigt sind.
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Hülsen 10 und 11 mit
geflanschten äußeren Enden
sind an den Abschnitten 4 bzw. 5 des Eingriffselements vorgesehen
und mit dem Gehäuse
des Werkzeugs fest verbunden, beispielsweise durch Schrauben 12,
die den Flansch einer jeden Hülse
mit dem Gehäuse
verbinden. Das Eingriffselement 1 dreht sich im Verhältnis zu
den Hülsen 10 und 11. Rückhalteglieder 13 halten
alle Teile des Werkzeugs zusammen und sind mit der Welle fest verbunden, beispielsweise
durch Stifte 14.
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Die
Rückhalteglieder 13 sind
im Verhältnis
zu den Hülsen 10 und 11 aufgrund
von zwischen ihnen vorgesehenen Lagern 15, die beispielsweise
Kugeln beinhalten, drehbar. Die inneren Enden der Hülsen 10 und 11 sind
mit mehreren Zähnen 18 bzw. 19 ausgestattet,
die in einer Umfangsrichtung quer zur Achse A des Eingriffselements 1 voneinander
beabstandet und in entgegengesetzten Richtungen geneigt sind.
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Das
Werkzeug beinhaltet weiterhin ein Antriebselement 20 mit
zwei Antriebsgliedern 21 und 22, die miteinander,
beispielsweise durch ein von Kugeln gebildetes Lager 23,
verbunden sind, so daß sie gemeinsam
axial verschiebbar sind und gleichzeitig im Verhältnis zueinander rotieren können. Das
Werkzeug hat weiterhin ringförmige
Ratschen 24 und 25, die im Verhältnis zu
den Antriebsgliedern 21 bzw. 22 nichtdrehbar vorgesehen
und in einer axialen Richtung zu den jeweiligen Hülsen 10 und 11 durch
Federn 26 und 27 federvorgespannt sind. Die Ratschen 24 und 25 sind
mit Zähnen 28 und 29 ausgestattet, die
in die Zähne 18 und 19 der
Hülsen 10 bzw. 11 eingreifen
können.
Das Antriebsglied 21 ist mit der Ratsche 24 durch
ineinandergreifende Ausbildungen, beispielsweise Keilverzahnungen 30,
verbunden, so daß es
sich im Verhältnis
zur Ratsche 24 und daher im Verhältnis zum Eingriffselement 1 axial
verschieben kann. Das Antriebsglied 22 ist gleichermaßen mit der
Ratsche 25 durch ineinandergreifende Ausbildungen, wie
beispielsweise Keilverzahnungen 31, verbunden, so daß es sich
auch im Verhältnis
zur Ratsche 25 und daher im Verhältnis zum Eingriffselement 1 axial
bewegen kann.
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Die
Antriebsglieder 21 und 22 haben radial nach innen
verlaufende Vorsprünge 32 und 33,
die mit schneckenförmigen
Ausbildungen, die beispielsweise als schneckenförmige Zähne ausgebildet sind, ausgestattet
sind. Die schneckenförmigen
Ausbildungen der Vorsprünge 32 und 33 sind
in entgegengesetzten Richtungen geneigt und entsprechend den schneckenförmigen Vorsprüngen 8 und 9 des
Eingriffselements 1 ausgebildet, um in das letztere einzugreifen.
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Das
Werkzeug hat auch ein allgemein mit der Bezugszahl 34 bezeichnetes
Gehäuse.
Das Gehäuse
hat zwei Gehäuseabschnitte 35 und 36,
die miteinander, beispielsweise mittels einer Gewindeverbindung 37,
verbunden sind. Das Gehäuse
hat zwei Kammern 38 und 39, die nicht miteinander
kommunizieren. Arbeitsfluid, wie beispielsweise Hydraulikfluid,
kann abwechselnd den Kammern 38 und 39 zugeführt und
daraus abgezogen werden.
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Das
fluidbetriebene Werkzeug in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung arbeitet wie folgt:
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Wenn
Arbeitsfluid, beispielsweise Hydraulikflüssigkeit, von einer (nicht
dargestellten) Quelle aus in die Kammer 39 eingeleitet
wird, wird das Antriebsglied 22 nach oben geschoben (wie
in den Zeichnungen dargestellt) und schiebt das Antriebsglied 21 nach
oben. Da die Zähne 28 der
Ratsche 24 in die Zähne 18 der
Hülse 10 eingreifen,
kann sich das Antriebsglied 21 nicht drehen und bewegt
sich statt dessen im Verhältnis
zur Ratsche 24 und im Verhältnis zum Eingriffselement 1 axial
nach oben. Da die schneckenförmigen
Ausbildungen 32 des Antriebsglieds 21 in die schneckenförmigen Ausbildungen 8 des
Eingriffselements 1 eingreifen, bewirkt die axiale Aufwärtsverschiebung
des Antriebsglieds 21, daß sich das Eingriffselement 1 in
einer durch den Pfeil in 1 angegebenen vorbestimmten
Richtung dreht. Während
dieser axialen Aufwärtsverschiebung
kann sich das Antriebsglied 22 im Verhältnis zum Antriebsglied 21 drehen
und folgt durch seine schneckenförmigen
Ausbildungen 33 gerade den schneckenförmigen Ausbildungen 9 des
Eingriffselements 1, während
die Zähne 29 der
Ratsche 25 gerade über
die Zähne 19 der
Hülse 11 gleiten.
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Wenn
anschließend
das Fluid aus der Kammer 39 abgezogen und der Kammer 38 zugeführt wird,
bewegen sich die Antriebsglieder 21 und 22 axial
nach unten. Da die Zähne 29 der
Ratsche 25 in die Zähne 19 der
Hülse 11 eingreifen,
kann das Antriebsglied 22 nicht rotieren und verschiebt
sich im Verhältnis
zur Ratsche 25 und im Verhältnis zum Eingriffselement 1 axial
nach unten. Aufgrund des Eingreifens der schneckenförmigen Ausbildungen 33 des
Antriebsglieds 22 in die schneckenförmigen Ausbildungen 9 des
Eingriffselements 1 wird das Eingriffselement 1 in
der gleichen Richtung gedreht, während sich
das Antriebsglied 21 im Verhältnis zum Antriebsglied 22 dreht
und die Zähne 28 der
Ratsche 24 über die
Zähne 18 der
Hülse 10 gleiten.
Daher wird für
ein kontinuierliches Drehen der Welle gesorgt, und zwar unabhängig davon,
in welcher axialen Richtung sich die Antriebsglieder 21 und 22 bewegen.
Auf diese Weise kann ein Befestigungselement beispielsweise festgezogen
werden. Um das Werkzeug von Festziehen auf Lösen umzustellen, wird das Werkzeug
herumgedreht, so daß das
obere Ende des Eingriffselements 1 in das Befestigungselement
eingreift.
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Das
fluidbetriebene Drehmomentwerkzeug ist weiterhin mit einem allgemein
mit der Bezugszahl 40 bezeichneten Reaktionsglied ausgestattet.
Das Reaktionsglied 40 hat innere Keilverzahnungen 41, die
in äußere Keilverzahnungen 42,
die an beiden Endteilen des Gehäuses
vorgesehen sind, eingreifen. Das Reaktionsglied kann bekanntlich
stumpf an benachbarte Gegenstände,
beispielsweise eine Seite eines Flansches, eine angrenzende Mutter
oder eine Basis eines Gehäuses
der Anwendung anstoßen.
Das Reaktionsglied kann von einer axialen Seite des Gehäuses entfernt
und am anderen axialen Ende des Gehäuses während jeweiliger Arbeitsgänge befestigt
werden.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist das Gehäuse
als ein Zylinder mit fluidaufnehmenden Kammern ausgebildet. Es versteht
sich, daß der
Zylinder separat vom oben daran befindlichen Werkzeug vorgesehen
und betrieben werden kann, so daß er von einer Seite zu einer
anderen Seite umgeschaltet werden kann. Dies würde jedoch ein längeres Werkzeug
zur Folge haben.
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Wenn
das fluidbetriebene Drehmomentwerkzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung ausgelegt ist, bietet es eine einfache Konstruktion und
erfordert nur sehr wenige Teile. Es hat auch einen relativ kleinen
Durchmesser und ist gleichzeitig extrem leistungsfähig, da
die in diesem Werkzeug bereitgestellte Kolbenfläche nur wenig Platz beansprucht
und dennoch größer als
in Werkzeugen mit Zylinder/Kolben-Einheiten ist.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf eine spezielle Ausführungsform
dargestellt und beschrieben wurde, soll sie nicht auf die dargestellten Details
beschränkt
sein, sondern es können
verschiedene Modifizierungen und Konstruktionsänderungen vorgenommen werden,
ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie in den beiliegenden
Ansprüchen
definiert, in irgendeiner Weise abzuweichen.