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Die
Erfindung betrifft einen Motorschraubendreher, insbesondere einen
für das
Anziehen von selbstschneidenden Schrauben gedachten Motorschraubendreher.
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Das
der Erfindung zugrunde liegende Problem betrifft das Anziehen von
selbstschneidenden Schrauben beim Zusammenbau von Blechteilen, wobei
das während
der anfänglichen
Gewindeformphase benötigte
Abtriebsdrehmoment höher
ist als das angestrebte endgültige
Vorspanndrehmoment. Falls das Motorwerkzeug so eingestellt wäre, daß es ein maximales
Abtriebsdrehmoment lieferte, das hoch genug für die Gewindeformphase wäre, wäre das Vorspanndrehmoment
in den meisten Fällen
zu hoch und resultierte in einem Ausreißen der soeben geformten Gewinde.
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Ein
Weg, dieses Problem zu lösen
besteht darin, einen Motorschraubendreher mit einer das Drehmoment
begrenzenden Klauenkupplung zu verwenden, die bei dem eingestellten
Auslösedrehmomentniveau
ein pulsierendes Abtriebsdrehmoment erzeugt. Das benötigte Gewindeformungsdrehmoment
wird dadurch erreicht, daß man
den Schraubendreher für
einige Sekunden an der Schraube arbeiten läßt, wobei die dynamischen Kräfte des
pulsierenden Abtriebdrehmoments bewirken, daß die Schraube durch die Gewindeformungsphase
getrieben wird. Sobald die Gewindeformung abgeschlossen ist, wird die
Schraube mit einem nicht pulsierenden Drehmoment eingedreht, bis
sie auf der Auflagefläche
des Blechteils festsitzt, das gerade montiert wird. Es ist jedoch
nach wie vor entscheidend, daß der
Bediener vorsichtig und schnell genug ist, den Schraubendreher nicht
zu viele Drehmomentimpulse an die festsitzende Schraube abgeben
zu lassen, weil in diesem Fall ein großes Risiko besteht, daß die gerade
gebildeten Gewinde ausreißen.
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Ein
anderer Lösungsweg
für das
Problem, wie sich ein hohes Gewindeformungsdrehmoment und ein sicheres
abschließendes
Anziehen bei einem geringeren Drehmoment erreichen läßt, besteht
darin, eine Drehmoment begrenzende Auslösekupplung mit tiefenabhängig ansprechenden
Verriegelungsmitteln einzusetzen, um ein vorzeitiges Auslösen zu verhindern.
Ein Motorschraubendreher mit solchen Mitteln ist in der
US 3,934,629 beschrieben. Dieser
bereits bekannte Schraubendreher besteht aus zwei in Reihe angeordneten
Trennkupplungen, von denen eine so eingestellt ist, daß sie bei
einem gewünschten
endgültigen
Vorspanndrehmoment auslöst,
wohingegen die andere eine Sicherheitskupplung ist, die so eingestellt
ist, daß sie
im Falle eines Festfressens der Schraube während der Gewindeformung auslöst. Eine
auf eine axiale Verlagerung der Abtriebswelle relativ zu auf der
Schraubenunterlage aufsetzbaren Muffe ansprechende Verriegelungsvorrichtung
ist so eingerichtet, daß sie
ein Auslösen
der Kupplung für
das Enddrehmoment während
der Gewindeformungsphase verhindert.
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Dieser
bekannte Schraubendreher ist aufwendig im Hinblick auf die Konstruktion,
nicht nur wegen der doppelten Kupplungsanordnung, sondern auch wegen
der axialen Beweglichkeit der Abtriebswelle.
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In
der
EP 0 411 483 A1 ist
ein Motorschraubendreher zum Einbauen selbstschneidender Schrauben
beschrieben, wobei eine Trennkupplung während der anfänglichen
Gewindeformungsphase durch das Zusammenwirken von zwei Gruppen von radial
ver schieblichen Kugeln und einer beweglichen koaxialen Spindel,
die an eine axial verschiebbare Muffe zur Tiefenmessung gekuppelt
ist, gegen das Auslösen
gesperrt ist. Diese bekannte Werkzeuggestaltung ist recht kompliziert
sowohl hinsichtlich der Konstruktion als auch der Funktion.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten Motorschraubendreher für selbstschneidende
Schrauben zu schaffen, der eine das Drehmoment begrenzende Trennkupplung zum
sicheren Vermeiden des Ausreißens
von Gewinden beim abschließenden
Vorspannen der Schraubverbindung und Mittel zum Erzielen eines gesteigerten
Abtriebsdrehmoments umfaßt,
die die Trennkupplung daran hindern, während der vorhergehenden Gewindeformungsphase
auszulösen.
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Weiter
Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
und den Ansprüchen
ersichtlich.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch den vorderen Bereich eines erfindungsgemäßen Motorschraubendrehers,
abgebildet im Gewindeformungs-Zustand;
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2 einen
Schnitt entsprechend 1, der aber den Schraubendreher
im Zustand des abschließenden
Anziehens zeigt.
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Der
in den Figuren der Zeichnungen abgebildete Motorschraubendreher
umfaßt
ein Gehäuse 10, einen
pneumatischen Drehantriebsmotor mit einem Drucklufteinlaßventil
(nicht gezeigt), eine das Drehmoment begrenzende Trennkupplung 11 und
eine Abtriebswelle 12. Letztere ist an ihrem Vorderende
in einem Gleitlager 13 gelagert und mit einem Innensechskantabschnitt 14 zur
Aufnahme des Antriebssechskants eines Schraubendrehereinsatzes 15 in
bekannter Weise gestaltet.
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Die
Trennkupplung
11 entspricht im wesentlichen dem in der
US 5,201,374 beschriebenen
Typ und besteht aus einer antreibenden Hälfte
16, die mit axial
gerichteten Nockenflächen
17 ausgebildet
ist, einer angetriebenen Kupplungshälfte
18, die als Einheit
mit der Abtriebswelle
12 gestaltet ist, einer Anzahl von
Kupplungskugeln
19 zum Zusammenwirken mit den Nockenflächen
17 und
einem ringförmigen Schubelement
20,
das einen Teil der angetriebenen Kupplungshälfte bildet mit dieser über eine
kugelförmige
Feder
21 drehstarr verbunden ist und so angeordnet ist,
daß es
eine axiale Vorspannkraft von einer Druckfeder
22 auf die
Kugel
19 überträgt. Die
Vorspannkraft der Feder
22 wie auch das Auslösedrehmomentniveau
der Kupplung
11 sind über
einen beweglichen Stützring
23 justierbar,
der sich im Gewindeeingriff mit der Abtriebswelle
12 befindet.
Eine Antriebsspindel
24 überträgt das Antriebsdrehmoment vom
Motor auf die antreibende Kupplungshälfte
16 über eine
geradverzahnte Zahnkupplung
25.
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Zu
der Auslösekupplung
11 gehört ein Antriebsabschaltmechanismus,
der an das nicht abgebildete Drucklufteinlaßventil gekoppelt ist. Dieser
Abschaltmechanismus entspricht dem Typ, der bereits in der vorgenannten
US 5,201,374 beschrieben
ist, und wird hier nicht weiter beschrieben, weil er keinen Be standteil
der Erfindung bildet. Hauptbestandteile des Abschaltmechanismus
sind jedoch ein in der Bohrung der angetriebenen Kupplungshälfte
18 quer beweglicher
Verriegelungskolben
26, eine Anzahl von Kugeln
27,
die sich in Taschen in der antreibenden Kupplungshälfte
16 befinden,
und eine Betätigungsstange
28,
die mit dem Lufteinlaßventil
verbunden ist und an ihrem Ende an dem Verriegelungskolben
26 während des
Werkzeugbetriebs abgestützt ist.
Bei einer Drehung der antreibenden und der angetriebenen Kupplungshälften
16,
18 relativ
zueinander schieben die Kugeln
27 den Verriegelungskolben
26 in
eine Stellung in der die Betätigungsstange
28 freigegeben
und in einer Vorwärtsrichtung
bewegt wird, um dadurch das Schließen des Lufteinlaßventils
und das Abschalten des Motors zu erreichen. Dies ist bereits in
der vorstehend erwähnten
US-Patentschrift beschrieben.
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Am
Vorderende ist das Gehäuses 10 mit
einem Kragen 30 ausgebildet, in dem ein Kontaktelement
in Form einer Rohrmuffe 31 verlagerbar geführt ist.
Diese Muffe 31 reicht über
den Schraubendrehereinsatz 15 hinaus und ist dafür vorgesehen,
mit der die Schraubenunterlage bildende Werkstückoberfläche 32 in Kontakt
zu treten, bevor der abschließende Schritt
des Anziehens beginnt. Die Vorwärtsbewegung
der Kontaktmuffe 31 wird durch ein Muffenelement 33 begrenzt,
das in das Stirnende des Kragens 30 des Gehäuses eingeschraubt
ist und an einer rückwärtigen Schulter 34 der
Kontaktmuffe angreift.
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Die
Auslösekupplung 11 ist
mit einer Verriegelungsvorrichtung versehen, die mit der Kontaktmuffe 31 gekoppelt
und so ausgebildet ist, daß sie die
Kupplung 11 daran hindert, während der Gewindeformungsphase
des Anziehvorgangs zu trennen, und während der abschließenden Anziehphase
die Kupplung 11 zum Trennen freigibt. Diese Verriegelungsvorrichtung
umfaßt
eine dünnwandige
Arretiermuffe 36, die an der antreibenden Kupplungshälfte 16 mittels
eines Sicherungsrings 37 gesichert ist und sich nach vorne
um das Schubelement 20 erstreckt. Die Arretiermuffe 36 ist
mit entlang des Umfangs beabstandeten radialen Öffnungen ausgeformt, in denen
jeweils eine Kugel 39 gehalten ist, und das Schubelement 20 besitzt
eine äußere Umfangsnut 41 zur teilweisen
Aufnahme der Kugeln 39 in einer das Schubelement verriegelnden
Stellung. Die Anzahl der Öffnungen 38 und
der Kugeln 39 sollte zwei oder mehr betragen, um eine ausgeglichene
Abstützung des
Schubelements 20 zu erhalten.
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Auf
der Außenseite
der Arretiermuffe 36 ist eine Schiebemuffe 42 verschieblich
geführt.
Nahe ihrem Hinterende ist die Schiebemuffe 42 mit einer
inneren Umfangsnut 43 zur teilweisen Aufnahme der Kugeln 39 in
einer das Schubelement entriegelnden Stellung ausgeformt, und an
ihrem Vorderende ist an der Schiebemuffe 42 ein innerer
Ringflansch 44 zum Angriff einer Anzahl von axial ausgerichteten
und längsbeweglichen
Betätigungsstiften 46 angeformt. Letztere
sind in Durchgangsbohrungen in dem Gehäuse 10 gelagert, die
sich parallel zu dem Lager 13 der Abtriebswelle erstrecken.
Eine Feder 47 übt
eine vorwärts
gerichtete Vorspannkraft auf die Schaltmuffe 42 aus.
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Im
Betrieb wird das Werkzeug an einer selbstschneidenden Schraube mittels
eines Schraubendrehereinsatzes 15 angesetzt, siehe 1,
und der Motor wird mit Antriebsdruckluft über das Lufteinlaßventil
versorgt, das durch die an dem Verriegelungskolben 26 gelagerte
Betätigungsstange 28 in geöffneter
Stellung gehalten wird.
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Während der
Gewindeformungsphase des Anziehvorgangs hat die Kontaktmuffe 31 keinen
Kontakt mit der Oberfläche
der Schraubenunterlage 32, was bedeutet, daß nicht
nur die Kontaktmuffe 31, sondern auch die Stifte 46 und
die Schaltmuffe 42 unter der Vorspannung der Feder 47 ihre
vorderste Stellung einnehmen (siehe 1). Umgekehrt
bedeutet dies, daß die
innere Nut 43 der Schiebemuffe 42 gegenüber den
Kugeln 39 versetzt liegt und letztere fest in ihren inneren
Stellungen gehalten werden, so daß die äußere Nut 42 des Schubelements 20 angreifen.
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In
dieser Stellung der Schiebemuffe 42 ist das Schubelement 20 in
Bezug auf die antreibende Kupplungshälfte 16 über die
Kugeln 39 und die Arretiermuffe 36 axial verriegelt,
und die Kupplungskugeln 19, die mit den Nockenflächen 17 zusammenwirken,
sind nicht in der Lage, das Schubelement 20 so zu verschieben,
daß die
Kupplung 11 getrennt wird. Das bedeutet, daß der gesteigerte
Drehmomentwiderstand während
der Gewindeformung der Anzugsphase kein Auslösen der Kupplung 11 bewirkt.
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Während der
Kopf der Schraube sich der Unterlagenfläche 32 annähert, setzt
die Kontaktmuffe 31 auf der Oberfläche auf und wird in Bezug auf
das Schraubendrehergehäuse 10 nach
rückwärts verlagert.
Dieses führt
zu einer sukzessiven Rückwärtsverlagerung
der Stifte 46 und der Schaltmuffe 42, so daß die innere
Nut 43 der Schaltmuffe 42 genau mit den Kugeln 39 zusammenfällt, wenn
der Schraubenkopf auf der Unterlagenoberfläche 32 aufsetzt, wodurch
es den Kugeln 39 ermöglicht
wird, sich nach außen
zu bewegen und das Schubelement 20 für eine axiale Verschiebung
zu entriegeln und die Kupplung 11 zu trennen (siehe 2).
Das abschließende Vorspannen
der Schraube kann nun sicher bis zu dem gewünschten Drehmomentniveau vollendet werden,
bei dem die Kupplung 11 trennt und ein Überdrehen verhindert.
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Beim
Auslösen
der Kupplung 11 führt
die relative Drehung der antreibenden und der angetriebenen Kupplungshälften 16, 18 zueinander
zu einer Verlagerung des Verriegelungskolben 26, so daß die Betätigungsstange 28 sich
vorwärts
bewegen und ein Abschalten der Antriebsluftversorgung für den Motor
bewirken kann.
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Nach
vollendetem Anziehen wird der Schraubendreher von der Schraube abgehoben,
wobei die Feder 47 die Schaltmuffe 42, die Stifte 46 und die
Kontaktmuffe 31 in ihre vorderen Stellungen drückt. Die
Nut 43 der Schiebemuffe 42 wird aus der Flucht
mit den Kugeln 39 bewegt und letztere gelangen wieder in
Eingriff mit der Nut 41, wodurch das Schubelement 20 gegen
axiale Verlagerung verriegelt und die Kupplung 11 daran
gehindert wird, während
einer nachfolgenden Gewindeformungsphase auszulösen.