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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein verbessertes Montagewerkzeug
gemäß Oberbegriff
von Anspruch 1 (siehe zum Beispiel GB-A-1 204 718). Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein Montagewerkzeug, das für verbesserte
Zuverlässigkeit,
einfache Wartung und erhöhte
Genauigkeit hinsichtlich des Aufbringens eines bestimmten Drehmoments
auf ein Befestigungsmittel eingerichtet ist, das an Werkstücken angebracht
wird, wie zum Beispiel an Fahrzeug-Karosserien.
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Herkömmliche
handgehaltene Montagewerkzeuge werden üblicherweise verwendet, um
Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Schrauben oder Muttern, mit
speziellen Drehmomentwerten zu befestigen, und zwar bei der Montage
von Produkten, wie zum Beispiel Fahrzeug-Karosserien, Unterbaugruppen
und Systeme. Diese Werkzeuge werden durch einen Motor angetrieben,
der einen zugehörigen Kupplungsmechanismus
aufweist, über
den ein Drehmoment von dem Motor auf die Ausgangsspindel des Werkzeugs übertragen
wird. Der Motor treibt die Spindel an, die wiederum mit dem Befestigungsmittel
eingreift und dieses an dem Werkstück befestigt. Wenn das Werkzeug
das Befestigungsmittel mit dem zuvor eingestellten Drehmomentwert
festgezogen hat, bringt der mechanische Kupplungsmechanismus in
dem Werkzeug den Motorantrieb von der Ausgangsspindel außer Eingriff.
Dieser Nicht-Eingriff der Kupplung verhindert, dass das Werkzeug
das Befestigungsmittel noch weiter festzieht, und verhindert damit
ein zu starkes Festziehen des Befestigungsmittels und/oder eine
Beschädigung
des Werkzeugs.
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Handgehaltene
Montagewerkzeuge werden üblicherweise
mit Druckluft über
Druckluftleitungen angetrieben, die lösbar über einen Verbindungsanschluss
mit dem Werkzeug gekoppelt sind. Folglich werden der Komfort und
die Handhabbarkeit der Werkzeuge häufig durch die Notwendigkeit
beeinträchtigt,
dass diese über
die Luftleitungen mit einer Druckluftquelle verbunden sein müssen.
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Obwohl
derzeitige durch Druckluft angetriebene Montagewerkzeuge eine akzeptierbare
Leistungsfähigkeit
haben, ist es gewünscht,
ein elektrisch angetriebenes Werkzeug zur Verfügung zu stellen, und zwar insbesondere
ein kabelloses, batteriebetriebenes Elektrowerkzeug, das eine vergleichbare und/oder
verbesserte Leistungsfähigkeit
hat. Vorhergehende Versuche, ein akzeptierbares, elektrisch angetriebenes
Montagewerkzeug herzustellen, sind auf verschiedene Schwierigkeiten
gestoßen.
Beispielsweise kann es bei derzeitigen Montagewerkzeugen passieren,
dass die Werkzeugkupplung nicht in die Eingriffsposition zurückgesetzt
wird, nachdem das Befestigungsmittel befestigt und der Motor abgebremst
worden ist. Wenn der Benutzer anschließend versucht, das nächste Befestigungsmittel
zu installieren, erfasst die Steuerschaltung des Werkzeugs die sich
außer
Eingriff befindliche Kupplungsposition und leitet nicht den Befestigungsvorgang
zum Antreiben des nächsten
Befestigungsmittels ein. Darüber
hinaus kann das alleinige Vorsehen einer Zeitverzögerung in
der Steuerschaltung, um der Kupplung die Möglichkeit des Wiedereingreifens
zu geben, keine adäquate
Lösung
für das
Problem sein. Um beispielsweise das korrekte Wiedereingreifen der
Kupplung zu gewährleisten,
ist die Länge
der erforderlichen Zeitverzögerungsdauer
für Befestigungsmittel mit
einer längeren
Antriebszeit wesentlich, während einige
Befestigungsmittel mit einer kürzeren
Antriebszeit bereits festsitzen, während das System noch immer
deaktiviert ist, wodurch das Befestigungsmittel zu fest angezogen
wird.
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Außerdem,
wenn dem Werkzeug Leistung zugeführt
wird, während
sich die Kupplung noch in einer außer Eingriff befindlichen Position
befindet, kann die Kupplung plötzlich
wieder in Eingriff kommen, was bewirkt, dass der Kupplungssensor-Schalter
prellt. Dadurch wiederum wird bewirkt, dass die Steuerschaltung
des Werkzeugs fehlerhafterweise erfasst, dass die Kupplung außer Eingriff
gekommen ist, wodurch ein unzeitiges Bremsen des Motors verursacht
wird.
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Außerdem sind
die Kupplungsmechanismen bei herkömmlichen Montagewerkzeugen
dazu ausgestaltet, um beim Erreichen eines voreingestellten Drehmomentwerts
außer
Eingriff zu kommen. Diese Kupplungsmechanismen kommen aber wiederholt
in Eingriff und außer
Eingriff, bis der Motor zu einem Anschlag kommt, wodurch ein zu
starkes Festziehen des Befestigungsmittels möglich wird. Ein durch Druckluft
angetriebenes Werkzeug ist in der Lage, relativ schnell anzuhalten,
und zwar wegen der Tatsache, dass beim Abschalten der Druckluft
zum Werkzeug die kontinuierliche Drehung der Spindel versucht, ein
Vakuum anzusaugen. Damit ein elektrisch angetriebenes Werkzeug die
Bremsgeschwindigkeit von einem Druckluftwerkzeug erreicht, muss
die Schaltung den Motor umschalten, um die Drehrichtung umzukehren,
wodurch übermäßige Belastungen und
Abnutzungen in dem Werkzeug verursacht werden. Außerdem bewirken
Erfassungssysteme für
den Nicht-Eingriff der Kupplung, die mit den obigen herkömmlichen
Kupplungen in Beziehung stehen, dass der Motor abgebremst wird,
wenn das Werkzeug einen zuvor eingestellten Drehmomentgrenzwert
erreicht hat. Diese Systeme zum Erfassen des Nicht-Eingriffs können jedoch
bewirken, dass der Motor unterschiedlich abgebremst wird, wenn das
Werkzeug ein Befestigungsmittel in einem weichen Verbindungsmittel
statt in einem harten Verbindungsmittel befestigt, was zu einer
ungenauen Befestigung des Befestigungsmittels führt.
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Ein
weiteres Problem, das mit den vorliegenden Montagewerkzeugen in
Beziehung steht, besteht darin, dass die Motoren üblicherweise
schwer zugreifbar und schwierig zu warten sind, da ein beträchtlicher
Teil des Werkzeugs demontiert werden muss, um den Motor herauszunehmen.
Wenn der Motor repariert oder gewartet worden ist, dann ist es häufig schwierig,
den Motor wieder korrekt einzusetzen und ihn in der korrekten Betriebsposition
in dem Werkzeug auszurichten.
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Außerdem stellen
einige vorhandene Montagewerkzeuge einen leicht zugreifbaren Drehmoment-Einstellmechanismus
zur Verfügung,
der es ermöglicht,
dass der Drehmomentwert von einem Benutzer des Werkzeugs leicht
eingestellt werden kann. Bei Anwendungen jedoch, bei denen die Befestigungsmittel
mit einem gleichbleibenden Drehmoment in ein Werkstück eingesetzt
werden müssen, kann
es unerwünscht
sein, einen solchen leicht zugreifbaren Drehmoment-Einstellmechanismus
zu haben, und zwar wegen der Möglichkeit
des unberechtigten oder fehlerhaften Verstellens der Drehmoment-Einstellung.
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Eine
weitere Schwierigkeit bei derzeitigen Montagewerkzeugen besteht
darin, dass es häufig schwierig
ist, eine korrekte Schmierung des Werkzeugs beizubehalten, da viele
dieser Werkzeuge eine teilweise Demontage erforderlich machen, um
die inneren Komponenten korrekt zu schmieren. Alternativ haben einige
dieser Werkzeuge Schmierbereiche an bestimmten Stellen am äußeren Werkzeuggehäuse. Diese
Bereiche ermöglichen
es, dass innere Komponenten geschmiert werden. Jedoch ermöglichen
es diese Bereiche auch, dass Dreck und anderer Schmutz die inneren
Komponenten des Werkzeugs einfacher erreicht.
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Ein
weiterer Nachteil bei derzeitigen Montagewerkzeugen betrifft das
Werkzeuggehäuse.
Da ein typisches Außengehäuse eines
Werkzeugs aus stabilem Kunststoff oder aus Metall besteht, wird
die Oberfläche
unbeabsichtigt zerkratzt, wenn das Werkzeug auf einer bearbeiteten
Oberfläche
abgelegt wird. Daher müssen
zusätzlich
Zeit und Kosten aufgebracht werden, um die Oberfläche wiederherzustellen.
Häufig
ist eine Gummihaube vorgesehen, um das Äußere des Gehäuses zu überdecken.
Jedoch kann eine solche Haube in einer Fertigungsfabrik häufig verloren
gehen. Weiterhin ist die Haube häufig an
dem Gehäuse
nicht richtig ausgerichtet, was zu Schwierigkeiten bei der Benutzung
und der Handhabung des Werkzeugs führt.
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Außerdem müssen bei
solchen kraftgetriebenen Montagewerkzeugen zahlreiche Teile montiert werden.
Zusätzliche
Werkzeug-Merkmale führen
zu zusätzlichen
Werkzeug-Teilen, wodurch sowohl die Kosten für das Werkzeug als auch dessen
Komplexität
erhöht
werden.
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Die
EP-A-0 698 449 offenbart ein Montagewerkzeug für einen Motor, der im Gehäuse eines kraftgetriebenen
Werkzeugs eingeschlossen ist, einschließlich einer Getriebeabdeckung,
die im Gehäuse
des kraftgetriebenen Werkzeugs montiert ist, wobei die Getriebeabdeckung
erste Ausrichtmittel aufweist und der Motor zweite Ausrichtmittel aufweist, wobei
die ersten Ausrichtmittel mit den zweiten Ausrichtmitteln zusammenpassen,
um den Motor korrekt in dem Gehäuse
des kraftgetriebenen Werkzeugs auszurichten, wenn der Motor in das
Gehäuse
des kraftgetriebenen Werkzeugs eingesetzt wird, und zwar durch eine Öffnung in
dem Gehäuse
des kraftgetriebenen Werkzeugs.
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Die
GB-A-1 204 718 offenbart ein Montagewerkzeug für einen Motor, der in dem Gehäuse eines kraftgetriebenen
Werkzeugs eingeschlossen ist, wobei das Werkzeug aufweist: ein Motorgehäuse zum Umschließen eines
Motors; und Kappenmittel, die über
einer Öffnung
in dem Gehäuse
des kraftgetriebenen Werkzeugs abnehmbar am Gehäuse des kraftgetriebenen Werkzeugs
angebracht werden können.
Die Kappenmittel spannen den Motor in Richtung auf das vordere Ende
des Werkzeuggehäuses
vor, wenn die Kappenmittel am Werkzeuggehäuse angebracht sind. Wenn die
Kappenmittel abgenommen werden, wird ein Zugang zum Motor durch die Öffnung in
dem Werkzeuggehäuse
ermöglicht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Montagewerkzeug gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
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Vorzugsweise
passen die Stifte an dem Getriebegehäuse mit entsprechenden Löchern an
dem Motor zusammen. Eine korrekte Ausrichtung des Motors wird durch
das Zusammenpassen der Merkmale am Werkzeuggehäuse mit entsprechenden Merkmalen
am Motorgehäuse
gewährleistet.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher beschrieben,
in denen:
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1A eine
seitliche Draufsicht von dem Montagewerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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1B eine
seitliche Draufsicht, teilweise im Querschnitt, von dem kraftgetriebenen
Werkzeug aus 1A ist;
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2 eine
Ansicht ist, die die Verbindung zwischen dem Motor des kraftgetriebenen
Werkzeugs mit einem Getriebe des kraftgetriebenen Werkzeugs darstellt;
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3 eine
vordere Draufsicht von dem Motor des kraftgetriebenen Werkzeugs
in Richtung der Pfeile 3-3 aus 2 ist;
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4 eine
Seitenansicht von dem in 1 gezeigten
kraftgetriebenen Werkzeug ist, wobei die Seite von dem Werkzeuggehäuse und
die hintere Endkappe entfernt sind;
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5 eine
Draufsicht von hinten von dem Motor des kraftgetriebenen Werkzeugs
ist, der in das hintere Ende von dem Werkzeuggehäuse eingesetzt ist, wobei die
Endkappe entfernt ist;
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6 eine
Draufsicht von hinten von dem hinteren Bereich des kraftgetriebenen
Werkzeugs aus 1A ist, in der die Verbindung
der hinteren Endkappe mit dem Gehäuse gezeigt ist;
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7 eine
Ansicht ist, die das Planetenzahnradgetriebe der vorliegenden Erfindung
im Querschnitt zeigt;
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8 eine
vergrößerte Querschnittsansicht von
dem Kupplungsmechanismus, dem Drehmoment-Einstellkragen und dem
Entkupplungssensor ist, der in dem Nasenbereich des Gehäuses eingesetzt
ist;
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9 eine
isolierte Ansicht von dem Entkupplungssensor-Schalter aus 8 ist,
der in einem offenen Zustand gezeigt ist;
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10 eine
Draufsicht von vorn von einer in 8 gezeigten
Blattfeder ist, die mit dem Werkzeuggehäuse integriert geformt ist;
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11 eine
Draufsicht des Kupplungsmechanismus und des Drehmoment-Einstellkragens
ist, gezeigt im Querschnitt;
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12 eine
perspektivische Explosionsansicht von den Kupplungsplatten des in 8 gezeigten
Kupplungsmechanismus ist;
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13A–13C schematische Darstellungen sind, die die relative
Bewegung der Nockenscheiben und der Kugellager in den Zuständen zeigen,
in denen sich die Kupplung in Eingriff und außer Eingriff befindet;
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14 eine
Querschnittsansicht von der Gewindemutter aus 11 entlang
Linie 14-14 ist;
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15 eine
vordere Draufsicht des Drehmoment-Einstellkragen ist;
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16 eine
Draufsicht von dem Drehmoment-Einstellkragen
ist;
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17A–17B schematische Darstellungen von der Steuerschaltung
sind;
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18 eine
graphische Darstellung von der axialen Verlagerung der angetriebenen
Nockenscheibe der Kupplung über
der Drehung der antreibenden Nockenscheibe der Kupplung und der
Flächen
der angetriebenen Nockenscheibe der Kupplung relativ zueinander
ist;
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19 eine
Querschnittsansicht von dem Gehäuse
ist, die einen integriert geformten Stöpsel zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1A eine
seitliche Draufsicht von einem Montagewerkzeug, das allgemein bei 10 gezeigt
ist. Das Montagewerkzeug ist dazu ausgestaltet, um Gewinde-Befestigungsmittel,
wie zum Beispiel Muttern oder Schrauben an einem Werkstück zu befestigen, bis
das Werkzeug einen zuvor eingestellten Drehmomentwert erreicht.
Bei diesem zuvor eingestellten Drehmomentwert kommt die Kupplung
außer
Eingriff, und der Motor des Werkzeugs wird abgebremst. Das Werkzeug
arbeitet mit einem hohen Ausmaß an
Genauigkeit, wodurch eine zu starke Befestigung oder eine zu schwache
Befestigung des Befestigungsmittels verhindert wird. Außerdem ist
das Werkzeug dazu ausgestaltet, um auf einfache Weise Kalibrierung,
Wartung und Reparatur vornehmen zu können.
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Das
in 1B gezeigte Montagewerkzeug 10 hat ein
Gehäuse 12,
von dem ein Bereich entfernt ist, um dessen inneren Komponenten
offen zu zeigen. Das äußere Gehäuse 12 ist
vorzugsweise ein zweiteiliges Halbschalen-Gehäuse, das aus einem Kunststoffmaterial
mit hoher Dichte durch Spritzgießen hergestellt ist. Das Gehäuse 12 kann
jedoch auch vom Typ eines Topf-Gehäuses oder irgendein anderer
Typ von Gehäuse
sein, der allgemein in der Technik verwendet wird. Die äußeren Hälften des
Gehäuses 12 sind
vorzugsweise durch ein First-Shot-Basismaterial gebildet und dann
durch eine äußere Überform überdeckt.
Vorzugsweise ist die äußere Überform
eine Neoprengummi-Zusammensetzung, die aus nachfolgend erläuterten
Gründen
automatisch selbst-dichtend ist, wenn sie durchstochen wird. Die Überform-Schicht
ist mit der First-Shot-Basisschale verbunden, wodurch eine integrierte
Gehäuse-Schale
gebildet wird, die Kratzer an den endbearbeiteten Flächen verhindert,
wenn das Werkzeug 10 auf solchen Flächen abgelegt wird, wodurch
die Notwendigkeit einer separaten Werkzeug-Gummihaube vermieden
wird.
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Das
Gehäuse 12 hat
drei Hauptabschnitte: einen länglichen
Werkzeuggriff 16; einen Werkzeugkörper 18, der integriert
mit dem Werkzeuggriff 16 verbunden ist, und eine Nase 20,
die sich von dem Werkzeugkörper 18 nach
außen
erstreckt. Der Handgriff 16, der Körper 18 und die Nase 20 sind
jeweils Werkzeuggehäusekomponenten,
deren Struktur und Funktion später
beschrieben wird.
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Der
längliche
Griff 16 beinhaltet einen Batteriesatz, der allgemein bei 22 gezeigt
ist. Der Batteriesatz 22 enthält vorzugsweise kommerziell
verfügbare wiederaufladbare
NiCad-Batterien. Es ist jedoch offensichtlich, dass das kraftgetriebene
Werkzeug der vorliegenden Erfindung alternativ ein Stromkabel haben
kann, das mit einer standardisierten 110 V Wechselstrom-Steckdose
verbunden werden kann. Der Batteriesatz 22 ist über einen
Satz von Verbindungen 26 funktional mit einem Werkzeugbetätigungsmechanismus 24 verbunden.
Der Betätigungsmechanismus 24 enthält einen
Schalter 30, der, wenn er durch den Benutzer des Werkzeugs
gedrückt
wird, einen Betätigungsschalter 31 (17A) schließt,
was bewirkt, dass das Werkzeug durch Energie von dem Batteriesatz 22 durch
einen Verbindungsdraht 33 in einer Weise aktiviert wird,
die für
den Fachmann allgemein bekannt ist.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf 1B enthält der Körper 18 des
kraftgetriebenen Werkzeugs einen Motor 32, der in dem Körper 18 des
Gehäuses 12 an
dessen hinterem Ende durch eine abnehmbare hintere Endkappe 34 herausnehmbar
befestigt ist. An seinem vorderen Ende ist der Motor 32 an
einer Adapterplatte 36 auf eine Art und Weise befestigt,
die nachfolgend detailliert beschrieben wird. Eine Antriebswelle 40 (2)
des Motors 32 erstreckt sich durch die Adapterplatte 36 und
in Kontakt mit einem Getriebe, allgemein bei 42 gezeigt,
das sich in der Nase 20 des Gehäuses befindet.
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Der
Körper 18 des
Gehäuses
enthält
außerdem
eine Steuerschaltung 44, die an einer gedruckten Schaltungsplatine 45 (PCB)
angebracht ist. Die Steuerschaltung 44 ist funktional zwischen
dem Betätigungsmechanismus 24 und
dem Motor 32 angeschlossen, um die Funktion des Motors
in einer Weise zu steuern, die nachstehend in größerem Detail beschrieben wird.
Eine Speichervorrichtung zum Speichern von Werkzeug-Benutzungsparametern
ist ebenfalls funktional mit der Steuerschaltung 44 verbunden
und allgemein bei 46 gezeigt. Außerdem ist ein Vorwärts/Rückwärts-Schalter 48 zwischen
dem Motor 32 und der Steuerschaltung 44 angeschlossen,
um zu ermöglichen,
dass ein Benutzer des Werkzeugs wahlweise zwischen einer Betriebsart zum Befestigen
und zum Lösen
des Befestigungsmittels umschalten kann.
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Die
Nase 20 des Werkzeugs beinhaltet zusätzlich zu dem Getriebe 42 einen
Kupplungsmechanismus, der allgemein bei 50 gezeigt ist.
Ein von außen
zugreifbarer Einstellkragen 52 ist drehbar in der Nase 20 angeordnet.
Ein Kupplungs-Einstellwerkzeug,
bei 54 (11) gezeigt, wird in Verbindung
mit dem Einstellkragen 52 verwendet, um die Drehmoment-Einstellung
des Werkzeugs einzustellen. Die Nase 20 enthält außerdem einen
Entkupplungssensor 56, um einen Nicht-Eingriff des Kupplungsmechanismus 42 zu
erfassen und um diesen erfassten Nicht-Eingriff der Kupplung zur
Steuerschaltung 44 weiterzuleiten. Eine Antriebsspindel 58,
die einen Werkzeug-Eingriffsbereich 59 aufweist, erstreckt
sich in axialer Richtung durch die Nase 20 und ist funktional
mit dem Werkzeuggetriebe 42 verbunden. Die Struktur und
die Funktion des Kupplungsmechanismus 42, des Einstellkragens 52 und
des Entkupplungssensors 56 werden nachfolgend in größerem Detail
beschrieben.
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Die
Struktur und die Funktion der Komponenten, die sich in dem Werkzeuggehäuse 12 befinden,
werden nun beschrieben. Wie in 2 bis 4 gezeigt,
ist der Motor 32 von dem Typ, der dem Fachmann bekannt
ist. Vorzugsweise ist der Motor 32 ein herkömmlicher
Gleichstrom-Bürstenmotor.
Jedoch kann ein Motor, der elektromechanisch abgebremst werden kann,
in das Werkzeug eingebaut werden. Der Motor 32 ist in einem
Motorgehäuse 60 enthalten.
Die Antriebswelle 40 des Motors steht mit einem Getriebe 42 in
Eingriff, wie nachfolgend detailliert erläutert wird. Öffnungen 70 (3)
sind in der Innenfläche
des Motorgehäuses 60 ausgebildet.
Ein Paar Führungsstifte 72 sind
an einer Adapterplatte 36 angeordnet, die sich an der Fläche des
Getriebes 42 befindet. Obwohl als ein Teil der Adapterplatte 36 dargestellt,
können
sich die Führungsstifte 72 an
der inneren Fläche
des Motorgehäuses 60 befinden,
und Öffnungen 70 können in
der Adapterplatte 36 ausgebildet sein, um die gleichen
Ergebnisse zu erreichen. Außerdem
kann die Adapterplatte 36 weggelassen werden, und die Führungsstifte 72 oder
die Öffnungen 70 könnten Teil
des Getriebes 42 sein, falls gewünscht. Außerdem kann ein C-förmiger Flussring 74 den
Motor 32 in dem Gehäuse 12 umgeben.
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Wenn
der Motor 32 durch die Rückseite des Werkzeugkörpers 18 des
Werkzeuggehäuses 12 in Richtung
auf die Nase 20 des Gehäuses
eingesetzt ist, dann passen die Öffnungen 70 mit
den Stiften 72 zusammen, um dadurch eine korrekte Positionierung des
Motors 32 in dem Körper 18 des
Gehäuses 12 zu gewährleisten.
Das Zusammenpassen der Öffnungen 70 mit
den Stiften 72 verhindert außerdem ein Verdrehen des Motorgehäuses 60 während des Werkzeugbetriebs.
Wie in 3 und 5 gezeigt, greift ein Schlitz 77 in
dem Flussring 74 mit einer Rippe 78 ein, die integriert
an der Rückseite
des Körpers 18 des
Gehäuses 12 ausgebildet
ist. Durch das Eingreifen der Rippe 78 mit dem Schlitz 77 wird
sichergestellt, dass der positive und negative Anschluss des Motors 32 korrekt
ausgerichtet und nicht um 180° verdreht
sind, wie dies möglich
wäre, wenn
lediglich Öffnungen 70 und
Stifte 72 zum Zwecke des Einsetzens des Motors vorgesehen
wären.
Die korrekte Ausrichtung der Anschlüsse des Motors 32 gewährleistet
die korrekte Verdrahtung des Motors 32. Die beiden Drähte, die
an den Anschlüssen
des Motors 32 angebracht sind, haben verschiedene Längen, so dass
lediglich einer dieser Drähte
den oberen Anschluss des Motors 32 erreichen kann. Indem sichergestellt
wird, dass sich der gleiche Anschluss (plus oder minus) des Motors
immer oben befindet, wird eine korrekte Verdrahtung des Motors 32 erreicht.
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Es
sei angemerkt, dass die Antriebswelle 40 des Motors antreibend
mit einem Ritzelzahnrad 62 des Getriebes 42 eingreift,
bevor der Motor 32 in das Gehäuse 12 eingesetzt
wird. Es kann passieren, dass das Ritzel 62 nicht mit den
zusammenpassenden Komponenten des Getriebes 42 eingreifen,
und zwar beim ersten Einsetzen des Motors 32 in das Gehäuse 12 und
des Ritzels 62 in das Getriebe 42. Jedoch erlaubt
eine leichte manuelle Drehung der Antriebsspindel 58 über den
Werkzeug-Eingriffsbereich 59, dass das Ritzel 62 anschließend mit
dem Getriebe 32 eingreifen kann, wie nachstehend erläutert wird.
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Es
wird nun auf 4–7 Bezug
genommen, in denen die Verbindung der Endkappe 34 mit dem
Motor 32 in größerem Detail
beschrieben wird. Nachdem der Motor 32 in seine Position
in dem Gehäuse 12 gebracht
ist und funktional mit dem Getriebe 42 gekoppelt ist, wird
die Endkappe 34 an der Rückseite des Gehäuses 12 angebracht.
Wie gezeigt, wird ein Gummiring 76 über ein hinteres Ende 80 des
Motors 32 eingesetzt. Der Gummiring 76 wird zwischen
einem inneren zylindrischen Vorsprung 82 der Endkappe und
dem Ende 80 des Motors 32 zusammengedrückt, um
einen engen Eingriff zwischen dem Motor 32 und der Endkappe 34 zu
bewirken, wodurch ermöglicht
wird, dass die Endkappe 34, wenn sie an dem Gehäuse 12 befestigt
ist, den Motor 32 in Richtung auf die vordere Nase 20 des
Gehäuses 12 gegen
das Getriebe 42 vorspannt und dadurch eine korrekte Ausrichtung
des Motors 32 gewährleistet, wie
vorstehend beschrieben. Die Ausrichtung des Motors 32 wird
durch das nach hinten zeigende Ende 80 des Motors 32 gewährleistet,
das durch den zylindrischen Vorsprung 82 geführt wird.
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Wie
in 4 und 5 gezeigt, weist die Kappe 34 eine
Vielzahl von Schraubenöffnungen 94 auf.
Eine Vielzahl von Schrauben 86 wird durch die Schraubenöffnungen 84 eingesetzt
und greift über ein
Gewinde mit einer Vielzahl von Öffnungen 90 ein, die
sich in einem Haltering 88 befinden. Durch die Schrauben 86,
wenn sie angezogen sind, wird die Endkappe 34 am hinteren
Ende des Gehäuses 12 befestigt
und der Gummiring 76 zusammengedrückt. Die Endkappe 34 hat
außerdem
einen belüfteten
Bereich 92 für
den Motor 32, der es ermöglicht, dass Luft durch das
Gehäuse 12 zirkuliert,
wobei verhindert wird, dass Dreck und anderer Schmutz in das Gehäuse 12 eindringt.
Außerdem
bildet die Endkappe 34 ein LED-Fenster 94, in
das eine LED DS1 (4), die mit der Steuerschaltung 44 der
vorliegenden Erfindung verbunden ist, aus später beschriebenen Gründen eingesetzt
wird.
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Es
ist daher offensichtlich, dass die Endkappe 34 dazu ausgestaltet
ist, um eng anliegend über das
hintere Ende des Gehäuses 12 zu
passen, um den Motor 32 im Gehäuse 12 zu befestigen
und um den Motor 32 gegen Beschädigung zu schützen. Durch
eine Nut- und Federverbindung zwischen der Endkappe 34 und
dem Gehäuse 12 wird
die Notwenigkeit vermieden, eine quer verlaufende Schraube am hinteren
Ende des Gehäuses 12 vorzusehen,
wodurch die Schraubenvorsprünge
vermieden werden, die mit diesem Typ von Befestigung in Beziehung
stehen. Es ist außerdem
offensichtlich, dass durch das Entfernen der hinteren Endkappe 34 ermöglicht wird, dass
der Motor 32 herausgenommen und ersetzt werden kann, ohne
dass es erforderlich ist, das Halbschalen-Gehäuse 12 auseinanderzubauen.
Daher ermöglicht
die abnehm bare Endkappe 34 einen leichten Zugriff auf den
Motor 32, wodurch ermöglicht wird,
dass der Motor 32 einfacher gewartet und repariert werden
kann. Außerdem überwindet
die abnehmbare Endkappe 34 in Kombination mit dem vorstehend
beschriebenen Motor-Ausrichtmechanismus (Öffnungen 70, Führungsstifte 72 und
Rippe 78) die Möglichkeit
der falschen Montage des Werkzeugs, wenn der Motor 32 nach
einer Wartung und Reparatur wieder in das Gehäuse 12 eingesetzt
wird. Daher stellt die abnehmbare hintere Endkappe 34 eine
wünschenswerte
Alternative für
wartungsbedürftige
Bürsten
dar.
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Unter
Bezugnahme auf 7 ist das Getriebe 42 der
vorliegenden Erfindung im Querschnitt gezeigt. Das Getriebe 42 ist
vorzugsweise ein zweistufiges Planetenzahnradgetriebe, das ein stationäres Gehäuse 102 aufweist,
das ein Ritzelzahnrad 62 aufnimmt, das das erste Sonnenzahnrad
bildet, das mit einem Satz von Planetenzahnrädern 104 der ersten Stufe
kämmt,
die zur Drehung um ihre Achsen an einem Träger 106 der ersten
Stufe gehalten sind. Ein Ringzahnrad 108 der ersten Stufe
ist in dem Gehäuse 102 befestigt.
Das Ringzahnrad 108 der ersten Stufe hat innen liegende
Zähne,
die mit den Planetenzahnrädern 104 der
ersten Stufe kämmen.
Der Träger 106 der
ersten Stufe hat ein Zahnrad 112, das das zweite Sonnenzahnrad
bildet, um einen Satz von Planetenzahnrädern 114 der zweiten
Stufe anzutreiben. Die Planetenzahnräder 114 der zweiten
Stufe sind um ihre eigenen Achsen drehbar an einem Träger 116 der
zweiten Stufe gehalten. Ein Ringzahnrad 118 der zweiten
Stufe enthält
innen liegende Zahnradzähne,
um mit Planetenzahnrädern 114 der
zweiten Stufe zu kämmen.
Außerdem
hat das Ringzahnrad 118 der zweiten Stufe eine äußere Umfangsnut 122,
um das Getriebe 42 zwischen einer hohen und einer niedrigen
Drehzahl umzuschalten. Ein Abstandshalter 123 arretiert
das Getriebe 42 der vorliegenden Erfindung in einer Betriebsart
zur Ausgabe einer geringen Drehzahl. Der Träger 116 der zweiten Stufe
wiederum hat eine zylindrische Bohrung 125, die mit einer
Welle 126 von einer Antriebsklaue 128 eingreift,
um die Kupplung 50 zu betätigen. Wie in 8 gezeigt,
weist die Antriebsklaue 128 ein Paar Flansche 132 auf,
die mit dem Kupplungsmechanismus 50 eingreifen, wie nachfolgend
in größerem Detail
beschrieben.
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Es
ist offensichtlich, dass der Abstandshalter 123 verhindert,
dass das Ringzahnrad 118 der zweiten Stufe nach links in
Eingriff mit dem Träger 106 der ersten
Stufe und somit in eine Position für eine hohe Drehzahl bewegt
wird. Das Werkzeug kann jedoch konstruiert sein, um einen Schalter
(nicht gezeigt) für hohe/niedrige
Drehzahl außerhalb
des Gehäuses 12 vorzusehen
und Greifer zu haben, um mit der Nut 122 an dem Ringzahnrad 118 der
zweiten Stufe einzugreifen, um ein wahlweises Umschalten des Getriebes 42 zwischen
einer hohen und einer niedrigen Drehzahl zu bewirken.
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Beim
Betrieb mit geringer Drehzahl treibt der Motor 32 das Ritzel 62 an,
das wiederum die Planetenzahnräder 104 der
ersten Stufe in Drehung versetzt, die sich wiederum um ihre Achsen
und um eine mittlere Achse in dem Ringzahnrad 108 der ersten Stufe
drehen. Als ein Ergebnis dreht sich der Träger 106 der ersten
Stufe mit einer Drehzahl, die geringer ist als die Drehgeschwindigkeit
des Ritzels 62. Dadurch wird eine Drehzahlreduzierung der
ersten Stufe erreicht. Das Ringzahnrad 118 der zweiten
Stufe wird in einer Position für
niedrige Drehzahl gehalten, wie durch den Abstandshalter 123 gezeigt.
Die inneren Zähne
von dem Ringzahnrad 118 der zweiten Stufe kommen daher
von dem Träger 106 der
ersten Stufe außer
Eingriff. Eine Vielzahl von Zähnen 119 an der
Außenseite
von dem Ringzahnrad 118 der zweiten Stufe kommt mit einer
Vielzahl von Zähnen 121 in dem
Getriebegehäuse 102 in
Eingriff, wodurch das Ringzahnrad 118 der zweiten Stufe
in dem Gehäuse 102 arretiert
wird. Die Planetenzahnräder 114 der zweiten
Stufe, die durch das Zahnrad 112 angetrieben werden, drehen
sich folglich um ihre Achsen und drehen sich außerdem um das Ringzahnrad 116 der zweiten
Stufe, wodurch eine Drehzahlreduzierung der zweiten Stufe auf den
Träger 116 der
zweiten Stufe und somit auf die Antriebsklaue 128 übertragen wird.
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Ein
Betrieb mit hoher Drehzahl (wenn dies vorgesehen ist) wird erreicht,
indem der Abstandshalter 123 weggelassen und das Ringzahnrad 118 der
zweiten Stufe in der Zeichnung nach links geschoben wird. Bei Betrieb
mit hoher Drehzahl treibt der Motor 32 das Ritzel 62 an,
das wiederum die Planetenzahnräder 104 der
ersten Stufe in Drehung versetzt, die sich wiederum um ihre Achsen
und um eine mittlere Achse in dem Ringzahnrad 108 der ersten Stufe
drehen. Als eine Folge dreht sich der Träger 106 der ersten
Stufe mit einer Drehzahl, die kleiner ist als die Drehzahl des Ritzels 62.
Dadurch wird eine Drehzahlreduzierung der ersten Stufe erreicht.
Wenn das Ringzahnrad 118 der zweiten Stufe in der Zeichnung
nach links in eine Position für
die hohe Drehzahl geschoben wird, kämmen die innen liegenden Zähne an dem
Ringzahnrad 118 der zweiten Stufe mit Zähnen 117 des Trägers 106 der
ersten Stufe. Das Ringzahnrad 118 der zweiten Stufe ist
somit an dem Träger 106 der
ersten Stufe arretiert und dreht sich mit diesem. Die Planeten zahnräder 114 der
zweiten Stufe drehen sich nicht um ihre eigenen Achsen, sondern übertragen
stattdessen die Drehung des Trägers 106 der
ersten Stufe auf den Träger 116 der zweiten
Stufe. Daher wird keine Drehzahlreduzierung der zweiten Stufe erreicht,
und ein Betrieb mit hoher Drehzahl des Getriebes 42 wird
erreicht.
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Es
wird nun auf 8 bis 14 Bezug
genommen, anhand derer die Struktur und die Funktion des Kupplungsmechanismus 50 des
Werkzeugs 10 in größerem Detail
beschrieben wird. Eine antreibende Nockenscheibe 142 befindet
sich benachbart zu sowie in antreibender Beziehung zu einer Antriebsklaue 128 des
Getriebes 42 und hat Antriebsvorsprünge 144, um mit Flanschen 132 der
Antriebsklaue einzugreifen. Es sind zwei Flansche 132 und zwei
Antriebsvorsprünge 144 vorgesehen.
Die Flansche 132 und die Vorsprünge 144 sind bemessen, um
einen Antrieb mit Spiel zwischen dem Getriebe 42 und der
Kupplung 50 zur Verfügung
zu stellen. Dieser Antrieb mit Spiel unterstützt die Ableitung von Trägheitsenergie
des Werkzeugs 10 beim Abbremsen des Motors 32.
Die antreibende Nockenscheibe 142 hat eine Umfangsaussparung 146 um
eine Öffnung 148 herum,
um drehbar eine Vielzahl von Kugellagern 150 aufzunehmen,
von denen in 8 nur zwei gezeigt sind. Die
Kugellager 150 haben drehbar Kontakt mit der Antriebsspindel 58,
die ein Evolenten-Zahnrad 152 mit 12 Zähnen aufweist und die sich durch
die Öffnung 148 in
der antreibenden Nockenscheibe 142 erstreckt, um eine Reibung
zwischen der antreibenden Nockenscheibe 142 und der Antriebsspindel 58 zu
vermindern, ähnlich
der Funktion von einem Sicherungslager.
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Wie
in 12 gestrichelt gezeigt, hat die antreibende Nockenscheibe 142 eine
vordere Fläche, die
drei Haltemittel 154a–c
definiert, die gleichmäßig mit
120° voneinander
beabstandet sind und durch einen rampenförmigen Umfangskanal 156 verbunden sind.
Die Haltemittel 154a–c
stehen mit den drei Kugellagern 158a–c in Beziehung, die ebenfalls
mit 120° voneinander
beanstandet drehbar in einer Lagerscheibe 140 aufgenommen
sind.
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Eine
angetriebene Nockenscheibe 164 befindet sich gegenüber der
antreibenden Nockenscheibe 142. Wie die antreibende Nockenscheibe 142 hat
auch die angetriebene Nockenscheibe 164 drei Nockenscheiben-Haltemittel 166a–c, die
mit 120° voneinander
beabstandet sind und mit den Kugellagern 158a–c in Beziehung
stehen. Die Haltemittel 166a–c sind ebenfalls durch einen
rampenförmigen
Umfangskanal 168 miteinander verbunden, der zu dem Kanal 156 passt.
Die Antriebsspindel 58 steht durch eine Öffnung 148 in
der antreibenden Nockenscheibe 142 und durch eine Öffnung 171 in
der Lagerscheibe 140 vor und ist drehbar mit der antreibenden
Nockenscheibe 164 verbunden, indem das Spindel-Zahnrad 152 mit
einer innen liegenden Verzahnung 172 kämmt. Wie in 8 und 11 gezeigt, ist
die angetriebene Nockenscheibe 164 in Richtung auf die
antreibende Nockenscheibe 142 durch eine Schraubenfeder 176 vorgespannt
und setzt die Spindel 58 in Drehung, wenn sie durch die
antreibende Nockenscheibe 142 angetrieben wird. Die Schraubenfeder 176 ist
um die Antriebsspindel 58 herum angeordnet und ist nach
hinten in Richtung auf die angetriebene Nockenscheibe 142 durch
eine verschraubbare Drehmoment-Einstellmutter 180 vorgespannt.
In Kombination wird durch die Drehmoment-Einstellmutter 180 und
die Schraubenfeder 176 der Drehmomentwert eingestellt,
bei dem die Nockenscheiben 142 und 164 axial getrennt
werden und die Übertragung
eines Drehmoments unterbrechen. Die Kupplung 50 ist in 8 in
einer sich in Eingriff befindlichen Position und in 9 in
einer sich außer Eingriff
befindlichen Position gezeigt.
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Bei
Betrieb wird die Drehmoment-Einstellmutter 180 auf eine
solche Art eingestellt, die nachfolgend detailliert beschrieben
ist, um die Schraubenfeder 176 zusammenzudrücken. Die
zusammengedrückte
Schraubenfeder 176 wiederum drückt die angetriebene Nockenscheibe 164 in
Richtung auf die antreibende Nockenscheibe 142. Unterhalb
des zuvor eingestellten Drehmomentwerts der Kupplung befindet sich
jedes Kugellager 158a–c
in einem entsprechenden Satz von Aussparungen, die durch Haltemittel 154a–c und 166a–c definiert
sind, wodurch die Drehung der Nockenscheiben 142 und 164 und somit
der Antriebsspindel 58 erleichtert wird. Die angetriebene
Nockenscheibe 164 und die antreibende Nockenscheibe 142 drehen
sich gemeinsam, wenn der Motor 32 über das Getriebe 42 die
antreibende Nockenscheibe 142 und die angetriebene Nockenscheibe 164 über die
Kugellager 158a–c
in Drehung versetzt. Da die angetriebene Nockenscheibe 164 mit
der Spindel 58 verbunden ist, dreht die angetriebene Nockenscheibe 164 folglich
die Spindel 58 mit einer Drehzahl, die durch das Getriebe 42 vorbestimmt
ist. Die Spindel 58 wiederum dreht sich, und wenn sie über den
Spindelkopf mit einem Befestigungsmittel in Eingriff steht, befestigt
sie ein Befestigungsmittel in einem Werkstück.
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Wenn
das Werkzeug seinen voreingestellten Drehmomentwert erreicht, d.h.,
wenn das Drehmoment, das auf die antreibende Nockenscheibe 142 aufgebracht
wird, den Wider stand übersteigt,
der durch das Befestigungsmittel auf die angetriebene Nockenscheibe 164 aufgebracht
wird, dann dreht sich die antreibende Nockenscheibe 142 relativ
zu der angetriebenen Nockenscheibe 164. Folglich rollen
die Kugellager 158a–c
aus den Haltemittel-Sätzen 154 und 156 und
in die zusammenpassenden rampenförmigen
Kanäle 156 und 168.
Durch diese Bewegung wird der angetriebene Nockenscheibe 164 in
axialer Richtung verlagert, um die angetriebene Nockenscheibe 164 von
der antreibenden Nockenscheibe 142 außer Eingriff zu bringen, und
die angetriebene Nockenscheibe 164 in axialer Richtung nach
vorne in Richtung auf die Nase 20 des Gehäuses zu
bewegen, wodurch der Entkupplungssensor-Schalter 56 auf
eine Weise geöffnet
wird, wie nachfolgend beschrieben wird. Der offene Entkupplungssensor-Schalter 56 bewirkt
anschließend,
dass die Steuerschaltung 44 den Motor 32 abbremst.
Es wurde herausgefunden, dass die Haltemittel 154 und 166 eine
verbesserte Leistungsfähigkeit
und Genauigkeit gegenüber
den männlichen
Nockenflächen
gemäß Stand
der Technik haben. Dies ist aufgrund der Tatsache der Fall, dass
die weiblichen Haltemittel 154 und 166 die Position
der geringsten potentiellen Energie darstellen, und das System kommt
daher inhärent
zum Stillstand, wenn sich die Kugeln 158 in den Haltemitteln 154 und 166 befinden.
Wenn sich die Kugeln 158 zu Beginn von jedem Drehmomentzyklus
in den Haltemitteln 154 und 166 befinden, bewirkt
das Montagewerkzeug der vorliegenden Erfindung eine verbesserte
Genauigkeit, Leistungsfähigkeit
und Wiederholbarkeit, und zwar teilweise deshalb, weil das System
bei jedem Drehmomentzyklus an der gleichen Startposition beginnt.
Das Vorsehen von weiblichen Haltemitteln 154 und 156 anstelle
der männlichen
Nockenflächen
gemäß Stand
der Technik bewirkt außerdem
verbesserte Herstellungs- und Abnutzungscharakteristiken der Komponenten,
und zwar speziell dann, wenn die Komponenten unter Verwendung von
Pulvermetall-Technologie hergestellt werden. Bei der Herstellung
erzeugt das Vorsehen von weiblichen Haltemitteln inhärent eine
höhere Dichte
des Materials, das sich in dem weiblichen Haltemittel befindet.
Da das weibliche Haltemittel außerdem
das Gebiet mit höchster
Belastung ist, was durch die Kugeln 158 bewirkt wird, werden
somit die Stabilität,
die Haltbarkeit und die Leistungsfähigkeit verbessert.
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13A–13C zeigen in geraden Linien das Eingreifen, das
außer
Eingriff kommen und das nachfolgende Wiedereingreifen der antreibenden Nockenscheibe 142 und
der angetriebenen Nockenscheibe 164, wie oben beschrieben.
In 13A befinden sich die Kugellager 158a–c in den
Haltemitteln 154a–c
und 166a–c
der jeweiligen Nockenscheiben, wenn das Werkzeug ein Befestigungsmittel
an einem Werkstück
mit dem zuvor eingestellten Drehmomentwert befestigt, und zwar durch
Drehung in Richtung des Pfeils 167. Daher befindet sich
die antreibende Nockenscheibe 142 über die Kugellager 158 in
Eingriff mit der angetriebenen Nockenscheibe 164. Wenn
der voreingestellte Drehmomentwert erreicht ist, werden die Kugellager 158a–c aus den
jeweiligen Haltmitteln 154 und 156 herausgedrückt, und
zwar in eine Position zwischen den Haltemitteln in den zusammenpassenden
Kanälen 156 und 158,
wie in 13B gezeigt. Die Kugellager 158 rollen
an einer nach vorne gerichteten Nockenfläche 181 nach oben,
die sich an der vorderen Seite von jedem Haltemittel 154 und 156 befindet.
Die Nockenfläche 181 ist
dazu ausgestaltet, um die Last zu steuern, bei der eine axiale Bewegung
der angetriebenen Nockenscheibe 164 als eine Funktion des
auf die Kupplung 50 aufgebrachten Drehmoments erfolgt.
Die durch die Schrauben feder 176 aufgebrachte Kraft ist
immer axial gerichtet und versucht, die angetriebene Nockenscheibe 164 gegen
die Kugellager 158 und somit gegen die antreibende Nockenscheibe 142 zu drücken. Die
Form der Fläche 181 ist
so konstruiert, dass sich die maximale Komponente der Drehmomentkraft,
die gegen die durch die Feder 176 aufgebrachte Kraft wirkt,
an einem Punkt nahe dem oberen Bereich der Fläche 181 befindet.
Auf diese Weise sinkt die resultierende Kraft, die zwischen der
Kugel 158 und der Fläche 181 wirkt,
wenn sich die Kugel 158 in den oberen Bereich der Fläche 181 bewegt. Durch
diese geringere resultierende Kraft wird die Lebensdauer der Kupplung 50 infolge
der Tatsache verlängert,
dass der Krümmungsradius
der Fläche 181 an
ihrem oberen Bereich kleiner ist. Wenn sich die Kugellager 158a–c in den
zusammenpassenden Kanälen 156 und 168 befinden,
drücken
sie die angetriebene Nockenscheibe in axialer Richtung nach vorne
und bringen somit die antreibende Nockenscheibe 142 von
der angetriebenen Nockenscheibe 164 außer Eingriff, wie in 11 gezeigt.
Die Steuerschaltung 44 bremst dann den Motor 32 ab,
wie nachfolgend beschrieben wird.
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Wenn
die Kupplung 50 außer
Eingriff kommt, ist die angetriebene Nockenscheibe 164 in
Drehrichtung arretiert, während
sich die Nockenscheibe 142 weiterhin dreht, bis der Motor 32 vollständig gebremst
ist. Die nachfolgende fortgesetzte Drehung der antreibenden Nockenscheibe 142 relativ
zu der angetriebenen Nockenscheibe 164 an dieser Stelle bewirkt,
dass die Kugellager 158a–c den Kugelkanälen 156, 164 folgen,
und zwar teilweise relativ zu der sich drehenden antreibenden Nockenscheibe 142 und
teilweise relativ zu der feststehenden angetriebenen Nockenscheibe 164.
Daher laufen die Kugellager 158 lediglich mit der Hälfte der
Drehgeschwindigkeit der sich drehenden antreibenden Nockenscheibe 142.
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Beispielsweise
wird bei Kupplungseingriff das Kugellager 158a aus dem
Satz von Aussparungen herausgedrückt,
die durch die Haltemittel 154a und 166a gebildet
sind, wenn die angetriebene Nockenscheibe 164 feststehend
ist und sich die antreibende Nockenscheibe 142 weiterhin
dreht. Das Kugellager 158a bewegt sich dann in den zusammenpassenden
Kanälen 156, 168 mit
der Hälfte
der Drehgeschwindigkeit der antreibenden Nockenscheibe 142.
Wie in 13B gezeigt, wenn sich die antreibende
Nockenscheibe 142 weiterhin dreht, wenn der Motor 32 abgebremst
wird, dann kommt das Haltemittel 154c in Ausrichtung mit
dem Haltemittel 166a. Da jedoch das Kugellager 158a noch
nicht das entsprechende Haltemittel 166b auf der feststehenden, angetriebenen
Nockenscheibe 164 erreicht hat, wird das Kugellager 158a noch
nicht eingefangen. Nach einer weiteren Drehung um 120° der antreibenden Nockenscheibe 142 fängt das
Haltemittel 154c das Kugellager 158a ein, wenn
das Kugellager 158a das Haltemittel 166b erreicht
hat. Daher wird das Kugellager 158a, das anfänglich in
dem Haltemittel-Satz gefangen war, das durch die Haltemittel 154a und 166a gebildet
ist, in dem Haltemittel-Satz eingefangen, der durch die Haltemittel 154c und 156b gebildet
ist, und zwar nach einer Drehung um 240° der antreibenden Nockenscheibe 142 relativ
zu der angetriebenen Nockenscheibe 164. Die Kugellager 158b und 158c laufen
in einer Weise, die relativ zu der des Kugellagers 158a ist.
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Es
ist daher offensichtlich, dass die Kupplung 50 der eine
240°-Drehung
der antreibenden Nockenscheibe 142 nach dem Außereingriffkommen der
Kupplung 50 durchläuft,
im Gegensatz zu der 120°-Drehcharakteristik
bei ähnlichen
herkömmlichen
Kupplungsmechanismen. Die zusätzlichen 120° an Drehung
bei Außereingriffkommen
der Kupplung 50 bewirken eine zusätzliche Motorbremszeit, wodurch
sichergestellt wird, dass die Trägheit
des Systems bis zu einem Punkt reduziert wird, wo das nachfolgende
Wiedereingreifen der Nockenscheiben 142 und 164 eine
Drehmoment-Spitze bewirkt, die nicht den Drehmomentwert übersteigt,
der erforderlich ist, um die Kupplung 50 wieder außer Eingriff
zu bringen. Bei den Montagewerkzeugen gemäß Stand der Technik erzeugt
das Wiedereingreifen und Außereingriffkommen
der Kupplung Drehmomentspitzen, von denen einige größer sind
als das anfängliche
Drehmoment des Außereingriffkommens.
Das anfängliche
Drehmoment des Außereingriffkommens ist
ein vorhersagbarer und steuerbarer Parameter. Alle nachfolgenden
Drehmoment-Spitzen, die dieses anfängliche Drehmoment des Außereingriffkommens überschreiten,
sind unvorhersehbar, was zu einem ungenauen angezogenen Befestigungsmittel
führt. Diese
Anordnung, indem gewährleistet
wird, dass alle nachfolgenden Drehmoment-Spitzen kleiner sind als
das anfängliche
Drehmoment des Außereingriffkommens,
verbessert die Leistungsfähigkeit
und die Genauigkeit des Montagewerkzeugs. Die Kupplung 50 verhindert
ein unbeabsichtigtes zusätzliches
Festziehen eines Befestigungsmittels infolge der Trägheit des
Systems, wodurch übermäßige Drehmoment-Spitzen
erzeugt werden, und zwar beim fortgesetzten Wiedereingreifen der
Kupplung 50. Die zusammenpassenden Kanäle 156 und 158 sind
rampenförmige
Kanäle,
und zwar insofern, dass dann, wenn sich die Kugel 158 auf
der Nockenfläche 181 nach
oben und in die Kanäle 156 und 158 bewegt hat,
eine nach unten gerichtete Neigung zu dem nächsten Haltemittel vorliegt.
Die Kanäle 156 und 168 erhöhen sich
bezüglich
ihrer Tiefe um 0,003 Zoll über der
Distanz zwischen den Rastmitteln. Diese nach unten gerichtete Neigung
unterstützt
die Bewegung der Kugeln 158 in den nächsten Satz von Haltemitteln
und wirkt außerdem
einer nach hinten gerichteten Bewegung zwischen der angetriebenen Scheibe 164 und
der antreibenden Scheibe 142 entgegen. Die nach unten gerichtete
Neigung der Kanäle 156 und 168 stellt
außerdem
sicher, dass Befestigungsmittel mit geringer Trägheit, die auf kleine Spindel-Drehzahlen
beschleunigt werden, genug Drehmoment erzeugen, um die Reibung des
Systems zu überwinden
und die Kugeln 158 in die Haltemittel 154 und 156 zurückhalten,
und zwar in dem Fall einer blockierten offenen Kupplung. Die Haltemittel 154 und 166 bilden
außerdem
eine hintere Nockenfläche 183, die
die Kugel 158 in einen zugehörigen Satz von Haltemitteln 154 und 166 zurückführt. Die
hintere Nockenfläche 183 und
die vordere Nockenfläche 181 sind
im umgekehrten Betrieb ausgestaltet, um während des Wiedereingreifens
einen Kontakt zwischen den Kugeln 158 und beiden Nockenscheiben 142 und 164 zu
gewährleisten,
um jegliches Springen der Kugeln 158 zu vermeiden, die
die Neigung haben können,
vor die Nockenfläche 181 zu
schlagen. Außerdem
ist die hintere Nockenfläche
konstruiert, um eine Erhöhung
von 5% des nach vorne gerichteten Drehmoments des Außereingriffkommens
zu bewirken, wenn das Werkzeug in umgekehrter Richtung betrieben
wird, um das Entfernen eines Befestigungsmittels zu erleichtern,
falls gewünscht.
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Unter
Bezugnahme auf 8 und 11 enthält die Antriebsspindel 58 einen
Gewindebereich 182, auf den eine Einstellmutter 180 aufgeschraubt ist.
Die Einstellmutter 180 steuert das Ausmaß des Zusammendrückens der
Schraubenfeder 176 und damit die Drehmoment-Einstellung
der Kupplung 50. Wie in 14 gezeigt,
weist die Fläche
der Einstellmutter 180 drei Paare von gegenüberliegenden Schlitzen 184 auf,
die ein Eingreifen mit dem Drehmoment-Einstellwerkzeug 54 ermöglichen.
Die Einstellmutter 180 weist außerdem eine Vielzahl von Nippeln 186 auf,
die um deren Außenkante
an der Fläche
gegenüber
den Schlitzen 184 in arretierbarem Eingriff mit einer Vielzahl
von entsprechenden Aussparungen 188 in einer Haltetaste 190 angeordnet sind.
Die Haltetasse 190 hat eine innere Öffnung, die ein Evolenten-Zahnrad 192 mit
12 Zähnen
bildet, um mit den Zähnen
von einem Zahnrad 152 an der Spindel 58 einzugreifen,
um dadurch die Mutter 180 lösbar an der Spindel 58 zu
befestigen und eine Drehung der Mutter 180 relativ zu der
Spindel 58 zu verhindern, wenn sich die Spindel 58 dreht.
Die Position der Einstellmutter 180 an dem Gewindebereich 182 und
somit die Drehmomentwert-Einstellung
des Werkzeugs können
eingestellt werden, und zwar nach einer Betätigung des Kragens 52,
was nachfolgend detailliert beschrieben wird.
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Es
wird nun auf 8, 15 und 16 Bezug
genommen, in denen der Kragen 52 und zugehörige Komponenten
in größerem Detail
gezeigt sind. Wie in 15 und 16 gezeigt,
enthält
der Kragen 52 einen Ring 194, der in der Nase 20 des Gehäuses 12 drehbar
gehalten ist, und zwar durch Eingreifen einer Kragenlippe 193 mit
einem inneren Kanal, der in der Nase 20 des Gehäuses 12 gebildet ist.
Der Rand 195 von diesem Ring 194 ist mit Drehzahl-Einstellungen
markiert, und zwar sowohl in in/lbs als auch in N.m. Wie in 11 gezeigt,
ist ein Drehmomentfenster 196 für die Kupplung integriert in dem
Gehäuse 12 über dem
Ring 194 gebildet, um eine bestimmte Drehmoment-Einstellung
der Kupplung anzuzeigen, oder um anzugeben, dass der Kragen 52 in
eine Einstell-Betriebsart gedreht wurde, wie durch das Pfeilsymbol 197 dargestellt.
Wie in 15 gezeigt, enthält die Fläche von
dem Ring 194 ein Paar Einstellöffnungen 198, um einen
inneren Zugriff auf die Einstellmutter 180 zu ermöglichen.
Die Fläche von
dem Ring 194 enthält
außerdem
eine Vielzahl von Kerben 200, die gleichmäßig voneinander
beabstandet sind. Die Kerben 200 wirken wahlweise mit einer
Einrastfeder 202 (8) zusammen,
um so zu bewirken, dass der Kragen 52 einrastet, wenn er
gedreht wird, weil die Feder 202 dann mit aufeinanderfolgenden
Kerben 200 eingreift, und um die Position von dem Kragen 52 beizubehalten,
wenn die gewünschte
Drehmoment-Einstellung oder das Drehmoment-Einstellsymbol im Fenster 196 angezeigt wird.
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Wie
in 10 gezeigt, hat die Einrastfeder 102 ein
erstes Ende 203, das integriert mit der inneren Gehäusewand 204 geformt
ist. Wie in 10 gezeigt, erstreckt sich die
Feder 202 in seitlicher Richtung entlang des Gehäuses 12 und
bildet eine Kammer 206. Das First-Shot-Material, durch
das das Gehäuse 12 geformt
ist, bildet eine Öffnung 208 in
Verbindung mit der Kammer 206. Die Feder 202 hat
einen Kontaktflansch 212, um nacheinander mit den Kerben 200 in
Kontakt zu kommen, sowie ein zweites Ende 214, das gegen
die innere Wand 204 anliegt und sich in axialer Richtung
entlang der inneren Wand biegt, wenn der Kragen 52 gedreht
wird, wie nachfolgend beschrieben wird. Die strukturelle Integriertheit
der Feder 202 wird durch das Überform-Material verbessert,
gezeigt bei 217, das mit der Feder 202 verbunden
ist. Das Überform-Material
strömt durch
die Öffnung 208 und
in die Kammer 206, um sich mit der Feder 202 zu
verbinden, wenn das Überform-Material
auf die Außenfläche der
inneren First-Shot-Schicht aufgebracht wird. Da die Einrastfeder 202 während des
Gehäuse- Formprozesses integriert
als ein Teil des Gehäuses 12 gebildet
wird, werden die Werkzeug-Montage und die Kosten reduziert, da weniger
Teile erforderlich sind.
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Um
die Drehmoment-Einstellung des Werkzeugs 10 einzustellen,
wird zunächst
der Kragen 52 gedreht. Wenn der Kragen 52 gedreht
wird, rastet der Kontaktflansch 202 in die aufeinanderfolgenden
Kerben 200 an dem Kragen 52 ein, wobei jede Kerbe 200 einer
bestimmten voreingestellten Drehmomentwert-Markierung entspricht,
die in dem Fenster 196 abzulesen ist. Der Kragen 52 wird
gedreht, bis der Drehmoment-Einstell-Betriebsartpfeil 197 in
dem Kupplungs-Drehmomentfenster 196 erscheint.
Wenn der Kragen 52 in die Drehmoment-Einstellposition verdreht
ist, befinden sich die Ring-Einstellöffnungen 198 in Ausrichtung
mit einem Paar von Gehäuse-Einstellöffnungen 216,
die sich an der Innenwand 220 des Gehäuses befinden (11).
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Wenn
sich die Öffnungen 198 und 216 in
gegenseitiger Ausrichtung befinden, werden die Enden 222 des
Kupplungs-Einstellwerkzeugs 54 in
die ausgerichteten Öffnungen
eingesetzt, um mit einem der Schlitz-Paare 184 der Einstellmutter 180 einzugreifen.
Wie teilweise in 11 gezeigt, ist das Drehmoment-Einstellwerkzeug 54 vorzugsweise
ein halbstarrer Draht mit rundem Querschnitt, der in der Lage ist,
in eines der Schlitz-Paare 184 eingesetzt zu werden, die
in der Fläche
der Mutter 180 gebildet sind. Wenn das Einstellwerkzeug 54 eingreift
und die Mutter 180 festhält, wird die Spindel 58 entweder
in Gegenuhrzeigerrichtung oder in Uhrzeigerrichtung gedreht, wodurch
die Einstellmutter 180 entlang des Gewindebereichs 182 der
Spindel 58 nach oben oder nach unten bewegt wird, und zwar
abhängig
davon, ob eine höhere
oder niedrigere Drehmoment- Einstellung
gewünscht
ist. Nachdem die Einstellmutter 180 verdreht worden ist,
wird das Einstellwerkzeug 54 entfernt, und das Montagewerkzeug
wird an einer Drehmoment-Messvorrichtung überprüft, um den eingestellten
Drehmomentwert des Werkzeugs zu bestimmen. Wenn der resultierende
Drehmomentwert zu hoch oder zu niedrig ist, wird das Einstellwerkzeug 54 wieder
durch die sich in Ausrichtung befindlichen Öffnungen 198 und 216 eingesetzt,
um die Einstellmutter 180 entsprechend zu verdrehen.
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Dieser
Vorgang wird wiederholt, bis ein gewünschter Werkzeug-Drehmomentwert
erreicht ist. Wenn dieser gewünschte
Drehmomentwert erreicht ist, wird der Kragen 82 unter Verwendung
des Werkzeugs 54 verdreht, bis die korrekte Werkzeug-Drehmomentwert-Einstellung
im Fenster 196 angezeigt wird. Ein Verdrehen des Kragens 52 auf
diese Weise dient außerdem
dazu, die Einstellöffnungen 216 zu verschließen, um
zu verhindern, dass Schmutz und andere Fremdsubstanzen in das Innere
des Werkzeugs eindringen können,
nachdem der Drehmomentwert eingestellt wurde.
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Es
ist an dieser Stelle offensichtlich, dass der vorstehend beschriebene
Kragen 52 zu verhindern hilft, dass ein Endbenutzer die
Kupplungs-Drehmoment-Einstellung verstellen kann. Daher kann eine gewünschte Drehmomentwert-Einstellung in einer entfernten
Teststation eingestellt werden und danach beibehalten werden, bis
es gewünscht
ist, die Drehmomentwert-Einstellung an der entfernten Teststation
wieder zu verändern.
Außerdem
macht der Kragen 52 das Erfordernis von Drehmoment-Einstell-Zugriffslöchern überflüssig, die
das Innere des Werkzeugs für
Schmutz und anderen Dreck frei zugänglich machen, der in einer
industriellen Montagelinie üblich
ist, da der Kragen 52 verdreht wird, um das Innere des
Werkzeugs zu verschließen.
Außerdem zeigt
der Kragen 52 den Drehmomentwert an, auf den das Werkzeug
eingestellt ist, und zwar durch das Fenster 196 an der
Nase 20 des Gehäuses.
Außerdem
zeigt der Kragen 52 durch das Fenster 196 einer Person
die Einstellung des Kupplungs-Drehmomentwerts an, wenn sich das
Werkzeug in einer Drehmoment-Einstellbetriebsart befindet.
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Es
wird nun auf 17A–B Bezug genommen, in denen
ein Schaltungsdiagramm der Steuerschaltung 44 gezeigt ist.
Wie nachfolgend in größerem Detail
beschrieben, wird Energie wahlweise der ANTRIEB-Betriebsartschaltung
zugeführt,
die in der Steuerschaltung der vorliegenden Erfindung implementiert
ist. Die ANTRIEB-Betriebsartschaltung speist den Motor 32,
um ein Befestigungsmittel einzutreiben. Das kraftgetriebene Werkzeug
treibt das Befestigungsmittel an, bis ein vorbestimmter Drehmomentwert
erreicht ist und die Kupplung 50, die mit dem kraftgetriebenen
Werkzeug in Beziehung steht, außer
Eingriff kommt, wodurch verhindert wird, dass das kraftgetriebene
Werkzeug ein weiteres Antriebsdrehmoment auf das Befestigungsmittel
aufbringt. Der Kupplungssensor-Schalter 56,
der mit der Steuerschaltung 44 verbunden ist, erfasst das
Außereingriffkommen
der Kupplung 50, in dem er von einem geschlossenen in einen
offenen Zustand umschaltet. Danach wird die Energie zu dem Motor
unterbrochen, und die BREMS-Schaltung in der Steuerschaltung 44 bremst
dynamisch den Motor 32. Die Steuer-Schaltung 44 enthält eine
Schutzschaltung, die verhindert, dass sowohl die ANTRIEB- als auch
die BREMS-Schaltung gleichzeitig aktiviert werden, ein Zustand,
bei dem die Schaltung durchbrennen würde.
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Beim
Abschalten der Energie und beim Bremsen des Motors 32 kommt
die Kupplung 50 normalerweise wieder in Eingriff. Wenn
jedoch die Kupplung 50 blockiert, ist die Steuerschaltung 44 der
vorliegenden Erfindung in der Lage, diesen Zustand zu erkennen,
und gibt der Kupplung 50 eine Möglichkeit, wieder in Eingriff
zu kommen, nachdem dem Motor 32 wieder Energie zugeführt wird.
Die Steuerschaltung 44 enthält außerdem eine Schaltung, um sowohl den
Betätigungsschalter
als auch den Kupplungssensor-Schalter zu entprellen, so dass falsche
Endsignale ignoriert werden.
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Die
Steuerschaltung 44 erreicht diese Funktionen durch Implementierung
einer "smarten" Zeitverzögerung,
die durch das stabile Schließen
des Kupplungssensor-Schalters initiiert wird. Danach erfasst die
Steuerschaltung 44 den Übergang
des Kupplungssensor-Schalters von einer stabilen geschlossenen Position
in eine offene Position, und zwar in Reaktion auf ein Außereingriffkommen
der Kupplung. Diese sogenannte "smarte" Verzögerung stellt
außerdem
einen Schutz gegen eine falsche Antwort aufgrund des Prellens des
Kupplungssensor-Schalters sicher, wie nachfolgend in größerem Detail
beschrieben wird.
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Außerdem wird
mit Hilfe die Steuerschaltung 44 die Anzahl an Drahtverbindungen
zwischen der Steuerschaltung, dem Motor, dem Kupplungssensor-Schalter
und dem Vorwärts/Rückwärts-Betätigungsschalter
vermindert, wodurch die Herstellungskosten der Steuerschaltung vermindert
werden.
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Unter
Bezugnahme auf 17A–17B der
Zeichnungen ist eine Steuerschaltung für ein kraftgetriebenes Werkzeug allgemein
bei 310 gezeigt. Die Steuerschaltung 310 ist auf
eine Weise hergestellt, die in der Technik gut bekannt ist. Verbindungsanschlüsse, die
allgemein mit T1 und T4 bezeichnet sind, verbinden die Steuerung
funktional mit einem Vorwärts/Rückwärts-Schalter 312.
Der Vorwärts/Rückwärts-Schalter 312 ist
an dem Motor 314 angeschlossen und steuert dessen Drehrichtung.
Die Steuerschaltung ist außerdem
funktional mit einem Betätigungsschalter 31 verbunden,
der die Steuerschaltung speist, wenn er gedrückt wird, und die Schaltung
deaktiviert, wenn er losgelassen wird. Obwohl die nachstehend beschriebene
Steuerschaltung aus diskreten Komponenten zusammengesetzt ist, ist
offensichtlich, dass die Steuerschaltung alternativ unter Verwendung
eines Mikro-Controllers implementiert werden kann, der in der Technik
bekannt ist. Obwohl diese Werte gemäß einer bestimmten Anwendung
variieren können,
ermöglichen
die angegebenen Werte, dass die Schaltung auf eine Weise betrieben
werden kann, wie nachfolgend detailliert beschrieben.
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Die
Steuerschaltung 310 enthält allgemein sechs Unterschaltungen.
Die Unterschaltung 316 ist mit den Kupplungssensor-Schalter 56 verbunden und überwacht
den Zustand des Schalters. Die Unterschaltung 316 implementiert
außerdem
die sogenannte "smarte" Verzögerungsfunktion
der vorliegenden Erfindung, die nachfolgend in größerem Detail beschrieben
wird. Die Logik-Unterschaltung 318 ist mit dem Ausgang
der Unterschaltung 316 verbunden und steuert die ANTRIEB-
und BREMS-Betriebsart des Motors des kraftgetriebenen Werkzeugs.
Eine ANTRIEB-Unterschaltung, allgemein mit 322 bezeichnet,
wird wahlweise aktiviert, um den Antrieb des Motors des kraftgetriebenen
Werkzeugs in Reaktion auf Signale zu steuern, die von Logikschaltung 318 empfangen
werden. Auf ähnliche
Weise steuert eine BREMS-Unterschaltung,
die allgemein mit 324 bezeichnet ist, wahlweise das dynamische
Bremsen des Motors des kraftgetriebenen Werkzeugs in Reaktion auf
Signale, die von der Logikschaltung 318 empfangen werden.
Die Ausgänge
von sowohl der ANTRIEB- als auch der BREMS-Unterschaltung 322 und 324 sind
mit den Eingängen
des Vorwärts/Rückwärts-Schalters 312 verbunden,
um den Betrieb des Motors des kraftgetriebenen Werkzeugs zu steuern.
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Außerdem filtert
die Filter-Unterschaltung 326 Spannungsspitzen, die durch
das Prellen der Motorbürsten
erzeugt werden, wie auch jegliches Rück-EMF-Rauschen, das von dem
Motor des kraftgetriebenen Werkzeugs in die Schaltung eingeleitet wird.
Schließlich
enthält
die Unterschaltung 328 eine LED-Anzeige, um dem Benutzer
eine visuelle Anzeige zur Verfügung
zu stellen, wenn der gewünschte Drehmomentwert
erreicht ist und die Kupplung außer Eingriff gerät.
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Die
speziellen Komponenten des Vorwärts/Rückwärts-Schalters 312,
der Entkupplungssensor-Schalter 56 und jeder der zuvor
aufgeführten Unterschaltungen
werden nun in größerem Detail
beschrieben. Es wird jetzt auf den Vorwärts/Rückwärts-Schalter 312 Bezug
genommen, bei dem die Leitung 1 direkt mit dem positiven
Anschluss von dem Batteriesatz 22 verbunden ist, wohingegen
die Leitung 1' mit
dem hohen Eingang des Werkzeugmotors 314 verbunden ist.
Die Leitung 2 ist mit dem Drain-Anschluss von dem ANTRIEB-FET Q10 verbunden,
wohingegen die Leitungen 2' und 3 mit
den SOURCE-Anschlüssen
der beiden BREMS-FETs Q8 und Q9 verbunden sind. Wenn der Motor in
der Vorwärts-ANTRIEB-Betriebsart betrieben
wird, verbindet ein erster Schalter im Inneren des Vorwärts/Rückwärts-Schalters 312 die
Leitungen 1 und 1',
und ein zweiter Schalter im Inneren des Vorwärts/Rückwärts-Schalters 312 verbindet
die Leitungen 2 und 2'. Wenn der Motor in der Rückwärts-ANTRIEB-Betriebsart
betrieben wird, verbindet der erste Schalter die Leitungen 1 und 2', und der zweite
Schalter verbindet die Leitungen 2 und 1'.
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Der
Kupplungssensor-Schalter 56 ist mit Leitung 2' des Vorwärts/Rückwärts-Schalters 312 verbunden.
Der Kupplungssensor-Schalter 56 ist außerdem über eine Diode D7 und einen
Widerstand R15 mit der Basis von einem Transistor Q10 in der Unterschaltung 316 und über einen
Widerstand R14 mit dem Emitter von Q1 verbunden. Der Kollektor Q1 wiederum
ist über
einen Widerstand R11 mit einem Kondensator C2 verbunden. Durch diese
Verbindungen wird Q1 eingeschaltet, wenn der Kupplungssensor-Schalter 56 geschlossen
ist, und ausgeschaltet, wenn der Kupplungssensor-Schalter 56 offen
ist. Der Sensor-Schalter 56 ist geschlossen, wenn sich
die Kupplung in Eingriff befindet, und geöffnet, wenn sich die Kupplung
außer
Eingriff befindet.
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Es
wird nun auf die Unterschaltung 316 Bezug genommen, in
der der positive Eingang von einem Komparator 340 mit dem
Kondensator C2 verbunden ist. Der negative Eingang von dem Komparator 340 wird
mit einer festen Referenzspannung Vcc über ein Spannungsteiler-Netzwerk
gespeist, das die Widerstände
R3 und R4 und eine Zener-Diode D3 aufweist. Der Ausgang von dem
Komparator 340 ist daher eingerichtet, um von einem niedrigen
in einen hohen Zustand umzuschalten, wenn die Spannung am Kondensator
C2 den Referenzspannungswert übersteigt,
der an seinem negativen Eingang geliefert wird. Der invertierende
Eingang eines zweiten Komparators 342 ist über einen
Spannungsteiler, der die Widerstände
R6 und R7 und die Zener-Diode D4 enthält, mit Vcc verbunden. Der
nicht-invertierende Eingang von dem Komparator 342 ist
mit der Batterie 220 über
eine Filterschaltung 326 verbunden, die die Widerstände R5 und
R7, den Kondensator C8 und die Diode D5 enthält. Der Ausgang an dem Anschluss 7 des
Komparators 342 wird über
den Widerstand R12 zurück
zu seinem nicht-invertierenden Eingang zurückgeführt. Außerdem ist der Ausgang des
Komparators 342 über
die Diode D11 und den Widerstand R9 mit dem Kondensator C2 verbunden. Der
Ausgang des Komparators 342 ist normalerweise hoch, wenn
der Betätigungsschalter 31 betätigt wird,
und niedrig, wenn der Betätigungsschalter 31 nicht
betätigt
wird. Wenn daher der Ausgang des Komparators 342 hoch ist,
wird die Diode D11 in Sperrrichtung vorgespannt, und der Kondensator
C2 ist in der Lage, über
den Widerstand R11 aufgeladen zu werden, und zwar immer dann, wenn
der Transistor Q1 leitend ist. Wenn jedoch der Ausgang von dem Komparator 342 niedrig
ist, wird die Ladung in dem Kondensator C2 über den Widerstand R9 und die
Diode D11 schnell zur Erde entladen.
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Der
Ausgang des Komparators 340 wird zu der Unterschaltung 318 geleitet,
und zwar insbesondere zu beiden Eingängen von einem NOR-Glied 344.
Das NOR-Glied 344 invertiert somit das Signal von dem Komparator 340.
Der Ausgang von dem NOR-Glied 344 ist mit einem Eingang
von dem NOR-Glied 346 und außerdem mit einem der Eingänge von
dem NOR-Glied 350 verbunden. Der andere Eingang von dem
NOR-Glied 346 ist
mit dem Kollektor von dem Transistor Q1 und über einen Widerstand R18 mit
der Erde verbunden. Der Ausgang von dem NOR-Glied 346 ist
mit einem der Eingänge
von dem anderen NOR-Glied 348 verbunden. Die NOR-Glieder 348 und 350 sind
in einer R-S Flip-Flop Konfiguration mit dem Eingangsanschluss 8 von
dem NOR-Glied 348, der dem Einstell-Eingang entspricht, und
mit dem Eingangsanschluss 13 von dem NOR-Glied 350 verbunden,
der dem Reset-Eingang entspricht. Die "1"-Ausgabe
von dem Flip-Flop, die dem Ausgang von dem NOR-Glied 348 an
Anschluss 10 entspricht, ist mit der ANTRIEB-Unterschaltung 322 verbunden,
was später
in größerem Detail
beschrieben wird. Die "0"-Ausgabe von dem
Flip-Flop, die dem Ausgang von dem NOR-Glied 350 an Anschluss 11 entspricht,
ist mit der BREMS-Unterschaltung 324 und außerdem über einen
Widerstand R20 mit dem Gate von dem FET Q2 verbunden.
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Es
wird nun auf die ANTRIEB-Unterschaltung 322 Bezug genommen,
die in 17B gezeigt ist, wobei der Ausgang
von dem NOR-Glied 348 über einen
Zeitverzögerungs-Filter,
der die Widerstände R27
und R28 sowie einen Kondensator C5 enthält, zu dem Gate von einem FET
Q4 geleitet wird. Der Drain-Anschluss von dem FET Q4 ist über einen
Widerstand R26 mit der Batterie 22 verbunden, und der Source-Anschluss
von dem FET ist mit der Erde verbunden. Außerdem ist der Drain-Anschluss
von dem FET Q4 mit der Basis von einem Transistor Q5 verbunden.
Der Kollektor von dem Transistor Q5 ist mit der Batterie-Versorgungsleitung 322 über die
parallelen Widerstände
R24 und R25 verbunden, und der Emitter-Anschluss davon ist mit der
Erde verbunden. Außerdem
ist der Kollektor-Anschluss von dem Transistor Q5 außerdem mit
dem Gate von dem ANTRIEB-FET Q10 über eine Reihe von 50 Ohm Widerständen 361 verbunden.
Der Drain-Anschluss
des ANTRIEB-FET Q10 ist wiederum mit Leitung 2 des Vorwärts/Rückwärts-Schalters 312 verbunden,
und dessen Source-Anschluss ist mit der Erde verbunden. Wenn folglich
der Ausgang von dem NOR-Glied 348 in der Logik-Schaltung 318 hoch
ist, wird der FET Q4 leitend, wodurch der Transistor Q5 ausgeschaltet wird
und es ermöglicht
wird, dass der ANTRIEB-FET Q10 den Motor speist. Umgekehrt, wenn
der Ausgang von dem NOR-Glied 348 niedrig ist, wird der FET
Q4 ausgeschaltet, und der Transistor Q5 wird eingeschaltet, wodurch
der ANTRIEB-FET Q10 deaktiviert und die Leistung zu dem Motor unterbrochen
wird. Die Zeitverzögerungs-Filterschaltung,
die zwischen dem Ausgang der Logik-Schaltung 318 und dem Gate
des FET Q4 angeschlossen ist, dient dazu, den Betätigungsschalter
zu entprellen, bevor die ANTRIEB-Betriebsart eingeleitet wird.
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Es
wird nun auf die BREMS-Unterschaltung 324 Bezug genommen,
wobei der Ausgang von dem NOR-Glied 350 der Logik-Schaltung 318 durch
eine Zeitverzögerungs-Schaltung,
die einen Widerstand R21 und einen Kondensator C4 enthält, zu dem
Gate von dem FET Q3 geleitet wird. Der Drain-Anschluss von dem FET Q3 ist über einen
Widerstand R34 mit dem Gate von dem FET Q6 verbunden, und der Source-Anschluss
von dem FET Q3 ist mit der Erde verbunden. Auf ähnliche Weise ist der Drain-Anschluss
von dem FET Q6 mit der Batterie 22 über eine Diode Dg und den Widerstand
R30 verbunden, und der Source-Anschluss von dem FET Q6 ist über die
Widerstände
R31, R35 und R37 mit den Gates von den parallel geschalteten BREMS-FETs
Q8 und Q9 verbunden. Die Drain-Anschlüsse von beiden FETs Q8 und
Q9 sind direkt mit der Batterie 22 verbunden, und die Source-Anschlüsse von
beiden BREMS-FETs Q8 und Q9 sind mit der Rückführleitung 3 des Motors
und mit dem Vorwärts/Rückwärts-Schalter 312 an
Leitung 2' verbunden.
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Wenn
folglich der Ausgang von dem NOR-Glied 350 in der Logik-Schaltung 318 auf
hoch geht, wird FET Q3 eingeschaltet, wodurch FET Q6 ausgeschaltet
wird und die BREMS-FETs Q8 und Q9 leitend werden, um den Motor dynamisch
abzubremsen. Umgekehrt, wenn der Ausgang von dem NOR-Glied 350 auf
niedrig geht, wird der FET Q3 ausgeschaltet, der FET Q6 eingeschaltet
und die BREMS-FETS Q8 und Q9 deaktiviert. Außerdem, um zu gewährleisten,
dass die BREMS-FETs
Q8 und Q9 niemals leitend sind, wenn der ANTRIEB-FET Q10 eingeschaltet
ist, ist der Ausgang von dem NOR-Glied 348, das den leitenden
Zustand des ANTRIEB-FET Q10 steuert, ebenfalls mit dem Gate von einem
weiteren FET Q7 verbunden. Der Drain-Anschluss des FET Q7 ist über Widerstand
R33 mit den Gates von beiden ANTRIEB-FETs Q8 und Q9 verbunden, und
dessen Source-Anschluss ist mit der Erde verbunden. Wenn daher der
Ausgang von dem NOR-Glied 348 hoch geht und der ANTRIEB-FET Q10
leitend wird, wird der FET Q7 ebenfalls leitend, um dadurch beide
BREMS-FETs Q8 und Q9 im Aus-Zustand
zu halten. Schließlich,
unter Bezugnahme auf die LED-Unterschaltung 328, die in 19A gezeigt ist, wird der Ausgang von
dem NOR-Glied 350 zu dem Gate von FET Q2 geleitet, dessen
Source-Anschluss mit der Kathode von einer LED DS1 verbunden ist
und dessen Drain-Anschluss mit der Erde verbunden ist. Die Anode
von der LED DS1 ist über
die parallelen Widerstände
R17 und R23 mit der Batterie 22 verbunden. Daher, immer
wenn der Ausgang von dem NOR-Glied 350 hoch geht, um den Motor
dynamisch abzubremsen, was stattfindet, wenn der Kupplungssensor-Schalter 56 in
Reaktion auf ein Außereingriffkommen
der Kupplung geöffnet wird,
wird der FET Q2 leitend, und die LED DS1 leuchtet, um ein sichtbares
Signal für
den Benutzer des kraftgetriebenen Werkzeugs zur Verfügung zu stellen.
-
Die
Funktion der oben beschriebenen Steuerschaltung 310 wird
nun beschrieben. Zuerst, um die ANTRIEB-Betriebsart einzuleiten,
betätigt
der Benutzer des kraftgetriebenen Werkzeugs den Betätigungsschalter 31,
um den Motor zu speisen und ein Befestigungsmittel einzutreiben.
Der Motor wird wegen der nachfolgenden Schaltungszustände gespeist,
die vorliegen, wenn der Betätigungsschalter 31 anfangs
betätigt
wird. Da im Kondensator C2 keine Ladung gespeichert ist, ist der
Signalpegel an dem positiven Eingang des Komparators 340 kleiner als
das Grenzwertsignal an seinem negativen Eingang, und der Ausgang
von dem Komparator 340 ist niedrig. Das niedrige Signal
von dem Ausgang des Komparators 340 wird durch das NOR-Glied 344 invertiert,
wodurch an dem Anschluss 6 von dem NOR-Glied 346 und
an dem Anschluss 13 von dem NOR-Glied 350 ein
hohes Signal anliegt. Folglich sind die Ausgänge von beiden NOR-Gliedern 346 und 350 und
somit beide Eingänge
von dem NOR-Glied 348 niedrig,
wodurch bewirkt wird, dass der Ausgang von dem NOR-Glied 348 auf
hoch geht. Wie vorstehend beschrieben, wenn der Ausgang von dem
NOR-Glied 348 hoch ist, wird der ANTRIEB-FET Q10 leitend,
und der Motor wird gespeist.
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Es
sei angenommen, dass sich die Kupplung korrekt in Eingriff befindet
und der Kupplungssensor-Schalter 56 geschlossen ist. Der
Transistor Q1 ist daher leitend, wodurch ein hoher Eingang an dem Anschluss 5 von
dem NOR-Glied 346 anliegt
und das Aufladen des Kondensators C2 über den Widerstand R11 eingeleitet
wird. Wenn die Ladung des Kondensators C2 das Grenzwertsignal übersteigt,
das an dem negativen Eingang des Komparators 340 anliegt,
geht der Ausgang des Komparators 340 auf hoch. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
beträgt
die Zeitverzögerung,
die durch das Aufladen des Kondensators C2 eingeleitet wird, etwa
8,5 Millisekunden. Das hohe Signal von dem Ausgang des Komparators 340 wird
durch das NOR-Glied 344 invertiert, wodurch ein niedriges
Signal am Eingangsanschluss 6 von dem NOR-Glied 346 und
außerdem an
dem Eingangsanschluss 13 von dem NOR-Glied 350 zur
Verfügung
gestellt wird. Da der Eingangsanschluss 8 von dem NOR-Glied 348 noch
niedrig ist, wird dadurch keine sofortige Änderung der Ausgangszustände des
R-S Flip-Flop bewirkt, das die NOR-Glieder 348 und 350 enthält. Jedoch
wird jetzt die Logikschaltung 318 in Reaktion auf das Öffnen des
Kupplungssensor-Schalters 56 "geschützt".
-
Es
ist wichtig anzumerken, dass dann, wenn aus irgendwelchen Gründen die
Kupplung in der offenen Position stecken bleibt und somit der Kupplungssensor-Schalter 56 geöffnet ist,
der Transistor Q1 nicht-leitend bleibt, wenn der Motor gespeist
wird, wodurch ein Aufladen des Kondensators C2 verhindert wird.
Folglich wird die Logikschaltung 318 nicht "geschützt", wie gerade beschrieben,
und reagiert daher nicht fehlerhafterweise auf den offenen Zustand
des Kupplungssensor-Schalters, der angibt, dass ein gewünschter
Drehmoment-Grenzwert erreicht ist. Es sei angenommen, dass der Kupplungssensor-Schalter 56 korrekt
geschlossen war, wie vorstehend beschrieben wurde, wobei die ANTRIEB-Unterschaltung 322 durch
die Logikschaltung 318 aktiviert bleibt, bis der voreingestellte
Drehmomentwert für
das Befestigungsmittel erreicht ist.
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Wenn
das kraftgetriebene Werkzeug den voreingestellten Drehmomentwert
erreicht, kommt die Kupplung des kraftgetriebenen Werkzeugs außer Eingriff.
Folglich wird der Kupplungssensor-Schalter geöffnet und schaltet den Transistor
Q1 aus. Dadurch wird bewirkt, dass der Eingang an Anschluss 5 von dem
NOR-Glied 346 auf niedrig geht, wodurch wiederum bewirkt
wird, dass dessen Ausgang an Anschluss 4 auf hoch geht.
Der resultierende hohe Eingang an Anschluss 8 von dem NOR-Glied 348 bewirkt,
dass das R-S-Flip-Flop
seinen Ausgangszustand ändert.
Mit anderen Worten, der Ausgang von dem NOR-Glied 348 schaltet
von einem hohen in einen niedrigen Zustand, und der Ausgang von
dem NOR-Glied 350 schaltet von einem niedrigen in einen hohen
Zustand. Wenn der Ausgang an Anschluss 10 der Logikschaltung 318 niedrig
ist, wird der FET Q4 der ANTRIEB-Unterschaltung 322 deaktiviert,
wodurch der Transistor Q5 eingeschaltet und der ANTRIEB-FET Q10
ausgeschaltet wird, um den Motor nicht mehr zu speisen. Wenn der
FET Q4 ausgeschaltet ist, wird der Kondensator C5 über den
Widerstand R27 entladen.
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Gleichzeitig,
wenn der Ausgang an Anschluss 11 der Logikschaltung 318 hoch
ist, wird die BREMS-Schaltung 324 aktiviert. Insbesondere
wird das hohe Signal von dem NOR-Glied 350 durch
eine RC-Zeitverzögerungsschaltung,
die den Kondensator C4 und den Widerstand R21 aufweist, zum Gate von
dem FET Q3 geleitet, um den FET einzuschalten. Wenn der FET Q3 eingeschaltet
ist, wird der FET Q6 nicht-leitend, wodurch die BREMS-FETs Q8 und Q9
eingeschaltet werden. Es ist wichtig, dass die Zeitverzögerungsschaltung,
die eine Verzögerung von
etwa 84 Millisekunden zur Verfügung
stellt, gewährleistet,
dass der ANTRIEB-FET Q10 vollständig ausgeschaltet
ist, bevor die BREMS-FETs Q8 und Q9 eingeschaltet werden. Dadurch
wird verhindert, dass die Leistungs-FETs fehlerhafterweise kurzgeschlossen
werden.
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Wenn
die BREMS-FETs Q8 und Q9 eingeschaltet sind, wird der Motor in der
umgekehrten Richtung kurzgeschlossen, um dadurch den Motor dynamisch
abzubremsen. Der Kondensator C6, der über den Widerstand R30 aufgeladen
wird, während der
ANTRIEB-FET Q10 eingeschaltet ist, entlädt sich während der BREMS-Betriebsart über den
FET Q6, wodurch sichergestellt wird, dass die BREMS-FETs Q8 und
Q9 für
eine ausreichende Zeitdauer von zumindest 150 Millisekunden eingeschaltet
bleiben, um den Motor korrekt abzubremsen.
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Wie
vorstehend erläutert,
wenn die Kupplung des kraftgetriebenen Werkzeugs außer Eingriff kommt
und die Steuerschaltung von der ANTRIEB-Betriebsart in die BREMS-Betriebsart umschaltet,
wird der FET Q2 leitend, und die LED DS1 leuchtet. Wenn das Einsetzen
des Befestigungsmittels abgeschlossen ist, lässt der Benutzer den Betätigungsschalter 31 los.
Wenn der Betätigungsschalter 31 losgelassen
ist, geht der Ausgang des Komparators 342 auf niedrig,
wodurch bewirkt wird, dass sich der Kondensator C2 über den
Widerstand R9 und die Diode D11 entlädt.
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Wenn
der Kondensator C2 unter den Grenzwert des Komparators 340 entladen
ist, geht der Ausgang des Komparators 340 auf niedrig,
um die Logikschaltung 318 freizugeben und zurückzusetzen.
Insbesondere wird das niedrige Ausgangssignal von dem Komparator 340 durch
das NOR-Glied 344 invertiert, wodurch ein hohes Signal
sowohl an dem Eingangsanschluss 6 von dem NOR-Glied 346 als auch
an dem Eingangsanschluss 13 von dem NOR-Glied 350 anliegt.
Der Ausgang von dem NOR-Glied 346 schaltet dann in einen
niedrigen Zustand, wodurch bewirkt wird, dass die Ausgänge von dem
R-S-Flip-Flop wieder ihre Zustände
von der BREMS-Betriebsart
in die ANTRIEB-Betriebsart ändern.
Trotz der Tatsache, dass der Ausgang von dem NOR-Glied 348 nun
hoch ist und der Ausgang von dem NOR-Glied 350 niedrig
ist, wird der ANTRIEB-FET Q10 nicht wieder aktiviert, da der Betätigungsschalter 31 nicht
betätigt
wird.
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Während der
normalen Funktion kommt die Kupplung 50 wieder in Eingriff,
und der Kupplungssensor-Schalter 56 kehrt in eine geschlossene
Position zurück,
nachdem der Motor 32 abgebremst und der Betätigungsschalter 31 losgelassen
ist. Folglich, wenn der Betätigungsschalter 31 anschließend betätigt und
dem Motor 32 wieder Leistung zugeführt wird, schaltet der Transistor
Q1 ein, der Kondensator C2 wird aufgeladen, und die Logikschaltung 318 kehrt
in den "geschützten" Zustand zurück, wie
vorstehend beschrieben. Wenn jedoch der Kupplungssensor-Schalter 56 geöffnet bleibt,
wie dies beispielsweise stattfinden kann, wenn die Kupplung 50 in
der offenen Position stecken bleibt, bleibt der Transistor Q1 nicht-leitend,
und der Kondensator C2 wird nicht aufgeladen, um die Logikschaltung 318 zu
schützen. Folglich,
wenn die Kupplung 50 plötzlich
wieder in Eingriff kommt, was bewirkt, dass der Kupplungs-Sensor-Schalter 56 prellt,
wenn er sich schließt,
dann erfasst die Steuerschaltung 44 nicht fehlerhafterweise
einen offenen Kupplungsschalter-Zustand und bremst nicht den Motor 32 fehlerhafterweise
ab.
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Es
ist daher offensichtlich, dass die Steuerschaltung 44 in
der Lage ist, geeignet auf temporäre Abweichungen bezüglich der
Funktion des mechanischen Kupplungsmechanismus des Werkzeugs zu reagieren,
die bei den beabsichtigten rauhen Arbeitsbedingungen zu erwartet
sind, denen das Werkzeug ausgesetzt ist. Insbesondere verhindert
die Verzögerung,
die durch das Aufladen des Kondensators C2 bewirkt wird, dass die
Steuerschaltung fehlerhafterweise auf ein Prellen des Kupplungssensor-Schalters
reagiert, wie beschrieben wurde. Außerdem, wenn die Kupplung zeitweise
in der sich außer
Eingriff befindlichen Position stecken bleibt, und zwar nach dem
Einsetzen eines Befestigungsmittels, ermöglicht die Steuerschaltung,
dass der Motor wieder gespeist wird, um zu ermöglichen, dass die Kupplung wieder
in Eingriff kommt, sie überprüft aber
nicht einen offenen Kupplungssensor-Zustand vor Ablauf einer zuvor
bestimmten Zeitdauer, nachdem die Kupplung wieder in Eingriff gekommen
ist. Folglich ist die Steuerschaltung in der Lage, den stecken gebliebenen
Kupplungs-Zustand zu erkennen und den entsprechend geöffneten
Kupplungssensor-Schalter
zu ignorieren. Die vorliegende Steuerschaltung erreicht diese Funktion,
indem sie so lange wartet, bis der Kupplungssensor-Schalter für eine vorbestimmte Zeitdauer
geschlossen ist (zum Beispiel 5,8 Millisekunden), bevor sie überprüft, ob der
Kupplungssensor-Schalter geöffnet
ist. Mit anderen Worten, die Steuerschaltung schaltet nur dann von
der ANTRIEB-Betriebsart in die BREMS-Betriebsart, wenn der Kupplungssensor-Schalter
von einer stabilen geschlossenen Position in eine geöffnete Position übergegangen
ist. Folglich muss die Dauer der Zeitverzögerung, die durch den Kondensator
C2 eingeleitet wird, nur lang genug sein, um ein Prellen des Kupplungsschalters
herauszufiltern und dadurch einen stabilen geschlossenen Schalter-Zustand
zu erkennen.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass dann, wenn die Kupplung in einer
offenen Position stecken geblieben ist, nachdem ein Befestigungsmittel
eingesetzt ist, die Steuerschaltung es dem Benutzer nicht ermöglicht,
das Werkzeug in diesem Zustand undefiniert zu betätigen, da
dadurch das Werkzeug beschädigt
werden könnte.
Mit anderen Worten, wenn die Kupplung nach einer verlängerten
Zeitdauer (zum Beispiel 5 Sekunden) nicht wieder in Eingriff gekommen
ist, unterbricht die Steuerschaltung die Leistung und bremst den
Motor ab. Dies findet statt, da der Vorstrom, der zu den Komparator-Verstärkern 340 und 342 geliefert
wird, ausreichend ist, und zwar auch dann, wenn der Transistor Q1
ausgeschaltet ist, um den Kondensator C2 während der verlängerten Zeitdauer
allmählich
aufzuladen, wie zum Beispiel 5 Sekunden. Folglich, auch dann, wenn
die Kupplung innerhalb dieser Zeitdauer nicht wieder in Eingriff
gekommen ist, hat der Kondensator C2 ausreichend Ladung aufgenommen,
um das Grenzwertsignal zu überschreiten,
das an dem negativen Eingang des Komparators 340 anliegt,
und die ANTRIEB-Betriebsart zu beenden und die BREMS-Betriebsart einzuleiten,
und zwar in der Weise, wie vorstehend beschrieben.
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Es
sei außerdem
angemerkt, dass die Steuerschaltung außerdem die dynamische Brems-Funktion
deaktiviert, wenn das kraftgetriebene Werkzeug in einer Rückwärts-Betriebsart
betrieben wird, um ein Befestigungsmittel aus einem Werkstück zu entfernen.
In der Rückwärts-Betriebsart
ist die Rückführleitung 3 von
dem Motor hoch statt niedrig. Da die Leitung 3 hoch ist,
können
die BREMS-FETs Q8 und Q9 nicht eingeschaltet werden. Daher ist die BREMS-Funktion
der Steuerschaltung deaktiviert. Durch die vorstehend beschriebenen
Anschlüsse des
Vorwärts/Rückwärts-Schalters
wird außerdem die
Anzahl der erforderlichen Drähten
und Anschlüsse
minimiert, die notwendig sind, um die Steuerschaltung der vorliegenden
Erfindung zu implementieren. Wie bekannt ist, sind die Systemverdrahtung
und die Anschlüsse
bei der System-Montagefertigung problematisch, da sie die Anzahl
der Montageschritte erhöhen
und daher dazu führen,
die Produkt-Zuverlässigkeit
zu vermindern. Bei Motor-Steuerschaltungen gemäß Stand der Technik, die die
Eigenschaft des dynamischen Bremsens haben, ist es üblich, den BREMS-FET
zwischen Leitungen 1 und 2 des Vorwärts/Rückwärts-Schalters
anzuschließen.
Es ist daher normalerweise erforderlich, einen stromleitenden Draht
von der gedruckten Schaltkreisplatine zu einem zusätzlichen
Anschluss, wie zum Beispiel eine Niete oder eine Schraubenklemme,
an dem Drain-Anschluss von dem ANTRIEB-FET zu führen. Bei der Schaltung der
vorliegenden Erfindung wird die Notwendigkeit vermieden, diesen
zusätzlichen Draht
und den Anschluss vorzusehen, indem die Source-Anschlüsse der
BREMS-FETs mit Leitung 2' verbunden
sind, statt mit Leitung 2. Mit anderen Worten, die Verbindung
des Drain-Anschluss
des ANTRIEB-FET mit der Schalter-Leitung 2 und die Verbindung
der Source-Anschlüsse
der BREMS-FETs Q8 und Q9 mit der Schalter-Leitung 21 überwindet die
Forderung nach einem separaten Draht von dem ANTRIEBS-FET zu den
BREMS-FETs. Außerdem überwinden
diese Verbindungen die Forderung nach einem separaten Draht für den Kupplungssensor-Schalter 56 zu
dem Vorwärts/Rückwärts-Schalter 312,
da diese Verbindung nun durch eine Bahn auf der gedruckten Schaltkreisplatine
implementiert werden kann, wie in der Zeichnung durch die Linie 360 dargestellt.
-
Daher
erhöht
das obige Verbindungssystem die Zuverlässigkeit des Systems, indem
die Anzahl der Drähte
und Verbindungen vermindert wird, die erforderlich sind, um das
System zu implementieren. Außerdem,
da ein kürzerer
stromleitender Draht verwendet wird, um die negative Seite des Motors
mit den Source-Anschlüssen
der BREMS-FETs zu verbinden, werden Induktivität und induktive Spitzen vermindert.
Außerdem
ist die Montage des Systems vereinfacht, indem der zuvor erforderliche
Draht von dem ANTRIEB-FET zu den BREMS-FETs weggelassen wird. Außerdem wird
die Herstellung des Systems vereinfacht, da die Forderung nach dem
oben genannten Anschluss für
den Drain-Anschluss
von dem ANTRIEB-FET wegfällt.
Es ist außerdem
offensichtlich, dass diese Vereinfachung des Systems bei irgendeiner
dynamischen Bremsschaltung eines Gleichstrommotors implementiert
werden kann.
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Unter
Bezugnahme auf 9 wird nun der Entkupplungssensor 56 im
Detail beschrieben. Der Entkupplungssensor 56 enthält einen
Membranschalter 380, der unter der angetriebenen Nockenscheibe 142 angebracht
ist. Der Membranschalter 380 ist funktional mit dem Gehäuse 12 verbunden. Außerdem enthält der Entkupplungssensor 56 einen Kolben 382,
der verschiebbar an einem Sensorbaugruppenblock 384 angebracht
ist. Der Kolben 382 hat eine glatte nachgiebige Spitze 389,
um die Abnutzung des Membranschalters zu reduzieren. Der Kolben 382 liegt
gegen eine Feder 386 an, die zusammendrückbar zwischen dem Kolben 382 und
einer inneren Schalterwand 388 montiert ist.
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Der
Sensorbaugruppenblock 384 ist in dem Gehäuse 12 axial
verschiebbar. Diese Bewegung ermöglicht
es, dass der Kolben 382 mit einer vordefinierten Distanz
bezüglich
der sich axial bewegenden, angetriebenen Nockenscheibe 164 angeordnet
wird. Diese vordefinierte Distanz kann durch Eigenschaften des Kolbens
oder durch einen Eich-Block (nicht gezeigt) definiert werden, der
bei der Montage des Werkzeugs verwendet wird. Da diese Einstellung
für die
Funktion des Werkzeugs kritisch ist, wird die Spindel 58 in
dem Gehäuse 12 durch
ein Paar Sicherungsscheiben 381 nach hinten gerichtet vorgespannt,
die eine wellenförmige
Federunterlegscheibe 383 zwischen sich halten. Die Unterlegscheiben 381 und
die Federunterlegscheibe 383 sind zwischen einem Flanschlager 385,
das in dem Gehäuse 12 befestigt
ist, und einem Klemmring 387 angeordnet, der sich in einer
Nut befindet, die in der Spindel 58 ausgebildet ist. Daher
wird jegliche axiale Bewegung der Spindel 58 und folglich
der antreibenden und angetriebenen Scheiben 142 bzw. 164 verhindert,
wodurch eine genauere Einstellung des Sensorblocks 384 und
des Kolbens 382 relativ zu der angetriebenen Scheibe 164 ermöglicht wird.
Die Einstellung der vordefinierten Distanz zwischen dem Kolben 382 und der
angetriebenen Scheibe 164 sollte so durchgeführt werden,
dass die genaue Anordnung des Kolbens 382 und der Schraubenfeder 386 gewährleistet wird.
Diese vordefinierte Distanz ist in 18 graphisch
gezeigt. Der Eich-Block sollte den Kolben 382 so anordnen,
dass der Membranschalter 380 beim Erreichen einer axialen Verlagerung
bei Punkt "A" geöffnet ist.
Diese axiale Verlagerung stellt eine ideale Situation dar, wo das
Signal an dem voreingestellten Drehmomentwert eingestellt ist. In
der Praxis müssen
jedoch Werkzeug-Toleranzen betrachtet werden. Wenn beispielsweise
der Eich-Block den Sensorblock 384 und den Kolben 382 so
positioniert, um den Membranschalter 380 in Position A
zu öffnen,
können es
mechanische Toleranzen in dem System tatsächlich ermöglichen, dass sich der Membranschalter 380 öffnet, bevor
der Punkt A erreicht ist. Dies führt
wegen des vorzeitigen Abbremsens daher zu einem nicht ausreichend
eingeschraubten Befestigungsmittel. Es ist daher gewünscht, dass
der Eich-Block den Sensorblock und den Kolben nahe der Mitte von Zone
B positioniert. Diese Positionierung gewährleistet, dass die Aktivierung
des Membranschalters nicht vor Verlagerung von Punkt A stattfindet,
und gewährleistet
außerdem,
dass die Aktivierung des Membranschalters vor der maximalen Kupplungs-Verlagerung erfolgt.
Wenn die Aktivierung nicht vor der maximalen Kupplungs-Verlagerung
erfolgt, findet ein kontinuierliches Weiterlaufen und Einrasten
des Werkzeugs statt, bis der Betätigungsschalter
losgelassen wird. Eine korrekte Kalibrierung des Entkupplungssensor-Aktivierungspunkts
führt außerdem zu
einer verbesserten Unempfindlichkeit bezüglich sich bewegender Befestigungsmittel
mit veränderlichen
Befestigungsraten. Wenn beispielsweise das Werkzeug eine endliche
System-Antwortzeit hat, die länger
ist als die Zeit, die zwischen dem ungenau kalibrierten Entkupplungssensor-Signal
und dem Zeitpunkt liegt, an dem die Kupplung ein Spitzen-Drehmoment überträgt, können harte
Verbindungs-Befestigungsmittel durch die Aktivierung des Sensors
nicht beeinflusst werden, bevor Punkt A erreicht ist. Da jedoch
eine weiche Verbindung über
eine deutlich längere
Zeitperiode stattfindet, ist es möglich, dass der Sensor vor Punkt
A aktiviert und der Motor dynamisch abbremst, bevor er das Ziel-Drehmoment übertragen
hat.
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Wenn
bei Betrieb die Kupplung 50 außer Eingriff kommt, wenn der
voreingestellte Drehmomentwert des Werkzeugs erreicht ist, stößt die angetriebene
Nockenscheibe 164 gegen den Kolben 382 und bewegt
ihn in axialer Richtung nach vorne außer Kontakt mit dem Membranschalter 380,
wodurch ein offener Schalter-Zustand erzeugt wird. Dieser offene Schalter-Zustand
bewirkt dann, dass der Membranschalter 380 ein Signal zu
der Steuerschaltung 44 sendet. Die elektronische Steuerschaltung
funktioniert dann, wie vorstehend beschrieben. Die Bewegung des
Kolbens 382 weg von dem Membranschalter 380 macht
dieses System unempfindlich gegenüber einer zu weiten Verlagerung
des Kolbens 382, da jede zu weite Verlagerung einfach nur
den Freiraum zwischen dem Schalter 380 und dem Kolben 382 vergrößert. Dies
steht im Gegensatz zu dem Zustand, bei dem eine fortgesetzte Verlagerung
von einem Kolben fortwährend
Kraft auf ein Schalterbauteil aufbringt.
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Die
Kupplung 50 kommt anschließend wieder in Eingriff, um
den Motor abzubremsen. Die Rückstellfeder 386 spannt
den Kolben 382 zurück
in Kontakt mit dem Membranschalter 380, wodurch ein geschlossener
Schalter-Zustand erzeugt wird. Anschließend wird kein Signal zu der
Steuerschaltung 44 gesendet, bis der Schalter 380 wieder
geöffnet wird.
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Es
sei angemerkt, dass der vorstehend beschriebene Entkupplungssensor
gegenüber
Kupplungssensor-Schaltern gemäß Stand
der Technik vorteilhaft ist, da der Membranschalter 380,
der in dem Entkupplungssensor der vorliegenden Erfindung implementiert
ist, einen sehr genau vorhersagbaren Betätigungspunkt für den Entkupplungssensor mit
geringer Toleranz zur Verfügung
stellt. Außerdem hat
der Membranschalter eine Lebensdauer von mehreren Millionen Zyklen,
wodurch die Wartung und die Reparatur des Entkupplungssensors minimiert werden.
Außerdem
kann eine Neukalibrierung des Entkupplungssensors einfach durch
eine einfache Dickenlehre erreicht werden, und zwar von dem Typ, wie
er dem Fachmann bekannt ist.
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Unter
Bezugnahme auf 9 und 19–20 trägt
ein Gummistopfen 390 dazu bei, den Entkupplungssensor-Schalter
in dem Gehäuse
zu befestigen, wie gezeigt ist. Der Stopfen ist integriert während des
Spritzgießens
des Gehäuses
gebildet. Das First-Shot-Material enthält eine Öffnung, die in dem Gehäuse entsprechend
der Position des Entkupplungssensor-Schalters ausgebildet ist. Anschließend wird
eine Überform-Schicht
auf das First-Shot-Material aufgebracht, so dass die Überform-Schicht
durch die Öffnung
extrudiert und beim Abkühlen
den Stopfen 390 bildet. Außerdem macht der Stopfen 390 daher
das Erfordernis einer zusätzlichen
Verschluss-Einrichtung für
das Werkzeug überflüssig. Werkzeugkosten
und Komplexität
der Baugruppe werden dadurch reduziert.
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Es
wird nun auf 1A Bezug genommen, in der ein
Schmiermittel-Zugriffsanschluss allgemein bei 392 gezeigt
ist. Der Schmiermittel-Zugriffsanschluss 392 ist in dem
First-Shot-Material gebildet, das die Basis des Gehäuses 12 bildet,
und zwar während
der Herstellung des Gehäuses
in dem oben genannten Formprozess. Der Anschluss wird anschließend durch
die äußere Überform-Schicht überdeckt. Durch
die äußere Überform-Schicht 14 wird
eine mit einer Vertiefung versehene Oberfläche über dem Anschluss 392 erzeugt,
um eine sichtbare Vertiefung in dem Werkzeug-Gehäuse
zu erzeugen. Wie vorstehend erwähnt,
ist das Überform-Material
vorzugsweise ein Neoprengummi, das in der Lage ist, sich selbst zu
verschließen,
wenn es durchstochen wird, aber es kann jedes Material verwendet
werden, das ähnliche Eigenschaften
zeigt.
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Bei
Betrieb kann eine Nadel von einer Schmiervorrichtung (nicht gezeigt)
durch die Überform
gestochen werden, die den Zugriffsanschluss überdeckt, um so den gewünschten
Komponenten in dem Gehäuse
Schmiermittel zuzuführen.
Normalerweise beinhalten die Komponenten, die geschmiert werden
müssen,
Kugellager, Nockenflächen,
Keilwellen, Kugelträger,
Getriebe-Komponenten, Hülsenlager,
Rastmittel und andere. Wenn die Schmiernadel herausgezogen wird,
verschließt
sich die Überform-Schicht
aufgrund ihrer Eigenschaften von selbst. Daher kann durch die Verwendung der Überform-Technik,
die in der Technik bekannt ist, ein lecksicherer Schmier-Anschluss
gebildet werden, wodurch das Erfordernis vermieden wird, das Werkzeuggehäuse vollständig zu öffnen, um
die inneren Komponenten des Werkzeugs zu schmieren.
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Es
ist offensichtlich, dass die oben beschriebene Steuerschaltung bei
jeder auf einem Elektromotor basierenden Anwendung verwendet werden kann,
die sowohl die ANTRIEB-Motorbetriebsart als auch die BREMS-Motorbetriebsart
in Reaktion auf einen Satz von vorbestimmten Bedingungen erforderlich
macht.