Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschrauben von Bauteilen, mit einem kraftangetriebenen Schraubgerät mit verstellbarem Anzugsmoment sowie mit einer Schraube und einer Schraubenmutter.
Eine Schraube mit einer Schraubenmutter sind die am meisten verwendeten Verbindungselemente. Sie sind genau untersucht, verbessert und standardisiert worden, damit sie ein zuverlässiges Mittel zur Verbindung von mehreren Teilen bilden.
Bei Verbindungen, welche grossen und pulsierenden Lasten unterworfen sind, kann die Ausbildung der Verbindungselemente bezüglich der Zuverlässigkeit, Festigkeit und Lebensdauer der Verbindung von grosser Bedeutung sein. So ist es z. B. bei Verbindungen, welche gegen eine Materialermüdung -widerstandsfähig sein sollen, wichtig, dass die Verbindungselemente eine hohe Oberflächengüte haben, dass die Schraube in der Wand des Werkstückes mit Übermass angebracht ist, wodurch das Material in radialer Richtung komprimiert wird, so dass es von den zyklischen Kräften zum Teil entlastet wird, sowie dass Spiel in der Verbindung, welches stossartige Belastungen zur Folge haben würde, vermieden wird.
Bei Wechselbelastungen wird die Spielfreiheit durch eine axiale Vorspannung der Schraube erhalten. Wenn eine Mutter auf eine Schraube aufgeschraubt wird, wird diese gedehnt und entwickelt eine Vorspannkraft. Diese Vorspannkraft muss dabei eine gewisse gewünschte Grösse haben.
Ein ideales Mittel zur Messung der Vorspannkraft wäre die Messung einer tatsächlichen Dehnung der Schraube. Diese Messung ist jedoch nicht rasch und genau möglich. In der Praxis wird daher als Parameter das Drehmoment verwendet, mit welchem die Mutter auf die Schraube aufgeschraubt wird.
Zumindest theoretisch ist das verwendete Drehmoment proportional zur axialen Vorspannung der Schraube. Diese direkte Proportionalität wird jedoch in der Praxis durch verschiedene Umstände ungünstig beeinflusst.
Theoretisch kann eine gegebene Vorspannung dadurch erzielt werden, dass beim Anziehen der Mutter der Arbeiter an einem bestimmten Hebelarm mit einer gegebenen Kraft einwirkt. Diese Arbeitsweise ist jedoch für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten nicht geeignet, da sie zu umständlich ist.
Sie ist auch nicht für grosse Schrauben geeignet, wo die Drehmomente Hunderte oder Tausende von Kilogrammetern betragen, da ein Mann eine so grosse Kraft nicht entwickeln kann. Ausserdem ist die tatsächlich entwickelte Kraft bei verschiedenen Personen verschieden. Bei Drehmomentschlüsseln zur Messung des gebildeten Drehmomentes bestehen Schwierigkeiten mit ihrer Kalibrierung. Bei grossen oder stossartigen Kräften besteht die Gefahr, dass zu hohe Drehmomente entstehen. Diese können die Verbindung gefährden, da das Gewinde beschädigt werden kann und die Vorspannung der Schraube zu hoch sein kann.
Es ist auch bereits bekannt, eine Mutter mit einem Scherabschnitt zu versehen, welcher beim Erreichen eines gegebenen Drehmomentes abgeschert wird. Bei Schrauben mit einem grossen Durchmesser ist jedoch die Herstellung des Scherabschnittes mit engen Toleranzen kostspielig. Ausserdem entsteht beim Abscheren des Abschnittes ein mechanischer Stoss, welcher von vielen Arbeitern beanstandet wird.
Es ist auch eine Spannvorrichtung bekannt, welche derart die Mutter mit einem Scherabschnitt anzieht, dass das Abscheren in der Vorrichtung erfolgt und vom Arbeiter nicht gefühlt wird. Durch diese Vorrichtung ist es jedoch nicht möglich, Muttern ohne Scherabschnitte mit verschiedenen Drehmomenten anzuziehen, so dass verschiedene gewünschte Vorspannkräfte entstehen.
Zum Anziehen von Muttern ohne Scherabschnitte mit einem gewünschten Drehmoment sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, bei welchen z. B. ein Hammer mit einem bekannten Gewicht gegen einen Amboss stösst. Andere Vorrichtungen haben eine Rutschkupplung, welche beim Erreichen eines gegebenen Drehmomentes durchrutscht. Diese Vorrichtungen sind jedoch für viele Anwendungen nicht genügend genau.
Die Erfindung hat die Schaffung einer Vorrichtung der erwähnten Art zum Ziel, bei welcher eine Schraube mit einer Mutter, die keine Drehmomentbegrenzung, wie z. B. einen Scherabschnitt, aufweist, mit einer genauen Vorspannung versehen werden kann, und zwar unabhängig von der Erfahrung und Tüchtigkeit des Arbeiters. Eine Einstellung des gewünschten Drehmomentes und seine Veränderung sollen dabei auf einfache Weise möglich sein. Die Vorrichtung soll dabei zur Entwicklung hoher Drehmomente ohne eine Gefahr der Beschädigung der Schraube und der Mutter geeignet sein.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist gekennzeichnet durch ein Gehäuse, in dem ein Schraubenschlüssel um eine Drehachse drehbar gelagert ist, durch einen Hebel, der am Schraubenschlüssel angreift, sich von diesem seitlich erstreckt und zur Drehung des Schraubenschlüssels um die Drehachse schwenkbar ist, durch einen im Gehäuse angeordneten, durch ein Strömungsmittel betätigbaren Motor, der mit dem Hebel im Abstand von der Drehachse verbunden ist und zu seiner Schwenkung dient, durch einen Anschluss für eine Druckmittelquelle und durch einen Druckregler sowie durch ein Steuerorgan zur Steuerung der Zufuhr von Druckmittel in den Motor, derart, dass dieser mit einer vorbestimmten Kraft auf den Hebel einwirkt, um mit dem Schlüssel die Mutter an der Schraube festzuschrauben,
wobei der Motor eine annähernd konstante vom Druckmitteldruck bestimmte Kraft und der Schraubenschlüssel somit ein annähernd konstantes vom Druckmitteldruck bestimmtes Drehmoment ausübt, und der Schraubenschlüssel sowie die Mutter mit Eingriffsteilen versehen sind, die eine spielfreie Verbindung des Schraubenschlüssels mit der Mutter gestatten.
Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand beiliegender Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer motorisch betätigten Vorrichtung zum Verschrauben von Bauteilen,
Fig. 2 einen Grundriss mit Teilschnitt zur Fig. 1, die Fig. 3, 4, 5 und 6 Schnitte nach den Linien 3-3, 4-4, 5-5 und 6-6 in der Fig. 2,
Fig. 7 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie 8-8 in der Fig. 7,
Fig. 9 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie 10-10 in der Fig. 9,
Fig. 11 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 12 einen Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines Teiles der Vorrichtung und die Fig. 13 und 14 Schnitte nach den Linien 13-13 und 14-14 in der Fig. 12.
In der Fig. 6 ist eine Vorrichtung 20, ein Bauteil 21, eine Schraube 22, ein Zwischenelement 23 und eine Schraubenmutter 40 dargestellt. Die Vorrichtung hat die Aufgabe, die Schraube 22 und die Mutter 40 im Bauteil 21 mit einem gegebenen Drehmoment und einer gegebenen axialen Vorspannung zu befestigen.
Der Bauteil 21 enthält Teile 25 und 26, die vorzugsweise aus einem Metall wie Aluminium, rostfreier Stahl usw. bestehen. Die Teile 25 und 26 des Bauteiles stellen schematisch zwei von vielen möglichen Gegenständen dar, die durch die Schraube und die Mutter miteinander verbunden werden können.
Im Bauteil 21 ist eine Bohrung 27 ausgebildet, die eine innere Wand 28 mit einem gegebenen Durchmesser aufweist.
Ausserdem hat der Bauteil 21 eine erste Fläche 29 und eine zweite Fläche 30, welche vorzugsweise zueinander parallel sein können, es jedoch nicht unbedingt sein müssen.
Die Schraube 22 weist einen Bolzen 34 mit einem länglichen Schaft 35 auf, der eine zylindrische Aussenwand 36 aufweist, die zur Zusammenwirkung mit der Wand der Bohrung 27 bestimmt ist. Die Aussenwand 36 des Bolzens 34 hat in vielen Fällen einen grösseren Durchmesser als die Bohrung 27, so dass eine Passung mit Übermass entsteht. Das ist jedoch im vorliegenden Fall nicht wesentlich.
An einem Ende des Schaftes ist ein Kopf 37 ausgebildet, welcher zum Abstützen gegen die erste Fläche des Bauteils bestimmt ist. Der Kopf bildet eines der möglichen Mittel, durch welche der Bolzen an einer axialen Bewegung aus dem Bauteil in der Richtung des Aussengewindes gehindert wird.
Die Bohrung 27 und der Schaft 35 haben eine gemeinsame Achse 38. Der Bolzen ist an seinem dem Kopf entgegengesetzten Ende mit einem Aussengewinde 39 versehen. Das Gewinde 39 erstreckt sich aus der Bohrung 27 über die erste Fläche 29 hinaus.
Die Schraubenmutter 40 hat eine Bohrung 41, die mit einem Innengewinde 42 versehen ist, das zum Aufschrauben auf das Aussengewinde 39 bestimmt ist.
Die Mutter 40 enthält eine Stützfläche 43, welche das Ende der Bohrung umgibt, das dem Bauteil zugewandt ist.
Am Umfang ist die Mutter 40 mit Rippen 44 versehen, welche zur Zusammenwirkung mit einem Schlüssel bestimmt sind, der später beschrieben wird.
Das Zwischenelement 23 besteht bei den bevorzugten Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 12 bis 14 aus einem ringförmigen Teil 45 in der Form einer Scheibe mit einer ersten Stützfläche 46, die zum Abstützen auf der ersten Fläche 29 des Bauteils bestimmt ist, sowie mit einer zweiten Stützfläche 47, gegen welche sich die Stützfläche 43 der Schraubenmutter 40 stützt. Das Zwischenelement 23 ist an seinem Umfang mit Rippen 48 versehen, die zur Zusammenwirkung mit Rippen 53 eines rohrförmigen Teils 152 der Vorrichtung 20 bestimmt sind.
Die Vorrichtung 20 ist im Detail in den Fig. 1 bis 6 dargestellt. Sie enthält einen Motorabschnitt 50, einen Getriebeabschnitt 51 und einen Schlüsselabschnitt 52, ist durch die erforderlichen Verbindungsteile zusammengehalten und enthält zwei Griffe 53 und 54, mit deren Hilfe er bei der Arbeit gehalten werden kann.
An der oberen Fläche der Vorrichtung 20 ist ein Einstellknopf 55 eines Druckregelventils angeordnet, zusammen mit einem Manometer 56, das den geregelten Druck anzeigt und vorzugsweise in Einheiten des Drehmomentes kalibriert sein kann.
An einer leicht zugänglichen Stelle ist ein Kupplungswähler 57 mit zwei Knöpfen 58 und 59 angeordnet. Ausserdem ist eine Vorrichtung 60 zur Einstellung von Reibung derart angeordnet, dass sie dem Benützer zugänglich ist. Die Schraube 22 ist am unteren Ende des Schlüsselabschnittes 52 dargestellt. Die Abschnitte und ihre Teile werden im folgenden eingehend anhand der Fig. 2 beschrieben.
Zur Aufnahme der verschiedenen Abschnitte ist die Vorrichtung mit einem Gehäuse 61 versehen. Ein Anschluss 62 dient für die Zufuhr von Strömungsmittel unter Druck, das z. B. Druckluft oder ein hydraulisches Druckmittel sein kann.
Vom Anschluss 62 wird das Strömungsmittel in eine Druckleitung 63 eingeführt. In der Druckleitung 63 befindet sich ein Druckregelventil 64, das durch eine Betätigung des Einstellknopfes 55 einstellbar ist. Das Druckregelventil 64 ist ein Druckminderungsventil vom bekannten Typ, das z. B. Gas in den stromabwärtigen Teil 65 der Druckleitung liefert und in diesem einen eingestellten Druck einhält. An den Teil 65 ist das Manometer 56 über eine Zweigleitung 66 angeschlossen.
Das Strömungsmittel wird einem Auslöseventil 70 (Fig. 2) zugeführt, welches in der Nähe des Griffes 54 einen Knopf 71 aufweist. Der Knopf ist an einem axial beweglichen Schieberkörper 72 befestigt, welcher durch eine Feder ?3 in eine entlüftende Stellung gedrängt wird. Der Knopf befindet sich dabei in seiner vom Gehäuse entfernten Stellung. Der Schieberkörper 72 ist gleitend in einer Bohrung 72a geführt. Eine Entlüftungsleitung 72b, welche in die Atmosphäre mündet, mündet gleichzeitig auch in der Wand der Bohrung 72a. Der stromabwärtige Teil 65 der Druckleitung und eine Leitung 77 münden ebenfalls in der Wand der Bohrung 72a. Der Schieberkörper ist mit einem Einschnitt 74 versehen, welcher so lang ist, dass er die Leitungen 72b und 77 verbindet, wenn das Auslöseventil 70 unbetätigt ist. Auf diese Weise wird die Leitung 77 mit der Atmosphäre verbunden.
Wenn das Auslöseventil 70 betätigt ist, verbindet der Schieberkörper 72 die Leitungen 65 und 77 und versieht auf diese Weise die Leitung 77 mit dem Druckmittel zur Betätigung des Schlüssels.
An den erforderlichen Stellen sind O-Ringe 75 zur Verhinderung einer Leckströmung des Druckmittels angeordnet.
Durch eine Entlüftung der Leitung 77 wird der Antriebsmechanismus gelöst , so dass der Antriebsmechanismus von Hand bewegt werden kann, ohne dass die Bewegung durch Druckmittel gestört wird, das in der Leitung 77 und im stromabwärts von dieser befindlichen Motor eingeschlossen wäre.
Die Leitung 77 ist an ein Ventil 78 (vgl. Fig. 5) für die Wahl der Drehrichtung angeschlossen. Dieses Ventil ist in der Fig. 2 schematisch und in der Fig. 5 im Detail dargestellt. Es hat die Aufgabe, die Richtung der Zufuhr und der Ableitung von Druckmittel zum Motor 80 und aus diesem zu bestimmen.
Es beeinflusst Druckleitungen 81 und 82, welche an Zuführ öffnungen 83 und 84 des Motors angeschlossen sind. Die Leitung 77 mündet in einer Steuerfläche 85 zwischen den Leitungen 81 und 82. Der Steuerfläche 85 ist eine Ventilkammer 89 zugewandt. Die Steuerfläche 85 ist eben. Aus der Ventilkammer 89 führen Ausgangsleitungen 90 und 91 in die Atmosphäre oder in einen Behälter.
Das Ventil 78 enthält einen Schieberkörper 92, der zwei Arme 93 und 94 aufweist, die voneinander entfernt sind und dichtend entlang der Steuerfläche 85 beweglich sind. In allen axialen Stellungen des Schieberkörpers 92 überspannen die Arme 93 und 94 die Eingangsöffnung der Leitung 77 und können je nach der Stellung auch die eine oder die andere der Druckleitungen 81 und 82 umschliessen. Die Ausgangsleitungen 90 und 91 sind immer nach aussen offen. Sie können jedoch nur an die betreffende der Leitungen 81 und 82 angeschlossen werden, die in diesem Zeitpunkt nicht an die Druckleitung angeschlossen ist. Die Vorrichtung bildet auf diese Weise ein Fünfwegventil, das eine Strömung des Strömungsmittels durch die Leitungen 81 und 82 in beiden Richtungen gestattet, wie es durch Pfeile 95 und 96 angedeutet ist.
Durch die axiale Stellung des Schieberkörpers wird somit bestimmt, welche der Leitungen 81 und 82 unter Druck steht und welche von ihnen drucklos ist.
Der Schieberkörper ist mit einem Vorsprung 97 versehen, welcher durch eine Feder 98 belastet ist und zum Anpressen der Arme 93 und 94 gegen die Steuerfläche 85 dient. Ausserdem dient der Vorsprung 97 zur axialen Bewegung des Schieberkörpers. Die axiale Bewegung erfolgt durch eine Umsteuervorrichtung 100, die einen Zylinder 101 enthält, in welchem ein Kolben 102 beweglich ist, der eine Ausnehmung für den Vorsprung hat, so dass, wenn sich der Kolben im Zylinder bewegt, gleichzeitig auch der Schieberkörper 92 bewegt wird.
Die Wand des Zylinders 101 ist mit einer Ausnehmung 103 für den Vorsprung 97 versehen.
An die beiden Enden des Zylinders 101 schliessen sich Kanäle 104 und 105 an, welche in Zylinderräumen 101a und 101b münden. Die Kanäle 104 und 105 sind an Zweigleitungen 106 und 107 angeschlossen, welche mit der Leitung 77 und der Druckleitung 63 in Verbindung stehen. Sie sind auch mit Endventilen 108 und 109 (siehe Fig. 2) verbunden. Der Zylinder 101 ist im Körper des Mechanismus ausgebohrt und durch einen Zapfen 110 verschlossen. Die beiden Endventile 108 und 109 sind gleich, so dass es genügt, nur eines von ihnen, das Ventil 108, zu beschreiben. Es enthält eine Bohrung 115 (siehe Fig. 4) im Körper 116, in welcher zwei Einsätze 117 und 118 angeordnet sind. Die Einsätze sind mit O-Ringen 119, 120 und 121 versehen.
Aus dem Körper erstreckt sich ein axial beweglicher Ventilteil 122, welcher mit einer Dichtung 123 versehen ist, die mit einem Ventilsitz 124 zusammenwirkt und zum Abschliessen des Kanals 104 gegenüber einem Entlüftungskanal 125 dient. Eine Feder 126 stützt sich gegen einen Federteller 127, der durch einen Federring 128 festgehalten wird. Die Feder 126 drückt den Ventilteil 122 in seine schliessende Stellung. Die Federkraft dieser Feder reicht aus, um die Kraft des Druckmittels im Kanal 104 zu überwinden. Wenn das Ventil, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, geschlossen ist, ist das Druckmittel im Kanal 104 eingeschlossen.
Wenn das Ventil offen ist, ist der Kanal 104 entweder mit der Atmosphäre oder mit dem Behälter, je nach der Art des Druckmittels, verbunden.
Die Endventile 108 und 109 sind zur Zusammenwirkung mit dem Hebel bestimmt und sind mit dem Ventil 78 für die Wahl der Drehrichtung verbunden. Sie beeinflussen auf diese Weise die Drehrichtung des Motors 80. Im vorliegenden Beispiel besteht die Verbindung mit dem Ventil 78 über die Umsteuervorrichtung 100. Der Kolben 102 ist ausgeglichen und nimmt keine besondere Stellung ein, wenn die Drücke in den Zylinderräumen 101a und 101b gleich sind. Der Kolben wird nur durch Differenzen der Drücke in den beiden Zylinderräumen bewegt.
Der Motorabschnitt 50 enthält einen umsteuerbaren, durch ein Strömungsmittel betätigbaren Motor 80, welcher eine Achse 130 aufweist. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform, die in der Fig. 2 dargestellt ist, ist der Motor ein Linearmotor des Kolben-Zylindertyps. In einem Zylinder 131 ist ein Kolben 132 axial beweglich. Der Kolben 132 ist in üblicher Weise ausgebildet und ist im Zylinder durch einen Kolbenring 133 abgedichtet. An beiden Seiten des Kolbens führen in den Zylinder Öffnungen 83 und 84 derart, dass keine von ihnen vom Kolben in seinen Endstellungen abgedeckt ist und sie daher nie vom Zylinder getrennt sind. Zur Begrenzung der Bewegungen des Kolbens sind zwei Anschläge 134 und 135 vorgesehen.
Die Kolbenstange 137 ist mit einer Dichtung 136 versehen. Sie ist mit dem Kolben 132 durch eine Mutter 138 verbunden, welche den Kolben gegen eine Schulter 139 der Kolbenstange drückt. Die Kolbenstange 137 ist gleitend durch die mit der Dichtung 136 versehene Öffnung durchgeführt und ist durch einen Zapfen 140 mit einer Verbindungsstange 141 verbunden. Die Verbindungsstange ihrerseits ist durch einen Zapfen mit einem Hebel 145 verbunden. Der Hebel 145 ist um eine Schlüsselachse 146 drehbar und kann um einen Winkel geschwenkt werden, der durch einen Pfeil 147 angedeutet ist. Der Winkel beträgt in der Regel ungefähr 14 . Der Hebel 145 ist aus der in der Fig. 2 dargestellten Endstellung, in welcher er sich gegen den Ventilkörper 148 des Endventils 109 stützt, in seine andere Endstellung beweglich, wo er sich gegen den Ventilkörper 122 des Endventils 108 abstützt.
Wenn das Auslöseventil niedergedrückt ist, hat die Stellung des Ventils 78 für die Wahl der Drehrichtung zur Folge, dass sich der Motor in einer oder in der anderen Richtung bewegt. Sobald er das Ende dieser Bewegung erreicht, berührt ein Stift 149, der sich aus dem Hebel hervorstreckt, einen der Ventilkörper.
Diese bewirken eine Umstellung der Umsteuervorrichtung, wodurch das Ventil für die Wahl der Drehrichtung in die andere Stellung bewegt wird. Das hat zur Folge, dass der Hebel 145 entlang eines Winkels in der Ebene nach der Fig. 2 bewegt wird, wodurch der Schlüsselabschnitt 52 betätigt wird.
Der Schlüsselabschnitt 52 ist am besten aus der Fig. 6 ersichtlich. Er hat die Aufgabe, mit einem Drehmoment auf die Schraubenmutter 40 einzuwirken. Er enthält ein Gehäuse 150, welches durch eine verzahnte Muffe 151 mit einem äusseren rohrförmigen Befestigungsteil 152 verbunden ist. Wenn die Vorrichtung nicht zum Abstützen an einem Zwischenelement 23 bestimmt ist, kann der Befestigungsteil 152 weggelassen werden. Zur Zusammenwirkung mit den Rippen 48 des Zwischenelementes 23 sind Rippen 153 vorgesehen. Diese sind mit den Rippen 48 geometrisch kongruent.
Innerhalb des Befestigungsteiles befindet sich ein Schraubenschlüssel 154, welcher an seinem inneren Ende Rippen 155 aufweist, die zur Zusammenwirkung mit den Rippen 44 der Mutter 40 bestimmt sind. Die Rippen 44 und 155 sind zu diesem Zweck ebenfalls geometrisch kongruent. Der Befestigungsteil 152 ist gegenüber dem Gehäuse der Vorrichtung nicht drehbar. Der Schlüssel 154 ist hingegen drehbar. Zur lösbaren Befestigung des Schlüssels in axialer Richtung an einer Antriebswelle 160 sind durch eine Feder 157 belastete Kugeln vorgesehen, die in einen Einschnitt 158 eingreifen.
Zum Festhalten des Befestigungsteiles 152 am Antriebsteil 154 ist ein Stift 152a vorgesehen. Er gestattet eine Drehung des Schlüssels 154, da die im Schlüssel 154 ausgebildete Aussennut diesen voll umschliesst. Der mittlere Teil des Stiftes 152a kann sich in der Nut bewegen, wobei er den Befestigungsteil 152 in axialer Richtung festhält. Der Schlüssel 154 ist durch eine Verzahnung 159 mit der Antriebswelle 160 verbunden, die im Gehäuse drehbar gelagert ist. Eine Drehung der Antriebswelle 160 hat auf diese Weise eine Drehung des Schlüssels 154 in der betreffenden Drehrichtung zur Folge.
Der Hebel 154 endet mit einem drehbaren Antriebsring 161, welcher zwei Antriebsflächen 162 und 163 aufweist. Die An triebsflächen sind mit Zähnen 164 versehen, welche steile Treibflächen 165 haben, die in der einen Richtung gerichtet sind, sowie schräge Gleitflächen, die in der anderen Richtung verlaufen. Eine Drehung des Hebels in der einen Richtung hat eine Antriebswirkung durch die Treibflächen 165 zur Folge, während bei einer Drehung des Hebels in der anderen Richtung die Gleitflächen eine Bewegung nach der Art einer Einwegkupplung gestatten.
Die Treibnächen 165 der Zähne beider Antriebsflächen 162 und 163 sind in entgegengesetzten Richtungen angeordnet, so dass, wenn ein Paar der Verzahnungen miteinander zusammenwirkt, der Antrieb in einer Richtung erfolgt und bei einer Zusammenwirkung des anderen Paares in der anderen Richtung. Die Wahl der Drehrichtung erfolgt mit der Hilfe von zwei Wähiringen 167 und 168, welche den Flächen 162 und 163 zugewandt sind. Die Wählringe 167 und 168 haben je eine Verzahnung mit Zähnen, deren Gleitflächen und Treibflächen in die Zähne der ihnen zugewandten Antriebsfläche eingreifen können. Wenn ein Wählring mit seiner zugeordneten Verzahnung in Eingriff gebracht wird, entsteht eine Bewegung in der betreffenden Drehrichtung.
Zu diesem Zweck ist nach der Fig. 3 eine Schiebevorrichtung vorgesehen, welche die Knöpfe 58 und 59 enthält, die sich an den Enden der Stange 170 befinden, die mit einem Joch 171 verbunden ist.
Das Joch 171 stützt sich gegen die beiden Wähiringe 167 und 186 derart ab, dass einer von ihnen in Eingriff mit der betreffenden Treibfläche gebracht werden kann, wobei gleichzeitig der andere ausser Eingriff gebracht wird. Zu diesem Zweck sind zwei Federn 172 und 173 vorgesehen, welche die Wählringe gegen den Antriebsring 161 drücken. Arme 174 und 175 des Jochs 171 stützen sich gegen Umfangsflansche 176 und 177 der Wähiringe. Sie drücken einen von ihnen vom Antriebsring weg und ermöglichen dadurch, dass die andere Feder den anderen Wählring in Eingriff mit dem Antriebsring bringen kann. Durch eine Verschiebung der Stange 170 in ihrer Achsrichtung kann einer der Wählringe in Eingriff mit dem Antriebsring gebracht werden.
Die Übertragung der Drehbewegung auf die Welle 160 erfolgt mit der Hilfe von Verzahnungen 178 und 179, entlang welcher die Wälilringe 167 und 168 beweglich sind. In der Fig. 6 ist der Wählring 168 im Eingriff dargestellt, wobei sich der Wählring 167 ausser Eingriff befindet. Es wird angenommen, dass die Treibflächen und die Gleitflächen im Gegenuhrzeigersinn gerichtet sind. Der Wählring 167 hat keine Wirkung, da er sich ausser Eingriff befindet. Eine federbelastete Kugel 180 (siehe Fig. 2) greift in Einschnitte 181 und 182 in der Stange 170 ein und hält die Stange in einer gewählten Stellung. Die Kombination einer der Antriebsflächen mit dem entsprechenden Wählring bildet eine Einwegkupplung.
Die beiden Paare einer Antriebsfläche mit einem Wählring gestatten die Wahl der Drehrichtung, welche im vorliegenden Fall nach links oder nach rechts verlaufen kann.
Eine vollständig freie Drehung der Antriebswelle ist nicht erwünscht. Sie ist daher mit einer gewissen Reibung versehen.
Zu diesem Zweck befindet sich am oberen Ende der Antriebswelle ein Lager 185, dessen innere Bahn 186 eine seitliche und axiale Stütze für das obere Ende der Antriebswelle 160 bildet. Am oberen Ende der Antriebswelle 160 sind eine Mutter 187 sowie ein Haltering 188 angeordnet. Die Mutter stützt sich gegen eine Reibplatte 189. Die Reibplatte 189 ist auf einer deformierbaren Scheibe 190, z. B. aus Gummi, abgestützt, wobei der auf die Reibplatte wirkende Druck durch die Einstellvorrichtung 60 bestimmt wird. Diese enthält eine Gewindekappe, die in das Ende des Gehäuses eingeschraubt ist.
Die Druckkraft zwischen der Reibplatte und dem oberen Ende der Welle hat somit eine gewisse kleine und einstellbare Reibung zur Folge, die einer freien Drehung der Antriebswelle entgegenwirkt.
Weitere Einzelheiten sind in den Fig. 7 bis 14 dargestellt.
In der Fig. 7 sind Bauteile 200 dargestellt, durch deren Bohrung 202 eine Schraube 201 durchgeführt ist. An der Schraube ist eine Mutter 203 angeordnet, welche durch den Befestigungsteil 152 und den Antriebsteil 154 festgeschraubt wird. Der Unterschied zwischen der Anordnung nach der Fig.
7 und der Fig. 6 besteht darin, dass ein Zwischenelement 205 vorgesehen ist, das die Form eines Vorsprunges 206 hat, welcher ein Teil des Bauteils ist und die Öffnung umgibt. Es ist mit Rippen 207 vorgesehen, welche zur Zusammenwirkung mit den Rippen des Befestigungsteiles 152 bestimmt sind.
Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Vorrichtung, bei welcher ein Zwischenelement 208 formschlüssig und nicht nur durch Reibung festgehalten wird. Die Bauteile 210 haben eine Bohrung 211 für eine Schraube 212. Eine Mutter 213 stützt sich gegen eine Scheibe 214 ab, die einen sechskantigen äusseren Umfang 215 hat. Ein erhabener Ring 216, der am oberen Bauteil ausgebildet ist, umgibt die Bohrung und hat eine innere Sechskantfläche 217, welche die Scheibe 214 an einer Drehung hindert. Der Schlüssel 154 dient zum Drehen der Mutter 213. Der Befestigungsteil 152 wird durch die Scheibe 214 festgehalten, welche ihrerseits durch den Ring 216 des Bauteils an einer Drehung gehindert wird.
Die Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform des Zwischenelementes 220. Eine Schraube 221 wird in einer Bohrung 222 von Bauteilen 223 durch eine feste Passung festgehalten. Die Schraube ist mit den Rippen 224 versehen, welche mit Rippen 225 einer Scheibe 226 kämmen. Die Scheibe wird durch den Befestigungsteil 152 an einer Drehung gehindert.
Die derzeit bevorzugte Ausführungsform des Zwischenelementes und der Mutter ist in den Fig. 12 bis 14 dargestellt.
Am Gewinde einer Schraube 230 ist eine Mutter 231 aufgeschraubt, welche Rippen 232 für den Eingriff des Schlüssels 154 aufweist. Ausserdem hat die Mutter 231 eine Stützfläche 233 zum Abstützen auf einem Zwischenelement 234. Das Zwischenelement 234 hat eine erste Stützfläche 235 und eine zweite Stützfläche 236, welche zur Anordnung zwischen der Stützfläche der Mutter und der Oberfläche des Werkstückes bestimmt sind. Das Zwischenelement hat Rippen 237, die zur Zusammenwirkung mit dem Befestigungsteil 152 bestimmt sind. Bei dieser Ausführungsform ist eine konische innere Wand 238 des Zwischenelementes und eine konische äussere Wand 239 der Mutter vorgesehen. Die konischen Wände verlaufen beim Einbau mindestens teilweise koaxial. Sie sind dabei in radialer Richtung voneinander entfernt.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist die Mutter mit einem Teil 240 versehen, welcher von einer radialen Belastung durch das Zwischenelement frei ist. Dadurch werden die ersten drei vollen Windungen des Gewindes von den Spannungen entlastet, welche oft durch eine äussere radiale Deformation beim Anziehen der Mutter gegen den Bauteil entstehen.
Es ist bekannt, dass die ersten drei vollen Windungen 241 einer Mutter gegenüber den übrigen Windungen einen unverhältnismässig grossen Anteil der Last der Schraube tragen. Es müssen daher an diesen ersten Windungen des Gewindes zusätzliche Einflüsse vermieden werden. Wenn sich das Ende der Mutter gegen eine Fläche stützt und die ersten drei vollen Gewindewindungen 241 direkt an der Stützfläche angeordnet sind, kann eine Deformation entstehen, welche die Eingriffsverhältnisse des Gewindes beeinflusst. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 12 bis 14 befinden sich diese Windungen im Vorsprung 240, somit ausserhalb des Bereiches der Deformationskräfte und in radialer Richtung von der Scheibe entfernt. Die ersten Windungen des Gewindes tragen zwar immer noch einen verhältnismässig grossen Anteil der Last, werden dabei jedoch nicht deformiert.
Im folgenden sei der Vorgang bei der Herstellung einer Verbindung beschrieben. Zuerst wird das Zwischenelement gewählt und mit der Schraube zusammengebaut, wobei diese in die Bohrung eingeführt wird. Darauf wird der Befestigungsteil 152 am Zwischenelement und der Antriebsteil 154 an der Mutter angesetzt. Zur Bestimmung der Bewegungsrichtung beim Anziehen des Gewindes wird einer der Knöpfe 58 oder 59 niedergedrückt. Wenn die Drehung im Uhrzeigersinn erfolgen soll, erfolgt die Einstellung nach der Fig. 6, wobei der Antriebsring 161 und der Wählring 168 miteinander kämmen.
Das Auslöseventil 70 wird niedergedrückt, wobei der Schieberkörper so bewegt wird, dass der Einschnitt 74 die Leitungen 65 und 77 verbindet. Das Druckmittel mit dem eingestellten Druck gelangt durch das Auslöseventil 70 zum Ventil 78 für die Wahl der Drehrichtung und zur Umsteuervorrichtung 100. Es sei angenommen, dass sich das Ende des Hebels zwischen den beiden Endventilen 108 und 109 befindet und dass sich der Kolben 102 der Umsteuervorrichtung 100 in einer seiner Endstellungen befindet. Das Druckmittel aus der Leitung 77 gelangt durch eine der Leitungen 81 und 82 an eine der Seiten des Kolbens. Das Strömungsmittel, das sich an der anderen Seite des Kolbens befindet, strömt in die Ventilkammer 89 und durch eine der Ausgangsleitungen 90, 91 nach aussen. Diese Bewegung wird fortgesetzt und kann entweder eine Leerlaufbewegung der Kupplung oder eine Antriebsbewegung sein.
Wenn in beiden Fällen der Hebel gegen eines der Endventile 108, 109 stösst, öffnet er diese, wodurch der Druck in einem der Kanäle 104 oder 105 sinkt. Dadurch entsteht eine Druckdifferenz am Kolben 102 der Umsteuervorrichtung 100, so dass dieser in der Richtung zur Seite mit kleinerem Druck bewegt wird. Die andere Seite steht nämlich unter vollem Druck. Dadurch wird das Ventil 78 für die Wahl der Drehrichtung in seine andere Stellung bewegt, wobei der Druckzustand der Leitungen 81- und 82 umgekehrt wird. Auf diese Weise entsteht einezyklische Betätigung des Motors, die so lange dauert, -wie das Auslöseventil 70 niedergedrückt wird und wie der Widerstand gegen eine Drehung des Antjriebs- teiles 154 kleiner ist als das durch den Motor entwickelte Drehmoment.
Wenn der Hebel im Uhrzeigersinn bewegt wird, bewirken die Treibflächen der Kupplung eine Drehung des Schlüssels 154. Wenn durch -eine Betätigung des Endventils 108 eine Rückbewegung erfolgt, gleiten die beiden Teile der Kupplung übereinander. Eine umgekehrte Funktion entsteht, wenn die Einstellung des Ventils 78 für die Wahl der Drehrichtung um gekehrt ist. In diesem Fall entsteht eine Drehung im Gegen uhrzeigersinn;.
Das Ventil 78 für die Wahl der Drehrichtung ist einfach ein Fünfwegventil, - welches däs Druckmittel der einen oder der anderen Seite des Kolbens zuführt; Die Umsteuervoruch- tung 100 dient zur Bewegung des Ventils 78 für die Wahl der Drehrichtung in Abhängigkeit von einer Betätigung der Endventile 108, 109.
Es versteht sich, dass das ausgeübte Drehmomente-ine direkte Funktion dies durch das Druckregelventil 64 eingestellten Druckes ist und dass die entstehende Kraft eine Funktion des Produktes des Druckes und der Fläche des Kolbens ist.
Die Verbindungsstange 141 dient zur Vermeidung von Spiel und zum-Ausgleich von Abweichungen, welche sich aus der Winkelbewegung des Hebels-ergeben.
Der Motor kommt zum Stillstand, sobald der Widerstand der Mutter-gleich ist wie das durch die Antriebsvorrichtung gebildete Drehmoment. Es ist wichtig, dass dabei keine Stösse in der Vorrichtung entstehen. Der Motor bleibt einfach ste hen, was ein wesentlicher Unterschied gegenüber den bisherigen Antriebsvorrichtungen zur Begrenzung des Drehmomen-tes ist. Ausser einer kleinen -unvermeidlichen Bewegung, wenn die beiden Teile der Kupplung von neuem nach einer Rückbewegung ineinander eingreifen, besteht keine schlagartige Bewegung in einem Teil der Vorrichtung. Auch diese kleine Bewegung kann dadurch vermindert werden, das eine Rollenkupplung verwendet wird oder dass die Anzahl der Zähne an den Kupplungsflächen vergrössert wird.
Wenn das Auslöseventil 70 losgelassen wird, führt die Feder 73 den Schieberkörper in die dargestellte Stellung zurück. Die Leitung 77 wird von der Zufuhr des Druckmittels getrennt und entlilftet. Die Bewegung-hört auf.
Wenn der Befestigungsteil 152 verwendet wird, welcher die Antriebsvorrichtung abstützt, wird die Person, welche die Antriebsvorrichtung betätigt, vollständig vom Drehmoment entlastet. Die Mutter wird dabei mit einem leicht einstellbaren genauen und wiederholbaren Drehmoment angezogen;
Die Vorrichtung bildet jedoch gleichzeitig auch einen sehr genauen Drehmomentschlüssel, welcher auch ohne den Be festigungsteil 152 verwendet werden kann. Es muss nur dafür gesorgt-werden, -dass das Gehäuse an einer Drehung in der entgegengesetzten Richtung zum Antriebsteil 154 gehindert wird.
Die verschiedenen Ausführungsformen des- Zwischenele- mentes werden beschrieben5 damit -die verschiedenen Mög lichkeiten gezeigt werden-können, welche die vorliegende Vorrichtung bietet. Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abstützung durch Reibung zwischen den aufeinander abgestützten Flächen des Bauteils und des Zwischenelementes.
Die Berührungsfläche kann dabei vorzugsweise grösser sein als die Fläche zwischen der-Mutter und dem Zwischenelement.
Auf- diese Weise wird die Kraft, welche das Zwischenelement festhält, vergrössert Obwohl das Zwischenelement ursprünglich frei drehbar ist, verhindert die Reibung seine Drehung, sobald die Mutter leicht angezogen wird. Dadurch wird eine feste Abstützung für das Gehäuse der Antriebsvorrichtung erhalten. Ähnliche Resultate werden erzielt, wenn an der Oberfläche des Werkstückes geeignete Vorsprünge ausgebildet werden, oder wenn das Zwischenelement direkt und mechanisch nach den Fig. 9 und 10 am Bauteil verankert wird, bzw.
mit der Hilfe eines Zapfens nach der Fig. 11.
Es versteht sich, dass der durch ein Strömungsmittel betätigbare Motor entweder ein geradliniger oder ein Rotationsmotor sein kann, vorausgesetzt, dass ein Drehmoment am Ende eines Hebels durch einen Druck gebildet wird, welcher auf eine Widerstand leistende, jedoch bewegliche Fläche einwirkt. Die Bewegungsachse des Motors braucht dabei nicht in einer Ebene zu liegen, die, wie dargestellt, senkrecht zur Achse des Antriebsteiles 154 verläuft. Es hat sich jedoch erwiesen, dass die dargestellte Ausführungsform sehr kompakt und nützlich ist.
The invention relates to a device for screwing components together, with a power-driven screwing device with an adjustable tightening torque and with a screw and a screw nut.
A screw with a screw nut are the most commonly used fasteners. They have been carefully studied, improved and standardized to provide a reliable means of connecting multiple parts.
In the case of connections that are subject to large and pulsating loads, the design of the connection elements can be of great importance with regard to the reliability, strength and service life of the connection. So it is e.g. B. in connections that should be resistant to material fatigue, it is important that the connecting elements have a high surface quality, that the screw is attached in the wall of the workpiece with excess, whereby the material is compressed in the radial direction so that it is the cyclical forces are partially relieved, and play in the connection, which would result in shock loads, is avoided.
In the case of alternating loads, the freedom from backlash is maintained by axially preloading the screw. When a nut is screwed onto a screw, it is stretched and develops a preload force. This pre-tensioning force must have a certain desired size.
An ideal means of measuring the preload force would be to measure the actual elongation of the screw. However, this measurement cannot be carried out quickly and accurately. In practice, therefore, the parameter used is the torque with which the nut is screwed onto the screw.
In theory at least, the torque used is proportional to the axial preload of the screw. However, this direct proportionality is unfavorably influenced in practice by various circumstances.
Theoretically, a given preload can be achieved by the worker acting on a specific lever arm with a given force when tightening the nut. However, this mode of operation is not suitable for high working speeds because it is too cumbersome.
Nor is it suitable for large screws, where the torques are hundreds or thousands of kilometers, since a man cannot develop such a great force. In addition, the strength actually developed is different for different people. With torque wrenches for measuring the generated torque there are difficulties with their calibration. With large or sudden forces, there is a risk of excessive torques. These can endanger the connection, as the thread can be damaged and the pre-tension of the screw can be too high.
It is also already known to provide a nut with a shear section which is sheared off when a given torque is reached. In the case of screws with a large diameter, however, the production of the shear section with close tolerances is expensive. In addition, a mechanical shock occurs when the section is sheared, which many workers complain about.
A tensioning device is also known which tightens the nut with a shear section in such a way that the shearing takes place in the device and is not felt by the worker. With this device, however, it is not possible to tighten nuts without shear sections with different torques, so that different desired preload forces arise.
For tightening nuts without shear sections with a desired torque, various devices are known in which z. B. pushes a hammer with a known weight against an anvil. Other devices have a slip clutch which slips when a given torque is reached. However, these devices are not accurate enough for many applications.
The invention has to provide a device of the type mentioned, in which a screw with a nut that does not have a torque limit, such as. B. has a shear section, can be provided with an accurate bias, regardless of the experience and skill of the worker. It should be possible to set the desired torque and change it in a simple manner. The device should be suitable for developing high torques without the risk of damaging the screw and the nut.
The device according to the invention, by means of which this goal is achieved, is characterized by a housing in which a wrench is mounted rotatably about an axis of rotation, by a lever that engages the wrench, extends laterally from it and for rotating the wrench about the axis of rotation is pivotable by a fluid-actuated motor arranged in the housing, which is connected to the lever at a distance from the axis of rotation and serves to pivot it, by a connection for a pressure medium source and by a pressure regulator and by a control element for controlling the supply of pressure medium in the motor, in such a way that it acts on the lever with a predetermined force in order to tighten the nut on the screw with the wrench,
The motor exerts an approximately constant force determined by the pressure medium pressure and the wrench thus exerts an approximately constant torque determined by the pressure medium pressure, and the wrench and the nut are provided with engagement parts that allow the wrench to be connected to the nut without play.
The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
1 shows a view of a motor-operated device for screwing components together,
Fig. 2 is a plan view with partial section to Fig. 1, Figs. 3, 4, 5 and 6 sections along the lines 3-3, 4-4, 5-5 and 6-6 in Fig. 2,
7 shows a section of a further embodiment of the invention,
8 shows a section along the line 8-8 in FIG. 7,
9 shows a section of a further embodiment of the invention,
10 shows a section along the line 10-10 in FIG. 9,
11 shows a section of a further embodiment of the invention,
12 shows a section of a preferred embodiment of a part of the device and FIGS. 13 and 14 show sections along lines 13-13 and 14-14 in FIG.
In FIG. 6 a device 20, a component 21, a screw 22, an intermediate element 23 and a screw nut 40 are shown. The device has the task of fastening the screw 22 and the nut 40 in the component 21 with a given torque and a given axial preload.
The component 21 includes parts 25 and 26, which are preferably made of a metal such as aluminum, stainless steel and so on. The parts 25 and 26 of the component represent schematically two of many possible objects which can be connected to one another by the screw and the nut.
A bore 27 is formed in component 21 which has an inner wall 28 of a given diameter.
In addition, the component 21 has a first surface 29 and a second surface 30, which can preferably be parallel to one another, but do not necessarily have to be.
The screw 22 has a bolt 34 with an elongated shaft 35 which has a cylindrical outer wall 36 which is intended to interact with the wall of the bore 27. The outer wall 36 of the bolt 34 has in many cases a larger diameter than the bore 27, so that an interference fit is created. However, that is not essential in the present case.
At one end of the shaft a head 37 is formed which is intended to be supported against the first surface of the component. The head forms one of the possible means by which the bolt is prevented from moving axially out of the component in the direction of the external thread.
The bore 27 and the shaft 35 have a common axis 38. The bolt is provided with an external thread 39 at its end opposite the head. The thread 39 extends out of the bore 27 beyond the first surface 29.
The screw nut 40 has a bore 41 which is provided with an internal thread 42 which is intended to be screwed onto the external thread 39.
The nut 40 includes a support surface 43 which surrounds the end of the bore that faces the component.
On the periphery the nut 40 is provided with ribs 44 which are intended to cooperate with a key which will be described later.
In the preferred embodiments according to FIGS. 6 and 12 to 14, the intermediate element 23 consists of an annular part 45 in the form of a disk with a first support surface 46, which is intended to be supported on the first surface 29 of the component, and with a second Support surface 47, against which the support surface 43 of the nut 40 is supported. The intermediate element 23 is provided on its circumference with ribs 48 which are intended to interact with ribs 53 of a tubular part 152 of the device 20.
The device 20 is shown in detail in FIGS. It includes a motor section 50, a gear section 51 and a key section 52, is held together by the necessary connectors, and includes two handles 53 and 54 by means of which it can be held in place.
An adjusting knob 55 of a pressure regulating valve is arranged on the upper surface of the device 20, together with a manometer 56 which indicates the regulated pressure and which can preferably be calibrated in units of the torque.
A clutch selector 57 with two buttons 58 and 59 is arranged in an easily accessible location. In addition, a device 60 for adjusting friction is arranged in such a way that it is accessible to the user. The screw 22 is shown at the lower end of the key portion 52. The sections and their parts are described in detail below with reference to FIG.
The device is provided with a housing 61 to accommodate the various sections. A connection 62 is used for the supply of fluid under pressure, the z. B. can be compressed air or a hydraulic pressure medium.
The fluid is introduced from the connection 62 into a pressure line 63. In the pressure line 63 there is a pressure regulating valve 64 which can be adjusted by actuating the setting button 55. The pressure regulating valve 64 is a pressure reducing valve of the known type, e.g. B. supplies gas in the downstream part 65 of the pressure line and maintains a set pressure in this. The pressure gauge 56 is connected to the part 65 via a branch line 66.
The fluid is fed to a release valve 70 (FIG. 2) which has a button 71 near the handle 54. The button is attached to an axially movable slide body 72 which is urged into a venting position by a spring? 3. The button is in its position away from the housing. The slide body 72 is slidably guided in a bore 72a. A vent line 72b, which opens into the atmosphere, also opens into the wall of the bore 72a at the same time. The downstream part 65 of the pressure line and a line 77 also open into the wall of the bore 72a. The slide body is provided with an incision 74 which is so long that it connects the lines 72b and 77 when the release valve 70 is not actuated. In this way the line 77 is connected to the atmosphere.
When the release valve 70 is actuated, the slide body 72 connects the lines 65 and 77 and in this way provides the line 77 with the pressure medium for actuating the key.
O-rings 75 are arranged at the required points to prevent leakage flow of the pressure medium.
Venting the line 77 releases the drive mechanism so that the drive mechanism can be moved by hand without the movement being disturbed by pressure media that would be trapped in the line 77 and in the motor downstream thereof.
The line 77 is connected to a valve 78 (see FIG. 5) for the selection of the direction of rotation. This valve is shown schematically in FIG. 2 and in detail in FIG. 5. It has the task of determining the direction of the supply and discharge of pressure medium to and from the motor 80.
It influences pressure lines 81 and 82, which are connected to feed openings 83 and 84 of the motor. The line 77 opens into a control surface 85 between the lines 81 and 82. A valve chamber 89 faces the control surface 85. The control surface 85 is flat. Output lines 90 and 91 lead from the valve chamber 89 into the atmosphere or into a container.
The valve 78 includes a spool body 92 which has two arms 93 and 94 which are spaced apart and movable along the control surface 85 in a sealing manner. In all axial positions of the slide body 92, the arms 93 and 94 span the inlet opening of the line 77 and, depending on the position, can also enclose one or the other of the pressure lines 81 and 82. The output lines 90 and 91 are always open to the outside. However, they can only be connected to the relevant one of lines 81 and 82 which is not connected to the pressure line at this point in time. The device thus forms a five-way valve which allows the fluid to flow through lines 81 and 82 in both directions, as indicated by arrows 95 and 96.
The axial position of the slide body thus determines which of the lines 81 and 82 is under pressure and which of them is pressureless.
The slide body is provided with a projection 97 which is loaded by a spring 98 and serves to press the arms 93 and 94 against the control surface 85. In addition, the projection 97 is used to move the slide body axially. The axial movement is carried out by a reversing device 100 which contains a cylinder 101 in which a piston 102 is movable which has a recess for the projection so that when the piston moves in the cylinder, the slide body 92 is also moved at the same time.
The wall of the cylinder 101 is provided with a recess 103 for the projection 97.
Channels 104 and 105 are connected to the two ends of cylinder 101 and open into cylinder chambers 101a and 101b. The channels 104 and 105 are connected to branch lines 106 and 107, which are in communication with the line 77 and the pressure line 63. They are also connected to end valves 108 and 109 (see Figure 2). The cylinder 101 is bored out in the body of the mechanism and closed by a pin 110. The two end valves 108 and 109 are the same, so that it suffices to describe only one of them, the valve 108. It contains a bore 115 (see Fig. 4) in the body 116 in which two inserts 117 and 118 are arranged. The inserts are provided with O-rings 119, 120 and 121.
An axially movable valve part 122 extends out of the body and is provided with a seal 123, which cooperates with a valve seat 124 and serves to close off the channel 104 from a venting channel 125. A spring 126 is supported against a spring plate 127 which is held in place by a spring ring 128. The spring 126 pushes the valve part 122 into its closed position. The spring force of this spring is sufficient to overcome the force of the pressure medium in the channel 104. When the valve, as shown in FIG. 4, is closed, the pressure medium is enclosed in the channel 104.
When the valve is open, the channel 104 is either connected to the atmosphere or to the container, depending on the type of pressure medium.
The end valves 108 and 109 are intended to interact with the lever and are connected to the valve 78 for the selection of the direction of rotation. In this way they influence the direction of rotation of the motor 80. In the present example, there is a connection to the valve 78 via the reversing device 100. The piston 102 is balanced and does not assume any particular position when the pressures in the cylinder chambers 101a and 101b are the same. The piston is only moved by differences in the pressures in the two cylinder chambers.
The motor section 50 contains a reversible, fluid-actuated motor 80 having an axis 130. In the presently preferred embodiment shown in Figure 2, the motor is a linear piston-cylinder type motor. A piston 132 is axially movable in a cylinder 131. The piston 132 is designed in the usual way and is sealed in the cylinder by a piston ring 133. Openings 83 and 84 lead into the cylinder on both sides of the piston in such a way that none of them is covered by the piston in its end positions and they are therefore never separated from the cylinder. Two stops 134 and 135 are provided to limit the movements of the piston.
The piston rod 137 is provided with a seal 136. It is connected to the piston 132 by a nut 138 which presses the piston against a shoulder 139 of the piston rod. The piston rod 137 is slidably passed through the opening provided with the seal 136 and is connected to a connecting rod 141 by a pin 140. The connecting rod in turn is connected to a lever 145 by a pin. The lever 145 is rotatable about a key axis 146 and can be pivoted through an angle which is indicated by an arrow 147. The angle is usually around 14. The lever 145 is movable from the end position shown in FIG. 2, in which it is supported against the valve body 148 of the end valve 109, into its other end position, where it is supported against the valve body 122 of the end valve 108.
When the trip valve is depressed, the position of the direction of rotation valve 78 will cause the motor to move in one direction or the other. As soon as it reaches the end of this movement, a pin 149 protruding from the lever contacts one of the valve bodies.
These effect a change in the reversing device, whereby the valve is moved into the other position for the selection of the direction of rotation. This has the consequence that the lever 145 is moved along an angle in the plane according to FIG. 2, whereby the key section 52 is actuated.
The key portion 52 is best seen in FIG. Its task is to act on the screw nut 40 with a torque. It contains a housing 150 which is connected to an outer tubular fastening part 152 by a toothed sleeve 151. If the device is not intended to be supported on an intermediate element 23, the fastening part 152 can be omitted. Ribs 153 are provided for cooperation with the ribs 48 of the intermediate element 23. These are geometrically congruent with the ribs 48.
Inside the fastening part there is a wrench 154, which has ribs 155 at its inner end, which are intended to interact with the ribs 44 of the nut 40. The ribs 44 and 155 are also geometrically congruent for this purpose. The fastening part 152 is not rotatable relative to the housing of the device. The key 154, however, is rotatable. For releasable fastening of the key in the axial direction on a drive shaft 160, balls loaded by a spring 157 are provided, which engage in an incision 158.
A pin 152a is provided to hold the fastening part 152 on the drive part 154. It allows the key 154 to be turned, since the external groove formed in the key 154 fully encloses it. The middle part of the pin 152a can move in the groove, holding the fastening part 152 in the axial direction. The key 154 is connected by a toothing 159 to the drive shaft 160, which is rotatably mounted in the housing. A rotation of the drive shaft 160 results in a rotation of the key 154 in the relevant direction of rotation.
The lever 154 ends with a rotatable drive ring 161, which has two drive surfaces 162 and 163. The drive surfaces are provided with teeth 164, which have steep drive surfaces 165 which are directed in one direction, as well as inclined sliding surfaces which extend in the other direction. Rotation of the lever in one direction results in a driving action by the drive surfaces 165, while when the lever is rotated in the other direction the sliding surfaces permit movement in the manner of a one-way clutch.
The drive surfaces 165 of the teeth of both drive surfaces 162 and 163 are arranged in opposite directions, so that when a pair of toothings cooperate with one another, the drive takes place in one direction and when the other pair cooperates in the other direction. The direction of rotation is selected with the help of two dial rings 167 and 168, which face the surfaces 162 and 163. The selector rings 167 and 168 each have a toothing with teeth, the sliding surfaces and drive surfaces of which can engage the teeth of the drive surface facing them. When a selector ring is brought into engagement with its associated toothing, a movement occurs in the relevant direction of rotation.
For this purpose, a sliding device is provided according to FIG. 3 which contains the buttons 58 and 59 which are located at the ends of the rod 170 which is connected to a yoke 171.
The yoke 171 is supported against the two dial rings 167 and 186 in such a way that one of them can be brought into engagement with the drive surface in question, the other being disengaged at the same time. For this purpose, two springs 172 and 173 are provided which press the selector rings against the drive ring 161. Arms 174 and 175 of yoke 171 bear against peripheral flanges 176 and 177 of the dial rings. They push one of them away from the drive ring, thereby allowing the other spring to bring the other selector ring into engagement with the drive ring. By shifting the rod 170 in its axial direction, one of the selector rings can be brought into engagement with the drive ring.
The rotary motion is transmitted to the shaft 160 with the aid of toothings 178 and 179, along which the rolling rings 167 and 168 can move. In FIG. 6, the selector ring 168 is shown in engagement, the selector ring 167 being out of engagement. It is assumed that the driving surfaces and the sliding surfaces are directed counterclockwise. The selector ring 167 has no effect because it is disengaged. A spring loaded ball 180 (see FIG. 2) engages recesses 181 and 182 in the rod 170 and holds the rod in a selected position. The combination of one of the drive surfaces with the corresponding selector ring forms a one-way clutch.
The two pairs of a drive surface with a selector ring allow the direction of rotation to be selected, which in the present case can be left or right.
A completely free rotation of the drive shaft is not desired. It is therefore provided with a certain amount of friction.
For this purpose there is a bearing 185 at the upper end of the drive shaft, the inner track 186 of which forms a lateral and axial support for the upper end of the drive shaft 160. A nut 187 and a retaining ring 188 are arranged at the upper end of the drive shaft 160. The nut is supported against a friction plate 189. The friction plate 189 is supported on a deformable disc 190, e.g. B. made of rubber, the pressure acting on the friction plate being determined by the adjustment device 60. This includes a threaded cap that is screwed into the end of the housing.
The compressive force between the friction plate and the upper end of the shaft thus results in a certain small and adjustable friction which counteracts free rotation of the drive shaft.
Further details are shown in FIGS. 7-14.
In FIG. 7, components 200 are shown, through the bore 202 of which a screw 201 is passed. A nut 203, which is screwed tight by the fastening part 152 and the drive part 154, is arranged on the screw. The difference between the arrangement according to Fig.
7 and 6 consists in the fact that an intermediate element 205 is provided which has the shape of a projection 206 which is part of the component and surrounds the opening. It is provided with ribs 207 which are intended to cooperate with the ribs of the fastening part 152.
9 and 10 show a device in which an intermediate element 208 is held in a form-fitting manner and not only by friction. The components 210 have a bore 211 for a screw 212. A nut 213 is supported against a washer 214 which has a hexagonal outer circumference 215. A raised ring 216 formed on the top member surrounds the bore and has an inner hexagonal surface 217 which prevents the disc 214 from rotating. The key 154 is used to rotate the nut 213. The fastening part 152 is held in place by the washer 214, which in turn is prevented from rotating by the ring 216 of the component.
11 shows a further embodiment of the intermediate element 220. A screw 221 is held in a bore 222 of components 223 by a tight fit. The screw is provided with ribs 224, which mesh with ribs 225 of a washer 226. The disk is prevented from rotating by the attachment portion 152.
The currently preferred embodiment of the intermediate element and the nut is shown in FIGS. 12-14.
A nut 231, which has ribs 232 for the engagement of the key 154, is screwed onto the thread of a screw 230. In addition, the nut 231 has a support surface 233 for supporting on an intermediate element 234. The intermediate element 234 has a first support surface 235 and a second support surface 236, which are intended to be arranged between the support surface of the nut and the surface of the workpiece. The intermediate element has ribs 237 which are intended for cooperation with the fastening part 152. In this embodiment, a conical inner wall 238 of the intermediate element and a conical outer wall 239 of the nut are provided. The conical walls are at least partially coaxial during installation. They are separated from one another in the radial direction.
As can be seen from the figure, the nut is provided with a part 240 which is free from radial loading by the intermediate element. As a result, the first three full turns of the thread are relieved of the stresses that often arise due to an external radial deformation when the nut is tightened against the component.
It is known that the first three full turns 241 of a nut bear a disproportionately large proportion of the load of the screw compared to the other turns. Additional influences must therefore be avoided on these first turns of the thread. If the end of the nut is supported against a surface and the first three full thread turns 241 are arranged directly on the support surface, a deformation can occur which influences the engagement relationships of the thread. In the embodiment according to FIGS. 12 to 14, these turns are located in the projection 240, thus outside the area of the deformation forces and away from the disk in the radial direction. The first turns of the thread still carry a relatively large proportion of the load, but are not deformed in the process.
The process for establishing a connection is described below. First the intermediate element is selected and assembled with the screw, inserting it into the hole. The fastening part 152 is then attached to the intermediate element and the drive part 154 is attached to the nut. To determine the direction of movement when tightening the thread, one of the buttons 58 or 59 is depressed. If the rotation is to take place in the clockwise direction, the setting takes place according to FIG. 6, the drive ring 161 and the selector ring 168 meshing with one another.
The trip valve 70 is depressed, moving the slide body so that the incision 74 connects the lines 65 and 77. The pressure medium with the set pressure passes through the release valve 70 to the valve 78 for selecting the direction of rotation and to the reversing device 100. It is assumed that the end of the lever is between the two end valves 108 and 109 and that the piston 102 of the reversing device is located 100 is in one of its end positions. The pressure medium from line 77 passes through one of lines 81 and 82 to one of the sides of the piston. The fluid located on the other side of the piston flows into the valve chamber 89 and out through one of the output lines 90, 91. This movement continues and can either be an idle movement of the clutch or a drive movement.
If, in both cases, the lever hits one of the end valves 108, 109, it opens them, whereby the pressure in one of the channels 104 or 105 drops. This creates a pressure difference on the piston 102 of the reversing device 100, so that it is moved in the direction to the side with the lower pressure. The other side is under full pressure. As a result, the valve 78 is moved into its other position for the selection of the direction of rotation, the pressure state of the lines 81 and 82 being reversed. In this way, a cyclical actuation of the motor occurs which lasts as long as the release valve 70 is depressed and as the resistance to rotation of the drive part 154 is less than the torque developed by the motor.
When the lever is moved clockwise, the drive surfaces of the clutch cause the key 154 to turn. When the end valve 108 is actuated, the two parts of the clutch slide over one another. A reverse function occurs when the setting of the valve 78 for the selection of the direction of rotation is reversed. In this case, it turns counterclockwise.
The valve 78 for the selection of the direction of rotation is simply a five-way valve - which supplies the pressure medium to one or the other side of the piston; The reversing device 100 is used to move the valve 78 to select the direction of rotation as a function of an actuation of the end valves 108, 109.
It will be understood that the torque exerted is a direct function of the pressure set by the pressure control valve 64 and that the resulting force is a function of the product of the pressure and the area of the piston.
The connecting rod 141 serves to avoid play and to compensate for deviations which result from the angular movement of the lever.
The motor comes to a standstill as soon as the resistance of the nut is the same as the torque generated by the drive device. It is important that there are no impacts in the device. The motor just stays there, which is a major difference compared to the previous drive devices for limiting the torque. Except for a small, inevitable movement, when the two parts of the coupling engage again after a return movement, there is no sudden movement in one part of the device. This small movement can also be reduced by using a roller clutch or by increasing the number of teeth on the coupling surfaces.
When the release valve 70 is released, the spring 73 returns the slide body to the position shown. The line 77 is separated from the supply of the pressure medium and vented. The movement stops.
When the fastening part 152, which supports the drive device, is used, the person who operates the drive device is completely relieved of torque. The nut is tightened with an easily adjustable, precise and repeatable torque;
However, the device also forms a very precise torque wrench, which can also be used without the fastening part 152 loading. It is only necessary to ensure that the housing is prevented from rotating in the opposite direction to the drive part 154.
The various embodiments of the intermediate element are described5 so that the various possibilities offered by the present device can be shown. In the preferred embodiment, the support is provided by friction between the surfaces of the component and of the intermediate element which are supported on one another.
The contact area can preferably be larger than the area between the nut and the intermediate element.
In this way the force which holds the intermediate element in place is increased. Although the intermediate element is originally freely rotatable, the friction prevents its rotation as soon as the nut is slightly tightened. This gives a firm support for the housing of the drive device. Similar results are achieved if suitable projections are formed on the surface of the workpiece, or if the intermediate element is anchored directly and mechanically to the component according to FIGS. 9 and 10, or
with the aid of a pin according to FIG. 11.
It will be understood that the fluid actuatable motor can be either a linear or a rotary motor, provided that torque at the end of a lever is provided by pressure applied to a resisting but movable surface. The axis of movement of the motor does not have to lie in a plane which, as shown, runs perpendicular to the axis of the drive part 154. However, the illustrated embodiment has been found to be very compact and useful.