DE10124573A1 - Kraftgetriebener Schrauber mit Drehmomentbegrenzungskupplung - Google Patents
Kraftgetriebener Schrauber mit DrehmomentbegrenzungskupplungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen kraftgetriebenen Schrauber (10) mit einer drehmomentabhängig auslösenden Drehmomentbegrenzungskupplung (50), die ein erstes Kupplungsteil (96), ein zweites Kupplungsteil (90), ein Federelement (94) zur axialen Verspannung des ersten Kupplungsteils (96) gegen das zweite Kupplungsteil (90) und wenigstens einen zwischen den beiden Kupplungsteilen (90, 96) ablaufenden Wälzkörper (104) aufweist, über den die beiden Kupplungteile (90, 96) bei einem Antrieb des Schraubers (10) bis zum Erreichen eines voreingestellten Auslösemoments miteinander gekoppelt sind. Es wird vorgeschlagen, den wenigstens einen Wälzkörper als Rolle (104) auszubilden (Fig. 2).
Description
Die Erfindung betrifft einen kraftgetriebenen Schrauber mit ei
ner drehmomentabhängig auslösenden Drehmomentbegrenzungskupp
lung, die ein erstes Kupplungsteil, ein zweites Kupplungsteil,
ein Federelement zur axialen Verspannung des ersten Kupplungs
teils gegen das zweite Kupplungsteil und wenigstens einen zwi
schen den beiden Kupplungsteilen ablaufenden Wälzkörper auf
weist, über den die beiden Kupplungsteile bei einem Antrieb des
Schraubers bis zum Erreichen eines voreingestellten Auslösemo
ments miteinander gekoppelt sind.
Ein derartiger Schrauber ist aus der WO 99/16858 bekannt.
Kraftgetriebene Schrauber zum Eindrehen und Lösen von Schrauben
haben in der Vergangenheit herkömmliche Handschraubendreher zu
nehmend ersetzt. Im gewerblichen Bereich werden überwiegend
kraftgetriebene Schrauber mit einer drehmomentabhängig auslö
senden Drehmomentbegrenzungskupplung verwendet, da dort Schrau
ben in der Regel mit genau definierten Anzugsmomenten einge
dreht werden sollen. Unter Schrauben werden hier im weitesten
Sinne alle Arten von mit Gewinde versehenen Befestigungselemen
ten verstanden, also insbesondere auch Schraubenmuttern.
Drehmomentbegrenzungskupplungen werden in einen Antriebsstrang
zwischen einem Antrieb des Schraubers und einer Werkzeugaufnah
me angeordnet. Die Drehmomentbegrenzungskupplung unterbricht
die Verbindung zwischen dem Antrieb und der Werkzeugaufnahme,
sobald eine eingedrehte Schraube mit der gewünschten Kraft in
einem die Schraube aufnehmenden Gewinde verspannt ist. Das
Drehmoment, mit dem der Antrieb des Schraubers dann auf die
festsitzende Schraube wirkt, wird als Auslösemoment bezeichnet
und kann in der Regel an der Drehmomentbegrenzungskupplung ein
gestellt werden. Damit der Antrieb nicht nach Lösen der Drehmo
mentbegrenzungskupplung leerläuft, wirkt die Drehmomentbegren
zungskupplung meist auf einen zusätzlichen Schalter, bei dessen
Betätigung der Antrieb ausgeschaltet wird.
Aus der eingangs genannten WO 99/16858 ist ein Schrauber be
kannt, dessen drehmomentabhängig auslösende Drehmomentbegren
zungskupplung zwischen einem Gehäuse des Schraubers und
einem Hohlrad eines Planetenradgetriebes angeordnet ist. Das
Hohlrad nimmt ein Reaktionsmoment des Planetenradgetriebes ge
genüber der Antriebsspindel auf und ist im Gehäuse drehbar auf
genommen. Neben dem drehbaren Hohlrad weist die Drehmoment
begrenzungskupplung noch ein axial verschiebbares Ringrad auf,
das gegen das Hohlrad mit Hilfe einer Druckfeder verspannt ist.
Auf einer dem Hohlrad zugewandten Stirnseite des Ringrades sind
drei Ausnehmungen ausgebildet, in denen Kugeln verliersicher
gehalten sind. An dem Hohlrad selbst ist auf der dem Ringrad
zugewandten Stirnseite eine Lauffläche ausgebildet, auf der
drei Nocken mit gleichen Winkelabständen angeordnet sind.
Bei einem Eindrehen von Schrauben, d. h. wenn ein Antrieb des
Schraubers die Antriebsspindel in einer ersten Drehrichtung
(Arbeitsrichtung) antreibt, liegen die Kugeln jeweils an den
Nocken an und übertragen dadurch ein Drehmoment zwischen dem
Ringrad und dem Hohlrad. Wird das voreingestellte Auslösemoment
jedoch überschritten, so dreht sich das Hohlrad mit seinen Noc
ken unter den Kugeln des Ringrades hinweg. Dies führt zu einem
Lösen der Drehmomentbegrenzungskupplung, da das Hohlrad und so
mit das Planetenradgetriebe nun nicht mehr drehfest in dem Ge
häuse des Schraubers festgelegt ist. Außerdem verschiebt sich
das Ringrad axial gegenüber dem Hohlrad, betätigt dabei einen
Schalter und schaltet auf diese Weise den Antrieb des Schrau
bers ab.
Drehmomentbegrenzungskupplungen, bei denen die drehmomentüber
tragenden Flächen von Kupplungsteilen über Kugeln miteinander
gekoppelt sind, unterliegen einem geringeren Verschleiß als
Drehmomentbegrenzungskupplungen, bei denen diese Flächen unmit
telbar aufeinander gleiten. Dennoch führen die relativ
großen Kräfte, die der Antrieb, dessen Drehmoment durch das Ge
triebe zusätzlich verstärkt wird, und auch die Druckfeder auf
die Kugeln ausüben, auch dort zu einem spürbaren Verschleiß.
Die Folge hiervon können Flachstellen oder Rillen an der Kugel
oberfläche sein, die die Laufeigenschaften der Kugeln beein
trächtigen und sogar dazu führen können, daß ein einmal einge
stelltes Auslösemoment sich unbemerkt im Laufe der Zeit verän
dert. Flachstellen oder Rillen können sich aber auch auf den
Laufflächen der Kupplungsteile bilden, auf denen die Kugeln ab
laufen, was ebenfalls zu Veränderungen eines einmal eingestell
ten Auslösemoments führen kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen kraftgetriebenen
Schrauber der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß
der Verschleiß der Drehmomentbegrenzungskupplung bei gleichzei
tig hoher Betriebssicherheit verringert wird.
Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem Schrauber der ein
gangs genannten Art dadurch, daß der wenigstens eine Wälzkörper
als Rolle ausgebildet ist.
Auf diese Weise wird die Punktberührung, die bei der Verwendung
von Kugeln an deren Oberfläche stattfindet, durch eine linien
hafte Berührung ersetzt. Somit verteilen sich die an dem wenig
stens einen Wälzkörper angreifenden Kräfte über eine erheblich
größere Fläche, wodurch der Verschleiß des Wälzkörpers selbst
sowie der zugeordneten Laufflächen deutlich verringert wird.
Dies wirkt sich wiederum günstig auf die Lebensdauer der
Drehmomentbegrenzungskupplung und auf die Einhaltung eines ein
mal eingestellten Auslösemoments aus.
Die Rolle kann dabei z. B. in einer hohlzylindrischen Ausnehmung
geführt sein, die auf der Stirnseite einer der beiden Kupp
lungsteile ausgebildet ist.
Vorzugsweise jedoch ist die Rolle auf einer an dem ersten Kupp
lungsteil gehaltenen Achse drehbar gelagert.
Eine derartige Führung der Rolle erlaubt einen wesentlich rei
bungs- und damit verschleißärmere Festlegung der Rolle an einem
der beiden Kupplungsteile. Das an der Achse ausgebildete Lager
kann dabei z. B. als Nadellager ausgeführt sein, welches hohe
Belastungen bei gleichzeitig geringem Bauraum und niedrigen
Reibungswerten ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist
die durch die Achse festgelegte Drehachse der Rolle zu einer
Längsachse des ersten Kupplungsteiles beabstandet angeordnet.
Die Drehachse der Rolle verläuft somit nicht durch einen Radius
des ersten Kupplungsteiles, sondern in einem Winkel hierzu.
Dementsprechend ist auch die Laufrichtung der Rolle nicht tan
gential, sondern in einem Winkel zur Tangente festgelegt. Dies
führt dazu, daß in einer der beiden möglichen Drehrichtungen,
bei der es sich vorzugsweise um die Arbeitsrichtung zum Eindre
hen von Schrauben handelt, die Rolle eine selbstzentrierende
Bewegung ausführt. Die Rolle wandert deswegen nicht beim Abrol
len nach außen und kann sich somit auch nicht in umgebende Ge
häuseteile eingraben.
In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist es deswegen be
vorzugt, wenn die Rolle auf der Achse fliegend gelagert ist.
Diese fliegende Lagerung, die durch die Selbstzentrierung der
Rolle aufgrund der nicht durch die Längsachse des ersten Kupp
lungsteils verlaufenden Drehachse ermöglicht wird, vereinfacht
die Lagerung der Rolle auf der Achse und verringert die Baugrö
ße, da Befestigungsteile entfallen.
In zusätzlicher Weiterbildung dieser Ausgestaltung beträgt der
kürzeste Abstand zwischen der Drehachse der Rolle und der
Längsachse des ersten Kupplungsteils zwischen 5% und 15%, vor
zugsweise zwischen 9% und 11%, des Abstandes zwischen der Mitte
der Rolle und der Längsachse.
Es hat sich gezeigt, daß bei derart gewählten Werten für den
kürzesten Abstand besonders gute Selbstzentrierungseigenschaf
ten erzielbar sind.
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist
auf dem zweiten Kupplungsteil eine in Umfangsrichtung verlau
fende Nockenlaufbahn ausgebildet, die sich aus mehreren, vor
zugsweise drei, gleich ausgeführten Bahnabschnitten zusammen
setzt.
Durch diese an sich bekannte Maßnahme kann das Kupplungsverhal
ten der Drehmomentbegrenzungskupplung auf konstruktiv einfache
Weise durch die Ausbildung der Nockenlaufbahn beeinflußt wer
den. Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn jeder Bahnabschnitt
einen Nocken aufweist, dessen Flanken eine Auflaufseite und ei
ne Ablaufseite für die Rolle bilden, die unterschiedliche Nei
gungen aufweisen können.
Insgesamt ist es bevorzugt, wenn eines der beiden Kupplungstei
le drehfest mit einem Gehäuse des Schraubers und das andere
Kupplungsteil drehfest mit einem ein Reaktionsmoment gegenüber
einer Spindel aufnehmenden und gegenüber dem Gehäuse frei dreh
baren Reaktionsteil eines Getriebes verbunden ist.
Gegenüber Drehmomentbegrenzungskupplungen, die unmittelbar zwi
schen zwei Abschnitten eines Antriebsstranges angeordnet sind,
hat dies den Vorteil, daß keine Drehbewegung der beiden Kupp
lungsteile bei geschlossener Drehmomentbegrenzungskupplung er
folgt. Dadurch wirken auf den wenigstens einen Wälzkörper keine
nennenswerten Fliehkräfte, die zu dessen Verschleiß beitragen.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Reaktionsteil um ein meh
rere Planetenräder aufnehmendes Hohlrad eines Planetenradge
triebes.
Planetenradgetriebe sind aufgrund ihrer Kräfteverteilung beson
ders zuverlässig und langlebig und eignen sich deswegen beson
ders für kraftgetriebene Schrauber im gewerblichen Bereich.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das mit dem Gehäuse des
Schraubers drehfest verbundene Kupplungsteil in axialer Rich
tung verschiebbar angeordnet ist.
Auf diese Weise wird die axiale Verschiebbarkeit und die Dreh
barkeit auf unterschiedliche Kupplungsteile aufgeteilt, wodurch
deren Festlegung im Gehäuse des Schraubers vereinfacht wird.
Bevorzugt ist es außerdem, wenn ein Schalter zum Abschalten des
Schraubers vorgesehen ist, der durch das in axialer Richtung
verschiebbar angeordnete Kupplungsteil betätigbar ist.
Auf diese Weise wird verhindert, daß ein Antrieb des Schraubers
nach einem Lösen der Drehmomentbegrenzungskupplung weiter auf
die Kupplungsteile wirkt und somit zu einem fortgesetzten Um
lauf des wenigstens einen Wälzkörpers zwischen den beiden Kupp
lungsteilen führt.
Bei einer anderen an bevorzugten Ausgestaltung sind an den bei
den Kupplungsteilen Rastelemente ausgebildet, über die bei ei
nem Antrieb des Schraubers in einer Löserichtung die beiden
Kupplungsteile unmittelbar miteinander verrasten.
Dadurch wird der Verschleiß der Rolle verringert, da die hohen,
bei einem Lösen einer Schraube zwischen den Kupplungsteilen
wirkenden Drehmomente über die Rastelemente, d. h. ohne Beteili
gung der Rolle, übertragen werden. Unter einem Verrasten wird
hier im übrigen jedes Herstellen einer formschlüssigen Verbin
dung zwischen den beiden Kupplungsteilen verstanden. Vorzugs
weise kommen bei dem Formschluß die Rastelemente flächig in An
lage, so daß sich verformungsfrei auch größere Drehmomente zwi
schen den Kupplungsteilen übertragen lassen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1 einen vorderen Abschnitt eines erfindungsgemäßen
Schraubers, wobei durch einen Gehäuseausschnitt
schematisch angedeutete Teile im Inneren des
Schraubers erkennbar sind;
Fig. 2 einen axialen Schnitt durch einen Abschnitt eines
Antriebsstrangs des in Fig. 1 dargestellten
Schraubers, in dem ein Planetenradgetriebe und
eine Drehmomentbegrenzungskupplung in teilge
schnittener Darstellung erkennbar sind;
Fig. 3 einen Schaltring der in Fig. 2 gezeigten Drehmo
mentbegrenzungskupplung in einer perspektivischen
Darstellung;
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Schaltring aus Fig. 3,
bei der zusätzlich an dem Schaltring gelagerte
Rollen dargestellt sind;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Anordnung der
Achsen, um die die Rollen des in Fig. 4 gezeigten
Schaltrings drehbar gelagert sind;
Fig. 6 einen Nockenring der in Fig. 2 gezeigten Drehmo
mentbegrenzungskupplung in einer perspektivischen
Darstellung;
Fig. 7 eine Draufsicht auf den in Fig. 6 gezeigten Noc
kenring;
Fig. 8a-h jeweils einen Ausschnitt aus einer Abwicklung des
in den Fig. 6 und 7 gezeigten Nockenrings mit
verschiedenen Relativpositionen zwischen dem Noc
kenring und dem Schaltring.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Schrauber in einer Seiten
ansicht mit teilweise entferntem Gehäuseteil dargestellt und
insgesamt mit 10 bezeichnet. Der Schrauber 10 weist ein Gehäuse
11 mit einem Hauptgehäuseteil 12 auf, an dem ein Griffabschnitt
16 ausgebildet ist. Von dort aus ist ein Hauptschalter 18 be
quem für eine Bedienperson betätigbar. An dem vorderen Ende des
Hauptgehäuseteils 12 ist drehbar ein Winkelkopfgehäuse 19 eines
Winkelkopfes 20 befestigt, von dem rechtwinklig zu einer Längs
achse des Schraubers 10 eine Werkzeugaufnahme 22 absteht. Der
artige Schrauber werden üblicherweise als Stabwinkelschrauber
bezeichnet und haben gegenüber herkömmlichen kraftgetriebenen
Schraubern den Vorteil, daß das vom Schrauber aufgenommene Re
aktionsmoment beim Eindrehen von Schrauben nicht zu einem Ver
drehen des Schraubers um dessen Längsachse, sondern zu einem
Verschwenken des Schraubers um die rechtwinklig abgewinkelte,
durch die Werkzeugaufnahme 22 festgelegte Achse führt. Derarti
ge Schwenkbewegungen lassen sich von einer Bedienperson leich
ter aufnehmen als Drehungen des Schraubers um seine Längsachse.
An dem Übergang zwischen dem Winkelkopfgehäuse 19 und dem
Hauptgehäuseteil 12 ist ein Drehring 28 verdrehbar gegenüber
dem Hauptgehäuseteil 12 angeordnet. Durch darin eingebrachte
Schlitze 30, von denen in Fig. 1 nur der zum Betrachter weisen
de erkennbar ist, kann ein Werkzeug in den Schrauber 10 einge
führt werden, mit dem das Auslösemoment des Schraubers 10 in
noch näher zu erläuternder Weise eingestellt werden kann.
Der Schrauber 10 weist einen beispielsweise als Elektromotor
ausgeführten Antrieb 32 auf, der drehfest an einer gegenüber
dem Hauptgehäuseteil 12 festgelegten Trägerhülse 34 befestigt
ist. Der Antrieb 32 treibt über eine Zwischenwelle 36 ein
Untersetzungsgetriebe in Form eines Planetenradgetriebes 38 an,
welches abtriebsseitig eine Spindel 40 in Drehung versetzt. Die
Spindel 40 treibt über eine in dem Winkelkopf 20 angeordnete
Kegelradverzahnung 46 eine Werkzeugspindel 44 an, die an ihrem
freien Ende die Werkzeugaufnahme 22 trägt.
Ferner ist in Fig. 1 eine Drehmomentbegrenzungskupplung 50
schematisch dargestellt, die ein ein Reaktionsmoment gegenüber
der Spindel 40 aufnehmendes Reaktionsteil des Planetenradge
triebes 38 mit einer Stellhülse 52 kuppelt. Die Stellhülse 52
ist einstückig mit einem Winkelkopfgehäuse 19 ausgebildet oder
über eines oder mehrere Zwischenteile drehfest mit diesem ver
bunden. Um den Winkelkopf 20 zu verdrehen, z. B. in die in Fig.
1 gestrichelt dargestellte Position, wird der gesamte Winkel
kopf 20, d. h. das Winkelkopfgehäuse 19 mit darin aufgenommenen
Lagern 55 und 56 für die Spindeln 40 und 44 sowie die Stellhül
se 52, gegenüber der gehäusefesten Trägerhülse 34 entlang einer
hier als Verschraubung ausgeführten Verstelleinrichtung 58 ver
dreht. Bei geschlossener Drehmomentbegrenzungskupplung 50 ist
dabei auch das Reaktionsteil des Planetenradgetriebes 38 gegen
über dem Winkelkopf 20 drehfest festgelegt und über die Ver
stelleinrichtung 58 mit dem Antrieb 32 gekoppelt.
Fig. 2 zeigt in einem axialen Schnitt Einzelheiten von in Fig.
1 nur schematisch dargestellten Teilen im Inneren des Schrau
bers 10.
Auf einen Läuferstutzen 60 des in Fig. 2 nur angedeuteten An
triebs 32 ist eine Zwischenwelle 62 drehfest aufgeschoben, die
einstückig mit einem ersten Sonnenrad 64 des zweistufig ausge
führten Planetenradgetriebes 38 ausgebildet ist. Das erste Son
nenrad 64 kämmt mit drei ersten Planetenrädern 66 einer ersten
Planetenradstufe, von denen in Fig. 2 nur zwei erkennbar sind.
Die ersten Planetenräder 66 sind an einem ersten Planetenradt
räger 68 drehbar befestigt und kämmen gleichzeitig mit einem
Hohlrad 70, welches sich über die gesamte axiale Länge des Pla
netenradgetriebes 38 erstreckt. Der erste Planetenradträger 68
ist mit einem zweiten Sonnenrad 72 einstückig ausgebildet oder
drehfest verbunden, welches mit zweiten Planetenrädern 74
kämmt. Die zweiten Planetenräder 74 sind ihrerseits an einem
zweiten Planetenradträger 76 drehbar gelagert und kämmen eben
falls mit dem Hohlrad 70. Planetenradachsen 82, auf denen die
zweiten Planetenräder 74 geführt sind, durchsetzen dabei den
zweiten Planetenradträger 76 und bilden auf dessen getriebeab
gewandter Seite Stutzen 80. Diese greifen an Flügeln eines Mit
nahmerads 84 an, das die als Sechskant ausgeführte Spindel 40
antreibt und sich in axialer Richtung an einem von einem
Sprengring 85 gehaltenen Ring 87 abstützt. Die Stutzen 80 und
das Mitnahmerad 84 bilden zusammen eine Spielkupplung 86.
Das Hohlrad 70, welches gegenüber der Zwischenwelle 62 und der
Spindel 40 ein Reaktionsmoment übernimmt und somit das Reakti
onsteil des Planetenradgetriebes 38 darstellt, ist über ein
Lager 88 drehbar in der mit dem Antrieb 32 verschraubten Trä
gerhülse 34 und der damit über die Verstelleinrichtung 58 ver
bundenen Steilhülse 52 aufgenommen. Das Hohlrad 70 ist an der
Steilhülse 52 (bzw. einem damit drehfest verbundenen Teil) über
die Drehmomentbegrenzungskupplung 50 festgelegt. Diese umfaßt
einen drehfest in das Hohlrad 70 eingeschraubten Nockenring 90,
dessen über das Hohlrad 70 hervorstehende Schulter 92 sich
ebenfalls über das Lager 88 an der Stellhülse 52 abstützt,
sowie einen Schaltring 96, der über eine Druckfeder 94 gegen
den Nockenring 90 verspannt ist. Der Schaltring 96 ist axial,
d. h. in Längsrichtung 95 der Spindel 40, verschiebbar, jedoch
drehfest in einer mit der Stellhülse 52 verbundenen Zwischen
hülse 98 aufgenommen. Die drehfeste, aber axial verschiebbare
Anordnung des Schaltrings 96 wird mit Hilfe von ersten und
zweiten Längsnuten 100 bzw. 102 erzielt, die auf einer Umfangs
fläche des Schaltrings 96 bzw. innenseitig auf der Zwischenhül
se 98 angeordnet sind und mit Führungskugeln 102 zusammenwir
ken. Über die in den ersten und zweiten Längsnuten 100 bzw. 101
abrollenden Führungskugeln 102 können der Schaltring 96 und die
Zwischenhülse 98 zueinander in axialer Richtung verschoben wer
den, wobei ein in die Zwischenhülse 98 eingesetzter Sprengring
105 ein Herausfallen der Führungskugeln 102 verhindert.
An der dem Nockenring 90 zugewandten Seite des Schaltrings 96
sind umfangsseitig drei Rollen 104 auf Achsen 106 drehbar befe
stigt. Die Rollen 104 können auf einer Nockenlaufbahn 108 ab
rollen, die auf einer dem Schaltring 96 zugewandten Stirnseite
des Nockenrings 90 ausgebildet ist. An der dem Nockenring 90
zugewandten Stirnseite des Schaltrings 96 sind außerdem drei
Vorsprünge 109 ausgebildet, deren Funktion anhand der Fig. 3
bis 8 näher erläutert werden wird.
Rückwärtig stützt sich die Druckfeder 94 an einer Spannschei
be 110 ab, die in axialer Richtung verschiebbar in der Zwi
schenhülse 98 aufgenommen ist. Auf die Spannscheibe 110 wirken
vier über den Umfang gleichmäßig verteilte Spannbolzen 112 ein,
die in Bohrungen 114, die in einer Schulter der Zwischenhülse
98 angebracht sind, geführt sind und sich an einem Stellring
116 abstützen. Der Stellring 116 läßt sich auf einem außen an
der Zwischenhülse 98 aufgebrachten Gewindeabschnitt 118 in der
Längsrichtung 95 durch Verdrehen verschieben. Eine Längsver
schiebung des Stellrings 116 auf dem Gewindeabschnitt 118 der
Zwischenhülse 98 wird über die Spannbolzen 112 und die Spann
scheibe 110 auf die Druckfeder 94 übertragen, so daß auf diese
Weise die Vorspannung zwischen dem Schaltring 96 und dem Noc
kenring 90 verändert werden kann. Zur Betätigung des Stell
rings 116 wird ein Werkzeug, z. B. ein Schraubendreher, durch
einen der Schlitze 30 im Drehring 28 (siehe Fig. 1) hindurch in
eine von mehreren an dem Stellring 116 ausgebildeten Steckbuch
sen 122 eingeführt. Sodann kann der Stellring 116 zusammen mit
dem Drehring 28 so weit verdreht werden, bis die gewünschte
Verspannung der Druckfeder 94 und damit das Auslösemoment der
Drehmomentbegrenzungskupplung 50 erreicht ist.
Während des Eindrehens einer Schraube liegen die Rollen 104 an
auf der Nockenbahn 108 ausgebildeten Nocken derart an, daß das
auf das Hohlrad 70 ausgeübte Reaktionsmoment über die Nocken,
die Rollen 104 und den Schaltring 96 auf die Zwischenhülse 98
und dadurch auf die drehfest damit verbundene Stellhülse 52
übertragen wird, so daß das Hohlrad 70 während des Eindrehens
einer Schraube ruht. Wenn das Drehmoment zunimmt, so wächst das
auf den Nockenring 90 wirkende Drehmoment soweit an, bis sich
schließlich der Nockenring 90 zu drehen beginnt und dabei mit
seinen Nocken die Rollen 104 und damit den Schaltring 96 entge
gen der Kraft der Druckfeder 94 anhebt. Bei weiterer Drehung
des Nockenrings 90 läuft dieser mit seinen Nocken unter den
Rollen 104 hinweg, so daß sich die Rollen 104 mit dem
Schaltring 96 schließlich wieder unter dem Druck der Druckfeder
94 absenken.
Während der Drehung des Nockenrings 90 und des damit verbunde
nen Hohlrads 70 ist das Planetenradgetriebe 38 nicht mehr dreh
fest festgelegt, so daß das vom Antrieb 32 auf die Spindel 40
ausgeübte Drehmoment praktisch auf Null reduziert wird. Bei dem
Anheben des Schaltrings 96 entgegen der Kraft der Druckfeder 94
löst der Schaltring 96 einen Schalter 124 aus, der durch die
Zwischenhülse 98 in einen oberhalb des Schaltrings 96 verblei
benden Freiraum 128 hineinragt. Der Schalter 124 unterbricht
die Spannungsversorgung für den Antrieb 32 und stellt damit
sicher, daß sich nach Überschreiten des Auslösemomentes der
Nockenring 90 nicht mehrfach unter dem Schaltring 96 hin
wegdreht.
Fig. 3 zeigt den Schaltring 96 in einer perspektivischen Dar
stellung. Der Schaltring 96 ist in drei Abschnitte 136, 138 und
140 unterschiedlichen Durchmessers unterteilt. An den ersten
Abschnitt 136 mit dem größten Durchmesser sind auf dem Umfang
die Längsnuten 100 in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt.
Über diese Längsnuten 100 wird der Schaltring 96 in axialer
Richtung verschiebbar, aber drehfest mit Hilfe der Führungs
kugeln 102 an der Zwischenhülse 98 gehalten. An den ersten Ab
schnitt 136 schließt sich der zweite Abschnitt 138 und daran
der dritte Abschnitt 140 an. Dieser dritte Abschnitt 140 ist
umfangseitig mit drei Bohrungen 142 versehen, die der Aufnahme
der Achsen 106 dienen und von denen in Fig. 3 nur die zum Be
trachter weisende Bohrung erkennbar ist. Der Mündungen der Boh
rungen 142 umgebende Bereich des zweiten Abschnitts 138 und des
dritten Abschnitts 140 ist eben angefräst, um eine Anlagefläche
für die Rollen 104 zu schaffen.
Auf der im montierten Zustand zum Nockenring 90 weisenden
Stirnseite 143 des Schaltrings 96 befindet sich eine ebene
Stirnfläche 144, die eine Gleitfläche des Schaltrings 96 bil
det. Von der Stirnfläche 144 stehen die drei Vorsprünge 109 ab,
die ebenfalls Gleitflächen des Schaltrings 96 bilden. Durch den
gesamten Schaltring 96 erstreckt sich zentral eine Bohrung 148,
durch die im montierten Zustand die Spindel 40 frei drehbar
verläuft.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite 143 des in
Fig. 3 dargestellten Schaltrings 96. In dieser Darstellung sind
auch an dem Schaltring 96 befestigte Rollen 104 gezeigt. Ferner
sind in der Draufsicht aus Fig. 4 die Längsnuten 100 sowie die
Vorsprünge 109 erkennbar. Gestrichelt angedeutet sind die durch
die Lage der Achsen 106 vorgegebenen Drehachsen 152 der Rollen
104. Wie dies in Fig. 4 gut erkennbar ist, verlaufen die Dreh
achsen 152 beabstandet zu der senkrecht zur Stirnfläche 144 an
geordneten Längsachse des Schaltrings 96. Die Drehachsen 152
treffen sich deswegen nicht in einem gemeinsamen Punkt auf die
ser Längsachse, sondern sind jeweils versetzt zu einem den Um
fang und die Längsachse verbindenden Radius angeordnet.
Die Wirkung dieses Versatzes der Drehachsen 152 wird nun anhand
der schematischen Darstellung der Fig. 5 erläutert. Durch ein
Kreuz ist die Längsachse 154 des Schaltrings 96 angedeutet.
Zwischen einer in Fig. 5 durchgezogen dargestellten Drehach
se 152 und der Längsachse 154 verbleibt ein durch zwei Pfeile
angedeuteter Abstand 156, der zwischen 5% und 15%, vorzugsweise
zwischen 9% und 11% des Abstandes zwischen der mit 158 gekenn
zeichneten Mitte einer um die Drehachse 152 drehenden Rolle und
der Längsachse 154 beträgt. Durch einen Pfeil ist die senkrecht
zur Drehachse 152 verlaufende Laufrichtung 160 einer Rolle an
gedeutet.
Gestrichelt dargestellt ist in Fig. 5 eine vektorielle Zerle
gung der Laufrichtung 160 in eine tangentiale Bewegungskompo
nente 163 und eine radial nach innen weisende Bewegungskompo
nente 164. Die tangentiale Bewegungskomponente 163 entspricht
dabei der Laufrichtung einer Rolle, deren Achse nicht beabstan
det zur Längsachse 154, sondern durch diese hindurch verläuft.
Bei einer solchen Laufrichtung wäre daher keine radiale Bewe
gungskomponente vorhanden.
Bei dem neuen Schrauber ist jedoch der Abstand 156 zwischen der
Drehachse 152 und der Längsachse 154 und somit auch die radial
nach innen weisende Bewegungskomponente 164 von Null verschie
den, was zu einer Selbstzentrierung der Rollen 104 führt. Die
nach innen weisende Bewegungskomponente 164 bewirkt mit anderen
Worten, daß die Rollen 104, wenn sich der Nockenring 90 unter
ihnen hinweg bewegt, nicht oder nur unwesentlich radial nach
außen wandern und sich somit nicht in die umliegende Trägerhül
se 34 eingraben. Daher können die Rollen 104 fliegend auf den
Achsen 106 gelagert werden. Gleichzeitig werden Verschleißer
scheinungen an den Rollen 104 und der umliegenden Trägerhülse
34 verringert und eine sichere Funktion gewährleistet, da rei
bungsbedingte Probleme vermieden werden.
In den Fig. 6 und 7 ist der Nockenring 90 in einer perspektivi
schen Darstellung bzw. in einer Draufsicht auf eine im montier
ten Zustand zu dem Schaltring 96 weisenden Stirnseite 165 ge
zeigt. In Fig. 6 ist zunächst ein Außengewinde 166 erkennbar,
mit dem der Nockenring 90 in das Hohlrad 70 eingeschraubt ist.
Auf der außen liegenden Nockenlaufbahn 108 sind drei Nocken 168
ausgebildet, die jeweils eine steilere Auflaufseite 170 und ei
ne flacher ausgeführte Ablaufseite 172 aufweisen. Die Nocken
laufbahn 108 setzt sich somit auf drei gleich ausgebildeten
Bahnabschnitten zusammen, deren Grenzen aufgrund der periodi
schen Anordnung natürlich willkürlich festlegbar sind. In Fig.
7 sind diese Grenzen so festgelegt, daß sie mit den von den
Nocken 168 abgewandten Enden der Auflaufseiten 170 zusammenfal
len und dadurch einen ersten, einen zweiten und einen dritten
Bahnabschnitt 176, 178 bzw. 180 bilden.
Die Nockenlaufbahn 108 umschließt drei beabstandet voneinander
angeordnete Stufen 184, die auf der einen Seite von Absätzen
196 und auf den gegenüberliegenden Seiten von den sich dort
über die gesamte Ringbreite erstreckenden Auflaufseiten 170 der
Nocken 168 begrenzt werden. Die Stufen 184 stellen dabei sich
in einer Radialebene erstreckende Gleitflächen des Nockenrings
90 dar, auf denen der Schaltring 96 mit seiner Stirnfläche 144
oder seinen Vorsprüngen 109 in Anlage gelangen und entlang
gleiten kann. Durch die Absätze 196 werden ferner Rastelemente
gebildet, an denen, wenn die Stirnfläche 144 auf den Stufen 184
aufliegt, die Vorsprünge 109 bei einer relativen Drehung zwi
schen dem Nockenring 90 und dem Schaltring 96 anschlagen kön
nen. Auf diese Weise wird eine Verrastung zwischen dem Nocken
ring 90 und dem Schaltring 96 erzielt, die eine weitere Rela
tivbewegung in dieser Drehrichtung verhindert.
Die beim Eindrehen und Lösen von Schrauben zwischen dem Nocken
ring 90 und dem Schaltring 96 stattfindenden Abläufe werden im
folgenden anhand der Fig. 8a bis 8h näher erläutert.
Darin sind auf der unteren Seite jeweils eine sich über annä
hernd zwei Bahnabschnitte erstreckende Abwicklung des Nocken
rings 90 dargestellt. Die durchgezogen gezeichnete Linie ent
spricht dabei der Kontur der Nockenlaufbahn 108, während die
gestrichelt dargestellte Linie die Kontur der Stufen 184 kenn
zeichnet, die von dazwischen liegenden Absenkungen 192 vonein
ander getrennt sind. Um einen Vergleich mit der Draufsicht aus
Fig. 7 zu erleichtern, sind in beiden Figuren jeweils drei Re
ferenzlinien 186, 188 und 190 eingezeichnet. Die Referenzlinie
186 kennzeichnet dabei die Scheitelpunkte der Nocken 168 und
die Referenzlinie 188 die Absätze 196. Mit der Referenzlinie
190 ist das Ende der Ablaufseiten 172 bezeichnet, an das sich
die Absenkungen 192 anschließen, die nahtlos in die Auflaufsei
ten 170 des folgenden Nockens übergehen.
Ferner ist in den Fig. 8a bis 8h ein Ausschnitt aus dem
Schaltring 96 gezeigt, in dem eine der Rollen 104 sowie einer
der Vorsprünge 109 unterhalb der Stirnfläche 144 erkennbar
sind. Da sich die Anordnung der Rollen 104 und Vorsprünge 109
in gleicher Weise periodisch wiederholt wie die Kontur der Noc
kenlaufbahn 108, ist an dem Schaltring 96 nur eine der Rollen
104 und einer der Vorsprünge 109 wiedergegeben. Außerdem ist
die in den Fig. 8a bis 8h gezeigte Relativbewegung zwischen dem
Schaltring 96 und der Nockenbahn 108 aus Gründen der besseren
Verständlichkeit derart dargestellt, als bewege sich der
Schaltring 96 über die feststehende Nockenlaufbahn 108 hinweg.
Tatsächlich aber bewegt sich, wie dies oben bereits erläutert
wurde, der Nockenring 90 unter dem Schaltring 96 hinweg. Wenn
also im folgenden z. B. davon gesprochen wird, daß sich die Rol
len 104 über die Nocken 168 hinweg bewegen, so ist damit tat
sächlich gemeint, daß sich die Nocken 168 unter den feststehen
den Rollen 104 hinweg bewegen.
Fig. 8a zeigt die gegenseitige Anordnung des Nockenrings 90 und
des Schaltrings 96 zu einem Zeitpunkt, zu dem die Drehmomentbe
grenzungskupplung 50 gerade gelöst wurde, so daß die Rollen 104
über die Nocken 168 bereits hinweg gerollt sind. Die Rollen 104
liegen dabei auf den Ablaufseiten 172 der Nocken 168 auf, wäh
rend sowohl die Stirnfläche 144 als auch die Vorsprünge 109
sich beabstandet von den darunter liegenden Stufen 184 über den
Nockenring 90 hinweg bewegen.
Nach einer weiteren Bewegung (Fig. 8b) in Richtung eines Pfei
les 194 laufen die Rollen 104 auf den Ablaufseiten 172 ab, wo
bei sich der Schaltring 96 langsam dem Nockenring 90 nähert.
Die Vorsprünge 109 vollziehen diese Bewegung mit, bis sie, wie
dies in Fig. 8c gezeigt ist, schließlich mit ihren Stirnflächen
auf die Stufen 184 aufgleiten. Zu diesem Zeitpunkt werden die
Rollen 104 entlastet, wobei dieser Entlastungsvorgang aufgrund
der relativ flachen Steigung der Ablaufseiten 172 quasikontinu
ierlich erfolgt. In Fig. 8c begrenzen zwei weitere Referenzli
nien 195a und 195b einen Teilabschnitt 197 der Nockenlaufbahn
108, der zu keinem Zeitpunkt von den Rollen 104 berührt wird.
Der Schaltring 96 liegt dann an den Stufen 184 des Nockenrings
90 ausschließlich mit seiner Stirnfläche 144 oder seinen Vor
sprüngen 109 an.
In Fig. 8d ist erkennbar, daß sich die Rollen 104 bereits von
der Nockenlaufbahn 108 abgehoben haben, so daß der Schaltring
96 nur noch mit den Vorsprüngen 109 auf den Stufen 184 des
Nockenrings aufliegt. Bei weiterer Bewegung in Richtung des
Pfeiles 194 rutschen die Vorsprünge 109 über die den Übergang
zwischen den Stufen 184 und den Absenkungen 192 bildenden Ab
sätze 196, wodurch sich der Schaltring 96 geringfügig gegenüber
dem Nockenring 90 absenkt, so daß sich nunmehr der Schaltring
96 gegenüber dem Nockenring 90 über seine Stirnfläche 144 auf
den Stufen 184 abstützt (Fig. 8e).
Dieser Zustand bleibt auch bei weiterer Vorwärtsbewegung erhal
ten (Fig. 8f), bis schließlich die Rollen 104 an den Auflauf
seiten 170 der jeweils nächsten Nocken 168 anschlagen und be
reit für das Eindrehen einer weiteren Schraube sind (Fig. 8g).
In diesem Moment wird nämlich die Drehmomentbegrenzungskupp
lung 50 wieder geschlossen, da nun ein Drehmomentübertrag zwi
schen dem Nockenring 90 und dem Schaltring 96 über die Rollen
104 entlang der Auflaufseiten 170 erfolgen kann. Während die
Rollen 104 an den Auflaufseiten 170 der Nocken 168 anliegen, um
beim Eindrehen von Schrauben ein Drehmoment zwischen dem Noc
kenring 90 und dem Schaltring 96 zu übertragen, stützt sich der
Schaltring gleichzeitig in axialer Richtung über seine Stirn
fläche 144 an den Stufen 184 ab. Dadurch wird eine Doppelbela
stung der Rollen 104 durch die von der Druckfeder 94 ausgeübte
Druckkraft und durch das vom Antrieb 32 ausgeübte Drehmoment
vermieden.
Während des Lösens der Drehmomentbegrenzungskupplung 50 hat
sich der Schaltring 96 so weit in axialer Richtung verschoben,
daß der Schalter 124 betätigt und somit der Antrieb 32 des
Schraubers 10 abgeschaltet wurde. Zu dem Zeitpunkt also, zu dem
die Rollen 104 wieder an den Auflaufseiten 170 anschlagen, ist
der Antrieb 32 bereits stromlos, so daß kein nennenswertes
Drehmoment mehr zwischen dem Nockenring 90 und dem Schaltring
96 wirkt, bis der Antrieb 32 erneut von der Bedienperson ein
schaltet wird.
Falls sich nun die Bedienperson keine weitere Schraube eindre
hen möchte, sondern eine Umkehr der Drehrichtung des Schraubers
10 veranlaßt, so kommt es zu einer entgegengesetzten Relativbe
wegung zwischen dem Nockenring 90 und dem Schaltring 96, die
durch einen Pfeil 198 in Fig. 8h angedeutet ist. Der Schaltring
96 bewegt sich daraufhin wieder zurück, wobei er nach wie vor
mit seiner Stirnfläche 144 auf den Stufen 184 aufliegt. Bevor
jedoch die Rollen 104 wieder die Ablaufseiten 172 berühren,
gelangen die Vorsprünge 109 mit den Absätzen 196 in Anlage,
wodurch die oben bereits angesprochene Verrastung zwischen dem
Nockenring 90 und dem Schaltring 96 erzielt wird.
Über diese Verrastung kann nun ein Drehmomentübertrag zwischen
dem Antrieb 32 und der Spindel 40 erfolgen, der erheblich höhe
re Werte annehmen kann als der Drehmomentübertrag, der zwischen
den Rollen 104 und den Auflaufseiten 170 der Nocken 168 möglich
ist. Auf diese Weise wird ein asymmetrisches Auslöseverhalten
erzielt.
Die Verrastung zwischen den Vorsprüngen 109 und den Absätzen
196 führt zu einer erheblichen Verringerung des Verschleißes
zwischen den Teilen der Drehmomentbegrenzungskupplung 50, da
die beim Lösen von Schrauben erforderlichen höheren Drehmomente
nicht von den Rollen 104 aufgenommen zu werden brauchen. Da die
Vorsprünge 109 flächig an den Absätzen 196 anliegen, treten
auch bei höheren Drehmomenten keine punktuellen Druckspitzen
auf, die zu einer Verformung oder einem nennenswerten Abrieb
der zusammenwirkenden Teile führt.
Claims (12)
1. Kraftgetriebener Schrauber (10) mit einer drehmomentab
hängig auslösenden Drehmomentbegrenzungskupplung (50), die
ein erstes Kupplungsteil (96), ein zweites Kupplungsteil
(90), ein Federelement (94) zur axialen Verspannung des
ersten Kupplungsteils (96) gegen das zweite Kupplungsteil
(90) und wenigstens einen zwischen den beiden Kupplungs
teilen (90, 96) ablaufenden Wälzkörper (104) aufweist,
über den die beiden Kupplungsteile (90, 96) bei einem An
trieb des Schraubers (10) bis zum Erreichen eines vorein
gestellten Auslösemoments miteinander gekoppelt sind, da
durch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Wälzkörper
als Rolle (104) ausgebildet ist.
2. Schrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rolle (104) auf einer an dem ersten Kupplungsteil (96) ge
haltenen Achse (106) drehbar gelagert ist.
3. Schrauber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
durch die Achse (106) festgelegte Drehachse (152) der Rol
le (104) zu einer Längsachse (154) des ersten Kupplungs
teils (96) beabstandet angeordnet ist.
4. Schrauber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rolle (104) auf der Achse (106) fliegend gelagert ist.
5. Schrauber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der kürzeste Abstand (156) zwischen der Drehachse
(152) der Rolle (104) und der Längsachse (154) des ersten
Kupplungsteils (96) zwischen 5% und 15%, vorzugsweise zwi
schen 9% und 11%, des Abstandes zwischen der Mitte (158)
der Rolle (104) und der Längsachse (154) beträgt.
6. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß auf dem zweiten Kupplungsteil (90)
eine in Umfangsrichtung verlaufende Nockenlaufbahn (108)
ausgebildet ist, die sich aus mehreren, vorzugsweise drei,
gleich ausgeführten Bahnabschnitten (176, 178, 180) zusam
mensetzt.
7. Schrauber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Bahnabschnitt (176, 178, 180) einen Nocken (168)
aufweist, dessen Flanken eine Auflaufseite (170) und eine
Ablaufseite (172) für die Rolle (104) bilden.
8. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eines der beiden Kupplungsteile (96)
drehfest mit einem Gehäuse (11) des Schraubers (10) und
das andere Kupplungsteil (90) drehfest mit einem ein Reak
tionsmoment gegenüber einer Spindel (40) aufnehmenden und
gegenüber dem Gehäuse (11) frei drehbaren Reaktionsteil
(70) eines Getriebes (38) verbunden ist.
9. Schrauber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Reaktionsteil ein mehrere Planetenräder (66, 74) aufneh
mendes Hohlrad (70) eines Planetenradgetriebes (38) ist.
10. Schrauber nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das mit dem Gehäuse (11) des Schraubers (10) drehfest
verbundene Kupplungsteil (96) in axialer Richtung (95)
verschiebbar angeordnet ist.
11. Schrauber nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen
Schalter (124) zum Abschalten des Schraubers (10), der
durch das in axialer Richtung verschiebbar angeordnete
Kupplungsteil (96) betätigbar ist.
12. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß an den beiden Kupplungsteilen (90, 96)
Rastelemente (109, 196) ausgebildet sind, über die bei ei
nem Antrieb des Schraubers (10) in einer Löserichtung die
beiden Kupplungsteile (90, 96) unmittelbar miteinander
verrasten.
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