DE10143181A1

DE10143181A1 - Vorrichtung zur Begrenzung des von einem Schraubwerkzeug übertragbaren Drehmoments

Info

Publication number: DE10143181A1
Application number: DE2001143181
Authority: DE
Inventors: Otmar Karle
Original assignee: Willi Hahn GmbH and Co KG
Current assignee: Willi Hahn GmbH and Co KG
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: DE10143181B4

Abstract

Zur Begrenzung des von einem Schraubwerkzeug übertragbaren Drehmoments ist zwischen einem Antriebsteil (10) und einem Abtriebsteil (16) eine das Drehmoment übertragende Kupplung vorgesehen. Die Kupplung weist Kupplungskugeln (42) auf, die in einer Käfighülse (28) des Antriebsteile (10) gelagert sind und durch einen axial von einer Druckfeder (30) belasteten Andruckteller (32) in Rastvertiefungen (40) eines drehfest auf dem Abtriebsteil (16) sitzenden Mitnehmerteller (34) gehalten werden. Bei Überschreiten des Grenzdrehmoments werden die Kupplungskugeln (42) durch die Käfighülse (28) gegen die Federbelastung aus den Rastvertiefungen (40) gedrückt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung des von einem Schraubwerkzeug übertragbaren Drehmoments gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Schraubwerkzeugen ist es häufig erwünscht, das übertragba re Drehmoment zu begrenzen. Beispielsweise sind Schraubendre her mit Drehmomentbegrenzung vorteilhaft, um Schrauben mit ei ner vorgegebenen Kraft festzuziehen, die einerseits einen zu verlässigen Halt der Schraubverbindung gewährleistet und ande rerseits eine Überbeanspruchung des Gewindes ausschließt.

Diesem Zweck dient eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung, wie sie aus der DE 195 07 558 A1 bekannt ist. Zur Drehmomentbegrenzung ist zwischen ein Antriebsteil, z. B. den von der Hand des Benutzers erfaßten Griff, und ein Abtriebs teil, z. B. den Schaft der Schraubendreherklinge, eine Kupp lung eingesetzt. Diese Kupplung weist Kupplungskugeln auf, die federbelastet in Rastvertiefungen eines mit dem Abtriebsteil drehfest verbundenen Mitnehmertellers eingreifen. Wenn das über die Kupplung von dem Antriebsteil auf das Abtriebsteil übertragene Drehmoment ein Grenzdrehmoment überschreitet, wer den die Kupplungskugeln gegen die Federbelastung aus den Rastvertiefungen gedrückt, so daß die Kupplung außer Eingriff kommt und das Abtriebsteil nicht mehr angetrieben wird.

Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die Rastvertiefungen für die Kupplungskugeln in der axialen Stirnfläche des Mitnehmer tellers ausgebildet. Ein die Kupplungskugeln lagernder Käfig ist als zu dem Mitnehmerteller planparallele Scheibe ausgebil det, die axial an den Mitnehmerteller anschließend angeordnet ist. Das Grenzdrehmoment wird im Wesentlichen definiert einer seits durch den Radius des Laufkreises der Kupplungskugeln, d. h. durch deren Abstand von der Drehachse des Werkzeuges, und andererseits durch die Federkraft, mit welcher die Kupplungs kugeln in den Rastvertiefungen gehalten werden. Ein kleiner Laufkreis-Radius der Kupplungskugeln ist vorteilhaft für eine ergonomische schlanke Form des Handgriffes, der in der Regel die Kupplung aufnimmt. Bei einem kleinen Laufkreis-Radius der Kupplungskugeln ist allerdings eine höhere Federkraft für ein vorgegebenes Grenzdrehmoment erforderlich. Eine stärkere Feder ist in der Herstellung aufwendiger. Eine stärkere Feder und ein geringerer Laufkreis-Radius machen die Einstellung des Grenzdrehmoments schwieriger bzw. ungenauer. Schließlich be deutet eine größere Federkraft eine größere Reibung der Kupp lungskugeln. Diese größere Reibung bedeutet eine Ungenauigkeit beim Auskuppeln und somit eine Ungenauigkeit in der Einhaltung des Grenzdrehmoments. Weiter bedeutet die größere Reibung ei nen größeren Verschleiß der Kupplung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Begrenzung des von einem Schraubwerkzeug übertragbaren Drehmo ments zu schaffen, die eine höhere Genauigkeit in der Einstel lung des Grenzdrehmoments ohne eine Vergrößerung des Durchmes sers ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrich tung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß sind die Rastvertiefungen und die Kupplungsku geln nicht in der axialen Stirnfläche des Mitnehmertellers an geordnet, sondern an dessen Umfang. Der die Kupplungskugeln lagernde Käfig umschließt den Mitnehmerteller zylindrisch. Da durch kann der Laufkreis-Radius der Kupplungskugeln vergrößert werden, ohne daß dadurch die radialen Abmessungen der gesamten Kupplung vergrößert werden, die für die Außenabmessungen des Handgriffes bestimmend sind. Aufgrund des größeren Laufkreis- Radius der Kupplungskugeln kann ein vorgegebenes Grenzdrehmo ment mit einer schwächeren Federkraft eingestellt werden. Dies bedeutet, daß eine preisgünstigere Feder verwendet werden kann, daß über die Vorspannung der Feder das Grenzdrehmoment empfindlicher und genauer eingestellt werden kann, daß eine geringere Reibung der Kupplungskugeln beim Auskuppeln aus den Rastvertiefungen auftritt, wodurch die dadurch bedingten Unge nauigkeiten verringert werden, und daß die Kupplung insgesamt im ausgekuppelten Zustand einem geringeren Verschleiß unter worfen ist.

In einer vorteilhaften Ausführung ist die Mitnehmerscheibe ih rerseits über ein Wälzlager axial in dem Griff abgestützt. Im ausgekuppelten Zustand kann sich der Mitnehmerteller dadurch nahezu reibungsfrei in dem Griff drehen. Dies bedeutet einen geringeren Verschleiß. Insbesondere entfällt dadurch eine Rei bung zwischen dem Mitnehmerteller und dem Griff, die ebenfalls in undefinierter Weise das Grenzdrehmoment beeinflussen würde, bei welchem die Kupplung auslöst.

In vorteilhafter Weise ist der die Kupplungskugeln lagernde Käfig als in den Griff eingesetzte Käfighülse ausgebildet. Dies erleichtert die Herstellung des Käfigs und der die Kupp lungskugeln lagernden Käfigschlitze. Vorzugsweise sind dabei die Käfigschlitze als Durchbrüche in der Wandung der Käfighül se ausgebildet, so daß diese in einfacher Weise hergestellt werden können. Um die Kupplungskugeln in diesen Käfigschlitzen radial abzustützen, ist eine Stützhülse koaxial außen auf die Käfighülse aufgeschoben, die die Käfigschlitze am Außenumfang abschließt und den radialen Druck der Kupplungskugeln auf nimmt.

Sind die Rastvertiefungen in beiden Drehrichtungen mit symme trischer Flankensteilheit ausgebildet und verlaufen die Käfig schlitze, in welchen sich die Kupplungskugeln beim Auskuppeln axial bewegen, achsparallel, so ergibt sich bei Rechtsdrehung und bei Linksdrehung des Schraubwerkzeugs dasselbe Grenz drehmoment. Im allgemeinen ist es erwünscht, für Linksdrehung und Rechtsdrehung unterschiedliche Grenzdrehmomente zu reali sieren. Dadurch kann ein Grenzmoment für das Eindrehen der Schraube definiert werden, während für das Herausdrehen evtl. festsitzender Schrauben ein höheres Grenzdrehmoment möglich ist. Dieses höhere Grenzdrehmoment bietet einen Schutz gegen einen Werkzeugbruch. Um drehrichtungsabhängig unterschiedliche Grenzdrehmomente zu realisieren, können in einer Ausführung der Erfindung die Rastvertiefungen in den beiden Drehrichtun gen unterschiedliche Flankensteilheit aufweisen. Alternativ oder zusätzlich werden vorzugsweise die Käfigschlitze gegen über einer achsparallelen Anordnung schräg gestellt, d. h. auf einer Schraubenlinie in der Käfighülse verlaufen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch den Handgriff eines Schraub werkzeuges,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Drehmoment-Begrenzung im einge kuppelten Zustand und

Fig. 3 eine entsprechende Ansicht im ausgekuppelten Zustand.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsge mäße Drehmoment-Begrenzung in den Handgriff eines Handschraub werkzeuges, z. B. eines Schraubendrehers, integriert. Hierbei ist der von der Hand des Benutzers erfaßte Griff das Antriebs teil und der Schaft des Schraubwerkzeuges das Abtriebsteil. Es ist selbstverständlich, daß die erfindungsgemäße Drehmoment- Begrenzung auch in anderen Schraubwerkzeugen eingesetzt werden kann, z. B. auch in motorisch angetriebenen Schraubwerkzeugen.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Griff 10 des Schraubwerkzeugs aus einem schlanken Kunststoffkörper, der ggf. mit einem Weichmaterial 12 ummantelt sein kann. Der Griff 10 nimmt einen Schaft 16 auf, dessen nicht dargestelltes vor deres Ende beispielsweise als Schraubendreherklinge ausgebil det sein kann oder eine Aufnahme für Schraubendreher-Bits auf weist.

Der Schaft 16 ist koaxial drehbar in den Griff 10 eingesetzt und stützt sich mit seinem hinteren Ende zentrisch und rei bungsarm drehbar an einer Kugel 18 ab, die in einem in den Griff 10 festsitzend angeordneten Deckel 20 aufgenommen ist.

Der Schaft 16 weist zumindest in seinem in dem Griff 10 ver laufenden Bereich einen Mehrkant-Querschnitt, vorzugsweise ei nen 6-Kant-Querschnitt, auf. In dem vorderen Bereich des Grif fes 10 ist koaxial eine Führungshülse 22 eingepaßt, in welcher eine Verstellhülse 24 geführt ist. Die Verstellhülse 24 ist gegenüber dem Griff 10 z. B. mittels eines Gewindes 14 axial verstellbar. An ihrem hinteren Ende ist die Verstellhülse 24 mit einer radial verbreiterten Stützscheibe 26 ausgebildet. Der Schaft 16 führt koaxial frei drehbar durch die Verstell hülse 24.

An die Führungshülse 22 schließt sich in axialer Verlängerung eine Käfighülse 28 an, deren Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser des Schaftes 16. Die Stützscheibe 26 der Ver stellhülse 24 ist axial in der Käfighülse 28 verschiebbar. Ei ne als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 30 umschließt koaxial den Schaft 16 und ist in dem Zylinderringraum zwischen dem Schaft 16 und der Käfighülse 28 angeordnet. Mit einem Ende stützt sich die Druckfeder 30 an der Stützscheibe 26 der Ver stellhülse 24 ab. Mit dem axial anderen Ende stützt sich die Druckfeder 30 auf einem Andruckteller 32 ab, der koaxial auf dem Schaft 16 sitzt und gegen diesen frei axial verschiebbar und drehbar ist. Der von der Druckfeder 30 abgewandten hinte ren Stirnfläche des Andrucktellers 32 axial gegenüber ist ein Mitnehmerteller 34 vorgesehen, dessen Außendurchmesser dem In nendurchmesser der Käfighülse 28 entspricht. Der Mitnehmertel ler 34 sitzt mit einem dem Querschnitt des Schaftes 16 ent sprechenden Innenquerschnitt, z. B. einem 6-Kant-Querschnitt, axial verschiebbar, aber unverdrehbar auf dem Schaft 16. Der Mitnehmerteller 34 ist gegen das hintere Griffende hin axial durch ein Wälzlager 36 abgestützt, welches eine reibungsarme Drehung des Mitnehmertellers 34 in der Käfighülse 28 ermög licht. Das Wälzlager 36 wird beispielsweise durch Lagerkugeln 48 gebildet, die axial in Käfigdurchbrüchen 50 der Käfighülse 28 gehalten sind und auf denen der Mitnehmerteller 34 mit ei ner umlaufenden Schulter aufsitzt.

Der Andruckteller 32 weist an der Umfangskante seiner dem Mit nehmerteller 34 zugewandten axialen Stirnfläche eine umlaufen de Kehle 38 auf. Der Mitnehmerteller 34 weist an der Umfangs kante seiner dem Andruckteller 32 zugewandten axialen Stirn fläche Rastvertiefungen 40 auf. Vorzugsweise sind vier bis sechs Rastvertiefungen 40 in gleichem Winkelabstand angeord net. Die Kehle 38 und die Rastvertiefungen 40 haben im Axial schnitt etwa die Form eines Kreisquadranten und öffnen sich sowohl gegen die Stirnfläche als auch gegen die Umfangsfläche des Andrucktellers 32 bzw. des Mitnehmertellers 34. In die Kehle 38 und die Rastvertiefungen 40 wird jeweils eine Kupp lungskugel 42 eingesetzt. Die Kupplungskugeln 42 sind im Be reich der Kehle 38 und der Rastvertiefungen 40 somit axial zwischen dem Andruckteller 32 und dem Mitnehmerteller 34 ange ordnet und ragen andererseits über deren Mantelumfang hinaus. Der über den Umfang des Andrucktellers 32 und des Mitnehmer tellers 34 radial hinausragende Teil der Kupplungskugeln 42 wird jeweils in einem Käfigschlitz 44 der Käfighülse 28 aufge nommen. Die Käfigschlitze 44 durchbrechen die Wandung der Kä fighülse 28 und haben die Form von Langlöchern, die sich achsparallel erstrecken oder gegenüber einem achsparallelen Verlauf schräg gestellt sind. Die Breite der Käfigschlitze 44 ist so dimensioniert, daß sich die Kupplungskugeln 42 in den Käfigschlitzen 44 axial bewegen können, jedoch nur ein gerin ges Spiel in Umfangsrichtung der Käfighülse 28 aufweisen. Die axiale Länge der Käfigschlitze 44 ist so gewählt, daß die Kupplungskugeln 42 sich axial aus den Rastvertiefungen 40 des Mitnehmertellers 34 zumindest so weit herausbewegen können, daß sie mit ihrem gesamten Umfang vollständig vor die Stirn fläche des Mitnehmertellers 34 gelangen und somit von den Rastvertiefungen 40 frei kommen. Auf das hintere Ende der Kä fighülse 28 ist koaxial eine Stützhülse 46 aufgeschoben, die die Käfigschlitze 44 und die Käfigdurchbrüche 50 des Wälzla gers 36 auf der radialen Außenseite verschließt. Die Kupp lungskugeln 42 und die Lagerkugeln 48 des Wälzlagers 36 stüt zen sich radial nach außen an dieser Stützhülse 46 ab.

Die Drehmoment-Begrenzung arbeitet in folgender Weise:
Wird auf den Griff 10 kein Drehmoment ausgeübt, so drückt die Druckfeder 30 über den Andruckteller 32 die Kupplungskugeln 42 in die Rastvertiefungen 40 des Mitnehmertellers 34, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die in die Rastvertiefungen 40 ei nerseits und in die Käfigschlitze 44 andererseits eingreifen den Kupplungskugeln 42 stellen somit einen Dreh-Formschluß zwischen der fest in dem Griff 10 sitzenden Käfighülse 28 und dem drehfest auf dem Schaft 16 sitzenden Mitnehmerteller 34 her. Ein von dem Benutzer auf den Griff 10 als Antriebsteil ausgeübtes Drehmoment wird über die Käfighülse 28, die Kupp lungskugeln 42 und den Mitnehmerteller 34 auf den Schaft 16 als Abtriebsteil übertragen. Läuft der Schaft 16 als Abtriebs teil gegen einen Widerstand, so steigt das auf die Kupplung wirkende Drehmoment an. Überschreitet dieses Drehmoment ein eingestelltes Grenzdrehmoment, so werden die in den Käfig schlitzen 44 gelagerten Kupplungskugeln 42 durch die mit dem Griff 10 fest verbundene Käfighülse 28 aus den Rastvertiefun gen 40 herausgedrückt, wobei sie an der Flanke der Rastvertie fungen 40 in axial hochlaufen und den Andruckteller 32 gegen die Kraft der Druckfeder 30 verschieben. Die Kupplungskugeln 42 kommen auf diese Weise aus den Rastvertiefungen 40 frei und laufen auf der Stirnfläche des Mitnehmertellers 34 wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der Griff 10 kann sich somit gegenüber dem Schaft 16 drehen. Die Drehung erfolgt nahezu reibungsfrei, da der Mitnehmerteller 34 über das Wälzlager 36 abgestützt ist.

Das Grenzdrehmoment ist durch die Federkraft der Druckfeder 30 bestimmt. Diese Federkraft der Druckfeder 30 kann dadurch ein gestellt werden, daß die Stützscheibe 26 mittels der Verstell hülse 24 axial verstellt wird, um die Vorspannung der Druckfe der 30 zu verstellen. Weiter kann das Grenzdrehmoment bestimmt werden durch die Steilheit der Flanken der Rastvertiefungen 40. Ein flacher Anstieg begünstigt die in Axialrichtung von den Kupplungskugeln 42 auf den Andruckteller 32 übertragene Kraftkomponente und verringert somit das Grenzdrehmoment. Durch unterschiedliche Flankensteilheit der Rastvertiefungen 40 in den beiden Drehrichtungen kann somit ein unterschiedli ches Grenzdrehmoment für Rechts- und Linksdrehung erzeugt wer den. Weiter bestimmt der Winkel der Käfigschlitze 44 gegen die Achsrichtung das Grenzdrehmoment. Verlaufen die Käfigschlitze 44 achsparallel, so ergibt sich bei Rechtsdrehung und Links drehung dasselbe Grenzdrehmoment. Sind die Käfigschlitze 44 gegen die Achsrichtung schräg gestellt, wie dies aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, so erleichtert diese Schrägstellung das Herausheben der Kupplungskugeln 42 aus den Rastvertiefungen 40 in der einen Drehrichtung und erschwert dieses Herausheben in der entgegengesetzten Drehrichtung. Auch hierdurch ergeben sich unterschiedliche Grenzdrehmomente für Rechtsdrehung und Linksdrehung.

Die Herstellung und Montage der Vorrichtung ist einfach. Die Käfighülse 28 kann mit durchgehenden Käfigschlitzen 44 und Kä figdurchbrüchen des Wälzlagers 36 hergestellt werden. Die Vor richtung wird montiert, indem die Druckfeder 30, der Andruck teller 32 und der Mitnehmerteller 34 auf den Schaft 16 und in die Käfighülse 28 montiert werden. Dann werden die Kupplungs kugeln 42 und die Lagerkugeln 48 des Wälzlagers 36 von außen in die Käfigschlitze 44 bzw. die Käfigdurchbrüche 50 einge setzt. Durch Aufschieben der Stützhülse 46 werden die Kupp lungskugeln 42 und die Lagerkugeln 48 fixiert. Dann wird der Deckel 20 mit der Kugel 18 auf das hintere Ende der Käfighülse 28 aufgepaßt und fixiert auch die Stützhülse 46 auf der Käfig hülse 28. Die montierte Vorrichtung wird dann mit dem Griff 10 umspritzt.

Bezugszeichenliste

10

Griff

12

Weichmaterial

14

Gewinde

16

Schaft

18

Kugel

20

Deckel

22

Führungshülse

24

Verstellhülse

26

Stützscheibe

28

Käfighülse

30

Druckfeder

32

Andruckteller

34

Mitnehmerteller

36

Wälzlager

38

Kehle

40

Rastvertiefungen

42

Kupplungskugeln

44

Käfigschlitz

46

Stützhülse

48

Lagerkugeln

50

Käfigdurchbrüche

Claims

1. Vorrichtung zur Begrenzung des von einem Schraubwerkzeug übertragbaren Drehmoments mit einem Antriebsteil und einer das Drehmoment von dem Antriebsteil auf ein Abtriebsteil übertragenden Kupplung, wobei die Kupplung Kupplungskugeln aufweist, die in einem Käfig des Antriebsteils gelagert sind, durch einen axial federbelasteten Druckteller in Rastvertiefungen eines drehfest mit dem Abtriebsteil ver bundenen Mitnehmertellers gehalten werden und bei Über schreiten eines Grenzdrehmoments durch den Käfig gegen die Federbelastung aus den Rastvertiefungen gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastvertiefungen (40) an der Umfangskante des Mitnehmer tellers (34) angeordnet sind, daß der Käfig (28) den Mit nehmerteller (34) zylindrisch umschließt und daß die Kupp lungskugeln (42) radial über den Mitnehmerteller (34) hin aus ragen und in axiale Käfigschlitze (44) des Käfigs (28) eingreifen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig als Käfighülse (28) ausgebildet ist, die in das Antriebs teil (Griff 10) eingesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kä figschlitze (44) die Wand der Käfighülse (28) durchbrechen und daß auf die Käfighülse (28) eine Stützhülse (46) auf geschoben wird, die die Käfigschlitze (44) am Außenumfang verschließt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der An druckteller (32) eine die Kupplungskugeln (42) aufnehmende umlaufende Kehle (38) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mit nehmerteller (34) durch ein Wälzlager (36) axial abge stützt drehbar in dem Antriebsteil (Griff 10) gelagert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mit nehmerteller (34) axial verschiebbar, aber unverdrehbar auf dem Abtriebsteil (Schaft 16) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab triebsteil (Schaft 16) mit seiner hinteren Stirnfläche achsmittig auf einer in dem Antriebsteil (Griff 10) gela gerten Kugel (18) abgestützt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kä figschlitze (44) gegen die Achsrichtung schräg gestellt sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (30) eine Schraubendruckfeder ist, die an einer Stützscheibe (26) abgestützt ist, und daß die Stützscheibe (26) zur Einstellung der Vorspannung der Druckfeder (30) axial in dem Antriebsteil (Griff 10) verstellbar ist.