DE102011110005A1

DE102011110005A1 - Halte- und Antriebswerkzeug mit Abkopplungsfähigkeit

Info

Publication number: DE102011110005A1
Application number: DE102011110005A
Authority: DE
Inventors: Miroslaw Zaloga; Jonathan L. Dent
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2031-08-12
Also published as: CN102430915A; CN102430915B; US20120048066A1; DE102011110005B4; BRPI1103767A2; US8464617B2

Abstract

Ein Halte- und Antriebswerkzeug und ein Betriebsverfahren, um Teile mit einem Bolzen und einer Mutter aneinander zu befestigen. Das Werkzeug kann einen Werkzeugkörper umfassen, der ein Antriebselement in diesem aufweist, wobei das Antriebselement durch eine Leistungsquelle drehend angetrieben wird; ein Mutter-Antriebselement, das mit dem Antriebselement in Eingriff steht und einen Mutter-Eingriffsabschnitt aufweist, der an der Mutter aufgenommen wird und die Mutter relativ zu dem Bolzen dreht; ein Halteelement mit einem Halteschaft, der mit einem Halteeinsatz verbunden ist, wobei der Halteeinsatz in dem Mutter-Antriebselement angeordnet ist und an einem Haltemerkmal an dem Bolzen aufgenommen wird, um zu verhindern, dass sich der Bolzen relativ zu dem Halteelement dreht; und eine Kupplung, die an dem Werkzeugkörper und dem Halteschaft befestigt ist, wobei die Kupplung eine Drehung des Halteschafts relativ zu dem Werkzeugkörper selektiv zulässt und verhindert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Werkzeuge, um Muttern auf Befestigungselemente zu drehen, und insbesondere solche Werkzeuge, die das Befestigungselement festhalten, während die Mutter gedreht wird.
Einige Werkzeuge, die zum Befestigen einer Mutter an einem Befestigungselement verwendet werden, sind derart konstruiert, dass das Befestigungselement in Eingriff gelangt, um zu verhindern, dass sich dieses dreht, wenn die Mutter auf das Befestigungselement gedreht wird. Solche Werkzeuge werden beispielsweise manchmal bei der Montage von Kraftfahrzeugen verwendet. Ein Problem bei diesen Typen von Werkzeugen ist die Festigkeit des Halteelements, das verhindert, dass sich das Befestigungselement dreht. An dem Ende des Montageschritts, bei dem die Mutter an dem Befestigungselement angebracht wird, kann sich das Drehmoment, das zum Erzeugen der Verbindung verwendet wird, in das Halteelement übertragen. Dies kann zu einem vorzeitigen Ausfall des Werkzeugs führen, was dazu führt, dass das Werkzeug außer Betrieb genommen werden muss, um das Halteelement (oder einen Teil von diesem) auszutauschen. Dies verringert die Zeit, für die das Werkzeug zur Verwendung verfügbar ist, und erhöht die Kosten bei der Montage der Komponenten, die aneinander befestigt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform sieht ein Halte- und Antriebswerkzeug vor, um Teile mit einem Bolzen und einer Mutter aneinander zu befestigen. Das Werkzeug kann einen Werkzeugkörper umfassen, der ein Antriebselement in diesem aufweist, wobei das Antriebselement durch eine Leistungsquelle drehend angetrieben wird; ein Mutter-Antriebselement, das mit dem Antriebselement in Eingriff steht und einen Mutter-Eingriffsabschnitt aufweist, der an der Mutter verschiebbar aufgenommen wird und die Mutter relativ zu dem Bolzen dreht; ein Halteelement mit einem Halteschaft, der mit einem Halteeinsatz verbunden ist, wobei der Halteeinsatz in dem Mutter-Antriebselement angeordnet ist und an einem Haltemerkmal an dem Bolzen verschiebbar aufgenommen wird, um zu verhindern, dass sich der Bolzen relativ zu dem Halteelement dreht; und eine Kupplung, die an dem Werkzeugkörper und dem Halteschaft befestigt ist, wobei die Kupplung eine Drehung des Halteschafts relativ zu dem Werkzeugkörper selektiv zulässt und verhindert.
Eine Ausführungsform sieht ein Verfahren vor, um mehrere Teile unter Verwendung eines Halte- und Antriebswerkzeugs mit einem Bolzen und einer Mutter aneinander zu befestigen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: dass ein Mutter-Antriebselement in einen Eingriff mit der Mutter gleitet, während ein Halteeinsatz eines Halteelements in einen Eingriff mit einem Haltemerkmal des Bolzens gleitet; dass eine Kupplung befestigt wird, um zu verhindern, dass sich das Halteelement relativ zu einem Werkzeugkörper des Halte- und Antriebswerkzeugs dreht; dass das Halte- und Antriebswerkzeug aktiviert wird, um zu bewirken, dass sich das Mutter-Antriebselement dreht und die Mutter auf den Bolzen schraubt; und dass die Kupplung freigegeben wird, nachdem die Mutter teilweise auf den Bolzen geschraubt ist, um zuzulassen, dass sich das Halteelement relativ zu dem Werkzeugkörper dreht, wodurch der Halteeinsatz nicht länger verhindert, dass sich der Bolzen dreht, während die Mutter auf den Bolzen geschraubt wird.
Ein Vorteil einer Ausführungsform ist es, dass die Kupplungssteuerung des Halteelements die Wartungskosten und die Ausfallzeit des Werkzeugs verringert, wenn dieses Werkzeug verwendet wird, um Komponenten aneinander zu befestigen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Halte- und Antriebswerkzeugs, das eine Mutter und einen konischen Bolzen in Eingriff bringt.
2 ist eine andere schematische Perspektivansicht des Halte- und Antriebswerkzeugs, das die Mutter und den konischen Bolzen in Eingriff bringt.
3 ist eine schematische Perspektivansicht eines Halteelements.
4 ist eine schematische Perspektivansicht des konischen Bolzens.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1–4 stellen verschiedene Teile eines Halte- und Antriebswerkzeugs 20 dar, das eine Mutter 22 an einem Bolzen 24 in Eingriff bringt, die verwendet werden, um ein erstes Element 26 (in 1 gezeigt) an einem zweiten Element 28 (in 1 gezeigt) zu befestigen. Der Bolzen 24 kann ein konischer Bolzen sein.
Das Halte- und Antriebswerkzeug 20 umfasst einen Werkzeugkörper 30, der einen Griffabschnitt 32 aufweisen kann. Ein Hohlraum in dem Werkzeugkörper 30 umfasst ein Getriebeelement 34 für ein Antriebswerkzeug, welches beispielsweise elektrisch oder pneumatisch angetrieben werden kann. Das Getriebeelement 34 kann ein Kegelrad 36 umfassen, das mit einem Gegen-Kegelrad 38 an einem Mutter-Antriebselement 40 kämmt.
Das Mutter-Antriebselement 40 weist eine zentrale Bohrung 42 mit einem Mutter-Eingriffsabschnitt 44 auf, der geformt ist, um mit der Mutter 22 in Eingriff zu gelangen und diese zu drehen. Dieser Abschnitt kann beispielsweise hexagonal sein, wenn die Muttern 22, die angetrieben werden sollen, typische hexagonale Mutter sind. Ein anderer Abschnitt 46 der zentralen Bohrung 42 öffnet sich in eine Aussparung an dem Werkzeugkörper 30 und ermöglicht, dass sich ein Halteelement 48 durch diesen hindurch erstreckt.
Das Halteelement 48 weist einen Halteschaft 50 auf, der mit einem Halteeinsatz 58 verbunden ist. Der Halteschaft 50 erstreckt sich durch den Abschnitt 46 des Mutter-Antriebselements 40, durch den Werkzeugkörper 30 und in eine Kupplung 52. Die Kupplung 52 ist an dem Werkzeugkörper 30 befestigt und ermöglicht selektiv, dass sich der Halteschaft 50 relativ zu dem Werkzeugkörper 30 dreht oder nicht dreht. Die Kupplung 52 kann ein beliebiger Typ einer Kupplung sein, der in der Lage ist, den Schaft 50 zu halten, um eine Drehung zu verhindern, und den Schaft 50 selektiv freizugeben, um eine Drehung zuzulassen. Die Kupplung 52 kann eine anpassbare Drehmomenteinstellung aufweisen, die eine Änderung in dem Drehmoment ermöglicht, das erforderlich ist, um die Kupplung 52 außer Eingriff zu bringen, wenn dies gewünscht ist.
Die Kupplung 52 kann mit einem Controller 54 in Verbindung stehen und durch diesen gesteuert werden. Der Controller 54 kann auch die Aktivierung des Halte- und Antriebswerkzeugs 20 und das Drehmoment steuern, das durch dieses erzeugt wird. Ein Drehmomentsensor 56 (oder ein anderes Mittel zum Schätzen eines Drehmoments) kann verwendet werden, um das Drehmoment zu ermitteln, das auf das Halte- und Antriebswerkzeug 20 ausgeübt wird. Der Controller kann eine beliebige Kombination aus Hardware und Software sein, wie es Fachleuten bekannt ist.
Der Halteeinsatz 58 ist geformt, um in oder über ein Gegen-Haltemerkmal 60 an dem Ende des Bolzens 24 zu gleiten. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Haltemerkmal 60 eine hexagonal geformte Aussparung in dem Ende des Bolzens 24. Das Haltemerkmal 60 kann jedoch auch eine hexagonale Außenfläche (nicht gezeigt) an dem Ende des Bolzens 24 sein. Grundsätzlich ist das Haltemerkmal 60 ein beliebiges Merkmal, das mit dem Halteeinsatz 58 verschiebbar in Eingriff gelangen kann, um zu verhindern, dass sich der Bolzen 24 relativ zu dem Halteeinsatz 58 dreht, während weiterhin zugelassen wird, dass die Mutter 22 über das Ende des Bolzens 24 gleitet.
1 zeigt ein Beispiel der Teile 26, 28, die durch den Bolzen 24 und die Mutter 22 verbunden werden können. Der Bolzen 24 ist bei der beispielhaften Ausführungsform ein konischer Bolzen (wie es am besten in 4 zu sehen ist). Der Bolzen 24 umfasst das Haltemerkmal 60 benachbart zu einem Gewindeabschnitt 68, der mit der Mutter 22 in Eingriff gelangt. Benachbart zu dem Gewindeabschnitt 68 befindet sich ein konischer Abschnitt 70, der konisch radial nach außen verläuft, wenn er sich von dem Gewindeabschnitt 68 weg erstreckt. Der Bolzen 24 kann auch einen Basisabschnitt 72 aufweisen, der die Teile auf diesem hält.
Der Betrieb des Halte- und Antriebswerkzeugs 20 wird nun bezogen auf 1–4 diskutiert. Die Teile 26, 28, die montiert werden sollen, werden an dem Bolzen 24 angebracht. Die Mutter 22 wird an dem Gewindeabschnitt 68 des Bolzens 24 angeordnet. Das Halte- und Antriebswerkzeug 20 wird in eine Position bewegt, sodass die Mutter 22 in dem Mutter-Eingriffsabschnitt 44 des Mutter-Antriebselements 40 aufgenommen wird und der Halteeinsatz 58 in dem Haltemerkmal 60 des Bolzens 24 aufgenommen wird.
Das Werkzeug 20 wird aktiviert, was bewirkt, dass das Getriebeelement 34 für das Antriebswerkzeug das Kegelrad 36 dreht, das die Drehung des Mutter-Antriebselements 40 mittels des Gegen-Kegelrads 38 bewirkt. Wenn das Werkzeug 20 aktiviert wird, gelangt die Kupplung 52 mit dem Halteschaft 50 in Eingriff, um zu verhindern, dass sich das Halteelement 48 relativ zu dem Werkzeugkörper 30 dreht. Dies verhindert wiederum, dass sich der Bolzen 24 dreht. Wenn sich das Mutter-Antriebselement 40 dreht, wird die Mutter 22 auf den Gewindeabschnitt 68 des Bolzens 23 geschraubt.
An einem bestimmten Punkt, bevor die Mutter 22 vollständig feststeht, gelangt die Kupplung 52 außer Eingriff des Halteschafts 50. In dem Fall, in dem der Bolzen 24 konisch ist, kann dieser Punkt derjenige sein, bei dem ein vorbestimmtes Drehmoment erreicht wird, das angibt, dass die Reibung in der konischen Verbindung groß genug ist, um eine Drehung des Bolzens 24 sogar dann zu verhindern, wenn das Halteelement 48 freigegeben wird. In anderen Fällen kann die Kupplung 52 nach einer vorbestimmten Zeit oder einem vorbestimmten Betrag der Drehung der Mutter 22 freigegeben werden. Der Controller 54 kann verwendet werden, um zu ermitteln, wann die Kupplung 52 außer Eingriff gelangen soll, und um tatsächlich zu bewirken, dass die Kupplung 52 außer Eingriff gelangt. Der Controller 54 kann programmierbar sein, um die Abkopplung basierend auf den speziellen Teilen 26, 28 und dem Bolzen 24 einzustellen, die aneinander befestigt werden. Daher wird mit dem Halte- und Antriebswerkzeug 20 der vorliegenden Erfindung das unerwünschte Drehmoment an dem Halteeinsatz 58 vermieden, was eine verbesserte Haltbarkeit des Werkzeugs und eine verringerte Ausfallzeit ermöglicht.
Obgleich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute, die diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung auszuüben, wie sie durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Halte- und Antriebswerkzeug, um Teile mit einem Bolzen und einer Mutter aneinander zu befestigen, wobei das Werkzeug umfasst: einen Werkzeugkörper, der ein Antriebselement in diesem aufweist, wobei das Antriebselement ausgebildet ist, um durch eine Leistungsquelle drehend angetrieben zu werden; ein Mutter-Antriebselement, das mit dem Antriebselement funktional in Eingriff steht, um durch das Antriebselement angetrieben zu werden, wobei das Mutter-Antriebselement einen Mutter-Eingriffsabschnitt aufweist, der ausgebildet ist, um an der Mutter verschiebbar aufgenommen zu werden und die Mutter relativ zu dem Bolzen zu drehen; ein Halteelement mit einem Halteschaft, der mit einem Halteeinsatz verbunden ist, wobei der Halteeinsatz in dem Mutter-Antriebselement angeordnet und ausgebildet ist, um an einem Haltemerkmal an dem Bolzen verschiebbar aufgenommen zu werden, um zu verhindern, dass sich der Bolzen relativ zu dem Halteelement dreht; und eine Kupplung, die an dem Werkzeugkörper und an dem Halteschaft befestigt ist, wobei die Kupplung ausgebildet ist, um eine Drehung des Halteschafts relativ zu dem Werkzeugkörper selektiv zuzulassen und zu verhindern.
Werkzeug nach Anspruch 1, das ferner umfasst: einen Drehmomentsensor, der mit dem Halte- und Antriebswerkzeug funktional in Eingriff steht, um einen Drehmomentwert zu ermitteln; einen Controller, der mit der Kupplung und dem Drehmomentsensor funktional in Eingriff steht, wobei der Controller ausgebildet ist, um zu bewirken, dass die Kupplung eine Drehung des Halteschafts relativ zu dem Werkzeugkörper zulässt, wenn der Drehmomentsensor einen vorbestimmten Drehmomentwert detektiert.
Werkzeug nach Anspruch 2, wobei der Bolzen ein konischer Bolzen ist und der vorbestimmte Drehmomentwert derart berechnet wird, dass er groß genug ist, sodass eine Reibung zwischen dem konischen Bolzen und den Teilen groß genug ist, um zu verhindern, dass sich der Bolzen dreht, wenn die Mutter auf den Bolzen geschraubt wird.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei der Halteeinsatz eine hexagonale Form ist, die ausgebildet ist, um in eine hexagonal geformte Gegen-Aussparung in dem Bolzen zu passen.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei das Antriebselement ausgebildet ist, um elektrisch angetrieben zu werden.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei das Antriebselement ausgebildet ist, um pneumatisch angetrieben zu werden.
Verfahren, um mehrere Teile unter Verwendung eines Halte- und Antriebswerkzeugs mit einem Bolzen und einer Mutter aneinander zu befestigen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) ein Mutter-Antriebselement in einen Eingriff mit der Mutter gleitet, während ein Halteeinsatz eines Halteelements in einen Eingriff mit einem Haltemerkmal des Bolzens gleitet; (b) eine Kupplung fixiert wird, um zu verhindern, dass sich das Halteelement relativ zu einem Werkzeugkörper des Halte- und Antriebswerkzeugs dreht; (c) das Halte- und Antriebswerkzeug aktiviert wird, um zu bewirken, dass sich das Mutter-Antriebselement dreht und die Mutter auf den Bolzen schraubt; und (d) die Kupplung freigegeben wird, nachdem die Mutter teilweise auf den Bolzen geschraubt ist, um zuzulassen, dass sich das Halteelement relativ zu dem Werkzeugkörper dreht, wodurch der Halteeinsatz nicht länger verhindert, dass sich der Bolzen dreht, während die Mutter auf den Bolzen geschraubt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt (d) ferner dadurch definiert wird, dass ein ausgeübtes Drehmoment detektiert wird und die Kupplung dann freigegeben wird, wenn das ausgeübte Drehmoment einen vorbestimmten Drehmomentwert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Bolzen ein konischer Bolzen ist und der Schritt (d) ferner dadurch definiert wird, dass ein vorbestimmtes Drehmoment detektiert wird, das angibt, dass eine Reibung zwischen dem konischen Bolzen und den mehreren Teilen groß genug ist, um zu verhindern, dass sich der konische Bolzen dreht, und dass die Kupplung dann freigegeben wird, wenn das vorbestimmte Drehmoment erreicht wird.