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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Nietmutterwerkzeug, insbesondere ein elektrisches Nietmutterwerkzeug, welches automatisch einen Motor des Werkzeuges dreht, um sich nach Beendigung des Setzens einer Nietmutter von der Nietmutter zu lösen.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Wann immer die Notwendigkeit besteht,mehrere Metallbleche zu verbinden und zu vernieten, können für diesen Zweck Nietmuttern als Alternative zu Nägeln oder Nieten verwendet werden. Eine Nietmutter ist rohrförmig, weist ein Innengewinde auf und durchdringt ein Loch, das durch die zu verbindenden Metallbleche ausgebildet ist. Jede Nietmutter hat einen Kopf und einen Körper. Der Kopf ist an einer Außenseite an einem Ende der Nietmutter ausgebildet und steht daraus radial nach außen hervor. Der Körper ist rohrförmig und weist ein Innengewinde auf, ist an dem Kopf ausgebildet und ragt in Richtung des anderen Endes der Nietmutter hervor und umfasst einen verformbaren Abschnitt, der an einem freien Ende des Körpers ausgebildet ist. Ein elektrisches Nietmutterwerkzeug dreht den Körper einer Nietmutter durch ein Mundstück, das sich mit dem Innengewindeteil des Körpers der Nietmutter verbindet, sodass der verformbare Abschnitt durch eine daraus hervorgehende Scherung verformt wird und der verformbare Abschnitt und der Kopf der Nietmutter zwei Metallbleche verbinden, die von der besagten Nietmutter durchdrungen werden. Sobald die Nietmutter fixiert ist, stellt das elektrische Nietmutterwerkzeug die Drehbewegung des Motors durch eine Sicherheitskreislaufschleife automatisch ab und ein Vorwärts-/Rückwärts-Schaltknopf an dem Nietmutterwerkzeug kann manuell umgeschaltet werden, um den Motor in entgegengesetzter Richtung zu drehen und das elektrische Nietmutterwerkzeug von der Nietmutter zu lösen.
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Aus den vorstehenden Ausführungen ergeben sich die nachfolgend erfassten Nachteile für ein herkömmliches Nietmutterwerkzeug.
- 1. Der Vorwärts-/Rückwärts-Schaltknopf muss manuell umgeschaltet werden, damit sich der Motor vorwärts dreht, um eine Nietmutter in eine vorgesehene Position zu bringen, und sich in entgegengesetzter Richtung dreht, um das herkömmliche Nietmutterwerkzeug von der Nietmutter zu lösen. Eine solche manuelle Bedienung benötigt mehr Zeit und ist weniger effizient im Betrieb.
- 2. Da Nietmuttern verschiedene Spezifikationen haben können, müssen Nietmuttern mit unterschiedlichen Spezifikationen mit unterschiedlichen Drehmomenten fixiert werden. Ein großes Drehmoment kann kleinere Nietmuttern beim Eindrehen beschädigen, während ein zu kleines Drehmoment dazu führen kann, dass der Motor beim Setzen von größeren Nietmuttern übersteuert. Somit wird die Lebensdauer des Motors in einem herkömmlichen Nietmutterwerkzeug verkürzt.
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Die
DE 32 16 696 A1 beschreibt ein Kraftwerkzeug zum Setzen von Gewindedübeln, die nach ihrer Montage eine in der Dübelöffnung sicher festgelegte Mutter darstellen. Ein reversibler Motor kann mittels Umsteuereinrichtungen umgesteuert werden, wenn das vom Kraftwerkzeug ausgeübte Drehmoment einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Zur Umsteuerung können Dehnungsmessstreifen und dergleichen vorgesehen sein.
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Die
DE 198 29 960 A1 betrifft eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung mit in einem Gehäuse vorgesehenem erstem und zweitem Übertragungselement, wobei die beiden Übertragungselemente gegeneinander um eine Drehachse drehbar angeordnet sind. Es ist eine Überlasteinheit zum Übertragen von Drehmomenten vorgesehen, welche einen einstellbaren Wert nicht überschreiten. Eine erste Platte des ersten Übertragungselements ist mit Taschen versehen, in denen erste Mitnehmer sitzen. In einer zweiten Platte mit zweiten Taschen sitzen zweite Mitnehmer. Alle Mitnehmer sind auf mindestens einem Kreis angeordnet, wobei in einer Einkuppelposition der zweiten Mitnehmer jeweils ein erster Mitnehmer mit einem zweiten Mitnehmer in Anlage ist.
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In Anbetracht der vorab genannten Nachteile eines herkömmlichen Nietmutterwerkzeugs ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Nietmutterwerkzeug bereitzustellen, das die Nachteile wirksam beseitigen kann, welche auf dem manuellen Umschalten der Drehung in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung für ein elektrisches Nietmutterwerkzeug beruhen, nämlich dass es zeitaufwändig ist, ineffizient ist, hohe Kosten verursacht und im Betrieb leicht Schäden an der Nietmutter oder dem Motor verursacht.
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IN DEN ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein Funktionsschaltbild für ein elektrisches Nietmutterwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt einen Schaltplan für das elektrische Nietmutterwerkzeug gemäß 1,
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht für ein elektrisches Nietmutterwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung,
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4 zeigt eine Teilansicht für das elektrische Nietmutterwerkzeug gemäß 3 im Querschnitt,
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5 zeigt eine Explosionsteilansicht eines Drehmomentreglers in dem elektrischen Nietmutterwerkzeug gemäß 3, und
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6 zeigt eine Teilansicht des Drehmomentreglers gemäß 5 im Betrieb im Querschnitt.
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Bezugnehmend auf 1 und 2 umfasst ein Steuergerät 10 eines erfindungsgemäßen elektrischen Nietmutterwerkzeugs ein Vorwärts-/Rückwärts-Drehmodul 11, ein Schaltmodul 12, ein Steuermodul 13 und eine Drehmomentmesseinheit 14. Das Steuermodul 13 ist elektrisch mit dem Vorwärts-/Rückwärts-Drehmodul 11, dem Schaltmodul 12 und der Drehmomentmesseinheit 14 verbunden. Das Vorwärts-/Rückwärts-Drehmodul 11 hat eine Eingangsschnittstelle (mit einem Pluspol (+) und einem Minuspol (–)), eine Ausgangsschnittstelle und wenigstens eine Steuerschnittstelle. Der Pluspol und der Minuspol der Eingangsschnittstelle sind elektrisch mit einem Pluspol (+) beziehungsweise einem Minuspol (–) einer externen Gleichstromquelle (DC) 20 verbunden. Die Ausgangsschnittstelle (zwei Lastklemmen) ist elektrisch mit einem Gleichstrommotor 30 verbunden. Die Gleichstromquelle 20 umfasst mehrere Batterien. Der Minuspol (–) der Gleichstromquelle 20 dient gleichzeitig als Erdungsklemme.
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Das Vorwärts-/Rückwärts-Drehmodul 11 umfasst vier Treibertransistoren 111, 112, 113, 114. Jeder der Treibertransistoren 111~114 beinhaltet einen Gate-Anschluss, einen Drain-Anschluss- und einen Source-Anschluss. Die Treibertransistoren 111~114 sind miteinander in Form einer Brückenschaltung verbunden. Anders gesagt ist der Source-Anschluss eines Treibertransistors 111 eines ersten Paares 111, 112 aus den Treibertransistoren 111~114 mit dem Drain-Anschluss des anderen Treibertransistors 112 des ersten Paares 111, 112 aus den Treibertransistoren 111~114 verbunden und ein zweites Paar 113, 114 aus den Treibertransistoren 111~114 ist in gleicher Weise miteinander verbunden. Der zuäußerst liegende Drain-Anschluss und Source-Anschluss des ersten Paares 111, 112 oder des zweiten Paares 113, 114 aus den Treibertransistoren 111~114 dienen als Pluspol und als Minuspol für das Vorwärts-/Rückwärts-Drehmodul. Ein Knotenpunkt in der Reihenschaltung zwischen den Treibertransistoren des ersten Paares 111, 112 und ein Knotenpunkt in der Reihenschaltung zwischen den Treibertransistoren des zweiten Paares 113, 114 dienen als die beiden Lastklemmen des Vorwärts-/Rückwärts-Drehmoduls 11, welche elektrisch mit dem Gleichstrommotor 30 verbunden sind. Der Gate-Anschluss von wenigstens einem der Treibertransistoren 111~114 dient als die mindestens eine Steuerschnittstelle des Vorwärts-/Rückwärts-Drehmoduls 11 und ist elektrisch mit dem Steuermodul 13 verbunden.
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Das Schaltmodul 12 umfasst einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Steueranschluss. Der Eingangsanschluss des Schaltmoduls 12 ist elektrisch mit dem Minuspol (–) der Eingangsschnittstelle des Vorwärts-/Rückwärts-Drehmoduls 11 verbunden. Der Ausgangsanschluss des Schaltmoduls 12 ist elektrisch mit dem Minuspol (–) der Gleichstromquelle 20 verbunden. Der Steueranschluss ist elektrisch mit dem Steuermodul 13 verbunden. Das Schaltmodul 12 beinhaltet einen Widerstand 121 und einen Schalttransistor 122. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Schalttransistor 122 ein Bipolartransistor (BJT) umfassend eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter. Ein Ende des Widerstands 121 ist mit der Basis des Schalttransistors 122 verbunden und das andere Ende des Widerstands 121 dient als Steueranschluss des Schaltmoduls 12. Der Kollektor des Schalttransistors 122 dient als Eingangsanschluss des Schaltmoduls 12. Der Emitter des Schalttransistors 122 dient als Ausgangsanschluss des Schaltmoduls 12 und ist mit der Erdungsklemme verbunden.
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Das Steuermodul 13 ist elektrisch mit der Steuerschnittstelle des Vorwärts-/Rückwärts-Drehmoduls 11 und dem Steueranschluss des Schaltmoduls 12 verbunden. Das Steuermodul 13 empfängt ein Vorwärts-/Rückwärts-Steuersignal, das von der Drehmomentmesseinheit 14 ausgegeben wird, um das Vorwärts-/Rückwärts-Drehmodul 11 zu steuern, damit das Vorwärts-/Rückwärts-Drehmodul 11 die rückwärtige Drehbewegung des Gleichstrommotors 30 antreibt, und kann das Schaltmodul 12 ab- oder anschalten. Wird in der vorliegenden Ausführungsform die Vorwärtsdrehung des Gleichstrommotors 30 angesteuert, so sendet das Steuermodul ein Signal an die Steuerschnittstelle des Vorwärts-/Rückwärts-Drehmoduls 11, um zwei der Treibertransistoren 111, 114 anzuschalten, und sendet darüber hinaus ein weiteres Signal an den Steueranschluss des Schaltmoduls 12, um den Schalttransistor 122 anzuschalten, sodass die Gleichstromquelle 20, das Vorwärts-/Rückwärts-Drehmodul 11, der Gleichstrommotor 30 und das Schaltmodul 12 eine Stromschleife für die Vorwärtsdrehung des Gleichstrommotors 30 bilden. Wenn die rückwärtige Drehung des Gleichstrommotors 30 angesteuert wird, schaltet das Steuermodul 13 die anderen beiden Treibertransistoren 112, 113 und den Schalttransistor 122 an, sodass die Gleichstromquelle 20 den Gleichstrommotor 30 mit einer entgegengesetzt gerichteten Leistung versorgt, sodass sich der Gleichstrommotor 30 in die rückwärtige Richtung dreht.
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Die Drehmomentmesseinheit 14 misst ein Drehmoment, das von dem Gleichstrommotor 30 ausgeübt wird, wenn sich der Gleichstrommotor 30 vorwärts dreht. Wenn das Drehmoment größer als ein voreingestellter Wert ist, so gibt die Drehmomentmesseinheit 14 ein Rückwärtsdrehsignal an das Steuermodul 13 aus. Die Drehmomentmesseinheit 14 umfasst einen Operationsverstärker (U3B). Der Operationsverstärker (U3B) hat einen Pluspol, der als Erfassungsanschluss der Drehmomentmesseinheit 14 dient, und einen Minuspol, der mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers (U3B) verbunden ist.
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Das Steuergerät 10 umfasst darüber hinaus ein Spannungsmessmodul 15, ein Hochspannungsmessmodul 16 und ein Niederspannungsmessmodul 17. Das Spannungsmessmodul 15 ist elektrisch mit dem Pluspol (+) der Gleichstromquelle 20 verbunden. Das Hochspannungsmessmodul 15 ist elektrisch mit dem Steuermodul 13 und dem Spannungsmessmodul 15 verbunden. Das Niederspannungsmessmodul 17 ist elektrisch mit dem Steuermodul 13 und dem Spannungsmessmodul 14 verbunden. Das Spannungsmessmodul 15 dient zur Messung eines Spannungspegels oder einer Spannungsänderung der Gleichstromquelle 20. Das Spannungsmessmodul 15 beinhaltet zwei Widerstände R1, R2, welche in Reihe geschaltet sind, um einen Spannungsteiler zu bilden. Ein äußeres Ende von einem der beiden Widerstände R1 ist mit dem Pluspol (+) der Gleichstromquelle 20 verbunden und ein äußeres Ende des anderen Widerstands R2 ist mit dem Minuspol (–) der Gleichstromquelle 20 verbunden. Ein Knotenpunkt in der Reihenschaltung zwischen den beiden Widerständen R1, R2 dient als Ausgangsanschluss des Spannungsmessmoduls 15. Das Hochspannungsmessmodul 16 dient zum Hochspannungsschutz und beinhaltet einen Operationsverstärker (U1B). Der Operationsverstärker (U1B) umfasst einen Pluspol, der mit einer hohen Bezugsspannung verbunden ist, einen Minuspol, der mit dem Ausgangsanschluss des Spannungsmessmoduls 15 verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss, der mit einer Eingangs-/Ausgangsschnittstelle (I/O) des Steuermoduls 13 verbunden ist. Das Niederspannungsmessmodul 17 dient zum Niederspannungsschutz und beinhaltet einen Operationsverstärker (U2B). Der Operationsverstärker (U2B) umfasst einen Pluspol, der mit dem Ausgangsanschluss (+) des Spannungsmessmoduls 15 verbunden ist, einen Minuspol (–), der mit einer niedrigen Bezugsspannung verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss, die mit einer anderen Eingangs-/Ausgangsschnittstelle des Steuermoduls 13 verbunden ist.
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Aus der vorstehenden Beschreibung folgt, dass das Steuergerät 10 die Drehrichtung des Gleichstrommotors 30 durch die Ansteuerung des Vorwärts-/Rückwärts-Drehmoduls 11 steuert und durch die Steuerung des Schaltmoduls 12 regelt, ob der Gleichstrommotor 30 in Betrieb ist. Wenn ein Rückwärtsdrehsignal von der Drehmomentmesseinheit 14 empfangen wird, steuert das Steuermodul 13 den Gleichstrommotor 30 an, sodass sich dieser anstelle in Vorwärts-Richtung automatisch in rückwärtiger Richtung dreht, sodass der Zeit- und Bedienungsaufwand, welcher für die manuelle Betätigung eines Vorwärts-/Rückwärts-Schaltknopfes benötigt wird, wegfällt.
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Neben dem vorab genannten Steuergerät 10 und dem Gleichstrommotor 30 umfasst ein erfindungsgemäßes elektrisches Nietmutterwerkzeug gemäß 3 und 4 außerdem einen Körper 40, ein Gleichstromversorgungsmodul 50, einen Geschwindigkeitsreduzierer 70 und einen Drehmomentregler 60.
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Das Gleichstromversorgungsmodul 50 kann ein herausnehmbarer und wiederaufladbarer Batteriepack sein. Der Gleichstrommotor 30 umfasst eine Spindel 31.
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Der Geschwindigkeitsreduzierer 70 ist zwischen der Spindel 31 des Gleichstrommotors 30 und dem Drehmomentregler 60 angebracht und damit verbunden und beinhaltet eine Untersetzungsgetriebegruppe 71, eine Ausgabescheibe 72 und eine Nockenscheibe 73. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Untersetzungsgetriebegruppe 71 eine planetarische Untersetzungsgetriebegruppe. Die Untersetzungsgetriebegruppe 71 hat ein Eingangsende, das mit der Spindel 31 des Gleichstrommotors 30 verbunden ist, und ein Ausgangsende. Die Ausgabescheibe 72 ist mit dem Ausgangsende der Untersetzungsgetriebegruppe 71 verbunden. Die Nockenscheibe 73 ist mit der Ausgabescheibe 72 verbunden und wird durch diese angetrieben. Der Geschwindigkeitsreduzierer 70 dient dazu, eine Ausgabeleistung mit hoher Geschwindigkeit und einem niedrigen Drehmoment in eine Ausgabeleistung mit niedriger Geschwindigkeit und einem hohen Drehmoment umzuwandeln.
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Der Drehmomentregler 60 beinhaltet ein Gehäuse, einen Drehmomenteinstellring 61, eine Druckscheibe 62, eine Feder 63 und eine Stahlkugelscheibe 64. Das Gehäuse ist hohl und ist mit dem Körper 40 verbunden und umgibt die Druckscheibe 62, die Feder 63 und die Stahlkugelscheibe 64. Der Drehmomenteinstellring 61 hat ein Innengewindeteil, welches mit dem Gewindeteil an einer Außenseite des Gehäuses verbunden werden kann. Die Druckscheibe 62 ist mit dem Drehmomenteinstellring 61 verbunden und weist eine Durchgangsbohrung auf, die mittig durch die Druckscheibe 62 verläuft. Die Feder 63 ist zwischen der Druckscheibe 62 und der Stahlkugelscheibe 64 angebracht und wird davon zusammengedrückt. Die Stahlkugelscheibe 64 umfasst eine Antriebswelle 65, die durch die Stahlkugelscheibe 64 verläuft und in der Nockenscheibe 73 befestigt ist. Gemäß 5 weist die Stahlkugelscheibe 64 eine Vielzahl an Führungsrillen 641 und eine Vielzahl an Anschlägen 642 auf. Die Führungsrillen 641 und die Anschläge 642 sind ringförmig an einer Seite der Stahlkugelscheibe 64 angeordnet und zeigen zur Nockenscheibe 73. Jeder der Anschläge 642 ist zwischen zwei benachbarten Führungsrillen 641 ausgebildet. Eine Vielzahl an Stahlkugeln 731 ist zwischen den Führungsrillen 641 und der Nockenscheibe 73 eingeklemmt. Wenn das Drehmoment, welches durch die Nockenscheibe 73 erzeugt wird, größer ist als das Drehmoment, das eine Kompressionskraft auf die Feder 63 hervorruft, welche auf die Stahlkugelscheibe 64 wirkt, so können die einzelnen Stahlkugeln 731, welche ursprünglich in einer der Führungsrillen 641 eingeklemmt waren, verschoben werden, um einen zugehörigen Anschlag 642 zu passieren, sodass die Stahlkugelscheibe 64 von der Nockenscheibe 73 weggedrückt wird und sich von dieser löst. Nach dem Durchlaufen des zugehörigen Anschlags 642 treten die einzelnen Stahlkugeln 731 jeweils in die Führungsrille 641 neben der ursprünglichen Führungsrille 641 ein, in welcher die Stahlkugel 731 dann festgehalten wird.
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Gemäß 6 ist die Drehmomentmesseinheit 14 im Inneren des Körpers 40 angebracht, unterhalb des Geschwindigkeitsreduzierers 70 positioniert und dient zur Messung einer Verlagerung der Stahlkugelscheibe 64 des Drehmomentreglers 60. Wenn die Stahlkugelscheibe verschoben (nach links bewegt) wird und somit anzeigt, dass ein ausgegebenes Drehmoment größer als der vorbestimmte Wert ist, wird das Rückwärtsdrehsignal an das Steuergerät 10 gesendet. Die Drehmomentmesseinheit 14 umfasst einen Mikroschalter 141, ein Verbindungselement 142 und eine Druckfeder 143. Der Mikroschalter 141 ist elektrisch mit dem Erfassungsanschluss der Drehmomentmesseinheit 14 verbunden und beinhaltet einen Druckzapfen 1411, der beweglich in dem Mikroschalter 141 angebracht ist. Das Rückwärtsdrehsignal wird entsprechend einer Position ausgegeben, in welche der Druckzapfen 1411 bewegt wird. Das Verbindungselement 142 ist annähernd L-förmig und umfasst ein langes Teilstück und ein kurzes Teilstück. Das kurze Teilstück grenzt an die Stahlkugelscheibe 64 an. Das lange Teilstück grenzt an den Druckzapfen 1411 des Mikroschalters 141 an. Die Druckfeder 143 ist um einen Abschnitt des langen Teilstücks des Verbindungselements 142 angebracht und zwischen dem kurzen Teilstück des Verbindungselements 142 und dem Körper 40 positioniert. Wenn das Verbindungselement 142 eine Schubkraft durch die Stahlkugelscheibe 64 erfährt und dadurch von dem Mikroschalter 141 getrennt wird, bewegt sich der Druckzapfen 1411 aus dem Mikroschalter 141 heraus, sodass jeweils verschiedene Kontaktstellen des Mikroschalters 141 betätigt werden und ein zugehöriges Rückwärtsdrehsignal erzeugt wird. Wenn das Verbindungselement 142 keine Schubkraft durch die Stahlkugelscheibe 64 erfährt, drückt die Druckfeder 143 das Verbindungselement 142 in dessen Ausgangsstellung zurück. Zusammenfassend treibt die Antriebswelle 65 eine Nietmutter vorwärts, um eine Nietmutter zu setzen, wenn das Steuergerät 10 des elektrischen Nietmutterwerkzeugs eine Vorwärtsdrehung des Gleichstrommotors 30 steuert. Die Druckscheibe 62 und die Feder 63 dienen zur Einstellung eines gewünschten vorgegebenen Drehmomentwertes. Wenn die aufgrund des Drehmoments, welches von der an der Antriebswelle 65 befestigten Nockenscheibe 73 erzeugt wird, wirkende Kraft an der Feder größer ist als die Kompressionskraft der Feder 63, welche auf die Stahlkugelscheibe 64 wirkt, so wird dadurch angezeigt, dass das durch die an der Antriebswelle 65 befestigte Nockenscheibe 73 ausgegebene Drehmoment den voreingestellten Drehmomentwert bereits übersteigt und die Stahlkugelscheibe 64 wird verlagert, sodass die Drehmomentmesseinheit 14 das Rückwärtsdrehsignal an das Steuergerät 10 sendet. Das Steuermodul 13 des Steuergeräts 10 steuert den Gleichstrommotor 30 dann derart an, damit sich dieser in die entgegengesetzte Richtung dreht, sodass das elektrische Nietmutterwerkzeug von der Nietmutter gelöst wird. Somit können die Nachteile herkömmlicher elektrischer Einnietwerkzeuge aufgrund des manuellen Umschaltens zwischen einer Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Motors, nämlich dass sie zeitaufwendig sind, ineffizient sind, hohe Kosten erzeugen und im Betrieb leicht Schäden an der Nietmutter oder dem Motor verursachen, wirksam beseitigt werden.
