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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentsteckhülse. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Drehmomentsteckhülse, die einen Freigabemechanismus hat und automatisch gelöst werden kann, wenn ein Drehmoment derselben einen vorgegebenen Wert erreicht.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Drehmomentschlüssel ist ein Handwerkzeug, das in verschiedenen Lebensbereichen häufig verwendet wird. Im Vergleich mit herkömmlichen Befestigungswerkzeugen, wie beispielsweise einer Kneifzange, einem Sechskantschlüssel, usw., kann der Drehmomentschlüssel eine präzisere Kontrollierbarkeit des Befestigungsgrads bereitstellen. Deshalb ist der Drehmomentschlüssel bei der Montage von Komponenten von Fahrzeugen, wie beispielsweise Schiffen, Autos, Flugzeugen, und mechanischen Bühnen, beliebt.
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Eine neue Art von Drehmomentschlüsseln hat eine Funktion zur Freigabe bei einem Drehmoment, wenn dieses einen bestimmten Wert erreicht, wodurch eine punktgenaue Befestigung erreicht werden kann. Jedoch soll der Drehmomentschlüssel als ein Handwerkzeug üblicherweise in verschiedenen Drehmomentzuständen betätigbar sein. Da die Armkraft eines Menschen begrenzt ist, wurde ein Drehmomentverstärker entwickelt, der mit dem Drehmomentschlüssel zusammenwirken kann, um das Drehmoment zu vergrößern.
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Obwohl das Drehmoment durch den Drehmomentverstärker vergrößert werden kann, kann der Drehmomentverstärker jedoch nur eine Vergrößerungsfunktion bereitstellen, welche der Benutzer nur den Einstellungen des Drehmomentschlüssels entsprechend anwenden kann. Dadurch können einige Probleme auftreten, wenn der Drehmomentverstärker benutzt wird. Beispielsweise kann der Benutzer nur das Untersetzungsverhältnis des Drehmomentverstärkers kennen (das auf einen theoretischen Drehmomentverstärkungsfaktor verweist), wobei der reale Drehmomentwert des Drehmomentschlüssels üblicherweise zum Zeitpunkt des Gebrauchs bestimmt wird. Deshalb gibt es einen Unterschied zwischen einem berechneten Wert und einem tatsächlichen Wert. Darüber hinaus hat der Drehmomentverstärker keine automatische Freigabefunktion. Ob das Drehmoment des Drehmomentverstärkers unterbrochen wird, hängt lediglich von dem Messwert des rückgekoppelten Drehmoments von dem Drehmomentschlüssel ab. Jedoch können verschiedene Arbeitsschritte unterschiedliche Befestigungsanforderungen stellen. Obwohl das Drehmoment bei dem gleichen Rückkopplungsdrehmomentwert freigegeben wird, kann es sein, dass das Drehmoment nicht den gleichen Standardwert erreicht.
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Die vorab genannten Beschränkungen in der Anwendung werden dazu führen, dass der Bedienvorgang umständlich ist und das benötigte Drehmoment nicht exakt garantiert werden kann. Beim Zusammenbau von Objekten, die eine exakte mechanische Struktur erfordern, beispielsweise bei Schiffen, Flugzeugtragflächen und Turbinen, ist ein exaktes und konstantes Drehmoment entscheidend für die Sicherheit. Da der herkömmliche Drehmomentverstärker keine Freigabefunktion aufweist, besteht eine Notwendigkeit zur Entwicklung einer neuen Struktur, welche verschiedene Drehmomentzustände präzise widerspiegeln kann.
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KURZFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Drehmomentsteckhülse bereitgestellt. Die Drehmomentsteckhülse beinhaltet eine Eingangsbasis, ein Übertragungsmodul, ein Antriebselement, einen Freigabeschieber, eine Mehrzahl von Drehmomentzahnrädern und ein Drehmomentausgabeelement. Die Eingangsbasis umfasst ein Eingangsende, wobei das Eingangsende mit einem Handwerkzeug verbunden werden kann, und wobei die Eingangsbasis durch das Handwerkzeug gedreht wird. Das Übertragungsmodul beinhaltet ein Antriebselement, eine Getriebewelle und eine Mehrzahl von Übertragungselementen. Das Antriebselement ist mit der Eingangsbasis verbunden und wird durch diese betätigt. Die Getriebewelle ist in dem Antriebselement aufgenommen, wobei ein Ende der Getriebewelle ein Getriebezahnrad aufweist. Die Übertragungselemente werden durch die Getriebewelle begrenzt, wobei die Übertragungselemente mit dem Antriebselement gekoppelt sind, um die Getriebewelle zu drehen. Der Freigabeschieber steht mit den Übertragungselementen in Kontakt und wird durch die Übertragungselemente bewegt. Die Drehmomentzahnräder werden durch die Drehmomentsteckhülse begrenzt, wobei die Drehmomentzahnräder um die Getriebewelle herum angeordnet sind und mit dem Getriebezahnrad in Eingriff stehen. Die Drehmomentzahnräder sind durch das Getriebezahnrad gekoppelt und werden um die Getriebewelle herum gedreht. Das Drehmomentausgabeelement umfasst einen Aufnahmeraum zur Aufnahme der Drehmomentzahnräder, wobei sich die Drehmomentzahnräder drehen und mit dem Aufnahmeraum in Kontakt stehen, wodurch das Drehmomentausgabeelement gedreht wird.
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In einem Beispiel beinhaltet die vorab beschriebene Drehmomentsteckhülse eine Führungsbasis. Die Führungsbasis ist drehbar an der Getriebewelle gelagert und umfasst einen Zahnring. Die Getriebewelle ist in der Führungsbasis aufgenommen. Die Drehmomentzahnräder sind zwischen der Führungsbasis und dem Getriebezahnrad angeordnet, wobei die Drehmomentzahnräder mit der Führungsbasis in Eingriff stehen und durch die Führungsbasis bewegt werden.
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In einem Beispiel beinhaltet die vorab genannte Drehmomentsteckhülse einen Positionierarm. Der Positionierarm ist mit der Führungsbasis verbunden und die Führungsbasis wird durch den Positionierarm positioniert.
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In einem Beispiel sind das Eingangsende, die Getriebewelle und das Drehmomentausgabeelement koaxial angeordnet.
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In einem Beispiel beinhaltet die vorab genannte Drehmomentsteckhülse einen Freigabemechanismus. Der Freigabemechanismus ist zwischen der Eingangsbasis und der Getriebewelle angeordnet, wobei der Freigabemechanismus einen Freigabeschieber, ein elastisches Element und ein Einstellelement beinhaltet. Der Freigabeschieber liegt an den Übertragungselementen an und wird durch die Übertragungselemente bewegt. Das elastische Element liegt an dem Freigabeschieber an und besitzt eine Rückstellkraft. Das Einstellelement liegt an dem elastischen Element an und wird bewegt, um die Rückstellkraft zu justieren. Die Übertragungselemente und das elastische Element sind gegenüber von dem Freigabeschieber angeordnet und die Übertragungselemente werden gegen die Rückstellkraft von dem Antriebselement gedrückt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird durch die Lektüre der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung des Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die folgenden beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei:
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1 eine Explosionsansicht einer Drehmomentsteckhülse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist,
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2 eine Querschnittsansicht der Drehmomentsteckhülse aus 1 ist,
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3 eine schematische Ansicht ist, die eine Übertragung zwischen einem Antriebselement und einem Übertragungselement der Drehmomentsteckhülse aus 1 zeigt,
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4 eine schematische Ansicht ist, die eine Übertragung zwischen einem Getriebezahnrad und einem Drehmomentzahnrad der Drehmomentsteckhülse aus 1 zeigt,
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5A einen Freigabezustand des Übertragungselements aus 1 zeigt, und
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5B eine Querschnittsansicht ist, die einen Drehmomentfreigabezustand der Drehmomentsteckhülse aus 5A zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drehmomentsteckhülse bereitzustellen, welche die Probleme der herkömmlichen Drehmomentverstärker von Drehmomentschlüsseln beseitigen kann. Ein Freigabemechanismus wirkt mit einem Drehmomentausgabeelement zusammen, um einen Drehmomentwert zu erkennen. Ein vorgegebener Drehmomentwert kann durch den Freigabemechanismus eingestellt werden. Wenn ein Drehmomentwert den vorgegebenen Drehmomentwert erreicht, wird die Drehmomentsteckhülse automatisch mit der Ausgabe des Drehmoments aufhören, wodurch eine automatische Freigabefunktion verwirklicht wird.
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1 ist eine Explosionsansicht einer Drehmomentsteckhülse 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Drehmomentsteckhülse 100 beinhaltet eine Eingangsbasis 200, eine Hülse 300, einen Freigabemechanismus 400, ein Übertragungsmodul 500, einen Drehmomentzahnradsatz 600, ein Drehmomentausgabeelement 700, eine Führungsbasis 800 und einen Positionierarm 900. Die Eingangsbasis 200 umfasst ein Eingangsende 201. Die Form des Eingangsendes 201 ist an ein Handwerkzeug (nicht gezeigt) angepasst. Das Eingangsende 201 ist mit dem Handwerkzeug verbunden, sodass das Handwerkzeug die Eingangsbasis 200 drehen kann. Das Handwerkzeug kann ein Drehmomentschlüssel oder ein anderes Handwerkzeug sein, das eine mit dem Eingangsende 201 korrespondierende Form aufweist. Die Hülse 300 steht mit einer Seite der Eingangsbasis 200 in Verbindung. Die Hülse 300 und die Eingangsbasis 200 sind fest verbunden und können ein Drehmoment übertragen. Der Freigabemechanismus 400 beinhaltet einen Freigabeschieber 410, ein elastisches Element 420 und ein Einstellelement 430. Das elastische Element 420 und das Einstellelement 430 sind in der Hülse 300 aufgenommen. Das Übertragungsmodul 500 beinhaltet ein Antriebselement 510, eine Getriebewelle 520, drei Übertragungselemente 530, eine Mehrzahl von Kugeln 540 und ein Gehäuse 550. Die Getriebewelle 520 umfasst ein Getriebezahnrad 521 und ein Kugellager 522. Das Kugellager 522 ist an einer Seite der Getriebewelle 520 angeordnet und wird von dem Getriebezahnrad 521 durchdrungen. Der Drehmomentzahnradsatz 600 beinhaltet drei Drehmomentzahnräder 610. Die Drehmomentzahnräder 610 sind in dem Drehmomentausgabeelement 700 beschränkt und darin aufgenommen. Zwei Stützringe G können an den beiden Seiten des Drehmomentausgabeelements 700 angeordnet sein, um einen Pufferungseffekt bereitzustellen. Die Führungsbasis 800 ist drehbar an der Getriebewelle 520 gelagert. Das Drehmomentausgabeelement 700 und der Drehmomentzahnradsatz 600 sind in der Führungsbasis 800 aufgenommen und eine Mehrzahl von Zähnen 801 ist an einer Innenseite der Führungsbasis 800 ringförmig angeordnet. Der Positionierarm 900 ist mit der Führungsbasis 800 verbunden. Der Positionierarm 900 wird gehalten, um die Führungsbasis 800 zu positionieren. Darüber hinaus sind das Eingangsende 201, die Getriebewelle 520 und das Drehmomentausgabeelement 700 koaxial angeordnet.
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2 ist eine Querschnittsansicht der Drehmomentsteckhülse 100 aus 1. Die Hülse 300 ist mit der Eingangsbasis 200 verbunden und überträgt ein Drehmoment, das durch die Rotation der Eingangsbasis 200 erzeugt wird. Der Freigabemechanismus 400 ist in der Hülse 300 angeordnet und der Freigabeschieber 410, das elastische Element 420 und das Einstellelement 430 sind der Reihe nach verbunden. In dem Ausführungsbeispiel ist der Freigabeschieber 410 eine Kugel und ist in einer kreisförmigen Nut der Getriebewelle 520 aufgenommen, wobei die kreisförmige Nut eine mit der Kugel korrespondierende Form aufweist. Gemäß 1 und 2 kann das elastische Element 420 zwischen einer oberen Platte 440a und einer unteren Platte 440b montiert werden. Die obere Platte 440a hat eine dem Einstellelement 430 entsprechende Form und die untere Platte 440b hat eine dem Freigabeschieber 410 entsprechende Form. In dieser Anordnung kann das elastische Element 420 leicht montiert werden und eine Kraftübertragung des Freigabemechanismus 400 kann stabiler erfolgen.
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In 1 ist gezeigt, dass die Getriebewelle 520 zusätzlich zu einer hohlen kreisförmigen Nut drei Öffnungen umfasst, die mit der hohlen kreisförmigen Nut in Verbindung stehen, wobei die drei Öffnungen zur Aufnahme und Begrenzung der Übertragungselemente 530 dienen. In 2 ist außerdem gezeigt, dass der Freigabeschieber 410 in der kreisförmigen Nut der Getriebewelle 520 aufgenommen ist und tangential an den Übertragungselementen 530 anliegt. Der Freigabeschieber 410, die Übertragungselemente 530 und die Getriebewelle 520 sind alle in dem Antriebselement 510 aufgenommen. Die Kugeln 540 sind um den unteren Teil des Antriebselements 510 herum angeordnet und liegen an einem Gehäuse 550 an. Das Gehäuse 550 ist an der Führungsbasis 800 befestigt. Die Eingangsbasis 200, die Hülse 300 und das Antriebselement 510 können durch Verschrauben oder Verschweißen fest verbunden sein oder können einteilig gefertigt sein, wobei das Antriebselement 510 durch die Eingangsbasis 200 angetrieben werden kann. Dadurch wird das Antriebselement 510 durch die Kugeln 540 begrenzt, wenn ein Benutzer die Eingangsbasis 200 dreht, sodass die Komponenten des Übertragungssystems (beispielsweise die Eingangsbasis 200, das Antriebselement 510, usw.) nicht aus dem Gehäuse 550 entweichen können und sich in Bezug auf das Gehäuse 550 (Drehmomentsteckhülse 100) drehen können.
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Die Einzelheiten des Freigabemechanismus 400 sind nachfolgend beschrieben. Obwohl die Eingangsbasis 200 und die Hülse 300 fest verbunden sind, kann das Einstellelement 430 dennoch in der Hülse 300 bewegt werden, um das Kompressionsmaß des elastischen Elements 420 einzustellen. In einem Beispiel kann eine Mehrzahl von Schraubgewinden in einer Innenseite der Hülse 300 ausgebildet sein und ein Werkzeug kann in das Eingangsende 201 eingesetzt werden, um das Einstellelement 430 anzupassen, wobei das Kompressionsmaß des elastischen Elements 420 exakt eingestellt wird. Da ein Schiebeblock zwischen dem Einstellelement 430 und dem elastischen Element 420 vorgesehen ist, der kugelförmig ist und gedreht werden kann, wird die Regelbarkeit der Kompression des elastischen Elements 420 nicht beeinflusst.
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3 ist eine schematische Ansicht, die eine Übertragung zwischen einem Antriebselement 510 und einem Übertragungselement 530 der Drehmomentsteckhülse 100 aus 1 zeigt. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 2. Gemäß 3 ist eine Innenseite des Antriebselements 510 hohl und umfasst eine Mehrzahl von inneren Zähnen, wobei das Übertragungselement 530 mit den inneren Zähnen in Eingriff steht, und wobei das Übertragungselement 530 die Getriebewelle 520 zur Drehung antreibt. Da das Antriebselement 510 und das Übertragungselement 530 an einer gekrümmten Oberfläche miteinander in Kontakt stehen und frei rollen können, neigt das Übertragungselement 530 dazu, sich von den inneren Zähnen zu lösen, wenn sich das Antriebselement 510 dreht. Allerdings drückt der Freigabeschieber 410 das Übertragungselement 530 konstant nach unten und das Übertragungselement 530 kann nicht vollständig in eine Rille der Getriebewelle 520 bewegt werden. Dadurch kann die Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebselement 510 und der Getriebewelle 520 aufrechterhalten werden.
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4 ist eine schematische Ansicht, die eine Übertragung zwischen einem Getriebezahnrad 521 und einem Drehmomentzahnrad 610 der Drehmomentsteckhülse 100 aus 1 zeigt. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B aus 2. Das Getriebezahnrad 521, der Drehmomentzahnradsatz 600 und das Drehmomentausgabeelement 700 wirken als ein anderes Übertragungssystem der Drehmomentsteckhülse 100 der vorliegenden Erfindung. Das Getriebezahnrad 521 ist in einen mittleren Raum des Drehmomentzahnradsatzes 600 eingesetzt, wobei drei Drehmomentzahnräder 610 mit den inneren ringförmig angeordneten Zähnen 801 der Führungsbasis 800 in Eingriff stehen, wodurch ein Planetengetriebesatz gebildet wird. Darüber hinaus ist der Positionierarm 900 mit der Führungsbasis 800 verbunden und wird durch den Benutzer gehalten. Somit kann die Führungsbasis 800 als in dem Planetengetriebesatz fixiert angesehen werden. Das Drehmomentausgabeelement 700 weist einen Aufnahmeraum 701 auf, wobei drei Drehmomentzahnräder 600 in dem Aufnahmeraum 701 aufgenommen sind. Wenn das Getriebezahnrad 521 durch ein an dem vorderen Ende angelegtes Drehmoment gedreht wird, werden die Drehmomentzahnräder 600 gedreht und umkreisen das Getriebezahnrad 521 und drücken dabei gegen eine Innenwand des Aufnahmeraums 701, wodurch sich das Drehmomentausgabeelement 700 dreht.
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5A zeigt einen Freigabezustand des Übertragungselements 530 aus 1 und 5B ist eine Querschnittsansicht, die einen Drehmomentfreigabezustand der Drehmomentsteckhülse 100 aus 5A zeigt.
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Anders als in 3 ist das Übertragungselement 530 in 5A von den ringförmig angeordneten inneren Zähnen des Antriebselements 510 entkoppelt und kann sich frei verschieben. Ob das Übertragungselement 530, wie in 3 gezeigt ist, in eine Rille der Getriebewelle 520 verschoben ist oder nicht wird durch ein Gleichgewicht zwischen einer Druckkraft, welche das Antriebselement 510 auf das Übertragungselement 530 ausübt, und einer Anpresskraft des Freigabeschiebers 410 bestimmt. Anders ausgedrückt ist die Rückstellkraft F des elastischen Elements 420 größer, wenn das Einstellelement 430 das elastische Element 420 in einem größeren Kompressionsmaß zusammendrückt, wodurch die Anpresskraft des Freigabeschiebers 410 größer ist. Wenn eine Drehmomentrückkopplung von dem Drehmomentausgabeelement 700 zu der Getriebewelle 520 einen vorgegebenen Wert erreicht und der Benutzer das Antriebselement 510 weiterhin dreht, wird das Übertragungselement 530 durch das Antriebselement 510 verschoben und von den inneren Zähnen desselben getrennt, da die Getriebewelle 520 einen größeren Rotationswiderstand hat, und drückt dabei gegen den Freigabeschieber 410. Demzufolge sind die Kräfte des Freigabeschiebers 410 und der Übertragungselemente 530 ausgeglichen, wenn eine Kraft, mit der die Übertragungselemente 530 gegen den Freigabeschieber 410 drücken, genauso groß ist wie die Rückstellkraft F des elastischen Elements 410. Zu diesem Zeitpunkt verliert die Anpresskraft des Freigabeschiebers 410 ihre Wirksamkeit und der Freigabeschieber 410 wird in Richtung des elastischen Elements 420 gedrückt und ausgelöst.
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Der Grad der Drehmomentrückkopplung ist abhängig von der Einstellung des elastischen Elements 420. Wenn die Rückstellkraft F des elastischen Elements 520 beispielsweise so eingestellt ist, dass sie ein Drehmoment von 200 Pfund erlaubt, dann wird das Drehmoment, wenn eine Drehmomentrückkopplung von dem Drehmomentausgabeelement 700 gleich 200 Pfund ist, zunehmen, wenn das Antriebselement 510 weiterhin gedreht wird. Zu diesem Zeitpunkt können das Antriebselement 510 und das Übertragungselement 530, wie in 5A dargestellt ist, tangential aneinander gerollt werden, wobei eine Drehmomentübertragung, die 200 Pfund übersteigt, zu einem Ausfall führt, bei welchem das Drehmoment automatisch entkoppelt wird.
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Was eine Seitenkraft, die das Antriebselement 510 auf das Übertragungselement 530 ausübt, und eine Beziehung zwischen der Seitenkraft und der Rückstellkraft F betrifft, so werden diese durch die Größe und die Position des Übertragungselements 530 und des Freigabeschiebers 410, die Anzahl an Übertragungselementen 530, den Elastizitätskoeffizienten des elastischen Elements 420, usw., beeinflusst. Jedoch ist die Berechnung der vorab beschriebenen Parameter auf dem Gebiet der Mechanik allgemein bekannt. Darüber hinaus gibt es, obwohl in dem Ausführungsbeispiel die Anzahl der Übertragungselemente 530 und der Drehmomentzahnräder 610 jeweils drei beträgt, trotz allem keine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl der Übertragungselemente 530 und der Drehmomentzahnräder 610.
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Zusammenfassend weist die Drehmomentsteckhülse der vorliegenden Erfindung die nachfolgend beschriebenen Vorteile auf. (a) Die Drehmomentsteckhülse kombiniert die Funktionalitäten des Drehmomentverstärkers und einer automatischen Drehmomententkopplung. Deshalb ist sie praktisch in der Handhabung und ein Drehmomentwert kann exakt gemessen werden. (b) Eine neuartige mechanische Struktur für eine Drehmomentsteckhülse wird vorgeschlagen, um die Probleme der herkömmlichen Drehmomentverstärker zu lösen. Die Drehmomentsteckhülse der vorliegenden Erfindung verwendet ein einfaches Freigabemodul, um eine automatische Drehmomententkopplungsfunktion zu erreichen. Der Freigabevorgang des Freigabeschiebers und des Übertragungselements ist dynamisch ausgeglichen, wodurch eine stabile Betätigung gewährleistet wird und eine durch die Feder verursachte Vibration verringert wird. (c) Durch den automatischen Freigabemechanismus der Drehmomentsteckhülse, kann der Drehmomentwert in jedem Arbeitsschritt sichergestellt werden, wodurch die Drehmomentsteckhülse der vorliegenden Erfindung für Einrichtungen geeignet ist, welche eine hohe Montagepräzision erfordern, und imstande ist, einen Drehmomentwert verschiedenen Situationen entsprechend anzupassen. (d) Der Freigabemechanismus ist in der Drehmomentsteckhülse integriert und beim Drehmomententkopplungsvorgang tritt kein mechanischer Abrieb auf und kann deshalb ohne den Austausch von Verbrauchsmaterialien für lange Zeiträume verwendet werden.
