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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Elektro-Schraubendreher, der ein Drehmoment zum Anziehen einer Schraube effektiv übertragen kann und die Drehmomentenübertragung aufheben kann.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In der
DE 25 57 114 A1 wird eine Kupplung mit Drehmomentbegrenzung beschrieben, bei der das Antriebselement und das benachbarte angetriebene Element durch eine Schraubenfeder miteinander durch Reibungseingriff verbunden sind.
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In der
DE 28 12126 A1 wird ein mit Druckfluid betriebener Schraubendreher mit einer auf einer antriebsseitigen und einer abtriebsseitigen Kupplungshälfte bestehenden Rutschkupplung sowie einen beim Durchrutschen der Kupplung ein Schließventil in der Druckfluidversorgungsleitung betätigenden Auslösemechanismus beschrieben.
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Die
US 58 81 855 A beschreibt einen Schraubendreher, der eine Federkupplungsbaugruppe aufweist, die in Antwort auf ein Drehmoment beim Anziehen einer Schraube die Drehmomentübertragung aufheben kann.
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Die
US 33 70 680 A1 beschreibt einen Schraubendreher, der in Antwort auf eine vorbestimmte Drehmomentsbelastung automatisch eine Kupplung öffnen und einen Motor stoppen kann und die Kupplung eine Feder aufweist, die ein angetriebenes und antreibendes Element miteinander verbindet.
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Ein Elektro-Schraubendreher ist in der
japanischen ungeprüften, veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 61-219581 beschrieben. Der bekannte Schraubendreher umfasst einen geräuscharmen Kupplungsmechanismus, um ein Werkzeug mit einem Motor zu verbinden, um das Rotationsdrehmoment des Motors an das Werkzeug zu übertragen. Die geräuscharme Kupplung umfasst Kupplungselemente mit Kupplungszähnen, die miteinander in Eingriff gebracht werden können, um das Motordrehmoment an das Werkzeug zu übertragen. Durch die Verwendung des geräuscharmen Kupplungsmechanismus können die Kupplungselemente umgehend gelöst werden, um die Übertragung des Rotationsdrehmoments des Antriebsmotors zu beenden, wenn die Schraube in eine vorbestimmte Tiefe in Bezug auf das Werkstück angezogen ist. Folglich können Geräusche und Vibrationen während des Anziehens der Schraube vermieden werden.
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Bei dem bekannten Schraubendreher ist der geräuscharme Kupplungsmechanismus zwischen einem sich drehenden Element auf der Motorseite und einem sich drehenden Element auf der Werkzeugseite angebracht. Um das Rotationsdrehmoment des Motors an das Werkzeug zu übertragen, bringt der Benutzer des Schraubendrehers eine Drucklast auf den Schraubendreher auf, wobei er das Werkzeug auf dem Werkstück im Anschlag hält. Dabei bewegt sich das sich drehende Element auf der Werkzeugseite in Richtung auf das sich drehende Element auf der Motorseite und gelangt mit ihm in Eingriff. Folglich wird das Motordrehmoment an das Werkzeug über die beiden sich drehenden Elemente übertragen, die miteinander in Eingriff gelangt sind.
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Bei der oben beschriebenen bekannten Technik muss der Benutzer eine Drucklast auf den Schraubendreher aufbringen, um die Drehmomentübertragung vom Motor an das Werkzeug über die wechselseitig in Eingriff gebrachten sich drehenden Elemente aufrecht zu erhalten. Andernfalls wird die Drehmomentübertragung aufgehoben, wenn die Drucklast des Benutzers nicht auf den Schraubendreher aufgebracht wird. Bei einer Schraube, wie zum Beispiel einem Kreuzgelenk, die in einem verhältnismäßig engen Arbeitsraum angezogen wird, kann es jedoch für den Benutzer des bekannten Schraubendrehers schwierig sein, kontinuierlich eine Drucklast auf den Schraubendreher während des Anziehens der Schraube aufzubringen.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektro-Schraubendreher vorzusehen, der ein Drehmoment zum Anziehen einer Schraube effizient übertragen kann und die Drehmomentenübertragung beenden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein repräsentativer Schraubendreher einen Motor, ein erstes und ein zweites sich drehendes Element, ein Werkzeug, eine Drehmomentenübertragungsfeder und eine Einrichtung zum Aufheben der Drehmomentenübertragung. Die Drehmomentenübertragungsfeder überträgt das Rotationsdrehmoment des Motors von dem ersten sich drehenden Element zum zweiten sich drehenden Element, um das Werkzeug anzutreiben, indem sie sich eng um das erste sich drehende Element und das zweite sich drehende Element windet, wenn der Motor das erste sich drehende Element in einer vorbestimmten Rotationsrichtung zur Rotation antreibt. Ferner bewegt sich die Einrichtung zum Aufheben der Drehmomentenübertragung in der Axialrichtung des ersten sich drehenden Elements oder des zweiten sich drehenden Elements als Antwort auf das Drehmoment beim Anziehen der Schraube. Durch eine solche Bewegung hebt die Einrichtung zum Aufheben der Drehmomentenübertragung die enge Windung der Drehmomentenübertragungsfeder um zumindest entweder das erste sich drehende Element oder das zweite sich drehende Element auf und hebt die Übertragung des Rotationsdrehmoments des Motors an das Werkzeug auf.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Rotationsdrehmoment des Motors durch die Drehmomentenübertragungsfeder übertragen werden, die eng um die sich drehenden Elemente gewickelt ist, und daher kann das Motordrehmoment ohne jede Drucklast des Benutzers auf den Schraubendreher übertragen werden. Ferner kann die Einrichtung zum Aufheben der Drehmomentenübertragung unmittelbar die Drehmomentenübertragung als Antwort auf das Drehmoment beim Anzeihen der Schraube aufheben. Somit kann der repräsentative Schraubendreher effizient ein Drehmoment zum Anziehen einer Schraube übertragen und die Drehmomentenübertragung beenden.
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Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind direkt nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen verständlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen wesentlichen Teil eines Elektro-Schraubendrehers gemäß der repräsentativen Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt den Elektro-Schraubendreher in dem Zustand, in dem die enge Wicklung einer Drehmomentenübertragungsfeder um eine erste Spindel aufgehoben ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER REPRÄSENTATIVEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Gemäß den vorliegenden Lehren umfasst ein repräsentativer Elektro-Schraubendreher einen Motor, ein erstes sich drehendes Element, ein zweites sich drehendes Element und ein Werkzeug. Das erste sich drehende Element wird durch den Motor angetrieben. Ein Wechselstrommotor, ein bürstenloser Gleichstrommotor oder andere verschiedene Motoren können als Motor verwendet werden. Vorzugsweise ist das erste sich drehende Element mit dem Motor über einen Geschwindigkeits-Reduktionsmechanismus verbunden, der beispielsweise Planetenräder etc. verwendet. Das zweite sich drehende Element ist dazu angepasst, sich durch Aufnahme des Rotationsdrehmoments des ersten sich drehenden Elements zu drehen.
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Das Werkzeug wird zur Drehung über das erste sich drehende Element und das zweite sich drehende Element zum Anziehen einer Schraube angetrieben. Gemäß den vorliegenden Lehren wird eine Drehmomentenübertragungsfeder verwendet, um das Rotationsdrehmoment des Motors von dem ersten sich drehenden Element zu dem zweiten sich drehenden Element zu übertragen. Die Drehmomentenübertragungsfeder wickelt sich eng um das erste sich drehende Element und das zweite sich drehende Element, wenn der Motor betrieben wird, um das erste sich drehende Element in einer vorbestimmten Richtung zu drehen. Somit wird das Motordrehmoment von dem ersten sich drehenden Element zu dem zweiten sich drehenden Element übertragen. Ein Schraubendreher-Werkzeugaufsatz entspricht typischerweise dem ”Werkzeug” gemäß der vorliegenden Erfindung. Als ”Drehmomentenübertragungsfeder” kann beispielsweise geeigneterweise ein Vierkantring verwendet werden.
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Ferner ist gemäß den vorliegenden Lehren eine Einrichtung zum Aufheben der Drehmomentenübertragung vorgesehen, um zu verhindern, dass die Drehmomentenübertragungsfeder das Motordrehmoment überträgt. Die Einrichtung zum Aufheben einer Drehmomentenübertragung bewegt sich in der Axialrichtung des ersten sich drehenden Elements oder des zweiten sich drehenden Elements als Antwort auf das Drehmoment beim Anziehen der Schraube. Somit hebt die Einrichtung zum Aufheben der Drehmomentenübertragung die enge Wicklung der Drehmomentenübertragungsfeder um zumindest entweder das erste sich drehende Element oder das zweite sich drehende Element auf. Folglich wird die Übertragung des Rotationsdrehmoments des Motors vom ersten sich drehenden Element zum zweiten sich drehenden Element aufgehoben. Vorzugsweise hebt die Einrichtung zum Aufheben der Drehmomentenübertragung die Übertragung des Motordrehmoments in Abhängigkeit von dem Schraubenanzugsdrehmoment rasch und sicher auf. Durch solch eine Konstruktion kann die Effektivität im Hinblick auf eine geräuscharme Kupplung sichergestellt werden.
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Die Einrichtung zum Aufheben einer Drehmomentenübertragung kann derart konfiguriert und angeordnet sein, dass sie die enge Windung der Drehmomentenübertragungsfeder um das erste sich drehende Element oder das zweite sich drehende Element oder beide Elemente aufhebt. Um eine solche enge Windung aufzuheben, kann beispielsweise das Ende der Drehmomentenübertragungsfeder arretiert werden. Folglich kann sich die Drehmomentenübertragungsfeder relativ zu dem sich drehenden Element drehen, so dass sie nicht länger eng um das sich drehende Element gewunden werden kann. Oder die Drehmomentenübertragungsfeder kann relativ zu dem sich drehenden Element in einer Richtung entgegengesetzt zur Windungsrichtung der Drehmomentenübertragungsfeder um das sich drehende Element gedreht werden, so dass die enge Windung um das sich drehende Element positiv aufgehoben werden kann. Im Hinblick auf die Bewegung ”als Antwort auf das Drehmoment beim Anziehen der Schraube” kann beispielsweise die Drehmomentenübertragung aufgehoben werden, wenn das Anziehen der Schrauben auf dem Werkstück nahezu fertiggestellt ist und das Drehmoment beim Anziehen der Schraube ein vorbestimmtes Drehmoment übertrifft.
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Bei dem Schraubendreher gemäß den vorliegenden Lehren wird das Antriebsdrehmoment des Motors von dem ersten sich drehenden Element zu dem zweiten sich drehenden Element über die Drehmomentenübertragungsfeder übertragen. Ferner ist die Einrichtung zum Aufheben einer Drehmomentenübertragung dazu angepasst, geeignet eine solche Übertragung des Motordrehmoments als Antwort auf das Drehmoment beim Anziehen der Schraube aufzuheben und auszulöschen. Daher muss der Benutzer des Schraubendrehers keine Drucklast auf den Schraubendreher wie bei der bekannten Technik aufbringen, um die sich drehenden Elemente miteinander in Eingriff zu bringen. Somit kann das Anziehen einer Schraube effizient durchgeführt werden.
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Vorzugsweise gelangt die Einrichtung zum Aufheben der Drehmomentenübertragung derart mit der Drehmomentenübertragungsfeder in Eingriff, dass sie verhindert, dass die Drehmomentenübertragungsfeder eng in der Rotationsrichtung des ersten sich drehenden Elements gewunden wird, so dass die Einrichtung zum Aufheben der Drehmomentenübertragung die enge Windung der Drehmomentenübertragungsfeder um das erste sich drehende Element aufhebt. Eine Übertragung des Motordrehmoments und deren Freigabe können einfach durch das Aufheben der engen Windung der Drehmomentenübertragungsfeder um das erste sich drehende Element kontrolliert werden. Um mit der Drehmomentenübertragungsfeder in Eingriff zu gelangen, kann das Ende der Drehmomentenübertragungsfeder vorzugsweise typischerweise derart in Eingriff sein, dass es sich in der Rotationsrichtung des ersten sich drehenden Elements nicht bewegen kann.
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Vorzugsweise umfasst der Schraubendreher ein drittes sich drehendes Element, das angrenzend an das zweite sich drehende Element und in der Umgebung des Werkzeugs angebracht ist. Das zweite sich drehende Element kann mit dem dritten sich drehenden Element über ein Kupplungselement verbunden sein. Ferner kann das Kupplungselement dazu angepasst sein, sich in Richtung auf das erste sich drehende Element in der Axialrichtung als Antwort auf das Drehmoment beim Anziehen der Schraube zu bewegen. Die enge Windung der Drehmomentenübertragungsfeder um das erste sich drehende Element kann als Antwort auf die axiale Bewegung des Kupplungselements durchgeführt oder aufgehoben werden. Insbesondere ist das Kupplungselement zwischen dem zweiten sich drehenden Element und dem dritten sich drehenden Element angebracht und bewegt sich derart in Richtung auf das erste sich drehende Element in der Axialrichtung als Antwort auf das Schraubenanzugsdrehmoment, dass die enge Windung der Drehmomentenübertragungsfeder um das erste sich drehende Element durchgeführt oder aufgehoben wird. Durch das Vorsehen eines solchen Kupplungselements, das sich in der Axialrichtung derart bewegt, dass die enge Windung der Drehmomentenübertragungsfeder kontrolliert wird, kann die Struktur des Schraubendrehers verkleinert werden.
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Vorzugsweise umfasst das Kupplungselement ein Eingriffselement, das sich in Richtung auf das erste sich drehende Element erstreckt. Das Kupplungselement kann in Richtung auf das dritte sich drehende Element durch eine Feder gedrückt werden. Vorzugsweise kann das Kupplungselement dazu angepasst sein, sich in Richtung auf das erste sich drehende Element gegen die vorbelastende Kraft der Feder zu bewegen, wenn das Drehmoment beim Anziehen der Schraube ein vorbestimmtes Drehmoment übertrifft. Wenn sich das Kupplungselement in Richtung auf das erste sich drehende Element bewegt, gelangt das Eingriffselement mit der Drehmomentenübertragungsfeder in Eingriff, so dass die enge Windung der Drehmomentenübertragungsfeder um das erste sich drehende Element aufgehoben wird. Das Kupplungselement ist dazu angepasst, sich durch oder gegen die vorbelastende Kraft der Feder zu bewegen, so dass die enge Windung der Drehmomentenübertragungsfeder und ihre Freigabe über das Kupplungselement zuverlässig kontrolliert werden können.
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Ferner kann vorzugsweise der Schraubendreher derart konfiguriert sein, dass er das Rotationsdrehmoment des Motors an das Werkzeug über einen ersten Drehmomentenübertragungsweg und einen zweiten Drehmomentenübertragungsweg überträgt. Bei dem ersten Drehmomentenübertragungsweg wird das Rotationsdrehmoment des Motors von dem ersten sich drehenden Element zu dem Werkzeug über die Drehmomentenübertragungsfeder und das zweite sich drehende Element übertragen. Wenn der Motor in einer umgekehrten Richtung gedreht wird, so dass die Drehmomentenübertragung durch die Drehmomentenübertragungsfeder aufgehoben wird, wird das Drehmoment des Motors, der sich in der Rückwärtsrichtung dreht, von dem ersten sich drehenden Element an das Werkzeug über eine Richtungskupplung über den zweiten Drehmomentenübertragungsweg übertragen. Insbesondere wenn der Motor in einer Vorwärtsrichtung gedreht wird, wie oben beschrieben, wird das Rotationsdrehmoment des Motors von dem ersten sich drehenden Element zu dem zweiten sich drehenden Element übertragen, wobei die Drehmomentenübertragungsfeder verwendet wird. Wenn andererseits der Motor in einer Rückwärtsrichtung gedreht wird, wird die Drehmomentenübertragung durch die Drehmomentenübertragungsfeder aufgehoben. In diesem Zustand wird das Motordrehmoment von dem ersten sich drehenden Element an das Werkzeug unter Verwendung einer Richtungskupplung übertragen. Durch eine solche Konstruktion kann das Motordrehmoment effizient während der Rotation des Motors in der Rückwärtsrichtung ebenso wie in der Vorwärtsrichtung übertragen werden.
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Alle die zusätzlichen Merkmale und Verfahrensschritte, die oben und unten erörtert werden, können getrennt oder in Verbindung mit anderen Merkmalen und Verfahrensschritten verwendet werden, um verbesserte Schraubendreher und ein Verfahren zur Verwendung solcher Schraubendreher und der darin verwendeten Einrichtungen vorzusehen. Repräsentative Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nun im Einzelnen unter Verweis auf die Zeichnungen beschrieben, wobei die verwendeten Beispiele viele dieser zusätzlichen Merkmale und Verfahrensschritte in Verbindung verwenden. Diese detaillierte Beschreibung soll lediglich einem Fachmann weitere Einzelheiten zum Umsetzen bevorzugter Aspekte der vorliegenden Lehren in die Praxis lehren und soll den Rahmen der Erfindung nicht begrenzen. Lediglich die Ansprüche definieren den Rahmen der beanspruchten Erfindung. Daher müssen Kombinationen von Merkmalen und innerhalb der folgenden detaillierten Beschreibung erörterte Schritte nicht unbedingt die Erfindung in ihrem breitesten Sinn in die Praxis umsetzen und sind stattdessen lediglich dazu vorgesehen, speziell einige repräsentative Beispiele der Erfindung zu beschreiben, von denen nun eine detaillierte Beschreibung unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird.
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1 zeigt einen beispielhaften Elektro-Schraubendreher 100 gemäß den vorliegenden Lehren. In 1 ist jedoch lediglich ein wesentlicher Teil des Körpers 112 des Schraubendrehers 100 dargestellt, wie beispielsweise ein Motorgehäuse 110, ein Zahnradgehäuse 111 und eine Hülse 110a, die mit dem Zahnradgehäuse 111 verbunden ist. Im Gegensatz dazu ist ein Griffbereich, der mit dem Körper 112 verbunden ist, in den Zeichnungen nicht gesondert dargestellt.
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Der Schraubendreher 100 umfasst einen Motor 113, eine erste Spindel 120, eine zweite Spindel 130, eine dritte Spindel 150, einen Werkzeugaufsatz 123, einen Kupplungsnocken 140, eine Vierkantfeder 160, eine Einrichtung 145 zum Aufheben der Drehmomentenübertragung, eine Feder 171 und eine Justiereinrichtung 172 für die Vorspannkraft der Feder. Diese Komponenten sind innerhalb des Körpers 112 angebracht.
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Die erste Spindel 120 ist ein Merkmal, das einem ”ersten sich drehenden Element” gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht, der Werkzeugaufsatz 123 entspricht einem ”Werkzeug”, die zweite Spindel 130 entspricht einem ”zweiten sich drehenden Element”, der Kupplungsnocken 140 entspricht einem ”Kupplungselement”, die dritte Spindel 150 entspricht einem ”dritten sich drehenden Element” und die Vierkantfeder 160 entspricht einer ”Drehmomentenübertragungsfeder”.
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Eine Ausgangswelle 113a des Motors 113 ist mit der ersten Spindel 120 über einen Geschwindigkeits-Reduktion-Mechanismus 115 verbunden, der ein Untersetzungszahnrad 116 umfasst. Aus Einfachheitsgründen sind jedoch andere Teile des Geschwindigkeits-Reduktion-Mechanismus 115 außer dem Untersetzungszahnrad 116 in den Zeichnungen nicht speziell dargestellt. Der Geschwindigkeits-Reduktions-Mechanismus 115 kann ein bekanntes Untersetzungsgetriebe umfassen.
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Die erste Spindel 120 umfasst einen Bereich großen Durchmessers 120a und einen Bereich kleinen Durchmessers 120b, der sich an dem Bereich großen Durchmessers 120a fortsetzt. Die zweite Spindel 130 weist eine hohle hülsenartige Gestalt auf und ist lose um den Bereich kleinen Durchmessers 120b der ersten Spindel 120 aufgesetzt. Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Bereich kleinen Durchmessers 120b der ersten Spindel 120 in den hohlen Bereich der zweiten Spindel 130 eingeführt. Dabei ist die äußere Umfangsoberfläche des Bereichs großen Durchmessers 120a der ersten Spindel 120 fluchtend zur äußeren Umfangsoberfläche der zweiten Spindel 130. Die zweite Spindel 130, die lose um die erste Spindel 120 aufgesetzt ist, ist koaxial zur ersten Spindel 120 und kann sich in Bezug auf die erste Spindel 120 drehen.
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Eine Feder 160, die einen quadratischen Querschnitt aufweist (unten einfach als ”quadratische Feder 160” bezeichnet), ist über einen schwachen Presssitz aufgesetzt und erstreckt sich um den Bereich großen Durchmessers 120a der ersten Spindel 120 und der zweiten Spindel 130. Die quadratische Feder 160 umfasst eine Wicklung, die einen quadratischen Querschnitt aufweist und ist gegen den Uhrzeigersinn betrachtet vom Motor 113 aus gewickelt. Ein Ende 161 der quadratischen Feder 160 kann sich in der Rotationsrichtung der ersten Spindel 120 derart bewegen, dass die quadratische Feder 160 eng um den Bereich großen Durchmessers 120a der ersten Spindel 120 und die zweite Spindel 130 gewunden wird. Mit anderen Worten stellt der Windungsbereich der quadratischen Feder 160 einen Kontakt zu den Umfangsoberflächen von jeweils der ersten und der zweiten Spindel 120, 130 her.
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Die quadratische Feder 160 kann eng um die erste Spindel 120 gewunden werden, wenn sich das Ende 161 der quadratischen Feder 160 leicht in der Rotationsrichtung der ersten Spindel 120 bewegen kann. Auf der anderen Seite kann die quadratische Feder 160 nicht eng um die erste Spindel 120 gewunden werden, wenn die quadratische Feder 160 derart arretiert ist, dass sich das Ende 161 der quadratischen Feder 160 in der Rotationsrichtung der ersten Spindel 120 nicht bewegen kann. Bei der repräsentativen Ausführungsform wird die quadratische Feder 160 normalerweise eng um die erste Spindel 120 gewunden, wenn der Motor 113 die erste Spindel 120 in der Vorwärtsrichtung oder im Uhrzeigersinn betrachtet von der Seite des Motors 113 zur Drehung antreibt.
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Das Ende 161 (das rechte Ende betrachtet in der Zeichnung) der quadratischen Feder 160 ist an einer Anschlagplatte 163 befestigt. Die Anschlagplatte 163 ist auf dem Bereich großen Durchmessers 120a der ersten Spindel 120 angebracht und benachbart zu dem Untersetzungszahnrad 116 vorgesehen. Die Anschlagplatte 163 dreht sich normal zusammen mit der ersten Spindel 120 durch die Reibung zwischen der Anschlagplatte 163 und der Umfangsoberfläche des Bereichs großen Durchmessers 120a und der Seitenoberfläche des Untersetzungszahnrads 116. Wenn ein Anschlagstift 146 jedoch die Anschlagplatte 163 arretiert und eine Rotation der Anschlagplatte 163 zusammen mit der ersten Spindel 120 verhindert, kann sich die Anschlagplatte 163 relativ in Bezug auf die erste Spindel 120 und das Untersetzungszahnrad 116 über ein Lager 165 drehen.
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Ein Kupplungsnocken 140 ist an dem linken Endbereich der zweiten Spindel 130 vorgesehen. Eine Vertiefung 132 ist in dem linken Endbereich der zweiten Spindel 130 geformt, und eine Stahlkugel 143 ist innerhalb der Vertiefung 132 angebracht. Der Kupplungsnocken 140 kann sich um die Axiallänge der Vertiefung 132 in der Axialrichtung der zweiten Spindel 130 bewegen, wenn sich die Stahlkugel 143 innerhalb der Vertiefung 132 bewegt. Ferner dreht sich der Kupplungsnocken 140 zusammen mit der zweiten Spindel 130 mittels der Stahlkugel 143, die innerhalb der Vertiefung 132 gehalten wird. Der Kupplungsnocken 140 und die dritte Spindel 150 weisen jeweils Eingriffszähne 141, 151 auf. Die Zähne 141 und 151 sind miteinander gemäß 1 in Eingriff. Wenn es auch in den Zeichnungen nicht speziell dargestellt ist, weisen die Zähne 141, 151 Eingriffsoberflächen auf, die in Bezug aufeinander geneigt sind. Als Antwort auf die Drehmomentenübertragung zwischen den Zähnen 141 und 151 können die Zähne 141, 151 vollständig miteinander in Eingriff gelangen. Andernfalls kann einer der Zähne 141 und der Zähne 151 relativ zu dem anderen entlang der Eingriffsoberflächen gleiten, so dass sich der Kupplungsnocken 140 und die dritte Spindel 150 in der Axialrichtung voneinander weg bewegen können. In dem in 1 gezeigten Zustand bewegt sich die Stahlkugel 143 zu dem linken Ende der Vertiefung 132 innerhalb der Vertiefung 132. Ferner befindet sich der Kupplungsnocken 140 in der Nähe der dritten Spindel 150. In diesem Zustand sind die Zähne 141 und 151 miteinander in Eingriff. Folglich drehen sich die zweite Spindel 130 und die dritte Spindel 150 zusammen. Die Vertiefung 132 kann sich schräg in Bezug auf die Axialrichtung der zweiten Spindel 130 erstrecken. In diesem Fall können sich der Kupplungsnocken 140 und die dritte Spindel 150 relativ zueinander in der Axialrichtung durch die Relativbewegung zwischen der Stahlkugel 143 und der Vertiefung 132 bewegen. Daher müssen die Zähne 141, 151 nicht unbedingt Eingriffsoberflächen aufweisen, die in Bezug aufeinander geneigt sind.
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Der Kupplungsnocken 140 wird in Richtung auf die dritte Spindel 150 durch die Vorspannkraft der Feder 171 gedrückt, so dass die Zähne 141 und 151 normalerweise miteinander in Eingriff sind. Die Vorspannkraft der Feder 171, die auf den Kupplungsnocken 140 ausgeübt wird, kann durch eine Justiereinrichtung 172 für die Vorspannkraft der Feder verändert werden. Insbesondere ist ein Ende (das rechte Ende betrachtet in 1) der Feder 171 mit der Justiereinrichtung 172 für die Vorspannkraft der Feder verbunden. Die Justiereinrichtung 172 für die Vorspannkraft der Feder umfasst eine Stützunterlegscheibe 179 für die Feder, eine Hülse 177 zum Justieren eines Drehmoments, einen Stift 175 zum Justieren eines Drehmoments und einen Ring 173 zum Justieren eines Drehmoments. Wenn der Benutzer des Schraubendrehers den Ring 173 zum Justieren des Drehmoments dreht, bewegt sich die Hülse 177 zum Justieren des Drehmoments in der axialen Richtung über den Stift 175 zum Justieren des Drehmoments. Folglich ändern sich das Ausmaß der Kontraktion der Feder 171 und entsprechend die Vorspannkraft der Feder 171, die auf den Kupplungsnocken 140 ausgeübt wird.
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Ferner ist ein stabartiger Anschlagstift 146 mit dem Kupplungsnocken 140 verbunden. Der Anschlagstift 146 erstreckt sich in der Axialrichtung der ersten Spindel 120 und der zweiten Spindel 130. Der Anschlagstift 146 kann sich relativ zu dem Kupplungsnocken 140 drehen. Wenn sich der Kupplungsnocken 140 in der Axialrichtung der zweiten Spindel 130 bewegt, bewegt sich ferner der Anschlagstift 146 in der axialen Richtung zusammen mit dem Kupplungsnocken 140. Insbesondere wenn sich der Kupplungsnocken 140 zusammen mit der zweiten Spindel 130 dreht, wird die Rotationsbewegung nicht an den Anschlagstift 146 übertragen, so dass der Anschlagstift 146 in einer vorbestimmten Position gehalten wird. Wenn sich der Kupplungsnocken 140 andererseits in der Axialrichtung der zweiten Spindel 130 bewegt, bewegt sich der Anschlagstift 146 in der Axialrichtung der zweiten Spindel 130 zusammen mit dem Kupplungsnocken 140. Die Axiallänge der Vertiefung 132 der zweiten Spindel 130 definiert die Strecke der Bewegung des Kupplungsnockens 140 und auch des Anschlagstifts 146.
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Wenn der Kupplungsnocken 140 in Richtung auf die dritte Spindel 150 durch die Vorspannkraft der Feder 171 gedrückt wird, wird der Anschlagstift 146 entfernt von der Anschlagplatte 163 gehalten. Wenn das Drehmoment beim Anziehen der Schraube jedoch ein vorbestimmtes Drehmoment übersteigt, wie es unten genau beschrieben wird, bewegt sich der Kupplungsnocken 140 nach rechts betrachtet in der Zeichnung in der Axialrichtung der zweiten Spindel 130. Folglich stößt der Anschlagstift 146 gegen einen zahnradartigen Eingriffsbereich 163a für den Anschlagstift auf der Anschlagplatte 163 und gelangt damit in Eingriff. Somit gelangt der Anschlagstift 146 mit der Anschlagplatte 163 in Eingriff und hält sie. Da die Rotationsbewegung des Kupplungsnockens 140 in diesem Zustand nicht an die Anschlagplatte 163 übertragen wird, wird eine Rotation der Anschlagplatte 163 zusammen mit der ersten Spindel 120 verhindert.
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Folglich wird verhindert, dass sich die quadratische Feder 160 zusammen mit der Rotation der ersten Spindel 120 dreht. Folglich wird verhindert, dass sich das Ende 161 der quadratischen Feder 160 etwas in der Rotationsrichtung der ersten Spindel 120 bewegt. In diesem Zustand kann die quadratische Feder 160 nicht länger eng um den Bereich großen Durchmessers 120a der ersten Spindel 120 gewunden werden. Der Windungseingriff der quadratischen Feder 160 auf der ersten Spindel 120 wird somit gelöst. Folglich wird die quadratische Feder 160 gelockert und das Rotationsdrehmoment des Motors 113 kann nicht von der ersten Spindel 120 zur zweiten Spindel 130 übertragen werden, und daher dreht sich die erste Spindel 120 im Leerlauf.
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Ferner ist das linke Ende (betrachtet in der Zeichnung) der ersten Spindel 120 mit der dritten Spindel 150 über eine Richtungskupplung 181 verbunden. Die Richtungskupplung 181 ermöglicht eine Drehmomentenübertragung von der zweiten Spindel 130 an die dritte Spindel 150, wenn der Motor 113 die erste Spindel 120 und somit die zweite Spindel 130 in einer Varwärtsrichtung antreibt (im Uhrzeigersinn betrachtet vom Motor 113 aus). Andererseits überträgt die Richtungskupplung 181 direkt ein Drehmoment von der ersten Spindel 120 zur dritten Spindel 150, wenn der Motor 113 in einer Rückwärtsrichtung gedreht wird, um die erste Spindel 120 in der Rückwärtsrichtung zu drehen (entgegen dem Uhrzeigersinn betrachtet vom Motor 113 aus). Die Richtungskupplung 181 an sich ist bezüglich der Struktur bekannt, so dass daher ihre detaillierte Beschreibung abgekürzt wird.
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Der Werkzeugaufsatz 123 ist an dem Ende der dritten Spindel 150 über ein Montagespannfutter 153 für einen Werkzeugaufsatz befestigt. Bei der Verwendung wird eine auf einem Werkstück 125 anzuziehende Schraube 124 an dem Ende des Werkzeugaufsatzes 123 angebracht.
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Es werden nun die Arbeitsweise und die Verwendung des Schraubendrehers 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform erklärt. Der Benutzer des Schraubendrehers 100 bringt eine Schraube 124 an dem Ende des Werkzeugaufsatzes 123 an und bringt das Ende der Schraube 124 in Kontakt mit dem Werkstück 125. Dabei muss der Benutzer keine starke Drucklast auf die Schraube 124 aufbringen. Im Gegensatz dazu reicht ein lediglich leichter Anschlag des Endes der Schraube 124 gegen das Werkstück 125 aus, um das Anziehen der Schraube durchzuführen. In diesem Zustand betätigt der Benutzer einen Auslöseschalter auf dem Handgriff (in den Zeichnungen nicht speziell gezeigt), um den Motor 113 anzutreiben. Wenn der Motor 113 betrieben wird, nimmt die erste Spindel 120 das Rotationsdrehmoment des Motors über eine Ausgangswelle 113a und einen Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus 115 auf.
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In diesem Zustand dreht sich die Anschlagplatte 163 zusammen mit der ersten Spindel 120 durch die Reibung. Somit kann sich das Ende 161 der quadratischen Feder 160 drehen, wenn sich die erste Spindel 120 dreht. Wenn sich der Bereich großen Durchmessers 120a der ersten Spindel 120 in der Vorwärtsrichtung dreht (im Uhrzeigersinn betrachtet vom Motor 113 aus), wird die quadratische Feder 116, die entgegen dem Uhrzeigersinn gewunden ist, eng um den Bereich großen Durchmessers 120a der ersten Spindel 120 und dann um die zweite Spindel 130 gewunden. Folglich wird das Rotationsdrehmoment des Motors 113 von der ersten Spindel 120 an die zweite Spindel 130 über die quadratische Feder 160 übertragen.
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Die quadratische Feder 160 überträgt die Rotation der ersten Spindel 120 an die zweite Spindel 130 durch ihre enge Windung um den Bereich großen Durchmessers 120a der ersten Spindel 120 und die zweite Spindel 130. Dann dreht sich der Kupplungsnocken 140 zusammen mit der zweiten Spindel 130, und die dritte Spindel 150 nimmt das Rotationsdrehmoment durch den Eingriff zwischen den Zähnen 141 des Kupplungsnockens 140 und den Zähnen 151 der dritten Spindel 150 auf. Die Rotation der dritten Spindel 150 wird an den Werkzeugaufsatz 123 und die Schraube 124 übertragen. Somit wird die Schraube 124 in das Werkstück 125 getrieben.
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Wenn das Anziehen der Schraube 124 eine Endstufe erreicht und die Sitzoberfläche 124a am Kopf der Schraube 124 auf dem Werkstück 125 liegt, überträgt der Schraubendreher 100 weiter das Rotationsdrehmoment des Motors 113 an die Schraube 124, die nicht weiter angezogen werden kann. Als Folge laufen die Zähne 141 des Kupplungsnockens 140 auf die Zähne 151 der dritten Spindel 150, wie es in 2 gezeigt ist, und wirken der vorbelastenden Kraft der Feder 171 entgegen. Somit bewegt sich der Kupplungsnocken 140 in Richtung auf die erste Spindel 120 (nach rechts betrachtet in der Zeichnung) in der Axialrichtung der zweiten Spindel 130. Dann bewegt sich der Anschlagstift 146, der zur Bewegung zusammen mit dem Kupplungsnocken 140 in der Axialrichtung angeordnet ist. Dabei gelangt ein Ende 146a des Anschlagstifts 146 mit einem Eingriffsbereich 163a für den Anschlagstift, der auf der Anschlagplatte 163 vorgesehen ist, in Eingriff.
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Da die Rotationsbewegung des Kupplungsnockens 140 (und der zweiten Spindel 130) nicht an den Anschlagstift 146 übertragen wird, wie es oben beschrieben ist, wird verhindert, dass sich die Anschlagplatte 163 zusammen mit der ersten Spindel 120 dreht, wenn der Anschlagstift 146 mit der Anschlagplatte 163 in Eingriff ist. Mit anderen Worten kann sich die Anschlagplatte 163 in Eingriff mit dem Anschlagstift 146 relativ zu der ersten Spindel 120 über das Lager 165 drehen, wenn sich die erste Spindel 120 dreht.
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Folglich wird verhindert, dass sich das Ende 161 der quadratischen Feder 160 in der Rotationsrichtung der ersten Spindel 120 bewegt. In diesem Zustand kann die quadratische Feder 160 nicht länger eng um den Bereich großen Durchmessers 120a der ersten Spindel 120 gewunden werden. Der Windungseingriff der quadratischen Feder 160 auf der ersten Spindel 120 wird somit gelöst. Folglich wird verhindert, dass das Rotationsdrehmoment des Motors 113 von der ersten Spindel 120 zur zweiten Spindel 130 übertragen wird, und daher dreht sich die erste Spindel 120 im Leerlauf, ohne ein Rotationsdrehmoment an die zweite Spindel 130 zu übertragen. Somit kann die Drehmomentenübertragung augenblicklich beendet werden.
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Bei dem Schraubendreher 100 gemäß der repräsentativen Ausführungsform wird dadurch, dass die Schraube 124 auf dem Werkstück 125 einfach in Anschlag gebracht wird und der Auslöseschalter zum Antrieb des Motors 113 betätigt wird, die quadratische Feder 160 rasch und eng um die erste Spindel 120 und die zweite Spindel 130 wie oben beschrieben gewunden. Somit wird das Rotationsdrehmoment des Motors 113 unmittelbar an den Werkzeugaufsatz 123 und die Schraube 124 übertragen.
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Wenn das Anziehen der Schraube 124 im Wesentlichen fertiggestellt ist und das Drehmoment beim Anziehen der Schraube über einem vorbestimmten Bereich liegt, beginnen die Zähne 141 des Kupplungsnockens 140 auf den Zähnen 151 der dritten Spindel 150 zu laufen. Dann bewegt sich der Kupplungsnocken 140 in der axialen Richtung und der Anschlagstift 146 gelangt mit der Anschlagplatte 163 in Eingriff. Folglich wird verhindert, dass die quadratische Feder 160 eng um die erste Spindel 120 gewunden wird. Der Windungseingriff der quadratischen Feder 160 auf der ersten Spindel 120 wird somit augenblicklich gelöst, so dass eine Übertragung des Rotationsdrehmoments des Motors 113 direkt und sicher beendet wird.
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Gemäß der repräsentativen Ausführungsform wird zum Übertragen des Rotationsdrehmoments des Motors 113 von der ersten Spindel 120 an die zweite Spindel 130 die quadratische Feder 160 verwendet. Bei der Übertragung des Rotationsdrehmoments des Motors 113 durch die quadratische Feder 160 kann eine Einrichtung 145 zum Aufheben der Drehmomentenübertragung geeignet eine Drehmomentenübertragung als Antwort auf das Anzugsdrehmoment aufheben. Daher ist es nicht erforderlich, dass der Benutzer des Schraubendrehers eine starke Drucklast auf den Schraubendreher aufbringt, wie bei der herkömmlichen Technik, um die Rotationselemente miteinander in Eingriff zu bringen. Somit kann das Anziehen der Schraube effizient und einfach durchgeführt werden.
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Insbesondere bei einer Schraube, wie bei einer Kreuzgelenkverbindung, die in einem verhältnismäßig engen Arbeitsraum angezogen wird, kann es für den Benutzer eines herkömmlichen Schraubendrehers schwierig werden, kontinuierlich eine Drucklast auf den Schraubendreher während des Anziehens der Schraube aufzubringen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jedoch nicht erforderlich, eine starke Drucklast auf den Schraubendreher in der Schraubenanzugsrichtung aufzubringen, um das Rotationsdrehmoment des Motors 113 aufzubringen. Folglich kann die Drehmomentenübertragung selbst in diesem Fall effizient durchgeführt oder angehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schraubendreher
- 110
- Motorgehäuse
- 110a
- Hülse
- 111
- Zahnradgehäuse
- 112
- Körper
- 113
- Motor
- 115
- Geschwindigkeits-Reduktions-Mechanismus
- 116
- Untersetzungszahnrad
- 120
- erste Spindel (erstes Rotationselement)
- 120a
- Bereich großen Durchmessers
- 120b
- Bereich kleinen Durchmessers
- 123
- Werkzeugaufsatz (Werkzeug)
- 124
- Schraube
- 124a
- Sitzoberfläche am Kopf
- 125
- Werkstück
- 130
- zweite Spindel (zweites Rotationselement)
- 132
- Vertiefung
- 140
- Kupplungsnocken (Kupplungselement)
- 141
- Zähne
- 143
- Stahlkugel
- 145
- Einrichtung zum Aufheben einer Drehmomentenübertragung
- 146
- Anschlagstift
- 146a
- Ende des Anschlagstifts
- 150
- dritte Spindel (drittes Rotationselement)
- 151
- Zähne
- 153
- Montagespannfutter für den Werkzeugaufsatz
- 160
- quadratische Feder (Drehmomentenübertragungsfeder)
- 161
- Ende der quadratischen Feder
- 163
- Anschlagplatte
- 163a
- Eingriffsbereich für den Anschlagstift
- 165
- Lager
- 171
- Feder
- 172
- Justiereinrichtung für die Vorspannkraft der Feder
- 173
- Justierring für das Drehmoment
- 175
- Justierstift für das Drehmoment
- 177
- Justierhülse für das Drehmoment
- 179
- Stützunterlegscheibe für die Feder
- 181
- Richtungskupplung
