-
Drehmomentbegrenzer Die Erfindung bezieht sich auf einen Drahmomentbegrenzer
mit einem treibenden und einem getriebenen Organ, vorzugsweise zur Verwendung in
einem Werkzeug, beispielsweise in Schraubenziehern.
-
Es sind bereits derartige Drehmomentbegrenzer bekannt, die mit einer
Balkenfeder als federndem Kupplungsglied zwischen dem treibenden und dem angetriebenen
Organ arbeiten, wobei die Balkenfeder mit ihrem einen Ende in einem axial unverschiebbaren
Support mit einstellbarer Spannkraft am treibenden Organ eingespannt ist, während
sie sich mit ihrem freien Ende gegen einen drehbaren Reibnocken am getriebenen Organ
abstützt. Das maximal zu übertragende Drehmoment läßt sich dabei durch Veränderung
der wirksamen Federlänge einstellen.
-
Bei bekannten Drehmomentbegrenzerndieses Typs ist der wirksame Hebelarin
entweder in der Ebene des Reibnockens angeordnet, was den Nachteil hat, daß zur
vollständigen Ausnutzung der Hebelkräfte an der Seite genügend freier Raum zur Verfügung
stehen muß, oder aber die Anordnung ist derart getroffen, daß Nocken und Balkonfeder
aufeinander senkrecht stehen. In diesem Falle ragt die Balkenfeder in die Umfangsbahn
des Nockens hinein, was den Vorteil hat, daß die konstruktive Ausbildung einfacher
ist und die Einstellung des maximalen Drehmoments reibungsunabhängig erfolgen kann.
-
Ferner ist bereits eine drehmomentbegrenzende Kupplung bekannt, die
mit einseitig am treibenden Organ eingespannten flachen Federn arbeitet, die mit
ihren freien Enden-nicht in die Bahn eines Nockens ragen, sondern sich vielmehr
gegen Kugeln abstützen, welche in Aussparungen auf dem Umfang des getriebenen Organs
angeordnet sind und durch die in radialer Richtung wirkenden Federkräfte gehalten
werden. Zur bequemen Einstellung des maximal zu übertragenden Drehmornents ist bei
diesem Kupplungstyp ein axial auf den Federn verschiebbares Gleitstück vorgesehen,
das von außen betätigbar ist und dessen von außen ablesbare Lage die wirksame Federlänge
bestimmt. Durch diese Art der Drehmomenteinstellung läßt sich zwar, entsprechend
der Länge der Federn, das maximale Drehmoment: innerhalb verhältnismäßig großer
Grenzen variieren, je-
doch sind die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit
der Drehmomenteinstellung durch die Genauigkeit des Mechanismus begrenzt, der die
Axialverschiebung des Gleitstücks bewirkt und der irn allgemeinen durch eine Schraube
gebildet wird, auf der das mit einem Innengewinde versehene Gleitstück schraubbar
angeordnet ist. Selbst dann, wenn man ein möglichst feines Gewinde wählt, ist die
Genauigkeit der Drehmomenteinstrllung # im Prinzip dadurch begrenzt, daß sich ja
die wirksame Spa-mok aft'der Feder verhältnismäßig . rasch bit ihrer wirksamen
Länge ändert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentbegrenzer
zu schaffen, der bei einfachem konstruktivem Aufbau eine besonders genaue Einstellung
der Drehmomentbegrenzung erlaubt. Ausgehend von einem Drehrnomerlitbegrenzer mit
einem treibenden und einem getriebenen Organ, wobei als Kupplungsglied eine oder
mehrere mit ihrem einen Ende in einem axial unverschiebbaren Support am treibenden
Organ eingespann-te'#Balken-federn, einstellbareT Spannkraft dienten, welche senkrecht
zur Ebene eines am getriebenen Organ Me#stigtcn, Nockens liegen und mit ihrem anderen
freien, Ende in die Umfangshahn des Nockenansatzes hineinragen, kennzeichnet sich
die Erfindung zur Lösung der genannmten Aufgabe, dadurch, daß das9,maximal zu übertragende
Drehmornent einerseits in an, sich bekannter Weise durch Veränderung der wirksamen
Federlänge mit Hilfe eines von außen betätigbaren# axial zwischen Support und freiem
Federende auf der Feder verschiebbaren Gleitstücks einäkellbar ist, wobei die axiale
Lage des Gleitstücks in#bezug auf die Feder
abgelesen werden kann,
und andererseits zum Verstellen des verschiebbaren Gleitstücks zusätzlich ein von
außen verschiebbarer Anschlag vorgesehen ist, welcher radial gegen den Rücken des
freien Federendes stößt.
-
Durch diese zusätzliche, radiale Verstellung des freien Federendes
wird eine Feineinstellung geschaffen, wie sie allein durch Änderung der wirksamen
Federlänge nicht erreichbar wäre.
-
Vorzugsweise wird der Balkenfeder ein sich in Längsrichtung ändernder
Querschnitt derart gegeben, daß das maximal übertragbare Drehmoment linear von der
Federlänge abhängt. Federn mit einem sich in Längsrichtung ändernden Querschnitt
sind zwar an sich bei elastischen Kupplungen bekannt, jedoch wird in diesen Fällen
der veränderliche Federquerschnitt aus einem anderen Grunde gewählt; man möchte
erreichen, daß der Biegewiderstand der Feder möglichst über ihre ganze Länge konstant
ist.
-
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Feder in einem Hohlzylinder
in Längsrichtung mit einem Nocken zusammenwirkt, der auf dem freien Ende eines im
Hohlzylinder drehbaren und zur Feder koaxialen Stabes befestigt ist. Schließlich
ist es günstig, wenn der verschiebbare Anschlag aus einer Schraube und der Nocken
aus einer mit Ansätzen oder Kugeln versehenen, axial zum freien Federende einstellbaren
Platte besteht.
-
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nicht nur eine kinematische
Verbindung zwischen zwei Teilen getrennt werden, sondern auch eine Vorrichtung z.
B. aus Sicherheitsgründen an- oder abge--schaltet werden.
-
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung der Durchbiegung
einer an ihrem Ende eingespannten Feder, F i g. 2 eine Darstellung der für
eine bestimmte Durchbiegung benötigten Kraft, abhängig von der eingespannten
Länge der Feder, F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,
F i g. 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV der F i g. 3,
F i g.
5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V der F i g. 3, mit dem Nocken in
anderer Stellung wie in F i g. 4, F i g. 6 einen Längsschnitt einer
Variante der Ausführungsform gemäß den F i g. 3 bis 5,
F i
g. 7 einen Teillängsschnitt, der zwei Varianten des Nockens erkennen läßt,
F i g. 8 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsforin der Federeinspannung.
-
Es ist bekannt, daß die Durchbieguag f einer einseitig eingespannten
Feder unter der Wirkung e#iner senkrecht zur Fedc:rachse wirkenden in Abstand
1
vom Einspannpunkt angreifenden Kraft P durch die Beziehung:
bestimmt wird, wobei, E den Elastizitätsmodul der Feder und I das Trägheitsmoment
in bezug auf die Biegungsachse darstellt. Nimmt man die Durchbiegung als konstant
an, so ergibt sich:
und bei ebenfalls konstantem Querschnitt:
Um die für eine bestimmte Durchbiegung benötigte Kraft zu verändern, kann man daher
die Entfe,mung 1 vom Einspannpunkt der Feder bis zum Angriffspunkt der Kraft
variieren.
-
Es ist ferner möglich, die Änderung des Trägheitsmoments des Federquerschnitts
so zu bemessen, daß für eine konstante Durchbiegung die Kraft P eine lineare Funktion
von 1 wird. Auf diese Weise läßt sich die Einstellung der Kraft P im Bereich
höherer P-Werte erleichtern, was bei einer Feder konstanten Querschnitts nicht einfach
ist, da sich in diesem Fall gemäß F i g. 2 die Kennlinien für konstante Durchbiegung
asymptotisch der P-Achse nähern. Das Dia-gramm stellt zwei gekrümmte Kennlinien
f" f. dar, die Federn konstanten Querschnitts entsprechen, und ferner zwei
gerade f,', fp', bei welchem der Querschnitt derart gewählt wurde,
daß sich die Kraft P linear mit 1 ändert.
-
Es ist möglich, zwischen den verschiedenen Keinlinien f, und
f. einen nutzbaren Bereich P, P" auszuwählen, dem auf einer der Kennlinien
f die Werte 11, 12 entsprechen, durch die die Punkte A, und
A,
für eine Feder von jeweils bestimmten, zu A, und A,
zugehörigen
Querschnitt bestimmt sind. Falls eine lineare Beziehung P = f (4 erwärkscht
ist, genügt es somit, das Trägheitsmoment 1 zu variieren.
-
Die in F i g. 3 dargestellte Anordnung dient dazu, das vom
Griff auf den Schaft eines Schraubenziehers übertragene Drehmoment zu beschränken
und weist eine in einem Support 2 eingespannte Feder 1 auf. Der Support 2
ist in einem Hohlzylinder 3 eingesetzt und wird durch eine mit Gewinde versehene
Scheibe 4 gehalten. Der Support legt sich mit einem Ende r,
gen eine Schulter
3 a des Teils 3 an und nimmt den Schaft 5 ein-er Schraube
# auf, deren Ende 7 sich in einem im Teil 3 eingesetzten Lager
8 drehen kann. Die Feder 1 durchdringt das Lager mittels einer darin
vorgesehenen Öffnung Sa von ausreichender Größe, um eine freie Durchbiegung der
Feder zu gestatten.
-
Im Teil 3 ist ein Gleitstück 9 angebracht, das sich
mittels, eines Innengewindes 9a auf der Schraube 6
verschieben läßt. Das Gleitstück
besitzt einen Schlitz 9b, in dem die Feder 1 mit geringer Reibung
gleiten karAL Die Feder weist in diesem Beispiel konstanten Querschnitt auf. Mittels
einer an der Schraube 6 befestigten l#-,tät:igungsscheibe 10 kann
das Gleitstück 9
in Längsrichtung verschoben werden, wodurch der Abstand zwischen
dem freien Ende der Feder und der effektiven Einspannstelle s, an der die
Feder aus dem Gleitstück austritt, einstellbar ist.
-
Das zweite Ende des Teils 3 trägt in seinem Inneren ein Lager
11, das sich gegen eine Schulter 3 b
des Teils legt. Dieses
Lager nimmt einen Stab 12 auf, der mittels einer Schraubenmutter 13 gehalten
wird.
-
Der Stab 12 ist mit dem Schaft des Schrauben, ziehers aus einem Stück
gefertigt, während der nicht gezeichnete Griff des Schraubenziehers mit dem Teil
3 verbunden ist.
-
Der Stab 12 trägt an seinem inneren Ende 12a einen Nocken 14, der
durch eine Mutter 14a gehaken wird. Dieser Nocken weist gemäß den F i
g. 4 und 5 zwei diametral gegenüberliegende Ansätze 15
auf,
die mit dem Ende la der Feder 1 in Kontakt kommen können.
-
Wie aus F i g. 5 ersichtlich ' biegt sich die Feder
1
durch, wenn auf sie durch den Nocken 14 über einen der Ansätze
15 eine Kraft P ausgeübt wird, und zwar so lange, bis das vom Stab übertragene-
Drehmoment eine ausreichende Federdurchbiegung erzeugt, um den Ansatz
15 an der Feder abgleiten zu lassen. Das Drehmoment ist dabei gleich dem
Produkt P - r, wobei r die Entfernung von der Stabachse, bis zur Außenfläche
des Ansatzes darstellt und P die auf die Feder ausgeübte Kraft.
-
Sobald der Ansatz an der Feder abgleitet, ist die kinematische Verbindung
zwischen Schaft und Griff des Schraubenziehers unterbrochen. Durch die, dabei auftreten&
Auslösung wird angezeigt, daß eine weite,re Einwirkung auf das Werkzeug nicht mehr
notwendig ist. Durch Verschieben des Gleitstücks, 9
kann die einer bestimmten
Durchbiegung zugeordnete Kraft P verändert werden und als Folge davon auch das jeweils
maximale Drehmoment P - r.
-
Der Betrag dieses Drehmoments läßt sich abhän-gig von der Stellung
des Gleitstücks oder der Winkellage der Drehscheibe- 10 markieren und beispielsweise
mit Hilfe eines Nonius mit großer Genauigkeit wiederholen, woraus eine sehr genaue
Drehmomenteinstellung resultiert.
-
Bei den vorausgehenden Ausführungen wurde stillschweigend angenommen,
daß sich die Feder unter Einwirkung des Nockens 14 tangential zu diesem bewegt,
so daß sie sich nicht im Sinne des Pfells Fder F i g. 5 verschieben, würde.
Um tatsächlich eine entsprechende Federdurchbiegung zu erhalten, ist in einer Verlängerung
8b des Lagers 8 eine Stellschraube 16 vorgesehen, gegen die
sich der Rücken der Feder anlegt. Mit Hilfe dieser Schraube ist es möglich, das
infolge Abnutzung der verschiedenen Teile, auftretende Spiel auszugleichen und ferner
eine zusätzliche, sehr genaue Einstellung des maximalen Drehmoments, vorzunehmen,
indem man der Feder einen mehr oder weniger großen Spielraum im Sinne des Pfeils
F läßt.
-
In F i g. 6 ist eine Feder 1 mit sich änderndem Querschnitt
dargestellt, wodurch zwischen dem GrenzdTehmoment und dem Abstand des Angriffspunkts
der Kraft P von der Einspannstelle s eine lineare. Beziehung hergestellt wird.
-
Im Hinblick darauf, daß die Änderung der Einspannlänge durch Verschiebung
des Gleitstücks erhalten wird, erfolgt die Änderung des Federquerschnitts nur in
einer Dimension, im vorliegenden Beispiel in der Zeichenebene. Die Dicke der Feder
bleibt konstant und entspricht der Breite des Schlitzes 9 b im Gleitschuh.
Die Feder legt sich wie im vorausgehenden Beispiel gegen eine Schraube
16. Es ist in allen Fällen unbedingt notwendig, daß die Schraube
16 an ihrem Träger zuverlässig und genau einstellbar arretiert werden kann.
-
Die beschriebene Einrichtung läßt sich dadurch vereinfachen, daß man
auf das Gleitstück 9 und seine Führungsschraube 6 verzichtet und die
Einstellung des maximalen Drehmoments, einzig mit Hilfe, der Schraube
16 durchführt. Man kann den Nocken mit einer von zwei verschiedenen Anzahl
von Ansätzen versehen sowie ferner mehrere, Federn 1 anordnen.
-
Die F i g. 7 stellt eine weitere Variante dar, in der mehrere
Federn eingebaut sind. In diesem Fall endet der Stab 12 in einer Platte 22, die
das Ende 7 der Schraube 6 zur Führung des Gleitstücks aufnimmt.
-
Um eine Einwirkung der Platte 22 auf die Federn 1
zu erhalten,
können verschiedene Mittel vorgesehen sein. Gemäß der Darstellung im unteren Teil
der F i g. 7 weist die Pjaatt 22 Ansätze 23 auf, zwischen denen din
bestimmter Absdinitt 24 des entsprechenden Federehdes angreift, 'wobei die Länge
des Ab-
schnitts 24 derart bemessen ist, *daß die Feder für den, vorgeschriebenen
Wert des Drehmoments von der Platte abgloitet. Die Ansätze können auchdurch Kugeln
25 gebildet werden, die im oberen Teil der F i g. 7 abgebildet sind; diese
werden durch eine Gegenplatte 26 in, ihren Lagerstellen 25 a gehalten
und ragen in Richtung der Federenden um den Betrag 24 aus dem Lager heraus. Die
Platte 22 liegt an einer Schraubenmutter 27 an, die in der Wandung des Teils
3 sitzt und mittels einer Schraube 28 gesichert wird; letztere ist
in einer Bohrung 27a eingesetzt und in einem Gewindeloch 29 des Teils
3 verschraubt. Dabei können mehrere Bohrungen 27a und 29 vorgesehen
worden, um auf diese Weise einen Ausgleich eines Spiels und eine zusätzliche Einstellung
zu ermöglichen.
-
In der Ausführungsform gemäß F i g. 8 ist die Feder
1 im Teil 3 eingespannt und steht an ihrem Ende mit einem vom Stab
12 getragenen Nocken 14 in Berührung. Die Teile 3 und 12 sind so angeordnet,
daß sie sich gegeneinanderdrehen können.