DE1478807B - Drehschlagkupplung an einem Schrau ber fur den Ein und Ausschraubvorgang - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehschlagkupplung an einem Schrauber für den Ein- und Ausschraubvorgang, insbesondere Elektroschrauber, bestehend aus einem mit dem Antriebsmotor des Schraubers verbundenen Antriebsteil, einem Harnmer mit Schwungmasse und einem Amboß — die achsgleich zum Antriebsteil liegen und mit Schlagklauen ineinandergreifen — sowie einer Steuereinrichtung zwischen dem Antriebsteil und dem Hammer mit zwei gegenüberliegenden pfeilförmigen Mantelkurven mit Nutästen auf dem Antriebsteil, zwei gegenüberliegenden Ausnehmungen in der Bohrung des Hammers, zwei Kupplungskugeln — die in den Nuten geführt und in den Ausnehmungen abgestützt sind — sowie einer die Schlagklauen in Eingriff haitenden Schlagfeder zum Herstellen des bedingten Kraftschlusses beim Schraubvorgang.

Bei einer bekannten Drehschlagkupplung dieser Art (USA.-Patentschrift 2 160 150) haben die beiden Äste der pfeilförmigen, zur Führung der Kupplungskugel dienenden Nut eine gleiche Länge und verlaufen symmetrisch zu der durch die Achse der Antriebswelle gehenden Ebene. Der Steigungswinkel der schraubenlinienförmigen Nuten muß sorgfältig auf die Stärke der Druckfeder, die Drehzahl der Antriebswelle und die Drehmasse des Hammers abgestimmt werden, damit der Hammer bei seiner gegen den Amboß gerichteten Vorwärtsbewegung diese in bezug auf die Antriebswelle möglichst genau in demjenigen Augenblick beendet, in welchem die Klauen des Hammers zur Übertragung eines Drehschlages auf den Amboßklauen auftreffen. Beim Aufschlag der Hammerklauen gibt die als Hammer dienende Schwungmasse ihre Drehenergie an den Amboß ab, solange die anzuziehende Schraubverbindung noch einen genügend großen Drehweg zuläßt. Wenn jedoch beispielsweise eine anzuziehende Schraube mit ihrem Kopf bereits aufsitzt und sich daher bei jedem Schlag nur noch um einen kleinen Drehwinkel weiterdrehen läßt, entsteht beim Auftreffen des Hammers auf den Amboß ein mit zunehmendem Anzug der Schraube größer werdender Rückprall des Hammers. Dadurch vergrößert sich die Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebswelle und dem Hammer erheblich. Die Folge davon ist, daß bei derartigen harten Schraubfällen oder bei Verwendung eines zwischen dem Amboß und dem Schraubwerkzeug, beispielsweise einem Steckschlüssel, angeordneten zur Drehmomentbegrenzung dienenden Torsionsstabes die Kupplungskugeln am Ende ihres zugehörigen Nutastes auflaufen. Hierdurch entstehen erhebliche axiale Massenkräfte, die das Drehschlaggerät in der Hand des bedienenden Arbeiters sehr unruhig machen und sich außerdem auf das Schlagwerk und vor allem auf das Getriebe und den Antriebsmotor zerstörend auswirken. Als weitere nachteilige Folge tritt ein ungleichmäßiges Arbeiten des Schlagwerkes mit erheblich wechselnder Schlagstärke des Hammers und unterschiedlich großer Eingriffstiefe der Hammerklauen in die Amboßklauen ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehschlagkupplung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, deren Mantelsteuerkurven einfacher gehalten werden können, ohne die Schlaggenauigkeit zu beeinträchtigen, und außerdem soll das stoßartige Anschlagen der Kupplungskugeln gegen die Nutastenden — das sich nachteilig auf die Lebensdauer des Schraubergetriebes und -motors auswirken sowie das sichere Halten des Schraubers durch den Bedienenden beeinträchtigen kann — vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der beim Einschraubvorgang steuernde Nutast — vom Scheitelpunkt der pfeilförmigen Mantelkurve ausgehend — länger ist als der andere Nutast, der den Ausschraubvorgang steuert und bis dicht an den längeren herangeführt ist.

Zweckmäßigerweise wird bei Drehschlaggeräten, die zum Anziehen von rechtsgängigen Schrauben bestimmt sind, jeweils der beim Einziehen von rechtsgängigen Schrauben benützte Nutast 1,5- bis 2,5fach länger als der andere Nutast ausgebildet. Der Hammer kann dann im Rechtslauf, also beim Anziehen von rechtsgängigen Schraubverbindungen auch bei sehr großem Rückprall noch frei zurückschwingen, ohne daß die Kupplungskugeln am Ende der rechtsgängigen Nutäste auflaufen können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den Elektroschrauber teils im Längsschnitt und teils in der Ansicht,

F i g. 2 den Hammer mit zwei Kupplungskugeln im Längsschnitt und

- Fig. 3 in der Ansicht auf seine--die •Kupplungsklauen tragende Stirnseite,

F i g. 4 die zugehörige Antriebswelle mit zwei eingeschliffenen, erfindungsgemäß gestalteten pfeilförmigen Nuten in der Ansicht von der Seite,

F i g. 5 zeigt die Abwicklung der pfeilförmigen Nuten der Antriebswelle nach F i g. 4 und

F i g. 6 die Abwicklung der zugehörigen Steuerkurven im Hammer nach den F i g. 2 und 3.

Das Drehschlaggerät hat ein aus erhärtendem Isolierstoff gepreßtes Motorgehäuse 10, das gleichzeitig als Handgriff dient. In die offene Stirnseite des Motorgehäuses ist ein Getriebegehäuse 11 eingesetzt, gegen dessen Getriebedeckel 12 das mit 13 bezeichnete Schlagwerksgehäuse festgespannt ist. Das Motorgehäuse nimmt einen als Antrieb des Schraubers dienenden Kurzschlußläufer-Elektromotor auf, der in der Zeichnung nur andeutungsweise dargestellt und zum Anschluß an ein 200 Hz-Drehstromnetz bestimmt ist. Seine Ankerwelle 14 ragt in das Getriebegehäuse hinein. Ein Ritzel 15 am freien Ende der Ankerwelle kämmt mit einem Zahnrad 16, das zusammen mit einem Zahnrad 18 auf einer Vorgelegewelle 17 sitzt. Das Zahnrad 18 greift in ein Zahnrad 20 ein. Dieses ist auf eines der beiden Enden einer Welle 21 aufgezogen, die auf ihrem an das Zahnrad angrenzenden Abschnitt im Getriebedeckel 12 mit Kugeln 22 gelagert ist und auf ihrem in das Schlagwerksgehäuse 13 hineinragenden Abschnitt eine mit radial abstehenden Klauen 23 versehene Kupplungsnabe 24 trägt.

Gleichachsig zur Welle 21 ist im Schlagwerksgehäuse 13 ein Schlagwerk untergebracht, das im wesentlichen aus einer als Hammer dienenden Schwungmasse 26 mit zwei Klauen 27, 28, einem im Kopf des Schlagwerksgehäuses geführten Amboß 29 mit Gegenklauen 30, 31, einer Antriebswelle 32 für die Schwungmasse, einer Schlagfeder 33 sowie zwei Kupplungskugeln 34 besteht, von denen jede in einer in die Antriebswelle eingeschnittenen, V-förmigen Schrägnut 35 geführt ist. Die Antriebswelle 32 ist mit ihrer zentralen Längsbohrung 36 lose auf den vorderen Abschnitt der Welle 21 aufgeschoben und fin-

det ihr anderes Lager in einer Längsbohrung 38 im Amboß, in den sie mit ihrem abgesetzten Endabschnitt 39 hineinsticht. Die gleichachsig zur Antriebswelle angeordnete Schwungmasse 26 hat ein dickwandiges Bodenstück 40 mit einer geschliffenen Bohrung 41, mit der sie auf der Antriebswelle verdreh- und längsverschiebbar geführt ist.

Die Schlagfeder 33 stützt sich an ihrem oberen Ende gegen eine auf die Antriebswelle lose aufgeschobene Nabe 42 ab, die ihr Widerlager an einem Bund 43 der Antriebswelle 32 findet und mit ihrem kragenförmigen Rand 44 an der Bohrungswand 45 der Schwungmasse anliegt und diese an ihrem getriebeseitigen Ende auf der Antriebswelle führt. Mit ihrem unteren Ende drückt die Schlagfeder gegen den Boden 40 der Schwungmasse und ist bestrebt, diese in der gezeichneten Ausgangsstellung zu halten oder sie dorthin zurückzuführen. Dabei liegen die zum Teil in die Nuten 35 hineinragenden Kupplungskugeln 34 am unteren Ende 45' der Nut an, an welchem die beiden schräg zueinander stehenden Äste 35 a und 35 h der pfeilförmigen Nut ineinander übergehen. Die Kugeln verhindern mit ihrem über den Umfang der Antriebswelle vorstehenden Teil, mit dem sie in je eine in die Bohrung 41 der Schwungmasse eingeschliffene, ebenfalls schräg zur Antriebswellenachse verlaufende Hohlkehle 46 eingreifen, daß sich die Schwungmasse unter dem Druck der Feder 33 weiter gegen den Amboß hin verschieben kann. Eine Schraubenfeder 47, die einerseits gegen die Stirnseite am Endabschnitt der Welle 21 anliegt und sich andererseits gegen den Grund der Längsbohrung 36 in der Antriebswelle 32 abstützt, ist bestrebt, die Antriebswelle 32 in der gezeichneten Ruhelage zu halten oder dorthin zurückzuführen, bei welcher die an dem Bund 43 der Antriebswelle 32 sitzenden Mitnehmerklauen 49 außerhalb des Drehbereiches der Klauen 23 der Mitnehmernabe 24 bleiben und von dieser daher nicht mitgenommen werden können.

Zum Einschrauben einer in der Zeichnung nicht dargestellten rechtsgängigen Schraube wird auf den am Amboß 29 sitzenden Vierkant 48 ein ebenfalls nicht dargestellter Steckschlüssel aufgesetzt und der Antriebsmotor des Drehschlaggeräts an das elektrische Stromnetz angeschlossen. Bei genügendem Längsdruck kann sich der Amboß 29 samt dem übrigen Schlagwerk entgegen der Kraft der Schraubenfeder 47 so weit in das Schlagwerksgehäuse hineinver-' schieben, daß die Klauen 49 der Antriebswelle 32 in den Bereich der an der Mitnehmernabe 22 sitzenden Klauen 23 gelangen. Dadurch wird die Antriebskraft von der zunächst mit gleichmäßiger Geschwindigkeit umlaufenden, durch die Schlagfeder 33 in der gezeichneten Ausgangslage auf der Antriebswelle gehaltenen Schwungmasse 26 auf den Amboß 29 und das nicht dargestellte Schraubwerkzeug übertragen, ohne daß es zur Ausführung von Drehschlägen kommt.

Sobald aber der beim Eindrehen der Schraube entstehende Widerstand so stark angewachsen ist, daß die Schlagfeder 33 die Schwungmasse 26 in der in F i g. 1 dargestellten Relativlage zur Antriebswelle 32 nicht mehr zu halten vermag, bleibt die Schwungmasse hinter der sich weiterdrehenden Antriebswelle zurück, wobei die Schwungmasse sich gleichzeitig unter Spannen der Schlagfeder gegen das Getriebe hin längsverschiebt. Dies erfolgt in der Weise, daß die Kupplungskugeln 34 bei der in F i g. 5 mit einem Pfeil angedeuteten Antriebsdrehrichtung der Welle aus der tiefsten Zone 45 der Schrägnuten sich in Richtung auf das Ende des verlängerten Nutastes 35 a abrollen, sich gleichzeitig auch entlang der schräg verlaufenden Steuerkante der Hohlkehle 46 abstützen und dabei die Schwungmasse so weit aus der Eingriffstellung ihrer Klauen 27 und 28 mit den Amboßklauen 30 und 31 herausziehen, bis schließlich die Hammerklauen 27 und 28 über die Amboßklauen

ίο wegrutschen können. Sobald sie über die Stirnfläche der Amboßklauen weggeglitten sind, erlauben sie es, daß die gespannte Schlagfeder 33 sich wieder entspannt, wobei die Kupplungskugeln sich in Richtung des Nutgrundes 45 zurückbewegen und dabei der Schwungmasse eine starke Drehbeschleunigung erteilen. Während dieses Beschleunigungsvorganges gleitet die Schwungmasse mit ihrer Bohrung 41 auf der Mantelfläche der Antriebswelle 32 gegen den Amboß nach vorne. Sie holt dabei, da sie durch die Kraft der Feder 33 stark beschleunigt wird, die sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit weiterdrehende Antriebswelle 32 ein, bis die Kupplungskugeln 34 den Nutgrund 45' nahezu erreicht haben. In diesem Augenblick schlagen die Hammerklauen 27 und 28 auf die Amboßklauen 30 und· 31 mit erheblicher Wucht auf und erteilen dem.-AmböfKund-der mit diesem verbundenen, anzuziehenden Schr-aube einen starken tangentiellen Drehschlag. Wenn zwischen der Schraube und dem Amboßvierkant 48 keine torsionselastischen Glieder vorgesehen sind, dreht sich die Schraube unter weiterer Zunahme des Eindrehwiderstandes um einen solchen Drehwinkel weiter, bis die Wucht der Schwungmasse aufgebraucht ist. Dann kann das beschriebene Spiel von neuem beginnen.

Wenn die Schraube mit ihrem Schraubenkopf auf die Unterlage, in die sie eingezogen wird, aufläuft und dabei ein den weiteren Drehschlägen erheblich gesteigertes Widerstandsdrehmoment entgegensetzt, erfolgt die Kraftübertragung von der Schwungmasse 26 auf den Amboß 29 zunehmend in Form eines elastischen Stoßes, bei welchem die aufschlagende Schwungmasse nach jedem Drehschlag stärker zurückprallt. Damit die Schwungmasse in dem bei der Einschraubdrehrichrung benützten Nutast 35 α weit genug zurückschwingen kann, ist dieser Nutast gegenüber dem für den Lösevorgang eingedrehter Schrauben bestimmten Nutast 35 b erheblich verlängert, wie die in F i g. 5 dargestellte Abwicklung der pfeilförmigen Nuten 35 deutlich erkennen läßt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der kürzere Nutast 35 b nur etwa über einen Drehwinkel der Antriebswelle 32 von 45°, während der längere Nutast 35 α über ein Bogenstück von 118° entlang dem Umfang der Antriebswelle verläuft. Beim Anziehen von Schraubverbindungen kann daher jede der Kupplungskugeln in dem verlängerten Nutast 35 α um 118° beim Spannen der Schlagfeder 33 hinter der Antriebswelle zurückbleiben, ohne daß sie am Ende der Nut aufläuft. Gleichzeitig kann an der als Steuerkurve dienenden Verschneidungskante der Hohlkehle 46 mit der Bohrungswand 41 in der Schwungmasse 26 jede der Kupplungskugeln 34 über die in F i g. 6 mit W angedeutete Wegstrecke abrollen, die einen weiteren Verdrehungswinkel von 65°, zusammen also 118°-I-65° = 183° der Schwungmasse 26 gegenüber der Antriebswelle 32 ermöglicht. Durch diesen großen Drehwinkel ist es möglich, auch bei sehr harten Schraubfällen ein Auflaufen der Kupplungskugeln 34

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und damit eine ruckartige Mitnahme der Schwungmasse durch die Antriebswelle zu verhindern. Dies ist besonders wichtig, wenn zur Begrenzung des auf die anzuziehende Schraubverbindung ausgeübten Drehschlagmomentes, z. B. beim Anziehen von Schrauben mit kleinerem zulässigem Anzugsmoment, zwischen dem Vierkantkopf 48 des Ambosses und dem an der anzuziehenden Schraube angreifenden Werkzeug ein Torsionsfederstab bekannter Art verwendet wird. Derartige Torsionsfederstäbe können ίο einen mit zunehmender Stablänge größer werdenden Teil der bei jedem Drehschlag ausgeübten Drehschlagenergie durch elastische Verdrehung aufnehmen, was jedoch den Nachteil mit sich bringt, daß dann die im Torsionsfederstab gespeicherte Drehenergie in einem um so stärkeren Rückprall der Schwungmasse in unmittelbarem Anschluß an den Drehschlag in Erscheinung tritt. Da zum Lösen derartiger Schraubverbindungen keine Torsionsfederstäbe verwendet werden und beim Lösevorgang außerdem das Widerstandsdrehmoment im Gegensatz zu dem vorher beschriebenen Eindrehvorgang nicht größer, sondern kleiner wird, wirkt sich die Verkürzung des beim Lösevorgang rechtsgängiger Schrauben benützten Nutastes 35 b praktisch überhaupt nicht aus, zumal diese Verkürzung gegenüber symmetrischen, pfeilförmigen Nuten nur etwa 10° beträgt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Drehschlagkupplung an einem Schrauber für den Ein- und Ausschraubvorgang, insbesondere

Elektroschrauber, bestehend aus einem mit dem Antriebsmotor des Schraubers verbundenen Antriebsteil, einem Hammer mit Schwungmasse und einem Amboß — die gleichachsig zum Antriebsteil liegen und mit Schlagklauen ineinandergreifen — sowie einer Steuereinrichtung zwischen dem Antriebsteil und dem Hammer mit zwei gegenüberliegenden pfeilförmigen Mantelkurven mit Nutästen auf dem Antriebsteil, zwei gegenüberliegenden Ausnehmungen in der Bohrung des Hammers, zwei Kupplungskugeln — die in den Nuten geführt und in den Ausnehmungen abgestützt sind — sowie einer die Schlagklauen in Eingriff haltenden Schlagfeder zum Herstellen des bedingten Kraftschlusses beim Schraubvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Einschraubvorgang steuernde Nutast (35 α) — vom Scheitelpunkt der pfeilförmigen Mantelkurve ausgehend — langer ist als der andere Nutast (35 ft), der den Ausschraubvorgang steuert und bis dicht an den längeren herangeführt ist.

2. Drehschlagkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der beim Einziehen von rechtsgängigen Schrauben benützte Nutast (35 ä) etwa 1,5- bis 2,5fach langer ist als . der andere Nutast (35 b\ " -^
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3. Drehschlagkupplung nacfT> Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der längere Nutast, bis zum Schnitt mit der Mantelfläche gemessen, sich über eine Bogenlänge von mehr als 90°, vorzugsweise über eine Bogenlänge von 115° bis 120°, insbesondere etwa 118° erstreckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen