DE1603888C3 - Futter zum Spannen von Kopf- und Stiftschrauben beim Einschraubvorgang - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Futter zum Spannen von Kopf- und Stiftschrauben beim Einschraubvorgang, bestehend aus einer Lagerhülse mit den Schaft der Schraube umfassenden, radial verschiebbar in der Lagerhülse gelagerten Haltekugeln, einer die Lagerhülse umschließenden Verriegelungshülse für die Haltekugeln, welche Verriegelungshülse zum Futtergehäuse gegen die Kraft mindestens einer Feder längsverschiebbar angeordnet ist, und einer die Lagerhülse durchdringenden, mit einem Schraubenmitnehmer versehenen Schrauberwelle.

Ein derartiges Futter ist aus der US-PS 23 27 074 bekannt, soweit es sich um das Halten von Kopfsqhrauben handelt. Bei diesem bekannten Futter werden aus einem Magazin über eine Rutsche Kopfschrauben durch seitliche öffnungen in der Verriegelungs- und der Lagerhülse zugeführt, so daß sie sich mit ihrem Kopf lose hinter die Haltekugeln setzen. Die Schrauben werden dann von einer m\{ einer Klinge versehenen Schrauberwelle in das betreffende Werkstück eingedreht, wobei sich die Verriegelungs-,und die Lagerhülse dem Werkstück annähern, bis die über die Lagerhülse hinausragende Verriegelungshülse gegen das Werkstück zur Anlage kommt. Die Verriegelungshülse schiebt sich dann gegen den Widerstand einer Feder beim weiteren Einschrauben der betreffenden Schraube in das Werkstück zurück und gibt schließlich die Haltekugefn in radialer Richtung nach außen hin frei, so daß der Schraubenkopf an den Haltekugeln vorbeigeführt und die betreffende Schraube vollständig in das betreffende Werkstück eingeschraubt werden kann. Von der dabei freigegebenen Schraube kann dann das Futter abgezogen werden. Mit diesem Futter ist eine Zuführung von Schrauben von seiner dem Werkstück zugewandten Seite her nicht möglich, insbesondere kann man mit diesem Futter keine Stiftschrauben spannen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Futter zum Spannen sowohl von Kopf- als auch von Stiftschrauben zu schaffen, das von seiner dem Werkstück zugewandten Seite her beschickt werden kann und dabei die Schrauben wackelfrei festhält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lagerhülse längsverschiebbar zur Schrauberwelle angeordnet und zwischen der Lagerhülse und einem Widerlager eine weitere Feder vorgesehen ist

Durch die Längsverschiebbarkeit der Lagerhülse gegenüber der Schrauberwelle und damit wegen der Verschiebbarkeit der Verriegelungshülse auch gegenüber dieser kann die Lagerhülse beim Einführen einer Schraube von vorn relativ zur Schrauberwelle und zur Verriegelungshülse in eine solche Lage gebracht werden, daß ein Schraubenkopf an radial.nach.außen gerückten Haltekugeln vorbeigeführt wird, bis er eine Lage hinter den Haltekugeln erreicht hat, wo diese dann infolge einer Verschiebung von Lager- und Verriegelungshülse zueinander die Haltekugeln und die Verriegelungshülse zusammengedrückt werden, die sich dabei hinter den Schraubenkopf setzen und gleichzeitig an den Schaft der Schraube anlegen, wodurch sich die Festhaltung der Schraube ergibt.

Um ein besonders festes Einspannen der Schrauben zu erzielen, wird die Verriegelungshülse im Bereich der Haltelage der Kugeln zweckmäßig mit einem Spannkonus versehen, der unter der Wirkung der Federspannung die Kugeln zusammen und damit gegen den Schaft der Schraube drückt.

Insgesamt ergibt sich eine günstige Führung der Spannkugeln durch die Verriegelungshülse dadurch, daß die Verriegelungshülse eine zylindrische und eine stumpfkonische Zone sowie einen Spannkonus aufweist, wobei die stumpfkegelige Zone von dem Spannkonus zur zylindrischen Zone überleitet und die zylindrische Zone einen Durchmesser besitzt, der größer ist als die Summe des Kopfdurchmessers der Schraube und des doppelten Durchmessers der Kugeln und die spitzkonische Zone Durchmesser umfaßt, die zwischen dem kleinsten und dem größten Schaftdurchmesser der zu spannenden Schraube zuzüglich dem doppelten Durchmesser der Kugeln liegen.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Futter, bei dem die Schrauberwelle unter dem Druck einer von vorn zugeführten Schraube gegenüber der Verriegelungs- und der Lagerhülse zurückgeschoben wird,

F i g. 2a und 2b ein Futter, das durch einen gegenüber der Schrauberwelle nach oben geschobenen Beta-

tigungsflansch geschlossen wird,

F i g. 3 ein der Ausführungsform gemäß F i g. 2 entsprechendes Futter, das jedoch für Kreuzschlitzschrauben vorgesehen ist,

F i g. 4 eine Ansicht eines Futters von der Stirnseite her, das mit 6 Haltekugeln ausgestattet ist,

F i g. 5 eine Ausführungsform der Lagerhülse, bei der die Haltekugeln daran gehindert sind, aus der Lagerhülse heraus nach innen zu fallen,

F i g. 6 eine Schrauberwelle für die Betätigung von 4- oder 6kant-Köpfen,

F i g. 7 eine Schrauberwelle mit einer zusätzlichen Hülse,

F i g. 8 ein Futter im Schnitt, bei dem die auf die Lagerhülse wirkende Feder als Druckfeder ausgebildet ist.

Die in den Fig. 1, 2, 3 und 8 dargestellten Futter seien nach den zunächst hinsichtlich der in ihnen enthaltenen Bauteile erläutert:

Eine Schrauberwelle a ist mit einer auswechselbaren Klinge b versehen oder selbst an ihrem Ende A als Klinge ausgebildet. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 sind Nuten 7 vorgesehen, die eine entsprechende axiale Verschiebbarkeit der Schrauberwelle a erlauben. Eine Lagerhülse c besitzt an ihrem Ende A mehrere (mindestens 3) zylindrische Radialbohrungen 1. Eine Scheibe d, die bei den Ausführungen nach F i g. 2 und 3 im Durchmesser größer als die Lagerhülse c ist, ist an dem der Seite B zugewandten Ende mit der Lagerhülse c lösbar verbunden. Die Lagerhülse c ist gegenüber der Schrauberwelle a axial verschiebbar und auf dieser drehbar angeordnet und einerseits durch die Scheibe d und andererseits durch die Büchse e auf der Schrauberwelle a konzentrisch geführt. Die Büchse e kann an dieser Seite der Lagerhülse c aber auch weggelassen sein, wobei die Lagerhülse c an dieser Stelle direkt von der Schrauberwelle a geführt werden würde. Eine auf der Schrauberwelle a konzentrisch angeordnete Druckfeder /ist in einer Aussparung der Lagerhülse c untergebracht, wobei die Druckfeder /an der Scheibe dund an der Büchse e anliegt. Eine Verriegelungshülse g ist von der Lagerhülse c konzentrisch geführt, auf dieser axial verschiebbar und drehbar angeordnet. Diese Verriegelungshülse g weist vier verschiedene, funktionsbedingte Flächenzonen auf. Eine Druckfeder Λ ist an ihrem der Verriegelungshülse g -zugewandten Ende von der Lagerhülse c geführt und liegt einerseits an der Verriegelungshülse g und andererseits an einer treibenden Welle m an. Haltekugeln /' deren Anzahl und Durchmesser den Radialbohrungen / in der Lagerhülse c entspricht, sind in diesen Radialbohrungen mit leichtem Spiel verschiebbar. Die Scheibe d ist mit Befestigungselementen j an der Lagerhülse c befestigt. Mit 2 ist ein Anschlagelement bezeichnet, das in die Nuten 7 eingreift.

Die Funktionsweise des in der F i g. 1 dargestellten Futters sei nachstehend erläutert:

In der F i g. 1 ist das Futter in einer Lage dargestellt, in der es bereit ist, eine Schraube aufzunehmen. Dabei sind die einander entgegengerichteten Druckfedern'*-/ und Λ schwach gespannt. Setzt man nun eine Schraube s mit ihrem Kopf t auf die Klinge b und drückt etwas in Richtung B, so schließt sich das Futter von selbst. Dabei spielen sich folgende Vorgänge ab: Durch den Druck auf die Klinge b weicht die Schrauberwelle a axial in Richtung B in die treibende Welle m hinein aus, was durch die Nuten 7 auf der Schrauberwelle a ermöglicht wird. Da die Feder h stärker ist als die Feder f, wird die Lagerhülse c nur insoweit mitgenommen, als die Feder Λ sich zusammendrücken muß, um den zunehmenden Druck der Feder / auszugleichen. Da deshalb die Lagerhülse c einen kürzeren Weg zurücklegt als die Schrauberwelle a, gelangt sie mit ihren Radialbohrungen /, die den geöffneten Ring der Haltekugeln /beherbergen, über und d^ann vor den Schraubenkopf f. Sobald die Radialbohrungen /nach innen zu frei sind, springen die Haltekugeln / konzentrisch zusammen, bis sie am Schaft der Schraube anliegen. Diese Bewegung der Haltekugeln / wird von der schrägen Fläche 3 und der konischen Fläche 4 der unter Federdruck stehenden Verriegelungshülse g bewirkt. Diese bewegt sich so weit über die Kugeln i, bis der Durchmesser der kegeligen Fläche 4 gleich ist der Summe von doppeltem HaI-tekugeldurchmesser und Schaftdurchmesser der Schraube. Die Fläche 4 ist schwach konisch ausgebildet, um Toleranzen der Schaftdurchmesser der Schrauben auszugleichen. Sobald sich die Fläche 4 bis über die Mitte der Haltekugeln /geschoben hat, sind diese starr verriegelt, sie werden gegen den Schaft der Schraube gepreßt und können in radialer Richtung nicht ausweichen. Als Folge davon kann auch die Schraube nicht aus dem Futter springen. Läßt man die Schraube nach dem Hineindrücken los, dann wird von der Feder h das ganze Futter wieder in Richtung A bewegt, und zwar bis zu dem von der Nut 7 fixierten Anschlag der Schrauberwelle a in der treibenden Welle m. Beim Montieren der Schraube wird normalerweise gegen das Werkstück gedrückt, so daß die Schrauberwelle a wieder die andere Endlage einnimmt. Dabei ist die Feder h stärker gespannt, und über die Verriegelungshülse g werden dadurch auch die Haltekugeln / stärker an den Schaft der Schraube gepreßt. Durch das Einschrauben der Schraube kommt zunächst die Verriegelungshülse an das Werkstück und wird von diesem zurückgeschoben. Dadurch gelangen die Haltekugeln / wieder unter die schräge Fläche 3 und dann unter die zylindrische Fläche 2, so daß sie sich radial wieder nach außen bewegen können. Der Schraubenkopf veranlaßt, indem er sich dem Werkstück bis zum Anschlag nähert, das Auseinanderschieben der Haltekugeln i, dem durch die zurückgeschobene Verriegelungshülse g kein Widerstand mehr entgegengesetzt wird. Sobald die Auswärtsbewegung der Haltekugeln / ermöglicht wird, versucht die Lagerhülse c unter dem Druck der Feder /mit den Haltekugeln / in ihre Ausgangslage zurückzuspringen. Dies ist aber nicht möglich, da die Verriegelungshülse g unter dem größeren Druck der Feder h die Haltekugeln / in geöffnetem Zustand nicht in Richtung B ausweichen läßt. Die Lagerhülse c bleibt also bis zum Ende des Montagevorganges der Schraube in dem Schraubenkopf, was bedeutet, daß die Klinge b von der Lagerhülse c bis zum völligen Einschrauben der Schrauben gegenüber dem Schraubenkopf zentriert und geführt bleibt, so daß auch nach dem öffnen des Futters die Klinge nicht von der Schraube springen kann. Zieht man das Futter nun von der montierten Schraube ab, so entspannt sich die Feder h wieder etwas, die Schrauberwelle a kommt in ihre Endposition A, die Verriegelungshülse g und die Lagerhülse c nehmen ihre durch die Federn / und h bestimmte Ausgangslage für die Aufnahme der nächsten Schraube wieder ein.

Wie bereits oben dargelegt, sind in den zylindrischen Radialbohrungen 1 die Haltekugeln / mit geringem Spiel untergebracht. Sie sind so bemessen, daß der mittlere Durchmesser des geschlossenen Kugelringes (gemessen über die Mitten der Kugeln) etwas größer

ist als der Durchmesser des Kopfes der zu spannenden Schraube. Bei Schaftspannung ist der Durchmesser der Kugeln /' größer als die Differenz zwischen dem Kopfdurchmesser und dem Schaftdurchmesser der Schraube. Aus dem Durchmesser der Kugeln /ergibt sich dann wieder ihre größtmögliche Anzahl für einen bestimmten Schraubenkopfdurchmesser. Wird die größtmögliche Anzahl von Kugeln verwendet, so ist, für das normale Kopf-Schaftdurchmesser-Verhältnis handelsüblicher Schrauben der Kugelring selbsthaltend, d.h. die einzelnen Kugeln stoßen aneinander und verhindern gegenseitig ihr Hineinfallen in die Lagerhülse c, auch wenn keine Schraube gespannt ist oder das Futter versehentlich geschlossen wird. Der geschlossene Kugelring muß aber ohne Schraube einen Durchmesser aufweisen, der etwas kleiner als der Schaftdurchmesser der zu spannenden Schrauben ist. Die Radialbohrungen 1 in der Lagerhülse c können aber auch so ausgeführt sein, daß der Innendurchmesser der Bohrungen 1 kleiner ist als der Durchmesser der Haltekugeln / (s. F i g. 5). Dann können diese nicht nach innen fallen, auch wenn ihre Anzahl geringer ist, als sie für einen sich selbst haltenden Kugelring (s. F i g. 4) erforderlich wäre. Die unter stärkerem Federdruck in Richtung A stehende Verriegelungshülse g weist, wie oben bereits gesagt, vier verschiedene Funktionszonen auf. Die zylindrische Zone 2 erlaubt einerseits den völlig geöffneten Zustand der Haltekugeln i, so daß der innere Durchmesser des geöffneten Kugelringes etwas größer ist als der Durchmesser des Schraubenkopfes, andererseits verhindert sie, daß die Haltekugeln /in geöffnetem Zustand des Futters nach außen abfallen können. Die stark kegelige Fläche 3 bewirkt das Schließen des Kugelringes, und die schwach kegelige Fläche 4 enthält die Verriegelungsdurchmesser für den geschlossenen Kugelring. Die schwach konische Ausbildung dieser Fläche dient dem Ausgleich der Toleranzen der Schaftdurchmesser der Schrauben und bewirkt, daß die Haltekugeln / innerhalb des Toleranzbereiches, der durch den kleinsten und größten Durchmesser dieser konisehen Zone 4 bestimmt ist, bei geschlossenem Futter an den Schraubenschaft gepreßt werden und kein Spiel zwischen den Kugeln und dem Schraubenschaft entstehen kann. Die zylindrische Zone 5 zentriert und führt die Veriegelungshülse g gegenüber der Lagerhülse c. Die Länge der Zone 2 liegt zwischen dem halben und ' ganzen, die der Zone 4 über dem halben Kugeldurchmesser. Der äußere Durchmesser der Lagerhülse c ist kleiner als der äußere Durchmesser des geschlossenen Kugelringes. Damit sich die Haltekugeln / auf dem Wege von der Schrauberwelle a bzw. der Büchse a über dem Kopf von Rundkopfschrauben vor dem Passieren des Kopfes nicht schließen können und damit verriegelt werden, weist die Schrauberwelle a eine Aussparung 6 für runde Schraubenköpfe auf. Die Schrauberwelle a weist gegenüber der treibenden Welle m eine axiale Verschiebestrecke mit fixierten Anschlägen auf, die durch die Nuten 7 und die Anschlagelemente ζ gebildet sind. Der Wechsel von Klingen b erfolgt durch eine der Radialbohrungen / in der Lagerhülse c, indem das Befestigungselement y für die Klinge b durch eine dieser Bohrungen / bei entfernten Lagerkugeln / herausgenommen werden kann.

Die Funktionsweise eines Futters gemäß den F i g. 2 oder 3 unterscheidet sich von derjenigen eines Futters gemäß F i g. 1 wie folgt: Das Schließen des Futters erfolgt, indem man mit einer Hand eine Schraube 5 mit ihrem Kopf / an die Klinge b drückt und mit der anderen Hand mittels der Scheibe d die»HaltekugeIn / vor den Schraubenkopf t schiebt Läßt man die Scheibe d los, so wird der geschlossene Ring der Haltekugeln / von der Lagerhülse c mit dem Differenzdruck der Federn /und h an den Schraubenkopf t und dieser an die Klinge b gepreßt. Die Feder / ist also in diesem Falle stärker als die Feder h, die lediglich die Aufgabe hat, die Verrieg^lungshülse g über die Haltekugeln / zu schieben und in dieser Position während des Montagevorganges zu halten. Sobald durch Erreichen des Werkstückes die Verriegelungshülse g so weit zurückgeschoben wurde, daß der Kugelring sich wieder öffnen kann, springt das Futter auf und gibt den Schraubenkopf t wieder frei, da die Feder /die Lagerhülse c mit den Haltekugeln / wieder bis zum Anschlag in die Ausgangslage zurückschieben kann.

Die Ausführungsform gemäß den F i g. 2 und 3 unterscheidet sich von derjenigen gemäß F i g. 1 durch folgendes: Die Schrauberwelle a ist mit der treibenden Welle m bzw. einem Heft starr verbunden. Der Ring d ist im Durchmesser so groß ausgebildet, daß er zur Verschiebung gegenüber der Schrauberwelle a mittels eines Fingers geeignet ist Der innere Durchmesser des durch Aneinanderstoßen der Haltekugeln / geschlossenen Ringes ist bei einer Kopfspannung größer als der Schaftdurchmesser der Schraube s. Die Feder /ist stärker als die Feder h und bestimmt durch ihren Differenzdruck gegenüber der Feder h die Kraft, mit welcher der Schraubenkopf t gegen die Klinge b gedruckt wird. Die Feder h braucht lediglich Reibungskräfte bei der Verschiebung der Verriegelungshülse g zu überwinden und hat dafür zu sorgen, daß die Verriegelungsposition für die Haltekugeln / während des Montagevorganges der Schrauben aufrechterhalten bleibt. Die Zone 4 der Verriegelungshülse g kann zylindrisch ausgeführt sein, da bei Kopfspannung der innere Durchmesser des geschlossenen Kugelringes keine Beziehung zum Schaftdurchmesser der Schrauben zu haben braucht. Dieser Durchmesser ist also gleich oder etwas größer als der äußere Durchmesser des sich selbst haltenden geschlossenen Kugelringes, und die Zone 5 bildet mit ihrer Stirnfläche den Anschlag der Verriegelungshülse g an den Haltekugeln i. Sollen auch z. B. Senkkopfschrauben bis zum Ende ihres Montageweges, also auch noch nach dem Aufspringen des Futters durch die Lagerhülse c zentriert bleiben, so kann auf der Schrauberwelle a an ihrem Ende A eine Buchse k mit einer Druckfeder χ angeordnet werden. Diese Buchse wird von den Haltekugeln / auf der Schrauberwelle a zurückgehalten, solange das Futter geschlossen ist. Sobald die Haltekugeln / in ihre Ausgangslage zurückgesprungen sind, kann sich die Büchse k nach vorn über den Schraubenkopf t schieben und diesen zentrieren. Vom Werkstück wird sie dann zurückgeschoben, bis der Montagevorgang beendet ist.

Bei der in der F i g. 8 dargestellten Ausführungsform ist die Feder / eine Zugfeder, die an der Lagerhülse c bzw. an der treibenden Welle m drehbar befestigt ist. Eine weitere Druckfeder π ist so angeordnet, daß sie die Schrauberwelle a in Richtung A zu verschieben sucht. Bei dieser Ausführung ist die axiale Lage der Lagerhülse cund der Verriegelungshülse g bei geöffnetem Futter durch das Gleichgewicht der einander entgegengerichteten Federn / und h bestimmt, während bei geschlossenem Futter diese noch zusätzlich durch die Feder η bestimmt wird. Die Reihenfolge der Stärke der Federn ist Λ, /und n.

Mit dem Futter können Schlitzschrauben, Kreuz-

Schlitzschrauben, Vierkant- oder Sechskantschrauben mit oder ohne Kopf gehaltert werden. Beim Übergang von einer Schraubenart zur anderen ist lediglich das Mitnehmerwerkzeug auszuwechseln. Das Futter erlaubt sowohl die Kopfspannung als auch die Schaft-

spannung, es schließt selbsttätig nach*Einführen einer Schraube und öffnet selbsttätig, wenn das Futter mit dem Werkstück, in das eine Schraube einzudrehen ist, zur Anlage kommt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

509 519/18

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Futter zum Spannen von Kopf- und Stiftschrauben beim Einschraubvorgang, bestehend aus einer Lagerhülse mit den Schaft der Schraube umfassenden, radial verschiebbar in der Lagerhülse gelagerten Haltekugeln, einer die Lagerhülse umschließenden Verriegelungshülse für die Haltekugeln, welche Verriegelungshülse zum Futtergehäuse gegen die Kraft mindestens einer Feder längsverschiebbar angeordnet ist, und einer die Lagerhülse durchdringenden, mit einem Schraubenmitnehmer versehenen Schrauberwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhülse (c) längsverschiebbar zur Schrauberwelle (a) angeordnet und zwischen der Lagerhülse und einem Widerlager eine weitere Feder (/) vorgesehen ist

2. Futter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungshülse (g) im Bereich der Haltelage der Kugeln (7) mit einem Spannkonus (4) versehen ist, der unter der Wirkung der Federspannung die Kugeln (/) zusammen und damit gegen den Schaft (u) der Schraube drückt.

3. Futter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungshülse (g) eine zylindrische (2) und eine stumpfkonische Zone (3) sowie einen Spannkonus (4) aufweist, wobei die stumpfkegelige Zone (3) von dem Spannkonus (4) zur zylindrischen Zone (2) überleitet und die zylindrische Zone (2) einen Durchmesser besitzt, der größer ist als die Summe des Kopfdurchmessers (6) der Schraube und des doppelten Durchmessers der Kugeln (1) und die spitzkonische Zone (3) Durchmesser umfaßt, die zwischen dem kleinsten und dem großten Schaftdurchmesser (u) der zu spannenden Schraube zuzüglich dem doppelten Durchmesser der Kugeln (/) liegen.

4. Futter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zentrieren des Schraubenkopfes (f) nach öffnen des Futters auf der Schrauberwelle (a) an ihrem dem Schraubenkopf (t) zugewandten Ende eine Hülse (Jt) mit einer Druckfeder (x) angeordnet ist (F i g. 7).

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