DE19920544C2 - Gelenk für ein Werkzeug - Google Patents

Description

Beim Montieren treten häufig Fälle auf, in denen mit einem Werkzeug oder einer Vorrichtung Drehmomente übertragen werden müssen. Ein Beispiel für einen solchen Fall ist das Eindrehen von Schrauben. Hier muss ein Werkzeug mit der Schraube gekop­ pelt werden. Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen For­ men der Vertiefungen oder Vorsprünge in den Schraubenköpfen. Häufig müssen die Schrauben an Stellen eingeschraubt werden, wo der Zugang mit einem Werkzeug beschränkt ist. Die meisten Werkzeuge können nur dann sinnvoll benutzt werden, wenn die Drehachse des Werkzeugs mit der Achse der Schraube überein­ stimmt. An ungünstigen Stellen lassen sich Schrauben daher nur schwer mit den bekannten Werkzeugen einschrauben oder ausschrauben.

Es ist bereits ein Universalgelenk bekannt (US 2499569), das mit Hilfe einer in dem Gelenk angeordneten Schraubenfeder axial ausgerichtet wird. Die Schraubenfeder verläuft in Axialrichtung der beiden Teile des kardanisch gelagerten Gelenks und versucht, sich gerade zu richten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, wie die Übertragung von Drehmomenten auch unter schwierigen Arbeitsbedingungen erleichtert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Gelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das Rückstellelement greift in eine umlaufende Nut ein. Es kann ausreichend sein, wenn das Rückstellelement mit dem an den Boden der Nut angreift, um das Schwenkelement gerade zu richten, und an seiner Flanke der Nut, um das Rückstellelement in die Aufnahme hinein zu beaufschlagen.

Das Rückstellelement steht erfindungsgemäß unter der Wirkung einer gespannten Feder.

Das Gelenk wird zwischen dem Werkzeug, mit dem das Drehmoment aufgebracht wird, und dem Gegenstand eingesetzt, auf den das Drehmoment übertragen werden soll. Beispielsweise wird das Gelenk zwischen einen Schraubendreher und die Schraube ein­ gesetzt. Die Aufnahme wird mit dem Werkzeug oder, dem Werk­ stück verbunden, während das Schwenkelement mit dem jeweils anderen Element verbunden wird. Beim Übertragen des Drehmo­ ments wird es daher möglich, dass die Antriebsachse, das heißt die Achse, um die das Werkzeug verdreht wird, nicht mehr mit der Achse des Werkstücks zusammenfallen muss. Den­ noch läßt sich das Gelenk sehr einfach handhaben, da durch die Tendenz des Gelenks, die beiden Achsen durch Zurückstel­ lung des Schwenkelelements auszurichten, das Gelenk im unbe­ nutzten Zustand gerade gerichtet ist.

Insbesondere kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Aufnahme einen Hohlraum aufweist, der über einen Teil seiner Länge einen mehreckigen Querschnitt auf­ weist, wobei auch das Schwenkelement über einen Teil seiner Länge einen darauf abgestimmten mehreckigen Querschnitt auf­ weist. Diese Art der Ausbildung der beiden aufeinander abge­ stimmten Teile ist eine von mehreren Möglichkeiten, um dafür zu sorgen, dass in Drehrichtung die beiden Teile drehfest miteinander verbunden sind.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Wände des Hohl­ raums der Aufnahme in dem mehreckigen Bereich eben ausgebil­ det sind. Dadurch lässt sich das Gelenk leicht herstellten.

In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Schwenkele­ ment in seinem mehreckigen Bereich einen konvexen Längs­ schnitt aufweist. Beim Verschwenken des Schwenkelements rollt oder gleitet dieses mit seinen konvexen Außenseiten dann auf den Wänden der Aufnahme. Natürlich könnten auch die Wände der Aufnahme eine übereinstimmende Form aufweisen, so dass ein Gleiten von zwei Kugelflächen aufeinander auftritt.

Das Festhalten des Schwenkelements in der Aufnahme, d. h. die Sicherung gegen sein Herausziehen, kann beispielsweise durch eine entsprechende Form der Aufnahme geschehen. Besonders einfach lässt sich das Gelenk jedoch dann gestalten, wenn das Rückstellelement derart ausgebildet und angeordnet ist, dass es das Schwenkelement nicht nur geradezurichten versucht, sondern auch in die Aufnahme hinein beaufschlagt. In diesem Fall übernimmt das Rückstellelement eine zweite Funktion. Da das Rückstellelement unter Krafteinwirkung steht, kann es auch so gestaltet werden, dass ein Herausnehmen des Schwen­ kelements aus der Aufnahme möglich wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Rückstellelement ein getrenntes Teil ist, das an einem der beiden Teile, insbesondere an der Aufnahme, gehaltert ist und diesem gegenüber bewegt werden kann. Das Rückstellelement kann auf diese Weise besonders günstig an die Form und Funk­ tion des Schwenkelements angepasst werden.

In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass das in die Aufnahme hinein gerichtete Ende des Schwenkelements den Boden der Aufnahme bzw. des Hohlraums berührt, mindestens in der neutralen Stellung, vorzugsweise in jeder Stellung des Schwenkgelenks. Es ist bei Antriebs­ werkzeugen bekannt, Magnete zu verwenden, die die Schraube vor und zu Beginn des Einschraubens haltern. Durch die Be­ rührung zwischen dem Schwenkelement und dem Boden der Aufnah­ me kann ein Magnet in der Vorrichtung angebracht werden, der dann nicht durch einen Luftspalt von der Schraube getrennt ist.

Um die Berührung zwischen dem Schwenkelement und der Aufnahme in möglichst allen Positionen aufrechtzuerhalten, kann erfindungsgemäß in Weiterbildung vorgesehen sein, dass das in die Aufnahme hinein gerichtete Ende des Schwenkelements konvex ausgebildet ist, wobei der Krümmungsradius auf den Mittel­ punkt der Schwenkbewegung des Schwenkelements abgestimmt ist.

Das Schwenkelement kann beispielsweise in axialer Richtung an dem Ende des Schwenkelements angreifen. Besonders günstig ist es jedoch, wenn das Rückstellelement etwa radial an dem Schwenkelement zwischen dessen freiem Ende und dem durch die konvexen Flächen bestimmten Schwenklager angreift. Dadurch wird erreicht, dass bei einem kompakten Aufbau des Gelenks sich die radiale Stelle der Kraftabnahme bzw. Krafteinleitung nicht allzu stark verändert.

Es kann erfindungsgemäß ausreichen, wenn das Gelenk ein ein­ ziges Rückstellelement aufweist. Besonders günstig ist es je­ doch, wenn das Gelenk mindestens zwei Rückstellelemente auf­ weist, die über den Umfang verteilt an dem Schwenkelement angreifen, insbesondere gleichmäßig über den Umfang ver­ teilt.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass als Rückstellele­ ment ein etwa tangential verlaufender Zapfen verwendet wird, der geradlinig oder auch gekrümmt ausgebildet sein kann. Bei einem gekrümmten Zapfen, was man auch als Bogenstück bezeich­ nen könnte, liegt die konkave Seite der Krümmung an den Schwenkelement an.

Besonders günstig ist es jedoch, wenn als Rückstellelement eine Kugel verwendet wird, die in einer etwa radial verlau­ fenden Bohrung angeordnet ist. In diesem Fall ist es sinn­ voll, mindestens drei Kugeln zu verwenden.

Beispielsweise kann die Federwirkung durch einen O-Ring erzeugt werden. Hierbei handelt es sich um ein kostengünsti­ ges leicht einzusetzendes und auch leicht auszutauschendes Bauelement.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der O-Ring unter Spannung in einer umlaufenden Nut eingesetzt ist und dadurch die Rückstellelemente beaufschlagt. Die Federwirkung dient also sowohl zur Beaufschlagung der Rückstellelemente als auch zur Festlegung des O-Rings.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Nut derart ausgebildet ist, daß der O-Ring nach außen über die Seiten der die Nut eingrenzenden Flächen vorsteht. Es wird dadurch möglich, den O-Ring auch von außen noch zu beeinflussen, ihn beispielsweise zu komprimieren. Durch dieses zusätzliche Komprimieren des an sich schon gespannten O-Rings kann die Kraft, mit der die Rückstellelemente auf das Schwenkelement einwirken, vergrößert werden, was beispielsweise bei Maschi­ nenwerkzeugen sinnvoll sein kann.

Als Einrichtung zum Komprimieren des O-Rings von außen kann beispielsweise eine axial verschiebbare Hülse an dem Teil des Gelenks angeordnet sein, in dem die Aufnahme ausgebildet ist. Diese Hülse kann so verschoben werden, dass sie den O-Ring etwas komprimiert. Gleichzeitig dient der dann komprimierte O-Ring auch dazu, die Hülse gegen ein unbeabsichtigtes Ver­ schieben zu sichern.

Das von der Erfindung vorgeschlagenen Gelenk kann ein Teil eines Handwerkszeug sein, also direkt in einem Schraubendre­ her eingebaut sein.

Das Gelenk kann aber ebenfalls Teil eines Maschinenschraubers sein.

Es ist aber ebenfalls möglich und wird von der Erfindung vor­ geschlagen, dass das Gelenk als separates Teil ausgebildet ist, das beispielsweise mit einem Antriebswerkzeug über eine standardisierte Einrichtung verbunden werden kann, während das gegenüberliegenden Ende mit einem Bit verbunden werden kann.

Die Erfindung schlägt ebenfalls vor, mehrere Gelenke zu einem Bauteil zusammenzufassen, um dadurch einen größeren Schwenk­ winkel zu ermöglichen.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung er­ geben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein von der Erfindung vor­ geschlagenes Gelenk;

Fig. 2 einen Querschnitt etwa längs Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der mehrere Elemente mit jeweils einem Schwenkgelenk zu einem Bauteil zusammengefasst sind;

Fig. 4 ein von der Erfindung vorgeschlagenes Gelenk als Zwischenteil zwischen einem Antriebswerkzeug und einem Antrieb.

Fig. 1 zeigt teilweise geschnitten den vorderen Bereich bei­ spielsweise eines Schraubendrehers mit einem Gelenk nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Teil des Gelenks ist eine Aufnahme 1 gebildet, die in der dargestellten Ausführungsform einen Hohlraum 2 aufweist, der zur Stirnseite 3 des Bauteils offen ist und innen von einem ebenen Boden 4 begrenzt wird. In seinem an die Stirnseite 3 angrenzenden Bereich weist der Hohlraum 2 einen mehreckigen, beispielsweise achteckigen Querschnitt mit ebenen Innenwänden 5 auf. An diesen Bereich mit dem Querschnitt eines Prisma schließt sich ein Bereich 6 mit einem kreisrunden Querschnitt an.

In dem Bereich 6 mit kreisrundem Querschnitt münden drei ra­ dial verlaufende Bohrungen 7, die an ihrem radial inneren Ende eine leichte Querschnittsverengung 8 aufweisen. In jede dieser drei Bohrungen 7 ist ein Rückstellelement in Form einer Kugel 9 eingesetzt.

In die Aufnahme 1 ist ein Ende eines Schwenkelements 10 ein­ gesetzt, das in seinem dem Bereich mit den ebenen Seiten­ wänden 5 entsprechenden Bereich im Querschnitt ebenfalls mehreckig ausgebildet ist. Im Längsschnitt bzw. der in der Fig. 1 zu sehenden Seitenansicht verlaufen die Außenwände 11 in Form eines Kreisbogens. Dadurch wird ein Gelenk gebildet, das in Drehrichtung drehfest ist, während eine Verschwenkung durch das Gleiten der bogenförmigen Außenwände 11 des Schwenkkelements 10 auf den ebenen Wänden 5 der Aufnahme möglich ist.

An den das Schwenklager bildenden Bereich des Schwenkgelenks 10 schließt sich ein Ansatz 12 an, der eine Art Nut bildet.

An die Stelle mit verringertem Durchmesser schließt sich dann wieder eine im Längsschnitt bogenförmige Schulter 13 an, hinter der ein Ring 14 mit einem Durchmessermaximum gebildet ist. Das in das Innere der Aufnahme 1 gerichtete Ende des Schwenkelements 10 wird von einer kugelförmig konvexen Fläche 15 gebildet. Diese Fläche berührt den ebenen Boden 4 des Hohlraums 2 der Aufnahme 1.

An das Schwenklager schließt sich außerhalb des Bauteils, in dem die Aufnahme 1 gebildet ist, ein Abschnitt 16 vergrößer­ ten Durchmessers an. Das vordere Ende des Schwenkelements 10 wird von einem Vierkantansatz 17 gebildet, der beispielsweise in eine Verlängerung für ein Werkzeug eingesetzt werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Gelenk der Fig. 1 in Höhe der Bohrungen 7. Diese Bohrungen 7 verlaufen radial. In jeder Bohrung 7 ist eine Kugel 9 eingesetzt, die einen dem Durchmesser der Bohrung 7 etwa gleichen Durchmesser aufweist. Durch die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erwähnte Verengung 8 des Durchmessers der Bohrung 7 ist dafür gesorgt, dass die Kugeln 9 nicht nach innen in die Aufnahme hineinfallen können, wenn das Schwenkelement 10 nicht eingesetzt ist.

Die Bohrungen 7 münden an der Außenseite des die Aufnahme 1 aufweisenden Bauteils in einer Ringnut, in die ein O-Ring eingesetzt ist. Dieser O-Ring 18 ist in Fig. 1 dargestellt. Der O-Ring beaufschlagt alle Kugeln 9 radial nach innen, so dass sie alle mit der gleichen Kraft an dem Boden des Ab­ schnitts 12 des Schwenkelements 10 anliegen. Durch diese Kraft, die auf alle Kugeln 9 gleichmäßig einwirkt, wird das Schwenkelement 10 zentriert und damit ausgerichtet, so dass die Achse der Aufnahme 1 mit der Achse des Vierkantes 17 zusammenfällt. Der O-Ring ist so dimensioniert, dass er in der Nut unter Spannung anliegt.

Nun zurück zu Fig. 1. An einem zylindrischen Abschnitt 20 des die Aufnahme 1 aufweisenden Bauteils ist verschiebbar eine Hülse 21 gelagert. Sie ist in Fig. 1 in der linken Hälfte in ihrer einen Position dargestellt, während sie rechts in Fig. 1 in ihre verschobenen Position dargestellt ist. Die Hülse 21 gleitet mit einem Teil ihrer Länge auf dem zylindrischen Abschnitt 20 des Bauteils. In ihrem übrigen Bereich weist sie einem etwas vergrößerten Innendurchmesser auf, der aber immer noch deutlich kleiner ist als der Außen­ durchmesser des unverformten O-Rings 18.

Die vordere Innenkante 22 der Hülse 21 ist leicht abge­ schrägt. Wird die Hülse 21 aus ihrer links in Fig. 1 darge­ stellten inaktiven Position, in der sie durch einen Federring 23 gesichert ist, verschoben, so gleitet die vordere Innen­ kante 22 der Hülse 21 über die Außenseite des O-Rings 18 auf und komprimiert diesen in die Nut hinein und damit gegen die Kugel 9. Diese Position ist in Fig. 2 rechts dargestellt, wobei auch hier der Federring 23 durch Eingreifen in eine Innennut 24 eine Festlegung ermöglicht. Andererseits ist die Hülse 21 in dieser Position auch durch die von dem O-Ring 18 ausgeübte Kraft festgelegt. Durch dieses Verschieben der Hülse 21 wird eine Vergrößerung der Kraft bewirkt, mit der die Rückstellelemente, nämlich die Kugeln 9, das Schwenkele­ ment 10 geraderichten. Diese Vergrößerung kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn das Gelenk mit einem sehr schnell rotierenden Maschinenwerkzeug verwendet wird, um die beim Ro­ tieren auftretenden auf die Kugeln 9 einwirkenden Fliehkräfte auszugleichen.

Wie man der Fig. 1 ebenfalls entnehmen kann, liegen die Kugeln 9 auch an der bogenförmigen Schulter 13 zwischen dem Teil 12 und dem Ring 14 an. Sie bewirken dadurch auch eine Kraftkomponente in Richtung der Achse, die das Schwenkelement 10 in die Aufnahme 1 hinein beaufschlagt. Dadurch wird ein Herausfallen des Schwenkelements 10 aus der Aufnahme 1 verhindert. Bei nach oben geschobener Hülse 21, links in Fig. 1, kann das Schwenkelement 10 durch Ziehen entfernt werden, da die Kugeln 9 dann gegen den O-Ring nach außen bewegt wer­ den können.

Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit, wie mehrere Gelenke nach der Erfindung zu einem Bauteil zusammengefaßt werden können, das in einem Antriebsstrang zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück eingesetzt werden kann. Das Bauteil der Fig. 3 enthält an seinem einen Ende einen sechskantigen Ansatz 30, der abnehmbar in einer Aufnahme 31 gehaltert ist. An dem ge­ genüberliegenden Ende ist ein hülsenartiges Element 32 ange­ ordnet, das eine sechskantige Innenöffnung zur Aufnahme ein­ es Elements in der Form des Ansatzes 30 enthält. Zwischen den beiden Teilen sind jeweils mehrere Gelenke angeordnet, so dass sich die mögliche Schwenkwinkel jedes einzeln Gelenks addieren.

Fig. 4 zeigt eine weitere Möglichkeit, wie ein von der Er­ findung vorgeschlagenes Gelenk verwendet werden kann. Am linken Ende ist ein Vierkantansatz 34 ausgebildet, in dessen einer Seitenfläche eine unter Federwirkung stehende Kugel 35 eingesetzt ist. An den Vierkantansatz schließt sich eine erste Aufnahme 36 an, in der beispielsweise ein Schwenkgelenk nach Fig. 1 untergebracht ist. Das Schwenkelement ragt aus der Stirnseite 37 der Aufnahme 36 heraus, und greift in eine zweite Aufnahme 36 ein, in der dieses Schwenkelement nochmals in einer Aufnahme eingesetzt ist. Von der dem Ansatz 34 abge­ wandten Stirnseite der Aufnahme 36 aus geht eine vierkantige Öffnung in die Aufnahme 36 hinein, die in Form und Größe dem Vierkantansatz 34 gleich ist. Dieses in Fig. 4 dargestellte Bauelement kann beispielsweise zwischen einem Antriebswerk­ zeug und einer Nuss eingesetzt werden. Hier dient das Schwenkelement 10 gleichzeitig als Schwenkelement für zwei Aufnahmen.

Claims (23)

1. Gelenk für ein Werkzeug zum Übertragen eines Drehmoments, mit

• 1. 1.1 einer Aufnahme (1),
• 2. 1.2 einem in die Aufnahme (1) eingesetzten Schwenkele­ ment (10), das
  • 1. 1.2.1 in Drehrichtung um die Antriebsachse/Abtriebsachse des Werkzeugs drehfest und
  • 2. 1.2.2 aus der Antriebs- bzw. Abtriebsachse heraus schwenk­ bar gehaltert ist,
• 3. 1.3 mindestens einem Rückstellelement, das
  • 1. 1.3.1 zwischen der Aufnahme (1) und dem Schwenkelement (10) wirksam ist,
  • 2. 1.3.2 unter Krafteinwirkung steht und
  • 3. 1.3.3 das Schwenkelement (10) geradezurichten versucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellelement unter Federwirkung steht und in einer Umfangsnut des Schwenkelements (10) angreift.

2. Gelenk nach Anspruch 1, bei dem die Aufnahme (1) einen Hohlraum (2) aufweist, der über einen Teil seiner Länge einen mehreckigen Querschnitt auf­ weist, und bei dem das Schwenkelement (10) über einen Teil seiner Länge einen darauf abgestimmten mehreckigen Querschnitt aufweist.

3. Gelenk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wände (5) des Hohlraums (2) der Aufnahme (1) in dem mehreckigen Bereich eben sind.

4. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Schwenkelement (10) in seinem mehreckigen Bereich einen konvexen Längsschnitt aufweist.

5. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Rückstellelement das Schwenkelement (10) in die Aufnahme (1) hinein beaufschlagt.

6. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Rückstellelement ein separates Teil ist, das an der Aufnahme (1) gehaltert und dieser gegenüber bewegbar ist.

7. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das in die Aufnahme (1) hinein gerichtete Ende des Schwenkelements (10) den Boden (4) der Aufnahme (1) berührt.

8. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das in die Aufnahme (1) hinein gerichtete Ende des Schwenkelements (10) konvex ausgebildet ist.

9. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Rückstellelement an dem Schwenkelement (10) zwischen dessen freiem Ende und dem Schwenklager angreift.

10. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens zwei Rückstellelementen, die über den Umfang verteilt an dem Schwenkelement (10) angrei­ fen.

11. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Rückstellelement eine Kugel (9) ist, die in einer etwa radial verlaufenden Bohrung (7) angeord­ net ist.

12. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Rückstellelement ein etwa tangential verlaufen­ der Zapfen ist.

13. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Rückstellelement ein etwa tangential verlau­ fendes Bogenstück ist.

14. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Federwirkung durch einen O-Ring (18) erzeugt wird.

15. Gelenk nach Anspruch 14, bei dem der O-Ring (18) unter Spannung in einer Nut angeordnet ist.

16. Gelenk nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Außenkontur des O-Rings (18) nach außen übersteht.

17. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Einrichtung zum Verändern der Feder­ wirkung.

18. Gelenk nach Anspruch 17, bei dem die Einrichtung den O-Ring (18) komprimiert.

19. Gelenk nach Anspruch 17, mit einer axial verschieb­ baren Hülse (21), die den O-Ring (18) komprimiert.

20. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, als Teil eines Handwerkzeugs.

21. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 19, als Teil eines Maschinenschraubers.

22. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, als Zwischenteil ausgebildet.

23. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem weiteren Gelenk zusammengefasst.