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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Übertragungstechnik von Werkzeugen,
insbesondere einen Mechanismus zur Stabilisierung des Ausgangsdrehmoments eines Übertragungselements.
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Stand der Technik
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Es
gibt Werkzeuge, die durch Hochdruckgas als Antriebskraftquelle angetrieben
werden, z. B. pneumatische Schlüssel. Wie im Stand der
Technik des US-amerikanischen Patents Nr.
US6024180 offenbart ist, wird ein
Ende des Ausgangsschafts (output shaft) durch einen Schlagmechanismus
(z. B. mit zwei Hämmer, Zylinderkopplung, usw.) eines pneumatischen
Schlüssels derart angetrieben, dass sich der Ausgangsschaft
dreht und betätigt, wobei sich das andere Ende des Ausgangsschafts
aus dem Hauptkörper des pneumatischen Schlüssels
hinaus erstreckt. Somit erfolgt das Ausgeben der Antriebskraft nach
außen. Außerdem ist aus dem US-amerikanischen
Patent Nr.
US7281458 eine
Antriebswelle für Werkzeuge mit unbestimmter Antriebskraft
oder für nicht durch Antriebskraft angetriebene Werkzeuge
bekannt, wobei das Drehmoment bei der Antriebswelle begrenzt und
geschützt werden kann.
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Der
oben offenbarte technische Inhalt ist für den Erfinder
nicht optimal, vor allem fehlt der Mechanismus zur Stabilisierung
und Steuerung des Ausgangsdrehmoments beim Stand der Technik. Beispielsweise
kann gemäß der Erfindung in der
US6024180 nur genau die Kraft, die
der Schlagmechnismus zur Verfügung stellt, nach außen übertragen
werden, was allerdings zur Instabilität des Ausgangsdrehmoments
führen kann. Für Arbeiten, für die ein
stabiles Drehmoment erforderlich ist, ist eine derartige Ausführungsform
nicht geeignet. Die Erfindung von
US7281458 gewährleistet
zwar die Begrenzung und den Schutz des Drehmoments, jedoch funktioniert
der Mechanismus dafür folgendermaßen: Nur wenn
eine das Nenn-Übertragungsdrehmoment überschreitende
Kraft ausgeübt wird, wird die Kraftübertragung
durch das Abspringen der Eingriffteile und ihre Trennung voneinander
unterbrochen, wobei die Stabilität des Drehmoments nicht besser
gewährleistet werden kann, das heißt, dass der
Ausgangsdrehmomentwert unter dem Nenn-Übertragungsdrehmoment
nicht stabil ist, was dasselbe Problem wie in
US6024180 darstellt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mechanismus zur
Stabilisierung des Ausgangsdrehmoments eines Übertragungselements
zu schaffen, der ermöglicht, dass die auf das Übertragungselement
ausgeübte Kraft im Vorgang ihrer Übertragung in
einem angemessenen Bereich stabilisiert wird, so dass das Ausgangsdrehmoment in
einem angemessenen Bereich bleibt.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch einen Mechanismus zur Stabilisierung
des Ausgangsdrehmoments eines Übertragungselements mit
den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der
erfindungsgemäße Mechanismus zur Stabilisierung
des Ausgangsdrehmoments eines Übertragungselements umfasst
ein Übertragungselement mit einem Krafteingangsteil und
einem Kraftausgangsteil, die voneinander getrennt angeordnet sind;
ein Eingriffselement, das zwischen dem Krafteingangsteil und einem
Kraftausgangsteil angeordnet ist, wobei das Eingriffselement ein
erstes und ein zweites Eingriffsteil aufweist, die in Eingriff stehen, um
eine Eingriffstiefe vorzubestimmen, wobei diese beiden Eingriffsteile
jeweils an einer vorbestimmten Stelle des Krafteingangsteils und
des Kraftausgangsteils angeordnet sind, um die Kraft aus dem Krafteingangsteil
zum Kraftausgangsteil zu übertragen; und ein elastisches
Element, das Elastizität zur Aufrechterhaltung des Eingriffs
zwischen dem ersten und dem zweiten Eingriffsteil zur Verfügung
stellt und durch Kraft zusammengepresst werden kann, wobei der zusammenpressbare
Abstand des elastischen Elements kleiner ist als die Eingriffstiefe.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt
eine Explosionsdarstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung in perspektivischer Ansicht.
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2 zeigt
eine Außenansicht des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung in perspektivischer Ansicht.
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3 zeigt
eine Schnittansicht der Schnittlinie 3-3 in 2.
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4 zeigt
eine Schnittansicht der Schnittlinie 3-3 in 2, wobei
das elastische Element im größten zusammengepressten
Zustand dargestellt ist.
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5 eine
Explosionsdarstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung in perspektivischer Ansicht.
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6 eine
Außenansicht des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung in perspektivischer Ansicht.
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7 zeigt
eine Schnittansicht der Schnittlinie 7-7 in 6.
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8 zeigt
ein Kurvenbild, das den Drehmonentausgang der pneumatischen Schlüssel
unter Anwendung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung und den Drehmonentausgang gemäß dem
Stand der Technik im Vergleich darstellt.
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9 zeigt
eine Schnittansicht des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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10 zeigt
eine Schnittansicht des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung, wobei das elastische Element im größten
zusammengepressten Zustand dargestellt ist.
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Wege der Ausführung
der Erfindung
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Im
Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
anhand der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele und
der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Jedoch
soll die Erfindung nicht auf die Beschreibung und die beigefügten
Zeichnungen beschränkt werden.
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1 bis 4 zeigen
das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung,
wobei der Mechanismus zur Stabilisierung 10 des Ausgangsdrehmoments
eines Übertragungselements im Wesentlichen aus einem Übertragungselement 20,
einem Eingriffelement 30 und einem elastischen Element 40 ausgebildet
ist.
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Das Übertragungselement 20 weist
ein Krafteingangsteil 21 und ein Kraftausgangsteil 22 auf,
die jeweils schaftförmig und koaxial ausgebildet sind, wobei
das Krafteingangsteil 21 und das Kraftausgangsteil 22 sich
an einem ihrer Enden entsprechend zueinander zuwenden. Konkret gesagt
wird das Übertragungselement 21 auf die gleiche
Weise wie der herkömmliche Ausgangsschaft angewendet, das heißt,
dass das andere Ende des schaftförmigen Krafteingangsteils 21 durch
den Schlagmechanismus derart geschlagen wird, dass es sich dreht,
wobei das Kraftausgangsteil 22 jedoch anders als der als
einziger Schaft ausgeführte herkömmliche Ausgangsschaft
ausgebildet ist. Das Krafteingangsteil 21 und das Kraftausgangsteil 22 sind
separat ausgebildet.
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Das
Eingriffselement 30 weist ein erstes und ein zweites Eingriffsteil 31, 32 auf,
die jeweils an der Fläche der einander zugewendeten Enden
des Krafteingangsteils 21 und des Kraftausgangsteils 22 ausgebildet
sind und miteinander in einer vorbestimmten Eingriffstiefe h in
Eingriff stehen, so dass Kraft durch den Eingriff zwischen den beiden
Eingriffsteilen 31, 32 vom Krafteingangsteil 21 zum
Kraftausgangsteil 22 übertragen werden kann.
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Weiterhin
ist das erste Eingriffsteil 31 mit einer Vielzahl von Ratschen 311 versehen,
die mit dem Schaft des Übertragungselements 20 als
Krümmungsmittelpunkt in einem gewissen Abstand zueinander
ringförmig ausgebildet sind und von der Fläche des
Schaftendes des Krafteingangsteils 21 hervorragen. Die
Zahnfläche 3111 der Ratschen 311 steht
im Verhältnis zur axialen Richtung des Übertragungselements 20 schräg,
während die gerade Zahnfläche 3112 der
Ratschen 311 parallel zur axialen Richtung des Übertragungselements 20 steht.
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Das
zweite Eingriffsteil 32 ist ebenfalls mit einer Vielzahl
von Ratschen 321 versehen, die mit dem Schaft des Übertragungselements 20 als
Krümmungsmittelpunkt in einem gewissen Abstand zueinander
ringförmig ausgebildet sind und von der Fläche des
Schaftendes des Kraftausgangsteils 22 hervorragen. Die
Ratschen 321 werden jeweils in den Zwischenraum zwischen
je zwei benachbarten Ratschen 311 des ersten Eingriffsteils 31 eingesetzt.
Diejenigen zwei Seiten der Ratschen 321, die der axialen Richtung
des Übertragungselements 20 entsprechen, sind
ebenfalls als schräge Zahnfläche 3211 ausgebildet,
während die andere Seite als gerade Zahnfläche 3212 ausgebildet
ist. Dadurch stützen sich die schrägen Zahnflächen 3211 der
zweiten Ratschen 321 an den schrägen Zahnflächen 3111 der entsprechenden
ersten Ratschen 311 des ersten Eingriffsteils 31 ab.
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Das
elastische Element 40 weist einen ringförmigen
Sockel 41 auf und ist koaxial an der Umfangsseite eines
Endes des Schafts des Kraftausgangsteils 22 befestigt;
ein ringförmiges Endteil 42 steht zu einem Ende
des Schafts des Krafteingangsteils 21 in einem fixierten
Abstand und gleitet derart, dass es mit dem anderen Ende des Schafts
des Kraftausgangsteils 22 verbunden und von dem Sockel 41 getrennt
ist; und ein durch die Überlappung mehrerer scheibenförmiger
Unterlegscheiben in Gegenrichtung ausgebildetes elastisches Teil 43 wird koaxial über
den Schaft des Kraftausgangsteils 22 gezogen, wobei ein
Ende des elastischen Teils 43 sich am Endteil 42 und
das andere Ende am Sockel 41 abstützt, so dass
die Elastizität über den Sockel 41 zum
Eingriffselement 30 übertragen wird, damit das
Eingriffselement 30 aufgrund der Elastizität im Eingriffszustand
aufrechterhalten werden kann, wobei wichtig ist, dass das elastische
Element 30 zwar durch Krafteinwirkung zusammenpressbar
ist, der größte zusammenpressbare Abstand d zwischen dem
Sockel 41 und dem Endteil 42 kleiner ist als die Eingriffstiefe
h, so dass das Kraftausgangsteil 22 zwar durch das Zusammenpressen
des elastischen Teils 43 sich derart axial verschiebt,
dass die Eingriffstiefe zwischen dem ersten und dem zweiten Eingriffsteil 31, 32 verändert
wird, doch bleiben das erste und das zweite Eingriffsteil 31, 32 in
Eingriff, so dass die Kraft aus dem Krafteingangsteil 21 zum
Kraftausgangsteil 22 übertragen werden kann.
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Mit
dem Aufbau aus den oben genannten Bauelementen erfolgt der erfindungsgemäße
Mechanismus zur Stabilisierung des Ausgangsdrehmoments folgendermaßen:
wenn sich das Krafteingangsteil 21 durch Krafteinwirkung
im Uhrzeigersinn dreht, wird die Kraft über die sich aneinander
abstützenden schrägen Zahnflächen 3111, 3211 des
ersten und des zweiten Eingriffsteils 31, 32 zum
Kraftausgangsteil 22 übertragen, so dass sich
das Kraftausgangsteil 22 synchron und in die gleiche Richtung dreht.
Wenn aber die Krafteinwirkung zu groß ist, wird sich das
elastische Teil 43 so zusammenziehen, dass sich die schrägen
Zahnflächen 3111, 3211 in einem sich
aneinander abstützenden Zustand relativ zueinander verschieben.
Dadurch ist vermeidbar, dass eine übergroße Kraftgröße
vollständig zum Kraftausgangsteil 22 übertragen
wird. Auf diese Weise kann die Stabilität des Ausgangsdrehmoments des Übertragungselements
gewährleistet werden.
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Umgekehrt,
wenn sich das Krafteingangsteil 21 durch Krafteinwirkung
gegen den Uhrzeigersinn dreht, stützen sich das erste und
das zweite Eingriffsteil 31, 32 mit ihren geraden
Zahnflächen 3112, 3212 ab, um die auf
das Krafteingangsteil 21 einwirkende Kraftgröße
vollständig zum Kraftausgangsteil 22 zu übertragen.
Hierbei wird keine Teilkraft auf das elastische Teil 43 einwirken,
so dass es sich nicht zusammenzieht.
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Neben
der obigen Offenbarung ist zusätzlich zu erklären,
dass die vorliegende Erfindung im Vergleich zum herkömmlichen
Mechanismus zur Steuerung des Drehmoments unter Anwendung einer
Eingriffsverbindung von Ratschen, Kugeln, usw. (z. B.
TW094131818 ,
TW095124015 ,
TW094221835 ) technisch nicht durch
ihre Eingriffsverbindung gekennzeichnet ist, sondern durch das Verhältnis
zwischen der Zusammenpressbarkeit des elastischen Teils
43 und
der Eingriffstiefe. Noch konkreter gesagt: beim Stand der Technik
ist zwar schon offenbart, dass die Elastizität durch Feder,
scheibenförmige Unterlegscheiben oder zusammenpressbare
Flüssigkeit bereitgestellt werden kann, doch erfolgt die
Begrenzung des Drehmoments durch die Unterbrechung der Kraftübertragung,
indem die Eingriffsverbindung gelöst wird. Im Unterschied
dazu stellt das elastische Element gemäß der vorliegenden
Erfindung eine angemessene Elastizität zur Verfügung unter
der Voraussetzung, dass die Eingriffsverbindung zwischen dem ersten
und dem zweiten Eingriffsteil aufrechterhalten wird, so dass eine
relative Verschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingriffsteil
erlaubt wird, wobei diese Verschiebung kleiner als die Eingriffstiefe
h ist, und eine übergroße Kraftgröße
durch das elastische Teil
43 absorbiert wird, um eine Stabilisierung
des Ausgangsdrehmoments des Übertragungselements zu gewährleisten. Somit
ist der Unterschied der technischen Merkmale der Erfindung offensichtlich
unterschiedlich zu denen im Stand der Technik.
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Außerdem
ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der zusammenpressbare
Abstand d des elastischen Elements kleiner ist als die Eingriffstiefe
h zwischen dem ersten und dem zweiten Eingriffsteil. Die Krafteingangsweise
des Krafteingangsteils oder die Kraftausgangsweise des Kraftausgangsteils
ist nicht das Merkmal der vorliegenden Erfindung. Konkret gesagt
ist die Krafteingangsweise des Krafteingangsteils nicht auf den
eingangs erwähnten Schlagmechanismus mit z. B. zwei Hämmer
oder Zylinderkopplung beschränkt; das andere Ende des Kraftausgangsteils,
das mit dem äußeren verbunden ist, ist nicht auf
die rechteckige Form gemäß dem vorhergehenden
Ausführungsbeispiel beschränkt und kann mit einer
anderen Ausgestaltung die Kraft nach außen übertragen.
Die technischen Modifikationen des Krafteingangsteils oder des Kraftausgangsteils
gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, der
sich auf die nachstehenden Patentansprüche richtet.
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Durch
das oben offenbarte erste bevorzugte Ausführungsbeispiel
kann zwar die Aufgabe der Erfindung gelöst werden, jedoch
verschiebt sich das Kraftausgangsteil 22 axial nach oben
beim Zusammenziehen des elastischen Teils 43, wodurch das Abspringen
vorkommt, das für bestimmte Arbeitsumgebungen einen Störfaktor
darstellt und daher vermieden werden muss. Im Folgenden wird ein
zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel erläutert,
gemäß dem kein Abspringen vorkommt.
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5 bis 7 zeigen
das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung,
wobei der Mechanismus zur Stabilisierung 10' des Ausgangsdrehmoments
eines Übertragungselements anders als der beim ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel konstruiert ist, um das Abspringen
des Kraftausgangsteils zu vermeiden.
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Das
Kraftausgangsteil 22' weist einen Außenschaft 221' auf;
ein Rastloch 222', das im Schnitt unrund ausgebildet ist,
an einem Ende des Außenschafts 221' vertieft angeordnet
ist und entlang des Schafts nach innen bis zu einer angemessenen
Tiefe verläuft; und einen inneren Rastschaft 223',
der im Schnitt komplementär zum Rastloch 222' ausgebildet ist,
wobei sich der innere Rastschaft 223' mit einem Ende koaxial
in das Rastloch 222' verschiebt und somit mit dem Außenschaft 221' koaxial
entsprechend verbunden wird, so dass sich der Außenschaft 221' und
der innere Rastschaft 223' zueinander axial verschieben
können. Durch die Rastverbindung des inneren Rastschafts 223' und
des Rastloches 222' wird die relative radiale Verschiebung
zwischen dem Außenschaft 221' und dem inneren
Rastschaft 223' begrenzt.
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Das
ringförmige Endteil 42' des elastischen Elements 40' ist
mit einem Ende an einem Distalende des Schafts des Außenschafts 211' koaxial
einstückig ausgebildet; das elastische Element 40' weist ferner
zwei gegenseitige bogenförmige Rillen 44' mit einem
gleichen Krümmungsmittelpunkt auf, wobei die beiden bogenförmigen
Rillen 44' jeweils an der inneren Ringfläche des
anderen Endes des Endteils 42' und an der Umfangsringfläche
eines Endes des Krafteingangsteils 21' angeordnet sind;
die Kugeln 45' sind zwischen den beiden bogenförmigen
Rillen 44' rollbar geklemmt, um einen festen Abstand zwischen
dem Endteil 42' und einem Ende des Krafteingangsteils 21' aufrechtzuerhalten
und den Außenschaft 211' des Kraftausgangsteils 22' zugleich
zu sichern.
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Der
mit den oben genannten Bauelementen aufgebaute Mechanismus zur Stabilisierung 10' des Ausgangsdrehmoments
eines Übertragungselements ist insofern dem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel gleich, als eine Stabilisierung des
Ausgangsdrehmoments erzielbar ist. Wie in 8 gezeigt,
ist die Kurve B des vom Mechanismus zur Stabilisierung 10' des
Ausgangsdrehmoments eines Übertragungselements ausgegebenen
Drehmoments im Vergleich zur Drehmomentsausgangskurve A aus dem
Stand der Technik sehr stabil, was eine eindeutige Erhöhung
der Leistung besagt. Darüber hinaus ist die Erfindung gemäß dem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel insofern von Vorteil,
als das Abspringen des Krafteingangsteils und des Kraftausgangsteils
vermeidbar ist, weil beim aufgrund einer Krafteinwirkung verursachten
Zusammenziehen des elastischen Teils 43' des elastischen
Elements 40' sich der innere Rastschaft 223' dementsprechend axial
verschiebt, so dass der Abstand zwischen dem anderen Ende des Außenschafts 211' und
dem Krafteingangsteil 21' nicht beeinflusst wird.
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Besonders
zu erwähnen ist, dass die obigen beiden bevorzugten Ausführungsbeispiele
zwar mit den Bauteilen des Ausgangsschafts (output shaft) eines
pneumatischen Schlüssels als Beispiel dargestellt sind,
doch ist der Schutzbereich der Erfindung nicht darauf beschränkt.
Im Folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert.
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9 und
10 zeigen
das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung,
wobei der Mechanismus zur Stabilisierung
10'' des Ausgangsdrehmoments
eines Übertragungselements in Hinsicht auf den Aufbau der
Bauelemente und die Raumgestaltung dem offenbarten Inhalt in
TW095100425 gleich ist,
aber sich von diesem taiwanesischen Patent dadurch unterscheidet,
dass der größte zusammenpressbare Abstand d des
elastischen Elements kleiner ist als die Eingriffstiefe h. Das heißt,
dass das erste und das zweite Eingriffsteil des Eingriffselements
30'' gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel im Normalzustand in Eingriff
stehen und nicht wie gemäß den bekannten Patenten
abspringen und sich trennen können. Gemäß dem
dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist also das Abspringen
der Eingriffsteile vermeidbar, wie beim zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
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Die
vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung dar und soll nicht die Patentansprüche beschränken.
Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die die
in diesem technischen Bereich Sachkundigen gemäß der
Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung vornehmen, gehören
zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Der Schutzbereich
der Erfindung richtet sich auf die nachstehenden Patentansprüche.
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- 10,
10', 10''
- Mechanismus
zur Stabilisierung
- 20,
20'
- Übertragungselement
- 21,
21'
- Krafteingangsteil
- 22,
22'
- Kraftausgangsteil
- 221'
- Außenschaft
- 222'
- Rastloch
- 223'
- innerer
Rastschaft
- 30,
30''
- Eingriffselement
- 31,
31'
- erstes
Eingriffsteil
- 311,
311'
- Ratsche
- 3111
- schräge
Zahnfläche
- 3112
- gerade
Zahnfläche
- 32,
32'
- zweites
Eingriffsteil
- 321,
321'
- Ratsche
- 3211
- schräge
Zahnfläche
- 3212
- gerade
Zahnfläche
- 40,
40'
- elastisches
Element
- 41
- Sockel
- 42,
42'
- Endteil
- 43,
43'
- elastisches
Teil
- 44'
- bogenförmige
Rille
- 45'
- Kugel
- d
- zusammenpressbarer
Abstand
- h
- Eingriffstiefe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6024180 [0002, 0003, 0003]
- - US 7281458 [0002, 0003]
- - TW 094131818 [0026]
- - TW 095124015 [0026]
- - TW 094221835 [0026]
- - TW 095100425 [0034]