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Die Erfindung betrifft ein Drehmomentwerkzeug mit einer Drehmomentbegrenzung.
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Verschraubungen sind eine häufig genutzte Verbindungtechnik im Maschinen- und Anlagenbau. Häufig müssen die Verbindungselemente, beispielsweise eine Schraube oder Mutter, mit einem definierten Anzugsmoment angezogen werden, um die notwendige Klemmkraft zwischen den zu verbindenden Bauteilen zu gewährleisten oder um sicherzustellen, dass ein bestimmtes Anzugsmoment nicht überschritten wird. Zur Herstellung einer Schraubverbindung setzt man vielfach handgeführte Schraubwerkzeuge und insbesondere Drehmomentschlüssel ein, um ein definiertes Anzugsmoment auf ein Verbindungselement auszuüben.
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Unter räumlich engen und begrenzten Bedingungen, beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs, ist der Einsatz von Drehmomentschlüsseln mit Hebelrohr oft nicht möglich. Auch stehen insbesondere für niedrige Drehmomentbereiche keine tauglichen Drehmomentwerkzeuge mit geringer Bauhöhe zur Verfügung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompakt bauendes Drehmomentwerkzeug mit geringer Bauhöhe zu schaffen, welches auch unter räumlich begrenzten Bedingungen gut handhabbar ist und eine zuverlässige Drehmomenteinstellung oder -überprüfung an einer Schraubverbindung ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Drehmomentwerkzeug gemäß Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Drehmomentwerkzeugs sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 13.
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Das erfindungsgemäße Drehmomentwerkzeug mit Drehmomentbegrenzung weist ein Antriebsteil, ein Abtriebsteil und ein Einstellmittel auf, wobei die Lastübertragung von dem Antriebsteil auf das Abtriebsteil mittels zumindest einem Rastelement erfolgt, welches bei Überlast aus einer Raststellung ausrückbar ist. Das Abtriebsteil weist einen Zapfen, einen Flansch und ein Abtriebselement auf. Der Zapfen besitzt einen mit einem Außengewinde versehenen Spannabschnitt und einen Halteabschnitt, wobei das Antriebsteil auf dem Halteabschnitt gelagert ist und das Einstellmittel einen auf dem Spannabschnitt verlagerbaren Spannkörper und ein Übertragungselement umfasst. Weiterhin ist zumindest ein Federelement integriert. Das Einstellmittel wirkt mit dem zumindest einem Federelement derart zusammen, dass zumindest mittelbar eine Kraft auf den Flansch ausgeübt wird.
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Das Drehmomentwerkzeug ist kompakt in seiner Bauform und weist eine geringe Bauhöhe auf. Das Drehmomentwerkzeug ist unter räumlich begrenzten Bedingungen gut handhabbar und ermöglicht eine zuverlässige Drehmomenteinstellung an einer Schraubverbindung ebenso wie eine Drehmomentüberprüfung einer hergestellten Schraubverbindung.
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Das Drehmomentwerkzeug kann manuell betätigt werden. Hierzu wird das Antriebsteil gedreht. Das Abtriebselement ist insbesondere ein Fortsatz mit einem Mehrkant. Hierbei kann es sich um einen Außenmehrkant oder einen Innenmehrkant handeln. Das Drehmomentwerkzeug kann mit seinem Abtriebselement an eine Schraubverbindung angesetzt werden. Durch Drehen des Antriebsteils wird das Abtriebsteil und dessen Abtriebselement gedreht bis das eingestellte Drehmoment erreicht ist und das bzw. die Rastelemente aus der Raststellung ausrücken. Hierdurch wird die Drehmomentübertragung zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil unterbrochen und das Antriebsteil rutscht relativ zum Abtriebsteil durch. In gleicher Weise kann das Anzugsmoment einer hergestellten Schraubverbindung überprüft werden. Das Drehmomentwerkzeug wird an die Schraubverbindung angesetzt und betätigt. Ist das gewünschte Drehmoment noch nicht erreicht, wird dieses durch das Drehmomentwerkzeug nachjustiert. Ist das Anzugsmoment korrekt, löst das Drehmomentwerkzeug aus. Wird eine im Toleranzbereich liegende Obergrenze des Anzugsdrehmoments überschritten, auf welches das Drehmoment eingestellt ist, bedeutet das, dass die Schraubverbindung zu stark angezogen ist und wieder gelöst und im Anzugsmoment verringert werden muss.
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Die Einstellung des Drehmoments erfolgt durch Vorspannung des bzw. der Federelemente mittels des Einstellmittels. Hierzu wird der Spannkörper durch Verdrehen auf dem Spannabschnitt des zylindrischen Zapfens verlagert. Der Spannkörper weist eine mit einem Innengewinde versehene zentrische Durchgangsbohrung auf. Über das Innengewinde wirkt der Spannkörper mit dem Außengewinde des Spannabschnitts zusammen. Durch eine Schraubbewegung des Spannkörpers und Verlagerung des Spannkörpers in Richtung zum Flansch des Abtriebsteils wird die Vorspannung des Federelements bzw. der Federelemente und damit das übertragbare Drehmoment erhöht oder umgekehrt verringert. Auf diese Weise wird das Anzugsdrehmoment bzw. das Auslösedrehmoment des Drehmomentwerkzeugs eingestellt. Zweckmäßiger Weise kann das Einstellmittel nach Einstellung des gewünschten Drehmoments fixiert werden. Dies kann beispielsweise durch eine seitlich im Spannkörper vorgesehene Feststellschraube oder auch durch eine Klebeverbindung erfolgen. Nach Einstellung des Drehmoments wird der Spannkörper festgelegt, um eine weitere Relativbewegung des Spannkörpers auf dem Spannabschnitt zu verhindern, so dass es zu keiner ungewollten Drehmomentverstellung kommt.
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Bei dem Rastelement handelt es sich insbesondere um eine Kugel, welche in der Raststellung in eine Ausnehmung im Flansch eingreift. Die Ausnehmung ist insbesondere in Form einer Kalotte realisiert.
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Das Rastelement ist in einer Aufnahme im Antriebsteil positioniert.
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In einer für die Praxis besonders vorteilhaften Ausführungsform sind mehrere Rastelemente auf einem Teilkreis versetzt zwischen dem Flansch des Abtriebsteils und dem Antriebsteil vorgesehen. Des Weiteren sind mehrere Ausnehmungen auf einem Teilkreis versetzt im Flansch vorgesehen. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass eine Anzahl Rastelemente, beispielsweise drei Rastelemente, und eine zur Anzahl der Rastelemente vielfache Anzahl von Ausnehmungen, beispielsweise sechs Ausnehmungen, vorgesehen sind.
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Ein Aspekt des erfindungsgemäßen Drehmomentwerkzeugs sieht vor, dass auch das Übertragungselement eine Kugel ist oder zumindest eine Kugel umfasst und insbesondere durch ein Axialkugellager gebildet ist. Das bzw. die Übertragungselemente übernehmen erfindungsgemäß sowohl die Funktion der Übertragung der Federkraft des Federelements bzw. der Federelemente als auch eine Lagerfunktion und dient zum Führen des gegenüber dem Spannkörper drehbeweglich angeordneten Antriebsteils. Das Einstellmittel mit den Federelementen, insbesondere den einstellbaren Federelementen und den Übertragungselementen, vorzugsweise den Kugeln, realisieren eine Drehmomenteinstellung und bilden auch eine Wälzlagerung, insbesondere ein Kugellager.
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Der Wälzkörperkäfig übernimmt die Führung der Wälzkörper. Im Rahmen der Erfindung gewährleistet der Wälzkörperkäfig die gleichmäßige Lastverteilung.
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Eine für die Praxis vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Übertragungselement als Nadellager oder Nadelkäfig bzw. Nadellagerkäfig ausgeführt ist.
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Ein weiterer vorteilhafter Aspekt sieht vor, dass die Federkraft des Federelements einstellbar ist. Dies geschieht über ein Stellelement, welches zur Einstellung der Vorspannung des Federelements auf dieses einwirkt.
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Bei einer Variante ist das Federelement in einer Bohrung im Spannkörper aufgenommen sein. In der Bohrung ist auch das Übertragungselement positioniert.
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Das Federelement kann bei einer anderen Variante konzentrisch auf dem Zapfen zwischen dem Spannkörper und dem Übertragungselement, insbesondere einem Axialkugellager, angeordnet sein.
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Weiterhin kann das Federelement bei einer dritten Variante im Antriebsteil angeordnet sein. Hierbei ist das Federelement insbesondere in der Aufnahme für das Rastelement zwischen dem Boden der Aufnahme und dem Rastelement eingegliedert.
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Vorzugsweise stützt sich das Übertragungselement in einer umlaufenden Nut im bzw. am Antriebsteil ab.
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Das Antriebsteil ist bevorzugt durch eine Scheibe mit umfangsseitigen Greifabschnitten gebildet. Auf dies Weise ist das Antriebsteil gut manuell betätigbar. Die Scheibe weist eine zentrische Bohrung auf mit der sie auf dem Halteabschnitt des Zapfens positioniert ist.
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Die Erfindung nutzt das federvorgespannte Kugelrast-Prinzip. Hierbei sind eine oder mehrere vorgespannte bzw. vorspannbare Federelemente in das Drehmomentwerkzeug eingebaut. Deren Federkraft wirkt auf Rastelemente in Form von Kugeln. Das Drehmomentwerkzeug weist zwei relativ zueinander drehbar gelagerte Bauteile, das Antriebsteil und das Abtriebsteil. Im Abtriebsteil sind auf einem Kreis Ausnehmungen bzw. Kalotten eingebracht und im Antriebsteil deckungsgleich dazu Aufnahmen, vorzugsweise in Form von Bohrungen. In den Aufnahmen bzw. den Bohrungen befinden sich die Kugeln, die durch die Kraft des Federelements oder der Federelemente in die Kalotten gedrückt und gehalten werden. Bei Überlast wird die Federkraft überwunden. Die Kugeln werden aus den Kalotten gedrückt. Damit ist die Drehmomentübertragung zwischen den dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil unterbrochen. Hierdurch ist eine Drehmomentbegrenzung realisiert.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 bis 4 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehmomentmomentwerkzeugs,
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5 bis 7 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehmomentmomentwerkzeugs,
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8 bis 12 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehmomentmomentwerkzeugs,
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13 bis 17 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehmomentmomentwerkzeugs und
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18 bis 22 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehmomentmomentwerkzeugs.
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Einander entsprechende Bauteile und Bauteilkomponente sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 4, die 5 bis 7, die 8 bis 12, die 13 bis 17 und die 18 bis 22 zeigen jeweils einen Drehmomentwerkzeug 1, 2, 3, 4 bzw. 5 in perspektivischen Darstellungen, in Ansichten und in Schnittdarstellungen.
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Das Drehmomentwerkzeug 1 wie in den 1 bis 4 dargestellt, weist ein Antriebsteil 6, ein Abtriebsteil 7 und ein Einstellmittel 8 auf. Das Antriebsteil 6 ist durch eine Scheibe gebildet und als Handgriff gestaltet. Die Scheibe besitzt eine zentrische Durchgangsbohrung 9 und an ihrem Außenumfang Greifabschnitte 10. Das Abtriebsteil 7 umfasst einen zylindrischen Zapfen 11, einen hierzu radial gerichteten Flansch 12 und ein Abtriebselement 13 in Form eines Außenmehrkants. Der Zapfen 11 des Abtriebsteils 7 besitzt einen mit einem Außengewinde 14 versehenen Spannabschnitt 15 und einen Halteabschnitt 16. Das Einstellmittel 8 weist einen Spannkörper 17 auf. Dieser besitzt eine zentrische Durchgangsbohrung 18 mit einem Innengewinde 19. Über das Innengewinde 19 ist der Spannkörper 17 auf dem Außengewinde 14 des Spannabschnitts 15 in axialer Richtung des Zapfens 11 relativ zum Flansch 12 des Abtriebsteils 7 und zum Antriebsteil 6 verlagerbar.
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Das Antriebsteil 6 sitzt auf dem Zapfen 11 des Abtriebsteils 7 und ist auf dem Halteabschnitt 16 gelagert. Zwischen dem Antriebsteil 6 und dem Flansch 12 des Abtriebsteils 7 sind Rastelemente 20 in Form von Kugeln eingegliedert. Die Rastelemente 20 sind in durch Sackbohrungen gebildete Aufnahmen 21 im Antriebsteil 6 positioniert. Hierbei sind mehrere Rastelemente 20 auf einen Teilkreis versetzt angeordnet. In der gegenüberliegenden Flachseite 21 des Flansches 12 sind deckungsgleich mehrere auf einen Teilkreis versetzt angeordnete Ausnehmungen 22 vorgesehen. Die Ausnehmungen 22 bezeichnet man auch als Kalotten. In der Raststellung liegen die Rastelemente 20 in den Ausnehmungen 22.
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Das Einstellmittel 8 umfasst ferner Übertragungselemente 23. Die Übertragungselemente 23 sind ebenfalls durch Kugeln gebildet. Im Spannkörper 17 des Einstellmittels 8 sind auf der zum Antriebsteil 6 gerichteten Stirnseite 24 auf einen Kreis angeordnete Bohrungen 25 angebracht. In den Bohrungen 25 befinden sich bodenseitig Federelemente 26 in Form von Druckfedern. Davor sind die Übertragungselemente 23 angeordnet. Unter dem Druck der Federelemente 26 stützen sich die Übertragungselemente 23 in einer umlaufenden Nut 27 im Antriebsteil 6 ab.
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Das Einstellmittel 8 wirkt mit den Federelementen 26 zusammen, um zumindest mittelbar eine Kraft auf den Flansch 12 auszuüben. Durch Verlagerung des Spannkörpers 17 auf dem Spannabschnitt 15 des Zapfens 11 werden die Federelemente 26 gegen die Übertragungselemente 23 gedrückt. Die Federkraft wird über die Übertragungselemente 23 auf das Antriebsteil 6 und über das Antriebsteil 6 auf die Rastelemente 20 übertragen. Zur Fixierung des Spannkörpers 17 weist dieser eine Gewindebohrung 28 in seinem Seitenumfang auf. In der Gewindebohrung 28 kann eine Feststellschraube 29 gegen den Zapfen 11 bzw. den Spannabschnitt 15 verlagert werden, um den Spannkörper 17 festzusetzen und so eine weitere Drehbewegung des Spannkörpers 17 zu verhindern.
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Das Antriebsteil 6 kann von Hand im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn betätigt werden. Dabei wird das aufgebrachte Drehmoment in der gewünschten Drehrichtung übertragen bis die resultierende Kraft, die auf die Rastelemente 20 wirkende Federkraft überschreitet. Bei dieser Überlast werden die Rastelemente 20, also die Kugeln, aus der Raststellung ausgerückt. Damit ist die Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsteil 6 und dem Abtriebsteil 7 unterbrochen und das Drehmoment begrenzt.
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Das Drehmomentwerkzeug 2, wie in den 5 bis 7 erläutert, entspricht vom grundsätzlichen Aufbau dem Drehmomentwerkzeug 1. Bei dem Drehmomentwerkzeug 2 ist die Federkraft der Federelemente 26 einstellbar. Hierzu sind die Bohrungen 25 im Spannkörper 17 als Durchgangsbohrungen mit Innengewinde 30 ausgeführt. Auf der den Übertragungselementen 23 gegenüberliegenden Seite 31 des Spannkörpers 17 ist jeweils eine Einstellschraube 32 in das Innengewinde 30 eingeschraubt. Über die Einstellschrauben 32 kann die Vorspannung der Federelemente 26 verändert werden.
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Auch bei dem Drehmomentwerkzeug 3 gemäß den Darstellungen der 8 bis 12 wirkt das Einstellmittel 8 mit einem Federelement 33 zusammen um eine Kraft auf das Antriebsteil 6 und den Flansch 12 des Abtriebsteils 7 mit den dazwischen eingegliederten Rastelementen 20 auszuüben. Hierbei ist das Federelement 33 konzentrisch auf dem Zapfen 11 zwischen dem Spannkörper 17 und dem Übertragungselement 34 angeordnet. Das Übertragungselement 34 umfasst mehrere Kugeln und ist als Wälzlagerung in Form eines Axialkugellagers 35 ausgeführt. Das Axialkugellager 35 ist zwischen dem Federelement 33 und der dem Flansch 12 abgewandten äußeren Flachseite 36 des Antriebsteils 6 angeordnet.
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Bei dem Drehmomentwerkzeug 4, wie in den 13 bis 17 zu erkennen, sind die Federelemente 26 im Antriebsteil 6 angeordnet. Man erkennt, dass die Federelemente 26 jeweils in den Aufnahmen 21 zwischen dem Boden 37, der als Sackloch ausgefüllten Aufnahmen 21 und dem jeweiligen Rastelement 20 eingegliedert sind. Das Einstellmittel 8 drückt mit den Übertragungselementen 23 auf die äußere Flachseite 36 des Antriebsteils 6. Die Übertragungselemente 23 sind Kugeln, die sich jeweils in Ringnuten 38, 39 des Spannkörpers 17 und des Antriebsteil 6 abstützen und bei der Drehbewegung abrollen. Auf diese Weise übertragen die Übertragungselemente 23 die Spannkraft des Spannkörpers 17 in axialer Richtung auf das Antriebsteil 6 und über die Federelemente 26 auf die Rastelemente 30. Gleichzeitig fungieren die Übertragungselemente 23 als Kugellager. Das Übertragungselement 23 kann auch als Nadellager oder Nadelkäfig bzw. Nadellagerkäfig ausgeführt sein. Durch eine Drehbewegung, beispielsweise im Uhrzeigersinn wird der Spannkörper 17 in Bildebene nach rechts verlagert. Mit dieser Verlagerung wird auch das Antriebsteil 6 auf dem Halteabschnitt 16 in Richtung zum Flansch 12 geschoben. Hierbei werden die Federelemente 26 gespannt und die Kraft auf die Rastelemente 20 erhöht. In dieser Weise erfolgt die Drehmomenteinstellung. Mittels einer Feststellschraube 29, die seitlich in einer Gewindebohrung 28 des Spannkörpers 17 eingesetzt ist, kann der Spannkörper 17 gegen eine weitere Rotation gesichert werden. Hierdurch ist das eingestellte Drehmoment gesichert.
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Durch Betätigung des Antriebsteils 6 wird dieses gedreht. Mit dem Antriebsteil 6 dreht sich das Abtriebsteil 7 entsprechend bis das Auslösemoment erreicht wird. Bei der Drehbewegung werden die Rastelemente 20 durch die Kraft der Federelemente 26 in die Ausnehmungen 22 gedrückt und gehalten. Bei Erreichen des Auslösemoments/Überlast wird die Federkraft überwunden und die Rastelemente 20 aus den Ausnehmungen 22 gedrückt. Die Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsteil 6 mit dem Abtriebsteil 7 wird unterbrochen.
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Eine Variante der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist das Drehmomentwerkzeug 5, wie in den 18 bis 22 dargestellt. Die Aufnahmen 21 für die Rastelemente 20 sind als Durchgangsbohrungen 40 mit Innengewinde 41 ausgeführt. In den Aufnahmen 21 sind sowohl die Rastelemente 20 in Form von Kugeln als auch Federelemente 26 angeordnet. Von der dem Flansch 12 abgewandten Flachseite 26 des Antriebsteils 6 her sind Einstellschrauben 42 in die Durchgangsbohrungen 40 eingeschraubt. Über die Einstellschrauben 42 kann die Federspannung der jeweiligen Federelemente 26 verändert werden.
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Die Drehmomentwerkzeuge 1 bis 5 nutzen das Kupplungsprinzip von federvorgespannten Rastelementen 20. Wie erläutert sind vorzugsweise mehrere vorgespannte bzw. vorspannbare Federelemente 26 vorgesehen. Diese sind so angeordnet, dass zumindest mittelbar eine Kraft auf die zwischen dem Flansch 12 des Abtriebsteils 7 und dem Antriebsteil 6 eingegliederten Rastelemente 20 ausgeübt wird. In der Raststellung werden die Rastelemente 20 durch die Kraft der Federelemente 26 in den Ausnehmungen 21 gehalten. Bei Überschreiten eines eingestellten Drehmomentwertes wird die Federkraft überwunden und die Rastelemente 20 aus den Ausnehmungen 22 gedrückt. Die Drehmomentübertragung ist unterbrochen und das Antriebsteil 6 dreht relativ zum Abtriebsteil 7 durch.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehmomentwerkzeug
- 2
- Drehmomentwerkzeug
- 3
- Drehmomentwerkzeug
- 4
- Drehmomentwerkzeug
- 5
- Drehmomentwerkzeug
- 6
- Antriebsteil
- 7
- Abtriebsteil
- 8
- Einstellmittel
- 9
- Durchgangsbohrung
- 10
- Greifabschnitt
- 11
- Zapfen
- 12
- Flansch
- 13
- Abtriebselement
- 14
- Außengewinde
- 15
- Spannabschnitt
- 16
- Halteabschnitt
- 17
- Spannkörper
- 18
- Durchgangsbohrung
- 19
- Innengewinde
- 20
- Rastelement
- 21
- Aufnahme
- 22
- Ausnehmung
- 23
- Übertragungselement
- 24
- Stirnseite
- 25
- Bohrung
- 26
- Federelemente
- 27
- Nut
- 28
- Gewindebohrung
- 29
- Feststellschraube
- 30
- Innengewinde
- 31
- Seite
- 32
- Einstellschraube
- 33
- Federelement
- 34
- Übertragungselement
- 35
- Axialkugellager
- 36
- Flachseite
- 37
- Boden
- 38
- Ringnut
- 39
- Ringnut
- 40
- Durchgangsbohrung
- 41
- Innengewinde
- 42
- Einstellschraube
