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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das Gehäuse des Schraubermotors
um die Motorspindelachse drehbar in der Baueinheit gelagert und mit einer das auf
das Gehäuse einwirkende Reaktionsdrehmoment als Antriebsdrehmoment auf die andere
Schraubspindel übertragenden Antriebsverbindung versehen ist. Es wird also beim
Erfindungsgegenstand grundsätzlich von dem physikalischen Prinzip ausgegangen, daß
ein dem Antriebsdrehmoment der Motorspindel antsprechendes Reaktionsdrehmoment auf
das Gehäuse des Schraubermotors einwirkt. Dieses
Reaktionsdrehmoment
wird als ausbal anciertes Antriebsmoment oder als Ausgleichsmoment für eine weitere
Schraubspindel verwendet.
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Es ist zwar an sich bekannt, das Gehäuse eines Schraubenmotors um
die Motorspindelachse drehbar in einer Baueinheit zu lagern. Hier dient die auf
Grund des Reaktionsdrehmoments erfolgende Gehäusedrehung jedoch nicht zu Zwecken
ebenfalls eines Schraubantriebes sondern lediglich dazu, das während des Schraubvorganges
ausgeübte Schraubmoment meßtechnisch zu erfassen oder zu Steuerzwekken auszuwerten
(USA.-Patentschrift 2 685 808).
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Gehäuse des
Schraubermotors mit einer zur Motorspindelach se achsparallelen Verzahnung versehen
ist, die in eine entsprechende Verzahnung der anderen Schraubspindel im Verhältnis
1:1 eingreift.
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Hier findet also ein Momentenausgleich zwischen zwei Schraubspindeln
statt, zu deren Antrieb lediglich ein einziger Motor dient.
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Eine modifizierte, auf demselben Grundprinzip beruhende Ausführungsform
sieht vor, daß jede Schraubspindel von einem Schraubermotor angetrieben ist und
die Gehäuse der Schraubermotoren zur gegenseitigen Übertragung der auf sie einwirkenden
Reaktionsdrehmomente antriebsmäßig miteinander verbunden sind. Auch hier sind die
Schraubermotoren drehbar um die Motorspindelachse in der Baueinheit gelagert, wobei
insbesondere die Motorspindelachsen parallel zueinander stehen. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil der verdoppelten Schraubspindeldrehzahl bei gegenüber der ersten
Ausführungsform gleicher Motordrehzahl.
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Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist
für eine zweite Schraubstufe eine Drehwinkel-Nachzieheinrichtung vorgesehen. Diese
zeichnet sich dadurch aus, daß auf die Schraubspindem unter Zwischenschaltung von
Freilaufgesperren Zahnräder aufgesetzt sind, wobei die Freilaufgesperre bei Drehung
der Zahnräder in Schraubenanzugsrichtung sperren, daß ferner die Zahnräder mit einem
zentralen, von einem separaten Motor angetriebenen Zahnrad in Eingriff stehen und
daß schließlich der separate Motor durch eine Drehwinkelbegrenzungseinrichtung gesteuert
ist. Derartige Drehwinkel-Nachzieheinrichtungen sind an sich bei einspindligen Drehschraubern
grundsätzlich bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 603 791). Dort weist der einspindlige
Drehschrauber zwei gesonderte Motoren auf, deren erster mit höherer Drehzahl und
niedrigerem Drehmoment zum Vorziehen dient. Nach Erreihung eines bestimmten Vorziehdrehmoments
wird der Vorziehmotor aus- und der Nachziehmotor eingeschaltet. Letzterer arbeitet
mit einer geringeren Drehzahl, dafür aber jedoch einem höheren Drehmoment. Demgegenüber
handelt es sich jedoch beim Erfindungsgegenstand um eine mehrspindlige Drehschraubereinheit,
bei der sowohl während des Vorziehens als auch während des um einen bestimmten Drehwinkel
erfolgendem Nachziehens ein voller Drehmomentausgleich zwischen den Spindeln stattfindet.
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Es sind weiterhin mehrspindlige Drehschraubereinheiten mit einer
Drehwinkel-Nachzieheinrichtung bekannt. Dort dient derselbe Antriebsmotor sowohl
zum Vorziehen bis zur Erreichung eines bestimmten Vorziehmoments als auch zum Nachziehen
über einen bestimmten Drehwinkel. Zum Antrieb sowohl
des Vorziehens als auch des
Nachziehens dient ein einziger Motor. Allerdings erfolgt der Drehmomentausgleich
nicht bereits laufend während des Vorziehvorganges, sondern erst nach Erreichung
eines gleichmäßigen Vorziehmoments an den einzelnen Schraubverbindungen durch den
jeweiligen Schraubenspindeln zugeordnete Überlastkupplungen (USA.-Patentschrift
2 978 936).
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand von in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1. eine schematische Darstellung
einer Drehschraubereinheit mit Drehmoment-Synchronisation bis zur Erreichung des
Maximaldrehmoments, F i g. 2 eine modifizierte Ausführungsform der Konstruktion
gemäß Fig. 1, F i g. 3 eine modifizierte Ausführungsform der Konstruktion gemäß
F i g. 1 mit zwei Schraubermotoren, Fig.4 die Seitenansicht einer Drehschraubereinheit,
die zur Durchführung des zweistufigen Drehmoment-Drehwinkel-Anzugsverfahrens geeignet
ist, F i g. 5 einen Schnitt entsprechend der Linie V-V inFig.4, F i g. 6 einen Schnitt
entsprechend der LinieVI-VI inFig.4, F i g. 7 einen Schnitt entsprechend der Linie
Vil-Vil in F i g. 5.
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In F i g. 1 bis 3 ist das Gehäuse der Baueinheit mit jeweils 1 bezeichnet.
Innerhalb des Gehäuses 1 von F i g. ist ein Druckluftmotor 2 in den Lagern3, 4 um
die Drehachse 5 drehbar gelagert. Es handelt sich hierbei um einen Druckluftmotor,
wie er für Schrauber allgemein üblich ist. Die Druckluftzufuhr erfolgt durch die
Leitung 6. Die Drehverbindung zwischen der Leitung 6 und dem Motor 2 ist drucksicher
abgedichtet. Die Abtriebsspindel des Druckluftmotors 2 ist mit 7 bezeichnet. Sie
wirkt in an sich bekannter Weise über ein Spindelgehäuse mit einer federnden Antriebsspindel
für die festzuziehende Schraubverbindung zusammen. Diese Teile sind hier als überflüssig
nicht gezeigt.
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Parallel zur Drehachse 5 des Motors 2 ist eine Schraubspindel 8 innerhalb
des Gehäusesl ebenfalls über Lager 3 drehbar gelagert. Die Schraubspindel8 ist mit
einem Abtriebsende9 versehen, welches dem Abtriebsende 7 des Druckluftmotors 2 entspricht.
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Das Gehäuse des Schraubermotors 2 ist mit einer zur Motorspindelachse
5 achsparallelen Verzahnung 10 nach Art eines Zahnrades versehen. Die Verzahnung
10 greift in eine entsprechende Verzahnung 11 der Schraubspindel 8 im Verhältnis
1:1 ein. Die Drehachse 12 der Verzahnung 11 ist gleichzeitig die Rotationsachse
der Schraubspindel 8.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform
gemäß Fig. 1 lediglich dadurch, daß der Abstand 13 zwischen den dortigen Schraubspindelachsen
14, 15 kleiner ist als der entsprechende Abstand 16 bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 1. Hierdurch kann die Drehschraubereinheit für extrem kleine Schraubenabstände
verwendet werden. Dies wird dadurch erzielt, daß der Durchmesser der Verzahnung
18 kleiner ist als der Durchmesser des Gehäuses 19, so daß die Spindel 20 um die
Durchmesserverringerung näher an die Achse 14 des Druckschraubers herangenommen
werden kann.
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Die beiden Drebsehraubermotoren bei der Ausführungsform
gemäß
Fig. 3 sind mit 21, 22 bezeichnet. Sie sind in den Lagern 23 des Gehäuses 1 drehbar
gelagert. Die Druckluftzufuhr erfolgt über die Zuführungsleitungen 24, 25. Die Abtriebsenden
der Schrauberspindeln sind mit 26, 27 bezeichnet. Auf den Gehäusen der Schraubermotoren
21, 22 sind endseitig Verzahnungen 28, 29 angeordnet. Die Rotationsachsen der Verzahnungen
28, 29 sind mit den Rotationsachsen 30, 31 der Motoren 21, 22 identisch. Die Verzahnungen
28, 29 greifen wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen im Verhältnis
1:1 ineinander.
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Die Funktionsweise der Drehschraubereinheiten gemäß F i g. 1 und
2 ist folgende: Mit Einschaltung der Druckluftzufuhr durch die Leitung 6 wird ein
Drehmoment auf die Schrauberwelle7 ausgeübt, die diese in Rotation versetzt. Gleichzeitig
wirkt ein gleich großes Reaktionsdrehmoment auf das Gehäuse des Druckluftmotors
2. Da das Gehäuse drehbar gelagert ist, wird es durch dieses Reaktionsmoment ebenfalls
in Drehung versetzt, jedoch in genau umgekehrter Drehrichtung gegenüber der Schrauberspindel
7.
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Diese Drehbewegung wird durch die Verzahnungen 10, 11 auf die andere
Schraubspindel8 übertragen, die daraufhin mit gleicher Drehrichtung, gleichem Drehmoment
und gleicher Drehzahl wie die Schrauberspindel 7 in Drehung versetzt wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 stehen die Gehäuse der Schraubermotoren
21, 22 still, solange an den Abtriebsenden 26, 27 gleich große Drehmomente auftreten.
Erhöht sich jedoch das Drehmoment beispielsweise am Abtriebsende 26 gegenüber dem
Abtriebsende 27, so steigt dementsprechend das auf das drehbar gelagerte Gehäuse
21 einwirkende Reaktions-Drehmoment. Dieses erhöhte Reaktions-Drehmoment wird über
die Verzahnungen 28, 29 auf das Gehäuse des anderen Schraubermotors 22 übertragen.
Es wirkt dann wiederum als Reaktions-Drehmoment drehmomentensteigernd auf das Abtriebsende
des Schraubermotors 22.
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Bei der Drehschraubereinheit gemäß Fig.4 bis 7 ist ein Grundrahmen
30 innerhalb einer Aufhängegabei 31 mittels der Drehgelenke 32 schwenkbar aufgehängt.
Die Aufhängegabel ist im Bereich ihres Querhauptes mit einer Anhängeöse 33 versehen.
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Innerhalb des Grundrahmens sind zwei Druckluft-Schraubermotoren 34,
35 mit ihren Gehäusen drehbar gelagert. Die Luftzufuhr zu den Schraubermotoren 34,
35 erfolgt durch die Zuleitungen 66, 67.
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Die Verbindung ist drehbar und luftdicht.
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Im Bereich ihrer unteren Enden sind die Schraubermotoren 34, 35 innerhalb
eines Getriebegehäuses 36 gelagert und zusammengefaßt. Die Gehäuse der Schraubermotoren
34, 35 stehen innerhalb des Getriebegehäuses 36 über die aus Fig.3 bekannten Verzahnungen
37 im Übersetzungsverhältnis 1:1 in Drehrichtung miteinander. Die Abtriebsenden
der Motorwellen sind mit 38, 39 bezeichnet. Sie ragen in Abtriebsbüchsen 40, 41
hinein, die zur Weiterleitung des Abtriebsdrehmoments auf die federnden Antriebsspindeln
42, 43 dienen. Die Drehrichtung der Schraubermotoren 34, 35 ist so gewählt, daß
die Drehrichtung der Antriebsspindeln 42, 43 gleichgerichtet ist.
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Auf den Umfang der Abtriebsbüchsen 40, 41 sind Freilaufgesperre 44,
45 aufgebracht. Auf dem Außenumfang der Freilaufgesperre sind Zahnräder 46, 47 nach
Art von Zahnkränzen befestigt. Die
Freilaufgesperre 44, 45 sind so ausgebildet, daß
sie bei Drehung der Zahnräder 46, 47 in Schraubenanzugsrichtung sperren.
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Die Zahnräder 46, 47 stehen mit einem zentralen Zahnrad 48 in Eingriff,
welches ebenfalls innerhalb des Getriebegehäuses 36 gelagert ist. Das Zahnrad 48
seinerseits steht mit einem Zahnrad 40 in Eingriff, welches von einem separaten
Motor 50 angetrieben ist. Der separate Motor 50 ist ebenfalls ein Druckluftmotor,
dessen Gehäuse jedoch im Gegensatz zu den Gehäusen der Druckluftmotor 34, 35 nicht
drehbar innerhalb des Grundrahmens 30 gelagert ist.
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Die Abtriebswelle 51 des separaten Motors 50 ist über das Zahnrad
49 und das Getriebegehäuse 36 hinaus nach unten verlängert. Es ist endseitig als
Vierkant 52 ausgebildet. Auf den Vierkant 52 ist ein Anschlagnocken 53 aufgesetzt.
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Der Lagerbolzen 54 des Zwischen-Zahnrades 48 ist über das Getriebegehäuse
36 hinaus ebenfalls nach unten verlängert. Es dient zur Lagerung der Anschlagwippe
55. Die Anschlagwippe 55 ist mit zwei einander diametral gegenüberstehenden Schenkeln
56, 57 versehen, welche die Betätigungselemente von Schaltern 58, 59 alternativ
beaufschlagen.
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Bei dem Ventil 58 handelt es sich um ein Kontrollventil für den Null-Anschlag,
bei dem Ventil 59 um ein Kontrollventil für den Endanschlag. Die Anschlagwippe 56
ist darüber hinaus mit Schrägflächen 60, 61 für den Anschlag der Seitenflächen des
Anschlagnockens 53 versehen. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsende
51 des separaten Motors 50 und den Abtriebsbüchsen 40, 41 der Schraubenmotoren 34,
35 beträgt 2:1. Mit anderen Worten entsprechen zwei Wellenumdrehungen des Abtriebsendes
51 des separaten Motors 50 einer Umdrehung der Abtriebsbüchsen 40, 41 der Schraubermotoren
34, 35.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 beträgt der Schwenkwinkel
62 des Anschlagnockens 53 2600.
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Dies bedeutet, übertragen auf die Abtriebsbüchsen 40, 41, einen Schwenkwinkel
von 1300 als Drehwinkel für das Nachstellen der Schraubverbindungen im zweiten Arbeitsgang
nach Erreichen des Maximaldrehmoments. Soll das Winkelmaß des Drehwinkelanzuges
vergrößert oder verkleinert werden, so ist die Anschlagwippe 55 gegen eine andere
mit anders geformten Anschlagflächen 60, 61 auszuwechseln.
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Die Drehschraubereinheit gemäß Fig.4 bis 7 arbeitet wie folgt: Bei
Betätigung des Einschaltventils starten beide Schraubermotoren 34, 35 zum Aufschrauben
der Muttern. Das hierbei auftretende Rückdrehmoment eines Drehschraubermotors wird
vom anderen abgefangen, wenn dieser zum selben Zeitpunkt das gleiche Drehmoment
erreicht hat. In diesem Zustand stehen die Gehäuse beider Schraubermotoren 34, 35
still. Die antriebsmäßige Verbindung der Gehäuse der beiden Schraubermotoren 34,
35 gewährleistet einen synchronisierten Drehmomentanstieg, wie dieser an Hand von
F i g. 1 bis 3 beschrieben ist.
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NachErreichung des Solldrehmoments schaltet über eine eingebaute
pneumatische Druckaufbausteuerung der separate Motor 50 für den Drehwinkelanzug
ein.
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In diesem Augenblick liegt noch der Anschlagnocken 53 an der Schrägfläche
61 der Schaltwippe 56 an.
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Nach Erreichung des Drehwinkels (beim Ausführungsbeispiel 2600) schlägt
der Anschlagnocken 53 an die Schrägfläche 60 der Anschlagwippe 55 an.
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Die Wippe betätigt das Ventil 59, welches die Drehrichtung des separaten
Motors 50 umkehrt. Hierdurch kehrt der Anschlagnocken 53 in seine Ausgangsstellung
zurück. Er schlägt dabei an die Schrägfläche 61 der Anschlagwippe 55 an und betätigt
das Abschaltventil 58 für den separaten Motor 50.
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Gleichzeitig erfolgt ein Abschalten der beiden Drehschraubermotoren
34, 35. Der Drehwinkelanzug beider Schraubverbindungen erfolgt somit ebenfalls synchron.