DE2508300A1

DE2508300A1 - Werkzeug zum anziehen von gewindeverbindungen

Info

Publication number: DE2508300A1
Application number: DE19752508300
Authority: DE
Inventors: Barry Almond
Original assignee: Black and Decker Ltd
Current assignee: Black and Decker Ltd
Priority date: 1974-02-26
Filing date: 1975-02-26
Publication date: 1975-08-28
Also published as: IT1029860B; US3995477A; GB1492984A; FR2261843A1

Description

Bes chreibung zum Patentgesuch

der Firma Black & Decker Limited, Cannon Lane, Maidenhead, Berkshire, SL6 3PD, England

betreffend:

"Werkzeug zum Anziehen von Gewindeverbindungen"

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Anziehen von Gewindeverbindungen und insbesondere einen Drehmomentenschlüssel. Der Ausdruck "Drehmomentenschlüssel" wird hier und im folgenden so benutzt, daß darunter ein Werkzeug verstanden werden soll, das von einer Bedienungsperson in der Hand geführt werden kann und zum Anziehen von Muttern von Hand b enutzt wird und so ausgebildet ist, daß der Bedienungsperson angezeigt wird, wenn eine Mutter mittels Verwendung des Werkzeugs bis zu einem bestimmten Drehmoment angezogen worden ist. Es versteht sich, daß der Ausdruck "Drehmomentenschlüssel" nicht nur Werkzeuge umfaßt, mit denen Muttern angezogen werden können, sondern auch Werkzeuge zum Anziehen anderer Gewindeverbindungen, beispielsweise Bolzen und Schrauben aller Art..

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Die Konstruktion von Kraftfahrzeugen verlangt heute häufig die Verwendung von abgegossenen Legierungen (beispielsweise Lr.chtmetallegierungs zylinderköpfe) und die Verringerung des Metallgehalts, die bei Stahlgußstahlteilen eingesetzt werden. Mit einem Leichtmetallegierungszylinderkopf ist es ohne weiteres möglich, durch überdrehen der Zylinderkopfmuttern den Zylinderkopf zu beschädigen, während in dem Falle, wo der Anteil an eisenhaltigem Metall in einem Werkstück auf ein Minimum gebracht worden ist, eine Verspannung oder eine Beschädigung aus dem Überdrehen von Muttern resultieren kann. Ferner können bestimmte Muttern sehr schlecht zugänglich sein, so daß man eigentlich nur einen Steckschlüssel zum Anziehen derselben benutzen kann, und die in Kraftfahrzeugwerkstätten vorhandenen Steckschlüssel sind häufig so aufgebaut, daß man ohne weiteres das gleiche Anzugsmoment bei kleinen wie auch bei großen Muttern anwenden kann mit dem Ergebnis, daß häufig kleine Muttern überdreht werden und das Risiko besteht, daß ihre Gewindegänge (oder die Gewindegänge der Teile, zu denen sie gehören) abgeschert werden oder andere Teile abgerissen werden. Im Hinblick auf die obigen Ausführen wird die Verwendung von Drehmomentenschlüsseln der beschriebenen Bauart immer üblicher in Bearbeitungs- und Reparaturwerkstätten .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug zum Anziehen von Gewindeverbindungen zu schaffen, das von der Bedienungsperson mit der Hand geführt werden kann und bei dem das überdrehen von Gewinden weitgehend ausgeschlossen ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Werkzeug als ein Teil desselben einen Dehnungsmesser

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enthält zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals, das abhängt von dem angewandten Drehmoment und daß ein Anzeigegerät vorgesehen ist, das von dem Dehnmeßstreifen beaufschlagt ist zur Anzeige für die Bedienungsperson, wenn das Drehmoment einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

Vorzugsweise bildet der Delimeßstreifen einen Teil einer Brückenschaltung mit einem Ausgangsanschluß, der an einen aus integrierten Schaltkreisen aufgebauten Verstärker angeschlossen ist. Der Aufbau aus integrierten Schaltkreisen wird nachstehend durch die Abkürzung "I.C." angedeutet.

Vorteilhafterweise umfaßt das Werkzeug einen ersten I.C.-Verstärker und einen zweiten I.C.-Verstärker, von denen der erste so ausgebildet ist, daß er eine elektrische Ausgangsspannung verstärkt, welche von dem Dehnmeßstreifen geliefert wird, und mit seinem Ausgang an den zweiten I.C.-Verstärker angeschlossen ist, und der zweite I.C.-Verstärker ist so ausgebildet, daß er diesen Ausgang mit einer vorgegebenen Führungsspannung vergleicht derart, daß der Ausgang des zweiten I.C.-Verstärkers eine Anzeige bewirkt, beispielsweise durch eine Signalleuchte oder durch ein Tonsignal oder durch eine Instrumentenablesung, sobald der Ausgang des ersten I.C.-Verstärkers um einen Grenzwert größer ist als die vorgegebene Führungsspannung, womit der Bedienungsperson angezeigt wird, daß das Drehmoment einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

Es können Einrichtungen vorgesehen werden, um die Höhe der voreingestellten Führungsspannung zu verändern und damit den vorgegebenen Drehmomentenwert. Vorzugsweise umfassen diese Einrichtungen eine Anzahl von Widerständen

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in Reihe über einer Versorgungsspannung, um so eine Anzahl von bestimmten Punkten mit unterschiedlichen Spannungen zu schaffen sowie einen Schalter, mit dem eine dieser Spannungen als Führungsspannung ausgewählt werden kann.

Vorzugsweise ist eine negative Rückkopplung über einen der I.C.-Verstärker vorgesehen, die in ihrer Größe variabel ist, um unterschiedliche Werte für die vorgegebene Größe des Drehmomentes zu schaffen.

Das Werkzeug kann kraftgetrieben sein durch eine eingebaute Batterie, beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie.

Vorzugsweise wird das Werkzeug gebildet von einem Schaft mit einem Sockel (oder einem Sockeleingriffsabschnitt) von unrundem (beispielsweise quadratischem) Querschnitt, wobei der Dehnmeßstreifen an dem Schaft befestigt ist zum Messen des Biegemoments in dem Schaft. Vorteilhafterweise besitzt das Werkzeug ein Gehäuse, in dem der Schaft für eine begrenzte Relativbewegung angeordnet ist, sowie einen Ein-Ausschalter, der durch eine solche Relativbewegung betätigbar ist bei Anwendung eines Drehmomentes durch die Bedienungsperson.

Das Werkzeug kann die Form eines Drehmomentenschlüssels haben (wie oben definiert). Vorteilhafterweise umfaßt der Drehmomentenschlüssel eine Einrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Ausgangsspannung, die abhängt von dem angewandten Drehmoment, einen ersten I.C.-Verstärker zum Verstärken dieser Spannung, einen zweiten I.C.-Verstärker, welch letzterer so ausgebildet ist, daß er das Ausgangssignal mit einer vorgegebenen Führungsspannung vergleicht derart, daß der Ausgang

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des zweiten I.C.-Verstärkers eine Anzeige liefert, beispielsweise durch Aufleuchtenlassen einer Lampe oder durch ein Tonsignal oder durch eine Instrumentenablesung, sobald der Ausgang des ersten I.C.-Verstärkers etwas größer ist als die vorgegebene Führungsspannung, um so der Bedienungsperson anzuzeigen, daß das Drehmoment einen vorgeschriebenen Wert erreicht hat.

Ein Drehmomentenschlüssel gemäß der Erfindung wird nachstehend, beispielshalber unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, näher erläutert.

Figur 1 ist das Schaltungsdiagramm des Drehmomentenschlüssels,

Figur 2 ist eine Seitenansicht des Drehmomentenschlüssels und

Figur 3 ist eine Draufsicht auf den Drehmomentenschlüssel .

Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Drehmomentenschlüssel, bestehend aus einem Metallschaft 11, der axial innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 13 angeordnet ist. Der Schaft 11 besitzt quadratischen Querschnitt über den größten Teil seiner Länge, weist jedoch einen Kopf 15 an seinem linksseitigen Ende auf, in dem eine Öffnung 17 von in Draufsicht quadratischer Querschnittsform ausgebildet ist. Der Schaft 11 ist starr befestigt an zwei kräftigen Metallkrägen 19A, 19B, die ihrerseits mittels Schrauben 21 starr mit dem Gehäuse 13 verbunden sind, während bei 23 eine Gummimuffe angedeutet ist, die über den Schaft 11 gezogen ist und in ein Ende des Gehäuses 13 eingestöpselt wurde.

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Die Öffnung 17 ist so ausgebildet, daß sie über eine Vertikalstange 25 paßt, die einen Teil eines Steckschlüssels bildet (der Rest des Steckschlüssels ist nicht dargestellt, da er die konventionelle Ausbildung besitzt), so daß, wenn ein entsprechender Steckknopf am unteren Ende der Stange 25 über eine Mutter geschoben wird (beispielsweise eine Zylinderkopfmutter) , die Mutter von der Bedienungsperson angezogen werden kann durch Schwenken des Gehäuses 13 im Uhrzeigersinn nach Figur 3. Die Bedienungsperson wird üblicherweise das obere Ende der Stange 25 halten, während die Mutter angezogen wird.

Der als Beispiel dargestellte Drehmomentenschlüssel umfaßt als ein Teil des Werkzeuges einen Dehnmeßstreifen 27, der so ausgebildet ist, daß er das angewandte Drehmoment mißt; der Dehnmeßstreifen 27 ist direkt auf dem Schaft 11 befestigt, wie in Figur 2 angedeutet.

Der Dehnmeßstreifen 27 bildet einen Teil einer Brückenschaltung C (siehe Figur 1) mit einem Ausgang, der zunimmt, wenn das auf den Schaft ausgeübte Biegemoment vergrößert wird. Der Ausgang der Brückenschaltung C speist einen I.C.-Verstärker Al (beispielsweise einen I.C.-Verstärker, der im Handel unter der Bezeichnung AtA 7o9, Uh 741 oder äA 777 erhältlich ist) über Leitungen Ll, L2.

Der Verstärker Al besitzt eine Ausgangsleitung L3, von der aus eine negative Rückkopplung vorgesehen ist (UbBr einen ausgewählten Widerstand aus einer Anzahl von Widerständen in einer variablen Rückkopplungseinheit, die mit FBU bezeichnet ist), so daß die Größe der negativen Rückkopplung und damit die Verstärkung des Verstärkers Al auf einen von einer Anzahl verschiedener Werte eingestellt werden kann.

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Die Leitung L3 überträgt das Ausgangssignal des Verstärkers Al zu einem I.C.-Verstärker A2, der vom gleichen Typ sein kann wie der Verstärker Al.

Bei P ist ein Potentiometer angedeutet mit einem Betätigungsknopf 29 und zugeordneter Skala (Figur und 3) zum Einstellen einer anderen Eingangsleitung L4 des Verstärkers A2 auf eine vorgegebene Führungsspannung.

Mit LED ist eine Licht emittierende Diode im Ausgang des Verstärkers A2 angedeutet, während bei M ein Milliamperemeter angedeutet ist.

Die Verstärker Al, A2 sind sehr klein und können bequem in dem Ringraum untergebracht werden rings um den Schaft 11 zwischen den Kragen 19A, 19B.

Der dargestellte Drehmomentenschlüssel wird mit Leistung versorgt mittels einer eingebauten Batterie B, die sich innerhalb des Gehäuses 13 rechts des Kragens 19B befindet, während das Milliamperemeter M eine Anzeige sowohl auf der Oberseite {Figur 3) wie auch an der Seite (Figur 2) des Werkzeugs aufweist.

Mit PS ist eine Stromversorgungsschaltung bezeichnet, die von der Batterie B gespeist wird und eine stabilisierte Versorgungsspannung + Io V für die Brückenschaltung C, das Potentiometer P und die Verstärker Al und A2 bereitstellt; eine stabilisierte Versorgungsspannung von + 2 V wird außerdem erzeugt, die über das Meßwerk M zur Leitung L3 führt.

Bei S ist ein Ausschalter für die Batterie B dargestellt. Der Schalter S wird betätigt durch eine Hülse 31, die

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lose das Gehäuse 13 umschließt und koaxial mit der letzteren durch leichte Federn gehalten wird, wobei die Anordnung so ausgebildet ist, daß die Bedienungsperson das Gehäuse 13 im Uhrzeigersinn schwenken kann, um eine Mutter anzuziehen durch Ziehen an der Hülse 31, und ein solcher Zug versetzt die Hülse 31 relativ zum Gehäuse 13 und schließt den Schalter S, um so das Werkzeug einzuschalten.

Bei Verwendung des dargestellten Drehmomentenschlüssels zum Anziehen einer Mutter stellt die Bedienungsperson zunächst fest, welches Drehmoment für diese Mutter vorgeschrieben ist, von der angenommen sei, daß ihre Achse vertikal liegt, und die Bedienungsperson wird dann den Knopf 29 des Potentiometers P dementsprechend einstellen. Die Bedienungsperson wird ferner die Rückkopplungseinheit FBU so einstellen, daß das Werkzeug in dem gewünschten Bereich arbeitet.

Die Bedienungsperson wählt dann den passenden Kopf für die Mutter, führt die Stange 25 in den Kopf ein und in die öffnung 17, und während sie mit der einen Hand das obere Ende der Stange 25 erfaßt und stabilisiert, wird mittels der Hülse 31 das Werkzeug im Uhrzeigersinn nach Figur 3 verdreht. Der Schalter S wird dabei geschlossen, und bei zunehmendem Drehmoment auf die Mutter wird auch das Biegemoment vergrößert, das auf den Schaft 11 wirkt, und der Gleichspannungsausgang des Brückenkreises C erhöht sich . Dieses Gleichspannungssignal wird durch den Verstärker Al verstärkt, dessen Ausgang dem Verstärker A2 zugeführt wird. Der Verstärker A2 wirkt als Komparator und vergleicht die vom Verstärker Al zugeführte Spannung mit der vorgewählten Führungsspannung, die vom Potentiometer P geliefert wird, und sobald die erstere auch nur geringfügig größer ist als die letztere, steigt der Ausgang

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des Verstärkers A2 plötzlich an und die Licht emittierende Diode leuchtet auf und zeigt so an, daß die Bedienungsperson das vorgeschriebene Drehmoment erreicht hat. Bevor die Licht emittierende Diode aufleuchtet, gibt die Anzeige des Meßwerks M an, wie weit das Drehmoment bereits angestiegen ist.

Anstatt eine Licht emittierende Diode zum Aufleuchten zu bringen, könnte man mit dem Ausgangssignal des Verstärkers A2 auch ein Relais betätigen, das seinerseits eine Glocke oder einen Summer in Betrieb setzen würde, um ein Tonsignal zu erzeugen zur Anzeige, daß das vorgeschriebene Drehmoment erreicht worden ist.

Die Einzelteile des dargestellten Drehmomentenschlüssels gemäß Figur 1 sind klein und robust und das gesamte Werkzeug kann ohne weiteres in einer Hand geführt werden.

(Patentansprüche)

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Claims

- Io Patentansprüche

Werkzeug zum Anziehen von Gewindeverbindungen, das von einer Bedienungsperson mit der Hand führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug als einen Teil desselben einen Dehnungsmeßstreifen zur Erzeugung einer elektrischen Ausgangsspannung aufweist, die abhängt von dem angewandten Drehmoment, und daß eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, die von dem Dehnmeßstreifen betätigbar ist zur Anzeige für die Bedienungsperson, wenn das Drehmoment einen vorgeschriebenen Wert erreicht hat.

Werkzeug nach Anspruqh 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnmeßstreifen Teil einer Brückenschaltung ist, deren Ausgang an den Eingang eines aus integrierten Schaltkreisen aufgebauten Verstärkers angeschlossen ist.

Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen ersten I.C.-Verstärker und einen zweiten I.C.-Verstärker, von denen der erste für die Verstärkung einer von dem Dehnmeßstreifen gelieferten Ausgangsspannung ausgebildet ist und mit seinem Ausgang an den zweiten I.C.-Verstärker angeschlossen ist und der zweite I.C.-Verstärker für den Vergleich dieser Ausgangsspannung mit einer voreingestellten Führungsspannung ausgebildet ist derart, daß das Ausgangssignal des zweiten I.C.-Verstärkers eine Anzeige bewirkt, beispielsweise durch Aufleuchten einer Licht emittierenden

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Diode oder durch ein Tonsignal oder durch eine Meßwerkablesung,sobald das Ausgangssignal des ersten I.C.-Verstärkers auch nur geringfügig größer ist als die voreingestellte Führungsspannung, um so der Bedienungsperson anzuzeigen, daß das Drehmoment einen vorgeschriebenen Wert erreicht hat.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen für die Veränderung der Größe der voreingestellten Führungsspannung und damit für die Veränderung des vorgeschriebenen Drehmomentenwertes .

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen eine Anzahl von Widerständen in Reihenschaltung über einer Versorgungsspannung umfassen zur Ausbildung einer Anzahl von definierten Punkten unterschiedlicher Spannungen, sowie einen Schalter für die Auswahl einer dieser Spannungen als Führungsspannung.

6. Werkzeug nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine negative Rückkopplung für einen der I.C.Verstärker, die variabel ist in der Größe der Rückkopplung für die Ausbildung unterschiedlicher Werte für den vorgeschriebenen Drehmomentenwert,

7. Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine eingebaute Batterie als Leistungsquelle, vorzugsweise eine wiederaufladbare Batterie.

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8. Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schaft mit einem Sockel (oder einem Sockeleingriffsabschnitt) von unrundem (beispielsweise quadratischem) Querschnitt, wobei der Dehnmeßstreifen auf dem Schaft befestigt ist für die Messung von dessen Biegemoment.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, in dem der Schaft für begrenzte Relativbewegung aufgenommen ist und durch einen Ausschalter, der mittels einer solchen Relativbewegung bei Anwendung eines Drehmoments durch die Bedienungsperson ausgebildet ist.

Io. Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es die Form eines Drehmomentenschlüssels besitzt.

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