DE2557114A1

DE2557114A1 - Kupplung mit drehmomentbegrenzung

Info

Publication number: DE2557114A1
Application number: DE19752557114
Authority: DE
Inventors: Clyde David Thackston
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-12-18
Publication date: 1976-06-24
Also published as: GB1522700A; BR7508408A; FR2294806A1; GB1522699A; SE427442B; SE7514279L; JPS541080B2; SE8000824L; FR2294806B1; JPS5175300A

Description

PATENTANWALT

88 27 21 60S OFFENBACH (MAIN) . KAISERSTRASSE 9 - TELEFON (0611) ^gB . KABEL EWOPAT

17. Dezember 1975

Op /ef

61/5

Rockwell International Corporation 600 Grant Street
Pittsburgh, Pennsylvania 15219 V. St. A.

Kupplung mit Drehmomentbegrenzung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung mit Drehmomentbegrenzung, insbesondere für Motorschrauber od. dgl.. Eine derartige auf das Drehmoment ansprechende Kupplung hat die Aufgabe, die Antriebsverbindung zwischen einem Antriebselement und einem angetriebenen Element bei Erreichen einer ausgewählten Drehmomentsbelastung zu unterbrechen. Die Erfindung erstreckt sich auch auf Abschaltmittel für die Unterbrechung der Energiezufuhr nach Maßgabe einer vorbestimmten Drehmomentsbelastung.

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Bisher haben mit Abschaltsteuerungen ausgerüstete Kupplungsausführungen in unerwünschter Weise Trägheitskräfte übertragen und waren gegen die "Härte" einer Verbindung übermäßig empfindlich. Außerdem haben sich die bekannten Ausführungen zusätzlich zur Verbindungshärte als empfindlich gegen viele Veränderliche erwiesen, wie z. B. gegen den Luftdruck in Druckluftwerkzeugen, gegen Schmierungsunterschiede bei den Befestigungsmitteln und den Werkzeugen und gegen Motorträgheit. Beispielsweise sind die aus den US-PSen 3 370 680, 3 515 251 und 3 195 704 ersichtlichen Ausführungsformen mit einem oder mehreren der vorerwähnten Nachteile behaftet. Auch drehzahlbegrenzende Vorrichtungen aus anderen Bereichen des Standes der Technik, wie sie z. B. aus den US-PSen 3 782 515 und 1 126 780 hervorgehen, weisen nicht bestimmte wünschenswerte Merkmale auf, wie sie durch die vorliegende Erfindung vorgesehen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte einstellbare Kupplung mit Drehmomentsbegrenzung bereitzustellen, die gegen Änderungen vieler das Abgabedrehmoment normalerweise beeinflussender Veränderlicher verhältnismäßig unempfindlich ist, die leicht auf ein vorbestimmtes Drehmoment einstellbar ist, die mit wiederholbarer Genauigkeit arbeitet, und die die Verwendung verschiedener Abschaltvorrichtungen zur Unterbrechung des Energiezuflusses erlaubt. Dabei soll die einstellbare Kupplung mit Drehmomentbegrenzung von verhältnismäßig einfacher Konstruktion, leicht zu warten und zu reparieren und zuverlässig im Gebrauch sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Antriebselement und das benachbarte angetriebene Element durch eine Schraubenfeder miteinander durch Reibungsein-

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griff verbunden sind, deren Drahtkaliber sich von Ende zu Ende ändert, wobei Mittel für die Verlagerung der Schraubenfeder in Längsrichtung vorgesehen sind, wodurch der Federquerschnitt am Punkt des ersten Kontakts mit dem angetriebenen Element veränderbar ist.

Durch die Verwendung einer Feder mit unterschiedlichem Querschnitt wird nach dem Grundgedanken der Erfindung erreicht, daß die Entkupplungskraft eine direkte Funktion desjenigen Federquerschnittes ist, der an der Grenzfläche zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen Element vorliegt. Die Einstellung des Drehmoments kann auf einfache Weise durch axiales Verschieben der Feder erfolgen, so daß der Federquerschnitt an dieser Stelle verändert werden kann. Die Dicke der Federwindung und damit deren Querschnitt bestimmt das auf das Abgabeglied übertragene Drehmoment.

Weitere vorteilhafte bzw. zweckmäßige Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Druckluft-Motorschraubers, welcher die erfindungsgemäße drehmomentbegrenzte Kupplung enthält, die mit einer Ausführungsform einer Abschaltvorrichtung in Verbindung steht,

Fig. 2 ein teilweise geschnittenes vorderes Ende

eines Schraubers mit einer Alternativausführung für die Abschaltvorrichtung, und

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Fig. 3 einen Schnitt durch den Schrauber gemäß Fig. 2 entlang der Linie 3-3.

Die erfindungsgemäße einstellbare Kupplung mit Drehmomentbegrenzung ist in den Zeichnungen in ein druckluftbetriebenes Mutteraufschraubgerät eingebaut dargestellt. Selbstverständlich kann diese Kupplung auch bei elektrisch betriebenen MutteraufSchraubgeräten und für viele andere Anwendungsfälle zum Einsatz gelangen. In Fig. 1 ist die Kupplung zwischen dem Druckluftmotor und dem Reduktionsgetriebe eingebaut dargestellt, während in Fig. 2 die Kupplung nach dem Getriebe eingebaut ist. Diese Einheit könnte sogar als Zusatzteil für vorhandene Mutteraufschraubgeräte als äußeres Aufsteckzubehör hergestellt werden. Wenn die Einheit jedoch wie hier dargestellt eingebaut ist, kann die Kupplung mit einer automatischen Abschaltvorrichtung versehen sein, um die Energiezufuhr (in diesem Fall Luft) zur Begrenzung des Kupplungsverschleißes zu unterbrechen.

Fig. 1 zeigt ein druckluftbetriebenes Mutteraufschraubgerät des "Pistolengriff"-Typs, in welches ein konventioneller Strömungsjnotor 12 als Antriebselement eingebaut ist. Die Druckluft wird durch einen nicht dargestellten Schlauch zugeführt, der mit einem Einlaß 14 am unteren Ende des Handgriffs 16 verbunden ist. In Fig. 1 schematisch angegebene Kanäle und ein nicht dargestelltes durch einen Auslöser 18 betätigtes Steuerventil gestatten den Eintritt der Druckluft in eine Kammer 20 an der Rückseite des Werkzeugs. Aus dieser Kammer fließt die Druckluft durch eine öffnung 22 und Kanäle 24 zum Motor 12. Die vorstehend geschilderten Einzelheiten entsprechen dem Stande der Technik. Die von den Lagern 23 und 25 getragene Motorwelle ist von konventioneller Konstruktion

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und ist mit dem Antriebselement der Kupplung, d. h. mit der Eingangsantriebswelle 26 verkeilt. Die Welle 26 ist außen mit einem Linksgewinde 28 zur Aufnahme der Drehmomentseinstellmutter 30 und der Gegenmutter 32 versehen. Die Drehmomentseinstellmutter 30 besitzt ein langgestrecktes Gehäuse 34 mit einem Gewindeteil 36 an einem Ende und einen in das andere Ende eingesetzten Abstandsring 38 mit Sicherungsring 40. Das Gehäuse 34 umgibt die Schraubenfeder 42. Die rechtsgewundene Schraubenfeder 42 sitzt eng sowohl auf der Eingangsantriebswelle 26 als auch auf dem angetriebenen Element der Kupplung, d. h. der Ausgangsantriebswelle 44. Die Schraubenfeder 42 besitzt in entspannter Lage einen gleichbleibenden Innendurchmesser, der gering-fügig kleiner ist als der Außendurchmesser der Eingangsantriebswelle 26 und der Ausgangsantriebswelle 44. Der Außendurchmesser der Windungen der Schraubenfeder 42 nimmt einen kegelförmigen Verlauf, wobei das kleinere Ende auf der Ausgangsantriebswelle 44 angeordnet ist. Die Drehmomentseinstellmutter 30 ist auf die Eingangsantriebswelle 26 aufgeschraubt. Durch Einstellung der Lage der Mutter 30 auf der Welle 26 wird die Axiallage der Feder 42 entlang der Eingangsantriebswelle eingestellt. Hierdurch wird die bestimmte Windung der Feder festgelegt, welche die Eingangsantriebswelle 26 mit der Ausgangsantriebswelle 44 verbindet, wodurch wiederum der übertragene Drehmomentsbetrag festgelegt wird. Kräfte oberhalb des gewählten Drehmomentsbetrages führen lediglich dazu, daß die Federwindungen auf der Außenfläche der Ausgangsantriebswelle 44 schlüpfen. Die Drehmomentseinstellmutter 30 wird in der gewünschten Stellung durch die Gegenmutter 32 gesichert, In den hier dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Drehmomentseinstellung dadurch zugänglich, daß das Vorderteil des Werkzeuges von dem Werkzeuggehäuse abgeschraubt wird,^ worauf in die Drehmomentseinstellmutter und die Gegenmutter

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mit einem entsprechend angepaßten Werkzeug, wie beispielsweise einem Schlüssel, eingegriffen wird.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird die Drehbewegung von der Ausgangsantriebswelle 44 auf ein Planetengetriebe 48 übertragen, das hier lediglich teilweise dargestellt ist, weil es dem Stande der Technik entspricht und keiner näheren Erläuterung bedarf. Von dem Getriebe 48 wird das Drehmoment auf das Nasenstück 50 übertragen, das dem jeweiligen Zweck entsprechend als geeigneter Werkzeughalter ausgebildet sein kann.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Kupplung nach dem Getriebe in der Nähe des Nasenstücks 50 angeordnet, das einstückig mit der Ausgangsantriebswelle 44 ausgebildet ist.

Die vorstehend beschriebene Kupplung entspricht der bevorzugten Ausführung. Es ist jedoch einleuchtend, daß die Kupplung eine Anzahl von alternativen Ausführungsformen zuläßt, wie z. B. durch Umdrehen der Feder 42 um deren kleines Ende auf der Eingangsantriebswelle 26 anzuordnen, oder durch Anordnung der Feder 42 innerhalb der Eingangsantriebswelle 26 und der Ausgangsantriebswelle 44, wobei die Feder den Innenseiten dieser hohlen Antriebswellen anliegt.

Um den Verschleiß der Kupplungsteile auf ein Minimum herabzusetzen, sind diese in den Zeichnungen mit einer Abschaltvorrichtung kombiniert dargestellt. Beide dargestellten Abschaltvorrichtungen sprechen auf die Relativdrehung zwischen der Eingangsantriebswelle 26 und der Ausgangsantriebswelle an und bewegen ein Ventil 52 in der Kammer 20 zur Schließung

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der öffnung 22. Bei beiden Ausführungsformen wird das Ventil 52 (nur in Fig. 1 dargestellt) durch den Druck der anstehenden Druckluft geschlossen gehalten, bis die Bedienungsperson den Auslöser 18 freigibt, worauf die Eingangsströmung 54 unterbrochen wird, und die Kammer 20 durch die Entlüftung zur Atmosphäre entlüftet wird. All dieses entspricht dem Stande der Technik.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist an der Endfläche 58 der Eingangsantriebswelle 26 ein Ring von Mitnehmerzähnen 60 befestigt oder damit einstückig, die konzentrisch zur Längsachse des Werkzeugs angeordnet sind. Am offenen Zylinder 62 sind ähnliche Mitnehmerzähne 64 angebracht, die mit den Zähnen 60 im Eingriff steh.en. Der Zylinder 62 ist in der Ausgangsantriebswelle 44 verschiebbar, ist jedoch durch den Stift 66 mit der Welle 44 drehfest verbunden. Der Stift 66 kann sich in Längsrichtung im Schlitz 68 verschieben. Die Weite des Schlitzes 68 mtspricht dem Abstand des einen Zahns zum nächsten der Mitnehmerζahne 64, wodurch dem Stift 66, dem Zylinder 62 und den Mitnehmerzähnen 64 gestattet wird, stets einzugreifen, unabhängig von der Stellung in welcher die Ausgangsantriebswelle 4 bezüglich der Eingangsantriebswelle 26 zum Stillstand kommt. Die aus dem Zylinder 62, dem Stift 66 und den Mitnehmerzähnen bestehende Anordnung wird durch eine Feder 70 in Eingriffrichtung mit den Mitnehmerzähnen 60, die in Längsrichtung festgelegt sind, beaufschlagt. Am geschlossenen Ende des Zylinders 62 ist eine Schubstange 72 befestigt, die sich durch die Hohlwelle des Strömungsmotors 12 hindurch erstreckt und an den Schaft 74 des Ventils 52 angreift. Während des normalen Betriebes greifen die Mitnehmerζahne 60 und 64 unter der Wirkung der Feder 70 miteinander ein. Wenn das eingestellte Drehmoment erreicht ist, dreht sich die Eingangsantriebs-

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welle 26 relativ zur Ausgangsantriebswelle 44, ivobei die Mitnehmerzähne 64 gegen den Druck der Feder 70 auf den Zähnen 60 gleiten. Hierdurch wird der Zylinder 62 und die Schubstange 72, wie aus Fig. 1 ersichtlich, nach rechts bewegt, wodurch dem Ventil 52 gestattet wird, sich unter dem Impuls der Druckdifferenz zu schließen. Diese Druckdifferenz hält das Ventil 52 geschlossen bis die Bedienungsperson den Auslöser 18 freigibt, wodurch die Kammer 20 durch die Entlüftung 56 gegenüber der Atmosphäre entlüftet wird. Wenn sich der auf dem Ventil 52 ruhende Druck auf diese Weise angeglichen hat, verschiebt die Feder 70 den Zylinder 62 und die Schubstange 72 zurirk nach links, wie aus Fig. entnehmbar ist. Die Mitnehmerzähne 60 und 64 geraten wiederum in Eingriff, führen das Ventil 52 in die in Fig. 1 dargestellte Lage zurück und machen das Werkzeug für erneute Benutzung bereit.

In der Ausführungsfirm gemäß der Fig. 2 und 3 ist die Arbeitsweise des Werkzeuges und der Kupplung gleich, und entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen worden. Der Durchströmungskanal, das Absperrventil und der Strömungsmotor sind dieselben und sind deshalb in Fig. 2 nicht dargestellt. Die Mittel zum Festhalten der Schubstange 72 weichen bei dieser Ausführungsform von denjenigen der Fig. 1 ab und ähneln in gewisser Hinsicht der in US-PS 3 195 704 gezeigten. In dieser Ausführungsform beschränkt sich die Axialbewegung auf die Schubstange 72 und das Ventil 52. Ein Entkupplungsglied 76 ist schwenkbar an dem angetriebenen Element 44 durch einen geeigneten Stift 78 befestigt. Dieses Entkupplungsglied 76 wird normalerweise durch eine kleine Querfeder 80 in eine gespannte oder festgelegte Stellung gedrückt. Das Entkupplungsglied ist mit einer Kerbe 82 versehen, um Bewegungen der Schubstange 72 zu gestatten, jedoch wird das Ent-

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kupplungsglied 76 in seiner gespannten Stellung so gehalten, daß die Kerbe nicht mit der Schubstange fluchtet, und daß ein Ende des Entkupplungsgliedes mit dem Ende der Schubstange eingreift, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn das Werkzeug nicht betrieben wird, wird die Schubstange 72 durch eine Feder 86, wie in Fig. 2 gezeigt, nach links gespannt. Hierdurch wird die Schubstange 72 nach links verschoben, wodurch dem Entkupplungsglied 76 gestattet wird, unter dem Einfluß der Feder 80 die in Fig. 2 dargestellte Stellung einzunehmen.

Während des Werkzeugbetriebs hält die vorstehend beschriebene Stellung des Entkupplungsgliedes 76 und der Schubstange 72 das Ventil 52 offen, wodurch der Motor das Nasenstück 50 und damit die Mutter (oder einen anderen Befestigungsvorgang) antreibt, bis das durch die Kupplung übertragene Drehmoment den voreingestellten Wert überschreitet. Sobald das Drehmoment diesen voreingestellten Wert überschreitet, findet zwischen der Eingangsantriebswelle 26 und der Ausgangsantriebswelle 44 eine Relativbewegung statt. Wie am besten aus Fig. 3 erkennbar ist, wird die Kugel 84 einwärts gedrückt, sobald die Eingangsantriebswelle 26 relativ zur Ausgangsantriebswelle 44 rotiert, wodurch das Entkupplungsglied 76 um den Stift 78 verschwenkt wird. Dadurch kann die Schubstange 72 sich nach rechts in die Kerbe 82 hineinbewegen, wie Fig. 2 erkennbar macht. Dies schließt das Ventil unter dem Einfluß der Druckdifferenz der Einlaßströmung und hält das Ventil geschlossen bis der Auslöser 18 freigegeben, die Kammer 20 entlüftet und der Druck über dem Ventil 52 ausgeglichen wird. An diesem Punkt läßt die Feder 86 das Ventil 52 und die Schubstange 7 2 in die gespannte Position zurückkehren, und die Feder 80 führt das Entkupplungsglied 76 in die in der Fig. 2 dargestellten Position zurück, damit die Abschaltvorrichtung für den nächsten Arbeitsschritt zurückstellend.

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Ansprüche

Claims

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Ansprüche

Kupplung mit Drehmomentbegrenzung, insbesondere für Motorschrauber od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (26) und das benachbarte angetriebene Element (44) durch eine Schraubenfeder (42) miteinander durch Reibungseingriff verbunden sind, deren Drahtkaliber sich von Ende zu Ende ändert, wobei Mittel (30) für die Verlagerung der Schraubenfeder (42) in Längsrichtung vorgesehen sind, wodurch der Federquerschnitt am Punkt des ersten Kontakts mit dem angetriebenen Element (44) veränderbar ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (42) um das Antriebselement (26) und das angetriebene Element (44) herum gewickelt ist.
3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Schraubenfeder (42) so gewickelt ist, daß zunehmender

Drehwiderstand den Reibungseingriff der Federwindungen verringert.
4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtquerschnitt der Schraubenfeder (42) von dem auf dem angetriebenen Element (44) befindlichen Ende zu dem auf dem Antriebselement (26) befindlichen Ende gleichmäßig zunimmt.

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5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtquerschnitt der Schraubenfeder (42) von dem auf dem Antriebselement (26) befindlichen Ende zu dem auf dem angetriebenen Element (44) befindlichen Ende gleichmäßig zunimmt.
6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (42) auf dem angetriebenen Element (44) in axialer Richtung verstellbar ist.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß die Mittel für die Verlagerung der Schraubenfeder (42) aus einer die Feder haltenden Gewindemutter (30) und einer die Gewindemutter in einer gewählten Lage sichernden Gegenmutter (32) bestehen.
8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Element (44) geringfügig kleiner ist als das Antriebselement (26).
9. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (42) innerhalb des Antriebselements und des angetriebenen Elements gewickelt ist.
10. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (42) so gewickelt ist, daß zunehmender Drehwiderstand die Federwindungen zusammenzieht.

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11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement und das angetriebene Element koaxial angeordnet sind.
12. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentbegrenzungselemente mit Abschaltelementen für die automatische Unterbrechung der
Energiezufuhr zu dem das Antriebselement (26) antreibenden Motor (12) ausgestattet sind, wobei die Drehmomentbegrenzungselemente die Abschaltelemente bei Erreichen der gewünschten Drehmomentgrenze betätigen.

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