DE2604834A1

DE2604834A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausgleich der massentraegheitskraefte beim anziehen von schraubverbindungen mit drehmomentbegrenzung

Info

Publication number: DE2604834A1
Application number: DE19762604834
Authority: DE
Inventors: Gunnar Christer Hansson
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1975-02-11
Filing date: 1976-02-07
Publication date: 1976-08-19
Also published as: DE2604834C3; FI61820B; IT1053955B; DE2604834B2; FI760310A; FR2300660B1; GB1527522A; FI61820C; US4063625A; JPS51104160A; FR2300660A1; SE398207B; SE7501491L

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W.Beyer Dipl.-Wirtseh.-Ing. B.Jochem

Frankfurt/ilain Staufenstraße 36

Atlas Copco AB

Nacka / Schweden

Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleich der Massenträgheitskräfte beim Anziehen von Schraubverbindungen mit Drehmomentbegrenzung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich der Massenträgheitskräfte beim Anziehen von Schraubverbindungen mittels eines Schraubers mit Drehmomentbegrenzung sowie einen hierfür geeigneten Schrauber.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß beim Einsatz eines Schraubers zum Anziehen von Schraubverbindungen das am Ende erreichte Anzieh-Drehmoment je nach dem, ob es sich um eine sog, harte oder weiche Schraubverbindung handelt, unterschiedlich hoch ausfällt, selbst wenn in allen Fällen ein bestimmtes maximales Anziehmoment am Werkzeug eingestellt worden ist· Nur bei den weichen Schraubverbindungen wird dieses eingestellte Drehmoment mit guter Genauigkeit erreicht. Bei den harten Schraubverbindungen hingegen ergibt sich immer ein zu hohes Anziehmoment· Diese Erscheinung läßt sich damit be—

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gründen, daß beim Anziehen harter Schraubverbindungen am Ende der Drehwiderstand plötzlich sehr schnell ansteigt· Obgleich die Schrauber so konstruiert sind, daß sie die Drehmomentübertragung sofort unterbrechen, wenn das eingestellte Drehmoment erreicht wird, kommt es doch bei harten Schraubverbindungen zu der geschilderten Erhöhung des Anziehmoments, weil bei der plötzlichen Unterbrechung der Drehmomentübertragung die formschlüssig mit der Schraubverbindung verbundenen, noch verhältnismäßig schnell rotierenden Teile des AntriebsStrangs des Schraubers infolge der Kassenträgheit eine verhältnismäßig große kinetische Energie gespeichert haben· Diese wird in Form einer zusätzlichen dynamischen Drehmomentkomponente auf die Schraubverbindung übertragen.

Bei weichen Schraubverbindungen tritt dagegen die vorstehend beschriebene, aus der kinetischen Energie der rotierenden An— triebsteile resultierende Drehmomentkomponente am Ende des Anziehvorgangs der Schraubverbindung nicht auf, da sich der Schrauber dem eingestellten Grenzmoment langsam nähert und daher auch die kinetische Energie der rotierenden Teile des Schraubers noch innerhalb der Grenze des eingestellten Drehmoments auf die Schraubverbindung übertragen wird, so daß am Ende, nachdem der Schrauber zunehmend langsamer geworden ist, keine überschüssige kinetische Energie mehr vorhanden ist, welche zu einem allzu starken Anziehen der Schraubverbindung führen könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und' eine Vorrichtung zu schaffen, um den unerwünschten Einfluß der Kassenträgheitskräfte beim Anziehen von Schraubverbindungen auszuschalten, und zur Lösung dieser Aufgabe wird er— findungsgemäß vorgeschlagen, daß die formschlüssig mit der Schraubverbindung verbundenen Teile des Antriebsstrangs des Schraubers mit steigender Drehzahl zunehmend gebremst werden· Bevorzugt wird dabei ein mit der Drehzahl quadratisch ansteigender Bremskraftverlauf. Zu diesem Zweck hat der erfindungs-

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gemäß vorgeschlagene Schrauber eine mit steigender Drehzahl zunehmend wirksame Bremse, und zwar vorzugsweise eine fliehkraftbetätigte Reibungsbremse,

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1A einen Axialschnitt durch den hinteren und den und 1B vorderen Teil eines Schraubers gemäß der Erfindung,

Pig. 2 Querschnitte gemäß Schnittlinien 2-2 und 3-3 in und 3 Pig. 1A_f

Pig. 4 einen Längsschnitt durch eine gegenüber Fig. 1A abgewandelte Bremse in dem Schrauber·

Der dargestellte Schrauber hat ein Gehäuse 11, in dessen vorderen Ende eine Abtriebswelle 12 gelagert ist. Letztere ist am herausragenden freien Ende mit einem Vierkant 13 versehen, auf den in üblicher Weise Schraubwerkzeuge aufgesetzt werden können.

Im hinteren Bereich nimmt das Gehäuse 11 einen pneumatischen Gleitflügelmotor 14 auf, dem über ein Steuerventil 15 Druckluft zugeführt wird· Die Abtriebswelle 18 des Motors 14 ist mit einer magnetischen Rutschkupplung 16,17 verbunden. Der Antriebsseitige Teil 16 dieser Kupplung ist im wesentlichen eine Büchse, die auf der Innenseite permanentmagnetische Ringe 26, 27» 28 trägt. Über diese Ringe wird über einen Luftspalt 25 hinweg durch magnetische Felder ein Drehmoment auf den abtriebsseitigen Teil 17 der Kupplung übertragen. Letzterer besteht aus einer Welle, auf der konzentrisch zu den Ringen 26, 27, 28 permanentmagnetische Ringe 22, 23, 24 sitzen. Die Ringe sind vorzugsweise nach dem in Fig. 2 dargestellten Küster magnetisiert·

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Einstellung und Wirkungsweise der Kupplung sind nicht Teil dieser Erfindung und sollen deshalb hier auch nicht weiter beschrieben werden. Es sei nur angemerkt, daß sich das gewünschte maximale Drehmoment, bei welchem die Kupplung 16, 17 durchrutschen soll, dadurch einstellen läßt, daß man die relative Drehwinkelstellung der permanentmag— netischen Ringe ändert.

Die mit 19 bezeichnete Abtriebswelle der Kupplung 16, 17 ist mit einem zweistufigen Planetenradgetriebe 20, 21 verbunden. Wie aus Pig. 1 und 3 Ersichtlich, ist an dieser Welle 19 eine Fliehkraftbremse 50 angeordnet, bestehend aus einer auf der Welle sitzenden Nabe 51 * von der sich in radialer Richtung zwei Tragbolzen 52 erstrecken, auf denen je ein mit einer radialen Bohrung versehener Bremsschuh 53 frei verschieblich sitzt.

Die Bremsschuhe 53 werden während der Drehung der Welle 19 gegen eine innere Reibfläche am Gehäuse 11 angedrückt» Diese Reibfläche ist bei der Ausführung nach Fig. 1 und 3 zylindrisch, und entsprechend haben auch die Bremsschuhe 53 eine passende teilzylindrische äußere Mantelfläche.

In Fig. 4 ist eine abgewandelte Bremse dargestellt. In diesem Fall hat die Bremsfläche die Form einer V-Ringnut 154 in der Gehäusewand. Die Bremsschuhe 153 sind passend zum Querschnitt der Nut abgeschrägt. Diese Bremse erzeugt bei sonst gleichen Parametern eine stärkere Bremskraft als die nach Fig. 1 und 3·

Wie oben erwähnt, wächst am Ende des Pestziehens einer harten Schraubverbindung der Drehwiderstand plötzlich steil an, und die in den formschlüssig mit der Schraubverbindung verbundenen rotierenden Teilen des Schraubers gespeicherte kinetische Energie bewirkt ein zusätzliches Drehmoment. Durch die vorstehend beschriebene Bremse wird jedoch ein entgegengesetzt wirksames Bremsmoment auf die rotierenden Teile des Schraubers ausgeübt, so daß die Kassenträgheitskräfte am

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Ende des Anziehvorgangs kompensiert werden. Da die Bremskraft der Fliehkraftbremse 50 von der Drehgeschwindigkeit des Schraubers abhängt, ist die Bremsung am wirkungsvollsten, wenn der Schrauber unbelastet ist. Dies bedeutet, daß in dem Fall, wo der Schrauber fast momentan angehalten wird, die Bremskraft im Moment der Unterbrechung des Schrauberantriebs noch beträchtlich ist·

Da beim Anziehen weicher Schraubenverbindungen das vorbestimmte maximale Drehmoment bei wesentlich geringerer Drehzahl erreicht wird, ist auch die Verzögerungswirkung der Bremse nur noch klein und hat praktisch keinen Einfluß auf das an der Schraubverbindung erzeugte Anzieh-Drehmoment·

Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Bremse ist eine Fliehkraftbremse, welche eine für die Zwecke der Erfindung günstige Verzögerungcharakteristik hat. Die an den Bremsschuhen 53 bzw. 153 wirksame Betätigungskraft ändert sich mit dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit. Dies hat den Vorteil, daß die Bremse in Fällen großer Drehgeechwin-· digkeit im Ausschaltmoment des Schrauberantriebs, also beim Anziehen harter Schraubverbindungen, sehr wirksam ist, dagegen infolge der langsamen Endgeschwindigkeit beim Anziehen weicher Schraubverbindungen praktisch unwirksam bleibt.

Während des Betriebs des Schraubers wird der auf dem Vierkant 13 sitzende Schraubenschlüssel auf.die anzuziehende Schraube oder Mutter gesteckt. Dann wird durch Öffnen des Steuerventils 15 der Antriebsmotor 14 mit Druckluft beaufschlagt. Das Drehmoment des Motors wird über die Rutschkupplung 16, 17, die Welle 19, das Reduziergetriebe 20, 21 und die Abtriebswelle 12 auf die Schraubverbindung übertragen. Hierbei sind mit der Schraubverbindung formschlüssig und drehfest verbunden die Abtriebswelle 12, das Reduziergetriebe 20, 21, die Welle 19_f die Bremse 50 und der abtriebsseitige Teil 17 der Rutschkupplung.

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Da der Drehwiderstand der Schraubverbindung beim Ifiederschrauben zunächst noch klein ist, läuft der Schrauber mit hoher Drehzahl, wobei die Bremsschuhe 53 durch eine starke Zentrifugalkraft gegen die Reibfläche am Gehäuse gedrückt werden und eine kräftige Bremswirkung erzeugen.

Infolge der von der Bremse 50 erzeugten Bremskraft werden die beiden Kupplungshälften 16, 17 der Rutschkupplung um einen bestimmten Drehwinkel relativ zueinander verstellt. Dieses bedeutet, daß die Rutschkupplung durch die Bremskraft vorbelastet ist und daß deshalb nur noch eine geringere Belastung durch die anzuziehende Schraubverbindung nötig ist, um die Kupplung durchrutschen zu lassen. Die Bremse 50 beeinflußt also die Rutschkupplung 16, 17 in der Weise, daß die letztere die Drehmomentübertragung bereits bei einem Drehmoment unterbricht, welches niedriger ist als das am Schrauber eingestellte Drehmoment. Dies wiederum bedeutet, daß die durch die Bremse erzeugte Vorbelastung der Ruschkupplung die beim Anziehen harter Schraubverbindungen wirksamen dynamischen Kassenkräfte.- kompensiert·

Wenn jedoch die Drehgeschwindigkeit am Ende des Anziehvor— gangs niedrig ist, sind auch die auf die Bremsschuhe wirkenden Zentrifugalkräfte und daher die als Vorbelastung an der Rutschkupplung in Erscheinung tretende Bremskraft sehr klein. Die Rutschkupplung 16, 17 wird also beim Anziehen einer weichen Schraubverbindung nur durch deren Drehwiderstand belastet und beim vorbestimmten maximalen Drehmoment nachgeben«

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1·j Verfahren zum Ausgleich der Massenträgheitskräfte beim Anziehen von Schraubverbindungen mittels eines Schraubers mit Drehmomentbegrenzung, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssig mit der Schraubverbindung verbundenen Teile des Antriebsstrangs des Schraubers mit steigender Drehzahl zunehmend gebremst werden·

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskraft mit dem Quadrat der Drehzahl wächst·

3· Schrauber zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem mit der Schraubverbindung formschlüssig kuppelbaren Teil (17, 19_f 20, 21, 12) seines Antriebsstrangs eine mit steigender Drehzahl zunehmend wirksame Bremse (50) angeordnet ist·

4· Schrauber nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Bremse (50) eine fliehkraftbetätigte Reibungsbremse ist,

5· Schrauber nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet , daß die Bremse (50) im Antriebsstrang hinter einer das übertragene Drehmoment begrenzenden Rutschkupplung (16, 17) angeordnet ist·

6· Schrauber nach einem der Ansprüche 3 bis 5 mit einem Reduziergetriebe, dadurch gekennzeichnet , daß die Bremse (50) im Antriebs-

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strang vor dem Reduziergetriebe (2O_P 21) angeordnet ist.

7· Schrauber nach einem der Ansprüche 3 bis S₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse aus drehfest mit einem Teil (19) des Antriebsstrangs des Schraubers verbundenen, radial beweglich geführten Bremsschuhen (53; 153) besteht, die mit einer ringförmigen Bremsfläche am Gehäuse (11) des Schraubers zusammenwirken«

8. Schrauber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsschuhe (53; 153) verschieblich auf sich mit Bezug auf eine Welle (19) des Antriebsstrangs des Schraubers erstrekkenden Führungsbolzen (52) sitzen·

9. Schrauber nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Bremsschuhen (53) zusammenwirkende Reibfläche am Gehäuse (11) eine zylindrische Fläche ist·

10· Schrauber nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibfläche die Form einer V-Ringnut (154) in der Gehäuseinnenwand hat.

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