DE2604834C3 - Drehschrauber mit einer Einrichtung zum Ausgleich der Massenträgheitskräfte - Google Patents
Drehschrauber mit einer Einrichtung zum Ausgleich der MassenträgheitskräfteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Drehschrauber mit einer Einrichtung zum Ausgleich der Massenträgheitskräfte,
die beim Anziehen von Schraubverbindungen bis zu einem bestimmten Enddrehmoment auftreten.
Es ist eine bekannte Tatsache, daß beim Einsatz eines Schraubers zum Anziehen von Schraubverbindungen
das am Ende erreichte Anzieh-Drehmoment je nachdem, ob es sich um eine sogenannte 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 ho
Genauigkeit erreicht. Bei den harten .Schraubverbindungen
hingegen ergibt sich immer ein zu hohes Anziehmoment. Diese Erscheinung läßt sich damit
begründen, daü 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 Massenträgheit 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 Antriebsteile resultierende Drehmo-■nentkomponente
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, nachden 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 Aufgab« zugrunde, einen
Drehschrauber der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem der unerwünschte Einfluß der
Massenträgheitskräfte beim Anziehen von Schraubverbindungen
ausgeschaltet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß an dem mit der Schraubverbindung
formschlüssig kuppelbaren Teil des Antriebsstrangs des Drehschraubers eine mit steigender Drehzahl zunehmend
wirksame Bremse angeordnet ist. Bevorzugt wird dabei ein mit der Drehzahl quadratisch ansteigender
Bremskraftverlauf. Zu diesem Zweck hat der erfindungsgemäß vorgeschlagene Drehschrauber vorzugsweise
eine fliehkraftbetätigte Reibur-3sbremse.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfühmiigsbeispielen näher
erläutert. Es zeigt
Fig. IA und IB einen Axialschnitt c'urch den hinteren
und den vorderen Teil eines Drehschraubers gemäß der Frfindung,
Fig. 2 und 3 Querschnitte gemäß Schnittlinien 2-2 und3-3in Fig. IA,
F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine gegenüber F i g. 1A abgewanderte Bremse in dem Drehschrauber.
Der dargestellte Drehschrauber hat ein Gehäuse II, in dessen vorderen Ende eine Abtrieb ,welle 12 gelagert
ist. Letztere ist am herausragenden freien Ende mit einem Vierkant 13 versehen, auf den in üblicher Weise
Schraubv/erkzeuge aufgesetzt werden können.
Im hinteren Bereich nimmt das Gehäuse 11 einen pneumatischen Gleitflügelmotor 14 ;;uf, dem über ein
Steuerventil 15 Druckluft zugeführt wird. Die Abtriebswelle 18 des Motors (4 ist mit einer magnetischen
Rutschkupplung 16, 17 verbunden. Der antriebsseitige Teil 16 dieser Kupplung ist im wesentlichen eine Büchse,
die auf der Innenseite permanentmagi:etische Ringe ?6,
27. 28 trägt. Über diese Ringe wird übi:r einen Luftspalt 25 hinweg durch magnetische Felder ein Drehmoment
auf den abtriebsseitigen Teil 17 der Kupplung übertragen. Letzterer besteht aus eiiner Welle, auf der
konzentrisch zu den Ringen 26, 27, '.'11S permanentmagnetische
Ringe 22, 23, 24 sitzen. Die Ringe sind nach dem in F i g. 2 dargestellten Muster magnetisiert.
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 Kupphing 16, 17 durchrutschen soll, s
dadurch einsteilen läßt, daß man die relative Drehwinkelstellung der permanentmagnetischen Ringe ändert.
Die mit 19 bezeichnete Abtriebswelle der Kupplung
16, 17 ist mit -einem zweistufigen Planetenr&dgetriebe
20,21 verbunden. Wie aus F i g. 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 F ί g. 1 und 3 zylindrisch, und entsprechend haben
auch die Bremsschuhe 53 eine passende teilzylindrische äußere Mantelfläche.
In F i g. 4 ist eine abgewandelte Bremse dz..gestellt. 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 F i g. 1 und 3.
Wie oben erwähnt, wächst am Ende des Festziehens 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 Massenträgheitskräfte am Ende des Anzieh Vorgangs kompensiert werden. Da
die Bremskraft der Fliehkraftbremse 50 von der Drehgeschwindigkeit des Schraubers abhängt, ist die
Bremsung m 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 Schraubverbindungen das vorbeslirn.Dte 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 - Drehmomen t.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Bremse ist
eine Fliehkraftbremse, weiche eine für die Zwecke der Erfindung günstige Verzögerungscharakteristik hat. Die
an den Bremsschuhen 53 bzw. 153 wirksame Betäiigungskraft ändert sich mit dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit. Dies hat den Vorteil, daß die Bremse in
Fällen großer Drehgeschwindigkeit 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, die B'.mse 50 und der
abiriebsseiiige Teil i/der Ruischkuppii ng.
Da der Drehwiderstand der Schraubverbindung beim Niederschrauben zunächst noch klein ist, läuft der
Schrauber mit hoher Drehzahl, wobei die Bremsschuhe 53 durch eine starke Zentrifugalkraft gegen die
Reibfläche 53' am Gehäuse gedrückt werden und eine kräftige Bremswirkung erzeugen.
Infolge der von der Bremse 50 erzeugten Bremskraft werden die beiden Kupplungshälfien 16, 17 der
Rutschkupplung um einen bestimmten Drehwinkel relativ zueinander verstellt Dies 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 di·; Bremse erzeugte Vorbelastung der Rutschkupplung
die beim Anziehen harter Schraubverbindungen wirksamen dynamischen Massenkräfte kompensiert.
Wenn jedoch die Drehgeschwindigkeit am Ende des Anziehvorgangs 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.
Claims (8)
1. Drehschrauber mit einer Einrichtung zum Ausgleich der Massenträgheitskräfte, die beim s
Anziehen von Schraubverbindungen bis zu einem bestimmten Enddrehmoment auftreten, dadurch
gekennzeichnet, daß an dem mit der Schraubverbindung formschlüssig kuppelbaren Teil (17, 19,
20,21,12) seines Antriebsstrangs eine mit steigender
<o Drehzahl zunehmend wirksame Bremse (50) angeordnet !SL
2. Drehschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (50) eine fliehkraftbetätigte
Reibungsbremse ist
3. Drehschrauber nach Anspruch J oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (50) im
Antriebsstrang hinter einer das übertragene Drehmoment begrenzenden Rutschkupplung (16, 17)
angeordnet Ist.
4. Drehschrauber nach einem der Ansprüche I bis 3 mit einem Reduziergetriebe, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bremse (50) im Antriebsstrang vor dem Reduziergetriebe (20,21) angeordnet ist.
5. Drehschrauber nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse aus
drehfest mit einem Teil (19) des Antriebsstranges des Schraubers verbundenen, radial beweglich geführten
Bremsschuhen (53; 153) besteht, die mit einer ringförmigen Bremsfläche am Gehäuse (11) des
Schraubers zusammenwirken
6. Drehschrauber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsschuhe (52; 153)
verschieblich auf sich mii Bezug auf eine Welle (19)
des Antriebsstrangs des Schrau jers erstreckenden
Führungsbolzen (52) sitzen.
7. Drehschrauber nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Bremsschuhen
(53) zusammenwirkende Reibfläche (53') am Gehäuse (11) eine zylindrische Fläche ist.
8. Drehschrauber nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibfläche die
Form einer V-Ringnut (154) in der Gehäuseinnenwand hat.
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