DE2721102C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung mit Drehmomentbegren­ zung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer solchen Kupplung, die aus der US-PS 39 55 662 be­ kannt ist, erfolgt die Abschaltung des Werkzeugs unter Ver­ wendung von Nocken, mit denen ein Sperrmechanismus gelöst wird. Dieser Sperrmechanismus dient der Offenhaltung eines Absperrorgans in dem Energieversorgungskreis des Werkzeug­ antriebs. Die Nocken werden dabei üblicherweise durch eine Relativdrehung zwischen der Motorwelle und der Ausgangswelle bei Erreichen des gewünschten Drehmoments betätigt. Es kann aber vorkommen, daß der Nocken in seiner Abschaltstellung stehenbleibt, so daß dann das Werkzeug nicht wieder in Be­ trieb genommen werden kann, ohne es zuvor zu zerlegen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer zwangsweise und präzise arbeitenden Abschaltvorrichtung für eine Kupp­ lung der oben angegebenen Art, die gewährleistet, daß der Nocken nicht in seiner Abschaltstellung hängenbleibt.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Kupplung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung ist eine Abschaltvor­ richtung vorgesehen, die eine Nockenfläche zur Speicherung von Energie in einer Feder verwendet, welche bei Erreichen des Abschaltpunktes plötzlich zur Betätigung eines Ge­ stänges entspannt wird, mit dem die Energiezuführung zu dem Antriebsmotor des Werkzeuges unterbrochen wird. Dies wird durch die Ausnutzung eines Überweges des Gestänges zum plötzlichen Auslösen eines Verriegelungsmechanismus vervollständigt, mit dem wiederum die Abschaltvorrichtung freigegeben wird. Durch die Anwendung eines Überweges wird gewährleistet, daß das Werkzeug nicht an einem obe­ ren Punkt des Nockens stehenbleibt. Die Kupplung rutscht nach Erreichen des eingestellten Drehmomentes und läßt dann ein Überdrehmoment nicht zu, gleichgültig, wie lange sie rutscht. Die Abschaltvorrichtung beendet aber schnell das Rutschen der Kupplung, so daß diese vor einem Ver­ schleiß bewahrt wird.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist also, daß der Kupplungsverschleiß und die Erwärmung begrenzt werden, weil das Werkzeug unmittelbar nach Erreichen des einge­ stellten Drehmoments abgeschaltet wird. Die Abschaltvor­ richtung erlaubt ferner eine verhältnismäßig einfache Betriebsweise, ist leicht zu unterhalten und kann wirt­ schaftlich hergestellt werden.

Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeich­ nung. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines pneumatischen Schraub­ werkzeuges, bei dem eine Ausführungsform der Kupplung verwirklicht ist,

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung der Eingangswelle, bei der die Nocken an der Stirnfläche erkennbar sind,

Fig. 3 eine Teildarstellung des in Fig. 1 gezeigten Werkzeuges mit einer anderen Ausführungsform der Kupplung,

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie 4-4 der Fig. 3, und

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung, bei der sich die Feder in der gesperrten Stellung befindet, aus der sie zum Abschalten des Werkzeugs lösbar ist.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsformen der Erfindung be­ schrieben. Die eine, in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform wird dabei generell als die axiale Ausführungsform bezeichnet, da die Feder und der Auslösestift in Richtung der Längsachse des Werkzeuges angeordnet sind und arbeiten. Die andere Aus­ führung, die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt ist, wird nachfolgend als radiale Ausführungsform bezeichnet. Bei die­ ser Ausführungsform wird die Feder durch den Nocken radial auswärts bewegt und schnellt dann radial einwärts, wobei sie den Auslösestift ebenfalls in Radialrichtung bewegt. Zunächst soll jedoch die axiale Ausführungsform beschrieben werden.

Die Fig. 1 zeigt eine pneumatische Mutternanziehmaschine 10 der "Pistolengriff"-Bauart, die einen herkömmlichen Fluidmotor 12 als Antrieb besitzt. Das Fluid wird über einen (nicht dargestellten) Schlauch zu einem Eingang 14 am Boden der Handhabe 16 zugeführt. Kanäle 18 und ein durch einen Ab­ zug 22 betätigbares Steuer-Absperrorgan 20 führen das Fluid einer Kammer 24 am rückwärtigen Ende des Werkzeugkörpers zu. Von dieser Kammer 24 strömt das Fluid durch die Öffnung 26 und einen Kanal 28 zu dem Motor 12. Alle vorangehend beschrie­ benen Teile sind gebräuchlich und bekannt. Die Motorwelle 30 ist in Lagern 32 und 34 gehalten und ebenfalls herkömmlich gestaltet. Am Abtriebsende der Motorwelle sitzt ein mit ihr einstückiges ausgebildetes Zahnrad 36, das mit dem Eingang einer Planeten(doppel)getriebe-Untersetzungseinheit 38 im Ein­ griff steht. Die Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes ist in einem Lager 40 gelagert und besitzt an ihrem Außenende 42 eine von der Kreisform abweichende Gestalt, womit sie mit der Eingangswelle 44 gleitbar im Eingriff ist. Die Eingangswelle 44 ist innen derart gestaltet (entweder kerbverzahnt, sechs­ eckig oder dergleichen), daß sie mit der Abtriebswelle der Untersetzungseinheit zusammenpaßt und dieser gegenüber axial verschiebbar, jedoch mitverdrehbar ist. Die Welle 44 ist bei 46 mit einem längsgerichteten Außengewinde zur Aufnahme einer Drehmoment-Einstellmutter 48 und einer Sperrmutter 50 versehen. Die Drehmoment-Einstellmutter 48 besitzt einen länglichen Körper 52, wobei an dessen einem Ende ein Gewinde­ bereich 54 und an dem anderen Ende ein Abstandhalter 56 sowie ein Rückhaltering 58 vorgesehen sind, wobei sie von einer Schrau­ benfeder 60 umschlossen wird. Die Feder 60 (rechtsgerichtet gewic­ kelt) liegt der Eingangswelle 44 eng an und umfaßt zugleich eine Ausgangswelle 62 eng. Die Feder 60 besitzt im Ruhezustand einen konstanten Innendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Außendurchmesser der Eingangswelle 44 und der Ausgangswelle 62. Der Außendurchmesser der Spiralen der Feder 60 ist konisch bearbeitet, wobei das schmalere Ende auf der Ausgangswelle sitzt. Die Drehmoment-Einstellmutter 48 ist auf die Eingangswelle 44 geschraubt, wobei sie durch ihre Einstellung auf der Welle 44 die Feder 60 axial entlang der Eingangswelle positioniert. Die Drehmoment-Einstellmutter 48 wird in der gewünschten Lage durch die Sperrmutter 50 gehal­ ten.

Der vorangehende Aufbau ist in weiteren Einzelheiten in der bereits eingangs erwähnten US-Patentschrift 39 55 662 be­ schrieben. Auf die Beschreibung dieser Patentschrift wird in­ soweit Bezug genommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine neue Vor­ richtung zur Abschaltung der Energiezuführung zu dem Motor beim Erreichen des eingestellten Drehmomentes, jedoch ohne daß das Werkzeug in der Ausschaltposition verbleibt. Dazu ist in der Leitung zwischen dem manuell betätigbaren Steuer-Ab­ sperrorgan und dem Antriebsmotor ein Abschalt-Absperrorgan vorgesehen, das bis zum Erreichen des vorgegebenen Drehmo­ ments geöffnet gehalten wird und dann durch die Freigabe der in einer Feder gespeicherten Energie geschlossen wird. Die Feder überläuft oder "überspringt" zur Auslösung der Abschal­ tung ihre normale Ruheposition, so daß das Werk­ zeug nicht bei in der Abschaltposition eingestellter Absperr­ organ-Betätigung stillgesetzt wird. In seiner Ruheposition liegt sie dem Löseglied nicht an.

In den Zeichnungen sind zwei Federbetätigungsarten, nämlich eine axiale und eine radiale dargestellt. Die erste dieser Betätigungsarten, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, benutzt einen Stift 64, der auf Nockenflächen 66 am Ende der Antriebswelle 44 läuft, um einen "Auslösestift" 68 gegen die Belastung durch die Feder 70 zu bewegen. Die Fig. 1 läßt er­ kennen, daß bei stillgesetztem Werkzeug der Grund (oder un­ tere Punkt) 72 der Nockenflächen 66 so bemessen ist, daß er gerade vor dem Kontaktstift 64 zurückweicht. Wenn das Werk­ zeug betrieben wird, wird das Arbeitsende 74, das mit dem gewünschten Schraub- bzw. Werkzeugeinsatz (nicht dargestellt) verbunden ist, gegen das Werkstück (ebenfalls nicht darge­ stellt) gedrückt. Dadurch werden das Arbeitsende 74, die Aus­ gangswelle 62 und die Eingangswelle 44 etwas einwärts be­ wegt. Auf der Ausgangswelle 62 ist ein Löseglied 76 durch den Stift 78 schwenkbar angeordnet. Das Löseglied 76 wird norma­ lerweise durch eine kleine Querfeder 80 und eine Kugel 82 in einer Sperr- oder Feststellposition gehalten, die auf der In­ nenwand der Ausgangswelle 62 aufsitzen. Das Ende des Löse­ gliedes ist wie bei 84 gekerbt, so daß die Druckstange 86 vorwärts bewegbar ist, das Löseglied in der Sperrstellung je­ doch so gehalten wird, daß ein Ende 88 des Lösegliedes 76 mit dem Ende der Stange zusammenwirkt und das Absperrorgan 90 geöffnet hält. Die plötzliche Freigabe des Lösegliedes 76 (durch Bewegung im Uhrzeigersinn, wie dies die Fig. 1 erken­ nen läßt) läßt nun durch die Feder 92 eine Belastung des Ab­ sperrorgangliedes 90 in die Schließlage zu, wodurch die Luft­ zuführung zu dem Antriebsmotor gesperrt wird.

Alles was zu dem vorangehend beschriebenen Löseglied 76, der Druckstange 86 und dem Absperrorgan 90 gehört, ist ebenfalls in der vorangehend erwähnten US-Patentschrift 39 55 662 be­ schrieben. Die Verbesserung liegt in der Abschaltvorrichtung die folgendermaßen arbeitet. Beim Betrieb hält der auf das Gerät einwirkende Betriebsdruck das Löseglied 76 in Anlage an die Druckstange 86, die wiederum das Absperrorgan 90 ge­ gen die Belastung durch die Feder 92 offenhält. Nach Errei­ chen des vorgegebenen Drehmomentes wird die Drehung des Werk­ zeugeinsatzes, des Arbeitsendes und der Ausgangswelle 62 (die den Stift 64 und den Auslösestift 68 trägt) verlangsamt oder angehalten, während die Werkzeugantriebsteile bis zur Feder 60 einschließlich der Eingangswelle 44 sich weiter drehen. Wenn die Eingangswelle sich dreht, läuft der Stift 64 auf einer der Stirnnocken 66, wodurch dieser und der Auslösestift 68 gegen die Kraft der Feder 70 bei der in Fig. 1 gewählten Darstellung nach rechts bewegt werden. Nach dem die Eingangs­ welle 44 die Nockenfläche über den höchsten Punkt des Nockens hinweggedreht hat, wird die Feder 70 plötzlich freigegeben und drückt dadurch den Auslösestift 68 gegen die Bodenflä­ che 94 des Lösegliedes 76, das derart zum Zusammenwirken mit dem Auslösestift 68 ausgebildet ist, daß es bei diesem durch die Energie der freigegebenen Feder 70 ausgelösten Impuls im Uhrzeigersinn gedreht wird. Dadurch kann die Druckstange 86 sich nach rechts bewegen (wie in Fig. 1 dargestellt) und das Absperrorgan 90 schließen. Damit wiederum wird das Werkzeug stillgesetzt, selbst wenn die Bedienungsperson das Absperr­ organ 20 weiterhin geöffnet hält.

Nach Beendigung der Bewegung des Auslösestiftes 68 bei der Darstellung in Fig. 1 nach links erreicht dieser eine in der Fig. 1 gezeigte Ruheposition, in der er das Löseglied 76 bei­ nahe (oder gerade eben) berührt, wenn dieses in die Fest­ stellage zurückgekehrt ist. Dies erfolgt, wenn die Bedienungs­ person nach dem Abschalten seinen Druck auf das Werkzeug be­ endet. Zu diesem Zeitpunkt bewegt eine zwischen dem in dem Gehäuse befestigten Lager 40 und der Eingangswelle 44 einge­ ordnete Feder 96 die Anordnung aus Eingangswelle, Drehmomentan­ ordnung, Ausgangswelle, Arbeitsende und Werkzeugeinsatz aus­ wärts oder gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach rechts. Da­ durch kann die Feder 80 das Löseglied 76 im Uhrzeigersinn um den Stift 78 in eine in Fig. 1 dargestellte Position bewegen, in der sie bereit zur Anlage an der Druckstange 86 nach dem Einwirken auf ein anderes Befestigungselement ist. Beim Zu­ sammenwirken des Werkzeugs mit einem Befestigungselement be­ wegen sich das Löseglied 76 und der Auslösestift 68 zusammen mit der inneren Ausgangswelle 62, so daß sie die gleiche re­ lative Lage einnehmen, bis eine Relativbewegung der Eingangs­ welle 44 gegenüber der Abtriebsstelle zur Speicherung von Energie in der Feder 70 führt.

Die vorangehende Beschreibung bezieht sich auf die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform. Die andere, in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellte Ausführungsform, wird, soweit sie sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet, nachfol­ gend beschrieben. Dabei sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie zuvor benutzt.

Die Fig. 3 zeigt das Arbeitsende des Werkzeuges gemäß Fig. 1 mit einem aufgeschnittenen Teil zur Darstellung der radialen Ausführungsform. Die Arbeitsweise des Werkzeuges ist die gleiche wie die der vorangehend beschriebenen Ausführungs­ form, wobei namentlich der Abzug und ein Druck auf das Be­ festigungselement dazu verwendet werden, den Fluidstrom zu dem Motor freizugeben, wobei der Motor durch ein doppeltes Untersetzungs-Planetengetriebe mit dem Abtrieb 42 der Ge­ triebeeinheit gekuppelt ist. Die Abtriebswelle 42 ist wie­ derum mit der Eingangswelle 44 verbunden, während die Feder 60 die Eingangswelle mit der Ausgangswelle 62 verbindet. Der Aufbau der Drehmoment-Einstellmutter 48 ist etwas abweichend gestaltet, diese besitzt eine Endabdeckung 98, die durch eine Sicherungsschraube 100 am Ende der Mutter festgehalten wird. Hierbei handelt es sich um eine Einzelheit des Geräteaufbaus und nicht so sehr um einen erfindungswesentlichen Bestand­ teil.

Wie bei der ersten Ausführungsform bewegt ein Druck auf das Befestigungselement die Ausgangswelle 62 und das Löseglied 76 einwärts (bei der Darstellung in Fig. 3 nach rechts) bis das Löseglied das Absperrorgan 90 über die Druckstange 86 öffnet, so daß der Motor betrieben werden kann. Die in Fig. 3 darge­ stellte Ausführungsform verwendet jedoch ein bandförmiges Fe­ derglied 100, das durch einen Stift 102 drehfest mit der Ein­ gangswelle 44 verbunden ist. Die Feder 100 ist in einer Nut 104 in der Innenbohrung der Eingangswelle 44 angeordnet. Wie die Fig. 4 erkennen läßt, liegt das rückwärtige Ende 106 der Feder 100 im Ruhezustand (im entspannten Zustand) auf dem Auslösestift 108, der wiederum gerade eben das Löseglied 76 berührt. In Fig. 4 ist der Auslösestift 108 als ein kugel­ förmig gestaltetes Glied dargestellt, während es in Fig. 5 als ein zylindrisches, bolzenförmiges Glied dargestellt ist, womit gezeigt werden soll, daß der von der Feder 100 zu dem Löseglied 76 gemessene Abstand das einzige kritische Merkmal für den Auslösestift 108 ist.

Der Betrieb dieser Ausführungsform ergibt sich bei Erreichen des eingestellten Drehmoments, bei dem die Ausgangswelle 62 wie auch bei der ersten Ausführungsform aufhört, mit der Ein­ gangswelle 44 umzulaufen. Sobald dies eintritt, dreht sich die Feder 100 bei der in Fig. 4 und 5 gewählten Darstellung im Uhrzeigersinn, da sie zwangsläufig mit der Eingangswelle 44 durch den Stift 102 mitgenommen wird. Die Fig. 4 zeigt die Relativlage der Elemente während des Anziehvorgangs des Befestigungselementes, wobei das rückwärtige Ende 106 auf dem Auslösestift 108 ruht, jedoch auf diesen keine einwärts ge­ richtete Kraft ausübt. Nach Erreichen des eingestellten Dreh­ momentes wird die Drehung der Ausgangswelle 62 gegenüber der Eingangswelle 44 verlangsamt oder stillgesetzt. Die Eingangs­ welle 44 bewegt sich jedoch weiter im Uhrzeigersinn und nimmt dabei die Feder 100 mit. Nachdem das rückwärtige Ende 106 sich der Nockenfläche 110 der Ausgangswelle 62 anlegt, wird die Feder 100 auswärts geöffnet. Dadurch wird die Feder 100 "gesperrt", wobei diese Einstellung über eine Umdrehung der Eingangswelle 44 gegenüber der Ausgangswelle 62 aufrecht­ erhalten wird. Fig. 5 zeigt die Relativlage der Elemente un­ mittelbar bevor das rückwärtige Ende 106 die Nockenfläche 110 verläßt. Direkt nach dieser Betriebsstellung wird das rück­ wärtige Ende 106 der Feder mit der gespeicherten Energie von der Nockenfläche 110 freigegeben, so daß es einwärts schnappt und den Auslösestift 108 in das Löseglied 76 drückt. Das Lö­ seglied 76 wird bei der Darstellung gemäß Fig. 3 im Uhrzei­ gersinn (bei der Darstellung in Fig. 5 nach unten) gegen die Kraft der Feder 80 gedrückt, wodurch die Druckstange 86 nach links bewegbar ist und das Absperrorgan 90 schließt (Fig. 1).

Es ist erkennbar, daß durch die Relativbewegung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle in einer Feder Energie gespeichert und dann zum Abschalten des Werkzeugs wieder frei­ gegeben wird, ohne daß die Vorrichtung in einer Position ver­ bleibt, in der das Werkzeug abgeschaltet bliebe.

Claims (5)

1. Kupplung mit Drehmomentbegrenzung an einem kraftbe­ triebenen Werkzeug zum Setzen von Schrauben, Schrauben­ muttern oder dergleichen, mit einem zwischen einer Ein­ gangswelle und einer relativ zu dieser verdrehbaren Werk­ zeugausgangswelle angeordneten Nocken zum Betätigen eines Schaltgliedes, das über ein Gestänge eine Abschalteinrich­ tung betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Nocken (66; 110) als Spannocken ausgebildet ist und mindestens eine Federspannkurve (66; 110) sowie eine Abbruchkante (72) aufweist,
• b) eine Schlagbolzenfeder (70; 100) durch die Federspann­ kurve (66; 110) spannbar und durch die Abbruchkante (72) schlagartig entspannbar ist und
• c) ein Schlagbolzen (68; 108) die gespeicherte Federkraft der Schlagbolzenfeder auf das Schaltglied (76) über­ trägt, welches das Gestänge (86) zur schlagartigen Be­ tätigung der Abschalteinrichtung (90) freigibt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagbolzenfeder (100) einen Bereich der Werk­ zeugausgangswelle (62) umschließt und mit der Eingangs­ welle (44) zwangsläufig während der Relativdrehung zwi­ schen beiden Wellen mitläuft.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagbolzenfeder (70) als Spiralfeder ausgebil­ det und in Längsrichtung in der Werkzeugausgangswelle (62) angeordnet sowie durch einen Stift (64) und den Nocken (66) am Ende der Eingangswelle (44) belastet ist.

4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (110) an der Ausgangswelle (62) gebildet ist.

5. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abschalteinrichtung als Absperrventil (90) vor dem Einlaß eines Druckluftmotors (12) angeordnet ist.