DE2731090C2 - Drehmoment-Schrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehmoment-Schrauber mit einem Antriebsmotor, einer Drehmoment-Meßeinrichtung, einer von dieser bei Erreichen eines bestimmten Drehmoments betätigbaren Kupplung sowie ggf. einer Drehwinkel-Meßeinrichtung für die Schrauberspindel, wobei bei Erreichen eines bestimmten Zustandes der Schraubvorgang beendet wird.

Es ist bereits ein Drehmoment-Schrauber der eingangs genannten Art bekannt (US-PS 36 43 501). Bei diesem Drehmoment-Schrauber ist der Antriebsmotor drehbar gelagert, so daß das bei seinem Antrieb durch Reaktion entstehende Rückstelldrehmoment mit Hilfe eines Torsionsstabes gemessen werden kann. Bei Erreichen eines bestimmten Drehmomentes wird eine Kupplung betätigt, die eine Vergleichseinrichtung einschaltet Die Vergleichseinrich»ung vergleicht das an der Schrauberspindel anliegende Drehmoment mit dem Drehwinkel der Schrauberspindel. Sobald der Drehwinkel nicht mehr linear mit dem Drehmoment ansteigt, d. h. bei Erreichen der sog. Fließgrenze, wird der Antrieb des Motors ausgeschaltet.

Daher ist es mit dieser Einrichtung nicht möglich, bei einem bestimmten Drehmoment abzuschalten. Außerdem führt das Abschalten des Motors dazu, daß bei ggf. schweren Motoren aufgrund der Trägheit nech ein Weiterdrehen erfolgt.

Es ist eine weitere Vorrichtung z'im automatischen Festspannen von Schrauben bekannt. DE-OS 25 58 251. bei der das Festspannen mit Hilfe eines Elektromotores zunächst mit hoher Geschwindigkeit, anschließend zum vollständigen Festspannen mit verringerter Geschwindigkeit durchgeführt wird. Dies führt jedoch dazu, daß das Festschrauben verhältnismäßig langsam erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmoment-Schrauber der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einfachem Aufbau wirtschaftlich und umweltfreundlich arbeitet und sich auch als Mehrfachschrauber einsetzen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Drehmoment-Schrauber der eingangs genannten Art die Drehmoment-Meßeinrichtung und die Kupplung in dem Antriebsgang zwischen dem Antriebsmotor und dem Schrauber-Kopf eingeschaltet sind.

Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgt das Festschrauben mit konstanter Geschwindigkeit, bei erreichtem vorgegebenen Drehmoment erfolgt eine unmittelbare Abschaltung des Antriebs durch Lösen der Kupplung, so daß auch schwere Motore Verwendung finden können. Außerdem ist es durch diese Ausgestaltung möglich, den Antriebsmotor zum Antrieb mehrerer Schrauberkupplungen zu verwenden. Als Kupplung kann beispielsweise eine elektrische Schnellkupplung verwendet werden.

Vorzugsweise kann die Drehmoment-Meßeinrich-

tung ein Getriebeelement mit wenigstens einer schwenkbar gelagerten Zwischenwelle enthalten, die auf eine Druckmeßeinrichtung einwirkt. Dieses Getriebeelement, das vorzugsweise noch eine Obersetzung enthalten kann, so daß die davorgeschaltete Kupplung kleiner ausgelegt werden kann, bildet also eine einfache und sicher arbeitende Drehmoment-Meßeinrichtung. Sie baut auch sehr klein, wenn beispielsweise die Zwischenwelle an einem koaxial mit der Schrauberspindel gelagerten Schwenkträger drehbar gelagert ist. Es wird also eine Art Umlaufgetriebe geschaffen, das jedoch in seinem Schwenkwinkel auf einen sehr kleinen Bereich beschränkt ist und bei seiner Schwenkung gegen die Kraft einer zur Druckmeßeinriehtung gehörenden Feder arbeitet.

Diese Druckmeßeinrichtung kann ein mechanisch/ elektrischer Wandler sein. Es ist aber auch eine sehr einfache Ausführung mit einem Drehstab und einem in Abhängigkeit von dessen Torsion betätigbaren Endschalter möglich.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, bei der der Antrieb der Schrauberspindel einen Eilgang enthält, der durch die Drehmoment-Meßeinrichtung auf e-nen langsameren Schraubgang umschaltbar ist. In diesem Falle hat also die Drehmoment-Meßeinrichtung zwei Meßpunkte. Außer dem die Abschaltung der Schrauberspindel auslösenden höheren Meßpunkt ist noch ein niedrigerer Meßpunkt vorhanden, der bei einem eingestellten Drehmomentwert die Umschaltung von dem Eilgang auf den langsameren Schraubgang bewirkt.

Die ggf. vorhandene Drehwinkel-Meßeinricntung für die Schrauberspindel ist vorzugsweise zum Verzögern des Lösens der Kupplung um einen vorgewählten Drehwinkel nach Vorliegen des vorgewählten Drehmomentes ausgebildet. Dadurch ist es also möglich, nach dem Anzeigen des gewählten Drehmomentes die einzudrehende Schraube noch um einen bestimmten Drehwinkel weiterzudrehen, was in der Praxis zur Vorspannung der Schraube erwünscht sein kann. Diese Drehwinkel-Meßeinrichtung kann berührungslos arbeiten und vo^ugsweise eine von der Schrauberspindel angetriebene Impulsscheibe, d. h. eine Scheibe mit Löchern. Vorsprüngen oder anderen Impulse auslösenden Unregelmäßigkeiten enthalten, die mit einem elektrischen Impulsgeber zusammenwirkt.

Die kleine Baugröße des eigentlichen Schrauberteils mit Kupp'ung und Drehmoment-Mißeinrichtung sowie ggf. Drehwinkel-Meßeinrichtung macht es möglich, mehrere Schrauberspindeln von einem gemeinsamen Antriebsmotor und ggf. einem gemeinsamen LiI- und Schraubergang-Getrieb«* antreiben zu lassen. Eil- und Schratibergang können ohnehin vorteilhaft von einem gemeinsamen Antriebsmotor über ein Verteilergetriebe abgeleitet sein, wobei die Drehmomentmeßeinrichtung und die Kupplung zwischen dem Abtrieb von Eil- und Schraubergang und dem Schrauberkopf eingeschaltet sind. Dadurch, daß mehrere Schrauberspindeln mit ihren entsprechenden Drehmoment-Begrenzungseinrichtungen von einem gemeinsamen Antrieb gesteuert werden können, wird die Anlage besonders wirtschaftlich und besonders für Mehrfachschrauber geeignet.

Weitere Vorteil·.! und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Die einzige Zi:ichn<jngsfigiir /cigt in schematischer und nicht maßstäblicher Seitenansicht einen Drehmoment-Schrauber nach der Erfindung.

Der in der Zeichnung dargestellte Drehmomert-Schrauber besitzt einen elektrischen Antriebsmotor 11, der während des Einsatzes des Schraubers ständig durchlaufen kann. Er ist mit einem Getriebe 12 verbunden, das zwei Abtriebswellen 13, 14 hau von denen die Welle 13 eine geringere Drehzahl in der

ι» Größenordnung von 5 Umdrehungen pro Minute macht

(Schraubgang) während die Welle 14 eine Drehzahl von etwa 200 U/min hat (Eilgang). Die Wellen sind über elektrisch betätigte Kupplungen 15,16 mit Ritzeln 17,18 verbunden, die ein gemeinsames Zahnrad 19 antreiben.

i> Die Kupplungen 15, 16 werden jeweils alternativ betätigt, d. h. beim Schließen der einen Kupplung wird die andere gelöst.

Das Zahnrad 19 treibt eine Welle 20 an, die zu einer elektrischen Schnellkupplung 21 führt, d. h. einer -" Kupplung, die sich durch elektrische Betätigung außerordentlich schnell öffnen läßt. Die Abtriebswelle 22 der Kupplung 21 trägt an ihrer Ende ein Ritzel 23. das zu einem Getriebeelement 24 eine τ Drehmomentmeßeinrichtung 25 gehört. Das Getriebeelement 24 -¹"· besitzt einen koaxial zur Welle 20 gelagerten Schwenkträger, der aus einem U-förmigen Bauteil bestehen kann. Jas im Bereich seiner beiden Schenkelenden einerseits auf der Welle 22 und andererseits auf einer damit fluchtenden Abtriebswelle 27 des Getriebeelei" mentes gelagert ist. Ein auf de^r Abtriebswelle 27 drehfest sitzendes Zahnrad 28 wird vom Ritzel 23 über eine Zwischenwelle 29 und darauf sitzende Zahnräder 30, 31 angetrieben. Die Zwischenwelle 29 ist in dem Schwenkträger 26 gelagert und parallel zu den Wellen ι' 22 und 27. Durch entsprechende Wahl der Zahnradgrößen entsteht eine Untersetzung von der Welle 22 zur Welle 27.

Das Getriebeelement 24 kann also als eine Art

Untersetzungsgetriebe mit paralleler Zwischenwelle und schwenkbar gelagertem Gehäuse oder als Segment eines Umlaufgetriebes mit in gewissen Grenzen festgehaltenem Planetenkäfig betrachiet werden. Es sind hier auch andere Getriebearten möglich, bei denen die Reaktionskraft infolge des übertragenen Drehmo-

⁴"· mentes zu einer begrenzten Bewegung oder zumindest Druckerzeugung durch ein Getriebeteil ausgenutzt werden kann.

Der Schwenkträger 26 hat an einem seiner Schenkel, im vorliegenden Beispiel dem unteren, auf der Welle 27 "' gelagerten Schenkel ein Zahnsegment 51, das eine Schwenkung des Schwenkträgers 26 auf ein Zahnrad 32 überträgt, das entsprechend eine Welle 33 dreht, an der ein Hebel 34 befestigt ist. der mit seinem freien Ende ->uf eine Druckmeßdose 35. d. h. einen mechanisch/elektri-" s^hen Wandler drückt. Derartige Druckmeßdosen sind übliche Bauelemente und sie erzeugen ein dem riarauf ausgeübten Druck entsprechendes elektrisches Signal. Die beschriebene Anordnung kann jedoch auch durch ein anderes Druckmeßgerät ersetzt werden, wobei es bo wegen der Tatsache, daß hier nur ein oder zwei voreingestellte Werte abgefühlt werden sollen, beispielsweise auch aus einem Drehstab bestehen kann, der beispielsweise die Welle 33 ersetzt, während t-rn an der Welle 33 angebrachter Hebel ein oder zwei in ihrer " Lage verstellbare Endschalter betätigt. Es ist auch möglich, den Sch'-'enkträger direkt abzufedern und daran die Druckmeß- oder -schalteinrichtungcn anzubringen.

Hs ist ferner cine Drehwinkel-Meßeinrichtung 36 vorgesehen, die über eine Zwischenübertragung mit Zahnrädern 37 und 38 auf einer Welle 39 die Drehung des Zahnrades 28 auf ein Zahnrad 40 überträgt, das auf einer Welle 41 sitzt, auf der eine Impulsscheibe 42 befestigt ist. Die Impulsscheibe besteht im vorliegenden Beispiel aus einer Metallscheibe, die schmale radial verlaufende Schlitze 43 besitzt, die in relativ engem Winkelabstand um die Scheibe herum angeordnet sind. Die Schlitze liegen im Bereich des Mauls eines elektrischen Impulsgebers 50, der beim Durchgang jedes Schlitzes ein bzw. zwei impulse abgibt. Ein solcher Impulsgeber kann induktiv, kapazitiv oder photoelekilisch arbeiten. Bei entsprechender Ausbildung der Impulsscheibe sind auch magnetisch/elektrische und andere Impulsgeber bekannter Art verwendbar. Da von dem Zahnrad 28 zur Impulsscheibe 42 eine Übersetzung ins Schnelle erfolgt, kann jeder Impuls einem relativ kleinen Drehwinkel der Welle 27 entsprechen.

r)j_e vy_eii_e 27 jjjg A_iS Schraubenspindel bilde·.. hpsim eine Längsverschiebeeinrichtung 44, die beispielsweise mit Längsverzahnungen 45 auf der Welle und einer entsprechend ausgebildeten Hülse arbeiten kann, !n einen Adapter am unteren Teil der Schrauberspindel 27 ist das Schraubwerkzeug 46 eingesetzt, im vorliegenden Fall ein Innensechskantschlüssel. Dieser greift in den Kopf einer Innensechskantschraube 47 ein. die in ein Werkstück 48 eingeschraubt werden soll.

Zu dem Drehmoment-Schrauber gehört noch ein elektrisches bzw. elektronisches Steuergerät 49, das seine Signale von der Druckmeßdose 35 und dem Impulsgeber 50 bekommt und Ausgangssignale an die Kupplungen 15, 16 und 2t abgibt. Es sei noch bemerkt. daß zur Vereinfachung der Darstellung in der Zeichnung der Rahmen bzw. das Gehäuse des Schraubers nicht dargestellt ist, sondern nur die am Gehäuse angebrachten Lagerungen schematisch angedeutet sind.

Die Wirkungsweise des Drehmoment-Schraubers nach der Erfindung ist wie folgt:

Der Motor 11 treibt die Welle 13 mit dem langsamen .Schraubgang und die Welle 14 mit dem Eilgang an. Zu Beginn des Schraubvorganges, d. h. nachdem der Schrauber in üblicher Weise von einer nicht dargestellten Andrückvorrichtung an das Werkstück herangefahren wurde und das Schraubwerkzeug 46 die Schraube gefaßt hat, ist die Kupplung 16 geschlossen und die kupplung 15 geöffnet. Die Welle 20 wird also über die Zahnräder 18, 19 im Eilgang mit relativ hoher Drehzahl angetrieben. Die Kupplung 21 ist geschlossen, so daß die Schrauberspindel 27 über das Getriebeelement, d. h. die Zahnräder 23, ZO. die Zwischenwelle 29 und die Zahnräder 31, 28 gedreht wird. Dadurch wird die Schraube 47 relativ schnell in das Werkstück 48 eingeschraubt. Das d?zu aufzuwendende Drehmoment erzeugt eine Reaktionskraft im Getriebeelement 24, das den Schwenkträger 26 zu drehen sucht Dabei wird über das Zahnsegment 51 auf dem Schwenkträger, das Zahnrad 3Z die Welle 33 und den Hebel 34 diese Reaktionskraft auf die Druckdose 35 übertragen, die den Schwenkträger 26, ggf. nach einem gewissen Winkelausschlag, abstützt.

Wenn nun die Schraube ihrem Einschrauben einen größeren Widerstand entgegensetzt, was meist der Fall sein wird, wenn die freie Gewindelänge eingeschraubt ist und sie zur Anlage an dem Werkstück kommt, dann steigt das in Form des Druckes auf der Druckmeßdose gemessene Drehmoment an und überschreitet einen ersten, am SteuergLT.il 49 eingestellten Grenzwert. Das Steuergerät 49 erzeugt daraufhin ein Ausgangssignal. das die Kupplung 16 lost und die Kupplung 15 einsehaltet, so daß nunmehr der langsame .Schraubgang eingeschaltet ist. Die Kupplung 21 bleibt geschlossen, so daß nun über den beschriebenen Getriebczug die Schrauberspindel 27 mit geringer Drehzahl und entsprechend großem Drehmoment die Schraube 47 festzieht. Da sie bereits zur Anlage am Werkstück to gebracht wurde, werden das meist nur Bruchteile einer Umdrehung oder wenige Umdrehungen sein. Beim Erreichen des eingestellten Anzugs-Drehmomentes wird der zweite am Steuergerät eingestellte Grenzwert des Signals der Druckmeßdose 35 überschritten und die i> Kupplung 21 kann nun gelöst werden, so daß die Schrauberspindel 27 stehenbleibt.

Besonders vorteilhaft ist es möglich, durch Benutzung

der Drehwinkelmeßeinrichtung 36 die Schraube 47 um einen bestimmten Drehwinkel nachzuziehen, wenn ihr

in pingestelltes Anzugsdrehmoment bereits erreicht ist. In

diesem Falle löst die Überschreitung des Anzugsdrehmoment-Grenzwertes nicht sofort die öffnung der Kupplung 21 aus, sondern es wird noch eine bestimmte Anzahl von Impulsen des Impulsgebers 50 abgewartet.

:> bis die Kupplung öffnet. Diese Impulsanzahl entspricht dem gewünschten Drehwinkel.

Anstelle des beschriebenen Drehwinkel-Meßgerätes kann auch ein beliebiges anderes kontinuierlich arbeitendes Winkelmeßgerät verwendet werden, das in ίο einem Steuergerät verwertbare Signale abgibt.

Die beschriebene Einrichtung ermöglicht es auch, gewisse Signal-, Prüf- und Sicherheitsgeräte anzuschließen, die insbesondere in automatischen Fertigungsstraßen erwünscht sind. So kann beispielsweise die r> Tatsache, daß nach einer bestimmten Zeit oder zumindest vor dem Wiederausfahren der Schraubeinrichtung das Anzugsdrehmoment nicht erreicht ist. ein Ausschuß- oder Warnsignal auslösen oder evtl. die gesamte Anlage stillsetzen. Dies würde nämlich bedeuten, daß die Schraube nicht gefaßt hat. gebrochen ist oder leer durchdreht. Ebenso könnte beispielsweise die Überschreitung einer bestimmten Impulszahl beispielsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Drehmomentgrenzwert auf gewisse Paßungenauigkeiten hinweisen und entsprechend verwertet werden.

In der Zeichnung ist ein Schrauber dargestellt, bei dem der Antriebsmotor 11 und das Getriebe 12 nur einem Schrauber zugeordnet ist. Durch die schematische Darstellung erscheint der eigentliche Schrauber, der in der Zeichnung unterhalb der Ebene der Zahnräder 17, 18, 19 beginnt, relativ voluminös. In der Praxis kann er allerdings mit relativ ge>.ngem Durchmesser hergestellt werden, da nur zum Zwecke der besseren Darstellung alle Getriebeelemente in eine Ebene gelegt wurden. Somit ergibt sich ein sehr kompakter Schrauber. Dagegen nimmt der Motor 11 und das Getriebe 12 normalerweise einen größeren Platz ein. Bei Mehrfachschraubern kann nun ein Motor für zahlreiche angeschlossene Schrauber verwendet werden, beispielsweise für 8 Schrauber, die 8 Schrauben eines Flansches gleichzeitig anziehen. Die Verzweigung über Stirnräder o. dgl. kann nun in verschiedenen Ebenen erfolgen, entweder zwischen Motor 11 und Getriebe 12 oder vorzugsweise zwischen dem Getriebe 12 und den Kupplungen 15, 16. Eine weitere Ersparnis an Bauvolumen und -aufwand ergibt sich, wenn die Verteilung erst in der Ebene der Zahnräder 17, 18, 19 erfolgt. In diesem Falle müßte das Steuergerät so

geschaltet sein, dalj die Umschaltung vom Hilgang auf den Schraubgang für alle Schrauber gemeinsam erfolgt, und zwar vorzugsweise dann, wenn am ersten Schrauber der erste Ümschalt-Drehmonient-Gren/weri erreicht ist. Kino wesentliche Verlängerung der Schraub/fit ergibt sich dadurch nicht, da ohnehin bei

Mehrfachschraubern abgewartet werden muß. bis die letzte Schraube angezogen ist. Das Signal, das die Kupplung 21 bei dem letzten der Mehrfachschrauber öffnet, kann dann die Rückzieheinrichtung für die gesamte Schraubereinheit auslösen.

Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Drehmoment-Schrauber mit einem Antriebsmotor, einer Drehmoment-Meßeinrichtung, einer von dieser bei Erreichen eines bestimmten Drehmomentes betätigbaren Kupplung sowie ggf. einer Drehwinkel-Meßeinrichtung für die Schrauber-Spindel, wobei bei Erreichen eines bestimmten Zustandes der Schraubvorgang beendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment-Meßeinrichtung (25) und die Kupplung (21) in den Antriebsgang zwischen dem Antriebsmotor (11) und dem Schrauberkopf eingeschaltet ist

   Z Drehmoment-Schrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment- ^ Meßeinrichtung ein Getriebeelement (24) mit wenigstens einer schwenkbar gelagerten Zwischenwelle (29) enthält, die auf eine Druckmeßeinrichtung (35) einwirkt.

   3. Drehmoment-Schrauber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Zwischenwelle (29) an einem koaxial mit der Schrauberspindel (27) gelagerten Schwenkträger (26) drehbar gelagert ist.

   4. Drehmoment-Schrauber nach Anspruch 2 oder

   3. dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebeelement (24) eine Übersetzung enthält

   5. Drshmoment-Schrauber nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßeinrichtung (35) ein mechanisch/elektrischer Wandler ist

   6. Drehmoment-Schrauber nach einem der Ansprüche 2 b's 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßeinrichtung einen Drehstab und wenigstens einen Endschaltet enthalt.

   7. Drehmoment-Schra'jber nach einem der An- a Sprüche 3 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwenkung des Schwenkträgers (26) durch eine Zahnrad- und Hebelübertragung (51, 32, 34) auf die Druckmeßeinrichtung (35) übertragen wird.

   8. Drehmoment-Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Schrauberspindel (27) einen Eilgang enthält, der durch die Drehmomeni-Meßeinrichtung (25) auf einen langsameren Schraubgang umschaltbar ist.

   9. Drehmoment-Schrauber nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehwinkel-Meßeinrichtung zum Verzögern des Lösens der Kupplung (21) um einen vorgewählten Drehwinkel nach Vorliegen des vorgewählten Drehmomentes vorgesehen ist.

   10. Drehmoment Schrauber nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkel-Meßeinrichtung (36) eine von der Schrauberspindel (27) angetriebene Impulsscheibe (42) enthält, die mit einem elektrischen Impulsgeber (50) zusammenwirkt.

   II. Drehmoment-Schrauber nach einem der Ansprüche 8 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß der Eil- und Schraubgang von einem gemeinsamen t>o Antriebsmotor (11) über ein Verteilergetriebe abgeleitet sind, wobei die Drehmoment-Meßeinrichtung (25) und die Kupplung (21) zwischen dem Abtrieb von Eil- und Schraubgang und dem Schrauberkopf eingeschaltet sind. to

   12. Drehmoment-Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (11) ein Elektromotor ist.

   13. Drehmoment-Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß mehrere jeweils mit Kupplung (21) und Drehmoment-Meßeinrichtung (25) sowie ggf. Drehwinkelmeßeinrichtung (36) versehene Schrauberspindeln (27) von einem gemeinsamen Antriebsmotor (11) und ggf. Eil- und Schraubganggetriebe (12) antreibbar sind.