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Schraub er
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Die Erfindung betrifft einen'Schrauber der im Gattungsbegriff des
Hauptanspruchs angegebenen Art.
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Der in der Antriebsverbindung vorgesehene Drehmomentsensor trägt dafür
Sorge, daß das beim Eindrehen einer Schraube sich aufbauende Drehmoment nur einen
Wert erreichen kann, bei dem die Schraube oder die Schraubverbindung ohne bleibende
Verformung fest angezogen ist. Ein zu schwaches Anziehen soll genauso vermieden
werden, wie ein Abreissen der Schraube oder eine Beschädigung der Schraubverbindung.
Bei einem bekannten Schrauber
ist in der Antriebsverbindung ein
einer Elauenkupplung zugehöriger Mitnehmerstern in einer mit dem Antriebsmotor verbundenen
Aufnahme gelagert, der mit radialen Keilflächen an den radial beweglichen tbertragungsgliedern
angreift. Die tbertragungsglieder liegen an einer schrägstehenden Keilringfläche
einer das-Schaltelement bildenden Schiebehülse, die von der Feder in eine Stellung
vorgespannt ist, in der sie die Übertragungsglieder in ihre radial innerste Position
drängt. In der Aufnahme des Antriebssterns ist eine Bohrung angeordnet, die durch
einen Riegel verschlossen ist,wenn sich die Schiebehülse in ihrer die Ubertragungsglieder
radial nach innen pressenden Endstellung befindet. An dem Riegel liegt ein Druckstift
des Antriebssterns afl. Der Riegel steht mit der Schiebehülse in Bewegungsverbindung,
derart, daß er die Bohrung freigibt, sobald sich die Schiebehülse um einen bestimmten
Axialhub aus ihrer Endstellung bewegt. Der Druckstift des Antriebssterns kann dann-in
die Bohrung eindringen, wodurch der Antriebsstern die Klauenkupplung löst. Dadurch
ist die Antriebsverbindung unterbrochen und es wird auf das Schraubenanziehorgan
kein weiteres Drehmoment mehr ausgeübt. Das axiale Verschieben der Schiebehülse
erfolgt durch die Keilflächen des Antriebssterns, die mit zunehmendem Gegendrehmoment
die über tragungsglieder radial nach- außen pressen und somit über die Keilflächen
an der Schiebehülse diese in axialer Richtung verschieben, bis der Rie-gel dem Druckbolzen
die Bohrung-freigibt.
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Den Antriebsstern an beiden Seiten belastende Druckfedern sind für
die Bewegung des Antriebssterns verantwortlich. Bei diesem bekannten Schrauber ist
der Antriebsstern und die diesem zugehörige Klauenkupplung einem sehr hohen Verschleiß
unterworfen, da die Klauenkupplung unter Last gelöst werden muß und da infolge des
in radialer Richtung beschränkten Platzangebotes die Keilfläche des Antriebssterns
und die Übertragungsglieder sehr
klein dimensioniert sein müssen
und hohen spezifischen Blächenbelastungen unterliegen. Ungünstig ist ferner, daß
konstruktionsbedingt und durch die Umlenkung einer radialen Bewegung in eine axiale
Bewegung der Axialhub der als Schaltelement dienenden Schiebehülse nur sehr klein
ist,was eine feinfühlige Einstellung des jeweiligen Maximaldrehmomentwertes erschwert.
Außerdem kann die für das Auslösen sekundär verantwortliche Vorspannfeder der Schiebehülse
nur um-ständlich und erst nach Demontage eines Teils des Schraubers verstellt werden.
Da sowohl die Unterbrechung der Antriebsverbindung als auch das Wiedereinrücken
der Klauenkupplung bei sich drehendem Antriebsmotor vorgenommen wird, ergeben sich
schlagartige Belastungen, die sowohl für den Schrauber als auch für die Schrauben
selbst ungünstig sind. Ein bedeutender Nachteil des bekannten Schraubers liegt schließlich
noch darin, daß die Bedienungsperson des Schraubers stets im unklaren darüber ist,
ob die Schraubverbindung nun mit dem vorher eingestellten Drehmomentwert angezogen
wurde oder nicht, da der zur Trennung der Antriebsverbindung führende Schaltvorgang
von außen nicht überwachbar ist. Dies spielt insbesondere bei-den sich im Drehmomentsensor
auf kürzesten Wegen abspielenden Bewegungsvorgängen eine große Rolle, die sehr stark
reibungsabhängig sind. Wenn nun beispielsweise durch Erwärmung des Drehmomentsensors
oder durch ungleichmäßige Schmierung die Übertragungsglieder bzw.deren allmählichen
Verschleiß sir der eingestellte Drehmomentwert verändert, so wird die Bedienungsperson
erst darauf aufmerksam, wenn dies zum Bruch der Schraubverbindungen führt.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schrauber
der eingangs genannten Art zu schaffen,dessen Anziehdrehmoment sehr feinfühlig und
å jederzeit kontrollierbar einzustellen ist und der in Bezug auf die einzudrehende
Schraube
und seinen inneren -Antrieb sehr schonend arbeitet.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Schrauber der
e-ingangs bezeichneten Art durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen
Merkmale gelöst.
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Damit ergeben sich mehrere Vorteile-, die das Arbeitaverhalten des
Schraubers positiv beeinflussen. Der als Schaltelement wirkende Teil des Schneckengetriebes
führt eine in axialer Richtung zwangsgesteuerte Bewegung aus, die je nach Steigung
der Schneckengänge übereinen wesentlich größeren-axialen Weg erfolgt, als dies beim
Stand der Technik der Fall sein kann.
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Mit dieser langen axialen Bewegung des Schaltelementes wird nicht
nur eine sehr feinfühlige Einstellung des Anziehdrehmomentes erreicht, sondern es
kann auch der Verlauf des Anziehdrehmomentes bis zum Abschaltpunkt genau überwacht
werden. Dies ist insbesondere bei den Schraubverbindungen von großer Bedeutung,
bei denen ein anomaler Anziehdrehmomentverlauf auf eine Beschädigunn in der Schraubverbindung
bzw. einen Materialfehl er hinweist. Da das Schraubenanziehorgan in ständier Drehung
steht-und dann erstin den Schraubenschlitz oder auf den Schraubenkopf geschoben
wird, wonach bei Aufbau eines Gegendrehmomentes zwischen den beiden Teilen des Schneckengetriebes
eine relative Verschraubung erfolgt, -verzögert sich die Drehzahl des Schraubenanziehorgangs
gegenüber der Drehzahl des Antriebsmotors. Der Einschraubvorgang erfolgt damit insbesondere
in der Phase wo sich das Gegendrehmoment stark aufzubauen beginnt verla-ngsamt und
sehr schonend sowohl für den Schrauber als auch für die Schraubverbindung. Das Anziehdrehmoment
wird nicht schlagartig aufgebaut, sondern mit einem fließenden uebergang, denn die
Teile des Schneckengetriebes stehen ständig in drehmomentübertragender Verbindung.
Da keine radiale Steuerbewegung der tbertragungsglieder notwendig ist und-diese
in großer Anzahl und in axialer Richtung verteilt vorgesehen sind, bleiben
die
im Schneckengetriebe auftretenden Reibungsverhältnisse auch unter verschiedenen
Betriebsbedingungen gleich. Der Fühler erzeugt das Schaltsignal stets im gleichen
Moment und abhängig von der axialen Position des Schaltelementes.
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Bei einem besonders wichtigen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Schraubers ist das im Kennzeichen des Anspruchs 2 angegebene Merkmal verwirklicht.
Der Antriebsmotor wird über den Fühler exakt beim Erreichen des vorher eingestellten
Anziehdrehmomentes abgestellt. Es erfolgt keine schlagartige Trennung in der Antriebsverbindung.
Außerdem besteht die Möglichkeit, über die Registriereinrichtung den genauen Verlauf
des Anziehdrehmomentes festzustellen und zu kontrolliren. Ferner ist es wichtig,
daß über den Fühler und die Registriereinrichtung außerhalb des Schraubers ein Signal
gegeben ist, das das Ende des Anziehvorganges erkennbar macht.-Dieses Signal kann
dann dazu benutzt werden, andere Maschineneinrichtungen zu betätigen, beispielsweise
einen Vorschubantrieb, eine Zuführeinrichtung für Schrauben oder ähnliches.
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Dies ist insbesondere wünschenswert, falls der Schrauber in einer
Montagestraße integriert ist.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schraubers
zeichnet sich gemäß Anspruch 3 aus. Auf diese Weise wird mit technisch geringem
Aufwand ein ständig Drehmoment übertragender Drehmomentsensor geschaffen, bei dem
die axiale Position des Schaltelementes, nämlich des Sckneckenaußengehäuses, durch
die Steuerkante dem Fühler sehr exakt mitgeteilt wird. Selbstverständlich ist es
auch denkbar, daß das Schneckengetriebe umgekehrt in die Antriebsverbindung eingegliedert
wird, d.h. daß das Schneckenaußengehäuse mit dem Antriebsmotor in Verbindung steht
und die Schnecke mit der zum Schraubenanziehorgan
weiterführenden
Antriebsverbindung verbunden wird.
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Dann greift der Fühler den axialen Hub der Schnecke ab.
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Ein weiteres, bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Schraubers gibt Anspruch 4 an. Der Wert des Anziehdrehmomentes, bei dem der Antriebsmotor
abgestellt wird, läßt sich auf diese Weise ohne Demontage von Teilen des Schraubens
einfach einstellen.
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Ein weiteres, wichtiges Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Schraubers zeichnet sich durch die im Eennzeichen vom Anspruch 5 angegebene Maßnahme
aus. Die Feder bestimmt den Drehmomentbereich, in dem keine relative Verschraubung
zwischen den Teilen des Schneckengetriebes stattfindet und der Fühler den Schraubvorgang
noch nicht zu überwachen braucht.
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Dies ist beispielsweise bei langen Schraubbolzen zweckmäßig, die zunächst
nur mit einem geringen Drehmoment in das Gewinde einzuschrauben sind, ehe das eigentliche
Anziehdrehmoment aufgebaut wird. Das verstellbare Federwiderlager kann dabei von
außen zugänglich sein, wodurch der Drehmomentbereich, in dem der Fühler noch keine
Aufgabe hat, ohne Demontage des Schraubers universell einstellbar ist.
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Ein weiteres, zweckmäßiges Merkmal einer Ausführungsform des erfndungsgemäßen
Schraubers gibt Anspruch 6 an. Die ftbertragungsglieder sind auf diese Weise über
den axialen Erstreckungsbereich des Schneckengetriebes verteilt und unterliegen
deshalb ständig gleichen Belastungsverhältnissen. Vorteile erbringt diese Anordnung
ferner im Hinblick auf eine hohe Bewegungsgenauigkeit des Schneckengetriebes und
eine gute Schmierung der sich mit Rollreibung gegeneinander bewegenden Teile.
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Damit das Schneckengetriebe auch bei hohen Belastungen spielfrei und
exakt arbeitet, ist bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
des
erfindungsgemäßen Schraubers das Merkmal gemäß Anspruch 7 vorgesehen.
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Da die Schnecke beim Abstellen des Antriebsmotors durch die auf das
Schneckenaußengehäuse wirksame Vorspannfeder und auch infolge der nicht selbsthemmenden
Auslegung sehr rasch vollständig in das Schneckenaußengehäuse hineingeschraubt wird,
hindert das bei einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes vorgeschlagene
Merkmal gemäß Anspruch 8 einen harten Anschlag der Schnecke.
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Wichtig ist ferner das im Anspruch 9 angegebene Merkmal, das bei einer
weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schraubers Anwendung findet. Mit
dieser Lageranordnung wird eine sehr saubere Führung des Schneckengetriebes und
auch der weiterführenden Antriebsverbindungsteile erreicht. Gleichzeitig ergeben
sich Vorteile beim Zusammenbau dieses Schraubers.
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Ein weiteres, wichtiges Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Schraubers zeichnet sich schließlich durch die im Anspruch 10 angegebenen Maßnahmen
aus. Diese Konstruktion überträgt auch bei hohen Arbeitsdrehzahlen trotz einer leichten
axialen Bewegbarkeit des Nutenrohres hohe Drehmomente sehr gleichförmig.
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Nachstehend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Schraubers erläutert.
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Die Zeichnung zeigt eine Teilansicht eines Längsschnittes durch einen
Schrauber.
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Ein Schrauber 1 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 2,
an dessem rückwärtigen Ende ein Antriebsmotor 3 befestigt ist. Am vorderen Ende
des Gehäuses 2 ragt ein Schraubenanziehorgan
4 vor, das am nicht
dargestellten Ende als Schraubendrehklinge oder Schraubensteckschlüssel ausgebildet
ist. der Antriebsmotor 3 beaufschlagt über eine allgemein mit. 5- bezeichnete Antriebsverbindung
das Schraubenanziehorgan 4.
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In die Antriebsverbindung 5 ist ein Drehmomentsensor 6 eingegliedert,
der von einem Antriebszapfen 7 des Antriebsmotors 3 getrieben wird. Vor dem Drehmomentsensor
6 ist im Gehäuse 2 eine Keilwelle 8 gelagert, die mit dem Schraubenanziehorgan 4
undrehbar gekoppelt ist.
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Der Drehmomentsensor 6 ist als Schneckengetriebe ausgebiidet, dessen
Schneckenaußengehäuse 9 am Außenumfang eine Steuerkante in Form eines umlaufenden
Bundes 10 und am Innenumfang eine im Querschnitt keilförmige Schneckennut 11 besitzt.
Das vordere Ende des Schneckenaußengehäuses 9 läuft in einem zylindrischen Fortsatz
12 aus, der über eine Gewindeverbindung 13 mit einem sich über die Keilwelle 8 erstreckenden
Nutenrohr 14 verschraubt ist. Letzteres weist axiale Nuten 15 auf, in denen eine
größere Anzahl von Kugel: 16 gelagert sind, die-in entsp-rechende Nuten der Keilwelle
8 eingreifen. Das Nutenrohr 14 ist auf diese Weise undrehbar-aber in axialer Richtung
verschiebbar mit der Keilwelle 8 gekuppelt. Der Fortsatz 12 des Schneckenaußenge
häuses 9 ist über ein Axial- und Radial-Wälzlager 17 in einer Hülse 18 gelagert,
die in einer im Gehäuse ausgebildeten-Längsbohrung 19 verschiebbar ist.- An einer
Schulter der Hülse 58 stützt- sich eine Vorspannfeder 20 ab, deren anderes Ende
an einem Federwiderlager 21 anliegt, welches durch einen von außen zugänglichen
Verstellring 22-in seiner axialen Stellung ínnerhalb des Gehäuses 2 verstellbar
ist.
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Das Schneckenaußengehäuse 9 enthält eine Schnecke 23 mit zu e einer
im Querschnitt keilförmigen Schneckennut 24. Die Gangrichtung der Schneckennuten
24 und 81 ist der Drehrichtung des Antriebsmotors
3 entgegengesetzt.
Die Schnecke 23 ist an ihrem dem Antriebsmotor 3 zugewandten Ende in einem Axialdruck-Wälzlager
25 gelagert, das sich an einer im Gehäuse 2 festgelegten Lagerbüchse 26 abstützt.
In den Schneckennuten 24 bzw.
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11 sind kugelförmige tbertragungsglieder 27 angeordnet, die durch
einen zylindrischen Kugelkäfig 28 lagegesichert sind.
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Die Schnecke 23 greift mit einem zylindrischen Fortsatz 30 in den
Fortsatz 12 des Schneckenaußengehäuses 9 und ist darin über ein Gleitlager 29 gehalten.
Zur Vermeidung einer metallischen Berührung zwischen der Schnecke 23 und dem Schneckenaußengehäuse
9 ist zwischen beiden ein Dämpfungselement 31 eingeordnet, das zweckmäßigerweise
im Schneckenaußengehäuse 9 befestigt, z.B. festgeklebt ist.
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Dem Schneckenaußengehäuse 9 bzw. dem Bund 10 zugeordnet ist im Gehäuse
2 ein Langloch 32 ausgespart, in das ein Fühler 33 ragt, der über den Bereich des
Langloches 32 verstellbar am Gehäuse festgelegt ist. Der Fühler 33 enthält zweckmäßigerweise
ein nicht dargestelltes Fühlorgan, das die axiale Position des Bundes 10 überwacht
und ein Signal erzeugt, wenn sich der Bund 10 in einer vorher bestimmten Position
befindet. Mit dem vom Fühler 33 erzeugten Signal kann entweder der Antriebsmotor
direkt stillgesetzt werden oder es wird eine Registrier- oder Schalteinrichtung
angesteuert, die für das Stillsetzen des Antriebsmotors sorgt. Mit dem im Fühler
33 enthaltenen Fühlorgan kann auch die insgesamt vom Bund 10 durchgeführte Axialbewegung
überwacht und mit der während dieser Bewegung durchgeführten Drehbewegung des Schraubenanziehorgans
4 oder des Antriebsmotors 3 verglichen werden, um damit einen Hinweis auf die vom
Schrauber abgegebene Leistung oder den Anziehdrehmomentverlauf zu schaffen.
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Der Schrauber 1 funktioniert wie folgt: Bei eingeschaltetem Antriebsmotor
3 wird dessen Drehbewegung über die Schnecke 23 und die Ubertragungsglieder 27 auf
das Schneckenaußengehäuse 9 übertragen. Da die Gangrichtung im Schneckengetriebe
der Drehrichtung des Antriebsmotors entgegengesetzt ist, hätte das Schneckenaußengehäuse
9 an sich das Bestreben,sich relativ gegenüber der Schnecke 23 zu verdrehen.
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Diesem Bestreben wirkt Jedoch die Vorspannfeder 20 über die Hülse
18 und das Lager 17 entgegen. Das heißt, das Schneckengetriebe bleibt - in Abhängigkeit
von der Vorspannkraft der Feder 20 - so lange in der dargestellten Lage, solange
am Schraubenanziehorgan 4 kein nennenswertes Gegendrehmoment auftritt. Die Drehbewegung
des Antriebsmotors 3 wird durch gehend bis auf das Schraubenanziehorgan 4 übertragen.
Sobald nun das Schraubenanziehorgan 4 in den Schlitz oder auf den Kopf einer anzuziehenden
Schraube aufgesetzt wird, steigt beim Eindrehen bzw. Festziehen der Schraube das
Gegendrehmoment, bis es schließlich den von der Vorspannfeder 20 bestimmten Drehmomentwert
überschreitet. Danach findet zwischen der Schnecke 23 und dem Schneckenaußengehäuse
9 eine relative Verdrehung statt, die über die tbertragungsglieder 27 zu einem axialen
Verschrauben des Schneckenaußengehäuses 9 führt. Obwohl sich dadurch für das Schraubenanziehorgan
4 eine Drehzahlverringerung ergibt, wird allein allmählich ansteigendes Anziehdrehmoment
übertragen.
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Je nach der Einstellung des Fühlers 33 im Langloch 32 erzeugt dieser
dann ein Signal, wenn die Steuerkante des Bundes 10 am SchneQenaußengehäuse eine
zuvor bestimmte axiale Position zum Fühler 33 einnimmt. Über dieses Signal wird
der Antriebsmotor 3 abgestellt. Die Schraube ist dann bis zu einem gewünschten Anziehdrehmoment
angezogen. Dann bewirkt die Vorspannfeder 20 ein Zurückschrauben des Schneckenaußengehäuses
9, bis die Schnecke 23 auf dem Dämpfungselement 31 anschlägt. Dabei dämpft der sich
zurückdrehende Motor diese Bewegung, wodurch eine Gegenreaktion an der Schraube
nicht auftritt. Der
Schrauber 1 ist dann für einen neuen Schraubenanziehvorgang
bereit.
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Der als Schneckengetriebe ausgebildete Drehmomentsensor 6 ergibt bei
dem Schrauber neben einer sehr feinfühligen Einstellung des jeweils angestrebten
Anziehdrehmoments als sekundären Effekt ein schnelles Eindrehen einer Schraube bei
geringem Gegenmoment und dann ein schonend verlangsamtes Anziehen der Schraube bis
zum eingestellten Anziehdrehmomentwert.