DE2829009A1

DE2829009A1 - Drehmomentschluessel

Info

Publication number: DE2829009A1
Application number: DE19782829009
Authority: DE
Inventors: Rudolf Herrgen
Original assignee: WERKZEUG UNION GmbH
Current assignee: WERKZEUG UNION GmbH
Priority date: 1978-07-01
Filing date: 1978-07-01
Publication date: 1980-01-10
Also published as: US4257263A

Description

Werkzeug-Union Gmbli - DWU Hastener Str. 4, 5600 Wuppertal 12

Drehmomentschlüssel

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentschlüssel mit einem Schlüsselkopf, der ein drehfest mit einer Schraube oder dgl. zu koppelndes Mitnahmeteil aufweist, einem relativ zu dem Mitnahmeteil in Grenzen bewegbaren Griffhebel und einem Belastungsfühler, der zwischen Mitnahmeteil und Griffhebel angeordnet ist und eine Anzeigeeinrichtung steuert.

Drehmomentschlüssel werden beispielsweise zur Messung des Anzugsmomentes von Schrauben verwandt. Mit fortschreitender technischer Entwicklung erlangen diese Werkzeuge zunehmende Bedeutung für Aufbau-und Montagevorgänge bei komplexen technologischen Geräten, bei denen hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Anzugsmomente der Schrauben gestellt werden. Die bekannten Drehmomentschlüssel arbeiten entweder auf mechanischer oder auf elektrischer Basis. Bei den mechanischen Drehmomentschlüsseln belastet das Anzugsdrehmoment einen mechanischen Dehnungs- oder Torsionskörper, dessen Formänderung auf einer Skala sichtbar gemacht wird. Bei den elektrischen Geräten wird die mechanische Dehnung oder Spannung über Dehnungsmeßstreifen als Umwandlerelemente in eine elektrische Spannung umgesetzt. Die Größe dieser- Spannung kann mit einem elektrischen Anzeigegerät sichtbar gemacht werden. Die elektrische Drehmomentenmessung erfordert bei den bekannten Drehmomentschlüsseln einen hohen Stromverbrauch, durch den die Geräte sich andererseits wieder erwärmen, wodurch die Genauigkeit der Anzeige beeinträchtigt wird. Die Geräte haben außerdem

909882/0523

-A-

ein großes Gewicht, das ihre Einsatzmöglichkeiten stark einschränkt. Die Wicklungen der Widerstands-Dehnungsmeßstreifen neigen mit der Zeit zur Ermüdung. Hierdurch wird die Anzeigegenauigkeit weiterhin verschlechtert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen voll elektronisch messenden Drehmomentschlüssel zu schaffen, der eine geringe Stromaufnahme hat und damit keinen Anschluß an externe Stromquellen benötigt und dessen geringe Wärmeentwicklung das Meßergebnis nicht beeinträchtigt. Der Drehmomentschlüssel soll ferner ein möglichst geringes Gewicht haben, d.h. seine Anwendungsmöglichkeiten sollen durch die Meßeinrichtung nicht verringert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Belastungsfühler ein piezoelektrischer Körper ist, der Elektroden aufweist, die mit dem Eingang eines elektrischen Verstärkers verbunden sind, welcher von einer im Griffteil untergebrachten Batterie gespeist ist und eine elektronische Anzeigeeinrichtung steuert.

Der Belastungsfühler steuert unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effektes die Anzeigeeinrichtung. Er wirkt als elektrischer Lastwandler, der die mechanische Belastung, bei der es sich um Druck, Zug oder Torsion handeln kann, unmittelbar in eine analoge elektrische Spannung umsetzt. Die Umsetzung erfolgt in einem weiten Bereich liniear, so daß Korrekturen der Meßspannung nicht erforderlich sind.

Der piezoelektrische Körper kann aus einem Quarzkristall— oder Keramikkörper bestehen, der als Kraft- oder Torsionsauf nehmer ausgestattet ist. Er gibt bei mechanischer Belastung eine elektrische Ladung ab, die dem jeweiligen

909882/0523

Lastwert direkt proportional ist. Dieses Ladungssignäl wird zu dem nachgeschalteten Ladungsverstärker übertragen. Hier erfolgt unter anderem eine Impedanzwandlung, so daß die Ausgangsspannung des Verstärkers rückwirkungsfrei weiterverarbeitet werden kann.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Anzeigeeinrichtung ein Festwertspeicher zum Festhalten des Maximalwertes des gemessenen Drehmomentes vorgeschaltet. Wenn der Spitzenwertspeicher dem Verstärker direkt nachgeschaltet ist, handelt es sich um einen Analogwertspeicher. Eine andere Möglichkeit sieht vor, einen Digitalspeicher zu verwenden. In diesem Fall ist der Spitzenwertspeicher hinter einem Digital/Analog-ümsetzer angeordnet, der die Augenblickswerte der Meßspannung in Digitalwerte umwandelt.

Die Batterie braucht lediglich die Energie für den Verstärker und die Anzeigeeinrichtung zu liefern, wogegen für den piezoelektrischen Druckwandler selbst keine Energie zur Verfügung gestellt werden muß, weil bei diesem die Ladungsverteilung druckabhängig und ohne Hilfsenergie erfolgt.

Für die Funktion des Schlüsselkopfes ist der oben erwähnte Spitzenwertspeicher nicht unbedingt erforderlich; er ist jedoch insbesondere dann zweckmäßig, wenn das Gerät über eine digitale, d.h. ziffernmäßige, Anzeigeeinrichtung verfügt, weil während des Gebrauchs des Drehmomentschlüssels bei sich ständig verändernder Ziffernanzeige der Maximalwert sehr schwer zu ermitteln ist. Zum Löschen des Inhalts des Spitzenwertspeichers kann ein Löschschalter vorgesehen sein, der in der Nähe des Handgriffs angeordnet ist

- 909882/0523

und auch während des Gebrauchs des Drehmomentschlüssels leicht zu bedienen ist.

Der Belastungsfühler kann nach den verschiedensten Belastungsarten arbeiten. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei ihm um einen Druckfühler. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Mitnahmeteil einen etwa in Richtung des Griffhebeis weisenden Hebelarm auf, der ein erstes Klemmstück für den piezoelektrischen Körper bildet, während das zweite Klemmstück mit dem Griffhebel verbunden ist, der an dem Mitnahmeteil angelenkt ist. Beim Festziehen einer Schraube durch Krafteinwirkung auf den Griffhebel wird die Griffhebelkraft über den piezoelektrischen Körper auf den Mitnahmeteil übertragen. Da die Größe der übertragenen Kraft dem Drehmoment proportional ist, und da darüber hinaus auch die mechanisch-elektrische Signalumwandlung linear ist, erfolgt an der Anzeigeeinrichtung eine Drehmomentanzeige, die dem auf den Schraubenkopf einwirkenden Drehmoment exakt proportional ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des Drehmomentschlüssels,

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des Schlüssels nach Fig. 1, jedoch· bei abgenommener Deckplatte des Schlüsselkopfes, und

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Drehmomentmeßeinrichtung.

Am vorderen Ende des Griffhebeis 10 befindet sich der

909882/0523

Schlüsselkopf 11, der ein Mitnahmeteil 12 aufweist, daß mit einem Vierkant 13 aus dem Schlüsselkopf hervorsteht. An dem Vierkant 13 kann eine Schlüsselnuß angebracht werden, die auf einen zu drehenden Schraubenkopf aufgesetzt werden kann. Das Mitnahmeteil 12 kann über eine (nicht dargestellte) Ratsche mit dem Schlüsselkopf 11 verbunden sein, die bei einer Drehung des Griffhebels 10 in der einen Drehrichtung das Mitnahmeteil mitnimmt, in der entgegengesetzten Drehrichtung jedoch Griffhebel und Mitnahmeteil voneinander entkoppelt.

An dem dem Schlüsselkopf 11 abgewandten Ende des Griffhebels 10 befindet sich der Handgriff 14, an den sich ein Gehäuseteil 15 zur Aufnahme der Anzeigeeinrichtung 16 und ein Gehäuseteil 17 zur Aufnahme einer oder mehrerer Batterien 18 anschließt.

Wie Fig. 2 zeigt, ragt der Griffhebel 10 in das Inneres des Schlüsselkopfes hinein. Hier ist er über ein Gelenk 19 mit dem Mitnahmeteil 12 verbunden. Das Mitnahmeteil 12 besitzt einen in Richtung des Griffhebeis weisenden Ansatz 20, der das eine Klemmteil für den piezoelektrischen Körper 21 bildet. Der piezoelektrische Körper 21 befindet sich in einer Ausnehmung 22 des Griffhebeis 10 im Inneren des Schlüsselkopfes 11, und er wird von dem Hebelarm 20 gegen den Grund der Ausnehmung 22 gedrückt. Von dem piezoelektrischen Körper 21, an dem (nicht dargestellte) Elektroden angebracht sind, führen Leitungen 23 durch den hohlen Griffhebel hindurch in die Gehäuseteile 17 und 15 hinein. Die Leitungen 23 sind sowohl in Fig. 2 als auch in Fig. 3 deutlich zu erkennen. Sie führen von dem piezoelektrischen Körper 21 zu einem Verstärker 24, der in dem Gehäuseteil 15 untergebracht ist. Der Verstärker 24, der einen niedrigen Aus-

909882/0523

gangswiderstand hat, führt eine ImpedanzWandlung und" Verstärkung der an dem piezoelektrischen Körper 21 erzeugten Spannung durch. Sein Ausgang ist mit einem Spitzenwertspeicher 25 verbunden, der beispielsweise eine Diode und einen Kondensator enthält und an dessen Ausgang die Spitzenwertamplitude des betreffenden Spannungszuges gespeichert wird. Der Spitzenwertspeicher 25 ist über einen Schalter 26 mit einem Löschsignal zu beaufschlagen, das den Speicherinhalt auf Null rücksetzt. Der Schalter 26 ist, wie Fig. 2 zeigt, räumlich in der Nähe des Handgriffs 14 angeordnet und beispielsweise als Drucktaster ausgebildet.

Der Ausgang des Spitzenwertspeichers 25 ist mit einem Analog/Digital-Umsetzer 27 verbunden, der das an seinem Eingang anstehende Analogsignal in Digitalwerte zur Ansteuerung der Anzeigeeinrichtung 16 umwandelt. Die Anzeigeeinrichtung kann mit einem mehrstelligen Flüssigkristall-Display oder mit mehreren lichtemittierenden Dioden bestückt sein.

Bei Drehmomentschlüsseln, die sowohl für Rechtsbetrieb als auch für Linksbetrieb bestimmt sind, ist neben der Löschtaste 26 ein Wahlschalter 28 angeordnet, der eine entsprechende Umschaltung ermöglicht. Für diesen Fall kann ein zweiter (nicht dargestellter) piezoelektrischer Körper vorgesehen sein, der bei einer Drehung des Griffhebeis 10 gemäß Fig. 2 im Gegenuhrzeigersinn zwischen zwei Klemmelementen eingekleuimt wird und dessen Belastung dann an der Anzeigeeinrichtung angezeigt wird.

909882/0623

Claims

Ansprüche

.) Drehmomentschlüssel mit einem Schlüsselkopf, der ein drehfest mit einer Schraube oder dgl. zu koppelndes Mitnahmeteil aufweist, einem relativ zu dem Mitnahmeteil in Grenzen bewegbaren Griffhebel und einem Belastungsfühler, der zwischen Mitnahmeteil und Griffhebel angeordnet ist und eine Anzeigeeinrichtung steuert, dadurch gekennzeichnet , daß der Belastungsfühler ein piezoelektrischer Körper (21) ist, der Elektroden aufweist, die mit dem Eingang eines elektrischen Verstärkers (24) verbunden sind, welcher von einer im Griffhebel (10) untergebrachten Batterie (18) gespeist ist und eine elektronische Anzeigeeinrichtung (16) steuert.
2. Drehmomentschlüssel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigeeinrichtung (16) ein Spitzenwertspeicher (25) zum Festhalten des Maximalwertes des gemessenen Drehmomentes vorgeschaltet ist.
3. Drehmomentschlüssel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Spitzenwertspeichers (25) über einen Löschschalter (26) löschbar ist.

909882/0523

Drehmomentschlüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnahmeteil (12) einen etwa in Richtung des Griffhebels (10) weisenden Hebelarm (20) aufweist, der ein erstes Klemmstück für den piezoelektrischen Körper (21) bildet, während das andere Klemmstück mit dem Griffhebel (10) verbunden ist, der an dem Mitnahmeteil (12) angelenkt ist.

909882/0523