DE2829291C2 - Drehmomentbegrenzungseinrichtung an einem motorbetriebenen Werkzeug, insbesondere Drehschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomenibegrenzungseinrichtung an einem motorbetriebenen Werkzeug, insbesondere Drehschrauber, der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.

Eine derartige Einrichtung ist bereits bekannt (GB-PS 7 88 336). Sie hat vor allem den Zweck, die Übertragung von Drehmomenten abzustoppen, wenn der Zweck der Drehmomentenübertragung erfüllt ist, wie dies beispielsweise am Ende eines Schraubvorganges beim Aufschrauben einer Mutter auf einen Gewindebolzen der Fail ist Auch Schrauben lassen sich mit Hilfe derartiger Drehschrauber bis zum Aufdrehen eines bestimmten Drehmomente^ einschrauben. Während die vom Antriebsmotor abgegebene Netto-Ausgangsleistung an Kraft bzw. Drehmoment üblicherweise konstant ist, hängt der Betrag des kinetischen Trägheitsmoments von der Geschwindigkeit der angetriebenen drehbaren Teile ab und wird ziemlich kompliziert verändert, was auf die unterschiedlichen Bedingungen, wie Form und Größe des Schraubenschaftes, Härte des Basismaterials, in das die Schraube einzuschrauben ist, und Ausmaß des Anzugs Widerstandes, abhängt. Der Betrag des kinetischen Trägheitsmomentes ändert sich auch im Verhältnis zum Quadratwert der Drehzahl der Werkzeugaufnahmespindel, so daß es äußerst schwierig ist, den bei jedem beabsichtigten Antriebsvorgang entstehenden Betrag der kinetischen Trägheit vorauszuschätzen. Die Anwendung eines Planetengetriebes mit 'einem mit der Werkzeugaufnahmespindel verbindbaren Innenzahnkranz bildet zur Beherrschung dieser Verhältnisse aber eine gute Voraussetzung. Bei der vorbekannten Einrichtung wird jedoch ein verhältnismäßig ausladendes und sperriges Gehäuse vorausgesetzt, was nicht nur die Einsatzmöglichkeiten der Einrichtung oft hindert, sondern auch die Herstellungskosten und Störanfälligkeit erhöht
Darüber Hinaus ist auch eine im Unterschied zu der gattungsmäßig bekannten Einrichtung nicht seitlich, sondern axial am Innenzahnkranz angreifende Drehmomentbegrenzungseinrichtung bekannt

(DE-AS 16 78 656). Abgesehen von der gauungsfremden, kein Planetengetriebe verwendenden Ausbildung, die wiederum zu einer nicht unbeträchtlichen seitlichen Auslenkung des Gehäuses Anlaß gibt, wird hierbei jedoch ein verhältnismäßig langer axialer Raum beansprucht, was wiederum zu den oben genannten Nachteilen führt

Darüber hinaus ist es auf dem Gebiet mechanischer Kraftübertragungen auch schon seit vielen Jahrzehnten bekannt (US-PS 16 57 274, 22 09 155 und 32 77 670), Kupplungsglieder zu verwenden, welche aus in Taschen angeordneten Kupplungskugeln bzw. aus in Aussparungen angeordneten Kupplungsrollen bestehen, die ' unter Federvorspannung stehen.

Auch die Anwendung von Schaltern, die den elektrischen Stromkreis zum Antriebsmotor einschalten bzw. unterbrechen, ist bei Drehschraubern bereits bekannt (DE-OS 18 16 218 und DE-PS 11 42 027).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drehmomentbegrenzungseinrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß sie mit einfachen Mitteln zu einer noch besseren Drehmomentabsorption bei Erreichen eines bestimmten Grenzdrehmoments sorgt. Es ist erwünscht, daß diese Einrichtung ihre Aufgabe bei Verwendung nur verhältnismäßig weniger Bauteile und Beanspruchung eines nur geringen Raumbedarfes erfüllt

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnnt und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen und Verbesserungen derselben beansprucht

Durch das Zusammenwirken der im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelingt die Lösung der oben genannten Aufgabe. Trotz praktisch optimal geringstem Raumbedarf und auch im wesentlichen symmetrischen Aufbaus ohne seitlich weit ausladende Teile bildet die erfindungsgemäße Einrichtung trotz geringer Störanfäl-

Iigkeit auch die Möglichkeit, daß die Bedienungsperson im Betrieb weniger ermüdet.

Der den Innenzatinkranz aufweisende Ringkörper ist irn Bezug zum zylindrischen Gehäuse mit Hilfe einer oder mehrerer Kupplungskugeln festgehalten, wodurch die Kraftübertragung gewährle.stet wird, da der Widerstand gegen Schrauben bsim Betrieb vor dem Erreichen dt ., Gren7drehmoments relativ klein ist. Sobald diesjr GrenzdrehmomöPt erreicht und dei Festspannvorgang der Schraube beendet ist, vergrößert sich aber der Außenwiderstand abrupt mit einer proportionalen Zunahme des Reversionsmoments, das über die Planetenräder an dt η Innenzahnkranz gelegt ist. Der Innenzahnkranz wird df.nn in Bewegungsumk^hr zum Antrieb des Sonnenrads gedreht, wodurch auch der Ringkörper im zylindrischer. Gehäuse durch Üoerwir.iJen der Vorspannkraft auf die Kupplungskugel gedreht wird. Mit anderen Worten wird die durch die Kupplungskegel bewirkte Drehverbindung zwischen dem 'Ringkörper und dem Getriebegehäuse gelöst, so daß in- ^; folge Leerlaufens die Kraftübertragung vom Antriebsmotor zur Werkzeugaufnahmespindel unverzüglich gestoppt wird.

Setzt sich die Bewegung des Innenzahnkranzes unter ,der Funktion der anliegenden Reversionslast fort, so ,wird die sich in den drehenden Bauelementen, wie dem ,Motorrotor, dem Sonnenrad und den anderen Teilen *des Planetengetriebes gesammelte kinetische Trägheitsenergie in eine Energie umgeformt, die groß genug ist, um den Ringkörper mit dem Innenzahnrad aus ihrer stationären Stellung heraus zum Drehen zu veranlassen. Anschließend rotiert der Innenzahnkranz bzw. der "Ringkörper durch Aufnahme der kontinuierlichen üblichen Ausgangsleistung, die von der Motorleistung und der noch unverbrauchten kinetischen Restträgheitsenergie herrührt, und zwar dadurch, daß der Vorspannkraft des kugelförmigen Kupplungsorganes widerstanden wird. Die an sich unerwünschte kinetische Trägheitsenergie wird daher im wesentlichen in die Starienergie für den Innenzahnkranz umgeformt, bis das walzen- oder rollenförmige Kupplungsorgan am kugelförmigen Kuppiungsorgan vorbeigetreten ist. Das Drehmoment ist daher im wesentlichen auf das Ausmaß nahe der normalen Motorausgangsleistung steuerbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ein Weg zur Ausführung der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben, die verschiedene Ausbildungen illustrieren; darin zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer elektrisch angetriebenen Schraubenziehereinheit mit einer automatischen steuerbaren Drehmornentenbegrenzungseinrichtung;

Fig. 2 eine auseinandergezogene Ansicht der Schraubenziehereinheit von F i g. 1;

Fig.3 eine teilweise auseinandergezogene Ansicht der Schraubenziehcreinheit von F i g. 2;

F i g. 4 einen Längsschnitt durch die Drehmomentenbegrenzungseinrichtung;

F i g. 5 einen vergrößerten Teüschnitt der Einrichtung von F i g. 4;

Fig.6 eine perspektivische Ansicht des den Innenzahnkranz aufweisenden Ringkörpers, und

F ί g. 7 einen Schnitt des Drehmomentensteuermechanismus mit einem automatischen Kraftbrems- bzw. Unterbrechungssystem.

Gemäß F i g. 1 weist ein Gehäuse 10 eines elektrisch betrieb jnen Schraubenziehers einen Griff teil 12, in dem ein Antriebsmotor 13 aufgenommen ist, ein zylindrisches Getriebegehäuse i4, in den eine Planetengetriebe

15 aufgenommen ist, eine kegelige, abgestumpfte Abdeckhijlse 16 und eine Kappe 18 zur Einstellung der Federkraft auf. Die Kappe 18 hat eine Funktion als Abdeckmittel für eine Spannhülse 22 zum Einspannen und Wiederlösen eines Schraubenziehereinsatzes 20, wie am besten in F i g. 2 dargestellt ist, die die anseinandergezogenen Stellungen der Kappe 18, der Abdeckhülse

16 und einer Flanschhülse 17 zeigt, die vom Gehäuse 14 abgenommen sind.

Gemäß F i g. 2 und 3 ist die Spannhülse 22 auf einar VVerkzeugaufnahmespindel 36 befestigt, die von dem im Gehäuse 14 befindlichen Stirnradumlaufgetricbe herkommt. Dieses Planetengetriebe 15 besitzt lypischervveise e'.aen Innenzahnkranz 28, der sich iängs des Innt lumfangs eines Ringkörpers 29 hinzieht, und Umlaufbzw. Planeterizahnräder 30, die mitteis «chi? η 34 auf einem scheibenförmigen Planetenträger 32 angeordnet sind, um mit dem Innenzahnkranz 28 zum D ehen und Umlaufen zusammenzuwirken. Der Plan»*::.:,-äger 32 ist an der Werkzeugaufnahmesf 'ndel 36 befesi._t Die Pianetenräder 30 wirken außerdem mit einem zenti dien Sonnenrad 40 zusammen, aas von einer vom Antriebsmotor 13 ausgehenden Motorabuiebswelle38 befestigt ist Die Werhzeugaufnahmespindel 36 ist drehbar von einem Lager 42 gehalten, das mit dem Gehäuse 14 tus einem Stück besteht. Da der Inne: zahnkranz 28 in einer festen Beziehung zum Gehäuse 14 steht, wird das Drehmoment des Motors 13 durch das Sonnen; ad 40 die Planetenräder 30 und den Innenzahnkranz 28 auf die Werkzeugaufnahmespindel 36 übertragen.

Wie am besten aus F i g. 6 ersichtlich, ist der den Innenzahnkranz 28 enthaltende Ringkörper 29 an einem Ende geschlossen, um eine Kupplung an dessen S< -nfläche 47 zu bilden, in der sich — radial erstreckend — eine Tasche bzw. Ausnehmung 48 befindet, die eine Kupplungsrolle 49 aufnimmt

Gemäß F i g. 4 und 5 ist das Getriebegehäuse 14 an einem Ende abgeschlossen und an diesem werkzeugseitigen Gehäuseboden 14' mit einer öffnung 52 zur Aufnahme einer Kupplungskugel 54 versehen. Die Kupplungskugel 54 ist von solcher Größe, daß sie durch die

öffnung 52 hindurchtritt und — wie am besten in F i g. 4 gezeigt — über diese teilweise übersteht, d. h. den Gehäuseboden 14 beidseitig überragt

Die mit einem Flansch versehene Flanschhiilse 17 ist koaxial gelagert und rings um das Spindellager 42 bewegbar, um die Kupplungskugel 54 an derem Flansch 58 unter der Wirkung der Feder 62 unter Vorspannung federnd abzustützen. Die Flanschhülse 17 wird lose von der Abdeckhülse 16 umgeben, die ihrerseits mit Hufe üblicher Befestigungsmittel am Gehäuse 14 befestigt ist Darüber hinaus ist der Flansch 58 der Hülse 17 lose in einer ringförmigen Kammer 60 aufgenommen, die sich in der Abdeckhülse 18 befindet; ein entgegengesetztes Ende der Hülse 17 erstreckt sich etwas über das Gewindeende 61 der Abdeckhülse 16 hinaus, mit dem die Kappe 18 durch Verschrauben verbunden ist In der Kappe 18 ist eine wendeiförmige Feder 62 mit einem Ringflansch 64 enthalten, der durch die wendeiförmige Feder 62 gegen die Axialrichtung vorgespannt ist Es wird daher empfohlen, wenn die Kappe 18 gewindegängig mit der Abdeckhülse 16 verbunden ist, daß das Ende der Flanschhülse 17, das über das Schraubende 61 der Abdeckhülse 16 hinausragt, in Kontakt mit dem Ringflansch 64 gebracht ist Die Flanschhülse 17 wird da-

durch veranlaßt, unter der Wirkung der Feder 62 in der in Fig.4 durch einen Pfeil angedeuteten Richtung zu gleiten. Der Flansch 58 der Hülse 17 trägt die in der Öffnung 52 befindliche Kupplungskugel 54 und drückt diese nach oben gegen die Kupplungs- oder Stirnfläche 47 des Innenzahnkranzes 28, Wenn die Druckkraft der Feder 62 größer ist als das am Innenzahnkranz 28 anliegende Rückstell- bzw. Reversionsmoment, wird die Kupplungskugel 54 durch den Flansch 58 der Hülse 17 so stark unter Druck gesetzt, daß ein weiteres Drehen der Kupplungsrolle 49 unterbrochen wird, so daß der {Ringkörper 29 mit dem Innenzahnkranz 28 in bezug zum Gehäuse 14 stationär festgesetzt wird. Hierdurch wird die zunehmende Antriebskraft des Sonnenrads 40 direkt auf die Werkzeugaufnahmespindel 36 übertragen.

Wenn der Einschraub- bzw. Festziehvorgang der Schraube in der festgesetzten Stellung des Innenzahnkranzes 28 stattfindet, wird die Austrittskraft bzw. Austrittsleistung der Kraftquelle auf die Antriebsachse bzw. Werkzeugaufnahmespindel 36 übertragen, während sich die einzuschraubende bzw. festzuziehende Schraube im Einschraubbetrieb befindet

Sobald der Festziehvorgang der Schraube beendet ist und der Einschraubvorgang der Schraube abrupt aufhört, wird die Rückstellkraft bzw. das Reversionsmo- ;nent über den Schraubenziehereinsatz 20 — die Werkzeugaufnahmespindel 36 — den Planetenträger 32 — die PJanetenräder 30 — den Innenzahnkranz 28 — die Kupplungsrolle 49 — die Kupplungskugel 54 — das Gehäuse 14 in dieser Reihenfolge übertragen. Sobald die Rückstellkraft ein vorbestimmtes Moment überschreitet, wird die Kupplungsrolle 49, die sich in der Ausnehmung 48 des Ringkörpers 29 befindet, in entgegengesetzter Richtung vorgespannt, und zwar der Kraft der Feder 62 widerstehend, bis die keversionskraft bzw. das Rückstellmoment die Vorspannkraft der Feder 62 überschreitet. Danach wird die die Kupplungskugel 54 abstützende Flanschhülse 17 abgebremst oder nach unten gedrückt, ehe die Kupplungsrolle 49 an der Kuppiungskugel 54 vorbeigelangt ist Infolgedessen kommt der Innenzahnkranz 28 in bezug zum Gehäuse 14 zu einer glatten Rotationsbewegung darin frei: die Kraftübertragung vom Sonnenrad 40 wird daher unterbrochen und die Rotation bzw. die Drehbewegung der Spindel 36 beendet

Wenn das Reversionsmoment an der Spindel 36 angreift, wird der Innenzahnkranz 28 zum Freilaufen innerhalb des Gehäuses 14 und zu einem sofortigen Stillsetzen der Kraftübertragung gebracht Da der Innenzahnkranz 28 im Gehäuse 14 zu dem oben beschriebenen ruhigen Drehen gelangt, respondiert der Innenzahnkranz 28 genau nur auf das Reversionsmoment Während sich der Motor 13 selbst noch in der normalen Drehbewegung ohne Aufnahme irgendwelcher Lasten befindet, wird das Reversionsmoment als Kraft für den Freilauf des Innenzahnkranzes 28 gebraucht Im Ergebnis wird daher weniger Kraft auf die Bedienungsperson (mit geringerem Ermüdungseinfluß) mit einer beträchtlichen Vergrößerung der Arbeitseffektivität übertragen. ^ine selektive Einstellung des auf den Innenzahnkranz 28 zu dessen Freilaufen übertragenen Reversionsmoments kann erzielt werden durch Verdrehen der Kappe 18, um die Elastizität bzw. Vorspannkraft der Feder 62 einzustellen. Wie in F i g. 1 gezeigt, ist die Kappe 18 mit einer Kalibrierung 65 versehen, wogegen die Abdeckhülse 16 mit einer Anzeigelinie 66 ausgerüstet ist, um den Wert des Reversionsmoments anzuzeigen.

Gemäß F i g. 7 wird die Flanschhülse 17 nach unten gedrückt, wenn das Reversionsmoment die Federwirkung der Feder 62 überschreitet, und an einen Hebel bzw. Anker 68 eines Mikroschalters 70 zum Abschalten der Stromzufuhr zum Motor 13 angelegt Wie oben beschrieben, wird die Flanschhülse 17 durch die Kupplungskugel 54 niedergedrückt, wenn die Kupplungsrolle 49 an dieser vorbeigelangt

Gemäß dieser zweiten Ausbildung der Erfindung ist der Innenzahnkranz 28 umgedreht zur Aufnahme des Reversionsmoments und damit zur Beendigung der Kraftübertragung; auch die Rotation des Innenzahnkranzes 28 wird mechanisch zum Abschalten der Stromzufuhr zum Motor 13 gemessen. Infolgedessen kann die Erzeugung unerwünschter störender Metallgeräusche, die durch Freilaufen des Innenzahnkranzes 28 nach der Beendigung des Einschraub- bzw. Anziehvorgangs entstehen, nach dem Ende des Festziehvorganges sicher verhindert werden.

Die vorgenannten Ausführungen sind lediglich beschreibend, nicht jedoch beschränkend aufzufassen; viele Varianten und Abwandlungen sind daher ohne Verlassen des erfindungsgemäßen Konzepts möglich.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß die elektrisch betreibbare Befestigungs- bzw. Festspannvorrichtung einen automatischen Kupplungssteuermechanismus aufweist, durch den bei Beendigung des Befestigungsbzw. Festspannvorgangs die Kraftübertragung vom Motor 13 auf die Werkzeugaufnabmespindel 26 unverzüglich unterbrochen wird, um das Angreifen eines übermäßigen Moments auf die einzuschraubende bzw. anzuziehende Schraubenverbindungsmittel und die Übertragung eines unerwünschten Rückstellmoments zu verhindern.

Der automatische Kupplungs-Steuermechanismus weist ein Sonnenrad 40, das an einer Motorabtriebswelle so 38 befestigt ist, Planetenräder 30, die von einem Planefenträger 32 getragen werden, einen Ringkörper 29, der mit einem Innenzahnkranz 28 drehbar in einem zylindrischen Gehäuse 14 angeordnet ist, und Kupplungselemente auf, die zwischen den Ringkörpern 29 und das Gehäuse 14 eingesetzt sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

„j^V-·· Patentansprüche:

1. Drehmomentbegrenzungseinrichtung an einem motorbetriebenen Werkzeug, insbesondere Drehschrauber, mit

1.1. einem einfachen Stirnradumlaufgetriebe (Planetengetriebe) zwischen einer Abtriebswelle des Antriebsmotors und einer Werkzeugaufnahmespindel, bei dem

£ 1.1.1. das Sonnenrad drehfest auf der Abtriebswelle

angeordnet ist,

!.1.2. der Schaft des Planetenträgers die Werkzeugaufnahmespindel bildet und
1.1.3. der Innenzahnkranz (Mittelrad) für die Planetenräder durch Kupplungsglicder und durch mindestens eine Kupplungsfeder der Drehmomentbegrenzungskupplung drehfest gehalten ist,
.;/."dadurch gekennzeichnet, daß
'if 1.2. die dem Werkstück zugewandte Stirnfläche (47) des den Innenzahnkranz aufweisenden Ringkörpers (29) mit mindestens einer Ausnehmung (48) versehen • ist, weiche eine einen Axialnocken bildende Kupp-■ Jungsrolle (49) aufnimmt,

1.3. das Getriebegehäuse (14) werkstückseitig einen Gehäuseboden (14') aufweist, in dem sich
1.3.1. das Lager (42) für die Werkzeugaufnahmespin-

de) (36) befindet,

■ 1.3.2. mindestens eine Öffnung (52) für eine Kupplungskugel (54) vorgesehen ist, welche den Gehäuseboden (14') beidseitig überragt, und
.1.4. eine unter Vorspannung einer Feder (62) stehende Flanschhülse (17) mit ihrem Flansch (58) an 'den Kupplungskugeln (54) abgestützt ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (62) rings um einen Ringflansch (64) angeordnet ist, welcher in Kontakt mit einem Stirnende der Flanschhülse (17) steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feder (62) zum Einstellen der Vorspannkraft mit einem Ende an einem Flanschteil des Ringflansches (64) und mit dem anderen Ende an einer Innenschulter einer Kappe (18) abstützt.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmespindel (36) am freien Ende zum Verbinden ,mit einem Schraubenziehereinsatz (20) mit einer Spannhülse (22) versehen ist

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ,Flanschhülse (17) zum Abschalten des Antriebsmotors (13) bei Auftreten von die Vorspannkraft der Feder (62) überschreitenden Reversionsmomenten an einen Hebel oder Anker (68) eines Mikroschalters

r (70) andrückbar ist