-
Vorrichtung zum drehwinkelgesteuerten Anziehen einer Schraubverbindung
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum drehwinkelgesteuerten
Anziehen einer Schraubverbindung mittels eines Werkzeuges mit einer den Verdrehwinkel
gegenüber einer einstellbaren Ausgangslage sichtbar machenden DrehwinkelanzeigeO
Um einerseits ein selbsttätiges Lösen von Schraubverbindungen zu vermeiden als auch
andererseits unzulässige Beanspruchungen der Schraubverbindung selbst sowie der
miteinander zu verbindenden Teile auszuschließen,ist es bei Schraubverbindungen
wichtig,die Schrauben bis zum Erreichen einer vorgegebenen Vorspannkraft im Schraubenschaft
anzuziehen. Insbesondere beim Anziehen von Schrauben eines Schraubenverbandes ist
es wichtig,daß in sämtlichen Schrauben dieselbe Vorspannkraft erzeugt wird, um ungleiche
Beanpruchungen und ein daraus resultierendes Verziehen der miteinander verbundenen
Bauteile zu verhindern.
-
Infolge unterschiedlicher Reibwerte im Gewinde und zwischen dem Schraubenkopf
und seiner Anlage läßt sich bei Verwendung von Drehmomentschlüsseln trotz hoher
Präzision des am Drehmoment schlüssel einstellbaren Auslösedrehmoments nicht verhindern,daß
in den angezogenen Schrauben unterschiedliche Vorspannkräfte herrschen.Beispielsweise
läßt sich eine geschmierte Schraube leichter im Gewinde drehen, so daß das aufgebrachte
Drehmoment in diesem Fall eine größere Dehnung und damit Vorspannung der Schraube
zur Folge hat als bei einer mit gleichem Drehmoment angezogenen,jedoch ungeschmierten
Schraube Diese mit den üblichen Drehmoment schlüsseln verbundenen Nachteile werden
vermieden,wenn die Schrauben eines Schraubenverbandes mit
einem
geringen Drehmoment angezogen und anschließend die im plastischen Bereich liegende
Dehnung der Schrauben dadurch erzielt wird,daß die Schrauben um einen bestimmten
Drehwinkel angezogen werden. Hierfür sind verschiedene Vorrichtungen bekannt.
-
Eine aus der DE-PS 1 603 768 bekannte Vorrichtung besteht aus einem
Werkzeug zum Anziehen der Schraube bzw.Mutter und aus einer den Verdrehwinkel des
Werkzeuges gegenüber einer einstellbaren Ausgangsposition sichtbar machenden Anzeigevorrichtung,die
eine auf die jeweilige Ausgangsposition durch Verdrehen gegenüber dem Werkzeug einstellbare
Drehwinkelanzeige umfaßt. Bei der Anzeigevorrichtung handelt es sich um eine in
Festpunkten gehaltene Abstützung mit einer darauf mit Hilfe von Permanentmagneten
einstellbar angeordneten sowie als Skalenscheibe ausgebildeten Stellscheibe und
aus einer zentral durch die Abstützung und die Stellscheibe ragenden Lagerbüchse,welche
drehfest mit dem Werkzeug verbunden ist und einen oder mehrere Zeiger aufweist.
Diese bekannte Vorrichtung ist nicht nur konstruktiv aufwendig,sondern benötigt
bei ihrer Benutzung sehr viel Raum und erfordert eine verhältnismäßig umständliche
Handhabung,da ihre Verwendbarkeit wegen der Festlegung der Abstützung an hierfür
vorgesehenen Stützpunkten auf vorbereitete Fälle beschränkt ist, Eine solche starke
Beschränkung wird mit einer aus der DE-AS 2 128 348 bekannten Vorrichtung vermieden,
welche aus zwei vom Werkzeug getrennten Bauteilen besteht, von denen das eine mit
dem Werkzeug verbunden wird,wogegen das andere auf dem die anzuziehende-Schraubverbindung
enthaltenden Werkstück lösbar mittels Magneten befestigt wird. Diese bekannte Vorrichtung
besitzt den Nachteil,daß sie einerseits nur an ebenen Werkstücken und andererseits
nur an Werkstücken aus Eisenmetall anwendbar ist. Außerdem ist eine ordnungsgemäße
Ausrichtung der voneinander getrennten und damit leicht verlierbaren Bauteile erforderlich,wenn
Ablesefehler ausgeschaltet werden sollen.
-
Eine weitere,aus der US-PS 2 889 729 bekannte,mit einem Voranzug
der
Schraubverbindung durch ein bestimmtes Drehmoment und anschliessend mit Drehwinkelmessung
arbeitende Vorrichtung besitzt einen konstruktiv aufwendigen Aufbau und einen dementsprechend
großen Raumbedarf,da auch diese Vorrichtung auf mechanische Festpunkte angewiesen
ist.
-
Aus der DE-PS 2 520 918 ist schließlich eine Vorrichtung bekannt,
bei welcher die Anzeigevorrichtung einen auf einen beliebigen Festpunkt ausgerichteten
Körper eines richtungsweisenden Gerätes umfaßt,der bei einer Betätigung des Werkzeuges
seine Ausgangsstellung beibehält und der mit Hilfe der sich mit dem Werkzeug drehenden
Drehwinkelanzeige den jeweiligen Verdrehwinkel anzeigt,wobei das Werkzeug als Drehmoment
schlüssel ausgebildet sein kann. Diese Vorrichtung erfüllt ebenso wie die Weiterentwicklung
gemäß der DE-AS 2 547 815, bei welcher das richtungsfeste Glied zur Angabe einer
Bezugsrichtung von einem Körper mit im Verhältnis zum Reibmoment seiner Lagerung
großem Trägheitsmoment gebildet ist,alle an einen universellen Einsatz gestellten
Anforderungen. Auch diese Vorrichtungen besitzen jedoch den Nachteil,daß der mit
ihnen verbundene konstruktive und Fertigungsaufwand verhältnismäßig groß ist,so
daß sie verhältnismäßig teuer sind.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,eine Vorrichtung
zum drehwinkelgesteuerten Anziehen einer Schraubverbindung der eingangs beschriebenen
Art zu schaffen,welche infolge eines einfachen 'Aufbaus preiswertbergestellt werden
kann0 Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,daß
der mit den Schlüsselflächen der Schraubverbindung zusammenwirkende Abtriebsteil
des Werkzeuges mit dem Werkzeughauptteil in an sich bekannter Weise über einen gegenläufig
zur Anzugrichtung wirksamen Freilauf verbunden und mit einer Abtasteinrichtung für
die relative Verdrehung des Abtriebsteils gegenüber dem Werkzeughauptteil versehen
ist Bei der einfachsten Ausgestaltung ist gemäß der Erfindung die Abtasteinrichtung
eine
Anzeigescheibe,welche auf den Abtriebsteil des Werkzeuges aufgesetzt und gegenüber
dem Abtriebsteil nach Überwinden einer Reibkraft verdrehbar ist,wobei der Werkzeughauptteil
mit einer mit der Anzeigescheibe zusammenwirkenden Markierung versehen ist. Die
Anzeigescheibe kann hierbei entweder kreisförmig ausgebildet und mit einer Einteilung
in Segmente oder Winkelgrade versehen sein oder als auswechselbares Kreissegment
ausgebildet werden, das entsprechend dem jeweiligen Drehwinkel ausgebildet ist.
-
Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Abtasteinrichtung als ein mit einem Impulsgeber zusammenwirkender Empfänger
ausgebildet,der über eine signalverarbeitende elektrische Einrichtung mit einer
Anzeigevorrichtung verbunden ist0 Als Impulsgeber kann hierbei eine Verzahnung des
Abtriebsteils und als Empfänger ein Mikroschalter oder Mikrotaster angeordnet werden.
Weiterhin ist es möglich,die Anzeigevorrichtung als Digitalanzeige auszubilden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um ein einfaches
Werkzeug,welches vorzugsweise als Drehmomentschlüssel ausgebildet ist, um die für
den drehwinkelgesteuerten Anzug notwendige Ausgangslage durch ein entsprechendes
Drehmoment zu schaffen.Sobald diese Ausgangslage erreicht ist,wird die Abtasteinrichtung
in die Ausgangsposition gebracht. Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei welcher
die Abtasteinrichtung eine Anzeigescheibe ist,geschieht dies durch Verdrehen der
Anzeigescheibe gegenüber dem Abtriebsteil des Werkzeuges. Dies kann in einem Fall
dadurch geschehen,daß der Null- oder Ausgangspunkt der Anzeigescheibe mit der Markierung
des Werkzeughauptteils in übereinstimmung gebracht wird,oder im anderen Fall dadurch,daß
der Betrag des anzuzihenden Drehwinkels auf die Markierung eingestellt wird. Anschließend
wird unter Mitbenutzung des Freilaufs die Schraubverbindung so lange angezogen bis
im einen Fall der vorgegebene Drehwinkel und im anderen Fall der Nullpunkt der Anzeigescheibe
mit der Markierung übereinstimmt. In beiden Fällen ist es wichtig,daß der gesamte
Anziehvorgang erst dann beendet wird, wenn das Werkzeug wieder in die Ausgangslage
zurückbewegt worden ist0
Für die Bedienungsperson dürfte es keine
Schwierigkeiten bereiten, sich eine bestimmte Ausgangslage des Werkzeuges zu merken
und das Werkzeug beim Abschluß des Anziehvorganges wieder in diese Ausgangslage
zurückzubringen.
-
Bei der alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,die
einen mit einem Impulsgeber zusammenwirkenden Empfänger besitzt muß ebenfalls die
Ausgangslage des Werkzeuges vor Beendigung des Anziehvorganges wieder erreicht werden0
Bei dieser zweiten Ausführungsform arb-eitet der Impulsgeber für die signalverarbeitende
elektrische Einrichtung lediglich bei Wirksamwerden des Freilaufes, so daß die überführung
des Werkzeuges in die Ausgangslage wichtig für die Erreichung des angezeigten Drehwinkels
ist. Hierbei spielt es jedoch keine Rolle, ob das Werkzeug zuerst in Anzugrichtung
betätigt wird oder zuerst unter Ausnutzung des Freilaufes ohne Einleiten eines Anzugmomentes
verschwenkt wird0 Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt einen äußerst einfachen
technischen Aufbau und ermöglichst somit die Schaffung eines preiswerten Werkzeuges
zum drehwinkelgesteuerten Anziehen einer Schraubverbindung.
-
Auf der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen: Fig0 1 einen Längsschnitt durch eine erste
Ausführungsform, Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform,
Fig. 3 einenthängsschnitt durch eine dritte Ausführungsform.
-
Fig. 4 Draufsohten auf die erste Ausführungsform zur Verdeutlichung
der auszuführenden Arbeitsschritte.
-
Die in Fig.1 dargestellte erste Ausführungsform der Vorrichtung zum
drehwinkelgesteuerten Anziehen einer Schraubverbindung verwendet
einen
handelsüblichen Drehmomentschlüssel,von welchem der vordere Teil des Werkzeugschaftes
1 zu erkennen ist. In diesem Werkzeugschaft 1 ist die auf der Zeichnung nicht dargestellte
automatische Kurzwegauslösung eingebaut,die das Erreichen des eingestellten Drehmomentwertes
fübl- und horbar signalisiert. Zu diesem Zweck ist am vorderen Ende des Werkzeugschaftes
1 ein Schwenkbolzen 2 angeordnet, um welchen das Gehäuse 3 einer bekannten Umschaltknarre
geringfügig verschwenkbar ist.
-
In dem Gehäuse 3 der Umschaltknarre ist ein Knarrenrad 4 drehbar gelagert
Die Lagerung des auf dem Umfang mit Zähnen versehenen Knarrenrades 4 erfolgt dadurch
zylindrische Ansätze an der Oberseite und an der Unterseite des Knarrenrades 4,die
im Oberteil des Gehäuses 3 bzw. in einem Gehäusedeckel 3a drehbar aufgenommen sindODer
Gehäusedeckel 3a schließt das Gehäuse 3 auf der Unterseite ab.
-
Aus ihm ragt ein Antriebsvierkant 4a heraus,der vorzugsweise einstückig
mit dem Knarrenrad 4 ausgebildet ist und zum Antrieb eines auswechselbaren Werkzeuges,beispielsweise
eines Steckschlüsseleinsatzes,dient, mit welchem das drehwinkelgesteuerte Anziehen
der Schraubverbindungen durchgeführt wird.
-
Mit der Verzahnung des Knarrenrades 4 wirkt eine Sperrklinke 5 zusammen,welche
durch eine Sperrkugel 6 belastet ist,die unter der Kraft einer Druckfeder 7 steht.
Die Sperrklinke 5 ist mit einem Umschalthebel 8 versehen,der auf der Oberseite des
Gehäuses 3 angeordnet ist und mit welchem die Drehrichtung des durch die Umschaltknarre
ermöglichten Freilaufes ausgewählt werden kann.
-
Von der Oberseite ausgehend ist das Knarrenrad 4 mit einer Ausnehmung
4b versehen,in welche eine Abtasteinrichtung für die relative Verdrehung des Abtriebsvierkants
4a gegenüber dem Werkzeugschaft 1 des Drehmomentschlüssels eingesteckt werden kann.
Bei dieser Ausnehmung 4b kann es sich beispielsweise um eine sechs- oder zwölfkantige
Aufnahme handeln.
-
Bei dem in Fig.l dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt dieAbtasteinrichtung
einen
Lagerbolzen 9,der mit einem Sechskantstück 9a in die Ausnehmung 4b des Knarrenrades
4 eingesteckt wird und der ein Zylinderstück 9b aufweist,auf welchem ein-Lagerstück
11 verdrehbar gelagert ist. Um eine unbeabsichtigte Verdrehung des Lagerstückes
11 auf dem Zylinderstück 9b des Lager'bolzens 9 auszuschliessen,ist zwischen diese
beiden Teile ein O-Ring 10 aus Gummi zwischengefügt. Am Lagerstück 11 ist eine Skalenscheibe
12 befestigt,die beim Ausführungsbeispiel in Winkelgrade eingeteilt ist0 Diese Skalenscheibe
12 kann auch in Segmente eingeteilt sein oder durch auswechselbare Kreissegmente
ersetzt werden,wenn der vorgegebene Drehwinkel stets einen bestimmten Wert besitzt.
-
Die Verdrehung der mit dem Knarrenrad 4 der Umschaltknarre verbundenen
Skalenscheibe 12 im Verhältnis zum Werkzeugschaft 1 wird mittels einer Markierung
13 sichtbar gemacht,die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Zeiger ausgebildet
ist,der am Werkzeugschaft 1 befestigt ist und mit der Gradeinteilung der Skalenscheibe
12 zusammenwirktO Um das Erreichen des vorgegebenen Drehwinkels besser sichtbar
zu machen,ist bei der in Fig.l dargestellten Ausführungsform auf dem zylindrischen
Teil des Lagerstückes 11 ein Voreinstellzeiger 1 mittels eines Lagerringers 14a
angeordnet. Auch dieser Lagerring 14a ist gegenüber dem Lagerstück 11 mittels eines
Gummiringes 14b nach überwinden einer bestimmten Reibkraft einstellbar.
-
Die Wirkungsweise der voranstehend beschriebenen Vorrichtung zum drehwinkelgesteuerten
Anziehen einer Schraubverbindung soll nunmehr anhand der Figuren 4 bis 8 erläutert
werden0 Die Fig.4 zeigt das Werkzeug in der Ausgangsstellung.Mittels des Voreinstellzeigers
14 ist auf der Skalenscheibe 12 markiert,daß der Drehwinkel,mit welchem die Schraubverbindung
nach Erreichen des vorgegebenen Drehmoments angezogen werden soll, 2250 beträgt.
Die Skalenscheibe 12 ist im Verhältnis zum Markierungszeiger 13 nach Ansetzen des
Werkzeuges an die chraubverbindung derart verdreht worden,daß der Markierungszeiger
13 auf 0° zeigt. Von dieser mit ausgezogenen Linien in Fig.4 dargestellten Ausgangsstellung
wird nunmehr
das Werkzeug um 600 entgegen dem Uhrzeigersinn verdrehtoHierbei
wird der Freilauf der entsprechend eingestellten Umschaltknarre wirksam. Der Werkzeugschaft
1 befindet sich anschließend in der mit strichpunktierten Linien dargestellten Stellung,in
welcher der Markierungszeiger 13 auf 600 zeigt. Die Schraubverbindung wurde jedoch
noch nicht angezogen.
-
Dieses Anziehen um einen Drehwinkel von 600 erfolgt erst,wenn gemäß
Fig.5 das Werkzeug wieder in die Ausgangslage zurückgedreht worden ist,wie dies
mit dem strichpunktierten Teil in Fig.4 angedeutet ist.
-
Fig.5 ist demgemäß diejenige Lage,die nach der mit einem strichpunktierten
Pfeil in Fig04 eingezeichneten Verschwenkbewegung erreicht ist. Die Fig.5 und 6
zeigen nunmehr,daß nach dem ersten Verschwenken um 600 zwei gleichartige weitere
Schwenkvorgänge vorgenommen werden, wobei der auf der Skalenscheibe 12 mittels des
Markierungszeigers 13 angezeigte Drehwinkel Immer erst dann erreicht ist,wenn das
Werkzeug wieder in die Ausgangslage zurückgekehrt ist. In Fig06 ist demgemäß mit
ausgezogenen Linien die Ausgangslage vor dem dritten Betätigungsvorgang des Werkzeuges
dargestellt. Fig.7 ssgt mit ausgezogenen Linien die Ausgangslage des Werkzeuges
vor dem vierten Betätigungsvorgang,der im Gegensatz zu den drei vorangegangenen
Betätigungen nur über 450 erfolgen soll. Die Bedienungsperson verschwenkt demgemäß
das Werkzeug nur so weit,bis der Markierungszeiger 13 mit dem Voreinstellzeiger
14 übereinstimmt,wie dies mit strichpunktierten Linien in Fig.7 angedeutet ist.
Anschließend wird gemäß dem strichpunktierten Pfeil in Fig.7 das Werkzeug wiederum
in die Ausgangslage zurückgeschwenkt,die nunmehr in Fig.8 dargestellt ist. In dieser
Stellung wurde unter Ausnutzung des Freilaufes mit vier Betätigungsvorgängen ein
Drehwinkel von 2250 erzielt.
-
Die in den Fig.2 und 3 dargestellten Werkzeuge verwenden wiederum
einen Drehmomentschlüssel,von dem nur der Werkzeugschaft 1 zu erkennen ist0 Auch
dieser Drehmomentschlüssel ist mit einer entsprechenden Umschaltknarre versehen5
die in Fig.2 in der Draufsicht und in Fig03 wiederum im Schnitt gezeichnet ist.
Insoweit stimmen das zweite und
dritte Ausführungsbeispiel mit
der ersten Ausführungsform überein.
-
Abweichend von der ersten Ausführungsform benutzen die Ausführungs
beispiele nach den Fig.2 und 3 jedoch als Abtasteinrichtung einen mit einem Impulsgeber
zusammenwirkenden Empfänger,wobei als Impulsgeber die Verzahnung des Knarrenrades
4 und als Empfänger ein Mikro-.
-
taster (Fig.2) bzw. Mikroschalter (Fig.3) verwendet wird0 Bei der
Ausführungsform nach Fig.2 ragt der Taststift 15a eines Mikrotasters. 15 durch eine
in radialer Richtung im Gehäuse 3 der Umschaltknarre ausgebildete Bohrung in die
Verzahnung des Knarrenrades 4 hinein, Bei einer Verschwenkung des Werkzeugschaftes
1 unter Ausnutzung des Freilaufs sendet somit der mittels seines Taststiftes 15a
die einzelnen Zähne des Knarrenrades 4 abtastende Mikrotaster 15 Signale, die in
einer signalverarbeitenden Einrichtung 16 in Winkelgrade umgesetzt und auf einer
Anzeigevorrichtung 17 angezeigt werden. Die mit der Anzeigevorrichtung 17 verbundene
Signalverarbeitende Einrichtung 16 ist auf der Oberseite des Werkzeugschaftes 1
angeordnet und mit dem Mikrotaster 15 über Signalleitungen 18 verbunden.
-
Auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 trägt der Werkzeugschaft
1 eine signalverarbeitende Einrichtung 16 mit einer Anzeigevorrihtung 17. Die signalverarbeitende
Einrichtung 16 ist jedoch über Signalleitungen 18 mit einem Mikroschalter 19 verbunden,der
auf der Oberseite des Gehäuses 3 angeordnet ist und dessen Schaltelement 19a in
axialer Richtung des Knarrenrades 4 in dessen Verzahnung hineinragt Die Wirkungsweise
bleibt hierbei gegenüber der Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig.2 unverändert0
In beiden Fällen ist die Anzeigevorrichtung 17 als Digitalanzeige mit Siebensegmentziffern
ausgebildet.