DE3210889A1 - Schraubvorrichtung - Google Patents
SchraubvorrichtungInfo
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Description
R. 17722
17.3.1982 Fd/Pi
ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Schraubvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Beispielsweise
aus der DE-OS 27 31 090 ist bereits eine Schraubvorrichtung bekannt, mit der Schraubverbindungen
hersteilbar sind. Die bekannte Schraubvorrichtung ■weist eine Drehmomentmeßeinrichtung auf und eine
Kupplung, durch die die Antriebsgeschwindigkeit des Schraubers kurz vor dem Festziehen herabgesetzt
wird. Weiterhin sind elektrische oder pneumatische Antriebsgeräte bekannt, die mit einer
hohen Drehzahl die Schraube eindrehen, um kurz vor Erreichen der Endfestigkeit mit langsamer Drehzahl
die Schraube festziehen. Die bekannten Schraubvorrichtungen haben den Nachteil, daß mittels eines
Getriebes oder durch Änderungen der Speisefrequenz
bei Wechselstrommotoren die Drehzahl kurz vor Beendigung
des Schraubvorganges herabgesetzt wird, da ansonsten ein Überdrehen der Schraubverbindung
A -
möglich ist, da der Abschaltvorgang eine gewisse Zeit
in Anspruch nimmt. Durch die benötigten Umschaltvorrichtungen sind die bekannten Schraubvorrichtungen
teuer, außerdem vergeht eine relativ lange Zeit, bis der Schraubvorgang beendet ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schraubvorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ohne Geschwindigkeitsumschaltung
der Verschraubungsvorgang durchgeführt werden kann. Sin zweistufiges Anziehen mit höherer Drehzahl und mit verminderter
Drehzahl kann somit umgangen werden. Damit reduziert sich der Aufwand an Getriebe und Schaltkupplungen
erheblich. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß das Gewicht des Schraubers verringert wird, so daß
er leichter handhabbar ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch gegebenen Schraubvorrichtung
möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Feder in Kupplungsnuten der Antriebswelle und der
Abtriebswelle eingreifen zu lassen. Dadurch wird erreicht, daß eine gute kraft schlüssige Verbindung zwischen
Antriebswellle und Abtriebswelle gegeben ist. Sind die Kupplungsnuten in Drehrichtung angeschrägt,
ergibt sich der Vorteil, daß bei einer Überlast ein Ausrasten der Feder aus der Nut möglich ist.
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Günstig ist es auch, an der Abtriebswelle und/oder an
der Antriebswelle Geber anzuordnen, mit denen der Drehwinkel
zu messen ist. Zur Messung eines Drehmomentwinkels ist günstig, den Verdrehwinkel der Feder zu bestimmen,
in dem ein Segment des Gebers auf der Antriebswelle und ein weiteres Segment des Gebers auf der Abtriebswelle
angebracht ist. Günstig ist es auch, den gesamten Drehwinkel zu bestimmen, in dem ein Geber auf der Antriebswelle
und/oder ein Geber auf der Abtriebswelle befestigt ist. Mit einem Geber kann nun der Gesamtdrehwinkel bestimmt
werden, während durch Differenzbildung beider
Geber signale, das der Federverdrehung proportionale Drehmoment bestimmbar ist. Die Feder ist vorteilhafterweise
durch eine Segmenthülse geschützt, so daß eine Verschmutzung der Vorrichtung nicht auftreten
kann. Die Segmenthülse dient vorteilhafterweise einseitig
als Segmentring für einen Geber. Dadurch wird ein kostensparender und wenige Teile benötigender Aufbau
der Schraubvorrichtung erzielt. Günstig ist es auch,
die Geber räumlich benachbart anzuordnen, was zu einer besonders einfachen Konstruktion führt.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein
Ausführungsbeispiel einer Schraubvorrichtung und
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Schraubvorrichtung mit benachbart angeordneten Gebern
.
- Ji Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figur 1 zeigt in einem Gehäuse 1 eine Antriebswelle 2 und eine Abtriebswelle 3. An die Antriebswelle
2 ist ein nicht dargestelltes Getriebe mit einem Motor angeschlossen, der beispielsweise als Elektromotor
oder Druckluftmotor ausgebildet sein kann. An die Abtriebswelle 3 ist das Werkzeug aufsteckbar
anzubringen. Die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 sind über eine Feder h miteinander verbunden. Die
Feder k greift in eine Nut 5 der Abtriebswelle 3 und
in eine Nut β der Antriebswelle 2 ein. Die Nuten 5 und 6 sind in Drehrichtung angeschrägt, so daß die
Feder im Überlastfall aus der Nut ausdrehbar ist. Die Nut 5 ist in der Abtriebswelle 3, die Nut 6 sind in
einer Verdickung 23 der Antriebswelle 2 eingelassen. Die Feder k ist von einer Segmenthülse 7 umgeben, die
an der Abtriebswelle 3 befestigt ist. Zwischen der Feder k und der Antriebswelle 2 bzw. der Abtriebswelle
3 ist des weiteren eine Führungshülse 8 vorgesehen, um die Stabilität der Schraubvorrichtung zu erhöhen und
um einen axialen Druck auf die Feder h zu verhindern. Die Segmenthülse 7 ist an ihrem oberen Ende 12 als
Segmentring ausgebildet, wobei der Segmentring 12 zwei oder geradzahlig vielfache Ausfräsungen aufweist, die
über den Umfang gleichmäßig verteilt sind. Der Segmentring 12 dreht sich mit der Abtriebswelle 3· Ortsfest
am Gehäuse angebracht ist des weiteren ein Spulenkörper 9, mit einer Spule 10, die die Antriebswelle 2 ringförmig
umschließen. Ein weiterer Segmentring 11 ist mit der Antriebswelle 2 fest verbunden. Der Segmentring 11 weist
ebenfalls zwei oder geradzahlig vielfache Ausfräsungen auf, die gleichmäßig über dem Umfang des Segmentrings '
verteilt sind. Die Anschlüsse der Spule 10 sind zu einer Steckverbindung 13 geführt, an dessen Anschluß eine Drehmomentmeßvorrichtung
1k anschließbar ist.
Die Feder bietet die Möglichkeit, auf einfache Art
und Weise ein Meßsignal für das Drehmoment zu erhalten. Da der Verdrehwinkel der Feder 1+ proportional dem jeweils zu übertragenden Drehmoment ist, läßt sich das Drehmoment leicht bestimmen, wenn der Verdrehwinkel bekannt ist. Dieser wird durch den Drehmomentgeber bestimmt. Der Drehmomentgeber besteht im wesentlichen aus der Spule 10 auf dem Spulenkörper 9» sowie den beiden Segmentringen 11 und 12, die zueinander koaxial angeordnet sind, wobei die Spule 10 feststehend am Gehäuse gelagert ist und die beiden Segmentringe 11 und 12 zueinander drehbar sind. Die Segmentringe 11 und 12 bestehen vorzugsweise aus Aluminium. Das Drehmoment signal wird durch Impedanzänderungen der Spule generiert. Die Impedanzänderung der Spule erfolgt durch das Verdrehen der beiden Segmentringe 11 und 12 zueinander. Dadurch ist es auf einfache Art und Weise möglich, ein Drehmoment signal zu gewinnen.
und Weise ein Meßsignal für das Drehmoment zu erhalten. Da der Verdrehwinkel der Feder 1+ proportional dem jeweils zu übertragenden Drehmoment ist, läßt sich das Drehmoment leicht bestimmen, wenn der Verdrehwinkel bekannt ist. Dieser wird durch den Drehmomentgeber bestimmt. Der Drehmomentgeber besteht im wesentlichen aus der Spule 10 auf dem Spulenkörper 9» sowie den beiden Segmentringen 11 und 12, die zueinander koaxial angeordnet sind, wobei die Spule 10 feststehend am Gehäuse gelagert ist und die beiden Segmentringe 11 und 12 zueinander drehbar sind. Die Segmentringe 11 und 12 bestehen vorzugsweise aus Aluminium. Das Drehmoment signal wird durch Impedanzänderungen der Spule generiert. Die Impedanzänderung der Spule erfolgt durch das Verdrehen der beiden Segmentringe 11 und 12 zueinander. Dadurch ist es auf einfache Art und Weise möglich, ein Drehmoment signal zu gewinnen.
Die Abtriebswelle 3 ist vorzugsweise in einem Ringrillenlager 15 gelagert. Ist eine Winkelmessung erwünscht,
so ist an der Abtriebswelle 3 ein weiterer Geber anzubringen, der im wesentlichen ähnlich wie
der Drehmomentgeber aufgebaut ist. Auf ein mit dem
Gehäuse festverbundenen Spulenkörper 17 ist eine
Spule 18 angebracht, die die Abtriebswelle ringförmig umschließt. Ein Segmentring 20 ist fest mit dem Spulenkörper verbunden. Der Segmentring 20 weist
der Drehmomentgeber aufgebaut ist. Auf ein mit dem
Gehäuse festverbundenen Spulenkörper 17 ist eine
Spule 18 angebracht, die die Abtriebswelle ringförmig umschließt. Ein Segmentring 20 ist fest mit dem Spulenkörper verbunden. Der Segmentring 20 weist
drei Aussparungen auf, die gleichmäßig über seinem Umfang verteilt sind. Ein weiterer Segmentring 19 ist
fest mit der Abtriebs-welle verbunden. Der Segmentring 19 weist ebenfalls drei Aussparungen auf, die gleichmäßig
über dem Umfang verteilt sind. Ein weiteres Lager . 1 6 bewirkt eine sichere Lagerung der Segmentringe
19 und 20 zueinander. An einer Anschlußbuchse 21 ist ein Winkelsignal abgreifbar. Dieses wird in einer Auswerteschaltung
22 ausgewertet. Die Signalgröße wird beim Winkelgeber ebenfalls durch Impedanzänderungen
der Spule 18 generiert. Die Impedanzänderung erfolgt wiederum durch Verdrehen der vorzugsweise als Aluminiumzylinder
ausgebildeten Segmentringe 19 und 20. Da der Segmentring 20 feststehend gelagert ist, ergibt sich
ein winkelproportionales Signal. Der Winkelgeber liefert beispielsweise als elektrisches Signalspannung eine Drei
ecksspannung, wobei drei Perioden bei einer Umdrehung der Abtriebswelle 3 auftreten.
Die Drehmomentmessung kann auch dadurch erfolgen, daß beide Geber als Winkelmesser ausgebildet sind. Dies
bedeutet beispielsweise, daß der Segmentring 11 fest mit dem Spulenkörper 9 verbunden ist. Als Drehmoment
ist dann die Differenz der Ausgangssignale der beiden Winkelgeber anzusehen. Diese Anordnung bringt zwar
gewisse mechanische Vereinfachungen, jedoch gestaltet sich die Auswertung schwieriger, da mit steigendem Winkel
die Meßungenauigkeiten zunehmen.
Die Feder k, die hinsichtlich ihres Verdrehwinkels auf
das maximale zu übertragende Moment ausgelegt ist, hat die Aufgabe, den Schraubvorgang speziell bei "harten"
Schraubfällen zeitlich zu strecken. Harte Schraubfälle
177
sind beispielsweise gegeben, wenn zwei metallische unnachgiebige Körper miteinander verbunden werden.
Durch die Federwirkung wird aus jedem "hartem" Schraubfall ein "weicher" Schraubfall, so daß genügend
Zeit für den Abschaltvorgang des Motors verbleibt. Sobald eine vorgegebene Verdrehung und somit
ein gewisses Drehmoment erreicht ist, wird der Motor an der Antriebswelle 2 abgeschaltet. Da aufgrund
der Trägheit der bewegten Massen und der Schaltverzögerungen diese Abschaltung nicht sofort
erfolgt, wird die Verzögerung durch eine weitere Verdrehung der Feder k aufgefangen. Dadurch ist es
möglich, ohne Umschaltvorgänge vom Eindrehen bis zum Anziehen dieselbe Geschwindigkeit des Schraubers beizubehalten.
Das Signal des Winkelgebers mit der Spule 18 dient dabei in der Hauptsache zur Kontrolle, um
fehlerhafte Schrauben zu erkennen, die beispielsweise beim Erreichen des vorgeschriebenen Drehmoments bereits
die Fließgrenze erreicht haben.
In Figur 2 ist eine weitere Schraubvorrichtung dargestellt. Die Antriebswelle, an die ein nicht dargestellter
Motor angeschlossen wird, ist wiederum mit 2 gekennzeichnet. In einer Nut der Antriebswelle 2
ist wiederum ein Ende der Feder k gelagert. Das andere Ende der Feder k ist in der Nut 5 der Verdikkung
23 gelagert. Die Verdickung 23 ist die Verdikkung der Abtriebswelle 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Führungshülse nicht vorgesehen, sondern die Antriebswelle 3 ist am Ende als Sackloch
ausgebildet, in die der Zapfen der Antriebswelle 2 hineinragt. Die Segmenthülse T ist jetzt mit der
Antriebswelle 2 kraftschlüssig verbunden. Auf einer
Spulenhalterung 3*+, die fest mit dem Gehäuse 1 der
Schraubvorrichtung verbunden ist, ist einerseits die Spule 33 und andererseits die Spule hk, die die Abtriebswelle
3 umschließen, aufgebracht. Zur Spule 33 gehören die Segmentringe 30 und 31. Der Segmentring
31 ist das obere Ende der Segmenthülse 7, die wiederum an ihrem Umfang zwei oder geradzahlig vielfache
Aussparungen aufweist. Die Segmenthülse 30 ist ihrerseits mit der Abtriebswelle 3 verbunden. Zwei Anschlußdrähte
führen von dem als Spulenkörper 32 ausgebildeten Teil der Spulenhalterung 3^ zu einem Anschluß k2, wo
ein dem Drehmoment proportionales Signal an die Drehmomentmeßvorrichtung 1k abgegeben wird. Weiterhin ist
ein Teil der Spulenhalterung 3U als Spulenkörper k3
ausgebildet, auf der eine Spule kk axial zur Abtriebswelle 3 angeordnet ist. Die Anschlüsse der Spulen ^U
führen wiederum zum Anschluß k2. Der Spule hh zugeordnet
sind die Segmentringe 38 und 37, wobei der Segmentring 37 fest mit der Spulenhalterung 3^ verbunden ist. Der
Segmentring 38 ist drehbar und mit der Abtriebswelle 3 verbunden. Die gesamte Geberanordnung ist auf Lagern
35 und 36 gelagert. Mittels einer Tellerfeder 39 wird
der beweglich ausgebildete und an der Abtriebswelle 3 befestigte Segementring 38 an das Gebersystem gepresst.
Ein Ringrillenlager Uo, geführt in einer Hülse kl, dient
zur Lagerung der Abtriebswelle 3. Das Gehäuse wird zur abtriebsseitigen Seite hin durch einen Gewindering U5
abgeschlossen.
Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel erfüllt die
gleiche Funktion wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Impedanzänderungen der Spule 33, deren Segmentring
·' '"'':" Juni
-χ-
31 durch die Antriebswelle 2 und deren Segmentring
durch die Abtriebswelle 3 bewegt wird, dienen dazu, das Drehmoment anzuzeigen. Mit der Spule hk und den
Segmentringen 37 und 38 ist der Winkel durch Irapedanz
änderung meßbar. Die Montage von dieser Vorrichtung gestaltet sich jedoch einfach, da die Geber auf einer
gemeinsamen Halterung 3^· angeordnet sind und somit
zusammen eingesetzt werden können. Durch diese Anordnung lassen sich die Anschlüsse an einer Stelle des
Gehäuses herausführen. Weiterhin ist möglich, die gesamte Gebervorrichtung vor dem Einbau in das Gehäuse
1 vorzumontieren.
Leerseite
Claims (12)
- R. Λ7 7 2 2IT . 3 - 1982 Pd/PiROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1AnsprücheSchraubvorrichtung mit einer Antriebsvorrichtung die in Abhängigkeit von einem Drehmoment abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (2) und die Abtriebsvelle (3) über eine Feder (U) miteinander verbunden sind.
- 2. Schraubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-· zeichnet, daß die Feder (k) in Kupplungsnuten (55 6) der Antriebswelle (2) und der Abtriebswelle (3) eingreift .
- 3. Schraubvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsnuten (5, 6) in Drehrichtung angeschrägt sind.
- k. Schraubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrehwinkel zwischen der Antriebswelle (2) und der Abtriebswelle (3) gemessen wird.
- 5· Schraubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungswinkel der Antriebswelle (2) und/oder der Abtriebswelle (3) und/oder der Verdrehungswinkel zwischen der Antriebswelle (2) und der Abtriebswelle (3) durch induktive Geber (10, 18, 33» kk) gemessen werden.
- 6. Schraubvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Drehmoments ein Segmentring (12, 31) des Gebers auf der Abtriebswelle(3) und ein anderer Segmentring (11, 30) des Gebers auf der Antriebswelle (2) befestigt ist.
- 7. Schraubvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu mindestens ein Geber (18, hk) zur Bestimmung des Drehwinkels vorgesehen ist.
- 8. Schraubvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geber (10) im Bereich der Antriebswelle (2) und ein Geber (18) im Bereich der Abtriebswelle (3) befestigt ist.
- 9· Schraubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (h) durch eine Segmenthülse (7) geschützt ist.
- 10. Schraubvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmenthülse (7) zumindest einseitig als Segmentring (12, 31) für einen Geber (10, 33) ausgebildet ist.
- 11. Schraubvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmenthülse (7) mit einer Welle (3 bzw. 2) starr verbunden ist.H * 4 Λ
- 12. Schraubvorrichtung nach einem der Ansprüche h bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber (33, hk) räumlich benachbart angeordnet sind und daß die Bewegungsübertragung zu einem der Geber (33) über die fest mit einer Welle (2) verbundene Segmenthülse (T) erfolgt.
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