DE3908476A1

DE3908476A1 - SCREWDRIVER

Info

Publication number: DE3908476A1
Application number: DE19893908476
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Schabert; Erwin Laurer; Gerhard Leipold
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH; Siemens AG
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH; Siemens AG
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1990-09-20
Also published as: JPH02274474A; FR2644382A1; GB2230218A; GB9005296D0

Abstract

A mechanical screwdriver has two coaxial sleeves 44, 50 of different internal profile which can be rotated by a single electric motor 22. Each of the sleeves 44, 50 has at least one flattened face to introduce torque into fasteners 3, 4. Adjusting means can switch between oppositely directed rotation of the sleeves 44, 50 and equi-directional rotary movement. The electric motor 22 is coupled to the sleeves 44, 50 via a branching transmission 37 comprising a three-stage planetary gearing. The adjusting means comprises a switchable coupling 30 which locks the branching transmission 37 in itself. The mechanical screwdriver 20 is intended especially for pipe joints 5 which have to be undone by remote control. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschrauber, insbesondere für fernbedient lösbare Rohrverbindungen, mit zwei konzentrischen und motorisch gegeneinander verdrehbaren Hülsen mit unter schiedlichem Innenprofil, das zum Einleiten eines Drehmomentes in Schrauben mindestens eine Abflachung aufweist, und mit einer Verstelleinrichtung zum Umschalten von einer gegenläufigen Drehung der Hülsen auf eine gleichsinnig synchrone Drehung.The invention relates to a screwdriver, in particular for remotely detachable pipe connections, with two concentric and sleeves rotatable relative to one another with motor different inner profile, which is used to initiate a torque has at least one flat in screws, and with a Adjustment device for switching from an opposing one Rotation of the sleeves to a synchronous rotation.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 37 23 386 ist ein Dreh schrauber der oben genannten Art bekannt, der drei voneinander unabhängige Antriebsmotoren aufweist, nämlich je einen für die beiden Hülsen und den dritten zur Längsverschiebung der Hülsen gegeneinander. Dadurch wird das Gerät relativ voluminös und schwer. Deshalb geht die Erfindung von der Aufgabe aus, mit einer anderen Bauweise eine kleinere und leichtere Ausbildung zu finden.From the German patent application 37 23 386 is a turn known screwdriver of the above type, the three of each other has independent drive motors, namely one for each two sleeves and the third for the longitudinal displacement of the sleeves against each other. This makes the device relatively bulky and heavy. Therefore, the invention is based on the task with another construction a smaller and easier training to find.

Erfindungsgemäß ist für die gegenläufige und die gleichsinnige Drehbewegung ein einziger Elektromotor als Antriebsquelle vorgesehen, der über ein Verzweigungsgetriebe mit den Hülsen verbunden ist, und die Verstelleinrichtung umfaßt eine schaltbare Kupplung, die das Verzweigungsgetriebe in sich selbst sperrt.According to the invention is for the opposite and the same Rotation of a single electric motor as a drive source provided by a branching gear with the sleeves is connected, and the adjusting device comprises a switchable clutch that the branching gear in itself locks itself.

Mit der Erfindung gelingt eine erstaunliche Verringerung der Abmessungen und Gewichte ohne Beeinträchtigung der Betriebs sicherheit. Letzteres ist deshalb besonders wichtig, weil ein Hauptanwendungsgebiet der Erfindung die fernbediente Lösung und Befestigung von Rohrverbindungen ist, wie sie in nuklearen Wiederaufarbeitungsanlagen zu vielen tausenden vorgesehen sind. Dort sind aber wegen der Strahlenbelastung die Reparaturmög lichkeiten eingeschränkt und deshalb eine hohe Ausfallsicher heit erforderlich. Sie wird mit der Erfindung erreicht.The invention achieves an amazing reduction in Dimensions and weights without affecting the operation safety. The latter is particularly important because a Main field of application of the invention is the remote control solution and fastening pipe connections is like in nuclear Reprocessing plants are provided to many thousands. But there are repairs because of the radiation exposure limited possibilities and therefore high reliability required. It is achieved with the invention.

Bei einer bewährten Ausführungsform der Erfindung ist das Ver zweigungsgetriebe ein vorzugsweise mehrstufiges Planetenge triebe. Die Hülsen sind mit dessen Hohlkranz bzw. dessen Planetenträger drehsteif verbunden, und die Kupplung sitzt zwischen dem Planetenträger und dem ersten Sonnenrad. Der Motor kann auf das Sonnenrad wirken, vorteilhafterweise über ein Vorgelege, das hohe Motordrehzahlen und damit kleine Abmes sungen für eine gewünschte Leistung ermöglicht.In a proven embodiment of the invention, the Ver branching gear a preferably multi-stage planetary gear drives. The sleeves are with its hollow ring or Planet carrier connected torsionally rigid, and the clutch is seated between the planet carrier and the first sun gear. The motor can act on the sun gear, advantageously via a Gearbox that has high engine speeds and thus small dimensions solutions for a desired performance.

Die schaltbare Kupplung kann eine Magnetkupplung sein. Vor zugsweise ist sie eine Zahnkupplung mit einem Gleichstrom magnet. Diese können nämlich für ein gegebenes Drehmoment besonders kompakt gebaut werden.The switchable coupling can be a magnetic coupling. Before preferably it is a tooth coupling with a direct current magnet. These can namely for a given torque be built particularly compact.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kupplung an einem Paar von zueinander koaxialen Nebenwellen mit höherer Drehzahl und kleinerem Drehmoment angeordnet ist, die über Zahnräder mit dem Planetengetriebe verbunden sind. Auch dies führt zu einer Verringerung der Abmessungen. Darüber hinaus kann man die mit dem Planetenträger verbundene Nebenwelle über eine zweite Kupplung im Gehäuse arretierbar machen und dadurch die interne Drehmomentrück führung beim Spannvorgang vervollständigen.Another advantageous development of the invention exists in that the coupling on a pair of coaxial Counter shafts with higher speed and lower torque is arranged via gears with the planetary gear are connected. This also leads to a reduction in Dimensions. You can also use the planet carrier connected auxiliary shaft via a second coupling in the housing lockable and thereby the internal torque back Complete the guide during the clamping process.

Für den Fall, daß die zu betätigenden Schrauben normale Sechs kante für den Angriff der Hülsen aufweisen, sind diese vor teilhafterweise 12-Kant-Nüsse, bei denen jeder zweite Innen zahn weggelassen ist. Damit ergibt sich ohne Beeinträchtigung der Übertragungskräfte ein großes Spiel in Drehrichtung, das das Aufsetzen des Schraubers erleichtert. In the event that the screws to be operated normal six edge for attacking the sleeves, they are in front sometimes 12-point nuts, in which every second inside tooth is left out. This results in no impairment the transmission forces a big game in the direction of rotation, the the attachment of the screwdriver is easier.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigtFor a more detailed explanation of the invention, the drawing described an embodiment. It shows

die einzige Figur eine schematisierte Darstellung des Diffe renz-Drehschraubers beim Betätigen einer Rohrverbindung, wie sie für Wiederaufarbeitungsanlagen vorgesehen und z.B. in der eingangs genannten Offenlegungsschrift 37 23 386 beschrieben ist.the only figure is a schematic representation of the diffe renz screwdriver when operating a pipe connection, such as they are intended for reprocessing plants and e.g. in the 37 23 386 is.

Die Rohrverbindung 5 umfaßt einen Festflansch 1 und einen Loseflansch 2, die mit einem Schraubenbolzen 3 und einer Über wurfmutter 4 verbunden werden sollen. Im Festflansch 1 ist eine Gewindebohrung 6 mit einem Grobgewinde M 36×8 vorgesehen, in das ein entsprechender Grobgewindeteil 7 des Schraubenbolzens 3 eingreift.The pipe connection 5 comprises a fixed flange 1 and a loose flange 2 , which are to be connected with a screw bolt 3 and a union nut 4 . In the fixed flange 1 there is a threaded bore 6 with a coarse thread M 36 × 8, in which a corresponding coarse thread part 7 of the screw bolt 3 engages.

Zum Schließen der Rohrverbindung 5 wird die Überwurfmutter 4 über ein Spanngewinde 8 gedreht, das als Feingewinde M 39×5 ausgebildet ist. Sie drückt dabei auf die dem Festflansch 1 abgekehrte Seite des Loseflansches 2 über eine Schiebehülse 9, die an dem Schraubenbolzen 3 durch eine Längsverzahnung dreh fixiert ist. Beim Festschrauben wird der Schraubenbolzen 3 mit einem Sechskant 10 festgehalten. Damit wird erreicht, daß die Flansche 1 und 2 beim Spannen und Lösen kein Drehmoment aufzunehmen haben. Sie unterliegen nur der Pressung durch die Längsbewegung zwischen dem Flansch 1 und der Schiebehülse 9, die von der Überwurfmutter 4 gegen den Flansch 2 gepreßt wird.To close the pipe connection 5 , the union nut 4 is rotated via a clamping thread 8 , which is designed as a fine thread M 39 × 5. It presses on the side of the loose flange 2 facing away from the fixed flange 1 via a sliding sleeve 9 which is rotationally fixed to the screw bolt 3 by means of longitudinal teeth. When tightening the screw bolt 3 is held with a hexagon 10 . This ensures that the flanges 1 and 2 do not have to absorb any torque when tensioning and releasing. They are only subjected to the pressure caused by the longitudinal movement between the flange 1 and the sliding sleeve 9 , which is pressed against the flange 2 by the union nut 4 .

An dem den Flanschen 1, 2 abgekehrten freien Ende des Schrau benbolzens 3 ist ein Greifknopf 12 vorgesehen. Dort kann ein Greifer 13 mit zwei Klinken 14 angreifen, die durch eine Feder 15 zusammengezogen werden, so daß der Greifer geöffnet ist, so lange nicht eine Sperrstange 17 mit einem Konus 18 die Klinken an den Greifknopf 12 anpreßt. At the flanges 1 , 2 facing away from the bolt benbolzens 3 a gripping button 12 is provided. There, a gripper 13 can engage with two pawls 14 , which are pulled together by a spring 15 , so that the gripper is open as long as a locking rod 17 with a cone 18 does not press the pawls onto the gripping button 12 .

Der zum Betätigen der Schraubverbindung 5 vorgesehene Dreh schrauber 20 hat ein Gehäuse 21, an das ein Gleichstromper manentmagnetmotor 22 mit einem nicht weiter dargestellten Vorsatzgetriebe angeflanscht ist. Die Abtriebswelle 24 des Getriebemotors 22 trägt ein Ritzel 25, das auf ein großes Zahnrad 26 wirkt. Mit dem Zahnrad 26 wirkt über ein Zahnrad 27 eine Nebenwelle 28 zusammen. Diese kann über eine Elektro magnetkupplung 30 mit einer hohlen Nebenwelle 31 gekuppelt werden, die ein Ritzel 32 trägt. Eine zweite Elektromagnet kupplung 34 ist an der hohlen Nebenwelle 31 als Bremse be festigt. Sie kann die hohle Nebenwelle 31 und damit eine erste Hohlwelle 40 im Gehäuse 21 gegen Drehung arretieren.The provided for actuating the screw connection 5 screwdriver 20 has a housing 21 to which a direct current per manentmagnetmotor 22 is flanged with an attachment gear, not shown. The output shaft 24 of the geared motor 22 carries a pinion 25 , which acts on a large gear 26 . A secondary shaft 28 interacts with the gear 26 via a gear 27 . This can be coupled via an electric magnetic clutch 30 to a hollow auxiliary shaft 31 which carries a pinion 32 . A second electromagnetic clutch 34 is fastened to the hollow countershaft 31 as a brake. It can lock the hollow auxiliary shaft 31 and thus a first hollow shaft 40 in the housing 21 against rotation.

Mit dem Zahnrad 26 ist das erste Sonnenrad 36 eines drei stufigen Planetengetriebes verbunden, das als Ganzes mit 37 bezeichnet ist. Von dem Planetengetriebe 37 ist der letzte Planetenträger 38 mit der Hohlwelle 40 verbunden, die an ihrem im Gehäuse 20 liegenden Ende ein Zahnrad 41 trägt. Dieses kämmt mit dem Zahnrad 32 der hohlen Nebenwelle 31. Das andere Ende der Hohlwelle 40 trägt eine Hülse 44, die über den 6-Kant 10 des Schraubenbolzens 3 greift. Der 6-Kant 10 hat dabei eine Schüsselweite 30 mm, während die Hülse 44 eine 12-Kantnuß bildet, bei der jeder zweite Innenzahn weggelassen ist, so daß ein etwa 30° großer Leerwinkel entsteht.With the gear 26 , the first sun gear 36 of a three-stage planetary gear is connected, which is designated as a whole with 37 . The last planet carrier 38 of the planetary gear 37 is connected to the hollow shaft 40 , which carries a gear 41 at its end located in the housing 20 . This meshes with the gear 32 of the hollow auxiliary shaft 31 . The other end of the hollow shaft 40 carries a sleeve 44 which engages over the hexagon 10 of the screw bolt 3 . The hexagon 10 has a bowl width of 30 mm, while the sleeve 44 forms a 12-square nut, in which every second inner tooth is omitted, so that an approximately 30 ° large empty angle is created.

Der Hohlkranz 46 des Planetengetriebes 37 ist als Endstufe über eine längsverschiebliche Verzahnung 47 mit einer zweiten Hohlwelle 48 gekuppelt, die die Hohlwelle 40 konzentrisch umschließt. Das der Rohrverbindung 5 zugekehrte freie Ende der Hohlwelle 48 trägt eine zweite Hülse 50. Sie greift mit einer 12-Kantnuß, bei der wiederum jeder zweite Zahn weggelassen ist, über die Überwurfmutter 4, die einen Sechskant mit einer Schlüsselweite 46 mm hat.The hollow ring 46 of the planetary gear 37 is coupled as a final stage via a longitudinally displaceable toothing 47 to a second hollow shaft 48 , which concentrically surrounds the hollow shaft 40 . The free end of the hollow shaft 48 facing the pipe connection 5 carries a second sleeve 50 . With a 12-point nut, in which every second tooth is left out, it grips over the union nut 4 , which has a hexagon with a wrench size of 46 mm.

Die in der gemeinsamen Achse der Hohlwellen 40 und 48 ver laufende Betätigungsstange 17 ist mit ihrem dem Greifer 13 abgekehrten Ende aus dem Gehäuse 21 hinausgeführt. Dort ist eine Schraubenfeder 52 angeordnet, die die Stange und den mit ihr verbundenen Konus 18 in Richtung von der Rohrverbindung 5 weg zieht, so daß der Greifer 13 im Normalfall wegen der Zugfeder 15 geöffnet ist. Zum Betätigen des Greifers 13 wird ein Hubmagnet 53 erregt, der dann die Stange 17 entgegen der Wirkung der Feder 52 in der Figur nach links drückt, so daß der Konus 18 die Klinken 14 an den Greifknopf 12 anlegen kann. Damit kann der aus dem Festflansch 1 herausgeschraubte Schraubenbolzen 3 ergriffen und von der Rohrverbindung 5 wegtransportiert werden.The ver in the common axis of the hollow shafts 40 and 48 operating rod 17 is out with its gripper 13 end facing out of the housing 21 . There is a coil spring 52 which pulls the rod and the cone 18 connected to it in the direction away from the pipe connection 5 , so that the gripper 13 is normally open because of the tension spring 15 . To actuate the gripper 13 , a solenoid 53 is excited, which then pushes the rod 17 against the action of the spring 52 to the left in the figure, so that the cone 18 can apply the pawls 14 to the gripping button 12 . The screw bolt 3 screwed out of the fixed flange 1 can thus be gripped and transported away from the pipe connection 5 .

Wenn der Motor 22 auf das Planetengetriebe 37 wirkt und die Kupplung 30 zwischen dem Sonnenrad 36 und dem Planetenträger 38 geschlossen ist, rotiert in dem Gehäuse 21 des Schraubers 20 der Hohlkranz 46 des dreistufigen Planetengetriebes 37. Er ist drehsteif verbunden mit der Hülse 50, die als Schlüssel für die Überwurfmutter 4 dient, denn am schnellaufenden Ende trägt das Sonnenrad 36 ein großes Zahnrad 26, mit dem das Ritzel 25 dauernd kämmt, das mit dem Getriebe-Elektromotor 22 verbunden ist. Ritzel 25 und Zahnrad 26 wirken dabei als Vorgelege 55, so daß für den Motor 22 eine vorteilhaft hohe Drehzahl gewählt werden kann. Er kann als Permanentmagnet-Gleichstrommotor ausgeführt werden. Dessen Stromaufnahme ist ein reiner Anker strom und ist direkt als Meßgröße für das Motordrehmoment verwertbar.When the motor 22 acts on the planetary gear 37 and the clutch 30 between the sun gear 36 and the planet carrier 38 is closed, the hollow ring 46 of the three-stage planetary gear 37 rotates in the housing 21 of the screwdriver 20 . It is torsionally rigid connected to the sleeve 50 , which serves as a key for the union nut 4 , because at the high-speed end, the sun gear 36 carries a large gear 26 , with which the pinion 25 meshes continuously, which is connected to the geared electric motor 22 . Pinion 25 and gear 26 act as countershaft 55 , so that an advantageously high speed can be selected for motor 22 . It can be designed as a permanent magnet DC motor. Its current consumption is a pure armature current and can be used directly as a parameter for the motor torque.

Die Hohlwelle 40 der Hülse 44 für die Schraube 3 trägt neben dem Zahnrad 36 das etwa gleich große Zahnrad 41, in das das Ritzel 32 der hohlen Nebenwelle 31 eingreift. Die in der hohlen Nebenwelle 31 angeordnete innere Nebenwelle 28 greift mit dem weiteren Ritzel 27 in das erste mit dem Sonnen rad 36 verbundene Zahnrad 26 ein.The hollow shaft 40 of the sleeve 44 for the screw 3 carries, in addition to the gear 36, the gear 41 of approximately the same size, in which the pinion 32 of the hollow auxiliary shaft 31 engages. The inner countershaft 28 arranged in the hollow countershaft 31 engages with the further pinion 27 in the first gear 26 connected to the sun wheel 36 .

Beim Schalten der Zahnkupplung 34 (= "Bremse") wird die hohle Nebenwelle 31 im Gehäuse 21 arretiert, so daß auch die Hülse 44 für die Schraube 3 drehfixiert ist. In dieser Betriebsweise ("Spannen") dreht der kleine Getriebemotor 22 das Sonnenrad 36 am schnellaufenden Ende des Planetengetriebes 37 mit einem Drehmoment von z.B. 50 Nm. Mit dem 3stufigen Planetengetriebe 37 (i = 40) entsteht hieraus ein Drehmoment von nominal 2000 Nm, das als Differenzdrehmoment zwischen Hohlkranz 46 (= Muttern-Schlüssel) und dem Planetenträger 38 der langsamen Stufe (= Schrauben-Schlüssel) wirkt. Wie oben vorausgesetzt, ist der Schrauben-Schlüssel 44, 40 im Gehäuse arretiert. Deshalb dreht sich der Hohlkranz 38 (= Muttern-Schlüssel) langsam im Gehäuse 21 mit z.B. 1 Upm.When switching the gear coupling 34 (= "brake"), the hollow auxiliary shaft 31 is locked in the housing 21 , so that the sleeve 44 for the screw 3 is also rotationally fixed. In this mode of operation ("clamping"), the small geared motor 22 rotates the sun gear 36 at the high-speed end of the planetary gear 37 with a torque of, for example, 50 Nm. With the 3-stage planetary gear 37 ( i = 40) this produces a nominal torque of 2000 Nm, which acts as the differential torque between the hollow ring 46 (= nut wrench) and the planet carrier 38 of the slow stage (= wrench). As assumed above, the wrench 44 , 40 is locked in the housing. Therefore, the hollow ring 38 (= nut wrench) rotates slowly in the housing 21 with, for example, 1 rpm.

Beim Schalten der Zahnkupplung 30 (= "Kupplung") dagegen werden die beiden Nebenwellen 28, 31, und damit auch die beiden Zahnräder 27, 32 gegeneinander arretiert. Das dreistufige Planetengetriebe 37 ist damit in sich blockiert und dreht sich im Gehäuse 21 mit z.B. 20 Upm. Diese Betriebsweise ("Ankern") bedeutet, daß sich die Mutter 4 auf der Schraube 3 nicht relativ dreht wie beim Spannen, sondern daß beide gemeinsam rotieren und das andere, freie Gewindeende 7 der Schraube 3 in den Gegenflansch 1 eingedreht oder aus ihm herausgedreht wird.When the gear clutch 30 (= "clutch"), on the other hand, the two auxiliary shafts 28 , 31 , and thus also the two gear wheels 27 , 32, are locked against one another. The three-stage planetary gear 37 is thus blocked in itself and rotates in the housing 21 at, for example, 20 rpm. This mode of operation ("anchoring") means that the nut 4 on the screw 3 does not rotate relatively as when tensioning, but that both rotate together and the other, free threaded end 7 of the screw 3 is screwed into or out of the counter flange 1 .

Die vorgenannten Betriebsweisen setzen voraus, daß jeweils nur eine der beiden Zahnkupplungen 30, 34 geschlossen ist. Eine entsprechende elektrische Verriegelung wird zweckmäßigerweise vorgesehen.The aforementioned modes of operation assume that only one of the two toothed clutches 30 , 34 is closed. A corresponding electrical interlock is expediently provided.

Claims

1.Torque wrench, in particular for remotely detachable pipe connections, with two concentric sleeves that can be rotated relative to one another with different internal profiles, which have at least one flattening for introducing a torque into screws, and with an adjusting device for switching over from an opposite rotation of the sleeves to one Synchronous rotation in the same direction, characterized in that a single electric motor ( 22 ) is provided as the drive source for the opposite and for the same rotation, which is connected to the sleeves ( 44 , 50 ) via a branching gear ( 37 ), and that the adjusting device comprises a switchable clutch ( 30 ) which locks the branching mechanism ( 37 ) in itself.

2. Screwdriver according to claim 1, characterized in that the Ver branching gear is a preferably multi-stage planetary gear ( 37 ), that the sleeves ( 44 , 50 ) with its hollow ring ( 46 ) or its planet carrier ( 38 ) are torsionally rigid, and that the clutch ( 30 ) sits between the planet carrier ( 38 ) and the first sun gear ( 36 ).

3. Screwdriver according to claim 1 or 2, characterized in that the switchable coupling ( 30 ) is a magnetic coupling, preferably a tooth coupling with a DC magnet.

4. A screwdriver according to claim 2 or 3, characterized in that the coupling ( 30 ) is arranged on a pair of coaxial secondary shafts ( 28 , 31 ) with higher speed and smaller torque, which via gears ( 27 , 32 ) with the Planetary gear ( 37 ) are connected.

5. Turning screws according to claim 4, characterized in that the auxiliary shaft ( 31 ) connected to the planet carrier ( 38 ) can be locked in the housing 21 via a second clutch ( 34 ) (= brake).

6. A screwdriver according to claim 2, characterized in that the motor ( 22 ) acts via a countershaft ( 55 ) on the sun gear ( 36 ) of the planetary gear ( 37 ).

7. Screwdriver according to one of claims 1 to 6, characterized in that the motor ( 22 ) is a DC motor, the field of which is generated by a permanent magnet.

8. Screwdriver according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sleeves ( 44 , 50 ) are 12-square nuts, in which every second inner tooth is omitted.

9. A screwdriver according to one of claims 1 to 8, characterized in that a gripper pawl ( 13 ) is arranged in the axis of the concentrically arranged sleeves ( 44 , 50 ).

10. A screwdriver according to claim 9, characterized in that the gripper pawl ( 13 ) can be magnetically actuated against a spring ( 15 ).