DE60038357T2

DE60038357T2 - Angetriebener schraubenschlüssel mit drehmoment-abhängiger energiezufuhr-abschaltung

Info

Publication number: DE60038357T2
Application number: DE60038357T
Authority: DE
Inventors: Gunnar Christer Hansson
Original assignee: Atlas Copco Tools AB
Current assignee: Atlas Copco Industrial Technique AB
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: SE520916C2; US20010004940A1; EP1112819A2; JP2001232577A; EP1112819A3; SE9904793D0; SE9904793L; JP4897998B2; DE60038357D1; EP1112819B1; US6662882B2

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem Motorschraubendreher von einer Art mit einem Rotationsmotor zum Antreiben einer Abtriebswelle über eine drehmomentabhängige Kupplung, umfassend eine antreibende Kupplungshälfte, eine angetriebene Kupplungshälfte und einen Nockenmechanismus zum Übertragen von Drehmoment zwischen der antreibenden Kupplungshälfte und der angetriebenen Kupplungshälfte, wobei eine der beiden Kupplungshälften durch den Nockenmechanismus in eine Ausrückrichtung aus einer Eingriffsstellung in einer Ausrückstellung axial beweglich ist, eine Feder zum Vorbelasten und Verlagern dieser ersten Kupplungshälfte in Richtung der Eingriffsstellung angeordnet ist und eine Vorrichtung zum Erfassen des Ausrückens der Kupplung vorgesehen ist, die mit der beweglichen ersten Kupplungshälfte zusammenwirkt.
Bei Schraubendrehern der vorgenannten Art nach dem Stand der Technik, wie sie z. B. in den US-Patenten 4,838,364 und 5,201,374 beschrieben sind, sind Vorrichtungen zum Erfassen des Ausrückens der Kupplung vorgesehen, die eine sich axial durch den Rotor des Motors erstreckende Betätigungsstange besitzen. Da die Betätigungsstange in Drehrichtung nicht mit dem Rotor verriegelt ist, besteht immer ein Drehzahlunterschied zwischen der Stange und dem Rotor, was unvermeidlich zu einem Reibverschleiß der Stange führt.
Weiterhin wird in den meisten Werkzeugen dieser Art ein Getriebe zur Drehzahlreduktion zwischen dem Motor und der Kupplung eingesetzt, was zur Folge hat, dass auch eine Drehzahldifferenz zwischen dem Rotor und der Stützstelle der Betätigungsstange der Kupplung vorhanden ist. Dies verstärkt das Problem des Reibverschleißes der Stange und trotz einer adäquaten Oberflächenhärte der Stange besteht immer noch ein Problem mit einer begrenzten Lebensdauer der Vorrichtung.
In dem US-Patent 4,231,270 wird ein Motorschraubendreher beschrieben, in welchem ein Mikroschalter durch einen Teil einer das Drehmoment begrenzenden Kupplung betätigt wird, die zwischen dem Hohlrad eines Planeten-Reduktionsgetriebes und dem Werkzeuggehäuse vorgesehen ist. Dieses Konzept ist jedoch weniger vorteilhaft, weil der das Auslösen erfassende Schalter durch eine Kupplung betätigt wird, die nicht in Reihe liegt, d. h. die Kupplung überträgt nicht das Antriebsmoment. Dies führt zu einer langsameren und weniger genauen Auslösewirkung und Auslöseerfassung.
In dem US-Patent 3,608,686 wird eine in Reihe liegende, drehmomentabhängige Kupplung mit einem Mikroschalter zur Erfassung einer Überlast beschrieben, der zum Verhindern einer Beschädigung von Maschinenwerkzeugteilen vorgesehen ist, indem er ein Abtrennen des Antriebsmotors auslöst. Ein dieser Vorrichtung innewohnender Nachteil betrifft eine ungenaue Wirkung des Schalters in Folge einer recht kurzen und langsamen axialen Auslösebewegung des Kupplungsteils. Dies führt zu einem weniger genauen Auslösesignal des Erfassens. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht in der kontinuierlichen Gleitwirkung zwischen dem stationären Arm des Mikroschalters und der rotierenden Kupplung, was unvermeidlich zu Reibverschleiß dieser Teile führt.
Ein Nachteil, der auch den durch die Kupplung betätigten Schalter, wie er in dem US-Patent 4,231,270 beschrieben ist, betrifft, bezieht sich auf die Tatsache, dass die Auslösebewegung der Kupplung recht kurz ist und das der Schalter irgendwo während dieser Bewegung betätigt werden muss. Wegen dieser kurzen Betätigungsbewegung muss der Schalter sehr sorgfältig eingestellt werden, um eine genaue Betätigung sicherzustellen. Dies macht den Mechanismus zur Auslöseerfassung und Leistungsabschaltung recht empfindlich und weniger zuverlässig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Motorschraubendreher bereitzustellen, durch welchen die vorgenannten Probleme vermieden werden, indem man eine Kupplung zur Übertragung von Drehmoment mit einer Erfassungsvorrichtung zum Auslösen schafft, die für eine Bewegung zum Auslösen eines genauen und schnellen Abschaltens der Leistung sorgt.
Weitere Zielsetzungen und Vorzüge der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen deutlich.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Motorschraubendrehers;
2a schematisch und in größerem Maßstab einen Längsschnitt durch die drehmomentabhängige Kupplung und den Mechanismus zum Auslösen des Abschaltens des Motorwerkzeuges nach 1, der den Mechanismus in einem Zustand niedrigen Drehmoments zeigt;
2b den Mechanismus gemäß 2a in einer gelösten Stellung;
2c den Mechanismus gemäß 2a in einer das Abschalten auslösenden Stellung;
3a schematisch und in einem größeren Maßstab einen Ausschnitt der das Drehmoment übertragenden Kugeln und Kupplungstaschen in ihren niedriges Drehmoment übertragenden Stellungen;
3b die Ansicht gemäß 3a bei Beginn des Auslösens des Verlagerns der Kupplung;
3c die Ansicht gemäß 3 bei einer völlig gelösten Stellung der Kupplung.
Der in 1 gezeigte Motorschraubendreher besitzt einen durch einen Akku gespeisten Elektromotor 10, der durch einen manuell betätigten Ein-/Ausschalter (nicht gezeigt), und einen automatisch betätigten Trennschalter (nicht gezeigt) gesteuert wird.
Der Schraubendreher besitzt weiterhin ein Gehäuse 11, das in einen vorderen Abschnitt 12 und einen hinteren Abschnitt 13 unterteilt ist. In dem vorderen Abschnitt 13 ist ein zweistufiges Planeten-Reduktionsgetriebe angeordnet, dass eine erste Stufe 14 mit einem Sonnenrad 15, das durch die Abtriebsspindel 16 des Motors 10 gedreht wird, eine Anzahl von Planetenrädern 17, die an einem Planetenradträger 18 gelagert sind, und ein Hohlrad 19 umfasst, das an dem Gehäuse 11 festgelegt ist. Eine zweite Stufe 20 umfasst ein Sonnenrad 21, das an dem Planetenradträger 18 ausgebildet ist, und eine Anzahl von Planentenrädern 11, die an einem Planetenradträger 23 gelagert sind und mit dem Hohlrad 19 in Eingriff stehen, das entsprechend für beide Getriebestufen das gleiche ist. Wie in 1 dargestellt, ist der Planetenradträger 22 der zweiten Stufe 20 über ein Kupplungselement 24 mit einer antreibenden Kupplungshälfte 25 einer drehmomentabhängigen Rutschkupplung 26 verbunden.
Die Rutschkupplung 26 umfasst auch eine angetriebene Kupplungshälfte 27, die integral mit der Abtriebswelle 28 und der Schraubeinsatzaufnahme 29 und der Schraubeinsatzaufnahme 29 des Schraubendrehers ausgebildet ist. Die angetriebene Kupplungshälfte 27 umfasst ein ringförmiges Druckelement, eine Anzahl von Drehmoment übertragenden Kugeln 31, eine Vorlastfeder 32 zum Vorspannen des Druckelements 30 gegen die Kugeln 31 und eine einstellbare Federabstützung 33. Letztere ist axial durch eine Ringmutter 34 abgestützt, die auf ein Gewinde der Abtriebswelle 28 aufgeschraubt ist. Das Druckele ment 30 und die antreibende Kupplungshälfte 25 sind mit Taschen 35 bzw. 36 zur Aufnahme der Kugeln 31 und zur Übertragung von Drehmoment zwischen den Kupplungshälften 25 und 27 in herkömmlicher Weise ausgebildet. Die Taschen 35, 36 sind mit geneigten Seitenwandungen ausgebildet, die zusammen mit den Kugeln 31 eine axiale Verlagerung des Druckelements 30 bewerkstelligen, wenn die Kupplungshälften 25, 26 in Drehrichtung relativ zueinander bei einer gewissen vorbestimmten Drehmomentlast verlagert werden, siehe 3a bis c.
Weiterhin ist zwischen der angetriebenen Kupplungshälfte 27 und dem Druckelement 30 eine Kugel-Nut-Verbindung 38 vorgesehen, um eine gleichzeitige Drehmomentübertragung und axiale Verlagerung zwischen dem Druckelement 30 und der angetriebenen Kupplungshälfte 27 zu ermöglichen.
Das Druckelement 30 ist mit einem Hülsenelement 39 versehen, das sich von dem Druckelement 30 nach hinten in einen anliegenden Eingriff mit einem Betätigungselement 40 erstreckt. Letzteres besteht aus Stahl und besitzt einen sich nach hinten erstreckenden Hülsenbereich 40 und einen Flanschbereich 42. Der Hülsenbereich 41 ist auf einer äußeren zylindrischen Oberfläche 43 des Hohlrades 19 beweglich geführt und ein innerer Teil des Flanschbereichs 42 ist dazu gedacht, von dem hinteren Ende des Hülsenelements 39 anliegend erfasst zu werden. Eine Anzahl von Magneten 44 sind in einer gemeinsamen Ebene in einem Kreis am hinteren Ende des vorderen Gehäuseabschnittes 12 montiert und zur Erzeugung einer Anziehungskraft auf den Flanschbereich 42 des Betätigungselements 40 angeordnet.
In dem hinteren Gehäuseabschnitt 13 ist ein Trennschalter 46 montiert, der zur Aktivierung durch das Betätigungselement 40 angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Trennschalter 46 berührungslos in der Art eines Hallelements ausgebildet, das durch das einfache Vorhandensein des Hülsenbereiches 41 des Betätigungselements 40 ausgelöst wird.
Im Betrieb des Schraubendrehers wird während der anfänglichen Eindrehphase eines Anzugsvorgangs einer Schraubverbindung das durch den Motor 10 abgegebene Drehmoment über die Abtriebsspindel 17 durch die Stufen 14, 20 des Reduktionsgetriebes und das Kupplungselement 24 auf die antreibende Kupplungshälfte 25 übertragen. Dann wird das Drehmoment über die Kugeln 31 und das Druckelement 30 auf die Abtriebswelle 28 und weiter zu der anzuziehenden Schraubverbindung über die Schraubeinsatzanbringung 29 übertragen.
Anfänglich ist das Reaktionsmoment von der Schraubenverbindung niedrig genug, um die Schrauben 31 nicht dazu zu bringen, die geneigten Wandungen der Taschen 35, 36 in dem Druckelement 30 bzw. der antreibenden Kupplungshälfte 25 gegen die Vorlast der Feder 32 zu erklimmen. In diesem Zustand des Anzugsvorgangs, der in 2a dargestellt ist, nimmt das Betätigungselement 40 seine inaktive Stellung ein, in welcher es durch die Magneten 44 gegen das Ende des Hülsenelements 39 gezogen wird.
Wenn sich das Reaktionsmoment von der Schraubverbindung auf ein bestimmtes Niveau erhöht hat, zwingt die Nockenwirkung zwischen den geneigten Wänden der Taschen 35, 36 und den Kugeln 27 das Druckelement 30, sich axial (nach rechts in 2a–c) gegen die Vorlast der Feder 32 zu bewegen. Dies führt zu einer nachfolgenden Bewegung des Hülsenelements 39 sowie des Betätigungselements 40 unter der Wirkung der Magnete 44, bis das Betätigungselement 40 in Kontakt mit den Magneten 44 gelangt. Diese Stellung ist in 2b dargestellt.
Bei fortgesetzter Rotation der antreibenden Kupplungshälfte 25 erklimmt jede der Kugeln 37 die geneigten Wände der Taschen 35, 36 in der antreibenden Kupplungshälfte 25 und dem Druckelement 30 und überschreitet einen Scheitel bevor sie in die nächsten Taschen fallen, in einer bei dieser Art von Kupplung üblichen Weise. Wenn jedoch die Kugeln 31 in die nächsten Taschen fallen, wird das Druckelement 30 sehr abrupt durch die Kraft der Feder 32 beschleunigt. Dies bedeutet, dass das Druckelement 30, das Hülsenelement 39 und das Betätigungselement 40 ebenso abrupt beschleunigt werden und wenn das Druckelement 30 und das Hülsenelement 39 gestoppt werden, wenn die Kugeln 31 die Böden der neuen Taschen erreichen, wird das Betätigungselement 40 seine Bewegung- nach links in 2a–c – als Ergebnis seiner Trägheit fortsetzen, d. h. der während der Rückbewegung des Druckelements 30 erreichten kinetischen Energie.
Nun erreicht das Betätigungselement 40 über seine in 2a gezeigte inaktive Stellung niedrigen Drehmoments hinaus seine aktive Stellung, so dass das Hülsenelement 41 in eine Position gegenüber dem Sensor 46 gelangt und dadurch letzteren dazu bringt, ein Signal zum Auslösen des Abschaltens des Motors 10 abzugeben. Siehe 2c.
Nachdem es in seine aktive, den Schalter auslösende Stellung nach hinten geworfen worden ist, kehrt das Betätigungselement 40 unmittelbar durch die Anziehungskraft der Magneten 44 in seine inaktive Stellung zurück, wie in 2a gezeigt. In dieser Stellung nimmt das Betätigungselement 40 wieder seinen anliegenden Angriff mit dem Hülsenelement 39 ein.
Durch das frei bewegliche Anordnen des Betätigungselement 40 in der Wiedereingriffsrichtung der Kupplung, erhält man eine genaue und erweiterte Betätigungsbewegung des Betätigungselements 40, so dass das Auslösen des das Abschalten auslösenden Schalters 46 genau und sicher anzeigt, dass die Kupplung gelöst und das beabsichtigte Drehmomentniveau erreicht worden ist.
Auch wenn bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung Hallschalter zum Bewirken der berührungsfreien Betätigung verwendet werden, ist die Erfindung nicht auf die se Art von Schalter begrenzt. Jedoch wird die berührungsfreie Betätigung bevorzugt, weil sie nicht unter mechanischem Verschleiß leidet.
Auch ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Magneten zum Vorbelasten des Betätigungselements 40 in Richtung seiner inaktiven Stellung beschränkt. Alternativ kann eine Art von Feder eingesetzt werden. Magnete sind dennoch bevorzugt, weil sie keinen Ermüdungsbelastungen unterliegen.

Claims

Motorschraubendreher mit einer drehmomentabhängigen Antriebsabschaltung, der ein Gehäuse (11, 12, 13), einen Rotationsmotor (10), eine Abtriebswelle (28) und eine drehmomentabhängige Rutschkupplung (26) zum Übertragen von Drehmoment von dem Motor (10) zu der Abtriebswelle (28) aufweist, wobei die Kupplung (26) eine antreibende Kupplungshälfte (25), eine angetriebene Kupplungshälfte (27, 30, 39) und einen Nockenmechanismus (31, 35, 36) zum Übertragen des Drehmoments zwischen der antreibenden Kupplungshälfte (25) und der angetriebenen Kupplungshälfte (27, 30, 39) umfaßt, wobei eine der Kupplungshälften (27, 30, 39) mittels des Nockenmechanismus (31, 35, 36) in einer Ausrückrichtung aus einer Eingriffsstellung in eine Ausrückstellung axial beweglich ist, eine Feder zum Vorbelasten und Verlagern dieser ersten Kupplungshälfte (27, 30, 39) in Richtung der Eingriffsstellung angeordnet ist und eine Vorrichtung (40, 46) zum Erfassen des Ausrückens der Kupplung vorgesehen ist, die mit der ersten Kupplungshälfte (27, 30, 39) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (40, 46) zum Erfassen des Ausrückens der Kupplung einen Signale abgebenden Sensor (46), der in dem Gehäuse (11, 12, 13) gehalten ist, ein Betätigungselement (40), das zwischen einer inaktiven Stellung und einer aktiven Stellung frei beweglich ist, in welcher es mit dem Sensor (46) zusammenwirkt, und eine Vorspannvorrichtung (44) aufweist, die das Betätigungselement (40) in eine Anlage an die erste Kupplungshälfte (27, 30, 39) drückt, um die inaktive Stellung einzunehmen, wenn die erste Kupplungshälfte (27, 30, 39) ih re Eingriffsstellung einnimmt, wobei das Betätigungselement (40) durch die erste Kupplungshälfte (27, 30, 39) beschleunigt wird, wenn letztere nach dem Ausrücken der Kupplung wieder ihre Eingriffsstellung einnimmt, so daß das Betätigungselement (40) durch Trägheitskräfte in seine aktive Stellung zum Zusammenwirken mit dem Sensor (46) und Bewerkstelligen eines das Abschalten des Antriebes bewirkenden Signals verlagert wird.
Motorschraubendreher nach Anspruch 1, bei welchem das Betätigungselement (40) derart angeordnet ist, daß es der ersten Kupplungshälfte (27, 30, 39) während wenigstens eines Teils der Ausrückbewegung folgt und von der ersten Kupplungshälfte (27, 30, 39) getroffen wird, wenn letztere durch die Kraft der Feder (32) in Richtung ihrer Eingriffsstellung zurückbewegt wird, wodurch das Betätigungselement (40) eine wirksame Stoßenergie empfängt, um das Betätigungselement (40) in seine aktive Stellung zu bewegen.
Motorschraubendreher nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Betätigungselement (40) eine zylindrische Hülse (41) zum Zusammenwirken mit dem Sensor (46) aufweist.
Motorschraubendreher nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Betätigungselement (40) eine zylindrische Form besitzt und die erste Kupplungshälfte (27, 30, 39) einen röhrenförmigen Kontaktbereich (39) zur Anlage an dem Betätigungselement (40) aufweist.
Motorschraubendreher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der Sensor (46) einen Schalter in der Art ei nes Hallelements aufweist, der in einer berührungslosen Weise mit dem Betätigungselement (40) zusammenwirkt.
Motorschraubendreher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der Rotationsmotor (10) ein Elektromotor ist und eine Steuerungseinheit für den elektrischen Strom sowohl mit dem Motor (10) als auch mit dem Sensor (46) verbunden und zum Unterbrechen der Stromzufuhr zu dem Motor (10) vorgesehen ist, wenn sie ein Signal von dem Sensor (46) beim Ausrücken der Kupplung (26) empfängt.