DE60038357T2 - Angetriebener schraubenschlüssel mit drehmoment-abhängiger energiezufuhr-abschaltung - Google Patents
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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 und5,201,374 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 nach1 , der den Mechanismus in einem Zustand niedrigen Drehmoments zeigt; -
2b den Mechanismus gemäß2a in einer gelösten Stellung; -
2c den Mechanismus gemäß2a 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 gemäß3a bei Beginn des Auslösens des Verlagerns der Kupplung; -
3c die Ansicht gemäß3 bei einer völlig gelösten Stellung der Kupplung. - Der in
1 gezeigte Motorschraubendreher besitzt einen durch einen Akku gespeisten Elektromotor10 , 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 Abschnitt12 und einen hinteren Abschnitt13 unterteilt ist. In dem vorderen Abschnitt13 ist ein zweistufiges Planeten-Reduktionsgetriebe angeordnet, dass eine erste Stufe14 mit einem Sonnenrad15 , das durch die Abtriebsspindel16 des Motors10 gedreht wird, eine Anzahl von Planetenrädern17 , die an einem Planetenradträger18 gelagert sind, und ein Hohlrad19 umfasst, das an dem Gehäuse11 festgelegt ist. Eine zweite Stufe20 umfasst ein Sonnenrad21 , das an dem Planetenradträger18 ausgebildet ist, und eine Anzahl von Planentenrädern11 , die an einem Planetenradträger23 gelagert sind und mit dem Hohlrad19 in Eingriff stehen, das entsprechend für beide Getriebestufen das gleiche ist. Wie in1 dargestellt, ist der Planetenradträger22 der zweiten Stufe20 über ein Kupplungselement24 mit einer antreibenden Kupplungshälfte25 einer drehmomentabhängigen Rutschkupplung26 verbunden. - Die Rutschkupplung
26 umfasst auch eine angetriebene Kupplungshälfte27 , die integral mit der Abtriebswelle28 und der Schraubeinsatzaufnahme29 und der Schraubeinsatzaufnahme29 des Schraubendrehers ausgebildet ist. Die angetriebene Kupplungshälfte27 umfasst ein ringförmiges Druckelement, eine Anzahl von Drehmoment übertragenden Kugeln31 , eine Vorlastfeder32 zum Vorspannen des Druckelements30 gegen die Kugeln31 und eine einstellbare Federabstützung33 . Letztere ist axial durch eine Ringmutter34 abgestützt, die auf ein Gewinde der Abtriebswelle28 aufgeschraubt ist. Das Druckele ment30 und die antreibende Kupplungshälfte25 sind mit Taschen35 bzw.36 zur Aufnahme der Kugeln31 und zur Übertragung von Drehmoment zwischen den Kupplungshälften25 und27 in herkömmlicher Weise ausgebildet. Die Taschen35 ,36 sind mit geneigten Seitenwandungen ausgebildet, die zusammen mit den Kugeln31 eine axiale Verlagerung des Druckelements30 bewerkstelligen, wenn die Kupplungshälften25 ,26 in Drehrichtung relativ zueinander bei einer gewissen vorbestimmten Drehmomentlast verlagert werden, siehe3a bis c. - Weiterhin ist zwischen der angetriebenen Kupplungshälfte
27 und dem Druckelement30 eine Kugel-Nut-Verbindung38 vorgesehen, um eine gleichzeitige Drehmomentübertragung und axiale Verlagerung zwischen dem Druckelement30 und der angetriebenen Kupplungshälfte27 zu ermöglichen. - Das Druckelement
30 ist mit einem Hülsenelement39 versehen, das sich von dem Druckelement30 nach hinten in einen anliegenden Eingriff mit einem Betätigungselement40 erstreckt. Letzteres besteht aus Stahl und besitzt einen sich nach hinten erstreckenden Hülsenbereich40 und einen Flanschbereich42 . Der Hülsenbereich41 ist auf einer äußeren zylindrischen Oberfläche43 des Hohlrades19 beweglich geführt und ein innerer Teil des Flanschbereichs42 ist dazu gedacht, von dem hinteren Ende des Hülsenelements39 anliegend erfasst zu werden. Eine Anzahl von Magneten44 sind in einer gemeinsamen Ebene in einem Kreis am hinteren Ende des vorderen Gehäuseabschnittes12 montiert und zur Erzeugung einer Anziehungskraft auf den Flanschbereich42 des Betätigungselements40 angeordnet. - In dem hinteren Gehäuseabschnitt
13 ist ein Trennschalter46 montiert, der zur Aktivierung durch das Betätigungselement40 angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Trennschalter46 berührungslos in der Art eines Hallelements ausgebildet, das durch das einfache Vorhandensein des Hülsenbereiches41 des Betätigungselements40 ausgelöst wird. - Im Betrieb des Schraubendrehers wird während der anfänglichen Eindrehphase eines Anzugsvorgangs einer Schraubverbindung das durch den Motor
10 abgegebene Drehmoment über die Abtriebsspindel17 durch die Stufen14 ,20 des Reduktionsgetriebes und das Kupplungselement24 auf die antreibende Kupplungshälfte25 übertragen. Dann wird das Drehmoment über die Kugeln31 und das Druckelement30 auf die Abtriebswelle28 und weiter zu der anzuziehenden Schraubverbindung über die Schraubeinsatzanbringung29 übertragen. - Anfänglich ist das Reaktionsmoment von der Schraubenverbindung niedrig genug, um die Schrauben
31 nicht dazu zu bringen, die geneigten Wandungen der Taschen35 ,36 in dem Druckelement30 bzw. der antreibenden Kupplungshälfte25 gegen die Vorlast der Feder32 zu erklimmen. In diesem Zustand des Anzugsvorgangs, der in2a dargestellt ist, nimmt das Betätigungselement40 seine inaktive Stellung ein, in welcher es durch die Magneten44 gegen das Ende des Hülsenelements39 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 Kugeln27 das Druckelement30 , sich axial (nach rechts in2a –c) gegen die Vorlast der Feder32 zu bewegen. Dies führt zu einer nachfolgenden Bewegung des Hülsenelements39 sowie des Betätigungselements40 unter der Wirkung der Magnete44 , bis das Betätigungselement40 in Kontakt mit den Magneten44 gelangt. Diese Stellung ist in2b dargestellt. - Bei fortgesetzter Rotation der antreibenden Kupplungshälfte
25 erklimmt jede der Kugeln37 die geneigten Wände der Taschen35 ,36 in der antreibenden Kupplungshälfte25 und dem Druckelement30 und überschreitet einen Scheitel bevor sie in die nächsten Taschen fallen, in einer bei dieser Art von Kupplung üblichen Weise. Wenn jedoch die Kugeln31 in die nächsten Taschen fallen, wird das Druckelement30 sehr abrupt durch die Kraft der Feder32 beschleunigt. Dies bedeutet, dass das Druckelement30 , das Hülsenelement39 und das Betätigungselement40 ebenso abrupt beschleunigt werden und wenn das Druckelement30 und das Hülsenelement39 gestoppt werden, wenn die Kugeln31 die Böden der neuen Taschen erreichen, wird das Betätigungselement40 seine Bewegung- nach links in2a –c – als Ergebnis seiner Trägheit fortsetzen, d. h. der während der Rückbewegung des Druckelements30 erreichten kinetischen Energie. - Nun erreicht das Betätigungselement
40 über seine in2a gezeigte inaktive Stellung niedrigen Drehmoments hinaus seine aktive Stellung, so dass das Hülsenelement41 in eine Position gegenüber dem Sensor46 gelangt und dadurch letzteren dazu bringt, ein Signal zum Auslösen des Abschaltens des Motors10 abzugeben. Siehe2c . - Nachdem es in seine aktive, den Schalter auslösende Stellung nach hinten geworfen worden ist, kehrt das Betätigungselement
40 unmittelbar durch die Anziehungskraft der Magneten44 in seine inaktive Stellung zurück, wie in2a gezeigt. In dieser Stellung nimmt das Betätigungselement40 wieder seinen anliegenden Angriff mit dem Hülsenelement39 ein. - Durch das frei bewegliche Anordnen des Betätigungselement
40 in der Wiedereingriffsrichtung der Kupplung, erhält man eine genaue und erweiterte Betätigungsbewegung des Betätigungselements40 , so dass das Auslösen des das Abschalten auslösenden Schalters46 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 (6)
- 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.
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