DE69710162T2

DE69710162T2 - Drehmomentschlüssel

Info

Publication number: DE69710162T2
Application number: DE69710162T
Authority: DE
Inventors: Rene Michel Fravallo; Ludovic Henri Georges Regnier
Original assignee: FACOM MORANGIS
Current assignee: FACOM MORANGIS
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: EP0845331B1; DE69710162D1; EP0845331A1; FR2756203B1; JPH10193274A; AU4534697A; US5911801A; FR2756203A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehmomentschlüssel des Typs, der einen Außenkörper mit langgestreckter Form, in dem der Kopf des Schlüssels um einen Drehzapfen angelenkt ist, einen Drücker, der im äußeren Körper axial beweglich und zum Kopf durch eine geeichte Feder vorbelastet ist, wenigstens ein erstes Wälzelement, das dazu bestimmt ist, die Reibung bei Verschiebungen des Drückers zu verringern, wobei dieses Wälzelement eine Umfangsoberfläche aufweist, die auf einer mit dem äußeren Körper fest verbundenen ersten Bahn rollt und gegen diese Bahn gepreßt wird, wenn das Drehmoment ausgeübt wird; sowie ein Kraftübertragungsorgan, das zwischen das vordere Ende des Drückers und das hintere Ende des Kopfes eingefügt ist, umfaßt (siehe US-A-3 633 445).
Die Erfindung findet auf sogenannte "Bruchschlüssel" (clé à cassure) Anwendung, bei denen sich der Außenkörper in Winkelrichtung in bezug auf den Kopf um einen relativ großen und sichtbaren Winkel verschiebt, wenn ein bestimmtes anliegendes Drehmoment erreicht ist. Außerdem findet sie auf sogenannte "signalgebende Drehmomentschlüssel" Anwendung, bei denen sich unter den gleichen Bedingungen der Außenkörper nur um einen geringen Winkel verschiebt und dem Anwender im wesentlichen durch ein Aufeinanderschlagen von zwei metallischen Teilen angezeigt wird, daß das maximale Drehmoment erreicht ist.
Es ist bekannt, die axiale Verschiebung des Drückers mit Hilfe eines oder mehrerer Wälzelemente zu erleichtern, um die Präzision der Einstellung des signalgebenden Drehmoments bei der Eichung und im zeitlichen Verlauf zu verbessern. Die Dokumente US-A-2 897 704, 5 503 042 und 5 244 284 sind Beispiele für diese Technologie.
Jedoch sind in jedem der obengenannten Dokumente die Wälzelemente mittels Achsen verlängerte Walzen, wobei die Achsen in Aufnahmsitzen (Öffnungen oder Nuten) des Drückers aufgenommen sind. Daraus ergibt sich eine starke Reibung zwischen diesen Achsen und ihren Aufnahmesitzen, wenn der Drücker verschoben wird, was der Präzision des signalgebenden Drehmoments abträglich ist.
Außerdem ist das Einfügen eines Kugelkranzes zwischen dem Drücker und dem Außenkörper bekannt (US-A-3 633 445 und 2 887 919). Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht in der geringen Leistung des Werkzeugs und seiner mäßigen mechanischen Widerstandsfähigkeit über die Zeit aufgrund der punktförmigen Kontakte zwischen den Kugeln und den Oberflächen, über die sie rollen.
Die Erfindung hat zum Ziel, in wirtschaftlicher Weise eine höhere Präzision und Reproduzierbarkeit des signalgebenden Drehmoments liefern.
Dazu hat die Erfindung einen Drehmomentschlüssel des weiter oben genannten Typs zum Gegenstand, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Wälzelement ein zylindrischer Rundkörper ist, dessen Umfangsoberfläche außerdem auf einer zweiten Bahn rollt, die am Drücker ausgebildet ist, und dadurch, daß jede Bahn eben ist.
Nun werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin:
- Fig. 1 eine teilweise angeschnittene Draufsicht eines Verwerfungsschlüssels gemäß der Erfindung ist;
- Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt ist, der entlang der Linie 11-11 in Fig. 1 genommen ist;
- Fig. 3 eine Ansicht im Querschnitt ist, der entlang der Linie III-III in Fig. 4 genommen ist;
- Fig. 4 eine vergrößerte Seitenansicht des Bereichs IV von Fig. 2 im Schnitt ist;
- Fig. 5 eine Draufsicht mit Teilschnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4 ist;
- die Fig. 6 und 7 Ansichten analog zu Fig. 4 sind, die jeweils zwei aufeinanderfolgende Funktionsphasen des Schlüssels veranschaulichen;
- die Fig. 8 und 9 zu Fig. 4 analoge Teilansichten der beiden Varianten sind;
- Fig. 10 eine zu Fig. 4 analoge Ansicht einer weiteren Variante ist;
- Fig. 11 eine zu Fig. 4 analoge Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist, die einen signalgebenden Schlüssel bildet; und
- Fig. 12 eine zur Fig. 11 analoge Ansicht ist, die den Schlüssel nach dem Geben des Signals zeigt.
Der Bruchschlüssel der Fig. 1 bis 5 umfaßt im wesentlichen einen Kopf 1, einen röhrenförmigen Außenkörper 2 mit kreisförmigem Querschnitt, einen Drücker 3, eine geeichte schraubenförmige Feder 4 und einen Stellmechanismus 5. Als Gesamtheit hat das Werkzeug eine Hauptachse X-X.
Der Kopf 1 ist ein Teil, das einen vorderen Block 6, einen Gelenkzwischenbereich 7 und ein Endstück 8 umfaßt. Der Block 6 weist von seinem vorderen Ende ausgehend eine Blindbohrung 9 auf, in die eine Betätigungsvorrichtung 10 eingepaßt ist, die befestigt ist. Diese letztere ist typisch ein durch Drehen wieder lösbarer Sperrklinkenkopf, der mit einem Vierkantbund 11 versehen ist, auf den eine (nicht gezeigte) Schraubfassung paßt.
Der Bereich 7 des Kopfes 1 dreht sich auf einem Drehzapfen 12, der den Körper 2 diametral durchquert und mit ihm verbunden ist. Das hintere Ende des Endstücks 8 ist gegabelt und trägt einen zylindrischen Rollkörper 13, der sich auf einem zum Drehzapfen 12 parallelen Drehzapfen 14 dreht.
Aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß, wie in Fig. 2 gezeigt ist, der Drehzapfen 12 horizontal ist - wie die Hauptachse X-X. Dies entspricht dem Anziehen einer Schraube oder einer (nicht dargestellten) Mutter mit horizontaler Achse. Außerdem wird angenommen, daß das Anziehen dieses mit einem Gewinde versehenen Organs erfolgt, indem das rechte Ende des Körpers 2 entsprechend dem Pfeil F von Fig. 2 nach unten bewegt wird.
In einem Zwischenbereich des Körpers 2 ist eine Gleitschiene 15 mit röhrenartiger Grundform befestigt. Diese Gleitschiene definiert eine horizontale und ebene obere Bahn 16 sowie eine horizontale und ebene untere Bahn 17 (Fig. 3). Diese beiden Bahnen, die in diesem Beispiel die gleiche Länge L aufweisen, sind in bezug auf die vertikale Mittelebene P symmetrisch und seitlich von Seitenflächen 116 bzw. 117 begrenzt, die parallel zur Ebene P sind. Die Gleitschiene definiert außerdem zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen 18, die ebenfalls parallel zur Ebene P sind.
Über dem hinteren Teil des Körpers 2 ist ein Handgriff 19 aus Kunststoff befestigt.
Der Drücker 3 besitzt einen Abschnitt mit zylindrischer Grundform, der so beschaffen ist, daß er mit Spiel in der Gleitschiene 15 gleitet. In seinem vorderen Teil bildet eine Aussparung eine horizontale und ebene Bahn 20, die parallel zu den Drehzapfen 12 und 14 ist. Hinter dieser Bahn 20, auf der entgegengesetzten Seite in bezug auf die Achse X-X, enthält der Drücker eine zweite Aussparung, die parallel zur ersten eine zweite horizontale und ebene Bahn 21 definiert. Die Bahn 20 befindet sich gegenüber der Bahn 16 der Gleitschiene und die Bahn 21 befindet sich gegenüber der Bahn 17.
Zwischen den Bahnen 16 und 20 ist ein vorderer zylindrischer Rundkörper 22 eingefügt, und zwischen den Bahnen 17 und 21 ist ein hinterer zylindrischer Rundkörper 23 eingefügt. In diesem Beispiel besitzen beide Rundkörper den gleichen Durchmesser. Außerdem haben sie die Länge L, so daß sie zwischen den Seitenflächen 116, 117 der beiden Bahnen geführt werden.
An seinem hinteren Ende, unmittelbar hinter der Bahn 21, umfaßt der Drücker einen sphärisch gewölbten Bereich 24, der über zwei einander diametral gegenüberliegende Punkte 25 mit den Seitenflächen 18 der Gleitschiene in Kontakt ist.
An seinem vorderen Ende umfaßt der Drücker einen Nocken mit horizontalen und transversalen Erzeugenden, der aus zwei aufeinanderfolgenden Rampen 26 und 27 gebildet ist. Die untere Rampe 26 besitzt eine verhältnismäßig schwache Neigung, beispielsweise in der Größenordnung von 35º, während die obere Rampe 27 eine deutlich stärkere Neigung, beispielsweise in der Größenordnung von 70º besitzt. Diese Neigungen sind in bezug auf die Achse X-X gemessen.
Diese beiden Rampen sind durch eine Rundung 28 verbunden, die tangential an diese anschließt und deren Mittelpunkt sich in etwa auf halber Länge der Bahn 20 und in radialer Richtung auf der Höhe des Mittelpunkts des Rundkörpers 22 befindet.
Die Rückwand des Drückers 3 ist vertikal und mit einer mittigen kegelförmigen Aussparung 29 versehen. Eine Kugel 30 liegt in dieser Aussparung sowie in einer gegenüberliegenden kegelförmigen Aussparung 31 auf, die in der Vorderwand eines mit dem vorderen Ende der Feder 4 fest verbundenen Ansatzstücks 32 vorgesehen ist.
Eine analoge Baugruppe Ansatzstück-Kugel 33 ist am hinteren Ende der Feder 4 vorgesehen, wobei an der Kugel eine vertikale Platte 34 anliegt, die Bestandteil des Stellmechanismus 5 ist. Dieser letztere ist herkömmlich und umfaßt ein Schraube-Mutter-System, dessen Schraube 35 mittels eines Kreuzschlüssels 35A betätigt wird. Das so eingestellte signalgebende Drehmoment, das durch den Druck der Feder 4 definiert ist und der Position der Platte 34 entspricht, wird auf einer entsprechenden Skala des Körpers 2, die durch ein Fenster 36 des Handgriffs 19 sichtbar ist, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, angezeigt.
Die Funktionsweise des so beschriebenen Verwerfungsschlüssels ist folgende:
Im Ruhezustand (Fig. 4 und 5) liegt der Rollkörper 13 am oberen Bereich der unteren Rampe 26 in der Nähe der Rundung 28 an, und das Endstück 8 ist in 37 gegen den unteren Bereich des Körpers 2 in Anschlag. Außerdem befindet sich jeder Rundkörper 22, 23 in der Nähe des hinteren Endes der zugeordneten Bahn 20, 21.
Wenn auf den Handgriff 19 eine Kraft gemäß dem Pfeil F von Fig. 2 ausgeübt wird, übt der Rollkörper 13 auf den Drücker 3 eine radiale Gegenkraft R aus, die eine axiale Komponente RA besitzt, die nach hinten gerichtet ist. Wenn bei sich erhöhender Kraft diese axiale Komponente die Kraft der Feder 4 kompensiert, beginnt der Drücker zurückzuweichen, so daß der Rollkörper 13 über die Rundung 28 (Fig. 6) und dann über die obere Rampe 27 (Fig. 7) rollt, bis das Endstück 8 in 38 gegen den oberen Bereich des Körpers 2 in Anschlag gelangt.
Wenn sich der Rollkörper der Rundung 28 nähert, nimmt aufgrund der größeren Steilheit des Nockens 26 bis 28 das Drehmoment ab, sowie das durch die Einstellung des Werkzeugs bestimmte maximale Drehmoment erreicht ist. Aufgrund der Neigung der oberen Rampe 27 wird das Drehmoment jedoch nicht plötzlich aufgehoben, was gefährlich wäre. Das Zusammenprallen, das gegebenenfalls in 38 (Fig. 7) zwischen dem Endstück 8 und dem Körper 2 erfolgt, zeigt an, daß die maximale Verwerfung des Schlüssels erreicht ist. Die Bahnen 20 und 21 sind so bemessen, daß sich die Rundkörper dann in der Nähe des vorderen Endes dieser Bahnen befinden.
Die Gegenkraft R wirkt ständig in unmittelbarer Nähe des Rundkörpers 22, so daß dieser die Kraft auf die zugeordnete Bahn 16 überträgt. Aufgrund der Tatsache, daß dieser Rundkörper gleichzeitig auf der Bahn 16 und auf der Bahn 20 des Drückers rollt, ist nur ein Rollwiderstand zu überwinden, was dem Drücker eine besonders hohe Bewegungsfreiheit sichert. Folglich können eine hohe Präzision der Regelung des signalgebenden Drehmoments, eine hohe zeitliche Stabilität dieses Drehmoments und eine gute Reproduzierbarkeit der Leistungsdaten von einem Werkzeug zum anderen erreicht werden.
Die Rundkörper sind zylindrisch und durch das Zusammenwirken ihrer Stirnflächen mit den vertikalen Seitenflächen 116, 117 der Bahnen 16 und 17 gut geführt. Dafür kommt die Tiefe der entsprechenden Aussparungen dem Radius der Rundkörper nahe. Daraus folgt, daß zwischen jedem Rundkörper und den zugehörigen Bahnen eine linienförmige Berührung beibehalten worden ist und demzufolge die Andrücke verhältnismäßig schwach sind, wodurch der Verschleiß über die Zeit geringer ist.
Außerdem sind die Bahnen 20 und 21 über die gesamte Breite der entsprechenden Sehnen des Querschnitts des Drückers (Fig. 3) ausgebildet, wobei sie breiter als die Bahnen 16 und 17 sind. Folglich besitzt der Drücker eine gewisse horizontale Ausfederungsfreiheit durch Drehung um eine vertikale Achse Y-Y, die durch den Mittelpunkt des sphärischen Bereichs 24 verläuft, wobei die Führung durch zwei seitliche Kontakte 25 (Fig. 3) gewährleistet ist. Dies sichert ein selbsttätiges Ausrichten des Druckers in bezug auf den Rollkörper 13, und folglich eine linienförmige Berührung mit schwachem Andruck zwischen diesem letzteren und dem Nocken 26 bis 28.
In einer Variante kann die obere Rampe 27 konkav sein (Fig. 8) und/oder über eine schaffe Kante 128 (Fig. 9) an die Rampe 26 anschließen.
In einer Variante von Fig. 10 läuft die äußere Oberfläche der Gleitschiene 15 in einem Winkel α von wenigen Grad nach vorn zu und weist hinten einen sphärischen Bereich 39 auf, der sich wie ein Kugelgelenk im Körper 2 dreht. Zwei einander diametral gegenüberliegende Stellschrauben 40 mit gemeinsamer vertikaler Achse durchqueren die mit einem Innengewinde versehenen Öffnungen des Körpers 2 und gelangen in Kontakt zur äußeren Oberfläche des vorderen Endes der Gleitschiene. Ihre Eindringtiefen bestimmen die Winkelausrichtung β der Gleitschienenachse in bezug auf die Achse X-X in der vertikalen Mittelebene P.
Dies ermöglicht, zu Beginn die Neigung der Rampen 26 und 27 einzustellen; es vereinfacht folglich die anfängliche Eichung des Werkzeugs.
Der in den Fig. 11 und 12 gezeigte Schlüssel weicht in zwei Aspekten von demjenigen der Fig. 1 bis 5 ab.
Einerseits handelt es sich um einen signalgebenden Schlüssel des Typs mit einem Würfel. Folglich sind die Rückwand des Endstücks 8 und die Vorderwand des Drückers einander gegenüberliegende vertikale Flächen, die jeweils eine kegelstumpfförmige Aussparung 41 mit vertikalem und ebenem Boden 42 enthalten.
Im Ruhezustand liegt ein Würfel 43 an beiden Böden 42 (Fig. 11) an. Wenn das vorgegebene maximale Drehmoment erreicht ist, stellt sich der Würfel schräg und die Verlängerung der axialen Komponente der Diagonale, die sich daraus ergibt, läßt den Drücker zurückweichen (Fig. 12), bis das Endstück 8 in 38 in Kontakt zu dem oberen Bereich des Körpers 2 gelangt. In einer Variante könnte der Würfel 43 durch eine Kugel, die in der Art der Kugel 30 mit zwei kegelförmigen Aussparungen zusammenwirkt, oder auch durch jede andere bekannte signalgebende Vorrichtung ersetzt werden.
Andererseits wird von folgender Beobachtung ausgegangen: In den Beispielen der Fig. 1 bis 10 ist der vordere Rundkörper 22 einer sehr großen Druckkraft ausgesetzt; das gleiche gilt jedoch nicht für den hinteren Rundkörper 23, der nur schwach beansprucht wird. Folglich kann, zumindest in bestimmten Fällen, der hintere Rundkörper durch einen wirtschaftlicher herzustellenden Kontakt ersetzt werden, der hier ein direkter Reibungskontakt des unteren hinteren Bereichs des Drückers auf der Gleitschiene 15 ist. Dieser Kontakt wird in vorteilhafter Weise durch den sphärischen Bereich 24 sichergestellt, der bereits zur seitlichen Führung mit selbsttätiger Ausrichtung des Drückers benutzt wird.

Claims

1. Drehmomentschlüssel des Typs, der einen Außenkörper (2) mit langgestreckter Form, in dem der Kopf (1) des Schlüssels um einen Drehzapfen (12) angelenkt ist; einen Drücker (3), der im äußeren Körper axial beweglich und zum Kopf durch eine geeichte Feder (4) vorbelastet ist; wenigstens ein erstes Wälzelement (22), das dazu bestimmt ist, die Reibung bei Verschiebungen des Drückers zu verringern, wobei dieses Wälzelement eine Umfangsoberfläche aufweist, die auf einer mit dem äußeren Körper fest verbundenen ersten Bahn (16) rollt und gegen diese Bahn gepreßt wird, wenn das Drehmoment ausgeübt wird; sowie ein Kraftübertragungsorgan (13; 43), das zwischen das vordere Ende des Drückers und das hintere Ende des Kopfes eingefügt ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzelement (22) ein zylindrischer Rundkörper ist, dessen Umfangsoberfläche außerdem auf einer zweiten Bahn (20) rollt, die am Drücker (3) ausgebildet ist, und daß jede Bahn (16, 20) eben ist.

2. Drehmomentschlüssel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Bahnen (16) durch zwei Seitenflächen (116) begrenzt ist, die mit den Stirnflächen des Rundkörpers (22) zusammenwirken, während die andere Bahn (20) breiter ist.

3. Drehmomentschlüssel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel (23; 24) für den direkten oder indirekten Kontakt zwischen einem mit dem äußeren Körper (2) fest verbundenen Teil (15) und einem Bereich des Drückers (3), der sich hinter der zweiten Bahn (20) und gegenüber dieser letzteren in bezug auf die allgemeine Achse (X-X) des äußeren Körpers befindet, umfaßt.

4. Drehmomentschlüssel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmittel (23, 24) ein zweites Wälzelement (23) umfassen, das insbesondere zum ersten Wälzelement (22) analog ist.

5. Drehmomentschlüssel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmittel (23, 24) eine mit dem Drücker (3) fest verbundene gewölbte Oberfläche (24) umfassen.

6. Drehmomentschlüssel nach einem der Anschlüsse 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drücker (3) an seinem vorderen Ende zwei aufeinanderfolgende Nockenrampen (26, 27) umfaßt, die zwei unterschiedliche Neigungen besitzen, die durch eine Rundung (28) oder eine scharfe Kante (128) verbunden sind, und daß das Kraftübertragungsorgan (13) auf diesen Rampen rollt.

7. Drehmomentschlüssel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsorgan (13) und die Rampen (27, 28) miteinander verbundene, insbesondere geradlinige Erzeugende besitzen und daß der Drücker (3) mit einem Auslenkungsspiel angebracht ist, das seine Selbstausrichtung auf das Kraftübertragungsorgan (13) sicherstellt.

8. Drehmomentschlüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsorgan (43) ein Würfel (43) oder eine Kugel ist, die mit Aussparungen (41) gegenüber dem Drücker (3) und dem Kopf (1) zusammenwirkt.

9. Drehmomentschlüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bahn (16) in einer im äußeren Körper (2) ausgebildeten Gleitschiene (15) vorgesehen ist.

10. Drehmomentschlüssel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung der Gleitschiene (15) in bezug auf die allgemeine Achse X-X des äußeren Körpers (2) einstellbar ist.

11. Drehmomentschlüssel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschiene (15) eine röhrenförmige allgemeine Form besitzt und eine sich verjüngende äußere Oberfläche aufweist, wobei an einem Ende dieser Oberfläche eine abgerundete Form (39) ausgebildet ist und an dem gegenüberliegenden Ende dieser Oberfläche Neigungseinstellmittel, insbesondere durch den äußeren Körper (2) verlaufende radiale Schrauben (40), vorhanden sind.