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ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Werkzeugmaschinen und Verfahren zur Bewegung von Elementen
bezüglich
eines Objekts, beispielsweise zur Bewegung einer auf einen Bolzen
geschraubten Mutter, eines Bolzenkopfs usw.
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Werkzeugmaschinen der oben genannten allgemeinen
Art sind in der Technik bekannt. Bekannte motorisch betriebene Drehmomentwerkzeuge
haben eine Aktions- und eine entgegengesetzte Reaktionskraft. Die
Aktionskraft wird normalerweise von einem Antriebselement ausgeübt, das
ein Element drehen kann. Die Reaktionskraft wird üblicherweise mittels
einer Reaktionsstange an ein Objekt übertragen, das sich in der
Nähe des
zu drehenden Elements befindet. Die Reaktionsstange ist normalerweise
mit dem Werkzeuggehäuse
verbunden. Auf diese Art kommt nur eine der beiden entgegengesetzten
Kräfte
zum Einsatz.
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Eine Werkzeugmaschine für diesen
Zweck ist aus der US-A-5,499,558
bekannt. Das Werkzeug hat eine koaxiale Aktion und Reaktion sowie
entsprechende Teile, die die Aktion und Reaktion ausüben. Es
dreht sich jedoch nur einer der Teile, während der andere still steht.
Die gleichzeitige Ausübung
von entgegengesetzten Drehkräften
einer Werkzeugmaschinenaktion und -reaktion durch ein oder mehrere Glieder,
um diese in derselben Richtung zu drehen, stellt das Werkzeug jedoch
nicht zur Verfügung.
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Aus der eigenen US-Patentanmeldung
mit der lfd. Nummer 08/957,618, die der am 6. Mai 1999 veröffentlichten
EP 0 913 593 A entspricht,
ist ein Mutternelement mit mehreren eingeschraubten verzahnten Schraubengliedern
bekannt.
3 dieser Schrift
zeigt eine Ausführungsform
zum gleichzeitigen Drehen der Schrauben, indem der Außenumfang der
Zahnräder
mit einer Drehkraft beauf schlagt wird, während
4 eine Ausführungsform zum gleichzeitigen
Drehen der Schrauben zeigt, indem der Innenumfang der Zahnräder mit
einer Drehkraft beaufschlagt wird.
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Bei den bekannten Werkzeugmaschinen
dieser Art gibt es drei Negativkräfte, die wirken können, wenn
ein Bolzen über
ein Drehmoment gedehnt wird: eine seitliche Belastung, eine Biegekraft
und eine Torsion. Bei Verwendung eines Drehmomentschlüssels und
nur eines einzigen Antriebs zum Drehen der Schrauben kann Dreierlei
geschehen:
- – das Werkzeug würde eine
Reaktion auf ein benachbartes feststehendes Objekt ausüben müssen, wodurch
auf das Ringglied eine seitliche Belastung ausgeübt würde;
- – wenn
die Drehreibung der Schrauben höher
ist als die Reibung des Anschlags eines Endes der Schraubenglieder,
könnte
sich das ringartige Glied drehen, wodurch Torsion entsteht;
- – wenn
sich der Zahnradkopf einer der Schrauben leicht biegt und die Verzahnung überspringt,
würde die
Schraube nicht zugleich mit den anderen ausfahren, wodurch eine
Biegekraft des ringartigen Glieds entsteht.
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KURZE DARSTELLUNG DER
ERFINDUNG
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Dementsprechend ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugmaschine der oben genannten
Art bereitzustellen, bei der die Nachteile des Standes der Technik
vermieden werden.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung
besteht, kurz gesagt, in einer Werkzeugmaschine zur Bewegung eines
Elements in einer axialen Richtung bezüglich eines Objekts gemäß Anspruch
1.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auch auf ein Verfahren zum Bewegen eines Elements in einer
axialen Richtung bezüglich
eines Objekts durch eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 9.
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Wenn die Werkzeugmaschine erfindungsgemäß ausgelegt
ist und das Verfahren erfindungsgemäß ausgeführt wird, werden mehrere Glieder gleichzeitig
mit entgegengesetzten Drehkräften
des Aktionsantriebs und des Reaktionsantriebs der Werkzeugmaschine
beaufschlagt, um sie in derselben Richtung zu drehen. Mit der Aktionskraft
des Werkzeugs wird eine Umfangsseite der Schraubenglieder beaufschlagt,
während
mit der Reaktionskraft des Werkzeugs die andere Umfangsseite der
Schraubenglieder beaufschlagt wird. Das Element wird weder einer
seitlichen Belastung noch einer Torsion oder einer Biegekraft ausgesetzt.
Wenn die Schrauben in das Element geschraubt werden, muss sich das
Element axial bewegen. Durch das gleichzeitige Drehen sowohl des
Aktionsantriebs als auch des Reaktionsantriebs wird auch verhindert,
dass irgendeine Art von Werkzeugreaktion auf die Hand des Werkzeugbedieners übertragen
wird, und zwar einfach deshalb, weil beide sich entweder drehen
oder still stehen.
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Gemäß eines Wahlmerkmals der vorliegenden
Erfindung ist jedes Schraubenglied mit einem Zahnrad versehen, sodass
ein Zahnradring gebildet wird, und die Antriebe nehmen den Außen- und
Innenumfang des Rings aus Zahnrädern
in Eingriff.
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Gemäß einem weiteren Wahlmerkmal
der vorliegenden Erfindung besteht jedes Zahnrad aus zwei axial
beabstandeten Zahnradabschnitten, die unterschiedliche Zahnradcharakteristiken
aufweisen und von den entsprechenden Antrieben in Eingriff genommen
werden. Da der Außenumfang
des Rings aus Zahnrädern
größer ist
als der Innenumfang des Rings aus Zahnrädern, haben der Aktions- und der Reaktionsantrieb
aufgrund des Einsatzes eines einzigen Zahnrads am Ende jedes Schraubenglieds
eine unterschiedliche Drehgeschwindigkeit. Durch Verwendung von
zwei Zahnradabschnitten mit unterschiedlichen Zahnradcharakteristiken
können
die Drehgeschwindigkeiten des Aktions- und des Reaktionsantriebs
entsprechend eingestellt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung, sowohl was ihre Konstruktion als
auch was ihr Betriebsverfahren angeht, und ihre zusätzlichen
Ziele und Vorteile werden am leichtesten aus der folgenden Beschreibung
von lediglich beispielhaften besonderen Ausführungsformen im Zusammenhang
mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
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1 eine
Ansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine;
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2 eine
Ansicht einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine;
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3 eine
Einzelheit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
und
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4 eine
Anordnung aus mehreren Teilen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine,
die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet,
hat ein Gehäuse,
das insgesamt mit der Bezugszahl 1 gekennzeichnet ist.
Im Gehäuse 1 ist
eine nicht gezeigte Hauptantriebseinheit untergebracht, die beispielsweise
als fluidbetriebene Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet sein kann,
die zum Beispiel mit einem äußeren Drehelement
zur Lieferung einer Drehwirkung versehen sein kann.
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Die Werkzeugmaschine ist mit einem
Aktionsantrieb und einem Reaktionsantrieb ausgestattet. Einer der
Antriebe umfasst eine mittlere Welle 2, die mit dem drehenden Element
der Hauptantriebseinheit verbunden ist. Am gegenüberliegenden Ende ist die Welle 2 mit
einem mittleren Zahnrad 3 mit äußeren Zähnen verbunden. Der andere
Antrieb umfasst eine mittlere Scheibe 4; die mit äußeren Eingriffsausbildungen
beispielsweise in der Form von Keilen versehen ist, und ein ringförmiges Glied 5,
dessen innere Keile in die äußeren Keile
der mittleren Scheibe 4 eingreifen. Die Welle 2 erstreckt
sich mittig durch die mittlere Scheibe 4, wobei sich zwischen
diesen ein Spalt befindet, sodass sich die Welle 2 und
die mittlere Scheibe 4 unabhängig bezüglich einander drehen können. Die
mittlere Scheibe 4 kann fest mit dem Gehäuse 1 verbunden
sein. Die Antriebe 2, 3 und 4, 5 sind
zu einander und zu einer mittleren Achse A koaxial.
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Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine wird dazu
verwendet, eine axiale Bewegung eines Elements bezüglich eines
Objekts bereitzustellen. Bei der gezeigten Ausführungsform von 1 wird das Element durch eine Mutter 6 dargestellt,
die auf einen Bolzen 7 geschraubt ist, der sich durch ein
Objekt 8, beispielsweise einen Flansch u. ä., erstreckt. In
Gewindeöffnungen
der Mutter 6 sind mehrere Schrauben 9 geschraubt
und in einer Umfangsrichtung um die Achse A voneinander beabstandet.
Jede Schraube hat ein erstes Ende 10, das so ausgelegt ist,
dass es direkt oder indirekt mit dem Objekt 8 und einem
gegenüberliegenden
anderen Ende 11 zusammenwirkt; Zusammenwirken heißt beispielsweise, dass
es an dem Objekt 8 anschlägt, das Objekt 8 in Eingriff
nimmt oder an einer Unterlegscheibe zwischen dem Element 6 und
dem Objekt 8 anschlägt usw.
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Der Antrieb 2, 3 ist
so angeordnet, dass er die Schrauben 9 innen an der Innenseite
in Eingriff nimmt, während
der Antrieb 4, 5 so angeordnet ist, dass er die
Schrauben 9 außen
an der Außenseite
in Eingriff nimmt. Zu diesem Zweck ist jede Schraube 6 an
einem Ort, der axial vom ersten Ende 10 zum anderen Ende 11 hin
beab standet ist, beispielsweise mit mindestens einem Zahnrad 12 versehen.
Die Zahnräder 12 sind
umfangsmäßig um die
Achse A von einander beabstandet und bilden zusammen einen Ring
aus Zahnrädern
oder einen Satz Zahnräder.
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Wie aus den Zeichnungen ersichtlich,
nimmt das mittlere Zahnrad 3 des ersten Antriebs 2, 3 den Ring
der Zahnräder 12 innen
am Innenumfang in Eingriff oder nimmt mit anderen Worten jedes der
Zahnräder 12 an
seiner radialen Innenseite in Eingriff. Das ringförmige Glied 5 des
anderen Antriebs 4, 5 nimmt den Außenumfang
des Rings aus Zahnrädern
in Eingriff oder nimmt mit anderen Worten jedes Zahnrad 12 an
seiner radialen Außenseite
in Eingriff.
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Die erfindungsgemäße, in 1 gezeigte Werkzeugmaschine funktioniert
auf folgende Weise:
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Wenn die Werkzeugmaschine aktiviert
wird, bewirkt die Hauptantriebseinheit das Drehen der Welle 2 in
eine Richtung durch das nicht gezeigte drehende Element und dreht
somit auch das mittlere Zahnrad 3 des ersten Antriebs 2, 3.
Aufgrund einer Reaktionskraft dreht sich das Gehäuse 1 des Werkzeugs
in eine entgegengesetzte Richtung und dreht dadurch die mittlere
Scheibe 4, die wiederum das ringförmige Glied 5 in die
entgegengesetzte Richtung dreht. Dadurch werden die Zahnräder 12 unter
der Wirkung von Drehkräften,
mit denen jedes Zahnrad 12 radial nach außen und
radial nach innen beaufschlagt wird, in ein und dieselbe Richtung
gedreht. Als Reaktion auf das Drehen der Zahnräder 12 werden die
Schrauben 9 je nach Drehrichtung axial zum Objekt hin oder
vom Objekt weg verschoben, um die Mutter 6 axial zu verschieben
und somit den Bolzen 7 im Objekt 8 festzuziehen oder zu
lockern.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Die in 2 gezeigten Teile
der Werkzeugmaschine, die den in 1 gezeigten
Teilen der Werkzeugmaschine ähneln,
tragen dieselben Bezugszeichen. Die Zahnräder der Werkzeugmaschine dieser
Ausführungsform
haben eine andere Form. Jedes Zahnrad 19 hat zwei Zahnradglieder 20 und 21,
die in einer axialen Richtung voneinander beabstandet sind. Das
Zahnradglied 20 jedes Zahnrads 19 wird von dem
mittleren Zahnrad 3 des Antriebs 2, 3 in
Eingriff genommen, während
das Zahnradglied 21 jedes Zahnrads 19 von dem
ringförmigen
Glied 5 des Antriebs 4, 5 in Eingriff
genommen wird. Die Zahnradglieder 20 und 21 desselben
Zahnrads 19 haben unterschiedliche Zahnradcharakteristiken,
beispielsweise unterschiedliche Durchmesser, eine unterschiedliche
Anzahl von Zähnen,
unterschiedliche Steigungen usw. Diese unterschiedlichen Zahnradcharakteristiken
können
ausgewählt
werden, um die Drehgeschwindigkeit der Antriebe 2, 3 und 4, 5 einzustellen.
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Selbstverständlich ist es nicht notwendig,
die Zahnräder 12 oder 19 einstückig mit
den entsprechenden Schrauben 9 herzustellen. Wie aus 3 hervorgeht, ist ein Zahnrad 12' als ein getrenntes Glied
ausgebildet. Es ist mit einer inneren polygonalen Öffnung versehen
und auf einem polygonalen Vorsprung einer Schraube 9' angebracht.
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Mehrere Teile der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
können
zusammen eine einzige Einheit bilden, die in 4 gezeigt wird. Die Zahnräder 12' sind drehbar
zwischen dem mittleren Zahnrad 3 und dem ringförmigen Glied 5 befestigt.
Wenn das ringförmige
Glied 5 an der mittleren Scheibe 4 angebracht
ist, ist das mittlere Zahnrad 3 gleichzeitig an der mittleren
Welle 2 angebracht. Nun wird die Werkzeugmaschine zusammen
mit der so montierten Einheit an die polygonalen Schrauben 9' angelegt.
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Es versteht sich, dass manche Modifikationen
möglich
sind. Beispielsweise kann die Welle 2 unbeweglich mit dem
Gehäuse
des Werkzeugs verbunden sein, während
das mittlere Zahnrad 4 von einem drehenden Element des
Werkzeugs gedreht werden kann.
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Das ringförmige Glied 5 kann
unbeweglich mit dem Gehäuse
verbunden sein, und die mittlere Scheibe 4 kann wegfallen.
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Da die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine
eingesetzt werden kann, um Elemente (Muttern, Bolzen, usw.) mit
unterschiedlichen Durchmessern bezüglich des Objekts zu verschieben,
können
entsprechende Teile des Werkzeugs so hergestellt werden, dass sie
entfernbar sind und durch ähnliche
Teile mit unterschiedlichen Durchmessern ersetzt werden können. Beispielsweise
kann das mittlere Zahnrad 3 nicht einstückig mit der Welle 2 sein,
sondern durch ineinandergreifende polygonale Ausbildungen und dergleichen
entfernbar an der Welle angebracht sein und, falls notwendig, durch
mittlere Zahnräder unterschiedlicher
Durchmesser ersetzt werden. Die mittlere Scheibe 4 und/oder
das ringförmige
Glied 5 können
entfernbar am Gehäuse
angebracht sein und durch mittlere Scheiben und/oder ringförmige Glieder unterschiedlicher
Durchmesser ersetzt werden.
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Es versteht sich, dass jedes der
oben beschriebenen Elemente oder zwei oder mehr zusammen auch nutzbringend
in anderen Konstruktionsarten, die sich von den oben beschriebenen
Arten unterscheiden, Anwendung finden können.
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Die Erfindung wurde zwar im Hinblick
auf eine Werkzeugmaschine zur Bewegung eines Elements veranschaulicht
und beschrieben, soll aber nicht auf die gezeigten Einzelheiten
beschränkt
werden, da Modifizierungen und strukturelle Veränderungen vorgenommen werden
können,
ohne in irgendeiner Weise den Erfindungsrahmen, wie er durch die beiliegenden
Ansprüche
definiert wird, zu verlassen.