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Durch Motor angetriebener Schlagschraubenschlüssel mit einem zum Fassen
der Schraube od.dgl. dienenden Werkzeugkopf und mit einer Schlagkupplung I)ir 1,1
rtiii<luiig betrifft Schlagschraubenschlüssel arid insl-,cmcl_#re eine Vorrichtung
zur Anzeige und Regelung der Größe des Drehmoments. Eine Regelung ist bei vielen
industriellen Anwendungen wünschens-,vert, beispielsweise beim Zusammenbau der Teile
von Verbrennungskraftmaschinen, etwa bei den Zylinderkopfschrauben, den Pleuelstangenschrauben
und den Hauptlagerschrauben.
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Irn allgemeinen kennt man zwei Arten von Schlagschraubenschlüsseln
cnit umlaufendem Nfotor. Die eine :@rt weist einen das Drehmoment elastisch aufnehmenden
Energiespeicher auf, z. B. eine Feder, die bei bestimmter Last die gespeicherte
Energie zur Beschleunigung des Hammers freigibt. Maliei wird die ;\ntriebswelle
durch einen Motor über ein Getriebe mehr oder weniger gleichmäßig angetrieben. Bei
der au.deren Art ist eine im wesentlichen unmittelbare Verbindung zwischen dem Rotor
des Motors und den Hammerköpfen der Kupplung vorgesehen, so daB der Motor synchron
mit dem Hammer anläuft, stillsteht und zurückschwingt. Bei einer solchen Anordnung
erfolgt das Ein- und Auskuppeln im allgemeinen mittels eines zentrifugal- oder pockengesteuerten
Mechanismus, der ein, zufriedenstellendes Arbeiten bei verschiedenen Geschwindigkeiten
erlaubt.
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Durch Änderung des den Motor antreibenden i.uftdruckes können die
D1-ehzahl und das maximale Drehmoment entsprechend geändert werden. Dies erfolgt
manchmal durch Einfügen eines Druckregulators
in den Frischluftzuführungsweg,
womit der Luftdruck so eingestellt werden kann, daß die Schraube gerade bis zur
gewünschten Anspannung angezogen wird, wenn man das Werkzeug lange genug an der
betreffenden Schraube arbeiten läßt. Diese Arbeitsweise wird als Verfahren des äußersten
Drehmoments bezeichnet.
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Ein Schlagschraubenschlüssel gibt seine Leistung durch eine Reihe
einzelner Drehstöße über einen Werkzeugkopf ab, der mit den Amboßteilen der Kupplung
fest verbunden ist. Wenn man annimmt, claß das Werkstück eine Schraube ist, deren
Widerstand gegen Drehung mit zunehmender Einschraubung wächst, so ist das äußerste
Drehmoment, das auftreten kann, durch die Festigkeit des Werkstückes oder die Nachgiebigkeit
des die Drehstöße übertragenden Werkzeugkopfes begrenzt. Bei genügender Festigkeit
des Werkstückes wird also das mit einem gegebenen Werkzeug bei einem gegebenen Luftdruck
zu erhaltende äußerste Drelimonient auftreten, wenn die gesamte Leistung (nach Abzug
der Reibungsverluste) eines jeden Schlages durch die elastische Verdrehung des Werkzeugkopfes
aufgenommen wird. Diesem äußersten Drehmoment nähert man sich aber im allgemeinen
nur nach längerer Arbeit des Werkzeuges, da mit zunehmender Stärke der Drehstöße
diese Zunahme stetig abnimmt. Daher wird das Verfahren des äußersten Drehmoments
für die Regelung bei der Massenherstellung nicht für praktisch gehalten.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Überwindung dieser Nachteile unter
Beibehaltung der Vorteile des Verfahrens des äußersten Drehmoments. Die Ausbildung
nach der Erfindung ermöglicht bei gleicher Genauigkeit in der Vorbestimmung der
Schraubenanspannung ein Festziehen der Schraube in einem Viertel der Zeit oder weniger.
Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Notwendigkeit hochqualifizierteFacharbeiter
zu verwenden, zu beseitigen. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, Mittel zur
Anzeige der Größe jeden Drehstoßes zu schaffen. Außerdem ist es eine Aufgabe der
Erfindung, Mittel zur selbsttätigen Unterbrechung der Arbeit des Schraubenschlüssels
vorzusehen, wenn das ausgeübte Drehmoment einen bestimmten einstellbaren Wert übersteigt.
Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, Vorkehrungen zu treffen, die den
Beginn eines neuen Arbeitsganges des Schlagschraubenschlüssels so lange verhindern,
bis der Arbeiter zunächst das.Drosselventil geschlossen und dann wieder von neuem
geöffnet hat.
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Aus den vorerwähnten Gründen benutzt die Erfindung einen Luftdruck,
der wesentlich höher ist als der üblicherweise bei dem Verfahren des äußersten Drehmoments
zur Erreichung derselben Anspannung benutzte Luftdruck. Nach dieser Maßnahme ist
es notwendig, das abgegebene Drehmoment des Schraubenschlüssels durch besondere
Mittel auf einen Wert zu begrenzen, der unter dem äußersten Drehmoment für diesen
erhöhten Luftdruck liegt. Da es nicht möglich ist, einen Werkzeugkopf so lang auszubilden,
daß seine elastische Verdrehung unmittelbar gemessen und zur Anzeige des Drehmoments
benutzt werden kann, wird gemäß der Erfindung die Energie, die in der elastischen
Verdrehung gespeichert ist, gemessen. Der Betrag der gespeicherten Energie wird
sich mit dem Quadrat des maximalen Drehmoments ändern, das während eines jeden Drehstoßes
auftritt. Dieses maximale Drehmoment wird erreicht, wenn der Werkzeugkopf seine
größte Verdrehung erreicht hat, wenn also die Hammerköpfe der Kupplung ihre gesamte
kinetische Energie abgegeben haben und wenn sowohl das Werkstück als auch die Kupplung
stillstehen. Die im Werkzeugkopf gespeicherte Federenergiewird darauf eine umgekehrte
Bewegung und Beschleunigung der Hammerköpfe und des Rotors verursachen. Diese umgekehrte
Bewegung wird äls Zurückpendeln bezeichnet. Die Energie des Zurückpendelns ist ein
genaues Maß des maximalen Drehinoments des betreffenden Drehstoßes.
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Ein -Merkmal des Erfindungsgegenstandes besteht in den Mitteln zum
liessen des maximalen Drehmoments bei jedem Drehstoß und darin, daß die im Werkzeugkopf
gespeicherte und anschließend auf die Hammerköpfe als kückpendlungsenergie übertragene
Federenergie gemessen wird. Die Rückpendlungsenergie kann i. durch die erreichte
Rückpendlungsdrehgeschwindigkeit und 2. durch den gegen ein bekanntes entgegenwirkendes
Drehmoment zurückgelegten Winkelbetrag gemessen werden. Das letztere Verfahren wird
bei der Erfindung benutzt. Das entgegenstehende, Drehmoment ist das nahezu konstante
vorwärts gerichtete Drehmoment des Motors, vermehrt um den Reibungswiderstand des
rückwärts getriebenen Motors. Bei einem ausgeführten Werkzeug hat sich gezeigt,
daß das entgegenwirkende Drehmoment genügend gleichmäßig ist. Der Rückpendlungswinkel
ist dann ein genaues Maß des maximalen Drehrnoments des betreffenden Drehstoßes.
Da zwischen dein Rotor und der Kupplung während des Stoßes und während der Rückpendlung
keine relative Bewegung auftritt, ist es nur notwendig, selbsttätige Mittel zur
Anzeige der Rückpendlung des Rotors zu schaffen, um genau das maximale Drehmoment
bei jedem Drehstoß anzuzeigen.
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Ein anderes Merkmal <lei- Erfindung besteht in der Verwendung einer
Freilaufkupplung zwischen der Motorwelle und der Welle des Rückpendlungszeigers,
wodurch diese Rückpendlungswelle während der Vorwärtsdrehung der Kupplung und des
Werkzeugkopfes in Rtilie bleibt und narr während der Rückpendlung aus ihrer Ruhelage
ausgelenkt wird.
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Weiterhin ist die Erfindung durch selbsttätige Sperrmittel gekennzeichnet,
die die Kraftübertragungsmittel daran hindern, die Arbeit des Schlüssels beim Erreichen
des eingestellten maximalen Drehmoments fortzusetzen.
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In den Zeichnungen ist Fig. i ein Längsschnitt durch einen Schlagschraubenschlüssel
gemäß der Erfindung, wobei ein Teil des Griffes fortgebrochen ist, Fig. 2 ein Querschnitt
durch die Schlagkupplung nach Linie 2-2 in Fig. i.
Fig. 3 eiu Querschnitt
durch die Schlagkupplung nach Linie 3-3 iti Fig. 1, Fig. 4. ein Aufriß des Werkzeugkopfes,
Fig. 5 ein Querschnitt nach Linie 5-5 in Fig. i, der die Freilaufkupplung zwischen
dem Rotor und der Rückpcn<Iltingswelle zeigt, Fig.6 eine perspektivische Ansicht
der Rückpendlungs,#velle, Fig. ; ein Schnitt nach Linie 7-7 in Fig. i, der ini einzelnen
den Luftmotor mit konstantem Drehinoment zeigt, Fig. 8 ein Länggschnitt, der das
selbsttätige Ventil in der Schließstellung zeigt, Fig.9 ein Schnitt nach Linie 9-9
in Fig. i, der den <las selbsttätige Ventil freigebenden Abzug und die sellistt@itigen
Mittel zur Betätigung des Abzuges beim Erreichen einer vorgegebenen Größe der Rückpendlung
des Rotors zeigt, Filz. io ein Aufriß einer Untergruppe mit freillegebenein Ventil,
Fig. i i ein Schnitt nach Linie i i-ii in Fig. 9, Fig. 12 der Aufriß von Teilen
des Abzuges und 'der zugeorthieten Tragzapfen vor dem Zusammenbau nach Fig. i i,
Fig. 13 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem vom Schlüssel gelieferten
Schlagdrehmoment und der zum Anziehen der Mutter oder Schraube erforderlichen Zeit,
wobei die oberen drei Kurven sich auf den erfindungsgemäßen Schraubenschlüssel mit
Drehmomentregelting und die unteren drei Kurven auf die bekannte Ausbildung beziehen,
bei der das äußerste Drehmoment benutzt wird; Fig.5 bis 12 sind in einem größeren
Maßstab gezeichnet als Fig. i bis 4.
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Die Erfindung kann allgemein auf solche Schlagschraubenschlüssel angewendet
werden, bei denen der Motor dcti 1-1an1mer unmittelbar und ohne einen zwischengebauten
Kraftspeicher antreibt, so claß der Rotor des Motors synchron mit dem Hammer anläuft,
stillsteht und zuriickpendelt. Bei dem dargestellten :@usführungslieispiel stimmt
die Schlagkupplung iin wesentlichen mit der Konstruktion überein, die in dein britischen
Patent 540 239 beschrieben ist, jedoch wird die Kupplung nur im L-hrzei-ersinti
(bei lllickrichtung nach vorn) angetriel>ett- Der zur Erläuterung benutzte Schraubenschlüssel
unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß der <genannten Patentschrift zunächst
durch die Anbringung von Mitteln zur Anzeige des abgegebenen I)reliniouients und
durch Mittel zum selbstt;itigen l'ntet-ltreclieil der Zufuhr der Antriebsluft zutn
Mcttor. wenn das Drehmoment einen vorher eitigrst,@lltcn \\"ert erreicht. Um dieses
Ziel zu erreichen, wurde der Werkzeugkopf (Fig.4) derart altgeändert, daß seine
Torsionselastizität wesentlich gi-iißei- ist als bei bekannten Schlagschraubenschlüsseln.
Ferner ist die Ausbildung des unilaufcndcu Motors so gewählt, daß er auf die Kupplung
ein noch gleichmäßigeres Drehmoment während Bitics Arbeitsganges als dies bei den
üblicherweise in Schlagschrauhenschlüsseln benetzten Motoren dci- I#all ist. Gemäß
Fig. i besteht das Motorgehäuse 15 aus einem Stück mit einem Griff 16, an dem das
Werkzeug durch den Arbeiter mit der Hand ergriffen und getragen werden kann. Das
Motorgehäuse ist mit einem Kupplungsgehäuse 17 durch geeignete Mittel fest verbunden,
beispielsweise durch die übliche Schrauben- und Flanschanordnung, die nicht dargestellt
ist. Die Stirnwand des Kupplungsgehäuses ist verjüngt und bei 18 geriffelt, um einett
weiteren Griffteil zu bilden. Ein Deckel i9 ist an der Rückwand des Motorgehäuses
15 durch Schrauben 21 befestigt (Fig.9).
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Der Luftmotor 22 innerhalb des Motorgehäuses besteht aus einem Zylinder
oder einem Zylinderfutter 23, dessen Enden gegen die Stirnplatten 24 stoßen. Die
hintere Stirnplatte sitzt passend itn Motorgehäuse 15 und weist einen Ringbund 25
auf, der in eine Aussparung 26 im Deckel paßt. Der Ringbund 25 umschließt ein Kugellager
27, das zwischen der hinteren Stirnplatte 24 und dem Deckel i9 gelagert ist. Ein
ähnliches Kugellager 28 ist in einem Ringbund gelagert, der von der vorderen Endplatte
24 nach vorn vorsteht. Die Kugellager 27 und 28 tragen 'den hinteren 29 und den
vorderen Lagerzapfen 31 des Rotors 32. Der Rotor weist eine zylindrische Form auf
und ist koaxial zu seinen Lagerzapfen und zum Kupplungsgehäuse 17 angeordnet. Das
Zylinderfutter 23, welches im Gehäuse 15 angebracht ist, ist exzentrisch zum Rotor
32 angeordnet, um zwischen beiden Teilen eine Kammer mit sichelförmigem Querschnitt
ztt schaffen. Der Rotor ist mit mehreren Längsschlitzen versehen, in denen Schieber
33 so angeordnet sind, daß sie mit ihren äußeren Schmalseiten in gleitender Berührung
mit dem Futter 23 stehen und so die im Querschnitt sichelförmige Kammer in eine
Reihe von Kammern 34 mit den Eingangsöffnungen 35 und den Ausgangsöffnungen 36 unterteilen.
Im Vergleich mit üblichen umlaufenden Motoren für Schlagschraubenschlüssei sind
die Einlaß- und Ausgangsöffnungen weiter auseinandergerückt, und es wird eine größere
Anzahl radialer Schieber (sieben an Stelle von sechs) benutzt, wodurch eine größere
Anzahl wirksamer Kammern im Vergleich zur üblichen Anordnung geschaffen wird. Auf
diese Weise ist der Motor so ausgebildet, daß er ein noch gleichmäßigeres Drehmoment
liefert, mit Rücksicht darauf, daß sich die Stellung der Schieber in bezug auf die
Zylinderöffnung ändert, da die Änderung an einer Stelle durch Änderungen an mehreren
anderen Stellen besser ausgeglichen wird, so daß annähernd ein mittleres Drehmoment
erhalten bleibt. Auf diese Weise ist die Beschleunigung des Rotors beim Anlaufen
aus der Ruhelage unabhängig von der Stellung der Schaufeln beim Anlauf.
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Gleichachsig zum Kupplungsgehäuse 17 ist ein drehbarer Werkzeugkopf
37 angeordnet. Dieser hat an seinem hinteren Ende einen Amboßteil, der sich längs
erstreckende Backen 38 aufweist, die in später zu beschreibender Weise Drehstöße
aufnehmen können. Am vorderen Ende ist der Werkzeugkopf derart gestaltet, tlaß er
auf einen nicht dargestellten
Steckschlüssel paßt. Der Werkzeugkopf
ist, wie dies Fig.4 zeigt, länger und schlanker als üblich ausgebildet und besitzt,
da er aus Stahl besteht, eine beträchtliche Torsionselastizität, die bei der Erfindung
ausgenutzt wird. Der Werkzeugkopf ist in einer Stahlbuchse 39 drehbeweglich geführt.
Eine nachgiebige Hülse 41 aus ölbeständigem Kunstgummi, z. B. Polychloropren, ist
auf die Außenfläche der Buchse aufvulkanisiert. Die nachgiebige Hülse 41 ist mit
Preßsitz in einer Bohrung 42 am vorderen Ende des Kupplungsgehäuses 17 gelagert.
Das hintere Ende des Werkzeugkopfes 37 ist auf einer Welle 43 gelagert, die in entsprechenden
Bohrungen der vorderen Lagerzapfen 3 1 des Rotors und des Werkzeugkopfes
sitzt.
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Die Schlagkupplung weist eine Hammeranordnung auf, die den Werkzeugkopf
37 umschließt und die am vorderen und hinteren Ende der Amboßbacken 38 so getragen
wird, daß sie um die Achse des Werkzeugkopfes umlaufen kann, wie dies Fig.3 zeigt.
Sie erstreckt sich zwischen zwei Lagerplatten, in denen sie drehbar gelagert ist.
Die hintere Lagerplatte 44 ist so angeordnet, daß sie eine Drehschwingung um ein
Lager durchführen kann, «-elches auf dem hinteren Ende eines Antriebsnockenkörpers
45 gebildet ist, der auf dem vorderen Lagerzapfen 31 des Rotors mittels Längsnuten
befestigt ist.
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Eine Abstandsbüchse 46 stößt mit ihrem hinteren Ende gegen das Kugellager
28 und mit dem vorderen Ende gegen den Antriebsnockenkörper 45 und die Lagerplatte
44, um diese gegen eine axiale Rückwärtsbewegung zu sichern. Eine Druckplatte 47
sitzt auf der Welle 43 und liegt gegen das vordere Ende des Antriebsnockenkörpers
und gegen die Rückfläche des Werkzeugkopfes 37 an, wobei sie eine relative Drehung
dieser Teile gegeneinander erlaubt. Eine Vorwärtsbewegung der Lagerplatte 44 wird
durch die Nockenkörpervorsprünge 48 verhindert, die am vorderen Ende des Nockenkörpers
45 vorstehen. Die vordere Lagerplatte 49 für die Hammeranordnung ist so gelagert,
daß sie sich gegenüber dem Werkzeugkopf 37 drehen kann, wobei eine Hülse
51 zwischen der Lagerplatte und dem Werkzeugkopf eingefügt ist. Die Hülse
51 und die vordere Lagerplatte 49 sind zwischen die Amboßbacken 38 und eine Druckscheibe
52 eingefügt. Letztere drückt gegen einen Flansch der Stahlbuchse 39, wodurch der
Werkzeugkopf 37 und die Lagerplatten 44 und 49 gegen axiale Verschiebung gesichert
sind.
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Zwei schwere Hammerköpfe 53 sind auf den Bolzen 54, die in Bohrungen
der Lagerplatten 44 und 49 sitzen, schwenkbar gelagert, wobei die Bolzen an ihren
Köpfen durch die Druckscheibe 52 axial gesichert sind. Ein Schraubenpaar 55 geht
durch Öffnungen in den Lagerplatten, wobei jede Schraube von einer Abstandshülse
56 umgeben ist, die mit ihren Enden an den Lagerplatten 44 und 49 anliegen. Die
Schrauben und Bolzen sind auf den Umfang mit gleichen Abständen verteilt und liegen
parallel zur Drehachse. Die radialen Vorsprünge 48 des antreibenden Nockenkörpers
45 greifen zwecks Antriebsverbindung in Vertiefungen 57 am rückwärtigen Ende der
Hammerköpfe 53 ein.
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Wenn die Schlagkupplung im Uhrzeigersinn (bei Blickrichtung nach vorn)
angetrieben wird, so arbeitet sie in folgender Weise: Der treibende Nockenkörper
45, der mit der Rotorwelle 32 verbunden ist, erteilt den Hammerköpfen 53 eine Drehbewegung
um die Achse des Werkzeugkopfes 37 und zugleich eine solche uni die Bolzen 54, um
sie von den Amboßbacken 38 am Werkzeugkopf zu lösen. Die Lagerplatten 44
und 49, die Bolzen 54 und die Schrauben 55 werden von den Hammerköpfen bei der Drehbewegung
mitgenommen. Bei Beendigung der Pendelbewegung greifen die Hammerköpfe 53 und die
Amboßbacken 38 ineinander. Wenn der Widerstand der angetriebenen Mutter oder Schraube
gegen eine Drehung verhältnismäßig klein ist, werden die Kupplungsteile für eine
beträchtliche Zeit im Eingriff bleiben, so daß alle Teile infolge der Reibung zwischen
den Hammerköpfen 53 und den Amboßbacken 38 und zwischen den Hammerköpfen und den
Bolzen 54 miteinander umlaufen. ' Wenn der Werkzeugkopf 37 einen wesentlichen Drehwiderstand
findet, so werden die die Kupplung im Eingriff haltenden Kräfte durch die entkuppelnde
Kraft überwunden, die von dein antreibenden Nockenkörper 45 auf die Hammerköpfe
53 übertragen wird. Sobald sich die Hammerköpfe gelöst hahen, werden die Antriebsteile
infolge ihrer Entlastung beschleunigt und speichern während einer halben Umdrehung
des Motors kinetische Energie, wonach die Antriebsteile durch Stoß angehalten werden,
Die Stöße wiederholen sich so lange, wie der Arbeiter den Steckschlüssel im Eingriff
mit der Mutter hält und die Luftzufuhr zum Motor nicht durch die selbsttätige Steuerung
gemäß der Erfindung unterbrochen wird. Wenn der Widerstand mäßig ist, so werden
die TIninmerköpfe gelöst, bevor die Antriebsteile vollständig in bezug auf das Kupplungsgehäuse
17 zur Ruhe gekommen sind.
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In bezug auf weitere Einzelheiten der Konstruktion und der Arbeitsweise
der Schlagkupplung wird auf die vorerwähnte britische Patentschrift 5.40 239 verwiesen.
Wie bei der Vorrichtung gemäß dieser Patentschrift wird die Torsionselastizität
des Werkzeugkopfes 37 zur Erleichterung der Lösung der Hammerköpfe von den Amboßbacken
ausgenutzt. Wenn ein Drehstoß auf das hintere Ende des Werkzeugkopfes erfolgt und
das vordere Ende im Eingriff mit einer festgefressenen -Mutter oder Schraube gehalten
wird, so wird der Werkzeugkopf elastisch verdreht. Nach dem Schlag dreht sich der
Werkzeugkopf 37 zurück und veranlaßt dadurch die Hammerköpfe 53, die Lagerplatten
44, 49, die Bolzen 54. die Schrauben 55. den treibenden Nockenkörper 45 und den
Rotor 32 als Einheit zu einer Rückpendlung entgegengesetzt dem Uhrzeigers.inn. Die
Rückpendlung bewirkt eine augenblickliche Lösung der Stoßflächen der Hammerköpfe
von den Amboßbacken, wodurch die Untkupplung erleichtert und die Reibungswirkung
der Stoßflächen aneinander herabgesetzt wird. Die
Tot:ion:spannung
in <lern dargestellten Werkzeugkopf 37 ist mehr als ausreichend für die Entkupplung,
(la der Werkzeugkopf eine größere Länge und einen geringeren Querschnitt (Fig. 4)
im Vergleich mit den üblicherweise in normalen Schlagschraubenschliisseln benutzten
Werkzeugköpfen aufweist. Die Rückpendlung der Antriebsteile kann sogar größer als
die der Amboßbacken 38 sein, wenn die schweren Hammerköpfe 53 und die durch sie
bei der Rückperidlungsbewegung mitgenommenen Teile ein genügendes Trägheitsmoment
haben, um nach der Rückdrehung des Schraubenkopfes in seine entlastete Stellung
die Bewegung entgegengesetzt dem l'lirzeigersinn fortzusetzen. wobei die Hammerköpfe
durch den '--fotol- 22 so angehalten werden, (laß sie von den Amboßbacken 38 getrennt
sind.
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Die Antriebsluft wird dem Werkzeug mittels eines nicht dargestellten
Luftschlauches durch eine hinlaßötftttilig 58 im Griff 16 zugeführt und dann durch
ein Drosselventil 59 dem Griffdurchgang 61 zugeleitet, wobei (las Drosselventil
durch den üblichen Drücker 62 betätigt wird. 'Nach Freigabe des Griff(ltirchgati"es
61 tritt die Antriebsluft in eine Gruppe von Längsbohrungen 63 in einem selbsttätigen
Steuerventil 64, das am besten aus den Fig. i, 7 ttnd 8 zu erselicii ist. Das Steuerventil
hat einen Kopf 65, in dem sich die Bohrungen 63 befinden. I)ieset- Kopf paßt gleitend
in eine Bohrung im Ventilgehäuse 66, wobei dieses Ventilgehäuse mit Preßsitz im
Motorgehäuse 15 befestigt ist. Das Ventil hat außerdem eine Stange 67, die in eine
entsprechende Bohrung in der rückwärtigen Wand des Ventilgehäuses paßt und in den
durch den Deckel i9 umschlossenen Raum vorsteht, um das Ventil mit den anderen Teilen
des das Drehmoment steuernden Mechanismus zu verbinden. Wenn das Drosselventil 59
gemäß Fig. 1 geschlossen ist, so befindet sich das selbsttätige Steuerventil 64
in seiner vordersten Stellung, wobei e: gegen den Anschlag 68 drückt, und zwar infolge
einer zwischen den Ventilkopf 65 und das verschlossene Ende der Bohrung im Ventilgehäuse
66 eingesetzten Druckfeder 69. In dieser Stellung des Steuerventils stellen die
Längsbohrungen 63 eine Verbindung zwischen dem Griffdurchgang6i und einer Reihe
von Öffnungen 71 im \'entilgehitise licr. Bei der normalen Arbeit des l\'erkzetiges
und vor Erzeichen des vorhestimmten Drehmoments befindet sich das selbsttätige Steuerventil
etwas weiter rückwärts gegenüber der in Fig. i gezeigten Stellung und ist dort durch
die Zusammenarbeit der Stange 67 mit dem später zu beschreibenden Gerät zur Steuerung
des Drehmoment: festgehalten.
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\"oti den Öffnungen 7 1 ]in Ventilgehäuse 66 geht die Luft zu der
Motoreinlaßkammer 72 (Fig. 7) durch die 1?ililallöffntingell 35 im Zylinderfutter
23, durch die Kammerft 34, wo sich die Druckluft ausdehirt und dabei derart gegen
die Schieber 33 arbeitet,' daß der Motor 32 gedreht wird, und dann durch die Austrittsöffnungen
36 und 37 im Zylindergehäuse bzw. im Motorgehäuse 15.
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Wenn der Motor 32 infolge der im Werkzeugkopf 37 gespeicherten Federenergie
zurückpendelt, arbeitet er als Pumpe und treibt die Luft von den Zylinderöffnungen
36 durch die Kammern 34, wo sie komprimiert wird,. durch die Einlaßöffnungen 35
zurück in die Speiseleitung, wodurch ein Teil der bei der Verdrehung des Werkzeugkopfes
aufgewendeten Energie zurückgewonnen wird.
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Erfindungsgemäß wird die Rückpendlung des Rotors gemessen oder angezeigt
und außerdem dazu benutzt, die Arbeitsluftzufuhr zu sperren, wenn die Rückpendlungsamplitude,
die der Größe des Drehstoßes entspricht, einen vorgegebenen Wert erreicht. Zu diesem
Zweck ist der hintere Lagerzapfen 29 des Rotors mit einer koaxialen Bohrung zur
Aufnahme einer Riickpendlungswelle 74 versehen, deren hinteres Ende über den Lagerzapfen
29 vorsteht. Wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, besitzt der vordere obere Teil der
Rückpendlungswelle zur Aufnahme einer \-\'alze 75 eine Ausnehmung. Ein Paar Federn
76 in [.öchern 77 in der Rückpendlungswelle drücken auf die Rollen im Uhrzeigersinn
(Blickrichtung nach vorn) und bilden so eine Freilaufkupplung, die die Rückpendlungswelle
mit der Rotorwelle kuppelt, wenn diese sich entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn dreht,
aber den Rotor sich unabhängig von der lZückpendlungswelle im Uhrzeigersitin drehen
läßt. Die hintere Stirnfläche der Rückpendlungswelle ist mit einem Schlitz 78 versehen,
der das obere Ende eines pendelartigen Stabes 79 aufnimmt. Dieser im Querschnitt
quadratische Stab wird im Schlitz durch eine geeignete Verbindung, z. B. Hartlöten,
befestigt.
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Das untere Ende des pendelartigen Stabes 79 liegt in der Ruhestellung
gegen eine justierschraube 81 an, die in einer axial verstellbaren, mit Gewinde
versehenen Buchse 82 sitzt, welche im äußeren Wandteil des Deckels i9 befestigt
ist, wie dies in Fig. 9 und io dargestellt ist.
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Das, äußere Ende der Schraube hat eine nicht dargestellte Vertiefung
zur Aufnahme eines Schlüssels zwecks Drehung der Schraube und zur Einstellung der
Ruhelage des pendelartigen Stabes. Um diesen gegen die Schraube zu drücken, ist
eine leichte Torsionsfeder 83 vorgesehen. Das eine Ende der Feder umfaßt den Stab
79 etwa in der Mitte zwischen dessen Enden, und von dort verläuft die Feder zur
Riickpendlungswelle 74, macht mehrere \\7it;(iungen tun diese und erstreckt sich
dann abwärts zur linken Seite bis zu einer abgesetzten Verlängerung des Ventilgehäuses
66 und hierauf entlang dein Absatz dieser Verlängerung auf die rechte Seite desselben,
wo die Feder 83 endigt.
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Das untere Ende des schwingenden Stabes 79 ist derart umgebogen, daß
es damit in die Ebene eines zweiarmigen @\'inkelhebels 8.1 hineinragt. welcher eine
Bohrung 85 (Fig. io und 12) aufweist, in die das abgesetzte Ende der Hülse 86 eingreift,
wobei Hebel und Hülse miteinander durch Preßsitz verbunden sind. Die aus Hebel und
Hülse bestehende Anordnung, welche einen Abzug bildet, ist zur Ermöglichung einer
Schwingbewegung auf einem Zapfen 87 gelagert, der mit einem Ende in das Motorgehäuse
15 eingeschraubt ist, während das äußere Ende in einer zentralen Bohrung einer
Justierschraube
88 ruht. Diese justierschraube ist ihrerseits in der axial verstellbaren Büchse
89 in derselben Weise befestigt, wie die justierschraube 81 in der ihr zugeordneten
Buchse 82. In der Ruhelage drückt der Winkelhebel 84 gegen die abgesetzte Verlängerung
des Stabes 67 des selbsttätigen Steuerventils 64, wie dies in Fig. 9 und i i gezeigt
ist. In dieser Stellung begrenzt der Hebel 84 die Rückwärtsbewegung des selbsttätigen
Steuerventils durch Einwirkung auf eine Schulter 9i des Steuerventils. Der Betrag,
auf den diese Bewegung begrenzt ist, wird durch Drehen der Justierschraube 88 geregelt.
Dies kann durch Einsetzen eines Schlüssels durch die zentrale Öffnung in der Buchse
89 in den Innensechskant der Schraube 88 erfolgen. Der Abzug 84, 86 wird in die
in Fig. 9 dargestellte Stellung mittels einer Torsionsfeder 92 gedrückt, deren eines
Ende um den langen Arm des Winkels gelegt ist und deren mittlerer Teil sich um die
Hülse 86 auf dem Abzug windet. Das andere Ende der Feder reicht zur anderen Seite
des abgesetzten feiles des Ventilgehäuses 66 und ist um diesen Teil herumgelegt:
Vorzugsweise ist die Torsionsfeder 92 so jusgebildet, daß sie außerdem als Druckfeder
wirkt und den Winkelhebel 84 gegen das innere Ende der Schraube 88 drückt, wie dies
in Fig. i i dargestellt ist.
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Die Arbeitsweise des Schlüssels unter besonderer Berücksichtigung
des selbsttätigen Steuerventils 64 ist folgende: Wenn das Drosselventil 59 geöffnet
wird, drückt die Luft gegen das vordere Ende des Ventilkopfes 65 und treibt dabei
das Ventil rückwärts. Dieser Kraft wirken die Feder 69 und der Druck der Antriebsluft
auf die Hinterfläche des Ventilkopfes 65 entgegen, wobei dieser Druck nicht vollständig
ausgeglichen ist, da die Stange 67 an ihrem hinteren Ende nur dem Atmosphärendruck
ausgesetzt ist. Das selbsttätige Ventil 64 wird daher rückwärts bewegt, bis die
Schulter 9i am Winkel 84 anliegt. In dieser Stellung des Ventils (nicht dargestellt)
sind die Öffnungen 71 im Ventilgehäuse 66 fast völlig unbedeckt, und die Antriebsluft
fließt ungehindert zur Betätigung des Motors 22 hindurch.
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Zunächst treibt der Motor die Schlagkupplung unter einer verhältnismäßig
geringen Belastung an, und der Rotor 32 läuft ohne Mitnahme der Rückpendlungsw-elle
74 mit hoher Geschwindigkeit um. Die Hammerköpfe 53 übertragen die Drehstöße auf
die Amboßbacken 38, wobei die Stärke der Stöße mit dem Widerstand des Werkzeugkopfes
gegen die Drehung wächst. Die Übertragung dieser Stöße bewirkt, daß der Werkzeugkopf
37 sich im Elastizitätsbereich verwindet und wieder zurückfedert, wobei er die Hammerteile
und den Rotor 32 zur Rückpendlung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn veranlaßt. Während
dieser Rückpendlung bewirkt die Rolle 75 der Freilaufkupplung die Mitnahme der Rückpendlungswelle
74. Nach der Rückpendlung dreht sich die Rückpendlungswelle unter dem Einfluß der
Feder 83 im Uhrzeigersinn, bis sie wieder in ihre Ruhelage zurückgekehrt ist, während
sich ider Rotor 32 für UM i8o° oder mehr weiterdreht, Abis der nächste Stoß
übertragen wird.
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Die Wirkung der Rückpendlung auf den Stab 79 ist die, daß dieser Stab
unmittelbar nach dem Drehstoß aus der in Fig.9 dargestellten Lage herausschwingt
und dann wieder bis zur Berührung mit der Justierschraube 82 zurückschwingt, wo
er den nächsten Stoß abwartet; beim nächsten Drehstoß schwingt er um einen größeren
Winkelbetrag, kehrt zurück und bleibt einen Augenblick in Ruhe; beim folgenden Mal
schwingt er um einen noch größeren Betrag und so fort. Der Winkel dieser Drehschwingung
ist ein genaues Maß für die Größe des Drehstoßes. Die Amplitude der Pendelbewegung
des Stabes 79 wächst, bis der Stab gegen den kurzen Arm des Winkelhebels 8:4 stößt,
wie dies in Fig. io dargestellt ist. Dadurch wird der lange Arm des Winkelhebels
aus dem-Sperreingriff mit der Schulter 9i am Steuerventil 64 herausgeschlagen, wodurch
es der Antriebsluft ermöglicht wird, das Ventil in die in Fig. 8 dargestellte Stellung
zurückzudrücken, in der die Bewegung des Ventils durch den Anschlag des Flansches
93 gegen den Grund der Bohrung im Ventilgehäuse 66 begrenzt ist. In dieser Stellung
deckt der Ventilkopf 65 des selbsttätigen Ventils vollständig die Öffnungen 71 im
Ventilgehäuse ab und schneidet dadurch die Luftzufuhr zum Motor 22 ab, wodurch der
Schraubenschlüssel zum Stillstand kommt. Uni das Werkzeug für einen neuen Arbeitsgang
bereitzumachen, muß der Arbeiter zunächst den Drücker 62 loslassen, worauf die in
dem Griffdurchgang 61 eingeschlossene Luft durch das geringe Spiel am Umfang des
Ventilkopfes 65 und durch die Öffnungen 71 austritt, so daß die Feder 69 das Ventil
wieder in die in Fig. i dargestellte Stellung zurückführen kann.
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Die Drehmomentkennwerte des Ausführungsbeispiels unter verschiedenen
Arbeitsbedingungen sind in Fig. 13 dargestellt, in der die Ordinaten die Stärke
der Drehstöße und die Abszissen die Zeit angeben, die zwischen der Öffnung des Drosselventils
und der Abgabe der zugeordneten Schläge verstreicht.
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Zur Erleichterung der Übersicht ist statt der einzelnen Punkte eine
ausgezogene Linie wiedergegebei. Die Kurven JA, 18 und ic zeigen idie Arbeitsweise
unter einem Druck von 4,22 kg/cm2, während die Kurven 2A, 28 und 2C Versuchen unter
den gleichen Bedingungen, aber mit einem Luftdruck von 1,76 kg/cm2 entsprechen.
Bei jedem solchen Arbeitsvorgang oder Versuch wurde der Schraubenschlüssel dazu
benutzt, eine Schraube oder einen Bozen von 3/8 anzuziehen, wobei eine feste Stahlplatte
von 1/2 Zoll Stärke als mit den Schrauben versehenes Teil benutzt wurde. Bei den
Arbeitsvorgängen JA und 2A waren die Schrauben trocken,, Bei den Arbeitsvorgängen
I8 und 28 waren die Schrauben geölt, wodurch der Anstieg des Drehwiderstandes im
Vergleich zu den tröckenen Schrauben, die bei den Versuchen
JA und 2A benutzt
wurden, verzögert wurde. Bei den Versuchen 1e und 2C waren die Schrauben trocken,
aber es war eine Sicherungsscheibe hinzugefügt, wodurch
| die Kurve noch weiter im Vergleich zti den ande- |
| ren Versuchen unter demselben Druck aber ohne |
| Benutzung der Siclierutigsscheibe nach rechts |
| verschoben wurde. |
| Aus den Kurven i c, 2A und 28, die vollständi- |
| ger sind als die anderen Kurven, ersieht man, daß |
| das Sclilag(frelirnometit sich von einem niedrigen |
| Wert allmählich auf höhere Werte steigert, wobei |
| jedoch die I-lölie der Änderung abnimmt, und |
| schließlich darin ein äußerster Endwert erreicht |
| wird. Das li(*icliste Drelnnoinent tritt auf, wenn die |
| gesamte nutzbare Energie des Schlages als elasti- |
| sclie Verdrehung des \\'erkzeugkopfes aufgenom- |
| nien wird. l>ie Läiige der zur :\nnälierting an das |
| liücliste 1)relimonient erforderlichen Zeit ist bei ge- |
| gebenem Luftdruck und gegebener Schraubengröße |
| nicht immer dieselbe, sondern hängt von der Ober- |
| der Schrauben, der Schrauben- |
| passung, (lern Grad der Schmierung und der |
| 1?lastizit:it der Schraube und der die Schrauben |
| aufnebnienden "feile a1). |
| Der bei der Benutzung der Erfindung im Ver- |
| gleich mit dem üblichen Verfahren des äußersten |
| Drehmoments auftretende Vorteil ergibt sich aus |
| (lern \'ei;gicich der Kurven iC und 2(-, die sich beide |
| auf dieselbe Art des angetriebenen Elements, aber |
| auf dir Verwendung verschiedener Luftdrucke be- |
| ziehen. Nimmt inan an, (laß der Arbeiter eine |
| Scliranbe finit einem 1)relinionient von 7,47 mkg an- |
| zielwii will, so verwen(let er l)ei detli Schlüssel nach |
| der 1--Irlin(ltiiig einen verli<ilttiisniäßig hohen Luft- |
| drucl< von z. ß. 27,221,r und der Schlüssel beginnt |
| seine \rheit mit hoher Geschwindigkeit, liefert |
| kraftvolle Sclil<ige in kurzen Abstiinden, und sobald |
| (ler erst(, Schla- mit dein gewiiiiscliten Anzugstno- |
| inent üliertra@ren wird, steht der Schraubenschlüssel |
| selbstt@iti- still. Der ganze Arbeitsvorgang, der |
| durch den "feil der Kurve ic, welcher unterhalb |
| der gcstrirhclten Linie I) liegt, dargestellt wird, |
| erfolgt in weniger <tls 3 Sekunden. Wenn der Ar- |
| beiter versuchen würde, die Schraube mit dersel- |
| ben Ansllaniiung unter demselben Luftdruck und |
| innerliall> derselben "Zeit durch sorgfältige Arbeits- |
| weise finit ehwin üblichen Schlagschraubenschlüssel |
| anzuziclien, würde er (las f)rosselventil59 genau |
| firn richtigen Augenblick loslassen müssen, da ein |
| :\üw-eichen von nur einem. Bruchteil einer Sekunde |
| eine :1n(leruiig des Drehmoments von mehreren |
| petinds feet verursachen würde. |
| Iletiut-r"t der Artleiter das Verfahren des äußer- |
| sten Drehmoments, so wird er zunächst durch Ver- |
| such feststellen, welche Luftdruckhöhe bei zeitlich |
| unbegrenzter Anwendung erforderlich sein wurde, |
| um die Schraube mit der gewiinschten Anspannung |
| anzuziehen und wird dann den Luftregulator |
| demgemäß einstellen. Entsprechend der Kurve 2C |
| wird der Luftdruck mit nur 25 pounds gewählt, |
| damit die Kurve ini Bereich des gewünschten An- |
| zugsmoments flach verläuft, welches Drehmoment |
| durch die gestrichelte Littie 1) dargestellt ist. Bei |
| diesem Verfahren muß jedoch die Luft für beträcht- |
| lich mehr als to Sekunden angeschaltet bleiben, |
| bevor (las Drelinionient gleichmäßig wird. Ein Ar- |
heiter, welcher das Verfahren des äußersten Drehmoments mit einem üblichen Schraubenschlüssel
benutzt, würde etwa 8 bis io Sekunden brauchen. um die Schraube anzuziehen, was
etwa die Brei-oder vierfache Zeit ist, die mit dem Schlüssel gemäß der Erfindung
benötigt wird.
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Bei der Anwendung der Erfindung sind Änderungen des durch den Schraubenschlüssel
gelieferten Drelnnomp-nts gering und zudem erkennbar, ungeachtet unbekannter Änderungen
des Luftdruckes und der Eigenschaften der angezogenen Schraube. Das Enddrehmoment
kann manchmal etwas größer sein als in anderen Fällen, wenn der Stab 79 zufällig
bei einem seiner Schläge gegen den Winkelhebel 84 schwingt, ohne ihn tatsächlich
auszulösen, und daher beim Endschlag mit einer etwas größeren Geschwindigkeit schwingt,
als es erforderlich ist, um clen Winkelhebel zu betätigen. Es wird kein Versuch
gemacht, das während irgendeines Drehstoßes abgegebene Moment zu begrenzen. Es ist
notwendig, daß eine genügende Anzahl einzelner Stöße vorliegt, so daß die Änderung
des Drehmoments beim letzten Stoß kleiner ist als die zulässige Toleranz in der
Größe des endgültigen Drehmoments. lies wird in der Praxis leicht dadurch erreicht,
daß der Lufteinlaß so gesteuert wird, daß die gesamte Schlagenergie je Schlag einen
solchen Wert hat, daß wenigstens zehn Schläge notwendig sind, uni (las gewünschte
Drehmoment zu erreichen. Wie oben erwähnt, nimmt die Änderung des Drehmomentanstieges
je Schlag ab, wenn der Drehwiderstand des Werkstückes steigt, so daß dafür gesorgt
ist, daß der Drehmomentanstieg beim letzten Schlag viel kleiner ist, als 1/1o des
gesamten gewünschten Drehmoments. Die Abweichung von dem gewünschten Drehmoment
kann niemals größer sein als der Drehmomentanstieg des letzten Schlages. Fier eine
größere Genauigkeit kann man einen niedrigeren Luftdruck und eine größere Schlagzahl
benutzen.
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Zur Herabsetzung des Luftdruckes wird die Justierschraul)° 88 entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn gedreht, wodurch dein Abzug 84, 86 eine geringe Rückwärtsbewegung
unter der Druckkraft der Feder 92 ermöglicht wird. Dem selbsttätigen Ventil 6-t
wird seinerseits eine kleine zusätzliche Rückwärtsbewegung unter dem Einfluß des
Luftdruckes ermöglicht, bevor die Schulter 9i auf den Wirikelhebel84 trifft. In
dieser neuere Justierstellurig deckt der Ventilkopf 65 teilweise die Öffnungen 7
1 a1>, uni auf diese Weise den dem Motor 22 zugeführten I.tiftdruck herabzusetzen.
Statt dessen könnte auch ein üblicher Druckregulator vorgesehen werden.
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L-m den .\usschaltpunkt auf der Drehmoinentkurve auszuwählen, dreht
der Arbeiter die Justierschraube 81. 1?rstreckt sich die Schraube näher an den kurzen
Arm des Winkelhebels84, so wird die Größe des Bogens, über den der pendelnde Stab
79 schwingen muß, uni den Winkelhebel anzustoßen, herabgesetzt. Dadurch wird entsprechend
die Stärke des Endschlages herabgesetzt. Umgekehrt wird der Schraubenschlüssel durch
Zurückdrehen der
Schraube 81 für die Abgabe kräftigerer Schläge
eingestellt.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes kann
geändert werden, ohne daß dadurch der Erfindungsbereich verlassen wird. Beispielsweise
könnte die Schlagkupplung, die mit einem \ockenkörper dargestellt ist, durch eine
Zentrifugalkupplung ersetzt werden. Ferner könnte der schwingende Stab 79 außen
oder in einer solchen Weise angeordnet werden, daß er eine sichtbare Anzeigevorrichtung
betätigt.