EP0904178A1 - Hydraulischer kraftschrauber - Google Patents

Hydraulischer kraftschrauber

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Publication number
EP0904178A1
EP0904178A1 EP97921658A EP97921658A EP0904178A1 EP 0904178 A1 EP0904178 A1 EP 0904178A1 EP 97921658 A EP97921658 A EP 97921658A EP 97921658 A EP97921658 A EP 97921658A EP 0904178 A1 EP0904178 A1 EP 0904178A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
measuring
power wrench
hydraulic power
torsion sensor
Prior art date
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Granted
Application number
EP97921658A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0904178B1 (de
Inventor
Joachim Hauenstein
Klaus Rüssmann
Thomas Beyert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wagner Vermoegensverwaltungs GmbH and Co KG
Original Assignee
Hauenstein Joachim
Wagner Paul-Heinz
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hauenstein Joachim, Wagner Paul-Heinz filed Critical Hauenstein Joachim
Publication of EP0904178A1 publication Critical patent/EP0904178A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0904178B1 publication Critical patent/EP0904178B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B21/00—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose
    • B25B21/004—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose of the ratchet type
    • B25B21/005—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose of the ratchet type driven by a radially acting hydraulic or pneumatic piston
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/0078—Reaction arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic power screwdriver.
  • the reliability of a screw connection depends crucially on the fact that when the screw connection is tightened a tightening torque specified by the construction is maintained, i.e. reached and is not exceeded within the permissible tolerance.
  • Hydraulic power wrenches are used to produce screw connections with a high tightening torque.
  • Such power screwdrivers (DE 41 11 631 AI) sen on a reciprocating piston, which is slidably arranged in a cylinder space of a drive part.
  • This piston drives a ring piece via a ratchet lever, which transmits a torque to the screw connection via an insert shaft. Thanks to the ratchet lever and high pressures acting on the piston, such a hydraulic power wrench can even achieve torques in the range of 4500 Nm.
  • the invention is based on the object of maintaining a predetermined tightening torque during the production of a screw connection with a hydraulic one To facilitate power wrench, which is driven by a reciprocating working piston.
  • the invention provides for the torque not to be determined retrospectively or indirectly, but instead to be measured immediately and directly on the screw or nut.
  • the shaft on the hydraulic power wrench is designed as a measuring shaft with a measuring section adjacent to the tool holder device. A torsion of the measuring shaft occurring in this measuring section is detected by a torsion sensor arranged in the measuring section. Since the torsion (torsion) is a measure of the torque at this point, the tightening torque can be determined directly on the screw connection with the measuring shaft. The tightening torque can then be reliably maintained by monitoring the torsion or the torque.
  • An essential advantage of the invention results from the fact that the components required for determining the tightening torque have no influence on the structure of the power wrench in other respects, ie on the drive and functional part.
  • the measuring device is arranged exclusively on or in the measuring shaft.
  • the advantages of the invention can therefore also be achieved with an old hydraulic power wrench if it has been modified by using a measuring shaft. Because the hydraulic power screw requires no modifications other than on the measuring shaft.
  • sophisticated constructions of known power screwdrivers can be adopted unchanged in their technology, thereby ensuring high operational reliability.
  • the pluggability of the shaft also has the advantage that if the measuring section or the torsion sensor is damaged, the hydraulic power wrench can be repaired quickly by simply replacing the measuring shaft.
  • the pluggability of the measuring shaft facilitates the calibration of the torsion sensor when the measuring shaft is removed.
  • the torsion sensor preferably has a signal output which is arranged on the end of the shaft opposite the tool holding device.
  • the housing of the hydraulic power wrench lies between the signal output and the tool holder device and thereby shields the signal output.
  • the hydraulic power wrench in the area of the tool remains free of attachments which, under certain circumstances, would hinder the attachability of the hydraulic power wrench to a screw connection.
  • the measuring shaft is preferably designed in such a way that all the connections of the torsion sensor required for energy and / or signal transmission are guided contactlessly to the rotating shaft or the rotating part of the shaft. In this way, sliding contacts tending to errors can be avoided.
  • the invented hydraulic power wrench according to the invention is used together with a hydraulic pump unit and contains a control device on which a desired torque can be set, the control device receiving signals from the torsion sensor of the measuring shaft and the supply of hydraulic oil to the power wrench upon receipt of the desired torque corresponding signal interrupts. Since the torsion (torsion) is coupled to the torque prevailing in the measuring section via known material and geometry variables, the torsional moment can be determined from the torsion on the one hand without problems and on the other hand just as easily a target torque from a target torque Torsion. Due to the fact that the hydraulic pump unit automatically interrupts the pressure medium supply upon receipt of a signal corresponding to the desired torque, the screw connection is reliably prevented from being tightened, in particular preventing human error.
  • the pump unit can also be simplified by controlling the hydraulic pump unit via the signals from the measuring shaft.
  • a pressure adjustment valve and a manometer can be saved on the pump unit.
  • the pump set only needs to be switched on and off and can always remain set to maximum pressure. Only a pressure relief valve is still required for safety reasons.
  • the hydraulic power wrench can be connected to an evaluation device as an alternative or in addition to the connection to a hydraulic pump unit.
  • an evaluation device for example a battery-powered torque Display device in breast pocket format, or a data processing system for assembly control with a measurement log printer, allow the moments applied during the production of a screw connection to be determined with high accuracy and, if necessary, documented.
  • FIG. 1 shows a hydraulic power wrench according to a first embodiment with an evaluation unit and a hydraulic pump unit in an exploded view
  • FIG. 2 shows the hydraulic power wrench in FIG. 1 in a side view in a simplified representation
  • Fig. 3 shows a section through the power screwdriver in Fig. 2, and a shaft inserted into the power screwdriver according to the line III-III in a simplified representation
  • FIG. 4 shows a section through a power wrench according to a second embodiment, as shown in FIG. 3.
  • the in Figs. 1-3 shown hydraulic power screwdriver 10 has a one-piece housing 12 in which a drive part 14 and a functional part 16 are contained.
  • the drive Part 14 has a piston 20 which can be axially displaced in a cylinder space 18 and which drives a ratchet lever 24 via a piston rod 22.
  • the ratchet lever 24 has a spring-loaded ratchet element (not shown) which takes along a ring piece 26 arranged on the end opposite the piston rod articulation end of the ratchet lever 24 during a working stroke of the piston 20.
  • the ring piece 26 For receiving a measuring shaft 30 which can be inserted into the hydraulic power wrench 10, the ring piece 26 has an insertion channel 28 provided with internal teeth, which extends coaxially with an insertion opening 28 for a measuring shaft 30 which extends transversely through the housing 12.
  • the measuring shaft 30 has a square at one end as a workpiece receiving device 32.
  • the tool holder 32 serves to hold a plug-in socket (not shown).
  • a first bearing section 34 and a second bearing section 36 are formed on the measuring shaft 30, which are part of a sliding bearing for the measuring shaft 30.
  • the measuring shaft 30 has a toothing section 38 with a serration complementary to the serration of the ring piece 26. Via this toothed section 38, a force exerted by the piston 20 via the piston rod 22 on the ratchet lever 24 is transmitted as a moment to the tool holder 32 and from there transmitted into a screw connection to be tightened.
  • the measuring shaft 30 of the tool holder device 32 has a measuring section 40 immediately adjacent, in which a plurality of strain gauges 42 (FIG. 3) are arranged.
  • the measuring shaft 30 has a flat annular groove 44, which then extends to a measuring shaft collar 46 to support the measuring shaft 30 on the housing 12 over almost the entire length of the measuring section 40.
  • the strain gauges 42 are glued to the measuring shaft 30 in the annular groove 44 at 45 ° to the longitudinal axis of the measuring shaft 30 and cast with a sealing compound 48, so that the strain gauges 42 become detached due to moisture or mechanical stress Environmental influences is prevented.
  • a sleeve 50 is provided which completely covers the annular groove and which ends flush with the measuring shaft collar 46 in the radial direction.
  • a centrally arranged connecting bore 52 running in the axial direction and a connecting bore extending obliquely from the connecting bore 52 to the annular groove 44 54 provided.
  • a connecting cable 56 runs through the bores 52, 54 to an electronic amplifier element 60 arranged in a plug-receiving space 58.
  • the amplifier element 60 is designed as a circuit board on the rear side of a connector 62 which is inserted or screwed into the measuring shaft 30.
  • To the Connector 62 which is designed as a plug, can be connected to a connecting cable 66 provided with a connecting socket 64 (FIG.
  • a securing sleeve 70 is provided which can be plugged onto the measuring shaft 30 in the region of the second bearing section 36 and the measuring shaft 30 locked in the housing 12.
  • the hydraulic power wrench 110 according to the second embodiment differs from the hydraulic power wrench 10 according to the first embodiment only with regard to the design of the measuring shaft 130. For this reason, reference numerals are used in the power wrench 110 according to the second embodiment are increased by "100" compared to the reference signs in the power wrench 10 according to the first embodiment. In this regard, reference is made to the description of these parts in connection with the first embodiment.
  • the hydraulic power wrench 110 according to the second embodiment has compared to the hydraulic power Screwdriver 10 according to the first embodiment has the advantage that the connector 162 for connecting the measuring shaft 130 to an evaluation unit can be freely rotated relative to the tool holder device 132, that is to say does not rotate when screwing.
  • the measuring shaft 130 has a carrier projection 180 which protrudes from the housing 112 on the side of the power screwdriver 110 opposite the tool holding device 32 and is equipped with a bearing device for mounting a rotary cap 182.
  • This bearing device preferably consists of two axially spaced ball bearings 184, 186.
  • the ball bearings 184, 186 ensure that the rotating cap 182 can freely rotate about the carrier projection 180.
  • the rotary cap 182 has an electronics unit 188 which is located in a chamber 192 which extends coaxially to the rotary cap 182 and is delimited by a container wall 190.
  • the container wall 190 of the chamber 192 is immersed in a transmission chamber 194 formed in the carrier projection 180 and running coaxially to the measuring shaft 130.
  • the electronics unit 188 which is supplied with 9 V direct current by the connector 162, converts the direct current into high-frequency energy (60 kHz), which is supplied to a first coil 198 (primary coil) via a high-frequency line 196.
  • the primary coil 198 is arranged coaxially to the measuring shaft in the rotary cap 182 and connected to it in a rotationally fixed manner.
  • a second coil 200 Radially inside the first coil 198 (primary coil), a second coil 200 (secondary coil) is provided, leaving an annular gap free, which is connected to measuring electronics 202 and forms a transformer together with the primary coil 198.
  • the measuring electronics 202 are arranged in a rotating space 204 which is delimited in the axial direction by the ball bearing 184 and the primary and secondary coils 198,200 and in the radial direction by the carrier projection 180 and the rotating cap 182.
  • an annular holding cup 210 made of amanetic material, e.g. Aluminum, provided, the inner radial wall 206 of which also fixes the ball bearing 184 on the carrier projection 180, acts as a support surface for the secondary coil 200 and defines the distance between the first ball bearing 184 and the second ball bearing 186.
  • the outer wall 208 of the holding cup 210 serving to protect the measuring electronics 202 is connected to the inner wall 206 via a radial web.
  • the holding cup 210 is open on one side in the axial direction before it is installed, the measuring electronics 202 preferably being cast in the holding cup 210.
  • the measuring electronics 202 supplies the strain gauges 142 with energy and, on the other hand, receives from the strain gauges 142 via a signal line 214 measurement signals which are converted into a high-frequency, frequency-modulated signal and via a diode line 216 to an optical transmitter 218 (infrared - transmitter) are transmitted.
  • the transmitter 218 transmits the frequency-modulated signals, which are modulated at a carrier frequency of approximately 8 kHz +/- 2 kHz, to a receiver 220 which, like the transmitter 218, is arranged on the axis of the measuring shaft 130 and is located at the front end of the container wall 190 formed on the rotary cap 182.
  • the signals received by the receiver 220 are processed by the electronics unit 188 in the rotary cap 182 and transmitted to an evaluation unit via the connector 162. Since both the signal transmission and the energy transmission take place without contact, the hydraulic screwdriver 110 operates reliably according to the second embodiment, transmission errors being able to be excluded in particular because of the frequency-modulated signal transmission.
  • the diameter of the rotary cap 182 shown in FIG. 4 is smaller than that of the internal toothing of the ring piece.
  • the measuring shaft 130 can therefore be pushed through the housing 112 of the power screwdriver.
  • the measuring shaft can also be designed to be divisible, so that in such an embodiment a rotary cap is only inserted into the rotating part after the rotating part of the measuring shaft has been pushed through the housing 112.
  • Such a rotary cap then preferably also serves to axially fix the measuring shaft.
  • Power wrenches 10 are used in that the power wrench 10 is first attached to the screw connection after a socket has been attached. A support foot 72 of the power screwdriver is then brought into a favorable support position on the housing 12 by adjustment. By turning on a hydraulic pump unit 74, the power wrench 10 is then supplied with pressure oil via a flexible hydraulic line 76. The pressure oil supply causes the measuring shaft 30th is turned and thus the screw connection is tightened. The torque prevailing on the screw connection during tightening can be read off on the evaluation unit 68.
  • the evaluation unit is preferably designed such that the supply of hydraulic oil to the power wrench 10 is automatically interrupted when the torsion sensor 41 receives a signal corresponding to the desired torque.
  • the invention has been described above as a hydraulic power wrench. However, the invention is also implemented if a measuring shaft as described above is prepared for installation in a hand-operated power multiplier or a ratchet is prepared or is installed in such a power multiplier or such a ratchet.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Kraftschrauber (10) mit einem einen Kolben enthaltenden Antriebsteil und einem in einem Gehäuse (12) enthaltenen Funktionsteil, der einen von dem Antriebsteil angetriebenen Ratschenhebel aufweist und über den Ratschenhebel eine drehbar gelagerte, in das Gehäuse (12) einsteckbare Welle antreibt, die an ihrem einen Ende eine Werkzeugaufnahmevorrichtung (32) aufweist. Um das Einhalten eines vorgegebenen Anzugs-Drehmoments bei der Herstellung einer Schraubverbindung mit dem hydraulischen Kraftschrauber (10) zu erleichtern, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Welle als Meßwelle (30) mit einem der Werkzeugaufnahmevorrichtung (32) benachbarten Meßabschnitt (40) ausgebildet ist und einen in dem Meßabschnitt (40) angeordneten Torsionssensor (41) aufweist.

Description

Hydraulischer Kraftschrauber
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Kraftschrau¬ ber.
Die Zuverlässigkeit einer Schraubverbindung hängt ent¬ scheidend davon ab, daß beim Anziehen der Schraubver¬ bindung ein durch die Konstruktion vorgegebenes Anzugs- Drehmoment eingehalten, d.h. erreicht und im Rahmen der zulässigen Toleranz nicht überschritten wird.
Um eine Schraubverbindung mit einem kleinen Drehmoment anzuziehen, werden Drehschrauber und andere Werkzeuge verwendet . Bei diesen Schraubverbindungen kann das An¬ zugs-Drehmoment mittels eines Drehmomentenschlüssels eingestellt werden. Schraubverbindungen mit einem hohen Anzugs-Drehmoment können auf diese Weise nicht herge¬ stellt werden.
Um Schraubverbindungen mit einem hohen Anzugs-Drehmo¬ ment herzustellen, werden hydraulische Kraftschrauber verwendet. Solche Kraftschrauber (DE 41 11 631 AI) wei- sen einen hin- und hergehenden Kolben auf, der ver¬ schiebbar in einem Zylinderraum eines Antriebsteils angeordnet ist. Dieser Kolben treibt über einen Rat¬ schenhebel ein Ringstück an, welches über eine Ein¬ steckwelle ein Drehmoment auf die Schraubverbindung überträgt. Durch den Ratschenhebel und hohe auf den Kolben wirkende Drücke lassen sich mit einem solchen hydraulischen Kraftschrauber Drehmomente sogar im Be¬ reich von 4500 Nm erzielen.
Die Einstellung eines Drehmoments erfolgt bei solchen hydraulischen Kraftschraubern bisher über die Einstel¬ lung des Drucks des Hydrauliköls, der auf den Arbeite- kolben des oszillierend angetriebenen Kraftschrauber wirkt. Der Druck des Hydrauliköls ist jedoch lediglich ein Maß für die Kraft, die unter einem wechselnden Winkel auf den Ratschenhebel des hydraulischen Kraft- schraubers ausgeübt wird. Das Anzugs-Drehmoment hängt jedoch nicht nur von dem Druck des Hydrauliklölε im Zylinderraum des Kraftschraubers ab, sondern auch von der Art der Abstützung des Kraftschraubers . Aus diesem Grund wurden bisher Tabellen verwendet, aus denen ein Anzug-Drehmoment bei gegebenem Hydraulikdruck und einer gegebenen Abstützgeometrie ersichtlich war. Da es je¬ doch unmöglich ist, für alle möglichen Abstützvarianten des hydraulischen Kraftschraubers im voraus Berech¬ nungen anzustellen und diese in einer Tabelle zu doku¬ mentieren, ist diese bekannte Methode der Ermittlung des Anzugs-Drehmoments nicht nur umständlich, sondern bei unbekannten Abstützverhältnissen auch ungenau.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einhalten eines vorgegebenen Anzugs-Drehmoments bei der Herstel¬ lung einer Schraubverbindung mit einem hydraulischen Kraftschrauber, der von einem hin- und hergehenden Ar¬ beitskolben angetrieben ist, zu erleichtern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 8 bzw. 9.
Um das Messen eines Drehmoments oder das Erreichen eines vorgegebenen Anzugs-Drehmoments zu erleichtern, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, das Drehmoment nicht nachträglich oder indirekt zu bestimmen, sondern sofort und unmittelbar an der Schraube oder Mutter zu messen. Dazu ist an dem hydraulischen Kraftschrauber die Welle als Meßwelle mit einem der Werkzeugaufnähme- Vorrichtung benachbarten Meßabschnitt ausgebildet. Eine in diesem Meßabschnitt auftretende Torsion der Meßwelle wird von einem in dem Meßabschnitt angeordneten Tor¬ sionssensor erfaßt . Da die Torsion (Verwindung) ein Maß für das Drehmoment an dieser Stelle ist, kann mit der Meßwelle das Anzugs-Drehmoment direkt an der Schraub¬ verbindung ermittelt werden. Mit der Überwachung der Torsion bzw. des Drehmoments läßt sich dann das Anzugs- Drehmoment sicher einhalten.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich da¬ durch, daß die zur Bestimmung des Anzugs-Drehmoments erforderlichen Komponenten keinen Einfluß auf den Auf¬ bau des Kraftschraubers im übrigen, d.h. auf den Antriebs- und Funktionsteil, haben. Die Meßvorrichtung ist ausschließlich an oder in der Meßwelle angeordnet. Die Vorteile der Erfindung lassen sich also auch mit einem alten hydraulischen Kraftschrauber erzielen, wenn dieser durch den Einsatz einer Meßwelle modifiziert worden ist. Dadurch, daß der hydraulische Kraftschrau¬ ber außer an der Meßwelle keine Modifikationen erfor- dert , können in ihrer Technik ausgereifte Konstruktio¬ nen bekannter Kraftschrauber unverändert übernommen werden, wodurch eine hohe Betriebssicherheit gewähr¬ leistet wird.
Die Steckbarkeit der Welle bringt zudem den Vorteil, daß bei einer Beschädigung des Meßabschnitts oder des Torsionssensors durch einfaches Auswechseln der Me߬ welle eine schnelle Reparatur des hydraulischen Kraft- schraubers möglich ist. Außerdem erleichtert die Steck¬ barkeit der Meßwelle die Kalibrierung des Torsionssen¬ sors bei herausgenommener Meßwelle.
Um die Betriebssicherheit zu erhöhen, weist der Tor¬ sionssensor vorzugsweise einen Signalausgang auf, der an dem der Werkzeugaufnahmevorrichtung gegenüberliegen¬ den Ende der Welle angeordnet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung liegt das Gehäuse des hydraulischen Kraftschraubers zwischen dem Signalausgang und der Werkzeugaufnahmevorrichtung und schirmt dadurch den Signalausgang ab. Darüber hinaus bleibt bei einer solchen Ausgestaltung der hydraulische Kraftschrauber im Bereich des Werkzeugs frei von Anbauten, die unter Umständen die Ansetzbarkeit des hydraulischen Kraft- schraubers an einer Schraubverbindung behindern würden.
Vorzugsweise ist die Meßwelle so ausgestaltet, daß sämtliche zur Energie- und/oder Signalübertragung er¬ forderlichen Anschlüsse des Torsionssensors berührungs- los an die rotierende Welle bzw. den rotierenden Teil der Welle geführt sind. Zu Fehlern neigende Schleifkon¬ takte können dadurch vermieden werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der erfin- dungsgemäße hydraulische Kraftschrauber zusammen mit einem hydraulischen Pumpenaggregat verwendet wird und eine Steuervorrichtung enthält, an der ein Soll-Moment einstellbar ist, wobei die Steuervorrichtung Signale des Torsionssensors der Meßwelle empfängt und die Zu¬ fuhr von Hydrauliköl zu dem Kraftschrauber bei Empfang eines dem Soll-Moment entsprechenden Signals unter¬ bricht. Da die Torsion (Verwindung) mit dem in dem Me߬ abschnitt herrschenden Drehmoment über bekannte Mate¬ rial- und Geometriegrößen gekoppelt ist, läßt sich aus der Torsion einerseits ohne Probleme das herrschende Drehmoment ermitteln und andererseits genauso einfach aus einem Soll-Moment eine Soll-Torsion. Dadurch, daß das hydraulische Pumpenaggregat die Druckmittelzufuhr bei Empfang eines den Sollmoment entsprechenden Signals automatisch unterbricht, wird ein Überziehen der Schraubverbindung sicher unterbunden, wobei insbesonde¬ re menschliches Versagen ausgeschlossen wird.
Durch die Steuerung des hydraulischen Pumpenaggregats über die Signale der Meßwelle kann darüber hinaus das Pumpenaggregat vereinfacht werden. An dem Pumpenaggre¬ gat können insbesondere ein Druckeinstellventil und ein Manometer eingespart werden. Das Pumpenaggregat braucht lediglich ein- und ausgeschaltet werden und kann dabei stets auf maximalen Druck eingestellt bleiben. Ledig¬ lich ein Überdruckventil ist noch aus Sicherheitsgrün¬ den erforderlich.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der hydraulische Kraftschrauber alternativ oder zusätzlich zu dem An¬ schluß an ein hydraulisches Pumpenaggregat an ein Auε- wertegerät anschließbar ist. Ein solches Auswertegerät, beispielsweise ein batteriestromversorgtes Momenten- Anzeigegerät in Brusttaschenformat, oder ein Daten¬ verarbeitungssystem zur Montagekontrolle mit einem Me߬ protokolldrucker, erlauben es, die bei der Herstellung einer Schraubverbindung aufgebrachten Momente mit hoher Genauigkeit zu ermitteln und ggf. zu dokumentieren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun¬ gen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den Zeichnungen im Zusammenhang mit der Be¬ schreibung. In den Zeichnungen, die zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffen, zeigen:
Fig. 1 einen hydraulischen Kraftschrauber gemäß einer ersten Ausführungsform mit einer Auswerteein¬ heit und einem hydraulischen Pumpenaggregat in explosionsartiger Darstellung,
Fig. 2 den hydraulischen Kraftschrauber in Fig. 1 in einer Seitenansicht in vereinfachter Darstel¬ lung,
Fig. 3 einen Schnitt durch den Kraftschrauber in Fig. 2, und eine in den Kraftschrauber gesteckte Welle gemäß der Linie III-III in vereinfachter Darstellung, und
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Kraftschrauber gemäß einer zweiten Ausführungsform entsprechend der Darstellung in Fig. 3.
Der in den Fign. 1-3 gezeigte hydraulische Kraftschrau¬ ber 10 gemäß der ersten Ausführungsform weist ein ein¬ teiliges Gehäuse 12 auf, in welchem ein Antriebsteil 14 und ein Funktionsteil 16 enthalten sind. Der Antriebs- teil 14 weist einen in einem Zylinderraum 18 axial ver¬ schiebbaren Kolben 20 auf, der über eine Kolbenstange 22 einen Ratschenhebel 24 antreibt. Der Ratschenhebel 24 weist ein federgespanntes Ratschenelement (nicht ge¬ zeigt) auf, das ein an dem dem Kolbenstangenanlenkende des Ratschenhebels 24 gegenüberliegenden Ende angeord¬ netes Ringstück 26 bei einem Arbeitshub des Kolbens 20 mitnimmt .
Das Ringstück 26 weist zur Aufnahme einer in den hy¬ draulischen Kraftschrauber 10 einsteckbaren Meßwelle 30 einen mit einer Innenverzahnung versehenen Einsteck¬ kanal 28 auf, welcher koaxial mit einer sich quer durch das Gehäuse 12 erstreckenden Einstecköffnung 28 für eine Meßwelle 30 verläuft.
Die Meßwelle 30 weist an ihrem einen Ende einen Vier¬ kant als Werkstückaufnahmevorrichtung 32 auf. Die Werk¬ zeugaufnahmevorrichtung 32 dient der Haltung einer auf¬ steckbaren Stecknuß (nicht gezeigt) . Um die Meßwelle 32 in dem Gehäuse 12 des hydraulischen Kraftschraubers 10 zu lagern, sind an der Meßwelle 30 ein erster Lagerab¬ schnitt 34 und ein zweiter Lagerabschnitt 36 ausgebil¬ det, die Teil einer Gleitlagerung für die Meßwelle 30 sind. Zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerab¬ schnitt 34,36 weist die Meßwelle 30 einen Verzahnungs¬ abschnitt 38 mit einer der Kerbverzahnung des Ring¬ stücks 26 komplementären Kerbverzahnung auf. Über die¬ sen Verzahnungsabschnitt 38 wird eine von dem Kolben 20 über die Kolbenstange 22 auf den Ratschenhebel 24 aus¬ geübte Kraft als Moment zu der Werkzeugaufnahmevorrich¬ tung 32 übertragen und von dort in eine anzuziehende Schraubverbindung übertragen. Um das beim Anziehen der Schraubverbindung auftretende Anzugs-Drehmoment bestimmen zu können, weist die Me߬ welle 30 der Werkzeugaufnahmevorrichtung 32 unmittelbar benachbart einen Meßabschnitt 40 auf, in welchem zur Bestimmung der Verwindung der Meßwelle 30 als Torsions- sensor 41 mehrere Dehnungsmeßstreifen 42 (Fig. 3) ange¬ ordnet sind. Zur Aufnahme der Dehnungsmeßstreifen 42 weist die Meßwelle 30 eine flache Ringnut 44 auf, die sich anschließend an einen Meßwellenbund 46 zur Ab¬ stützung der Meßwelle 30 an dem Gehäuse 12 über nahezu die gesamte Länge des Meßabschnitts 40 erstreckt. Die Dehnungsmeßstreifen 42 sind zur Bestimmung des Dreh¬ moments unter 45° zur Längsachse der Meßwelle 30 in der Ringnut 44 auf die Meßwelle 30 geklebt und mit einer Siegelmasse 48 vergossen, so daß ein Ablösen der Deh¬ nungsmeßstreifen 42 aufgrund von Feuchtigkeit oder me¬ chanischen Umwelteinflüssen verhindert wird. Um die Dehnungsmeßstreifen 42 auch gegen Stöße zu sichern, ist eine die Ringnut vollständig überdeckende Hülse 50 vor¬ gesehen, die in radialer Richtung plan mit dem Me߬ wellenbund 46 abschließt.
Zur Signalübertragung von den Dehnungsmeßstreifen 42 zu dem der Werkzeugaufnahmevorrichtung 32 gegenüberliegen¬ den Ende der Meßwelle 30 sind in der Meßwelle 30 eine zentral angeordnete, in Achsrichtung verlaufende An¬ schlußbohrung 52 und eine sich von der Anschlußbohrung 52 schräg zu der Ringnut 44 erstreckende Verbindungs- bohrung 54 vorgesehen. Durch die Bohrungen 52,54 ver¬ läuft ein Anschlußkabel 56 zu einem in einem Stecker¬ aufnahmeraum 58 angeordneten elektronischen Verstärker¬ element 60. Das Verstärkerelement 60 ist als Platine an der Rückseite eines in die Meßwelle 30 eingesteckten oder eingeschraubten Konnektors 62 ausgebildet. An den Konnektor 62, der als Stecker ausgebildet ist, ist ein mit einer Anschlußbuchse 64 (Fig. 1) versehenes An¬ schlußkabel 66 anschließbar, das zu einer mit einer Stromversorgung für den Torsionssensor 41 versehenen Auswerteeeinheit 68 führt. Zwar dreht sich der Konnek¬ tor 62 bei dieser Ausführungsform mit der Werkzeugauf¬ nahmevorrichtung 32 mit und verdrillt so das Anschlu߬ kabel 66; eine solche Verdrillung ist jedoch akzepta¬ bel, da im allgemeinen bis zum Erreichen des Anzugs- Drehmomentes nur wenige Umdrehungen der Meßwelle erfol¬ gen. Die einfache und robuste Ausgestaltung des An¬ schlusses ist dagegen eine großer Vorteil.
Um die durch das Gehäuse 12 des hydraulischen Kraft- schraubers 10 hindurchsteckbare Meßwelle 30 in dem Ge¬ häuse 12 gegen Herausfallen sichern zu können, ist eine Sicherungshülse 70 vorgesehen, die auf die Meßwelle 30 im Bereich des zweiten Lagerabschnitts 36 aufsteckbar ist und die Meßwelle 30 in dem Gehäuse 12 verriegelt.
Der hyraulische Kraftschrauber 110 gemäß der zweiten Ausführungsform (Fig. 4) unterscheidet sich von dem hydraulischen Kraftschrauber 10 gemäß der ersten Aus¬ führungsform lediglich hinsichtlich der Ausgestaltung der Meßwelle 130. Aus diesem Grund werden bei dem Kraftschrauber 110 gemäß der zweiten Ausführungsform Bezugszeichen verwendet, die gegenüber den Bezugs- zeichen bei dem Kraftschrauber 10 gemäß der ersten Aus¬ führungsform um "100" erhöht sind. Auf die Beschreibung dieser Teile im Zusammenhang mit der ersten Ausfüh¬ rungsform wird insoweit verwiesen.
Der hydraulische Kraftschrauber 110 gemäß der zweiten Ausführungsform hat gegenüber dem hydraulischen Kraft- schrauber 10 gemäß der ersten Ausführungsform den Vor¬ teil, daß der Stecker 162 zum Anschluß der Meßwelle 130 an eine Auswerteeinheit gegenüber der Werkzeugaufnahme- Vorrichtung 132 frei drehbar ist, also beim Schrauben nicht mitdreht. Um diese Drehbarkeit zu gewährleisten, weist die Meßwelle 130 einen Trägervorsprung 180 auf, der an der der Werkzeugaufnahmevorrichtung 32 gegen¬ überliegenden Seite des Kraftschraubers 110 aus dem Gehäuse 112 herausragt und zur Lagerung einer Drehkappe 182 mit einer Lagervorrichtung bestückt ist. Vorzugs¬ weise besteht diese Lagervorrichtung aus zwei axial voneinander beabstandeten Kugellagern 184,186. Die Kugellager 184,186 gewährleisten eine freie Drehbarkeit der Drehkappe 182 um den Trägervorsprung 180.
Um den Torsionssensor 141 mit Energie zu versorgen, weist die Drehkappe 182 eine Elektronikeinheit 188 auf, die sich in einer sich koaxial zur Drehkappe 182 er¬ streckenden, von einer Behälterwandung 190 begrenzten Kammer 192 befindet. Die Behälterwandung 190 der Kammer 192 taucht in eine im Trägervorsprung 180 ausgebildete, koaxial zur Meßwelle 130 verlaufende Übertragungskammer 194 ein.
Die Elektronikeinheit 188, die von dem Konnektor 162 mit 9 V Gleichstrom versorgt wird, wandelt den Gleich¬ strom in Hochfrequenzenergie (60 kHz) um, die über eine Hochfrequenzleitung 196 einer ersten Spule 198 (Primär¬ spule) zugeführt wird. Die Primärspule 198 ist koaxial zu der Meßwelle in der Drehkappe 182 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Radial innerhalb der ersten Spule 198 (Primärspule) ist unter Freilassung eines Ringspalts eine zweite Spule 200 (Sekundärspule) vorge¬ sehen, die an eine Meßelektronik 202 angeschlossen ist und zusammen mit der Primärspule 198 einen Transforma¬ tor bildet .
Die Meßelektronik 202 ist in einem Drehraum 204 ange¬ ordnet, der in axialer Richtung durch das Kugellager 184 und die Primär- und Sekundärspule 198,200 und in radialer Richtung durch den Trägervorsprung 180 sowie die Drehkappe 182 begrenzt wird. Um die Meßelektronik 202 bei abgenommener Drehkappe 182 vor Beschädigung zu schützen, ist ein ringförmiger Haltebecher 210 aus ama¬ gnetischem Material, z.B. Aluminium, vorgesehen, dessen innere radiale Wandung 206 zugleich das Kugellager 184 auf den Trägervorsprung 180 fixiert, als Auflagefläche für die Sekundärspule 200 fungiert und den Abstand zwi¬ schen dem ersten Kugellager 184 und dem zweiten Kugel¬ lager 186 definiert. Die dem Schutz der Meßelektronik 202 dienende Außenwandung 208 des Haltebechers 210 ist an der Innenwandung 206 über einen radialen Steg ange¬ schlossen. Der Haltebecher 210 ist vor seiner Montage in axialer Richtung einseitig offen, wobei die Meßelek¬ tronik 202 in dem Haltebecher 210 vorzugsweise ver¬ gossen ist .
Die Meßelektronik 202 versorgt einerseits die Dehnungs¬ meßstreifen 142 mit Energie und empfängt andererseits von den Dehnungsmeßstreifen 142 über eine Signalleitung 214 Meßsignale, die in ein hochfrequentes, frequenzmo¬ duliertes Signal umgewandelt werden und über eine Dio¬ denleitung 216 zu einem optischen Sender 218 (Infrarot- sender) übertragen werden. Der Sender 218 überträgt die frequenzmodulierten Signale, die bei einer Trägerfre¬ quenz von ca. 8 kHz +/- 2 kHz moduliert sind, zu einem Empfänger 220, der wie der Sender 218 auf der Achse der Meßwelle 130 angeordnet ist und sich am vorderen Ende der an der Drehkappe 182 ausgebildeten Behälterwandung 190 befindet. Die von dem Empfänger 220 empfangenen Signale werden von der Elektronikeinheit 188 in der Drehkappe 182 aufbereitet und über den Konnektor 162 an eine Auswerteeinheit übertragen. Da sowohl die Signal- Übertragung als auch die Energieübertragung berührungs- los erfolgt, arbeitet der Hydraulikschrauber 110 gemäß der zweiten Ausführungsform zuverlässig, wobei insbe¬ sondere wegen der frequenzmodulierten Signalübertragung Übertragungsfehler ausgeschlossen werden können.
Der Durchmesser der in Fig. 4 gezeigten Drehkappe 182 ist kleiner als der der Innenverzahnung des Ringstücks. Daher kann die Meßwelle 130 durch das Gehäuse 112 des Kraftschraubers hindurchgesteckt werden. Die Meßwelle kann aber auch teilbar ausgeführt werden, so daß eine Drehkappe bei einer solchen Ausführungsform erst nach Durchstecken des rotierenden Teils der Meßwelle durch das Gehäuse 112 auf den rotierenden Teil gesteckt wird. Vorzugsweise dient eine solche Drehkappe dann auch der axialen Fixierung der Meßwelle.
Der Betrieb der beiden beschriebenen Kraftschrauber 10,110 wird nachfolgend anhand des Kraftschraubers 10 der ersten Ausführungsform beschrieben. Kraftschrauber 10 werden dadurch zum Einsatz gebracht, daß zunächst nach dem Ansetzen einer Stecknuß der Kraftschrauber 10 an der Schraubverbindung angesetzt wird. Anschließend wird ein Stützfuß 72 des Kraftschraubers an dem Gehäuse 12 durch Verstellen in eine günstige Abstützposition gebracht. Durch Einschalten eines hydraulischen Pumpen¬ aggregats 74 wird der Kraftschrauber 10 anschließend über eine flexible Hydraulikleitung 76 mit Drucköl ver¬ sorgt. Die Druckölzufuhr bewirkt, daß die Meßwelle 30 gedreht wird und damit die Schraubverbindung anzieht. Das während dem Anziehen an der Schraubverbindung herr¬ schende Drehmoment kann an der Auswerteeinheit 68 abge¬ lesen werden. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit so ausgelegt, daß die Zufuhr von Hydrauliköl zu dem Kraft¬ schrauber 10 bei Empfang eines dem Soll-Moment ent¬ sprechenden Signals von dem Torsionssensor 41 automa¬ tisch unterbrochen wird.
Die Erfindung wurde vorstehend als hydraulischer Kraft¬ schrauber beschrieben. Die Erfindung wird aber auch verwirklicht, wenn eine Meßwelle wie vorstehend be¬ schrieben zum Einbau in einen handbetriebenen Kraftver¬ vielfältiger oder eine Ratsche vorbereitet wird oder in einen solchen Kraftvervielfältiger bzw. eine solche Ratsche eingebaut ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Hydraulischer Kraftschrauber mit einem Antriebs- teil (14) , in dem ein Kolben (20) verschiebbar ist, und einem in einem Gehäuse {12,-112) enthalte¬ nen Funktionsteil (16) , der einen von dem Antrieb¬ steil (14) angetriebenen Ratschenhebel (24) auf¬ weist und über den Ratschenhebel (24) eine drehbar gelagerte, in das Gehäuse (12,-112) auswechselbar eingesteckte Welle antreibt, die an ihrem einen Ende eine Werkzeugaufnahmevorrichtung (32,-132) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Welle als Meßwelle (30;130) mit einem der Werkzeugaufnahmevorrichtung (32;132) benachbarten Meßabschnitt (40; 140) ausgebildet ist und einen in dem Meßabschnitt (40;140) angeordneten Torεions- sensor (41,-141) aufweist.
2. Hydraulischer Kraftschrauber nach Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Torsionssensor
(41,-141) einen Signalausgang aufweist, der an dem der Werkzeugaufnahmevorrichtung (32;132) gegen¬ überliegenden Ende der Welle angeordnet ist.
3. Hydraulischer Kraftschrauber nach Anspruch 2, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Signalausgang des Torsionssensors (41) zu einem Konnektor (62) ge¬ führt ist, der an der Meßwelle (30) mit der Werk¬ zeugaufnahmevorrichtung (32) mitdrehend angeordnet ist.
4. Hydraulischer Kraftschrauber nach Anεpruch 2, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Signalausgang des Torsionssensors (141) zu einem Konnektor (162) geführt ist, der an einer gegenüber der Werkzeug¬ aufnahmevorrichtung (132) der Meßwelle (130) frei drehbar gelagerten Drehkappe (180) angeordnet ist.
Hydraulischer Kraftschrauber nach Anεpruch 4, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Konnektor (162) an eine externe Stromquelle anschließbar ist und mit einem im Innern der Drehkappe (180) angeordneten Transformator verbunden ist, dessen Primärspule (198) drehfest an der Drehkappe (180) angeordnet ist und dessen Sekundärspule (200) gegenüber der Werkzeugaufnahmevorrichtung (132) drehfest ange¬ ordnet ist.
Hydraulischer Kraftschrauber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßelektronik (202) die Signale des Torsionssensors (141) in frequenzmodulierte Signale umwandelt, die von einem mit der Werkzeugaufnahmevorrichtung (132) der Meßwelle (130) umlaufenden Sender (218) auf einen drehfest an der Drehkappe (180) angeordneten Empfänger (220) übertragen werden.
Hydraulischer Kraftschrauber nach einem der An¬ sprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuer¬ vorrichtung, an der ein Soll-Moment einstellbar ist und die Signale des Torsionssensorε (41; 141) der Meßwelle (30; 130) empfängt und bei Empfang eines dem Soll-Moment entsprechenden Signalε das den Kraftεchrauber verεorgende Pumpenaggregat ab¬ schaltet . Meßwelle für einen Kraftschrauber, mit einem er¬ sten Wellenende, einem zweiten Wellenende, einer an dem ersten Wellenende vorgesehenen Werkzeugauf¬ nahmevorrichtung (32) und einem zwischen den Wel¬ lenenden angeordneten Meßabschnitt (40) , in dem ein Torsionssensor (41) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zweiten Wellenende eine Auskoppeleinrichtung für die Ausgabe der Signale des Torsionssensors an eine externe Anzeigevor¬ richtung angeordnet ist.
Hydraulisches Pumpenaggregat für einen hydrau¬ lischen Kraftschrauber (10) nach Anspruch 7, da¬ durch gekennzeichnet, daß anstelle eines Regelven¬ tils am Druckausgang eine die Hydraulikversorgung am Druckausgang abschaltende Unterbrechereinrich¬ tung vorgesehen ist.
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