EP0904178B1 - Hydraulischer kraftschrauber - Google Patents

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Publication number
EP0904178B1
EP0904178B1 EP97921658A EP97921658A EP0904178B1 EP 0904178 B1 EP0904178 B1 EP 0904178B1 EP 97921658 A EP97921658 A EP 97921658A EP 97921658 A EP97921658 A EP 97921658A EP 0904178 B1 EP0904178 B1 EP 0904178B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power wrench
shaft
measuring
hydraulic power
torsion sensor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97921658A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0904178A1 (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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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25BTOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B21/00Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose
    • B25B21/004Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose of the ratchet type
    • B25B21/005Portable 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25BTOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/0078Reaction arms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25BTOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic power wrench.
  • the reliability of a screw connection depends crucially from the fact that when tightening the screw connection a tightening torque specified by the design complied with, i.e. reached and within the permissible tolerance is not exceeded.
  • Such power screwdrivers (DE 41 11 631 A1) have a reciprocating piston that is slidable in a cylinder space of a drive part is arranged.
  • This piston drives via a ratchet lever a ring piece, which has a plug-in shaft a torque on the screw connection transmits.
  • a torque is set for such hydraulic power wrenches so far on the setting the pressure of the hydraulic oil on the working piston of the oscillating power wrench works.
  • the pressure of the hydraulic oil is only a measure of the force under a changing Angle on the ratchet lever of the hydraulic power wrench is exercised.
  • the tightening torque depends but not only from the pressure of the hydraulic oil in the Cylinder chamber of the power wrench, but also from the type of support for the power wrench. For this Tables have been used for this reason, from which a Tightening torque for a given hydraulic pressure and one given support geometry was apparent.
  • it is impossible for all possible support variants of the hydraulic power wrench in advance calculations and to document them in a table is this well-known method of investigation the tightening torque not only cumbersome, but with unknown support conditions also imprecise.
  • the object of the invention is to comply a predetermined tightening torque during manufacture a screw connection with a hydraulic Power wrench by a reciprocating piston is driven to facilitate.
  • the torque not to be determined retrospectively or indirectly, but immediately and immediately on the screw or nut measure up.
  • the shaft as a measuring shaft with one of the tool holder adjacent measuring section is formed, which is arranged on the protruding from the housing front portion of the measuring shaft.
  • a torsion of the measuring shaft occurring in this measuring section is by a torsion sensor arranged in the measuring section detected. Because the torsion (twist) is a measure for the torque at this point, you can use the Measuring shaft the tightening torque directly on the screw connection be determined. With the monitoring of Torsion or the torque can then be the tightening torque adhere safely.
  • An essential advantage of the invention results from that to determine the tightening torque required components have no influence on the structure the power wrench for the rest, i.e. on the Drive and functional part.
  • the measuring device is only arranged on or in the measuring shaft.
  • the advantages of the invention can also be shared with achieve an old hydraulic power wrench if this modified by the use of a measuring shaft has been.
  • the fact that the hydraulic power wrench No modifications required except on the measuring shaft can use sophisticated constructions known power wrench unchanged are guaranteed, which ensures high operational reliability becomes.
  • the pluggability of the shaft also has the advantage that if the measuring section or the Torsion sensor by simply changing the measuring shaft a quick repair of the hydraulic power wrench is possible. It also makes it easier to plug in calibration of the torsion sensor with the measuring shaft removed.
  • the torsion sensor preferably a signal output on the on the opposite of the tool holder End of the shaft is arranged.
  • a signal output on the on the opposite of the tool holder End of the shaft is arranged.
  • the housing of the hydraulic Power wrench between the signal output and the Tool holder and thereby shields the Signal output from.
  • the hydraulic power wrench remains with one such design of the hydraulic power wrench in the area of the tool free from attachments that are under The applicability of the hydraulic power wrench would hinder a screw connection.
  • the measuring shaft is preferably designed such that all necessary for energy and / or signal transmission Torsion sensor connections without contact to the rotating shaft or the rotating part the wave are guided. Sliding contacts prone to errors can be avoided.
  • the invention hydraulic power wrench together with a hydraulic pump unit contains a control device at which a target torque is adjustable, the control device signals of the torsion sensor of the measuring shaft receives and the feed from hydraulic oil to the power wrench upon receipt interrupts a signal corresponding to the target torque. Since the torsion (torsion) with that in the measuring section prevailing torque over known material and geometry sizes is coupled, can be from the torsion on the one hand without problems the prevailing Determine torque and just as easily from a target torque a target torsion. As a result of that the hydraulic pump unit the pressure medium supply upon receipt of a signal corresponding to the target torque automatically interrupts, an overdrawing of the Screw connection securely prevented, in particular human error is excluded.
  • the signals from the measuring shaft can also Pump unit can be simplified.
  • On the pump set can in particular a pressure adjustment valve and Manometer can be saved.
  • the pump set needs can only be switched on and off and can always remain set to maximum pressure. Only a pressure relief valve is still for safety reasons required.
  • hydraulic Power screwdriver alternatively or in addition to the connection to a hydraulic pump unit to an evaluation unit can be connected.
  • an evaluation device for example, a battery-powered torque indicator pocket-sized, or a data processing system for assembly control with a measurement log printer, allow that in the manufacture a screw connection with high moments Determine accuracy and document if necessary.
  • the in Figs. 1-3 shown hydraulic power wrenches 10 according to the first embodiment has a one-piece Housing 12 in which a drive part 14th and a functional part 16 are included.
  • the drive part 14 has an axially displaceable in a cylinder space 18
  • Piston 20 on a piston rod 22 drives a ratchet lever 24.
  • the ratchet lever 24 has a spring-loaded ratchet element (not shown) on that one at the piston rod articulation end of the ratchet lever 24 opposite end Ring piece 26 during a working stroke of the piston 20 takes along.
  • the ring piece 26 has one for receiving one in the hydraulic Power screwdriver 10 insertable measuring shaft 30 an insertion channel provided with internal teeth 28 on which is coaxial with one across the housing 12 extending insertion opening 28 for a measuring shaft 30 runs.
  • the measuring shaft 30 has a square at one end as a workpiece holder 32.
  • the tool holder 32 is used to hold an attachable Socket (not shown).
  • Around the measuring shaft 32 in the housing 12 of the hydraulic power wrench 10 to be stored are a first bearing section on the measuring shaft 30 34 and a second bearing section 36 are formed, the part of a plain bearing for the measuring shaft 30th are.
  • the measuring shaft 30 has a toothed section 38 with one of the splines of the ring piece 26 complementary serration.
  • This Tooth portion 38 becomes one of the piston 20 exerted on the ratchet lever 24 via the piston rod 22 Force as a moment to the tool holder 32 transferred and from there to be put on Transfer screw connection.
  • the measuring shaft has the ability to determine the tightening torque 30 on the front section protruding from the housing 12, the tool holding device 32 directly adjacent, a measuring section 40, in which for Determination of the torsion of the measuring shaft 30 as a torsion sensor 41 arranged several strain gauges 42 (Fig. 3) are.
  • the measuring shaft 30 has a flat annular groove 44 which then a measuring shaft collar 46 for support the measuring shaft 30 on the housing 12 over almost extends the entire length of the measuring section 40.
  • the Strain gauges 42 are used to determine the torque at 45 ° to the longitudinal axis of the measuring shaft 30 in the Annular groove 44 glued to the measuring shaft 30 and with a Pour sealing compound 48 so that the strain gauges become detached 42 due to moisture or mechanical Environmental influences is prevented.
  • a sleeve 50 completely covering the annular groove is provided, the plane in the radial direction with the measuring shaft collar 46 completes.
  • the connector turns 62 with the tool holding device in this embodiment 32 with and thus twists the connection cable 66; however, such a twist is acceptable since generally until the tightening torque is reached only a few revolutions of the measuring shaft.
  • the simple and robust design of the connection is a big advantage.
  • the hydraulic power wrench 110 according to the second Embodiment differs from that hydraulic power wrench 10 according to the first embodiment only in terms of design the measuring shaft 130. For this reason, the Power wrench 110 according to the second embodiment Reference numerals used opposite the reference numerals in the power wrench 10 according to the first embodiment are increased by "100". On the description these parts in connection with the first embodiment is referred to.
  • the hydraulic power wrench 110 according to the second Embodiment has compared to the hydraulic power wrench 10 according to the first embodiment has the advantage that the plug 162 for connecting the measuring shaft 130 to an evaluation unit opposite the tool holder 132 is freely rotatable, i.e. when screwing not turning.
  • the measuring shaft 130 has a carrier projection 180, that on the opposite of the tool holder 32 Side of the power wrench 110 from the Housing 112 protrudes and for storage of a rotating cap 182 is equipped with a storage device.
  • this bearing device consists of two axially spaced apart ball bearings 184,186.
  • the Ball bearings 184,186 ensure free rotation the rotary cap 182 around the carrier protrusion 180.
  • the rotary cap 182 In order to supply the torsion sensor 141 with energy, the rotary cap 182 has an electronics unit 188, which extend in a coaxial manner to the rotary cap 182, delimited by a container wall 190 Chamber 192 is located.
  • the container wall 190 of the chamber 192 plunges into a carrier projection 180, Transmission chamber running coaxially to the measuring shaft 130 194 a.
  • the electronics unit 188 that is provided by the connector 162 is supplied with 9 V direct current, converts the direct current into high frequency energy (60 kHz), which has a High-frequency line 196 of a first coil 198 (primary coil) is fed.
  • the primary coil 198 is coaxial arranged to the measuring shaft in the rotary cap 182 and with this rotatably connected. Radially within the first Coil 198 (primary coil) is released with one
  • a second coil 200 (secondary coil) is provided, which is connected to measuring electronics 202 and together with the primary coil 198 a transformer forms.
  • the measuring electronics 202 is 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 non-magnetic material, e.g. aluminum, is 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 prior to its mounting, 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 that are converted into a high-frequency, frequency-modulated Signal to be converted and through a diode line 216 to an optical transmitter 218 (infrared transmitter) be transmitted.
  • the transmitter 218 transmits the frequency modulated signals at a carrier frequency of about 8 kHz +/- 2 kHz are modulated into one Receiver 220, which, like the transmitter 218, is on the axis of the Measuring shaft 130 is arranged and at the front end the container wall formed on the rotary cap 182 190 is located.
  • the diameter of the rotary cap 182 shown in FIG. 4 is smaller than that of the internal toothing of the ring piece. Therefore, the measuring shaft 130 through the housing 112 of the Power wrench inserted.
  • the measuring shaft but can also be made divisible, so that a Rotating cap in such an embodiment only after Push the rotating part of the measuring shaft through the housing 112 is plugged onto the rotating part.
  • Such a rotary cap then preferably also serves axial fixation of the measuring shaft.
  • Power wrench 10 are used in that initially after attaching a socket, the power wrench 10 is attached to the screw connection. Subsequently becomes a support leg 72 of the power wrench on the housing 12 by moving it into a favorable support position brought. By switching 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 prevailing at the screw connection during tightening Torque can be read on the evaluation unit 68 become.
  • the evaluation unit is preferably such designed to supply hydraulic oil to the power wrench 10 upon receipt of a target torque Signals from the torsion sensor 41 automatically is interrupted.

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Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Kraftschrauber.
Die Zuverlässigkeit einer Schraubverbindung hängt entscheidend davon ab, daß beim Anziehen der Schraubverbindung 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 Anzugs-Drehmoment mittels eines Drehmomentenschlüssels eingestellt werden. Schraubverbindungen mit einem hohen Anzugs-Drehmoment können auf diese Weise nicht hergestellt werden.
Um Schraubverbindungen mit einem hohen Anzugs-Drehmoment herzustellen, werden hydraulische Kraftschrauber verwendet. Solche Kraftschrauber (DE 41 11 631 A1) weisen einen hin- und hergehenden Kolben auf, der verschiebbar in einem Zylinderraum eines Antriebsteils angeordnet ist. Dieser Kolben treibt über einen Ratschenhebel ein Ringstück an, welches über eine Einsteckwelle 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 Bereich von 4500 Nm erzielen.
Die Einstellung eines Drehmoments erfolgt bei solchen hydraulischen Kraftschraubern bisher über die Einstellung des Drucks des Hydrauliköls, der auf den Arbeitskolben 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 Kraftschraubers ausgeübt wird. Das Anzugs-Drehmoment hängt jedoch nicht nur von dem Druck des Hydrauliklöls 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 jedoch unmöglich ist, für alle möglichen Abstützvarianten des hydraulischen Kraftschraubers im voraus Berechnungen anzustellen und diese in einer Tabelle zu dokumentieren, 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 Herstellung einer Schraubverbindung mit einem hydraulischen Kraftschrauber, der von einem hin- und hergehenden Arbeitskolben angetrieben ist, zu erleichtern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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 Werkzeugaufnahmevorrichtung benachbarten Meßabschnitt ausgebildet, der an dem aus dem Gehäuse herausragenden vorderen Abschnitt der Meßwelle angeordnet ist. Eine in diesem Meßabschnitt auftretende Torsion der Meßwelle wird von einem in dem Meßabschnitt angeordneten Torsionssensor erfaßt. Da die Torsion (Verwindung) ein Maß für das Drehmoment an dieser Stelle ist, kann mit der Meßwelle das Anzugs-Drehmoment direkt an der Schraubverbindung 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 dadurch, daß die zur Bestimmung des Anzugs-Drehmoments erforderlichen Komponenten keinen Einfluß auf den Aufbau 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 Kraftschrauber außer an der Meßwelle keine Modifikationen erfordert, können in ihrer Technik ausgereifte Konstruktionen bekannter Kraftschrauber unverändert übernommen werden, wodurch eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet wird.
Die Steckbarkeit der Welle bringt zudem den Vorteil, daß bei einer Beschädigung des Meßabschnitts oder des Torsionssensors durch einfaches Auswechseln der Meßwelle eine schnelle Reparatur des hydraulischen Kraftschraubers möglich ist. Außerdem erleichtert die Steckbarkeit der Meßwelle die Kalibrierung des Torsionssensors bei herausgenommener Meßwelle.
Um die Betriebssicherheit zu erhöhen, weist der Torsionssensor vorzugsweise einen Signalausgang auf, der an dem der Werkzeugaufnahmevorrichtung gegenüberliegenden 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 Kraftschraubers an einer Schraubverbindung behindern würden.
Vorzugsweise ist die Meßwelle so ausgestaltet, daß sämtliche zur Energie- und/oder Signalübertragung erforderlichen Anschlüsse des Torsionssensors berührungslos an die rotierende Welle bzw. den rotierenden Teil der Welle geführt sind. Zu Fehlern neigende Schleifkontakte können dadurch vermieden werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der erfindungsgemäße 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 Zufuhr von Hydrauliköl zu dem Kraftschrauber bei Empfang eines dem Soll-Moment entsprechenden Signals unterbricht. Da die Torsion (Verwindung) mit dem in dem Meßabschnitt herrschenden Drehmoment über bekannte Material- 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 insbesondere menschliches Versagen ausgeschlossen wird.
Durch die Steuerung des hydraulischen Pumpenaggregats über die Signale der Meßwelle kann darüber hinaus das Pumpenaggregat vereinfacht werden. An dem Pumpenaggregat 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. Lediglich ein Überdruckventil ist noch aus Sicherheitsgründen erforderlich.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der hydraulische Kraftschrauber alternativ oder zusätzlich zu dem Anschluß an ein hydraulisches Pumpenaggregat an ein Auswertegerät anschließbar ist. Ein solches Auswertegerät, beispielsweise ein batteriestromversorgtes Momenten-Anzeigegerät in Brusttaschenformat, oder ein Datenverarbeitungssystem zur Montagekontrolle mit einem Meßprotokolldrucker, erlauben es, die bei der Herstellung einer Schraubverbindung aufgebrachten Momente mit hoher Genauigkeit zu ermitteln und ggf. zu dokumentieren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den Zeichnungen im Zusammenhang mit der Beschreibung. In den Zeichnungen, die zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffen, zeigen:
Fig. 1
einen hydraulischen Kraftschrauber gemäß einer ersten Ausführungsform mit einer Auswerteeinheit und einem hydraulischen Pumpenaggregat in explosionsartiger Darstellung,
Fig. 2
den hydraulischen Kraftschrauber in Fig. 1 in einer Seitenansicht in vereinfachter Darstellung,
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 Kraftschrauber 10 gemäß der ersten Ausführungsform weist ein einteiliges Gehäuse 12 auf, in welchem ein Antriebsteil 14 und ein Funktionsteil 16 enthalten sind. Der Antriebsteil 14 weist einen in einem Zylinderraum 18 axial verschiebbaren Kolben 20 auf, der über eine Kolbenstange 22 einen Ratschenhebel 24 antreibt. Der Ratschenhebel 24 weist ein federgespanntes Ratschenelement (nicht gezeigt) auf, das ein an dem dem Kolbenstangenanlenkende des Ratschenhebels 24 gegenüberliegenden Ende angeordnetes Ringstück 26 bei einem Arbeitshub des Kolbens 20 mitnimmt.
Das Ringstück 26 weist zur Aufnahme einer in den hydraulischen Kraftschrauber 10 einsteckbaren Meßwelle 30 einen mit einer Innenverzahnung versehenen Einsteckkanal 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 Vierkant als Werkstückaufnahmevorrichtung 32 auf. Die Werkzeugaufnahmevorrichtung 32 dient der Haltung einer aufsteckbaren Stecknuß (nicht gezeigt). Um die Meßwelle 32 in dem Gehäuse 12 des hydraulischen Kraftschraubers 10 zu lagern, sind an der Meßwelle 30 ein erster Lagerabschnitt 34 und ein zweiter Lagerabschnitt 36 ausgebildet, die Teil einer Gleitlagerung für die Meßwelle 30 sind. Zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerabschnitt 34,36 weist die Meßwelle 30 einen Verzahnungsabschnitt 38 mit einer der Kerbverzahnung des Ringstücks 26 komplementären Kerbverzahnung auf. Über diesen Verzahnungsabschnitt 38 wird eine von dem Kolben 20 über die Kolbenstange 22 auf den Ratschenhebel 24 ausgeübte Kraft als Moment zu der Werkzeugaufnahmevorrichtung 32 übertragen und von dort in eine anzuziehende Schraubverbindung übertragen.
Um das beim Anziehen der Schraubverbindung auftretende Anzugs-Drehmoment bestimmen zu können, weist die Meßwelle 30 an dem aus dem Gehäuse 12 herausragenden vorderen Abschnitt, der Werkzeugaufnahmevorrichtung 32 unmittelbar benachbart, einen Meßabschnitt 40 auf, in welchem zur Bestimmung der Verwindung der Meßwelle 30 als Torsionssensor 41 mehrere Dehnungsmeßstreifen 42 (Fig. 3) angeordnet sind. Zur Aufnahme der Dehnungsmeßstreifen 42 weist die Meßwelle 30 eine flache Ringnut 44 auf, die sich anschließend an einen Meßwellenbund 46 zur Abstützung der Meßwelle 30 an dem Gehäuse 12 über nahezu die gesamte Länge des Meßabschnitts 40 erstreckt. Die Dehnungsmeßstreifen 42 sind zur Bestimmung des Drehmoments 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 Dehnungsmeßstreifen 42 aufgrund von Feuchtigkeit oder mechanischen Umwelteinflüssen verhindert wird. Um die Dehnungsmeßstreifen 42 auch gegen Stöße zu sichern, ist eine die Ringnut vollständig überdeckende Hülse 50 vorgesehen, die in radialer Richtung plan mit dem Meßwellenbund 46 abschließt.
Zur Signalübertragung von den Dehnungsmeßstreifen 42 zu dem der Werkzeugaufnahmevorrichtung 32 gegenüberliegenden Ende der Meßwelle 30 sind in der Meßwelle 30 eine zentral angeordnete, in Achsrichtung verlaufende Anschlußbohrung 52 und eine sich von der Anschlußbohrung 52 schräg zu der Ringnut 44 erstreckende Verbindungsbohrung 54 vorgesehen. Durch die Bohrungen 52,54 verläuft ein Anschlußkabel 56 zu einem in einem Steckeraufnahmeraum 58 angeordneten elektronischen Verstärkerelement 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 Anschlußkabel 66 anschließbar, das zu einer mit einer Stromversorgung für den Torsionssensor 41 versehenen Auswerteeeinheit 68 führt. Zwar dreht sich der Konnektor 62 bei dieser Ausführungsform mit der Werkzeugaufnahmevorrichtung 32 mit und verdrillt so das Anschlußkabel 66; eine solche Verdrillung ist jedoch akzeptabel, da im allgemeinen bis zum Erreichen des Anzugs-Drehmomentes nur wenige Umdrehungen der Meßwelle erfolgen. Die einfache und robuste Ausgestaltung des Anschlusses ist dagegen eine großer Vorteil.
Um die durch das Gehäuse 12 des hydraulischen Kraftschraubers 10 hindurchsteckbare Meßwelle 30 in dem Gehäuse 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 Ausführungsform lediglich hinsichtlich der Ausgestaltung der Meßwelle 130. Aus diesem Grund werden bei dem Kraftschrauber 110 gemäß der zweiten Ausführungsform Bezugszeichen verwendet, die gegenüber den Bezugszeichen bei dem Kraftschrauber 10 gemäß der ersten Ausführungsform um "100" erhöht sind. Auf die Beschreibung dieser Teile im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform wird insoweit verwiesen.
Der hydraulische Kraftschrauber 110 gemäß der zweiten Ausführungsform hat gegenüber dem hydraulischen Kraftschrauber 10 gemäß der ersten Ausführungsform den Vorteil, daß der Stecker 162 zum Anschluß der Meßwelle 130 an eine Auswerteeinheit gegenüber der Werkzeugaufnahmevorrichtung 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 gegenüberliegenden Seite des Kraftschraubers 110 aus dem Gehäuse 112 herausragt und zur Lagerung einer Drehkappe 182 mit einer Lagervorrichtung bestückt ist. Vorzugsweise 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 erstreckenden, 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 Gleichstrom in Hochfrequenzenergie (60 kHz) um, die über eine Hochfrequenzleitung 196 einer ersten Spule 198 (Primärspule) 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) vorgesehen, die an eine Meßelektronik 202 angeschlossen ist und zusammen mit der Primärspule 198 einen Transformator bildet.
Die Meßelektronik 202 ist in einem Drehraum 204 angeordnet, 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 amagnetischem 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 zwischen dem ersten Kugellager 184 und dem zweiten Kugellager 186 definiert. Die dem Schutz der Meßelektronik 202 dienende Außenwandung 208 des Haltebechers 210 ist an der Innenwandung 206 über einen radialen Steg angeschlossen. Der Haltebecher 210 ist vor seiner Montage in axialer Richtung einseitig offen, wobei die Meßelektronik 202 in dem Haltebecher 210 vorzugsweise vergossen ist.
Die Meßelektronik 202 versorgt einerseits die Dehnungsmeßstreifen 142 mit Energie und empfängt andererseits von den Dehnungsmeßstreifen 142 über eine Signalleitung 214 Meßsignale, die in ein hochfrequentes, frequenzmoduliertes Signal umgewandelt werden und über eine Diodenleitung 216 zu einem optischen Sender 218 (Infrarotsender) übertragen werden. Der Sender 218 überträgt die frequenzmodulierten Signale, die bei einer Trägerfrequenz 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 Signalübertragung als auch die Energieübertragung berührungslos erfolgt, arbeitet der Hydraulikschrauber 110 gemäß der zweiten Ausführungsform zuverlässig, wobei insbesondere 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 Pumpenaggregats 74 wird der Kraftschrauber 10 anschließend über eine flexible Hydraulikleitung 76 mit Drucköl versorgt. Die Druckölzufuhr bewirkt, daß die Meßwelle 30 gedreht wird und damit die Schraubverbindung anzieht. Das während dem Anziehen an der Schraubverbindung herrschende Drehmoment kann an der Auswerteeinheit 68 abgelesen werden. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit so ausgelegt, daß die Zufuhr von Hydrauliköl zu dem Kraftschrauber 10 bei Empfang eines dem Soll-Moment entsprechenden Signals von dem Torsionssensor 41 automatisch unterbrochen wird.

Claims (9)

  1. Hydraulischer Kraftschrauber mit einem Antriebsteil (14), in dem ein Kolben (20) verschiebbar ist, und einem in einem Gehäuse (12;112) enthaltenen Funktionsteil (16), der einen von dem Antriebsteil (14) angetriebenen Ratschenhebel (24) aufweist 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,
    dadurch gekennzeichnet,
    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 Torsionssensor (41;141) aufweist, wobei der Meßabschnitt (40;140) an dem aus dem Gehäuse (12;112) herausragenden vorderen Abschnitt der Meßwelle (30;130) angeordnet ist.
  2. Hydraulischer Kraftschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionssensor (41;141) einen Signalausgang aufweist, der an dem der Werkzeugaufnahmevorrichtung (32;132) gegenüberliegenden Ende der Welle angeordnet ist.
  3. Hydraulischer Kraftschrauber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang des Torsionssensors (41) zu einem Konnektor (62) geführt ist, der an der Meßwelle (30) mit der Werkzeugaufnahmevorrichtung (32) mitdrehend angeordnet ist.
  4. Hydraulischer Kraftschrauber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang des Torsionssensors (141) zu einem Konnektor (162) geführt ist, der an einer gegenüber der Werkzeugaufnahmevorrichtung (132) der Meßwelle (130) frei drehbar gelagerten Drehkappe (180) angeordnet ist.
  5. Hydraulischer Kraftschrauber nach Anspruch 4, dadurch 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 angeordnet ist.
  6. 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.
  7. Hydraulischer Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung, an der ein Soll-Moment einstellbar ist und die Signale des Torsionssensors (41;141) der Meßwelle (30;130) empfängt und bei Empfang eines dem Soll-Moment entsprechenden Signals das den Kraftschrauber versorgende Pumpenaggregat abschaltet.
  8. Hydraulischer Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang an dem aus dem Gehäuse (12;112) herausragenden rückwärtigen Abschnitt der Welle angeordnet ist.
  9. Hydraulischer Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Meßabschnitt (40;140) eine den Torsionssensor (41;141) überdeckende Hülse (50;150) sitzt.
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