EP2113341B1 - Druckbetriebener Kraftschrauber mit Messabschnitt - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen druckbetriebenen hydraulischen oder pneumatischen Kraftschrauber mit einem Antriebsteil und einem Funktionsteil, wobei der Funktionsteil eine von einem Ratschenhebel angetriebene Welle aufweist, die eine Mitnahmevorrichtung aufweist, und mit einem das Torsionselement ermittelnden Messabschnitt.
• Ein hydraulischer Kraftschrauber gemäß dem einleitenden Teil des Anspruchs 1 ist bekannt aus DE 296 07 207 U . Bei diesem Kraftschrauber erstreckt sich die Welle quer durch das Gehäuse des Funktionsteils hindurch. Außerhalb des Gehäuses ist an der Welle ein torsionsfähiger Messabschnitt vorgesehen. In diesem Messabschnitt ist ein Torsionssensor in Form mehrerer Dehnmessstreifen auf der Welle befestigt. Der Torsionssensor bildet eine elektrische Widerstandsanordnung, deren Widerstand von dem Torsionsmoment abhängig ist. Am Ende der Welle befindet sich eine Mitnahmevorrichtung, die mit einem Werkzeug oder mit einem Schraubenkopf gekuppelt werden kann.
• Dieser Kraftschrauber mit Messzelle ermöglicht es, das auf die Schraube einwirkende Torsionsmoment zu messen, wodurch das Anzugs-Drehmoment direkt an der Schraubverbindung ermittelt werden kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen druckbetriebenen Kraftschrauber mit Antriebsteil, Funktionsteil und einem Messabschnitt zu schaffen, der in axialer Richtung der Schraube geringe Abmessungen hat und somit auch bei geringer Kopfhöhe (über der Schraube) einsetzbar ist.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist der Messabschnitt mindestens teilweise in dem von dem Gehäuse umschlossenen Bereich angeordnet. Der Messabschnitt befindet sich also in dem von dem Gehäuse überdeckten Bereich oder ragt mindestens in diesen Bereich hinein. Dies hat zur Folge, dass die Welle oder ein damit verbundenes Teil einen geringen axialen Überstand über das Gehäuse hat und dass die Gesamtlänge der Welle sehr gering ist, so dass der Kraftschrauber auch an engen Stellen eingesetzt werden kann, bei der über der Schraube nur eine geringe Kopfhöhe vorhanden ist.
• An dem Gehäuse kann ein Winkelsensor vorgesehen sein, der den Drehwinkel der Welle ermittelt. Hierbei erfolgt außer der direkten Drehmomentmessung im Innern des Gerätes auch gleichzeitig eine direkte Drehwinkelmessung. Durch die Integration des Winkelsensors in den Kraftschrauber wird die Flachbauweise nicht wesentlich beeinträchtigt, so dass die direkte Messung auch bei extrem beengten Platzverhältnissen durchgeführt werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass die Kombinationsmessung von Drehmoment und Drehwinkel das genaueste Anzugsverfahren für hochsensible Schraubverbindungen ermöglicht.
• Der Winkelsensor ist vorzugsweise in einer Kappe angeordnet, die das eine Ende der Welle umschließt. Auf diese Weise besteht ein Schutz des Winkelsensors vor mechanischen Beschädigungen und Verschmutzung. Zum anderen kann die seitliche Erweiterung des Gehäuses durch die Kappe relativ kleingehalten werden. Durch die Kappe hindurch kann eine Datenübertragung erfolgen, entweder mit Hilfe von Schleifringen oder durch drahtlose Übertragung.
• Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Kraftschraubers, teilweise geschnitten,

Fig. 2

einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3

einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform, bei der der Messabschnitt außen an der Welle angeordnet ist,

Fig. 4

einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform, bei der der Messabschnitt im Innern der Welle angeordnet ist,

Fig. 5

einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform, bei dr die Welle mit der Schlüsselnuss über eine Zwischenwelle gekoppelt ist,

Fig. 6

eine nicht zur Erfindung gehörende fünfte Ausführungsform, bei der der Messabschnitt in einem rohrförmigen Teil der Schlüsselnuss angeordnet ist,

Fig. 7

eine nicht zur Erfindung gehörende sechste Ausführungsform, bei der der Messabschnitt außen an einem rohrförmigen Teil der Schlüsselnuss angeordnet ist,

Fig. 8

eine nicht zur Erfindung gehörende siebte Ausführungsform, bei der der Messabschnitt in einem rohrförmigen Teil der Schlüsselnuss angeordnet ist, die ihrerseits mit einer Zwischenwelle verbunden ist, und

Fig. 9

eine ähnliche Version wie Fig. 8, jedoch mit außen angeordnetem Messabschnitt.

• Der Kraftschrauber nach den Figuren 1 und 2 weist einen Antriebsteil 10 und einen Funktionsteil 11 auf. Der Antriebsteil 10 ist auswechselbar an dem Funktionsteil 11 befestigt. Der Antriebsteil 10 enthält einen (nicht dargestellten) hydraulischen Zylinder, in welchem ein Kolben verschiebbar ist. Der Antriebsteil 10 weist auf dem Zylindergehäuse 12 eine schwenkbare Anschlussvorrichtung 13 für Hydraulikschläuche auf.
• Der Funktionsteil 11 weist ein Gehäuse 14 auf, das hier aus zwei zusammengesetzten Gehäusehälften 14a und 14b besteht. In dem Gehäuse 14 befindet sich ein Hohlraum 15, in welchem ein (nicht dargestellter) Ratschenhebel von dem Antriebsteil 10 hin- und hergeschwenkt werden kann. In einer Querbohrung 16, die sich durch das Gehäuse 14 erstreckt, ist eine Welle 17 drehbar gelagert. Diese Welle 17 weist im Innern des Gehäuses 14 eine umlaufende Verzahnung 18 auf, in die eine Verzahnung des Ratschenhebels eingreift. Auf diese Weise wird bei jedem Hub des Antriebsteil 10 die Welle 17 um einen bestimmten Winkelbetrag um ihre Achse gedreht. Dann erfolgt der Rückhub des Ratschenhebels, bei dem die Welle 17 nicht mitgenommen wird.
• Die Welle 17 weist an einem Ende eine Mitnahmevorrichtung 20 auf, die hier als Schlüsselnuss 40 ausgebildet ist und eine Einsteckausnehmung 21 von sechseckigem Querschnitt bildet. Die Einsteckausnehmung 21 befindet sich in dem aus dem Gehäuse 14 vorstehenden Teil der Welle 17 und erstreckt sich bis in das Gehäuse 14 hinein. Auf diese Weise kann der aus dem Gehäuse vorstehende Teil der Welle relativ kurz gehalten werden. Die Einsteckausnehmung 21 geht in einen Hohlraum 22 über, der in der Welle 17 gebildet ist. An der Umfangswand des Hohlraums 22 befindet sich der Torsionssensor 23 in Form von Dehnmessstreifen, die auf die Umfangswand aufgeklebt sind. Zwischen der Einsteckausnehmung 21 und dem Hohlraum 22 befindet sich ein nach innen vorstehender Ringflansch 24, der den Torsionssensor 23 gegen externe Eingriffe schützt. Der den Torsionssensor 23 tragende Bereich der Welle 17 bildet den Messabschnitt 25. Der Hohlraum 22 bildet eine axiale Verlängerung der Einsteckausnehmung 21. Wenn die Einsteckausnehmung 21 auf eine zu drehende Schraubenmutter aufgesetzt wird, kann der Hohlraum 22 den aus der Mutter hervorstehenden Schraubenschaft aufnehmen. Daher kann die Einsteckausnehmung 21 eine relativ geringe axiale Länge haben. Alternativ kann die Einsteckausnehmung auch zur Aufnahme des Schafts einer Schlüsselnuss dienen bzw. als Vierkantöffnung ausgebildet sein.
• An den Hohlraum 22 schließt sich ein kegelstumpfförmiger Übergang 26 an, der in einen Aufnahmeraum 27 mündet, in welchem ein Datenübertragungselement 28 enthalten ist. Von dem Torsionssensor 23 erstreckt sich ein Kabelkanal 29 zu dem Datenübertragungselement 28. Das Datenübertragungselement 28 ist beispielsweise eine Schleifringanordnung, welche ein externes Kabel 30 mit dem Torsionssensor 23, der mit der Welle 17 drehbar ist, verbindet. Alternativ kann die Übertragung auch drahtlos erfolgen. Das Kabel 30 führt zu einem Kabelanschluss 31 (Fig. 1), der an einem Auslegerarm 32 des Gehäuses 14 vorgesehen ist und an den ein Steuer- oder Messgerät angeschlossen werden kann.
• Der hydraulische Kraftschrauber ist ferner mit einer Drehwinkel-Messvorrichtung 33 ausgestattet. Diese weist eine Codescheibe 34 auf, welche auf dem der Einsteckausnehmung 21 abgewandten Ende der Welle 17 befestigt ist, und einen Winkelsensor 35, der auf die Striche der Codescheibe 34 reagiert und dadurch den Drehwinkel der Welle ermittelt. Der Winkelsensor 35 besteht aus einer Gabel-Lichtschranke, in die die radial von der Welle abstehende Codescheibe 34 hineinragt.
• Der Winkelsensor 35 ist in einer Kappe 36 enthalten, die auf einen Teil des Gehäuses 14 aufgesetzt und mit Schrauben 37 befestigt ist. Die Kappe 36 umschließt das an der Einsteckausnehmung 21 abgewandte rückwärtige Ende der Welle 17 und bildet gleichzeitig ein Schutzgehäuse für dieses Wellenende und die Winkelmessvorrichtung 33. Von dem Winkelsensor 35 führt ein Kabel 38 zu dem Kabelanschluss 31, so dass sowohl der Torsionssensor 23 als auch der Winkelsensor 35 an dem Kabelanschluss 31 elektrisch zugänglich ist.
• Unter ständiger Messung des Torsionsmoments der Welle 17 und des Drehwinkels dieser Welle kann eine exakte Steuerung des Betriebes des Kraftschraubers erfolgen und insbesondere eine zielgerechte Erreichung des gewünschten Schraubenanzugsmoments. Es ist auch möglich, die während eines Schraubenanzugsvorganges gemessenen Daten zu speichern und in einem Speicher abzulegen, um den Schraubvorgang später dokumentieren zu können. Dies ist besonders beim Anziehen sicherheitsrelevanter Schrauben wichtig.
• Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ist der Antriebsteil 10 und der Funktionsteil 11 jeweils in gleicher Weise ausgebildet wie dies anhand der Fign. 1 und 2 beschrieben wurde. Unterschiedlich ist jeweils die Kraftübertragung von der Welle auf die Schlüsselnuss, wie nachstehend erläutert wird.
• Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist die Welle 17 über ihre gesamte Länge im Gehäuse angeordnet. Auf der einen Wellenhälfte weist sie eine Mitnahmevorrichtung 20a in Form einer Keilwellenverzahnung auf, die mit einer entsprechenden Außenverzahnung einer Schlüsselnuss 40 zusammengreift. Die Schlüsselnuss 40 weist in einem verbreiterten Kopf 41 eine sechseckige Einsteckausnehmung 21 auf. Der Kopf 41 erstreckt sich teilweise bis in das Gehäuse 14 hinein. An de Kopf 41 schließt sich eine Hohlwelle 42 an. Diese Hohlwelle weist eine mit der Mitnahmevorrichtung 20a der Welle 17 zusammengreifende Außenkeilverzahnung auf. Zwischen dieser Außenkeilverzahnung und dem Kopf 41 befindet sich ein Messabschnitt 25 mit einem Torsionssensor 23, der in der Ringnut der Hohlwelle 42 versenkt angeordnet ist. Das Antriebsmoment wird von der Welle 17 auf die Hohlwelle 42 und von dort über den Messabschnitt 25 auf den Kopf 41 der Schlüsselnuss 40 übertragen. Bei dieser Variante ist sogar ein Teil des Kopfes 41 im Gehäuse 14 versenkt angeordnet, so dass die axiale Länge des Kraftschraubers außerordentlich kurz gehalten werden kann.
• Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 entspricht demjenigen von Fig. 3, jedoch mit dem Unterschied, dass der Torsionssensor 23 an der Innenseite der Hohlwelle 42 angeordnet ist. Elektrische Anschlussleitungen können sehr einfach durch die Hohlwelle hindurch zum Torsionssensor geführt werden.
• Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 ragt die Welle 17 zum rückwärtigen Ende hin aus dem Gehäuse 14 heraus. An dem überstehenden Teil ist sie an der Innenseite mit einer Keilwellenverzahnung 20a versehen, die mit einer entsprechenden Mitnahmevorrichtung 20a an der Außenseite einer Zwischenwelle 44 zusammengreift. Die Zwischenwelle erstreckt bis zur Vorderseite durch das Gehäuse 14 hindurch und sie weist in ihrem vorderen Bereich eine innere Keilwellenverzahnung 45 auf und in ihrem rückwärtigen Bereich eine Lagerbohrung 46.
• Die Schlüsselnuss 40 weist einen Kopf 41 mit einer Einsteckausnehmung 21 auf. An diesem Kopf schließt sich eine Hohlwelle 42 an, auf der ein Keilwellenabschnitt vorgesehen ist, welcher mit der Keilwellenverzahnung 45 der Zwischenwelle 44 zusammengreift. An die Hohlwelle 42 schließt sich ein Hohlwellenabschnitt 47 an, der in der Lagerbohrung 46 gelagert ist.
• In dem Bereich zwischen den beiden Keilwellenverzahnungen 20a und 45 befindet sich der Messabschnitt 25, mit dem in einer Außennut der Zwischenwelle 44 befestigten Torsionssensor 23.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 können in die Zwischenwelle Schlüsselnüsse 40 unterschiedlicher Schlüsselweiten eingesetzt werden, wobei selbst größte Schlüsselweiten möglich sind.
• Das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 kann auch so modifiziert werden, dass der Torsionssensor 23 an der Innenwand der Zwischenwelle 44 in einer Ausnehmung enthalten ist.
• Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Schlüsselnuss 40 mit einer Hohlwelle 42 verbunden ist, welche in eine innere Mitnahmevorrichtung 20a der Welle 17 eingreift. Die Welle 17 erstreckt sich über die Breite des Gehäuses 14, überragt dieses aber nicht wesentlich. Die Schlüsselnuss 40 bildet mit der Hohlwelle 42 eine bauliche Einheit, die insgesamt aus der Welle 17 herausgezogen werden kann. Der Messabschnitt 25 befindet sich an der Schlüsselnuss 40 und zwar in dem Bereich zwischen der Einsteckausnehmung 21 und der Hohlwelle 42. Von dem Torsionssensor 23 erstrecken sich elektrische Drähte 48 durch die Hohlwelle hindurch zu einem Datenübertragungselement 28, das in derselben Weise wie in Fig. 2 angeordnet ist, sich jedoch hier im Innern der Hohlwelle 42 befindet. Der Kraftschrauber ist mit einer Drehwinkel-Messvorrichtung 33 ausgestattet, die eine auf der Hohlwelle 42 sitzende Codescheibe 34 und einen gehäusefesten Winkelsensor 35 aufweist.
• Das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 unterscheidet sich von demjenigen von Fig. 6 nur dadurch, dass der Torsionssensor 23 außen auf dem Messabschnitt 25 angeordnet ist. Durch die Hohlwelle 42 führt eine Bohrung 46 zur Durchführung der vom Torsionssensor 23 kommenden Kabel in das innere der Hohlwelle.
• Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Schlüsselnuss 40 mit einer Hohlwelle 42 verlängert ist, welche einen Messabschnitt 25 enthält, wobei der Torsionssensor 23 im Innern der Hohlwelle 42 angeordnet ist. Die Hohlwelle 42 ist mit einer Zwischenwelle 49 verbunden, welche in eine innere Mitnahmevorrichtung 20a der Welle 17 eingreift. Durch die Zwischenwelle 49 führt das vom Torsionssensor 23 kommende Kabel hindurch, um an der Rückseite auszutreten.
• Das Ausführungsbeispiel von Fig. 9 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 8 nur dadurch, dass der Torsionssensor 23 auf der Außenseite des Messabschnitts 25 angeordnet ist. Von dort führt eine Bohrung 46 in das Innere der Hohlwelle 42.

Claims (5)

1. Druckbetriebener Kraftschrauber mit einem Antriebsteil (10) und einem Funktionsteil (11), der ein Gehäuse (14) aufweist, welches einen vom Antriebsteil (10) angetriebenen Ratschenhebel enthält, wobei der Ratschenhebel eine quer durch das Gehäuse (14) verlaufende Welle (17) antreibt, die eine Mitnahmevorrichtung (20;20a) aufweist, und mit einem das Torsionsmoment ermittelnden Messabschnitt (25)
   dadurch gekennzeichnet ,
   dass der Messabschnitt (25) mindestens teilweise in dem von dem Gehäuse (14) umschlossenen Bereich angeordnet ist.
2. Kraftschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (14) ein Winkelsensor (35) vorgesehen ist, der den Drehwinkel der Welle (17) ermittelt.
3. Kraftschrauber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor (35) in einer Kappe (36) angeordnet ist, die das ein Ende der Welle (17) umschließt.
4. Kraftschrauber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor (35) mit einer Codescheibe (34) zusammenwirkt, die auf dem Ende der Welle (17) befestigt ist.
5. Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ende der Welle (17) ein Datenübertragungselement (28) angeordnet ist.

Images