EP2754534A2 - Torsionsstab - Google Patents

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EP2754534A2
EP2754534A2 EP14150260.9A EP14150260A EP2754534A2 EP 2754534 A2 EP2754534 A2 EP 2754534A2 EP 14150260 A EP14150260 A EP 14150260A EP 2754534 A2 EP2754534 A2 EP 2754534A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
torsion
region
torsion bar
bar according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14150260.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2754534A3 (de
Inventor
Herbert Ginter
Matthias Wissling
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.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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 Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP2754534A2 publication Critical patent/EP2754534A2/de
Publication of EP2754534A3 publication Critical patent/EP2754534A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • 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
    • B25B23/0007—Connections or joints between tool parts
    • B25B23/0021—Prolongations interposed between handle and tool

Definitions

  • the invention relates to a torsion bar for limiting torque according to the preamble of claim 1.
  • a torsion bar is formed with a shaft having a first end portion and a longitudinally opposite second end portion, a first coupling for non-rotatably connecting the shaft with the output spindle of a striking screwdriver, wherein the first coupling is arranged on the first end region of the shaft, and a second coupling for non-rotatably connecting the shaft with a threaded element, in particular with the nut of an expansion anchor, wherein the second coupling is arranged on the second end portion of the shaft, wherein the shaft between the first end portion and the second end region has a torsion region.
  • a generic Torsionsstab is for example from the GB1521461A known. It forms a torsion spring between the output spindle of the impact wrench and the tightening screw, which can limit the torque applied to the screw.
  • Another torsion bar is in the patent application DE102012213432A described
  • the object of the invention is to provide a particularly reliable and at the same time particularly cost-effective torsion bar available.
  • a torsion bar according to the invention is characterized in that the shaft in the torsion region is tubular with an internal cavity, and that the shaft has at least one slot in the torsion region.
  • the invention is based on the recognition that the use of a massive torsion range may be associated with disadvantages. Because in a torsion bar With a massive torsion range, relatively high shear stresses can occur (in a typical application up to approx. 900 N / mm 2 ). Therefore, in a massive torsion usually a high-strength tool steel and a relatively complex manufacturing process, sometimes with shot peening, are used to avoid premature failure of the torsion bar by fractures and to achieve sufficient service life.
  • the inventive use of an open pipe profile also creates additional degrees of freedom in the design of the torsion bar, because it can not only the diameter, but also the thickness of the slotted pipe can be varied here. Furthermore, The length of the torsion region can also be varied particularly easily and favorably in terms of manufacturing technology, since no machining of solid material is required. Finally, the image of a particularly robust torsion bar is mediated by the comparatively large outside diameter of the torsion area. As a result, further handling advantages are given.
  • the direction of the longitudinal axis of the torsion bar, in particular of its shaft can be understood as meaning the longitudinal direction.
  • the threaded element may have an external thread or an internal thread and it may be, for example, a screw or a nut.
  • the threaded element may be the nut of an expansion anchor.
  • Such an expansion anchor may comprise an anchor bolt and an expansion sleeve, wherein the anchor bolt is formed on the one hand with an expansion cone for spreading the expansion sleeve and on the other hand with a thread on which the nut is arranged.
  • the thread of the threaded element is preferably coaxial with the torsion bar when the torsion bar is used as intended.
  • the slot extends from the shaft outer side into the cavity of the shaft.
  • the shaft has exactly one slot in the torsion region. This can be advantageous, inter alia, with regard to the manufacturing outlay, since, according to this embodiment, the torsion region of the shank can be produced by simply bending / rolling a sheet-metal strip.
  • the shaft in at least one of the end regions, preferably in both end regions, and / or in the region of at least one of the clutches, preferably in the region of both clutches, a higher torsional stiffness to torsion about the longitudinal axis of the shaft than in the torsion region, in particular one at least the factor 2, preferably at least 5, 10 or 100 higher torsional stiffness.
  • a higher torsional stiffness to torsion about the longitudinal axis of the shaft than in the torsion region in particular one at least the factor 2, preferably at least 5, 10 or 100 higher torsional stiffness.
  • the product of the polar moment of inertia and the shear modulus can be understood as torsional rigidity.
  • the slot has a directional component in the direction of the longitudinal axis of the shaft. It is particularly preferred that the slot extends parallel to the longitudinal axis of the shaft. As a result, the production can be further simplified, in particular when the torsion region is made by bending a sheet metal strip. In addition, unwanted voltage peaks in the region of the slot can be avoided.
  • the shaft in the torsion region can have a polygonal or an oval outer cross section.
  • the shaft has a circular outer cross section in the torsion region.
  • the associated high symmetry may be particularly suitable for absorbing the forces occurring.
  • the shaft also has a circular inner cross section in the torsion region.
  • the shaft can have a constant wall thickness in at least one cross section through the torsion region, preferably in the entire torsion region.
  • the shaft may also have a circular outer cross section in at least one end region, preferably in both end regions.
  • the shaft has the same cross section in the entire torsion region. As a result, the production can be further simplified.
  • the shaft is made in several parts, that is, that it is made of several separate parts, which may preferably also have a different material composition.
  • the shaft can be made of at least three separate parts, wherein the first two parts can form the two end regions and the third part the torsion region of the shaft. It is particularly preferred that the torsion region of the shaft is welded or soldered to the two end regions. This can be advantageous in terms of manufacturing costs.
  • the composite of the individual parts can be replaced by a plastic casing which is e.g. by overmolding, by coating, as a plastic pipe or as a plastic film, e.g. Shrink film, can be applied, visually appealing, haptically optimized and designed even more secure application.
  • the shaft at least in the torsion region, has a plastic casing, preferably a plastic coating.
  • the torsion area can be the most sensitive area of the torsion bar. Due to the plastic coating, the most sensitive area can be specifically protected.
  • the plastic sheath is preferably made of a thermoplastic and / or an elastomer.
  • the shank is preferably made of metal, in particular of steel.
  • the first coupling may have a polygonal structure, preferably an internal polygon, for example a square.
  • the second coupling may have a polygonal structure, preferably an internal polygon, for example a hexagon.
  • the polygonal structure of the first clutch and / or the second clutch is preferably formed in the shaft.
  • the torsion bar has a rotatably connected to the shaft coupling sleeve, which is arranged longitudinally displaceably on the shaft on the second end portion of the shaft, wherein the second clutch is formed on the coupling sleeve.
  • the internal polygon of the second clutch may be formed in the coupling sleeve.
  • the second clutch is then disengaged and only axial impacts are transmitted from the torsion bar to the expansion anchor.
  • the coupling sleeve is advanced in a second step in the direction away from the first end region and pushed over the nut of the expansion anchor.
  • the torsion bar for tightening the nut is rotatably coupled to the mother.
  • the invention also includes an arrangement consisting of a torsion bar according to the invention, an impact wrench and an expansion anchor with a nut, wherein the torsion bar is non-rotatably coupled at its first coupling with an output spindle of the impact wrench and at its second coupling with the mother of the expansion anchor.
  • a torsion bar according to the invention is preferably designed so that upon reaching a prescribed tightening torque, the impact of the impact wrench used only leads to a torsion of the torsion bar and no longer to a further increase in the Anspannmoments of the armature.
  • FIG. 1 a first embodiment of an inventive torsion bar is shown.
  • the torsion bar has a shank 10 with a first end region 11 and a second end region 12 opposite in the longitudinal direction, that is to say in the direction of the longitudinal axis 19 of the shank 10.
  • a first formed as a square socket first coupling 15 is frontally provided on the shaft 10, via which the shaft 10 rotatably connected to the output spindle 51 of a only in Fig. 4 and only roughly schematically illustrated impact wrench 50, in particular tangential impact wrench, can be coupled.
  • a second coupling 16 designed as an internal hexagon is provided on the front side of the shaft 10, via which the shaft 10 is rotationally fixed with a only in Fig. 4 shown threaded element 62 can be coupled.
  • the torsion bar for setting a in Fig. 4 serve expansion anchor 60, which has an anchor bolt 61 and an expansion sleeve 64 which surrounds the anchor bolt 61, wherein the anchor bolt 61 on the one hand a spreading cone 63 for expanding the expansion sleeve 64 and on the other hand, a thread 67 is arranged on which formed as a nut threaded member 62nd sitting.
  • the shaft 10 has a torsion region 13 between its two end regions 11 and 12.
  • this torsion region 13 acts as a torsion spring, which can partially absorb force peaks of the impact wrench 50. So that the torsion bar rotates specifically in the torsion region 13, the torsion bar in the torsion region 13 has a low torsional stiffness relative to the longitudinal axis 19 compared to the end regions 11 and 12.
  • the shaft 10 In the torsion region 13 of the shaft is designed as a simple slotted round tube, that is, the shaft 10 has there an inner cylindrical cavity 31 and a slot 32 which leads from the outside into the cavity 31.
  • the slot 32 runs preferably parallel to the longitudinal axis 19 of the shaft 10.
  • the first end region 11 and the second end region 12 are connected to the torsion region 13 via welding or soldering points 25 and 26, respectively.
  • the first end region 11 has a connecting piece 21 which protrudes toward the second end region 12.
  • the second end region 12 has a connecting piece 22 which projects toward the first end region 11.
  • the two connecting pieces 21 and 22 protrude into the slotted tube, which forms the torsion region 13, with the slotted tube resting against the lateral surfaces of the two connecting pieces 21 and 22.
  • FIG. 2 A further embodiment of a torsion bar according to the invention is shown in FIG FIG. 2 shown.
  • the embodiment of the FIG. 2 differs from the embodiment of the FIG. 1 only in that according to the embodiment of the FIG. 2 the shaft 10 is partially surrounded by a sleeve-shaped plastic sheath 90, which protects the torsion 13.
  • the plastic casing 90 surrounds the torsion region 13 and extends more or less far into the end regions 11 and 12.
  • a third embodiment of an inventive torsion bar is in the Figures 3 and 4 shown.
  • the embodiment of the Figures 3 and 4 differs from the embodiment of the FIG. 1 by the configuration of the second end portion 12 of the shaft 10.
  • the shaft 10 has a coupling sleeve 46 on, which surrounds the shaft 10 at the second end portion 12, and which is slidably mounted on the shaft 10 in the longitudinal direction of the shaft 10.
  • this coupling sleeve 46 for example, designed as a polygonal socket second coupling 16 is provided for the threaded member 62.
  • the coupling sleeve 46 can embrace the threaded element 62 of the expansion anchor 60, and it is made via the second coupling 16 in the coupling sleeve 46, a rotationally fixed connection between the shaft 10 and the threaded member 62.
  • the shaft 10 can have a receptacle 44 for centering the anchor bolt 61 and thus for centering the threaded element 62 arranged thereon relative to the torsion bar.
  • This receptacle 44 can also serve to drive an expansion anchor 60 by means of the torsion bar in a wellbore 68.
  • the impact wrench 50 is replaced by a hammer drill.
  • the hammer drill can be operated both hitting and turning.
  • the torsion bar according to FIG. 3 thus, it can be used both as a setting tool for an expansion anchor 60 and as a tightening tool for a controlled tightening torque.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Torsionsstab zur Drehmomentbegrenzung, mit einem Schaft mit einem ersten Endbereich und einem in Längsrichtung entgegengesetzten zweiten Endbereich, einer ersten Kupplung zum drehfesten Verbinden des Schafts mit der Abtriebsspindel eines Schlagschraubers, wobei die erste Kupplung am ersten Endbereich des Schafts angeordnet ist, und einer zweiten Kupplung zum drehfesten Verbinden des Schafts mit einem Gewindeelement, insbesondere mit der Mutter eines Expansionsankers, wobei die zweite Kupplung am zweiten Endbereich des Schafts angeordnet ist, wobei der Schaft zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich einen Torsionsbereich aufweist. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass der Schaft im Torsionsbereich rohrförmig mit einem innenliegenden Hohlraum ausgeführt ist, und dass der Schaft im Torsionsbereich zumindest einen Schlitz aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Torsionsstab zur Drehmomentbegrenzung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Torsionsstab ist ausgebildet mit einem Schaft mit einem ersten Endbereich und einem in Längsrichtung entgegengesetzten zweiten Endbereich, einer ersten Kupplung zum drehfesten Verbinden des Schafts mit der Abtriebsspindel eines Schlagschraubers, wobei die erste Kupplung am ersten Endbereich des Schafts angeordnet ist, und einer zweiten Kupplung zum drehfesten Verbinden des Schafts mit einem Gewindeelement, insbesondere mit der Mutter eines Expansionsankers, wobei die zweite Kupplung am zweiten Endbereich des Schafts angeordnet ist, wobei der Schaft zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich einen Torsionsbereich aufweist.
  • Ein gattungsgemässer Torsionsstab ist beispielsweise aus der GB1521461A bekannt. Er bildet eine Torsionsfeder zwischen der Abtriebsspindel des Schlagschraubers und dem anzuziehenden Schraubelement, welche das auf das Schraubelement aufgebrachte Drehmoment begrenzen kann. Ein weiterer Torsionsstab ist in der Patentanmeldung DE102012213432A beschrieben
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen besonders zuverlässigen und zugleich in der Herstellung besonders günstigen Torsionsstab zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Torsionsstab mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein erfindungsgemässer Torsionsstab ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft im Torsionsbereich rohrförmig mit einem innenliegenden Hohlraum ausgeführt ist, und dass der Schaft im Torsionsbereich zumindest einen Schlitz aufweist.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Verwendung eines massiven Torsionsbereichs unter Umständen mit Nachteilen verbunden sein kann. Denn in einem Torsionsstab mit massivem Torsionsbereich können vergleichsweise hohe Schubspannungen auftreten (bei einer typischen Anwendung bis ca. 900 N/mm2). Daher muss bei einem massiven Torsionsbereich in der Regel ein hochfester Werkzeugstahl und ein relativ aufwendiges Fertigungsverfahren, teilweise mit Kugelstrahlen, zum Einsatz kommen, um Frühausfälle des Torsionsstabs durch Brüche zu vermeiden und um ausreichende Standzeiten zu erreichen. Darüber hinaus sind bei einem massiven Torsionsbereich die Anforderungen an die Durchmessergenauigkeit des Torsionsstabs vergleichsweise hoch, da sich Abweichungen im Durchmesser in der vierten Potenz in der Wirkung des Torsionsstabs auswirken können (denn für die Wirkung eines Torsionsstabs ist in der Regel das Verhältnis des Drehwinkels zum Drehmoment massgeblich, welches wiederum vom polaren Flächenträgheitsmoment abhängt, in welches bei einem massiven Torsionsbereich der Durchmesser mit der vierten Potenz eingeht).
  • Hier setzt die Erfindung an und sieht vor, im Torsionsbereich anstelle eines massiven Rundstabs ein geschlitztes dünnwandiges Rohr zu verwenden. Verglichen mit Massivstäben ist ein solches offenes Profil deutlich weniger torsionsstabil. In überraschender Weise wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, dass dies die Standzeiten des Torsionsstabs aber nicht verringert, sondern im Gegenteil erhöhen kann. Denn damit ein Torsionsstab mit einem offenen Profil bei der Anwendung dieselbe Wirkung hat wie ein Torsionsstab mit einem Massivprofil, damit sich also insbesondere bei identischem Drehmoment derselbe Verdrehwinkel einstellt, muss der Torsionsbereich bei einem dünnwandigen geschlitzten Profil vergleichsweise durchmessergross ausgeführt werden. Bei einem durchmessergrossen dünnwandigen offenen Profil ergibt sich aber ein relativ grosses polares Widerstandsmoment, was zur Folge hat, dass die maximale Schubspannung entsprechend verringert ist. Die Last kann sich gewissermassen über mehr Fläche verteilen. Indem also der steife durchmesserkleine Rundstab durch ein offenes Rohr mit dünner Wandstärke und grossem Durchmesser ersetzt wird, können die maximalen Schubspannungen im Torsionselement reduziert, eventuell sogar halbiert und weiter verringert werden. Einer Überbeanspruchung des Materials wird damit in einfacher Weise entgegengewirkt. Insbesondere können folglich kostengünstigere Materialien eingesetzt werden, ohne dass es zu vorzeitigen Ausfällen des Torsionsstabs kommt. Darüber hinaus kann, wie weiter unten im Detail erläutert ist, ein erfindungsgemässes offenes Rohrprofil auch besonders einfach hergestellt werden, insbesondere kann ein materialaufwändiger spanender Herstellungsprozess vermieden werden.
  • Durch die erfindungsgemässe Verwendung eines offenen Rohrprofils entstehen ferner zusätzliche Freiheitsgrade in der Auslegung des Torsionsstabs, denn es kann hier nicht nur der Durchmesser, sondern auch die Dicke des geschlitzten Rohres variiert werden. Darüber hinaus kann auch die Länge des Torsionsbereichs fertigungstechnisch besonders einfach und günstig variiert werden, da keine spanende Herstellung aus Vollen erforderlich ist. Schliesslich wird durch den vergleichsweise grossen Aussendurchmesser des Torsionsbereichs das Bild eines besonders robusten Torsionsstabs vermittelt. Hierdurch sind weitere Handhabungsvorteile gegeben.
  • Erfindungsgemäss kann unter der Längsrichtung die Richtung der Längsachse des Torsionsstabs, insbesondere seines Schafts, verstanden werden. Das Gewindeelement kann ein Aussengewinde oder ein Innengewinde aufweisen und es kann beispielsweise eine Schraube oder eine Schraubmutter sein. Vorzugsweise kann es sich beim Gewindeelement um die Mutter eines Expansionsankers handeln. Ein solcher Expansionsanker kann einen Ankerbolzen und eine Spreizhülse aufweisen, wobei der Ankerbolzen einerseits mit einem Spreizkonus zum Aufspreizen der Spreizhülse und andererseits mit einem Gewinde ausgebildet ist, an dem die Mutter angeordnet ist. Das Gewinde des Gewindeelements verläuft bei bestimmungsgemässer Anwendung des Torsionsstabs bevorzugt koaxial zum Torsionsstab. Erfindungsgemäss reicht der Schlitz von der Schaftaussenseite bis in den Hohlraum des Schafts.
  • Besonders bevorzugt ist es, dass der Schaft im Torsionsbereich genau einen Schlitz aufweist. Dies kann unter anderem im Hinblick auf den Fertigungsaufwand vorteilhaft sein, da gemäss dieser Ausführungsform der Torsionsbereich des Schafts durch einfaches Biegen/Rollen eines Blechstreifens gefertigt werden kann.
  • Vorteilhafterweise weist der Schaft in zumindest einem der Endbereiche, vorzugsweise in beiden Endbereichen, und/oder im Bereich zumindest einer der Kupplungen, vorzugsweise im Bereich beider Kupplungen, eine höhere Torsionssteifigkeit gegenüber Torsion um die Längsachse des Schafts auf als im Torsionsbereich, insbesondere eine um zumindest den Faktor 2, vorzugsweise zumindest 5, 10 oder 100 höhere Torsionssteifigkeit. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die bestimmungsgemässe Torsion vorwiegend im Torsionsbereich stattfindet, wohingegen sich die Endbereiche beim bestimmungsgemässen Betrieb nur unwesentlich verdrehen. Hierdurch wiederum kann eine besonders zuverlässige Verbindung mit dem Schlagscharuber und/oder mit dem Gewindeelement erreicht werden. Unter der Torsionssteifigkeit kann insbesondere das Produkt aus dem polaren Trägheitsmoment und dem Schubmodul verstanden werden.
  • Erfindungsgemäss weist der Schlitz eine Richtungskomponente in Richtung der Längsachse des Schafts auf. Besonders bevorzugt ist es, dass sich der Schlitz parallel zur Längsachse des Schafts erstreckt. Hierdurch kann die Herstellung weiter vereinfacht werden, insbesondere dann, wenn der Torsionsbereich durch Biegen eines Blechstreifens gefertigt wird. Darüber hinaus können unerwünschte Spannungsspitzen im Bereich des Schlitzes vermieden werden.
  • Grundsätzlich kann der Schaft im Torsionsbereich einen mehreckigen oder einen ovalen Aussenquerschnitt aufweisen. Besonders bevorzugt ist es aber, dass der Schaft im Torsionsbereich einen kreisrunden Aussenquerschnitt aufweist. Die damit einhergehende hohe Symmetrie kann für die Aufnahme der auftretenden Kräfte besonders geeignet sein. Vorzugsweise weist der Schaft im Torsionsbereich auch einen kreisrunden Innenquerschnitt auf. Insbesondere kann der Schaft in zumindest einem Querschnitt durch den Torsionsbereich, vorzugsweise im gesamten Torsionsbereich, eine konstante Wandstärke aufweisen. Der Schaft kann auch in zumindest einem Endbereich, vorzugsweise in beiden Endbereichen, einen kreisrunden Aussenquerschnitt aufweisen.
  • Weiterhin ist es besonders bevorzugt, dass der Schaft im gesamten Torsionsbereich denselben Querschnitt aufweist. Hierdurch kann die Fertigung weiter vereinfacht werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass der Schaft mehrteilig ausführt ist, das heisst, dass er aus mehreren separaten Teilen gefertigt ist, die vorzugsweise auch eine unterschiedliche Materialzusammensetzung aufweisen können. Insbesondere kann der Schaft aus zumindest drei separaten Teilen gefertigt sein, wobei die ersten beiden Teile die beiden Endebereiche und das dritte Teil den Torsionsbereich des Schafts bilden können. Besonders bevorzugt ist es, dass der Torsionsbereich des Schafts mit den beiden Endbereichen verschweisst oder verlötet ist. Dies kann im Hinblick auf den Fertigungsaufwand vorteilhaft sein. Der Verbund der einzelnen Teile kann durch eine Kunststoffummantelung, welche z.B. durch Umspritzen, durch Beschichten, als Kunststoffrohr oder als Kunststofffolie, z.B. Schrumpffolie, aufgebracht werden kann, optisch ansprechend, haptisch optimiert und noch anwendungssicherer gestaltet werden.
  • Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Schaft zumindest im Torsionsbereich eine Kunststoffummantelung, vorzugsweise eine Kunststoffumspritzung, aufweist. Der Torsionsbereich kann der empfindlichste Bereich des Torsionsstabs sein. Durch die Kunststoffummantelungkann der empfindlichste Bereich gezielt geschützt werden. Die Kunststoffummantelung besteht bevorzugt aus einem Thermoplast und/oder aus einem Elastomer. Der Schaft besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl.
  • Die erste Kupplung kann eine Polygonalstruktur, vorzugsweise einen Innenmehrkant, beispielsweise einen Vierkant, aufweisen. Ebenso kann die zweite Kupplung eine Polygonalstruktur, vorzugsweise einen Innenmehrkant, beispielsweise einen Sechskant, aufweisen. Die Polygonalstruktur der ersten Kupplung und/oder der zweiten Kupplung ist vorzugsweise im Schaft ausgebildet.
  • Besonders bevorzugt ist es, dass der Torsionsstab eine drehfest mit dem Schaft verbundene Kupplungshülse aufweist, welche am zweiten Endbereich des Schafts längsverschiebbar auf dem Schaft angeordnet ist, wobei die zweite Kupplung an der Kupplungshülse ausgebildet ist. Insbesondere kann der Innenmehrkant der zweiten Kupplung in der Kupplungshülse ausgebildet sein. Durch Vor- und Zurückschieben der Kupplungshülse längs des Schafts kann die zweite Kupplung am Gewindeelement ein- bzw. ausgekuppelt werden. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mittels des Torsionsstabs ein Expansionsanker gesetzt werden soll: beim Eintreiben des Expansionsankers in ein Bohrloch wird die Kupplungshülse in Richtung zum ersten Endbereich hin zurückgeschoben. Die zweite Kupplung ist dann ausgekuppelt und es werden nur axiale Schläge vom Torsionsstab auf den Expansionsanker übertragen. Anschliessen wird die Kupplungshülse in einem zweiten Schritt in Richtung vom ersten Endbereich weg vorgeschoben und über die Mutter des Expansionsankers übergeschoben. Dadurch wird der Torsionsstab zum Anziehen der Mutter drehfest mit der Mutter gekoppelt.
  • Die Erfindung umfasst auch eine Anordnung bestehend aus einem erfindungsgemässen Torsionsstab, einem Schlagschrauber und einem Expansionsanker mit einer Mutter, wobei der Torsionsstab an seiner ersten Kupplung drehfest mit einer Abtriebsspindel des Schlagschraubers und an seiner zweiten Kupplung drehfest mit der Mutter des Expansionsankers gekoppelt ist. Ein erfindungsgemässer Torsionsstab ist vorzugsweise so ausgelegt, dass bei Erreichen eines vorgeschriebenen Anzugsdrehmoments der Schlag des verwendeten Schlagschraubers nur noch zu einer Verdrehung des Torsionsstabs führt und nicht mehr zu einem weiteren Anstieg des Anspannmoments des Ankers.
  • Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemässen Torsionsstabs mit den Schritten:
    • Biegen eines Blechstreifens in die Form eines geschlitzen Rohres, welches den Torsionsbereich des Schafts bildet,
    • anschliessend Anfügen, insbesondere Anschweissen oder Anlöten, von zwei Endstücken an entgegengesetzten Enden des geschlitzen Rohres, wobei die beiden Endstücke die Endbereiche des Schafts bilden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den beiliegenden Figuren dargestellt sind, wobei einzelne Merkmale der nachfolgend gezeigten Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung einzeln oder in beliebiger Kombination realisiert werden können. In den Figuren zeigen schematisch:
    • Figur 1:
    eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Torsionsstabs gemäss einer ersten Ausführungsform;
    Figur 2:
    eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Torsionsstabs gemäss einer zweiten Ausführungsform;
    Figur 3:
    eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Torsionsstabs gemäss einer dritten Ausführungsform; und
    Figur 4:
    eine weitere Seitenansicht des Torsionsstabs gemäss Figur 3, wobei zusätzlich ein Expansionsanker und ein Schlagschrauber gezeigt sind.
  • In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Torsionsstabs dargestellt. Der Torsionsstab weist einen Schaft 10 mit einem ersten Endbereich 11 und einen in Längsrichtung, also in Richtung der Längsachse 19 des Schafts 10, entgegengesetzten zweiten Endbereich 12 auf. Am ersten Endbereich 11 ist stirnseitig am Schaft 10 eine als Innenvierkant ausgebildete erste Kupplung 15 vorgesehen, über welche der Schaft 10 drehfest mit der Abtriebsspindel 51 eines nur in Fig. 4 und dort lediglich grob schematisch dargestellten Schlagschraubers 50, insbesondere Tangential-Schlagschraubers, koppelbar ist. Am zweiten Endbereich 12 ist stirnseitig am Schaft 10 eine als Innensechskant ausgebildete zweite Kupplung 16 vorgesehen, über welche der Schaft 10 drehfest mit einem nur in Fig. 4 dargestellten Gewindeelement 62 koppelbar ist.
  • Insbesondere kann der Torsionsstab zum Setzen eines in Fig. 4 dargestellten Expansionsankers 60 dienen, welcher einen Ankerbolzen 61 und eine Spreizhülse 64 aufweist, die den Ankerbolzen 61 umgibt, wobei am Ankerbolzen 61 einerseits ein Spreizkonus 63 zum Aufweiten der Spreizhülse 64 und andererseits ein Gewinde 67 angeordnet ist, auf dem das als Mutter ausgebildete Gewindeelement 62 sitzt.
  • Wie insbesondere Figur 1 weiter zeigt, weist der Schaft 10 zwischen seinen beiden Endbereichen 11 und 12 einen Torsionsbereich 13 auf. Bei der bestimmungsgemässen Verwendung des Torsionstabs wirkt dieser Torsionsbereich 13 als Torsionsfeder, welche Kraftspitzen des Schlagschraubers 50 teilweise aufnehmen kann. Damit sich der Torsionsstab gezielt im Torsionsbereich 13 verdreht, weist der Torsionsstab im Torsionsbereich 13 eine verglichen mit den Endbereichen 11 und 12 geringe Torsionssteifigkeit bezogen auf die Längsachse 19 auf.
  • Im Torsionsbereich 13 ist der Schaft als einfach geschlitzte Rundrohr ausgebildet, das heisst der Schaft 10 weist dort einen innenliegenden zylindrischen Hohlraum 31 sowie einen Schlitz 32 auf, der von aussen in den Hohlraum 31 führt. Der Schlitz 32 verläuft dabei vorzugsweise parallel zur Längsachse 19 des Schafts 10. Durch die Ausführung als Hohlkörper und zusätzlich durch den Schlitz 32 ist der erfindungsgemässe Torsionsbereich 13 im Vergleich zu einem massiven Stab vergleichsweise nachgiebig gegenüber Drehmomenten um die Längsachse 19. Damit der erfindungsgemässe Torsionsbereich 13 dieselbe Torsionssteifigkeit aufweist wie ein massiver Stab muss er daher mit vergleichsweise grossem Aussendurchmesser ausgeführt werden. Hierdurch steht vergleichsweise viel Material zur Verfügung, das die Torsion aufnehmen kann, so dass erfindungsgemäss vergleichsweise geringe Spannungen im Material auftreten.
  • Der erste Endbereich 11 und der zweite Endbereich 12 sind über Schweiss- oder Lötstellen 25 beziehungsweise 26 mit dem Torsionsbereich 13 verbunden. Der erste Endbereich 11 weist einen Stutzen 21 auf, der zum zweiten Endbereich 12 hin vorsteht. Analog weist der zweite Endbereich 12 einen Stutzen 22 auf, der zum ersten Endbereich 11 hin vorsteht. Die beiden Stutzen 21 und 22 ragen in das geschlitzte Rohr, welches den Torsionsbereich 13 bildet, hinein, wobei das geschlitzte Rohr an den Mantelflächen der beiden Stutzen 21 und 22 anliegt.
  • Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Torsionsstabs ist in Figur 2 gezeigt. Die Ausführungsform der Figur 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 1 lediglich dadurch, dass gemäss der Ausführungsform der Figur 2 der Schaft 10 bereichsweise von einer hülsenförmigen Kunststoffummantelung 90 umgeben ist, welche den Torsionsbereich 13 schützt. Die Kunststoffummantelung 90 umgibt den Torsionsbereich 13 und erstreckt mehr oder weniger weit in die Endbereiche 11 und 12.
  • Eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Torsionsstabs ist in den Figuren 3 und 4 gezeigt. Die Ausführungsform der Figuren 3 und 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 1 durch die Ausgestaltung des zweiten Endbereichs 12 des Schafts 10. Gemäss Ausführungsform der Figuren 3 und 4 weist der Schaft 10 eine Kupplungshülse 46 auf, die den Schaft 10 am zweiten Endbereich 12 umgibt, und die in Längsrichtung des Schafts 10 verschiebbar am Schaft 10 gelagert ist. An dieser Kupplungshülse 46 ist die z.B. als Innenmehrkant ausgeführte zweite Kupplung 16 für das Gewindeelement 62 vorgesehen.
  • In der in den Figuren 3 und 4 dargestellten zurückgeschobenen Stellung der Kupplungshülse 46 steht der Schaft 10 auf seiner im zweiten Endbereich 12 befindlichen Stirnseite über die Kupplungshülse 46 über. In dieser Hülsenstellung ist der Schaft 10 des Torsionsstabs vom Gewindeelement 62 des Expansionsankers 60 drehentkoppelt, d.h. der Torsionsstab kann nur axial auf den Expansionsanker 60 wirken. Wird die Kupplungshülse 46 am Schaft 10 vom ersten Endbereich 11 hinweg (in den Figuren 3 und 4 nach links) vorgeschoben, so kann die Kupplungshülse 46 das Gewindeelement 62 des Expansionsankers 60 umgreifen, und es wird über die zweite Kupplung 16 in der Kupplungshülse 46 eine drehfeste Verbindung zwischen dem Schaft 10 und dem Gewindeelement 62 hergestellt.
  • Stirnseitig an seinem zweiten Endbereich 12 kann der Schaft 10 eine Aufnahme 44 zur Zentrierung des Ankerbolzens 61 und damit zur Zentrierung des hierauf angeordneten Gewindeelements 62 relativ zum Torsionsstab aufweisen. Diese Aufnahme 44 kann auch dazu dienen, einen Expansionsanker 60 mit Hilfe des Torsionsstabes in ein Bohrloch 68 einzutreiben. In diesem Fall wird der Schlagschrauber 50 durch einen Bohrhammer ersetzt. Beim Eintreiben des Expansionsankers 60 in das Bohrloch 68 kann der Bohrhammer sowohl nur schlagend als auch drehschlagend betrieben werden.
  • Der Torsionsstab gemäss Figur 3 kann somit sowohl als Setzwerkzeug für einen Expansionsanker 60 als auch als Anspann-Werkzeug für ein kontrolliertes Anzugs-Drehmoment verwendet werden.

Claims (12)

  1. Torsionsstab zur Drehmomentbegrenzung, mit
    einem Schaft (10) mit einem ersten Endbereich (11) und einem in Längsrichtung entgegengesetzten zweiten Endbereich (12),
    einer ersten Kupplung (15) zum drehfesten Verbinden des Schafts (10) mit der Abtriebsspindel (51) eines Schlagschraubers (50), wobei die erste Kupplung (15) am ersten Endbereich (11) des Schafts (10) angeordnet ist, und
    einer zweiten Kupplung (16) zum drehfesten Verbinden des Schafts (10) mit einem Gewindeelement (62), insbesondere mit der Mutter eines Expansionsankers (60), wobei die zweite Kupplung (16) am zweiten Endbereich (12) des Schafts (10) angeordnet ist,
    wobei der Schaft (10) zwischen dem ersten Endbereich (11) und dem zweiten Endbereich (12) einen Torsionsbereich (13) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schaft (10) im Torsionsbereich (13) rohrförmig mit einem innenliegenden Hohlraum (31) ausgeführt ist, und
    dass der Schaft (10) im Torsionsbereich (13) zumindest einen Schlitz (32) aufweist.
  2. Torsionsstab nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schaft (10) im Torsionsbereich (13) genau einen Schlitz (32) aufweist.
  3. Torsionsstab nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schaft (10) in den Endbereichen (11, 12) eine höhere Torsionssteifigkeit gegenüber Torsion um die Längsachse (19) des Schafts (10) aufweist als im Torsionsbereich (13), insbesondere eine um zumindest den Faktor 2 höhere Torsionssteifigkeit.
  4. Torsionsstab nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich der Schlitz (32) parallel zur Längsachse (19) des Schafts (10) erstreckt.
  5. Torsionsstab nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schaft (10) im Torsionsbereich (13) einen kreisrunden Aussenquerschnitt aufweist.
  6. Torsionsstab nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schaft (10) im gesamten Torsionsbereich (13) denselben Querschnitt aufweist.
  7. Torsionsstab nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schaft (10) mehrteilig ausführt ist, wobei der Torsionsbereich (13) des Schafts (10) mit den beiden Endbereichen (11, 12) verschweisst oder verlötet ist.
  8. Torsionsstab nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schaft (10) zumindest im Torsionsbereich (13) eine Kunststoffummantelung (90) aufweist.
  9. Torsionsstab nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Kupplung (15) einen Innenvierkant und die zweite Kupplung (16) einen Innensechskant aufweist.
  10. Torsionsstab nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass er eine drehfest mit dem Schaft (10) verbundene Kupplungshülse (46) aufweist, welche am zweiten Endbereich (12) des Schafts (10) längsverschiebbar auf dem Schaft (10) angeordnet ist, wobei die zweite Kupplung (16) an der Kupplungshülse (46) ausgebildet ist.
  11. Anordnung bestehend aus einem Torsionsstab nach einem der vorstehenden Ansprüche, einem Schlagschrauber (50) und einem Expansionsanker (60) mit einer Mutter, wobei der Torsionsstab an seiner ersten Kupplung (15) drehfest mit einer Abtriebsspindel (51) des Schlagschraubers (50) und an seiner zweiten Kupplung (16) drehfest mit der Mutter des Expansionsankers (60) gekoppelt ist.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Torsionsstabs nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit den Schritten:
    - Biegen eines Blechstreifens in die Form eines geschlitzen Rohres, welches den Torsionsbereich (13) des Schafts (10) bildet,
    - Anfügen, insbesondere Anschweissen oder Anlöten, von zwei Endstücken an entgegengesetzten Enden des Rohres, wobei die beiden Endstücke die Endbereiche (11 bzw. 12) des Schafts (10) bilden.
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