WO2023012119A1 - Schlag- oder impulsschrauber und verfahren zum eindrehen einer schraube - Google Patents

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WO2023012119A1
WO2023012119A1 PCT/EP2022/071580 EP2022071580W WO2023012119A1 WO 2023012119 A1 WO2023012119 A1 WO 2023012119A1 EP 2022071580 W EP2022071580 W EP 2022071580W WO 2023012119 A1 WO2023012119 A1 WO 2023012119A1
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WO
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impact
output shaft
backstop
impulse
screw
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PCT/EP2022/071580
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Andreas Wunderlich
Sven Matthiesen
Patric Grauberger
Andreas Wettstein
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Adolf Würth GmbH & Co. KG
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Publication date
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    • B25B21/00—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose
    • B25B21/02—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose with means for imparting impact to screwdriver blade or nut socket
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    • B25B23/1453—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for fluid operated wrenches or screwdrivers for impact wrenches or screwdrivers
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    • B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
    • B25B23/1475—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers for impact wrenches or screwdrivers

Definitions

  • the invention relates to an impact or impulse wrench with a drive motor and an output shaft and an impact or impulse unit for accelerating the output shaft at short time intervals.
  • the invention also relates to a backstop for use with an impact or impulse wrench.
  • the invention also relates to a method for screwing in a screw with an impact or impulse wrench with a drive motor, an output shaft and an impact or impulse unit for accelerating the output shaft at short time intervals, with several consecutive rotary impacts on the screw by means of the output shaft of the impact or impulse wrenches.
  • an output shaft and a screw connected to the output shaft, which is to be screwed into a workpiece, are accelerated at short time intervals, which is also referred to as sequential rotary impacts.
  • a screw is screwed in with an impact or impulse wrench, such impact or impulse wrenches also being referred to as rotary impact wrenches
  • the screw shank rotates or twists or twists itself with each rotary impact due to the energy introduced in the screw head by means of the drive design in relation to the thread until the twisting torque of the shank is above the screw-in torque of the thread.
  • the impact energy applied by the impact wrench which twists the screw head relative to the screw thread to be screwed in, is less than the energy required to turn or twist the screw until the thread continues to turn in the wood, the entire impact energy goes into the twisting and shaft acting as a torsion bar without the thread being screwed further into the wood.
  • This energy which rotates, twists or twists the shank with each rotational impact, is at least partially converted into thermal energy in the shank of the screw.
  • the aim of the invention is to improve an impact or impulse wrench and a method for driving a screw with an impact or impulse wrench.
  • an output shaft and an impact or impulse unit for accelerating the output shaft at short time intervals in other words for generating rotational impacts
  • a backstop interacting with the output shaft is provided in order to prevent the output shaft from turning back at least partially prevent.
  • the advantage of the invention lies in the fact that the shank of the screw does not have to be twisted, twisted or twisted again for each rotary impact of the impact or impulse wrench until the screw is screwed in further. This allows a screw to be screwed in faster.
  • the torque or reverse torque that the operator must counteract is determined by the angle at which the shank of the screw is twisted and the mechanical properties of the shank of the screw.
  • Preventing the reverse rotation of the output shaft by means of Backstop can be implemented in different ways.
  • the backstop can be implemented by means of a suitable control of the drive motor of the impact or impulse wrench.
  • the drive motor of the impact wrench or impulse wrench can be energized and thus put into operation in order to at least partially prevent the output shaft from rotating backwards, for example by braking with a predefined braking torque.
  • the backstop can also be designed as a separate electric motor, as a brake, as a hydraulic motor or as a mechanical backstop.
  • the impact of the impact wrench is transferred from the head of the impact wrench to the head of the screw by means of the bit (output) on the drive recess in the screw head.
  • the impact wrench can transmit a maximum torque Mmax to the screw head in impact, which depends on the design of the impact wrench, the dimensions of the screw to be screwed in, the strength of the wood and the plug-in connection of the impact wrench bit in the head of the screw. From a quasi-static point of view, this maximum torque, which results from the impact, cannot be greater than the screwing torque of the screw into the wood.
  • the torsion/twisting that builds up when screwing in between the screw head and screw tip decreases. This turning back should be intercepted by a backstop.
  • only one backstop is provided, which engages when the screw head is rotated back at a specific angle, with this angle preferably being adjustable by a user.
  • both a slipping clutch and a backstop are provided, with both being arranged between the output of the impact wrench and the housing of the impact wrench.
  • the torque of the slipping clutch can be adjusted, preferably by the user.
  • both the backstop and the slipping clutch are provided, both of which can preferably be adjusted by the user.
  • the impact wrench exerts a minimum torque Mmin on the screw head, which corresponds to the twisting moment of the screw in its incomplete recovery.
  • This minimum torque is the torque that the user has to hold while driving the screw into the wood.
  • the torque thus changes between the values Mmin and Mmax during the screwing process.
  • the ratio of Mmax to Mmin is advantageously 1.0 to 10 (100 Nm to 10 Nm or 10+ Nm to 10 Nm). In another advantageous embodiment, this ratio is at most about 1:50.
  • the pretensioning spring force is increased.
  • the net restoring moment which the operator of the impact wrench has to support, can be increased to at least 8% of the maximum moment Mmax.
  • the moment Mmin is therefore 8% of Mmax.
  • the prestressing spring force is in particular a force with which a sliding lining of the slipping clutch is pressed against a friction surface.
  • the backstop has means for limiting a reverse torque of the output shaft acting on the backstop to a predefined maximum value.
  • the reverse torque that has to be applied by an operator or a suitable device remains within predefined limits that can be applied or maintained by an operator without any problems, for example.
  • the means can be designed, for example, as a slip clutch or the like.
  • the magnitude of the maximum value of the reverse torque can vary, for example also depending on whether the impact wrench or impulse wrench is used for overhead work, on a ladder or in some other way. It is essential that the reverse turning of the screws when screwing in is not completely prevented and the reverse turning is not stopped abruptly, but in such a way that a maximum reverse torque occurs and acts on a handle of the impact or impulse wrench, with this maximum reverse torque being controlled by an operator or a Device can be countered without security risks.
  • the means are designed to limit the reverse torque to a value between 5 Nm and 30 Nm, in particular 20 Nm.
  • the backstop is designed as a mechanical backstop, in particular as a freewheel or ratchet with pawls, as a roller freewheel, as a freewheel with several clamping bodies or as a spring-wound freewheel.
  • the backstop can also have locking bodies or sprags that run on cam tracks until a blockage occurs. The reverse torque can thus cause the blocking itself.
  • the backstop has a ratchet with pawls and a toothed ring, the pawls of the ratchet being positively engaged in the toothed ring of the backstop via mechanical actuating means when the drive shaft rotates back.
  • the backstop By means of a positive control of the pawls, whereby the reverse rotation of the output shaft can be used for this purpose, it is possible to implement the backstop in a highly dynamic manner.
  • Conventional freewheels and tool ratchets are usually not able to stop a reverse rotation as quickly as is necessary when at least partially preventing the reverse rotation of the output shaft of an impact or impulse wrench when screwing in wood screws.
  • the invention proposes a highly dynamic backstop and specifically a highly dynamic ratchet.
  • the pawls can also be made of high-strength but light-weight material, and it is also possible, for example, not to rotate the pawls themselves with the output shaft, but to rotate the ring gear as well. This can also improve the dynamics or the engagement time of the pawl.
  • the backstop is designed as a brake, in particular as a hydraulically actuated or mechanically actuated brake.
  • a disc brake, drum brake or band brake can be used.
  • the backstop is designed hydraulically, in particular as a hydraulic motor.
  • the backstop is designed electrically, in particular as an electric motor or as an electric control unit that interacts with the drive motor of the impact wrench or impulse wrench.
  • a magnetic brake can be used, optionally in combination with a mechanical brake or with pawls.
  • the backstop can be designed electrically, for example, by using a separate electric motor next to the drive motor of the impact wrench or impulse wrench. This electric motor can then be energized as soon as the reverse rotation of the output shaft begins, in order to limit the reverse rotation and in particular to limit the reverse torque of the output shaft to a predefined maximum value.
  • an electrical design of the backstop to at least partially prevent the reverse rotation of the output shaft by means of the drive motor of the impact wrench or impulse wrench and a suitable electronic control unit.
  • the reverse rotation of the output shaft is detected, for example, by a suitable sensor.
  • the drive motor of the impact wrench or impulse wrench is energized and thereby reverse rotation of the output shaft can be at least partially prevented and in particular the reverse torque can be limited to a predefined maximum value.
  • the invention also proposes a backstop for use with an impact or impulse wrench, the backstop interacting with an output shaft of the impact or impulse wrench and the backstop being designed to at least partially prevent the output shaft from rotating back.
  • the backstop can be designed as a separate component that can be retrofitted, in particular, to an impact or impulse wrench.
  • the backstop according to the invention can then be developed in the same way as a backstop connected to the impact or impulse wrench or integrated into the impact or impulse wrench.
  • a backstop as a separate component, for example to be attached to an output shaft of an impact or impulse wrench, has great advantages in that the backstop can be connected to the impact or impulse wrench when screwing in long wood screws, but short wood screws or wheel bolts of a motor vehicle, for example screwed in, the backstop can be omitted.
  • the reverse torque of the output shaft is limited to a predefined limit value between 5 Nm and 30 Nm, in particular 20 Nm.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an impact or impulse wrench according to the invention with a screw and a workpiece into which the screw is screwed
  • FIG. 2 shows a diagram of a progression of the torque at the head of a screw over the angle of rotation at the head of the screw when screwing in with a conventional impact or impulse screwdriver
  • FIG. 4 shows a diagram of the torque on the head of a screw over the angle of twist on the head of the screw when screwing in with a conventional impact or impulse wrench
  • 5 shows a diagram of the torque curve at the head of a screw versus the angle of rotation at the head of the screw when screwing in with an impact or impulse screwdriver according to the invention according to a second embodiment of the invention
  • 6 shows a sectional representation of an impact or impulse wrench according to a third embodiment of the invention, obliquely from the front
  • FIG. 7 is a front view of the impact wrench or impulse wrench of FIG. 6 with the coupling piece removed
  • FIG. 1 shows an impact or impulse wrench 10 from the side in a schematic representation.
  • the impact or impulse wrench 10 is shown schematically.
  • An output shaft 12 has a drive formation 14 which is provided with a schematically indicated hexagon socket.
  • the impact or impulse wrench 10 has an impact or impulse unit, not shown, and a drive motor, not shown, which are arranged in a housing 18 .
  • the impact or impulse wrench 10 generates rotary impacts on the output shaft 12, in other words the output shaft is accelerated about its central longitudinal axis at short time intervals. A predefined and possibly adjustable maximum torque is not exceeded during a rotary impact. After a predefined time, the rotary impact ends, until a short time later another rotary impact is generated.
  • a backstop 16 interacts with the output shaft 1 . After a rotational impact has been applied to the output shaft 12, the backstop prevents the output shaft 12 from rotating back at least partially.
  • the backstop 16 is designed in such a way that the reverse torque of the output shaft 12 occurring at the backstop 16 can be limited to a predefined maximum value.
  • a wood screw 22 with its screw head 24 is accommodated in the drive formation 14 of the impact or impulse wrench 10 .
  • the screw head 24 is designed as a hexagonal head.
  • the wood screw 22 has a shank 26 which is cylindrical and at an end opposite the screw head 24 merges into a tapering screw tip. Screw tip and screw shank 26 are provided with a continuous thread.
  • the wood screw 22 is to be screwed into a workpiece 28 .
  • the workpiece 26 can be made of wood, for example.
  • the wood screw 22 has a comparatively long cylindrical shank 26 compared to its diameter.
  • the length of the shank 26 is approximately 20 to 25 times greater than the diameter.
  • the invention itself is particularly advantageous in the case of long screws that can be severely twisted or twisted, but can of course also be used in the case of short screws.
  • the long cylindrical shank 26 means that the shank 26 can rotate or twist about the longitudinal axis of the screw, similar to a torsion bar spring, when the wood screw 22 is screwed into the workpiece 28 .
  • the impact or impulse screwdriver 10 exerts a rotary impact on the screw head 24 with an optionally predefined maximum torque. At the beginning of the screwing-in process, this leads to a complete conversion of the rotary impact into a rotary movement of the screw tip of the wood screw 22. The further the screw tip and thus also the shank 26 of the wood screw 22 penetrate into the workpiece 28, the greater the need for further screwing in the wood screw 22 required screwing torque. Ultimately, this means that part of the rotational impact energy that is introduced into the screw head 24 with each rotational impact of the impact or impulse wrench 10 must be applied for twisting or twisting the screw shank 26 until the torque applied to the screw 22 reaches the required torque screwing torque exceeds.
  • FIG. 2 shows how the torque on the screw head 24 behaves over the angle of rotation on the screw head 24 in a conventional impact or impulse wrench.
  • the impact or impulse wrench can apply a maximum rotary impact energy of 120 Nm°. It can be seen from FIG. 2 that the torque applied by the output shaft to the screw head increases to 12 Nm with each rotational impact. This achieves a torsion angle of 15° on the screw head.
  • FIG. 2 shows five consecutive rotary impacts, the screwing torque required into the workpiece 28 being 12 Nm. In order to apply this 12 Nm, the screw shank must be turned or twisted by 15°.
  • the impact energy required to rotate or twist the shaft is calculated as the integral of the torque over the angle of twist, i.e. it corresponds to the area under the curve in Fig.
  • Fig. 3 shows the course of the torque on the screw head 24 over the angle of rotation on the screw head 24 when screwing in the screw 22 with the impact or impulse wrench 10 according to the invention as shown in Fig. 1.
  • the backstop 16 is designed in such a way that after a reverse rotation angle of the output shaft of 5 ° further reverse rotation of the output shaft 12 is prevented.
  • the impact or impulse wrench 10 can apply a maximum torque of 120 Nm.
  • the wood screw 22 is rotated or twisted by 15° with the first rotary impact.
  • the shank 26 is then also screwed a little into the workpiece, namely by a further 2.5°.
  • the screw head 24 turns back again by 5° until the backstop 16 prevents the screw shank 26 from turning back further.
  • An operator now has to hold the handle 20 in order to prevent the housing 18 from twisting.
  • the next rotary impact hits a wood screw 22 that has already been rotated or twisted by 10° and, starting from this already twisted state, becomes the rotary impact applied to the wood screw 22.
  • the screw 22 can thus be screwed in much faster, since the wood screw 22 can be screwed in with each rotary impact through a larger angle than with a conventional impact or impulse wrench without a backstop.
  • FIG. 4 shows the progression of the torque on a screw head of a wood screw over the twisting angle on the screw head when using a conventional impact or impulse wrench without a backstop.
  • FIG. 4 illustrates a case in which the screw is already seated deeper in the workpiece 28 and as a result the torque required for screwing it further into the workpiece 28 has increased to 16 Nm.
  • the energy required to turn or twist the shank of the screw is now the same as the rotational impact energy of the impact or impulse wrench.
  • the screw can no longer be screwed in with a conventional impact or impulse wrench without a backstop.
  • the rotary impact energy goes completely into the turning or twisting of the shaft of the screw.
  • the twisting of the screw is completely reversed without the screw shank being screwed further into the workpiece.
  • FIG. 5 shows the course of the torque on the screw head 24 when using the impact or impulse wrench 10 according to the invention as shown in FIG. 1, the torque required for screwing into the workpiece 28 also being 16 Nm.
  • the screw head 24 is rotated or twisted by 15° with the first rotational impact. In this respect, this is still no change compared to the illustration in FIG.
  • the next rotary impact hits a screw that has already been twisted by 10°.
  • a larger part of the rotary impact energy of the second rotary impact is therefore used to screw the screw into the workpiece, so that the screw can be screwed in further by 3.3°.
  • the backstop 16 can have a slipping clutch, for example, in order to limit the reverse torque to a predefined value between 5 Nm and 30 Nm, in particular 20 Nm.
  • a reverse torque of 30 Nm can still be maintained by a user.
  • the user is standing on a ladder, for example, it makes sense to limit the reverse torque to 20 Nm to prevent the user from losing their balance.
  • the size of the reverse rotation angle or the catch angle in the backstop 16 can also be variable.
  • FIG. 6 shows sections of an impact or impulse wrench according to the invention, with only a backstop 36 and a section of the output shaft 12 and a part of the housing 18 being shown.
  • a coupling 38 has been slipped onto the output shaft 1 and can then be provided with a nut, for example.
  • the backstop 36 has an outer ring 40 which is provided with an inner ring gear 42 on its inside.
  • the teeth of the internal ring gear 42 are sawtooth-like.
  • an external toothed ring and pawls arranged radially outside of the external toothed ring can also be provided in the backstop.
  • the pawls are preferably not rotated with the output shaft.
  • the pawls can be designed to be very light but nevertheless extremely strong.
  • a very quick control of the pawls in the sprocket is achieved by forced control of the pawls.
  • the reverse rotation of the output shaft can be used for forced control of the pawls.
  • the backstop also has an inner ring 44 on which a plurality of pawls 46 are articulated in a pivotable manner.
  • the pawls 46 are biased radially outwards in a manner not shown, so that they assume the outwardly pivoted position shown in FIG.
  • a clockwise rotation of the drive shaft 12 is possible in the representation of FIG.
  • a counter-clockwise rotation is blocked, since the pawls 46 then engage in the teeth of the internal ring gear 42 .
  • the pawls are distributed over the circumference and the inner ring gear 42 is dimensioned such that a reverse rotation of the output shaft 12, ie a counterclockwise rotation, is stopped after about 5°.
  • FIG. 7 shows a plan view of the backstop 36 of FIG. 6. It can be seen that a total of five pawls 46 are pivotably arranged on the inner ring 44 . Each of the pawls 46 is biased by a coil spring 48 in a radially outward direction.
  • the output shaft 12 which rotates together with the inner ring 44, can thus rotate in a clockwise direction.
  • the wood screw 22 is also screwed in clockwise, see FIG. 1, by means of successive turning strokes.
  • a counterclockwise rotation of the output shaft 12 and the inner ring 44 ie a reverse rotation, is stopped by the engagement of the pawls 46 in the teeth of the inner ring gear 42 on the outer ring 40 .
  • the backstop has means to change a reverse rotation angle of the output shaft.
  • the back-off angle can be increased when a back-off torque is too high to be safely intercepted by a user or operator on the housing of the impact wrench or impulse wrench.
  • the impact wrench is not rigidly supported, but with a braking torque support, see impact diagrams G and H, vibrations in the impact system can be practically completely avoided.
  • Braking torque support is also achieved with an adjustable slip clutch in the impact wrench or impulse wrench according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schlag- oder Impulsschrauber mit einem Antriebsmotor und einer Abtriebswelle, wobei eine Schlag- oder Impulseinheit zwischen dem Antriebsmotor und der Abtriebswelle angeordnet ist, bei dem eine mit der Abtriebswelle zusammenwirkende Rücklaufsperre vorgesehen ist, um ein Rückdrehen der Abtriebswelle wenigstens teilweise zu verhindern.

Description

Schlag- oder Impulsschrauber und Verfahren zum Eindrehen einer Schraube
Die Erfindung betrifft einen Schlag- oder Impulsschrauber mit einem Antriebsmotor und einer Abtriebswelle und einer Schlag- oder Impulseinheit zum Beschleunigen der Abtriebswelle in kurzen zeitlichen Abständen. Die Erfindung betrifft auch eine Rücklaufsperre zur Verwendung mit einem Schlag- oder Impulsschrauber. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Eindrehen einer Schraube mit einem Schlag- oder Impulsschrauber mit einem Antriebsmotor, einer Abtriebswelle und einer Schlag- oder Impulseinheit zum Beschleunigen der Abtriebswelle in kurzen zeitlichen Abständen, wobei mehrere aufeinanderfolgende Drehschläge auf die Schraube mittels der Abtriebswelle des Schlag- oder Impulsschraubers ausgeübt werden.
Mit einem Schlag- oder Impulsschrauber wird eine Abtriebswelle und eine mit der Abtriebswelle verbundene Schraube, die in ein Werkstück eingeschraubt werden soll, in kurzen zeitlichen Abständen beschleunigt, was auch als aufeinanderfolgende Drehschläge bezeichnet wird. Wird eine Schraube mit einem Schlag- oder Impulsschrauber eingeschraubt, wobei solche Schlagoder Impulsschrauber auch als Drehschlagschrauber bezeichnet werden, verdreht oder verdrillt oder tordiert sich der Schraubenschaft bei jedem Drehschlag durch die mittels der Antriebsausbildung im Schraubenkopf eingebrachte Energie relativ zum Gewinde so lange, bis das Verdrehmoment des Schafts über dem Eindrehmoment des Gewindes liegt. Wird eine Holzschraube mit einem Drehschlagschrauber in Holz eingeschraubt, verdreht sich oder verdrillt sich also zunächst einmal die Schraube, bis das Verdrehmoment des Schafts über dem Eindrehmoment des Gewindes in das Holz liegt, und erst dann wird die Schraube etwas ins Holz eingeschraubt. Nach Ende des Drehschlags geht die in den Schaft eingebrachte elastische Verdrehung wieder vollständig zurück. Bei jedem der nächsten Drehschläge muss also der Drehschlagschrauber den Schaft erst wieder verdrehen oder tordieren, bis das Verdrehmoment des Schafts über dem Eindrehmoment des Gewindes in das Holz liegt, bevor die Schraube weiter eingeschraubt wird. Beim Einschrauben einer Schraube in Holz nimmt das Einschraubdrehmoment mit zunehmender Einschraubtiefe zu. Ist dann die vom Drehschlagschrauber aufgebrachte Drehschlagenergie, die den Schraubenkopf relativ zum einzuschraubenden Gewinde der Schraube verdreht, kleiner als die Energie, die zum Verdrehen oder Verdrillen der Schraube bis zum Weiterdrehen des Gewindes im Holz benötigt wird, geht die ganze Drehschlagenergie in den sich verdrehenden und als Drehstabfeder wirkenden Schaft, ohne dass das Gewinde in das Holz weiter eingedreht wird. Diese Energie, die den Schaft bei jedem Drehschlag verdreht, verdrillt oder tordiert, wird in dem Schaft der Schraube zumindest teilweise in Wärmeenergie umgesetzt. Wird ein Drehschlagschrauber mit höherer Drehschlagenergie verwendet, wird bei jedem Drehschlag der Schraubenschaft so lange verdreht, verdrillt oder tordiert, bis das Verdrehmoment des Schafts über dem Eindrehmoment des Gewindes in das Holz ist, und erst dann geht auch ein Anteil der eingebrachten Drehschlagenergie in das Einschrauben der Schraube über. Aus diesem Grund lassen sich Schrauben mit einem langen Schaft im Vergleich zu Schrauben mit kurzem Schaft nur langsam bis gar nicht mit einem Drehschlagschrauber einschrauben. Bei langen Holzschrauben kann aus diesem Grund das Vorbohren erforderlich sein, um zu verhindern, dass der Schaft abreißt.
Mit der Erfindung sollen ein Schlag- oder Impulsschrauber und ein Verfahren zum Eindrehen einer Schraube mit einem Schlag- oder Impulsschrauber verbessert werden.
Erfindungsgemäß sind hierzu ein Schlag- oder Impulsschrauber mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einem Schlag- oder Impulsschrauber mit einem Antriebsmotor, einer Abtriebswelle und einer Schlag- oder Impulseinheit zum Beschleunigen der Abtriebswelle in kurzen zeitlichen Abständen, mit anderen Worten zum Erzeugen von Drehschlägen, ist eine mit der Abtriebswelle zusammenwirkende Rücklaufsperre vorgesehen, um ein Rückdrehen der Abtriebswelle wenigstens teilweise zu verhindern.
Durch Verhindern des Rückdrehens der Abtriebswelle ist ein Zurückfedern des Schafts, also ein Zurückdrehen des Schraubenschafts nach einem Drehschlag, nicht mehr vollständig möglich. Die Energie des nächsten Drehschlags muss den Schraubenschaft dann nicht mehr vollständig verdrehen, verdrillen oder tordieren. Dadurch kann ein größerer Teil der Drehschlagenergie als bei konventionellen Schlag- oder Impulsschraubern für das Einschrauben genutzt werden. Im Unterschied zu konventionellen Schlag- oder Impulsschraubern muss der Bediener des Schlagoder Impulsschraubers dadurch zwar ein Rückdrehmoment aufbringen oder gegenhalten. Dies kann selbstverständlich auch mit einer Vorrichtung erfolgen. Der Vorteil des schnelleren Einschraubens überwiegt aber bei weitem diese Nachteile. Der Vorteil der Erfindung liegt also darin, dass nicht bei jedem Drehschlag des Schlag- oder Impulsschraubers der Schaft der Schraube neu bis zum weiteren Eindrehen der Schraube verdreht, verdrillt oder tordiert werden muss. Dadurch kann eine Schraube schneller eingeschraubt werden. Das Drehmoment oder Rückdrehmoment, das der Bediener gegenhalten muss, wird durch den Winkel, um den der Schaft der Schraube in sich verdreht ist, und die mechanischen Eigenschaften des Schafts der Schraube bestimmt. Das Verhindern des Rückdrehens der Abtriebswelle mittels der Rücklaufsperre kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Beispielsweise kann die Rücklaufsperre mittels einer geeigneten Ansteuerung des Antriebsmotors des Schlag- oder Impulsschraubers realisiert sein. Sobald die Abtriebswelle beginnt, sich zurückzudrehen, kann der Antriebsmotor des Schlag- oder Impulsschraubers bestromt und damit in Betrieb gesetzt werden, um ein Rückdrehen der Abtriebswelle wenigstens teilweise zu verhindern, beispielsweise mit einem vordefinierten Bremsmoment abzubremsen. Die Rücklaufsperre kann darüber hinaus auch als separater Elektromotor, als Bremse, als Hydraulikmotor oder auch als mechanische Rücklaufsperre ausgebildet sein.
Der Schlag des Schlagschraubers wird vom Kopf des Schlagschraubers auf den Kopf der Schraube mittels des Bits (Abtrieb) auf die Antriebs ertiefung im Schraubenkopf übertragen. Der Schlagschrauber kann auf den Schraubenkopf ein maximales Drehmoment Mmax im Schlag übertragen, das von der Konstruktion des Schlagschraubers, von der Abmessung der einzudrehenden Schraube, der Festigkeit des Holzes, sowie der Steckverbindung von Bit des Schlagschraubers in Kopf der Schraube, abhängt. Dieses maximale Drehmoment, das aus dem Schlag resultiert, kann unter quasistatischer Betrachtung nicht größer als das Einschraubdrehmoment der Schraube in das Holz sein. Nach dem Schlag des Schlagschraubers geht die Torsion/Verdrillung, die sich beim Einschrauben zw. Schraubenkopfes und Schraubenspitze aufbaut, zurück. Dieses Rückdrehen soll durch eine Rücklaufsperre abgefangen werden. Es kann aber sein, dass bei großen Schrauben und raschen Abfangen des Rückdrehens, das Moment, das von der Verdrillung über die Rücklaufsperre auf den Anwender übertragen wird, zu groß wird. Dieses Rückdrehmoment, das am Schlagschrauber eine Rückstellkraft verursacht, ist bei kleinen Schraubendurchmessern sehr klein (05 in etwa 8Nm) und bei großen Schraubendurchmessern sehr groß (012 ca. 50Nm).
In einer Variante ist nur eine Rücklaufsperre vorgesehen, die bei einem Rückdrehen des Schraubenkopf bei einem bestimmten Winkel eingreift, wobei dieser Winkel bevorzugt durch einen Anwender einstellbar ist.
In einer zweiten Variante ist sowohl eine Rutschkupplung als auch eine Rücklaufsperre vorgesehen, wobei beide zwischen dem Abtrieb des Schlagschraubers und dem Gehäuse des Schlagschraubers angeordnet sind. In dieser Variante ist das Drehmoment der Rutschkupplung einstellbar, bevorzugt durch den Anwender.
In einer dritten Variante sind sowohl die Rücklaufsperre als auch die Rutschkupplung vorgesehen, wobei bevorzugt beide durch den Anwender einstellbar sind. Der Schlagschrauber übt während der Zeit, in der Energie im Schlagschrauber für den nächsten Schlag aufgebaut wird, auf den Schraubenkopf ein minimales Drehmoment Mmin aus, das dem Verdrillmoment der Schraube in ihrer nicht kompletten Rückstellung, entspricht. Dieses minimale Drehmoment ist das Drehmoment, das der Anwender während des Einschraubvorgangs der Schraube in das Holz zu halten hat. Während des Einschraubvorgangs ändert sich das Drehmoment somit zwischen den Werten Mmin und Mmax. Für ein optimales Einschrauben liegt vorteilhaft das Verhältnis von Mmax zu Mmin bei 1 ,0 bis 10, (100 Nm zu 10 Nm bzw. 10+ Nm zu 10 Nm). In einer anderen vorteilhaften Ausführung liegt dieses Verhältnis bei maximal ca. 1:50.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Anheben der Vorspannfederkraft vorgesehen. Dadurch kann das Netto-Rückstellmoment, welches der Bediener des Schlagschraubers abstützen muss, auf mindestens 8% des Maximai-Moments Mmax angehoben werden. Das Moment Mmin liegt also bei 8% von Mmax. Die Vorspannfederkraft ist insbesondere eine Kraft, mit der ein Rutschbelag der Rutschkupplung gegen eine Reibfläche gepresst wird.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Rücklaufsperre Mittel auf, um ein an der Rücklaufsperre angreifendes Rückdrehmoment der Abtriebswelle auf einen vordefinierten Maximalwert zu begrenzen.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das Rückdrehmoment, das von einem Bediener oder einer geeigneten Vorrichtung aufgebracht werden muss, innerhalb vordefinierter Grenzen bleibt, die beispielsweise von einem Bediener problemlos aufgebracht bzw. gehalten werden können. Die Mittel können beispielsweise als Rutschkupplung oder dergleichen ausgebildet sein. Die Höhe des Maximalwerts des Rückdrehmoments kann unterschiedlich groß bemessen werden, beispielsweise auch abhängig davon, ob der Schlag- oder Impulsschrauber für Überkopfarbeit, auf einer Leiter oder in sonstiger Weise eingesetzt wird. Wesentlich ist, dass das Rückdrehen der Schrauben beim Einschrauben nicht vollständig verhindert und die Rückdrehung auch nicht schlagartig abgestoppt wird, sondern so, dass ein maximales Rückdrehmoment auftritt und auf einen Handgriff des Schlag- oder Impulsschraubers wirkt, wobei dieses maximale Rückdrehmoment von einem Bediener oder einer Vorrichtung ohne Sicherheitsrisiken gegengehalten werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel ausgebildet, das Rückdrehmoment auf einen Wert zwischen 5 Nm und 30 Nm, insbesondere 20 Nm, zu begrenzen. In Weiterbildung der Erfindung ist die Rücklaufsperre als mechanische Rücklaufsperre ausgebildet, insbesondere als Freilauf oder Ratsche mit Sperrklinken, als Rollenfreilauf, als Freilauf mit mehreren Klemmkörpern oder als Federwickelfreilauf. Die Rücklaufsperre kann auch Sperrkörper oder Klemmkörper aufweisen, die auf Kurvenbahnen laufen, bis eine Sperrung eintritt. Das Rückdrehmoment kann damit selbst die Sperrung bewirken.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Rücklaufsperre eine Ratsche mit Sperrklinken und einem Zahnkranz auf, wobei die Sperrklinken der Ratsche bei einer Rückdrehung der Antriebswelle über mechanische Betätigungsmittel zwangsgesteuert in den Zahnkranz der Rücklaufsperre eingerückt werden.
Mittels einer Zwangssteuerung der Sperrklinken, wobei hierfür die Rückdrehung der Abtriebswelle genutzt werden kann, ist es möglich, die Rücklaufsperre hochdynamisch zu realisieren. Übliche Freiläufe und Werkzeugratschen sind in der Regel nicht in der Lage, so schnell eine Rückdrehung zu stoppen, wie dies beim wenigstens teilweisen Verhindern des Rückdrehens der Abtriebswelle eines Schlag- oder Impulsschraubers beim Eindrehen von Holzschrauben erforderlich ist. Die Erfindung schlägt hierzu eine hochdynamische Rücklaufsperre und speziell eine hochdynamische Ratsche vor. Beispielsweise können die Sperrklinken auch aus hochfestem, aber leichtem Material ausgeführt werden und es ist beispielsweise auch möglich, die Sperrklinken selbst nicht mit der Abtriebswelle mitzudrehen, sondern den Zahnkranz mitzudrehen. Auch dadurch kann eine Verbesserung der Dynamik bzw. der Einrückzeit der Sperrklinke erreicht werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Rücklaufsperre als Bremse ausgebildet, insbesondere als hydraulisch betätigte oder mechanisch betätigte Bremse.
Beispielsweise kann eine Scheibenbremse, Trommelbremse oder Bandbremse eingesetzt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Rücklaufsperre hydraulisch ausgebildet, insbesondere als Hydraulikmotor.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Rücklaufsperre elektrisch ausgebildet, insbesondere als Elektromotor oder als elektrische Ansteuereinheit, die mit dem Antriebsmotor des Schlag- oder Impulsschraubers zusammenwirkt. Beispielsweise kann eine magnetische Bremse zum Einsatz kommen, gegebenenfalls in Kombination mit einer mechanischen Bremse oder mit Sperrklinken. Die Rücklaufsperre kann beispielsweise dadurch elektrisch ausgebildet sein, dass ein neben dem Antriebsmotor des Schlag- oder Impulsschraubers separater Elektromotor eingesetzt wird. Dieser Elektromotor kann dann, sobald die Rückdrehung der Abtriebswelle beginnt, bestromt werden, um die Rückdrehung zu begrenzen und insbesondere um das Rückdrehmoment der Abtriebswelle auf einen vordefinierten Maximalwert zu begrenzen. Es ist im Rahmen der Erfindung bei einer elektrischen Ausbildung der Rücklaufsperre aber auch möglich, mittels des Antriebsmotors des Schlag- oder Impulsschraubers und einer geeigneten elektronischen Ansteuereinheit das Rückdrehen der Abtriebswelle wenigstens teilweise zu verhindern. Das Rückdrehen der Abtriebswelle wird beispielsweise durch einen geeigneten Sensor erfasst. In Reaktion auf den Beginn des Rückdrehens wird der Antriebsmotor des Schlag- oder Impulsschraubers bestromt und dadurch kann das Rückdrehen der Abtriebswelle wenigstens teilweise verhindert werden und insbesondere kann das Rückdrehmoment auf einen vordefinierten Maximalwert begrenzt werden.
Durch die Erfindung wird auch eine Rücklaufsperre zur Verwendung mit einem Schlag- oder Impulsschrauber vorgeschlagen, wobei die Rücklaufsperre mit einer Abtriebswelle des Schlagoder Impulsschraubers zusammenwirkt und wobei die Rücklaufsperre ausgebildet ist, ein Rückdrehen der Abtriebswelle wenigstens teilweise zu verhindern.
Die Rücklaufsperre kann als separates, insbesondere an einem Schlag- oder Impulsschrauber nachrüstbares Bauteil ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Rücklaufsperre kann dann in gleicher Weise weitergebildet werden wie eine mit dem Schlag- oder Impulsschrauber verbundene oder in den Schlag- oder Impulsschrauber integrierte Rücklaufsperre. Eine Rücklaufsperre als separates Bauteil, beispielsweise zum Aufstecken auf eine Abtriebswelle eines Schlag- oder Impulsschraubers, hat dahingehend große Vorteile, dass beim Eindrehen von langen Holzschrauben die Rücklaufsperre mit dem Schlag- oder Impulsschrauber verbunden werden kann, werden aber beispielsweise kurze Holzschrauben oder Radschrauben eines Kraftfahrzeugs eingedreht, kann die Rücklaufsperre weggelassen werden.
Es ist auch ein Verfahren zum Eindrehen einer Schraube mit einem Schlag- oder Impulsschrauber mit einem Antriebsmotor, einer Abtriebswelle und einer Schlag- oder Impulseinheit zum Beschleunigen der Abtriebswelle in kurzen zeitlichen Abständen, mit anderen Worten zum Erzeugen von Drehschlägen, vorgesehen, bei dem die Schritte Ausüben mehrerer aufeinanderfolgender Drehschläge auf die Schraube mittels der Abtriebswelle des Schlag- oder Impulsschraubers und wenigstens teilweises Verhindern einer eventuellen Rückdrehung der Abtriebswelle zwischen jeweils zwei Drehschlägen vorgesehen sind.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt ein Begrenzen des Rückdrehmoments der Abtriebswelle auf einen vordefinierten Grenzwert zwischen 5 Nm und 30 Nm, insbesondere 20 Nm.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, in den Zeichnungen dargestellten und der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Dies gilt auch für die Kombination von Einzelmerkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen ohne weitere Einzelmerkmale, mit denen sie im Zusammenhang dargestellt oder beschrieben sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schlag- oder Impulsschraubers mit einer Schraube und einem Werkstück, in das die Schraube eingeschraubt wird,
Fig. 2 ein Diagramm zu einem Verlauf des Drehmoments am Kopf einer Schraube über den Verdrehwinkel am Kopf der Schraube beim Einschrauben mit einem konventionellen Schlag- oder Impulsschrauber,
Fig. 3 den Drehmomentverlauf am Kopf einer Schraube über dem Verdrehwinkel am Kopf der Schraube beim Einschrauben mit einem Schlag- oder Impulsschrauber gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4 ein Diagramm des Drehmoments am Kopf einer Schraube über dem Verdrehwinkel am Kopf der Schraube beim Einschrauben mit einem konventionellen Schlag- oder Impulsschrauber,
Fig. 5 ein Diagramm zum Drehmomentverlauf am Kopf einer Schraube über dem Verdrehwinkel am Kopf der Schraube beim Einschrauben mit einem erfindungsgemäßen Schlag- oder Impulsschrauber gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 6 eine abschnittsweise Darstellung eines Schlag- oder Impulsschraubers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung von schräg vorne,
Fig. 7 eine Ansicht des Schlag- oder Impulsschraubers der Fig. 6 bei abgenommenem Kupplungsstück von vorne und
Fig. 8 mehrere Schlagdiagramme als Funktion verschiedener Steifigkeiten im Drehschlagsystem.
Die Darstellung der Fig. 1 zeigt einen Schlag- oder Impulsschrauber 10 von der Seite in schematischer Darstellung. Der Schlag- oder Impulsschrauber 10 ist schematisch dargestellt. Eine Abtriebswelle 12 weist eine Antriebsausbildung 14 auf, die mit einem schematisch angedeuteten Innensechskant versehen ist. Der Schlag- oder Impulsschrauber 10 weist eine nicht dargestellte Schlag- oder Impulseinheit sowie einen nicht dargestellten Antriebsmotor auf, die in einem Gehäuse 18 angeordnet sind.
Mit dem Schlag- oder Impulsschrauber 10 werden an der Abtriebswelle 12 Drehschläge erzeugt, mit anderen Worten wird die Abtriebswelle in kurzen zeitlichen Abständen um ihre Mittellängsachse beschleunigt. Während eines Drehschlags wird ein vordefiniertes und eventuell einstellbares maximales Drehmoment nicht überschritten. Nach einer vordefinierten Zeit endet der Drehschlag, bis kurze Zeit später ein weiterer Drehschlag erzeugt wird.
Mit der Abtriebswelle 1 wirkt eine Rücklaufsperre 16 zusammen. Die Rücklaufsperre verhindert nach dem Aufbringen eines Drehschlags auf die Abtriebswelle 12 das Rückdrehen der Abtriebswelle 12 wenigstens teilweise. Die Rücklaufsperre 16 ist dabei so ausgebildet, dass das an der Rücklaufsperre 16 auftretende Rückdrehmoment der Abtriebswelle 12 auf einen vordefinierten Maximalwert begrenzt werden kann.
Konventionelle Schlag- oder Impulsschrauber weisen keine Rücklaufsperre 16 auf. Ein Bediener eines konventionellen Schlag- oder Impulsschraubers muss daher kein Rückdrehmoment der Abtriebswelle aufnehmen oder gegenhalten. Dies macht das Arbeiten mit Schlag- oder Impulsschraubern sehr angenehm.
Aufgrund der Rücklaufsperre 16 muss bei dem erfindungsgemäßen Schlag- oder Impulsschrauber ein Bediener das auf einen Maximalwert begrenzte Rückdrehmoment mittels eines Handgriffs 20 am Gehäuse 18 aufnehmen bzw. am Handgriff 20 gegenhalten. Das Gehäuse 18 kann selbstverständlich auch in eine Vorrichtung oder ein Stativ eingespannt sein, so dass dann die Vorrichtung das Rückdrehmoment aufbringt bzw. dem Rückdrehmoment entgegenwirkt. in die Antriebsausbildung 14 des Schlag- oder Impulsschraubers 10 ist eine Holzschraube 22 mit ihrem Schraubenkopf 24 aufgenommen. Der Schraubenkopf 24 ist ais Sechskantkopf ausgebiidet. Die Holzschraube 22 weist einen Schaft 26 auf, der zylindrisch ausgebildet ist und an einem dem Schraubenkopf 24 gegenüberliegenden Ende in eine sich verjüngende Schraubenspitze übergeht. Schraubenspitze und Schraubenschaft 26 sind mit einem durchgehenden Gewinde versehen. Die Holzschraube 22 soll in ein Werkstück 28 eingeschraubt werden. Das Werkstück 26 kann beispielsweise aus Holz bestehen.
Die Holzschraube 22 weist im Vergleich zu ihrem Durchmesser einen vergleichsweise langen zylindrischen Schaft 26 auf. Bei der dargestellten Schraube 22 ist die Länge des Schafts 26 etwas 20 bis 25 mal größer als der Durchmesser. Die Erfindung selbst ist besonders vorteilhaft bei langen Schrauben, die sich stark verdrehen oder tordieren können, kann aber selbstverständlich auch bei kurzen Schrauben eingesetzt werden. Der lange zylindrische Schaft 26 führt dazu, dass der Schaft 26 sich, ähnlich einer Drehstabfeder, um die Schraubenlängsachse verdrehen oder verdrillen kann, wenn die Holzschraube 22 in das Werkstück 28 eingeschraubt wird.
Mit dem Schlag- oder Impulsschrauber 10 wird, wie ausgeführt wurde, ein Drehschlag mit einem gegebenenfalls vordefinierten maximalen Drehmoment auf den Schraubenkopf 24 ausgeübt. Zu Beginn des Einschraubvorgangs führt dies zu einer vollständigen Umsetzung des Drehschlags in eine Drehbewegung der Schraubenspitze der Holzschraube 22. Je weiter die Schraubenspitze und damit auch der Schaft 26 der Holzschraube 22 in das Werkstück 28 vordringen, desto größer wird das zum weiteren Eindrehen der Holzschraube 22 erforderliche Einschraubmoment. Dies führt letztendlich dazu, dass ein Teil der Drehschlagenergie, die mit jedem Drehschlag des Schlag- oder Impulsschraubers 10 in den Schraubenkopf 24 eingebracht wird, für das Verdrehen oder Verdrillen des Schraubenschafts 26 aufgebracht werden muss, bis das auf die Schraube 22 aufgebrachte Drehmoment das erforderliche Einschraubmoment übersteigt.
Anhand der Fig. 2 ist dargestellt, wie sich das Drehmoment am Schraubenkopf 24 über dem Verdrehwinkel am Schraubenkopf 24 bei einem konventionellen Schlag- oder Impulsschrauber verhält. Der Schlag- oder Impulsschrauber kann eine maximale Drehschlagenergie von 120 Nm° aufbringen. Fig. 2 ist zu entnehmen, dass bei jedem Drehschlag das von der Abtriebswelle auf den Schraubenkopf aufgebrachte Drehmoment auf 12 Nm ansteigt. Dadurch wird ein Verdrehwinkel am Schraubenkopf von 15° erreicht. Fig. 2 zeigt fünf aufeinanderfolgende Drehschläge, wobei das erforderliche Einschraubdrehmoment in das Werkstück 28 bei 12 Nm liegt. Um diese 12 Nm aufzubringen, muss der Schraubenschaft um 15° verdreht oder verdrillt werden. Die Drehschlagenergie, die zum Verdrehen oder Verdrillen des Schafts benötigt wird, berechnet sich als das Integral des Drehmoments über dem Verdrehwinkel, entspricht also der Fläche unter Kurve von Fig. 2, und beträgt 1 Nm x 15°: 2 = 90 Nm°. Die restliche Energie des Schlag- der Impulsschraubers dreht die vollständige Holzschraube 22 um (120-90) Nm°/12 Nm = 2,5° weiter in das Holz. Dies entspricht dem kurzen horizontalen Verlauf der Kurve in Fig. 2 bei konstantem Drehmoment. Der für Fig. 2 verwendete Schlag- oder Impulsschrauber weist als konventioneller Schlag- oder Impulsschrauber keine Rücklaufsperre auf. Der Anwender oder Bediener muss infolgedessen kein Rückdrehmoment am Gehäuse des Schlag- oder Impulsschraubers halten bzw. aufbringen.
Gemäß Fig. 2 dreht sich nach jedem Drehschlag der Schraubenkopf wieder um 15° zurück, da die Verdrillung des Schafts vollständig abgebaut wird, und muss beim nächsten Drehschlag erneut durch die Drehschlagenergie zunächst um 15° verdreht oder verdrillt werden, bevor ein weiteres Einschrauben möglich ist. Fig. 2 ist infolgedessen zu entnehmen, dass nach vier aufeinanderfolgenden Drehschlägen die Schraube um 10° in das Werkstück eingeschraubt wurde.
Fig. 3 zeigt den Verlauf des Drehmoments am Schraubenkopf 24 über dem Verdrehwinkel am Schraubenkopf 24 beim Einschrauben der Schraube 22 mit dem erfindungsgemäßen Schlagoder Impulsschrauber 10 gemäß Fig. 1. Die Rücklaufsperre 16 ist dabei so ausgebildet, dass sie nach einem Rückdrehwinkel der Abtriebswelle von 5° ein weiteres Rückdrehen der Abtriebswelle 12 verhindert. Der Schlag- oder Impulsschrauber 10 kann ein maximales Drehmoment von 120 Nm aufbringen.
Gemäß Fig. 3 wird mit dem ersten Drehschlag die Holzschraube 22 um 15° verdreht oder verdrillt. Nach dem Erreichen des Einschraubmoments von 12 Nm wird dann auch der Schaft 26 ein Stück weit in das Werkstück eingeschraubt, nämlich um weitere 2,5°. Nach dem Ende des Drehschlages dreht sich der Schraubenkopf 24 wieder um 5° zurück, bis die Rücklaufsperre 16 ein weiteres Rückdrehen des Schraubenschafts 26 verhindert. Ein Bediener muss nun am Handgriff 20 gegenhalten, um eine Verdrehung des Gehäuses 18 zu verhindern. Der nächste Drehschlag trifft dadurch auf eine schon um 10° in sich verdrehte oder verdrillte Holzschraube 22 und ausgehend von diesem bereits verdrillten Zustand wird der Drehschlag auf die Holzschraube 22 aufgebracht. In diesem Fall werden nur (8+12)12 Nm x 5° = 50 Nm° für das erneute Verdrehen oder Verdrillen der Schraube benötigt, wodurch für das Weiterdrehen der Schraube im Holz 70 Nm° übrig bleiben. Teilt man diesen Wert durch das benötigte Moment zum Weiterdrehen der Schraube, nämlich 12 Nm, erhält man 70 Nm° : 12 Nm = 5,83°. Mit jedem Drehschlag ab dem zweiten Drehschlag wird infolgedessen die Holzschraube 22 um 5,83° weiter in das Werkstück 28 eingeschraubt. Dies ist dem Diagramm der Fig. 3 zu entnehmen. Nach vier aufeinanderfolgenden Drehschlägen ist die Schraube gemäß Fig. 3 somit um 20° weiter eingeschraubt worden.
Mit dem erfindungsgemäßen Schlag- oder Impulsschrauber 10 kann die Schraube 22 somit deutlich schneller eingeschraubt werden, da die Holzschraube 22 mit jedem Drehschlag um einen größeren Winkel als bei einem konventionellen Schlag- oder Impulsschrauber ohne Rücklaufsperre eingeschraubt werden kann.
Der Bediener muss allerdings am Gehäuse 18 bzw. dem Handgriff 20 das Rückdrehmoment von 8 Nm gegenhalten.
Fig. 4 zeigt den Verlauf des Drehmoments an einem Schraubenkopf einer Holzschraube über dem Verdrehwinkel am Schraubenkopf bei Verwendung eines konventionellen Schlag- oder Impulsschraubers ohne Rücklaufsperre. Fig. 4 verdeutlicht einen Fall, bei dem die Schraube bereits tiefer im Werkstück 28 sitzt und infolgedessen das zum weiteren Eindrehen in das Werkstück 28 erforderliche Drehmoment auf 16 Nm angestiegen ist.
Gemäß Fig. 4 ist die Energie, die zum Verdrehen oder Verdrillen des Schafts der Schraube benötigt wird, nun genauso groß wie die Drehschlagenergie des Schlag- oder Impulsschraubers. In diesem Fall ist mit dem konventionellen Schlag- oder Impulsschrauber ohne Rücklaufsperre kein weiteres Einschrauben der Schraube mehr möglich. Denn die Drehschlagenergie geht bei jedem Drehschlag vollständig in das Verdrehen oder Verdrillen des Schafts der Schraube. Nach dem Ende des Drehschlags geht die Verdrillung der Schraube vollständig zurück, ohne dass ein weiteres Einschrauben des Schraubenschafts in das Werkstück hinein erfolgt wäre.
Fig. 5 zeigt den Verlauf des Drehmoments am Schraubenkopf 24 bei Verwendung des erfindungsgemäßen Schlag- oder Impulsschraubers 10 gemäß Fig. 1, wobei das zum Einschrauben in das Werkstück 28 erforderliche Drehmoment ebenfalls bei 16 Nm liegt. Es ist Fig. 5 zu entnehmen, dass mit dem ersten Drehschlag ein Verdrehen oder Verdrillen des Schraubenkopfs 24 um 15° erfolgt. Dies ist insofern noch keine Änderung gegenüber der Darstellung der Fig. 4. Das Rückdrehen des Schraubenschafts wird aber durch die Rücklaufsperre 16 nach 5° gestoppt. Der nächste Drehschlag trifft infolgedessen auf eine bereits um 10° verdrillte Schraube. Ein größerer Teil der Drehschlagenergie des zweiten Drehschlags geht somit in das Eindrehen der Schraube in das Werkstück, so dass ein Weitereinschrauben der Schraube um 3,3° möglich ist. Auch bei den weiteren Drehschlägen wird ein Rückdrehen des Schraubenschafts 26 immer nach jeweils 5° gestoppt, wobei dabei ein Rückdrehmoment von 10,67 Nm auftritt, das ein Anwender am Handgriff 20 des Gehäuses 18 gegenhalten muss. Wie ausgeführt wurde, ist das Einschrauben der Holzschraube 22 aber gemäß Fig. 5 um 3,3° pro Drehschlag möglich, wohingegen gemäß Fig. 4 mit einem konventionellen Schlag- oder Impulsschrauber ohne Rücklaufsperre 16 ein Einschrauben der Schraube gar nicht möglich wäre.
Es ist davon auszugehen, dass bei steiferen Schrauben eine Begrenzung des Rückdrehwinkels auf 5° noch deutlich höhere Rückdrehmomente bewirken würde. Infolgedessen kann die Rücklaufsperre 16 beispielsweise eine Rutschkupplung aufweisen, um das Rückdrehmoment auf einen vordefinierten Wert zwischen 5 Nm und 30 Nm zu begrenzen, insbesondere 20 Nm. Ein Rückdrehmoment von 30 Nm kann von einem Anwender noch gehalten werden. Steht der Anwender aber beispielsweise auf einer Leiter, ist es sinnvoll, das Rückdrehmoment auf 20 Nm zu begrenzen, um zu verhindern, dass der Anwender das Gleichgewicht verliert.
Alternativ zur Begrenzung des Rückdrehmoments kann auch die Größe des Rückdrehwinkels oder des Fangwinkels in der Rücklaufsperre 16 veränderbar sein.
Fig. 6 zeigt abschnittsweise eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Schlag- oder Impulsschraubers, wobei lediglich eine Rücklaufsperre 36 und ein Abschnitt der Abtriebswelle 12 sowie ein Teil des Gehäuses 18 dargestellt sind. Auf die Abtriebswelle 1 ist eine Kupplung 38 aufgesteckt worden, die dann beispielsweise mit einer Schraubnuss versehen werden kann.
Es ist Fig. 6 zu entnehmen, dass die Rücklaufsperre 36 einen Außenring 40 aufweist, der auf seiner Innenseite mit einem Innenzahnkranz 42 versehen ist. Die Zähne des Innenzahnkranzes 42 sind sägezahnartig ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung können bei der Rücklaufsperre auch ein Außenzahnkranz und radial außerhalb des Außenzahnkranzes angeordnete Sperrklinken vorgesehen sein. Vorzugsweise werden die Sperrklinken nicht mit der Abtriebswelle mitgedreht. Dadurch lässt sich eine hochdynamische Ausbildung der Rücklaufsperre erreichen, so dass auch bei sehr kurz aufeinanderfolgenden Drehschlägen innerhalb extrem kurzer Zeit eine Rückdrehung der Abtriebswelle abgestoppt werden kann. Die Sperrklinken können hierzu sehr leicht, aber gleichwohl hochfest ausgebildet sein. Eine sehr schnelle Einsteuerung der Sperrklinken in den Zahnkranz, sei es ein innenzahnkranz oder ein Außenzahnkranz, wird durch eine Zwangssteuerung der Sperrklinken erreicht. Für die Zwangssteuerung der Sperrklinken kann die Rückdrehung der Abtriebswelle verwendet werden. Beim Rückdrehen der Abtriebswelle laufen dann Anschläge, Nocken oder dergleichen auf die Sperrklinken auf und bewegen diese in die Sperrstellung, in denen sie in den Innenzahnkranz oder Außenzahnkranz eingreifen.
Die Rücklaufsperre weist bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform weiter einen Innenring 44 auf, an dem mehrere Sperrklinken 46 schwenkbar angelenkt sind. Die Sperrklinken 46 sind in nicht dargestellter Weise radial nach außen vorgespannt, so dass sie die in Fig. 6 dargestellte, nach außen verschwenkte Lage einnehmen.
Eine Drehung der Antriebswelle 12 ist in der Darstellung der Fig. 6 im Uhrzeigersinn möglich, da in dieser Drehrichtung die Sperrklinken 46 über die Zähne des Innenzahnkranzes 42 hinwegrutschen. Eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn ist hingegen gesperrt, da dann die Sperrklinken 46 in die Zähne des Innenzahnkranzes 42 einrasten. Die Sperrklinken sind über den Umfang verteilt so angeordnet und der Innenzahnkranz 42 ist so bemessen, dass eine Rückdrehung der Abtriebswelle 12, also eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn, nach jeweils etwa 5° abgestoppt wird.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf die Rücklaufsperre 36 der Fig. 6. Zu erkennen ist, dass am Innenring 44 insgesamt fünf Sperrklinken 46 verschwenkbar angeordnet sind. Jede der Sperrklinken 46 ist mittels einer Schraubenfeder 48 in einer Richtung radial nach außen vorgespannt. In der Darstellung der Fig. 7 kann sich die Abtriebswelle 12, die sich gemeinsam mit dem Innenring 44 dreht, somit im Uhrzeigersinn drehen. Im Uhrzeigersinn erfolgt auch das Einschrauben der Holzschraube 22, siehe Fig. 1, mittels aufeinanderfolgender Drehschläge. Eine Drehung der Abtriebswelle 12 und des Innenrings 44 entgegen dem Uhrzeigersinn, also eine Rückdrehung, wird hingegen durch das Eingreifen der Sperrklinken 46 in die Zähne des Innenzahnkranzes 42 am Außenring 40 gestoppt.
Fig. 7 ist zu entnehmen, dass lediglich eine der Sperrklinken 46 jeweils voll in einen Zahn des Innenzahnkranzes 42 eingreift. Die übrigen Sperrklinken liegen hingegen noch auf den Zähnen oder kurz vor dem Zahngrund eines Zahns. Dadurch kann ein sehr kleiner Rückdrehwinkel erzielt werden. Wie ausgeführt wurde, kann eine Verbindung zwischen der Abtriebswelle 12 und dem Innenring 44 mittels einer Rutschkupplung erfolgen, um das Rückdrehmoment der Abtriebswelle 12 auf einen vordefinierten Wert zu begrenzen.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schlag- oder Impulsschraubers ist vorgesehen, dass die Rücklaufsperre Mittel aufweist, um einen Rückdrehwinkel der Abtriebswelle zu verändern. Beispielsweise kann der Rückdrehwinkel vergrößert werden, wenn ein Rückdrehmoment zu hoch ist, um noch in sicherer Weise von einem Anwender oder Bediener am Gehäuse des Schlag- oder Impulsschraubers abgefangen zu werden.
Fig. 8 zeigt mehrere Schlagdiagramme als Funktion verschiedener Steifigkeiten im Drehschlagsystem. Es ist zu erkennen, dass bei großer Steifigkeit im Drehschlagsystem, vergleiche die Schlagdiagramme A, B, C, starke Schwingungen mit großer Amplitude, die nur langsam abklingen, nach dem Drehschlag zu beobachten sind. Bei kleiner Steifigkeit im Drehschlagsystem, vergleiche die Schlagdiagramme D, E, treten dahingegen Schwingungen mit kleiner Amplitude, die schneller abklingen, auf. Nur in sehr ungünstigen Fällen, bei denen vermutlich der Drehschlag die Resonanzfrequenz des Drehschlagsystems anregt, siehe Schlagdiagramm F, treten auch bei geringer Steifigkeit im Drehschlagsystem starke Schwingungen auf, die nur langsam abklingen. Starke Schwingungen, die nur langsam abklingen, sind für den Bediener eines Drehschlagschraubers auf Dauer äußerst unangenehm.
Wird hingegen der Drehschlagschrauber nicht starr abgestützt, sondern mit einer Bremsmoment-Abstützung, siehe die Schlagdiagramme G und H, können Schwingungen im Drehschlagsystem praktisch vollständig vermieden werden. Eine Bremsmoment-Abstützung wird auch mit einer insbesondere einstellbaren Rutschkupplung bei dem erfindungsgemäßen Schlag- oder Impulsschrauber erreicht. Mit dem erfindungsgemäßen Schlag- oder Impulsschrauber können Schrauben, insbesondere Holzschrauben, daher nicht nur schneller als mit konventionellen Schlag- oder Impulsschraubern eingeschraubt werden, darüber hinaus können auch unangenehme Schwingungen im Drehschlagsystem vermieden oder wesentlich reduziert werden —

Claims

Patentansprüche Schlag- oder Impulsschrauber mit einem Antriebsmotor, einer Abtriebswelle und einer Schlag- oder Impulseinheit zum Beschleunigen der Abtriebswelle in kurzen zeitlichen Abständen, gekennzeichnet durch eine mit der Abtriebswelle zusammenwirkende Rücklaufsperre, um ein Rückdrehen der Abtriebswelle wenigstens teilweise zu verhindern. Schlag- oder Impulsschrauber nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufsperre Mittel aufweist, um ein an der Rücklaufsperre angreifendes Rückdrehmoment der Abtriebswelle auf einen vordefinierten Maximalwert zu begrenzen. Schlag- oder Impulsschrauber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ausgebildet sind, das Rückdrehmoment auf einen Wert zwischen 5Nm und 30Nm, insbesondere 20 Nm, zu begrenzen. Schlag- oder Impulsschrauber nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufsperre als mechanische Rücklaufsperre ausgebildet ist, insbesondere als Freilauf oder Ratsche mit Sperrklinken, als Rollenfreilauf, als Freilauf mit mehreren Klemmkörpern oder als Federwickelfreilauf. Schlag- oder Impulsschrauber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufsperre eine Ratsche mit wenigstens einer Sperrklinke und einem Zahnkranz aufweist, wobei die Sperrklinken der Ratsche bei einer Rückdrehung der Abtriebswelle über mechanische Betätigungsmittel zwangsgesteuert in den Zahnkranz der Rücklaufsperre eingerückt werden. Schlag- oder Impulsschrauber nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufsperre als Bremse ausgebildet ist, insbesondere als hydraulisch betätigte oder mechanisch betätigte Bremse. Schlag- oder Impulsschrauber nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufsperre hydraulisch ausgebildet ist, insbesondere als Hydraulikmotor. Schlag- oder Impulsschrauber nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufsperre elektrisch ausgebildet ist, insbesondere als Elektromotor oder als elektronische Ansteuereinheit, die mit dem Antriebsmotor des Schlag- oder Impulsschraubers zusammenwirkt. Rücklaufsperre zur Verwendung mit einem Schlag- oder Impulsschrauber, wobei die Rücklaufsperre mit einer Abtriebswelle des Schlag- oder Impulsschraubers zusammenwirkt und wobei die Rücklaufsperre ausgebildet ist, ein Rückdrehen der Abtriebswelle wenigstens teilweise zu verhindern. Verfahren zum Eindrehen einer Schraube mit einem Schlag- oder Impulsschrauber mit einem Antriebsmotor, einer Abtriebswelle und einer Schlag- oder Impulseinheit zum Beschleunigen der Abtriebswelle in kurzen zeitlichen Abständen,, mit folgenden Schritten: Ausüben mehrerer aufeinanderfolgender Drehimpulse auf die Schraube mittels der Abtriebswelle des Schlag- oder Impulsschraubers und wenigstens teilweises Verhindern einer eventuellen Rückdrehung der Abtriebswelle zwischen jeweils zwei Drehimpulsen. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Begrenzen eines an einer Rücklaufsperre des Schlag- oder Impulsschraubers angreifenden Rückdrehmoments der Abtriebswelle auf einen vordefinierten Grenzwert zwischen 5Nm und 30Nm, insbesondere 20 Nm. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , gekennzeichnet durch Einstellen eines Verhältnisses zwischen einem vom Schlag- oder Impulsschrauber bei einem Drehschlag aufgebrachten maximalen Moment Mmax und einem Rückdrehmoment Mmin der Abtriebswelle auf einen Wert Mmax/Mmin von 1 bis 80, insbesondere 1 bis 50, insbesondere 1 bis 10.
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