DE2253032A1 - Schlagschrauber - Google Patents

Description

26. Oktober 1972 Hg/K

Gardner-Denver Company Quincy, Illinois, (V.St.A.)

¹¹ Schlagschrauber "

Die Erfindung betrifft Schlagschrauber«, Bei diesen wird Druckluft einer ausdehnbaren Kammer zugeführt, um einen umlaufenden Hammer axial in eine Stellung zu verschieben, in der ein weiteres Umlaufen ein Anschlagen des Hammers gegen einen Amboßteil bewirkt (US-Patentschrift 3 o68-973, 3 1o4 743). Die bekannten Schlagschrauber dieser Art ermöglichen jedoch kein Beschleunigen des umlaufenden Hammers gegenüber dem Rotor des Antriebsmotors, um auf diese Weise auf den Amboßteil Schläge mit einer größeren

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kinetischen Energie auftreffen zu lassen, als diejenige, die durch den Antriebsmotor erzeugt wird. Bei diesen bekannten Schlagschraubern dient die den Hammer axial in die Schlagstellung verschiebende Luft keinem anderen "nützlichen Zweck, sondern wird lediglich ausgeblasen, um den Hammer vor einem weiteren Schlagzyklus zurückzuziehen. Darüber hinaus wird bei bekannten Schlagschraubern, die Preßluft zum axialen Verschieben des Hammers in die Schlagstellung benutzen, Druckluft zum Zurückführen des Hammers, was ungünstig ist, oder Federn verwendet, die dem komplexen Aufbau entgegenstehen und die darüber hinaus durch,Belastung brechen können.

Die Erfindung bezweckt, einen Schlagschrauber zu schaffen, dessen Hammer gegenüber dem Antriebsrotor beschleunigt werden kann, der also mit einer größeren kinetischen Energie auf den Amboßteil aufzuschlagen vermag, als diese durch den Rotor erzeugt wird. Zu diesem Zweck umfaßt der Schlagschrauber gemäß der Erfindung ein mit dem Rotor in Antriebsverbindung stehendes Antriebselement, einen von diesem getragenen und zusammen mit dem Antriebselement eine über einen Kanal mit Druckluft speisbare ausdehnbare Kammer bildenden Hammer und eine das Antriebselement mit diesem verbindende und den Hammer beim Zufuhren von Druckluft zur ausdehnbaren Kammer beschleunigende Antriebskupplung.

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In Weiterbildung der Erfindung umfaßt der Schlagschrauber ein. Ventil, durch das eine Menge, an Druckluft zugeführt werden kann, die ausreicht, um den Hammer axial und sich ,drehend voranzubewegen und auf den Amboßteil aufzutreffen» Dieses Ventil bewirkt ferner einen schnellen Ausstoß dieser Preßluftmenge, um jede Verzögerung in der Hammerrückführbewegung zu reduzieren. Die Anordnung dieses umlaufenden Ventils zusammen mit der Antrieb skupplung zv/ischen dem Hammer und dem Antriebselement verhindert ferner, daß der Hammer während eines Operationszyklus einen zweiten Schlag ausführen kann» Durch die erfindungsgemäße Anordnung unterstützt jede Rückprallbewegung des Hammers dessen Rückführbewegung und wird durch Herauspumpen der Restluft aus der zwischen dem Hammer und dem Antriebselement ausgebildeten ausdehnbaren Kammer verbraucht, anstatt als rückwirkende Kraft über den Antriebsmotor auf die Bedienungsperson des Schlagschraubers übertragen zu werden. Darüber, hinaus wird durch die Erfindung ein Schlagschrauber geschaffen, der relativ wenige Arbeitsteile umfaßt, zuverlässig ist und wirtschaftlich hergestellt werden kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Schiagschraubers dargestellt. In dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schlagschrauber;

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Fig. 2, 4, 6 und 8 Seitenansichten des Hammers, des

Antriebelementes und des Amboßteiles in den einzelnen Stellungen eines Arbeitszyklus;

Fig. 3, 5, 7 und 9 Schnitte längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

die die relative Stellung des Antriebelementes und des Amboßteiles in den entsprechenden Figuren 2,4,6 und 8 veranschaulichen, wobei die relativen Stellungen der Anschläge am Hammer und am Amboßteil in unterbrochenen Linien angedeutet sind;

Fig. 1o einen Schnitt längs einer der Lage der Linie 3-3

entsprechende Linie durch eine andere Ausführungsform des Amboßteiles, der für zwei Schläge pro Umdrehung des Antriebelementes ausgebildet ist, und

Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie 11-11 in Fig. 1.

In der Zeichnung ist ein durch Druckluft antreibbarer Schlagschrauber dargestellt und als Ganzes mit 1o bezeichnet. Der Schlagschrauber 1o umfaßt ein Gehäuse 12 mit einem Handgriffteil 14. Ein im Gehäuse angeordneter Antriebsmotor 16 umfaßt

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einen Rotor 18. Der Motor 16 ist von einem üblichen Typ, wie er im allgemeinen in druckluftbetriebenen Werkzeugen verwendet wird. Dem Motor 16 wird Druckluft über einen Kanal 2o zugeführt» in dem ein der Steuerung der Druckluft dienendes Ventil 22» üblicher Konstruktion vorgesehen ist. Das Ventil ist in der geschlossenen Stellung federbelastet und kann durch einen Drücker 24 geöffnet werden, um Druckluft zum Motor 16 gelangen zu lassen. Der Schlagschrauber 1o umfaßt ferner ein Motorreversierventil, das als Ganzes mit 26 bezeichnet ist und von der üblichen Type sein kann. Das Ventil 26 kann durch einen Hebel' 28 in eine Stellung gebracht werden, in der Druckluft zu Motoreinlaß.schlitzen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind; gelangen kann, um dem Motor 16 eine andere Drehrichtung zu geben. Der Schlagschrauber 1o umfaßt ferner einen Gehäuseteil 32, der durch einen Ring 34 lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Der Ring 34 ist durch geeignete Befestigungselemente, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, mit dem Gehäuseteil verbunden. Der Gehäuseteil 32 umfaßt einen als Ganzes mit 33 bezeichneten. Schlagmechanismus.

Der Rotor 18 des Motors 2o erstreckt sich durch ein Lager 35 in das Innere des Gehäuseteiles 32 hinein und steht mit einem drehbaren Antriebselement 36 durch eine Längsverzahnung 38 in Antriebsverbindung. Das Antriebseiement 36 weist eine zylindrische äußere Mantelfläche 4o und eine zylindrische Aussparung

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42 auf, die zu einem Ende hin geöffnet ist. Das Antriebselement 3b umfaßt ferner eine Mittelbohrung 44, in die ein im Durchmesser abgesetzter Teil 46 der Rotorwelle hineinragt und dort dichtend von einem Ü-Ring 48 umgeben ist.

Das Antriebselement 36 lagert ein im wesentlichen zylindrisches Element 5o, das den Hammer des Schlagwerkes 33 bildet. Dieser Hammer 5o umfaßt eine zylindrische innere Mantelfläche 52, die so bemessen ist, daß sie eng auf die äußere Oberfläche 4o des Antriebselementes 36 paßt. Der Hammer 5o ist jedoch nur begrenzt axial verschiebbar und drehbar relativ zum Antriebselement 36 gelagert« Der Hammer 5o bildet ferner zusammen mit dem Antriebselement 36 eine ausdehnbare Kammer 54, in die ein Druckmedium eingeführt werden kann, um auf eine Druckfläche 56 einzuwirken und den Hammer gegenüber dem Antriebselement axial zu verschieben und zu verdrehen, wie später näher erläutert werden wird. An einem Ende des Hammers sind zwei Hammeranschläge 58 einstückig mit dem Hammer ausgebildet und um 18o° radial versetzt angeordnet.

V/ie der Fig. 2, 4, 6, 8 und 11 zu entnehmen ist, sind der Hammer 5o und das Antriebselement 36 durch eine Antriebskupplung miteinander verbunden, die einen durch einen zylindrischen Stift 60 gebildeten Vorsprung umfaßt, der in geeigneter Weise am Antrieb sei einent 36 befestigt ist und radial von der Ober-

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fläche 4o vorspringt. Der Stift 60 liegt in einer etwa dreieckig geformten Aussparung 62, die im Hammer 5o ausgebildet ist und zwei in axialer Richtung konvergierende Oberflächen und 66 umfaßt. Die Ecken der etwa dreieckig geformten Aussparung 62 sind mit Radien versehen, die etwas größer bemessen sind, als eine Hälfte des Durchmessers des zylindrischen Stiftes 60. Der zwischen den Oberflächen 64 und 66 eingeschlossene Winkel beträgt etwa 90° bis 1oo°.

Das Schlagwerk 33 umfaßt ferner einen Amboßteil 68, der drehbar in einem Lager 7o gelagert ist, das im Gehäuseteil 32 angeordnet ist. Der Amboßteil 68 umfaßt ein Antriebsende 72, das in üblicher Weise gestaltet ist, um ein auf eine Mutter aufsetzbares Werkzeug oder dergleichen aufnehm'en zu können. Zwei sich radial erstreckende Anschläge 74 sind am Amboßteil 68 ausgebildet und bilden VorSprünge, auf die die Anschläge 58 des Hammers 5o in bekannter Weise auftreffen.

Das entgegengesetzte Ende des Amboßteiles trägt einen zylindrischen Wellenteil 76, der sich in enger Passung und im wesentlichen flüssigkeitsdicht durch eine Öffnung 78 im.Hammer 5o hindurch in eine Bohrung 80 im Antriebselement 36 hineinerstreckt. Der Wellenteil 76 weist einen Axialkanal 82 auf, der mit einem Radialkanal 84 und einem sich axial erstreckenden Kanal 86 verbunden ist, der sich vollständig durch den Rotor hindurcherstreckt. Der Kanal 86 steht seinerseits mit dem Kanal

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- 8 2o über den Kanal 87 in Verbindung.

Der Amboßteil umfaßt ferner eine Nut 88, die im Umfang des V/ellenteiles 76 ausgebildet ist und, wie Fig. 1 und 5 zeigen, in Verbindung mit einem Kanal 9o und einem Kanal 92 steht, die im Antriebsteil 36 vorgesehen sind. Der Kanal 9o ist als Radialnut gestaltet und zur ausdehnbaren Kammer 54 hin geöffnet. Der Kanal 92, der zusammen mit der Nut 88 einen Auslaßkanal bildet, ist zum Äußeren des Gehäuseteiles 32 hin geöffnet. Eine Öffnung 94 im Gehäuseteil 32 leitet Druckmittel einem Kanal 96 zu, der ein Teil des Auslaßkanals des Motors 16 bildet. Die Kanäle 9o und 92 im Antriebselement 36 wirken mit der Mut 88 und dem Kanal 84 im Amboßteil 68 zusammen, um ein drehbares Ventil zu bilden, über das Druckmittel der ausdehnbaren Kammer 54 zugeführt bzw. von dieser abgeleitet wird. Die Wirkung des drehbaren Ventils ist der sich anschließenden Beschreibung eines Arbeitszyklus des Schlagwerkes 33 besser zu entnehmen.

Zum Zuführen eines Druckmediums, beispielsweise von Druckluft zum Schlagschrauber 1o wird das Ventil 22 geöffnet und das Reversierventil 26 so eingestellt, daß der Motor 16 umläuft, wodurch der Hammer 5o in die durch Pfeile angedeutete Drehrichtung in Umlauf versetzt wird, wobei der Antriebsstift 6o in der Aussparung 62 in der in Fig. 2 veranschaulichten Stellung liegt. In dieser Lage ist die ausdehnbare Kammer 54 entlüftet und der Hammer ist axial zurückgezogen, so daß dessen Anschläge

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58 nicht mit den Anschlägen 74 in Berührung kommen können. Der Fig» 3 ist zu entnehmen, daß der Kanal 9o nicht mit der Nut 88 oder dem Kanal 84 in Verbindung steht. Es wird dabei angenommen, daß der Amboßteil 68 sich durch den Widerstand eines Befestigungselementes, beispielsweise einer Mutter, die jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt ist und durch den Schlagschrauber 1o angezogen oder gelöst werden soll, nicht bewegt. Da sich das Antriebselement 36 und der Hammer" in die in Fig. und 6 dargestellte Lage drehen, wird der Kanal 84 dann voll mit dem Kanal 9o fluchten um Druckluft der ausdehnbaren Kammer 54 zuzuführen. Diese die Fläche 56 beaufschlagende Druckluft hat bereits den Hammer 5o axial zum Amboßteil 68 hinbewegt, wobei der Hammer gleichzeitig durch das Auflaufen des Stiftes 6o an der geneigten Fläche 64 gegenüber dem Antriebseiement 36 in seiner Umdrehung beschleunigt wird. Wenn der Kammer 54 Druckluft zugeführt wird, bewegt sich der Hammer 5o von der in B¹Ig. 4 und 5 veranschaulichten Stellung in die in Fig* 6 und 7 dargestellte. Während der Bewegung aus der in Fig. 2 gezeigten Lage in die in Fig. 6 dargestellte, hat sich der Hammer 5o axial gegenüber dem Amboßteil so bewegt, daß die Anschläge 58 genau axial mit den Anschlägen 74 des Amboßteiles fluchten. Der Hammer 5o hat sich ferner während dieser Bewegung gegenüber dem Antriebselement 36 in seiner Umdrehung so beschleunigt, daß die gesamte kinetische Drehenergie des Hammers größer ist, als die kinetische Drehenergie des Hammers, die ihm allein durch das Umlaufen des Antriebselementes gegeben wird. Infolge-

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dessen ist der auf den Amboßteil 68 ausgeübte Schlag größer und die Druckluft, die zum Bewegen des Hammers verwendet wird, ist v/irksamer ausgenutzt, als bei bekannten Schlagwerken.

Eine Anzahl von Faktoren, beispielsweise die Motorgröße, der Druck der Arbeitsluft, das Trägheitsmoment des Motors und des Hammers, die Stellung zwischen dem zusammenwirkenden Hammer und den Amboßteilanschlägen und die Anordnung des Umlaufventils, wirken bei dem erfindungsgemäßen Schlagschrauber zusammen. Es wurde beispielsweise festgestellt, daß ein verbesserter Schlagschrauber, der zum Anziehen von 1/2 Zoll Muttern bestimmt ist, kann einen üblichen 'Sechsflügeligen Druckluftmotor verwenden, dessen Rotordurchmesser und Rotorlänge etwa 32 mm beträgt. Das kombinierte Massenträgheitsmoment des Motorrotors 18 und des Antriebselementes 36 im Bezug zur Rotorachse beträgt etwa

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0.00072 pounds-inches-seconds und das Massenträgheitsmoment

des Hammers 5o etwa 0,0012 pounds-inches-seconds . Die durch den Stift 6o und die Auflauffläche 64 bewirkte Winkelverschiebung des Hammers 5o gegenüber dem Antriebselement 36 beträgt etwa 20 . Zusammen mit den vorerwähnten Bedingungen wurde die gewünschte Winkelverstellung zwischen'den zusammenwirkenden Oberflächen der Anschläge 58 und Ik als günstig befunden, wenn sie in der Größenordnung von 75° bis 95° dann liegen, wenn der Kanal 9o beginnt mit dem Kanal 8h zu fluchten. Bei einem angemessenen Kanalquerschnitt, der ein Drosseln des Luftstromes zur Kammer 5^ verhindert, und einem Zufuhrdruck von 7o bis 9o

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psi wurde ein zeitliches Zusammenwirken gewählt, durch das die Ecke 97 der Aussparung, die durch die beiden konvergierenden Flächen 64 und 66 gebildet ist, gerade noch nicht vom Stift in dem Moment berührt wird, wenn die Anschläge 58 des Hammers auf diejenigen 74 des Amboßteiles auftreffen. Dies ist die in Fig. 6 und 7 dargestellte Lage und wie der Fig. 7 zu entnehmen ist, steht der Kanal 9o im Augenblick des Auftreffens an der Schwelle der Ausrichtung mit der Nut 88. Ist der Kanal 9o und die Nut 38 ausgerichtet, kann sich der Druck in der Kammer 54 über den Kanal 9o, die Nut 88 und den Kanal 92 vom Gehäuseteil 32 nach außen entlüften und dabei eventuell über den Kanal

94 das Äußere des Schiagschraubers erreichen. Nach dem Aufsich
treffen dreht das Antriebselement 36 aus der in Fig. 6 und 7 dargestellten Lage weiter, um in die in Fig. 8 und 9 veranschaulichte zugelangen, in der der Kanal 9ο in voller Verbindung mit der Nut 88 steht. Durch das Entlüften der Kammer 54 von Druckluft wird die Umdrehung des Antriebselementes 36 zusammen mit dem Drehwiderstand des Amboßteiles 68 und der Rückprallwirkung des Hammers 5o eine axiale Wegbewegung des Hammers von den Anschlägen des Amboßteiles bewirken, wenn die Fläche 64 am Stift 6o entlanggleitet. Der Hammer und das Antriebselement 36 laufen zusammen weiter um aus der in Fig. dargestellten Lage .in diejenige, die in Fig. 2 veranschaulicht ist, in der der Schlagzyklus von Neuem beginnen wird. Bei der in Fig. 1 der Zeichnung ,dargestellten Ausbildung des Schlagwerkes 33 wird jeweils ein Schlag pro Umlauf des Antriebselemen-

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- 12 tes 36 erzeugt.

Der in Fig. 2 bis 9 veranschaulichte Zyklus zeigt den Amboßteil zur Erläuterung in einer feststehenden Lage. Der Amboßteil wird jedoch mit jedem Schlag ein zunehmendes Stück gedreht werden, bis der Widerstand gegen ein Umlaufen von den Schlägen des Hammers 5o überwunden wird. Das Rückkehren des Hammers von der in Fig. 6 bis 8 dargestellten Lage wird durch das Pumpen des Druckmediums aus der Kammer 54 gedämpft. Es wird angenommen, daß die Antriebskupplung, die durch den Stift 60 und die Aussparung 62 gebildet ist beim Auftreffen ein minimaler oder vernachlässigbarer Geschwindigkeitsverlust des Antriebselementes 36 und des Rotors 18 des Motors bewirken und ebenfalls eine geringe Beschleunigung des Motors vor dem Ausüben des nächsten Schlages.

Fig. 1o zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiei des Wellenteiles 76, das mit I00 bezeichnet ist. Dieser abgewandelte Wellenteil I00 umfaßt einen Querkanal 1o2, der mit einem Kanal 1o4 in Verbindung steht, der dem Kanal 82 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 entspricht. Wie Fig. 1o zeigt, ist der Kanal 1o2 zum Umfang des Wellenteiles I00 an zwei um 18o° versetzten Stellen geöffnet. Der Wellenteil I00 umfaßt ferner Nuten I06 und I08, die in seinem Umfang ausgebildet sind. Die Nuten I06 und I08 dienen zur Verbindung des Kanales 9o mit dem Kanal 92 im Antriebselement 36, um die Kammer 54 von Druckluft zu entlüften. Die Ausführung nach Fig. 1o ist funktionsmäßig die

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gleiche wie die in Fig. 1 veranschaulichte, jedoch mit der Ausnahme, daß die in Fig. 1o dargestellte Ausführungsform zwei Schläge des Hammers gegen den Amboßteil bei jedem Umlauf des Antriebsteiles 36 bewirkt, was jedem Fachmann leicht verständlich ist. Ferner ist klar, daß das in Fig. 1 bis 11 veranschaulichte Schlagwerk in beiden Drehrichtungen des Rotors 18 Schläge auszuüben vermag. Die Wirkung des Schlagwerkzeuges in einer den Pfeilen entgegengesetzten Richtung ist im wesentlichen die gleiche, jedoch mit der Ausnahme, daß die Fläche 66 der Aussparung 62 mit dem Stift 6o zusammenwirkt, um eine kombinierte Axial- und Drehbewegung des Hammers 5o gegenüber dem Antriebselement 36 bewirkt.

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Claims (4)

1. - 14 Patentansprüche

   Schlagschrauber mit einem durch ein Druckmedium antreibbaren, einen Rotor umfassenden Motor und mit einem drehbaren Amboßteil mit Anschlägen auf die durch einen Hammer Schläge ausgeübt werden können, gekennzeichnet durch ein mit dem Rotor (10) in Antriebsverbindung stehenden Antriebselement (36), das den Hammer (5o) trägt und zusammen mit diesem eine über einen Kanal (82, 84) mit Druckluft sppeisbare ausdehnbare Kammer bildet, und durch eine das Antriebselement (36) mit dem Hammer (5o) verbindende und diesen beim Zuführen von Druckluft zur ausdehnbaren Kammer (5-i) beschleunigende Antriebskupplung (6d, 62)..
2. 2. Schlagschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (82, 04) in einem ' V/ellenteil (76) des Amboßteiles angeordnet ist, der in einer Längsbohrung (8o) des Antriebselementes (36) gelagert ist, und daß ein Kanal (9o) im Antriebselement (36) in die ausdehnbare Kammer einmündet und eine Längsbohrung (öo) mit dem Kanal (82, 84) im Wellenteil in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Antriebselementes (36) gegenüber dem Amboßteil (68) verbindbar ist.

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3. 3. Schlagschrauber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboßteil (68) eine Nut (88) in der Mantelfläche, des Wellenteiles (76) umfaßt, daß. das Antriebselement einen Auslaßkanal (92) aufweist und daß die Nut (88) beim Umlaufen des Antriebsteiles (36) gegenüber dem Amboßteil (68) mit dem Kanal (9o) und dem Auslaßkanal (92) im Antriebselement zum Entlüften der ausdehnbaren Kammer (54) verbindbar ist.
4. 4. Schlagschrauber nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskupplung einen vom Antriebselement (36) vorspringenden Stift (6o) und eine Aussparung (62) mit axial geneigten Flächen (64, 66) im Hammer (5o) umfaßt.

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