DE3023005A1

DE3023005A1 - Schraubvorrichtung mit drehmomentbegrenzung

Info

Publication number: DE3023005A1
Application number: DE19803023005
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Wagner & Co KG Maschf GmbH
Current assignee: Wagner & Co KG Maschf GmbH
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE3162263D1; DE3023005C2; EP0042548B1; EP0042548A1; JPS57114375A; ATE6223T1; US4418590A

Description

VON KREISLER' ■ 5CHCfJWALD" EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler t 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Paul-Heinz Wagner Dr. J. F. Fues, Köln

Maschinenfabrikation Dipl.-Chem. Alek von Kreisler Köln

Dipl.-Cnem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln

5203 Much-Birrenbachshöhe

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF D-5000 KÖLN 1

19. Juni 198 0

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Schraubvorrichtung mit Drehmomentbegrenzung

Die Erfindung betrifft eine. Schraubvorrichtung mit Drehmomentbegrenzung, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Antriebseinrichtug, deren Ausgangswelle aus dem Gehäuse herausragt und mit einem an das Gehäuse angekoppelten Stützfuß zum Festhalten des Gehäuses gegen Drehung.

Die bekannten Schraubvorrichtungen dieser Art arbeiten mit elektromotorischem, hydraulischem oder pneumatischem Antrieb. Nach dem Ansetzen an eine zu drehende Schraube wird die Antriebseinrichtung eingeschaltet. Ist die Schraube mit dem erforderlichen Drehmoment angezogen, dann erfolgt über einen Drehmomentbegrenzer automatisch die Anzeige bzw.Abschaltung der Äitriebseinrichtung. Zur Drehmomentbegrenzung ist im allgemeinen eine Kugelkupplung vorgesehen, deren beide Kupplungsteile durch eine Feder gegeneinandergedrückt werden (DE-AS 24 60 072). Die Kugeln sind in dem

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einen Kupplungsteil gelagert und werden gegen eine Profilierung des anderen Kupplungsteiles gedrückt, übersteigt das Drehmoment den vorgegebenen Wert, dann werden über Schrägflächen der Profilierung die Kugeln zurückgedrückt, so daß die Kugelkupplung ausrastet. Die hiermit verbundene Axialbewegung des einen Kupplungsteiles wird über ein Schaltgestänge auf ein Ventil übertragen, das die Abschaltung der Antriebseinrichtung bewirkt. Derartige Drehmomentbegrenzer bilden Überlastkupplungen mit Schaltverhalten. Die Überlastkupplungen befinden sich in der Ausgangswelle der Antriebseinrichtung. Sie erfordern eine komplizierte, aber dennoch stabile Konstruktion und den Einsatz großer axialer Federkräfte. Veränderungen oder Einstellungen des Grenzdrehmomentes, bei dem die Abschaltung erfolgt, können nur in engen Grenzen und durch umständliche Manipulierungen vorgenommen werden.

Ein anderer bekannter Drehmomentbegrenzer (DE-OS 26 29 484) arbeitet in Verbindung mit einem Planetenradgetriebe, dessen Außenkranz mit einer federnden Rasteinrichtung festgehalten wird, solange das zu übertragende Drehmoment nicht überschritten wird. Erfolgt eine Überschreitung, dann gibt die Festhaltevorrichtung nach, wodurch über eine Nockenfläche ein Arm zurückgedrückt wird, der einen Schalter betätigt. Auch diese Konstruktion erfordert einen Eingriff in den Kraftübertragungsmechanismus sowie den Einsatz einer aufwendigen und starken Feder, die in einem von dem Gehäuse abstehenden Ansatz untergebracht wird.

Schließlich ist es bekannt, bei einem Kraftschrauber das auf den Schraubkopf einwirkende Drehmoment durch Kraftmessung am Stützfuß zu ermitteln. Der Stützfuß ist drehfest mit dem Gehäuse gekoppelt und wird an einen Fixpunkt angesetzt, um zu verhindern, daß das Gehäuse sich während des Schraubvorgangs dreht. Der Stützfuß hat also die Aufgabe, die auf das Gehäuse einwirkende Reaktionskraft abzuleiten. Die vom Stützfuß übertragene Kraft ist ein Maß für das Drehmoment. Die Anbringung einer Kraftmeßdose am Stützfuß führt jedoch zu ungenauen Ergebnissen. Wird ein Stützfuß gegen einen anderen ausgewechselt, dann muß die Kraftmeßdose mit ausgewechselt werden.

Bei hydraulischen oder pneumatischen Kraftschraubern besteht prinzipiell die Möglichkeit, den Druck des Arbeitsmittels in der zur Antriebseinrichtung führenden Druckleitung zu messen und zur Drehmomentbestimmung auszunutzen. Versuche haben jedoch gezeigt, daß dieser Druck periodischen zeitlichen Änderungen unterliegt, so daß die Druckauswertung zur Drehmomentbestimmung nicht ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen angewandt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine. Schraubvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das die Drehmomentbegrenzung auslesende Bauelement am Ausgang des Schraubers, also in unmittelbarer Nähe der Schraube angeordnet ist, und keinen Eingriff in die die Schraubkraft übertragende Ausgangswelle der Antriebseinrichtung erfordert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Stützfuß an das Gehäuse über ein drehelastisches Verbindungsstück angekoppelt ist, das ein Schaltteil trägt, welches bei Erreichen eines vorgegebenen Torsionswinkels einen die Antriebseinrichtung abschaltenden elektrischen Schalter betätigt.

Hierbei wird zwar prinzipiell die auf den Stützfuß einwirkende Reaktionskraft zur Ermittlung des Drehmomentes genutzt, jedoch ist das verformbare Bauelement nicht am Stützfuß selbst angebracht, sondern es umgibt koaxial die Ausgangswelle des Kraftschraubers. Das drehelastische Verbindungsstück wird während des Schraubvorganges mit zunehmenden Schraubmoment zunehmend tordiert und betätigt den elastischen Schalter, wenn eine bestimmte Verformungsampitude erreicht ist. Gewicht und Größe des Kraftschraubers werden hierdurch nur unwesentlich erhöht. Dadurch, daß das drehelastische Verbindungsstück die Ausgangswelle bzw. einen Teil des Gehäuses mit geringem Abstand umgibt, erzielt man eine günstige Anpassung der Form des Verbindungsstückes an die Gehäuseform, so daß durch den Drehmomentbegrenzer keine wesentliche Vergrößerung des Volumens des Kraftschraubers eintritt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist das Verbindungsstück im wesentlichen rohrförmig ausgebildet und weist längslaufende Schlitze auf. Die Drehelastizität des Verbindungsstückes kann durch die Form und die Größe der Schlitze oder anderer Öffnungen leicht auf das erforderliche Maß gebracht werden. Das Verbindungsstück besteht in der Regel aus Stahl oder einem anderen Material mit der erforderlichen Elastizität. Damit können selbst hohe

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Drehmomente bei kleinen Torsionswinkeln mit großer Genauigkeit festgestellt werden, wenn der Schalter entsprechend empfindlich ist bzw. eine hohe Ansprechgenauigkeit hat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Schaltteil und der Schalter an dem Verbindungsstück in axialer Richtung zueinander versetzt angebracht und das Schaltteil wirkt über einen Arm auf den Schalter ein. Dadurch, daß sowohl das Schaltteil und der Schalter an dem Verbindungsstück angebracht sind, ist eine exakt definierte Anbringung des drehelastischen Verbindungsstücks an dem Gehäuse nicht erforderlich. Eine solche definierte Anbringung wird dagegen benötigt, wenn das Schaltteil an dem drehelastischen Verbindungsstück, der Schalter dagegen an dem Gehäuse befestigt ist, oder umgekehrt. Die Anbringung beider Teile an dem Verbindungsstück hat zur Folge, daß das Verbindungsstück relativ lose an dem Gehäuse befestigt werden kann, so daß es sich bei Belastung frei einstellt und keinen zusätzlichen Einspannkräften unterworfen ist. Eine lose Ankopplung des Verbindungsstückes an das Gehäuse mit der Möglichkeit einer freien Einstellung im Belastungsfall ist für genaue Messungen erforderlich.

Dadurch, daß Schaltteil und Schalter an dem Verbindungsstück gegeneinander axial versetzt angeordnet sind, behält das eine dieser beiden Teile seine definierte Lage bei, weil es in der Nähe des Einspannendes des Verbindungsstückes angebracht ist, während das andere Teil

bei der Torsionsverformung des Verbindungsstückes wandert. Diese Relativbewegung beider Enden des Verbindungsstückes wird für die Schalterbetätigung ausgenutzt.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Schaltteil im unbelasteten Zustand den Schalter schließt, und daß bei Erreichen des vorgegebenen Torsionswinkels die Kopplung zwischen Schaltteil und Schalter unterbrochen wird. Der Schalter hat somit die Funktion eines Ruhekontaktes, also eines Kontaktes, der normalerweise geschlossen ist, und der zum Abschalten der Antriebseinrichtung geöffnet wird. Bei Funktionsstörung des Schalters wird auf diese Weise die Antriebseinrichtung abgeschaltet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine den Arm in Richtung auf den Schalter bewegende Feder vorgesehen, und ein die Bewegung des Armes begrenzender und den Arm von dem Schalter abhebender Anschlag ist im wesentlichen drehfest mit dem Gehäuse bzw. dem gehäuseseitigen Ende des drehelastischen Verbindungsstückes verbunden.

Der Stützfuß bewirkt zwar die Entstehung eines Torsionsmomentes an dem Verbindungsstück, jedoch ist er selbst nicht Bestandteil der Drehmomentbegrenzung. Seine Form und Abmessung gehen nicht in das Meßergebnis bzw. den Schaltpunkt ein. Um den Stützfuß auswechseln zu können, weist das Verbindungsstück an seinem Ende ein Zahnprofil auf, auf dem ein Ring des Stützfußes längsverschiebbar und unverdrehbar geführt ist.

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Die Erfindung basiert auf dem Gedanken einer Drehmomentbestiiranung durch Messung einer möglichst reinen Torsionsbewegung. Um zu verhindern, daß das Verbindungsstück zusätzlich Biegekräften ausgesetzt wird, die das Meßergebnis verfälschen könnten, ist das Ende des Veibindungsstückos auf einem zylindrischen Ansatz des Gehäuses gelagert.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Teil-Draufsicht des Kraftschraubers, teilweise aufgeschnitten,

Figur 2 einen Längsschnitt durch den Kraftschrauber,

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Figur 1,

Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von Figur 3 und

Fiugr 5 eine perspektivische Ansicht des drehelastischen Verbindungsstückes mit schema bischer Darstellung des Schalters und des Schaltteile.s.

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Der dargestellte Kraftsehrauber weist eine in einem Gehäuse 10 untergebrachte Antriebseinrichtung 11 auf, die beispielsweise aus einem Hydraulikmotor bestehen kann. Die Antriebseinrichtung 11 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in Figur 2 nur angedeutet, im übrigen jedoch nicht näher dargestellt. Das Gehäuse 10 ist im wesentlichen zylindrisch und weist an seinem vorderen Ende einen axial abstehenden hohlen Ansatz 12 mit verringertem Durchmesser auf, durch den die Ausgangswelle 13 der Antriebseinrichtung 11 hinausragt. Am äußeren Ende der Antriebswelle 13 befindet sich ein Vierkant zum Aufstecken einer Schlüsselnuß o.dgl.

An einem um das Gehäuse 10 umlaufenden Ringflansch 15 ist das Verbindungsstück 16 mit einem Ringflansch 17 befestigt. Das drehelastische Verbindungsstück 16 besteht aus dem in Figur 5 dargestellten Käfig. An den Ringflansch 17 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt an, dessen Zylinderwand durch zahlreiche parallele längslaufende Schlitze 19 unterbrochen ist. Die Schlitze 19 setzen sich in einer nach innen gerichteten Stirnwand 20 jeweils ein kurzes Stück fort. Von der Stirnwand 20 steht ein Ansatz 21 ab, der eine Verzahnung 22 bzw. längslaufende Keilnuten aufweist. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist der Ansatz 22 des Verbindungs-Stückes 16 auf dem Ansatz 12 des Gehäuses 10 gelagert, während der zylindrische Teil 18 des Verbindungsstückes 16 das Ende des Gehäuses unter Bildung eines kleinen ringförmigen Zwischenraumes umschließt. Das Verbindungsstück 16 paßt sich £ilso dor Kontur des von ihm umschlossenen Teils des Gehäuses 10 im wesentlichen an.

Auf die Verzahnung 22 am Ansatz 21 des Verbindungsstückes 16 ist ein Ring 23 aufgeschoben, der eine in die Verzahnung 22 passende Innenverzahnung aufweist. Der Ring 23 ist Bestandteil des Stützfu/'>es 24, der einen schräg nach vorne abstehenden Arm aufweist, welcher an ein festes Konstruktionsteil angesetzt v/erden kann, um eine Rotation des Gehäuses 10 zu verhincern.

Zum Schütze des drehelastischen Verbindungsstücks 16 ist eine Schutzkappe 2 6 vorgesehen, die die Ringflansche 15 und 17 sowie den zylindrischen Bereich 18 des Verbindungsstückes übergreift und an dem Gehäuse 10 befestigt ist. Für die Funktion des Gerätes hat die Schutzkappe 26 keine Bedeutung.

An dem zylindrischen Teil 18 des drehelastischen Verbindungsstückes 16 ist in der Nähe des Ringflansches 17 ein L-förmiger Block 27 befestigt, dessen einer Schenkel 28 parallel zu dem Ringflansch 17 verläuft und in unmittelbarer Nähe des Ringflansches 17 an dem zylindrischen Teil 18 befestigt ist.. Der andere Schenkeil 29 des Blockes 27 steht frei nach vorne vor und überdeckt das zylindrische Teil 18.

An der Stirnwand 20 des Verbindungsstückes 16 ist iu.n radial abs behendes Schaltelement 30 in Form eines Stiftes befestigt. Das Schaltelement 30 ragt durch ein Langloch eines etwa achsparallel zum Verbindungsstück 16 verlaufenden Armes 32 hindurch, dessen anderes Ende einen elektrischen Schalter 33 betätigt, der fest an dem Block 27

angebracht ist. Der Arm 32 wird von einer in dem Block 27 abgestützten Feder 34 in Richtung auf den Schalter 33 gedrückt.

Parallel zu dem Schalter 33 verläuft ein Gewindebolzen 35, dessen Feingewinde durch eine Querbohrung einer rechtwinklig zu dem Gewindebolzen 35 verlaufenden Schraube 36 hindurchgeht. Durch Verdrehen der Schraube 36 kann die Position des Schraubbolzens 35 relativ zu dem Arm 32 verändert werden, so daß durch Drehen der Schraube 3 6 eine Kalibrierung der Drehmomentbegrenzung möglich ist. Die Einstellung des Abschaltdrehmomentes geschieht durch Drehen des Schraubbolzens 35 an einem Drehknopf 37. Der Drehknopf 37 ist an der Querschraube 36 mit einer Feder 38 abgestützt, damit die Einstellung spielfrei erfolgt. Durch Drehen des Knopfes 37 wird der Schraubbolzen 35 vorgeschoben oder zurückgezogen. Damit wird das Abschaltdrehmoment eingestellt. An dem Knopf 37 befindet sich eine Skala, an der das eingestellte Abschaltdrehmoment abgelesen werden kann.

Die Wirkungsweise der Schaltvorrichtung ist folgende:

Wird von der Antriebseinrichtung 11 die Ausgangswelle 13 gedreht, dann wird auf den (nicht dargestellten) Schraubenkopf ein Drehmoment ausgeübt. Der Stützfuß 24 hält über das Verbindungsstück 16 das Gehäuse 10 fest. Bei größer werdendem Drehmoment wird das drehelastische Verbindungsstück 16 zunehmend auf Torsion beansprucht, d.h., seine vordere SLlrnseifce 20 verdrehL üich relativ zu dem Stirnrianscli 17. Der Block 27 verändert dabei seine Lage jedoch

nicht, weil er an dem rückwärtigen Ende des Verbindungsstückes 16 befestigt ist. Dadurch behalten auch das Schaltteil 3 0 und der Gewindebolzen 35 ihre Position bei. Zunächst beginnt das Schaltteil 30 in dem Langloch 31 zu wandern. Sobald das Langloch 31 durchlaufen ist, nimmt das Schaltteil 30 den Arm 32 mit, bis dieser gegen das vordere Ende des Gewindebolzens 35 stößt. Der Arm 32 wird dann um das vordere Ende des Gewindebolzens 35 herum verschwenkt, so daß sein eines Ende von dem Schalter 33 abhebt, der nun nicht mehr gedruckt gehalten wird und somit öffnet. Der Schalter 33 bewirkt über eine Elektronikschaltung die Betätigung eines Magnetventils, das die Antriebseinrichtung 11 abschaltet.

Das drehelastische Verbindungsstück 16 ist an seinem einen Ende mit seinem Ringflansch 17 an dem Ringflansch des Gehäuses 10 befestigt. Hierzu weisen die beiden Ringflansche Schraublöcher 40 auf. Der Durchmesser der Schraublöcher 40 ist jedoch beträchtlich größer als der Durchmesser der hindurchgesteckten Schrauben, die mit (nicht dargestellten) Unterlegscheiben an dem Ringflansch 17 abgestützt sind. Die Schrauben werden auch nicht vollständig festgezogen, so daß der Ringlans^h 17 sich relativ zu dem Ringflansch 15 frei einstelle ι kann. Auf diese Weise werden zusätzliche Materialspannungen ver-5 mieden und es wird erreicht, daß der zylindrische Teil 18 des Verbindungsstücks 16 eine reine Torsionsbeanspruchung erfährt.

Claims

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Ansprüche

J Schraubvorrichtung mit Drehmomentbegrenzung, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Antriebseinrichtung, deren Ausgangswelle aus dem Gehäuse herausragt und mit einem an das Gehäuse angekoppelten Stützfuß zum Festhalten des Gehäuses gegen Drehung, dadurch gekennzeichnet , daß der Stützfuß (24) an das Gehäuse (10) über ein drehelastisches Verbindungsstück (16) angekoppelt ist, das ein Schaltteil (30) trägt, welches bei Erreichen eines vorgegebenen Torsionswinkels einen die Antriebseinrichtung (11) abschaltenden elektrischen Schalter (33) betätigt.
2. Schraubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Verbindungsstück (16) im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und längslaufende Schlitze (19) . aufweist.
3. Schraubvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltteil (30) und der Schalter (33) an dem Verbindungsstück (16) in axialer Richtung zueinander versetzt angebracht sind, und daß das Schaltteil (30) über einen Arm (32) auf den Schalter (33) einwirkt.
4. Schraubvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltteil (30) im unbelasteten Zustand den Schalter (33) schließt, und daß bei Erreichen des vorgegebenen Torsionswinkels die Kopplung zwischen Schaltteil (30) und Schalter (33) unterbrochen wird.

ORIGINAL INSPECTED
5. Schraubvorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Arm (32) in Richtung auf den Schalter (33) bewegende Feder (34) vorgesehen ist, und daß ein die Bewegung des Armes (32) begrenzender und den Arm von dem Schalter (33) abhebender Anschlag (35) im wesentlichen drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist.
6. Schraubvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter an dem Gehäuse angebracht ist. .
7. Schraubvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (16) an seinem Ende ein Zahnprofil (22) aufweist, auf dem ein Ring (23) des Stützfußes (24) längsverschiebbar und unverdrehbar geführt ist.
8. Schraubvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (16) das Gehäuse (10) auf einem Teil seiner Länge umschließt.
9. Schraubvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Verbindungsstückes (16) auf einem zylindrischen Ansatz (12) des Gehäuses (10) gelagert ist.
10. Schraubvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (16) mit einem Stirnflansch (17) an dem Gehäuse (10) befestigt ist, und daß durch den Stirnflansch (17) Schrauben hindurchgehen, die eine freie Einstellung des Stirnflansches (17) relativ zu dem Gehäuse (10) zulassen.