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Dokumentenidentifikation DE4123349C1 04.03.1993
Titel Schrauber mit variabler Drehmomenteinstellung
Anmelder C. & E. Fein GmbH & Co, 7000 Stuttgart, DE
Erfinder Schreiber, Wolfgang, 7000 Stuttgart, DE
Vertreter Witte, A., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Weller, W., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte; Hilgenfeldt, A., Dr., Rechtsanw., 7000 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 15.07.1991
DE-Aktenzeichen 4123349
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.03.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.03.1993
IPC-Hauptklasse B25B 23/157
IPC-Nebenklasse B25B 21/00   F16D 7/06   F16H 35/10   
Zusammenfassung Ein Schrauber mit variabler Drehmomenteinstellung, insbesondere ein Schrauber mit Drehmomentabschaltung, weist eine von einem Motor über ein Getriebe (2) angetriebene Welle zum Antrieb eines Werkzeugs, sowie eine Stelleinrichtung (28) zum Voreinstellen eines Drehmomentes auf, bei dem die Welle (20) vom Getriebe (2) getrennt wird und/oder der Motor abgeschaltet wird. Um beim harten und weichen Schraubfall annähernd gleiche Drehmomentkurven zu ermöglichen, ist zusätzlich zu der ersten Stelleinrichtung eine Kupplung (29) mit variablem Auslösemoment vorgesehen, deren Auslösemoment über eine zweite Stelleinrichtung (13) einstellbar ist, und wobei die zweite Stelleinrichtung (13) gemeinsam mit der ersten Stelleinrichtung (28) verstellbar ist (Fig. 1).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Schrauber mit variabler Drehmomenteinstellung, insbesondere einen Schrauber mit Drehmomentabschaltung, mit einer von einem Motor über ein Getriebe angetriebenen Welle zum Antrieb eines Werkzeugs, mit einer ersten Stelleinrichtung zum Voreinstellen eines Drehmomentes, bei dem die Welle vom Getriebe getrennt wird und/oder der Motor abgeschaltet wird.

Ein derartiger Schrauber ist aus der DE 37 42 952 A1 bekannt. Hierbei wird eine Arbeitsspindel von einem Motor über ein zweistufiges Planetenradgetriebe angetrieben. Die erste Getriebestufe des Planetenradgetriebes weist ein Motorritzel auf, das an einem Planetenträger gehaltene Planetenrader antreibt, die sich in einem Hohlrad abstützen. Am Planetenträger ist die zweite Getriebestufe mit einem zweiten Hohlrad angekoppelt, welches im Gehäuse drehfest gehalten ist. Das erste, antriebseitige Hohlrad ist drehbar gelagert und betätigt bei Übersteigen eines einstellbaren Grenzdrehmomentes gegen die Wirkung einer Torsionsfeder einen Motorabschalter.

Wird eine solche Maschine als Schrauber zum Anziehen von Schrauben auf ein vorbestimmtes Drehmoment eingesetzt, so sind im wesentlichen zwei Anwendungsfälle zu unterscheiden:

Der sogenannte "harte Schraubfall", bei dem ein geringer Nachdrehwinkel von bis zu maximal etwa 30° vorliegt, und der sogenannte "weiche Schraubfall", bei dem ein größerer Nachdrehwinkel von im allgemeinen mehr als 360° vorliegt.

Beim Anziehen von Schrauben mit dem bekannten Schrauber läßt sich beim weichen Schraubfall das Anzugsmoment einer Schraube sehr präzise einstellen, da das Gegendrehmoment beim Anziehen der Schraube nur langsam ansteigt. Dagegen ergibt sich beim harten Schraubfall ein erheblich höheres Anzugsmoment bei der gleichen Einstellung der Maschine, da das Gegendrehmoment bei Erreichen der Endstellung der Schraube sprungartig ansteigt und der noch im gesamten Getriebesystem vorhandene Drehimpuls zu einem zusätzlichen Festziehen der Schraube führt. Das tatsächliche Anzugsmoment der Schraube läßt sich beim harten Schraubfall nicht genau vorherbestimmen, da es in erheblichem Maße vom Nachdrehwinkel beeinflußt wird. Dies führt dazu, daß beim harten Schraubfall die Einstellung der Maschine zur Erzielung eines gewünschten Anzugsmomentes von Fall zu Fall versuchsweise bestimmt werden muß. Beim weichen Schraubfall weist der vorbekannte Schrauber dagegen einen reproduzierbaren Drehmomentverlauf in Abhängigkeit von der Einstellung auf.

Durch die DE 27 26 818 A1 ist ein weiterer Schrauber bekannt geworden, bei welchem eine drehmomentabhängige Abschaltung des Motors und eine Trennung der Werkzeugantriebswelle vom Getriebe vorgesehen ist. Bei dem bekannten Schrauber löst eine Kupplung bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmomentes aus, und durch Axialverschiebung einer Kupplungshälfte wird ein Schalter betätigt, um den Motor abzuschalten.

Auch diese vorbekannte Kupplung weist die zuvor beschriebenen Nachteile auf, da das Auslöseverhalten der Kupplung beim harten und beim weichen Schraubfall infolge der Trägheit variiert. Darüberhinaus streut das Auslöseverhalten der Kupplung selbst beim weichen Schraubfall in einen größeren Bereich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, einen Schrauber der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß sich unabhängig von der Größe des Nachdrehwinkels beim harten und beim weichen Schraubfall annähernd gleiche Drehmomentkennlinien in Abhängigkeit von der Einstellung des Schraubers ergeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Schrauber mit variabler Drehmomenteinstellung, insbesondere einem Schrauber mit Drehmomentabschaltung, mit einer von einem Motor über ein Getriebe angetriebenen Welle zum Antrieb eines Werkzeugs und mit einer ersten Stelleinrichtung zum Voreinstellen eines Drehmomentes, bei dem die Welle vom Getriebe getrennt wird und/oder der Motor abgeschaltet wird, dadurch gelöst, daß eine Kupplung mit variablem Auslösemoment vorgesehen ist, daß eine zweite Stelleinrichtung zur Einstellung des Auslösemomentes der Kupplung vorgesehen ist und daß die zweite Stelleinrichtung gemeinsam mit der ersten Stelleinrichtung verstellbar ist.

Ein erfindungsgemäßer Schrauber weist also zusätzlich zu einer ersten Stelleinrichtung zum Voreinstellen eines Drehmomentes eine zweite Stelleinrichtung für eine Kupplung mit einem variablem Auslösemoment auf. Durch die gemeinsame Verstellung der zweiten Stelleinrichtung mit der ersten Stelleinrichtung wird das Auslösemoment der Kupplung in Abhängigkeit von dem gewünschten Drehmoment verstellt. Das beim harten Schraubfall bei einem Schrauber nach dem Stand der Technik auftretende zusätzliche, dynamisch bedingte Anzugsmoment wird auf diese Weise durch ein vorzeitiges Auslösen der Kupplung aufgefangen. Bei einem hohen mit der ersten Stelleinrichtung eingestellten Drehmoment löst die Kupplung später aus, als bei einem niedrigen Drehmoment. Insgesamt läßt sich der Schrauber so auslegen, daß sich für den harten und den weichen Schraubfall annähernd gleiche Drehmomentverläufe ergeben. Beim harten Schraubfall ist das erzielbare Anzugsmoment dabei durch die Einstellung des Auslösemomentes der Kupplung mit der zweiten Stelleinrichtung vorgegeben. Dagegen erfolgt beim weichen Schraubfall vorzugsweise eine Abschaltung des Antriebes in Abhängigkeit von der Einstellung der ersten Stelleinrichtung.

In bevorzugter Weiterbildung weist die Kupplung zwei formschlüssig miteinander verbindbare Kupplungshälften auf, die durch eine Feder gegeneinander beaufschlagt sind. Der formschlüssige Aufbau der Kupplung gewährleistet reproduzierbare Auslösemomente und einen verschleißfreien Betrieb. Die Federspannung kann so gewählt werden und die zweite Stelleinrichtung derart auf die Federspannung abgestimmt werden, daß sich beim harten und weichen Schraubfall weitgehend identische Drehmomentverläufe ergeben.

Außerdem wird beim Trennen der beiden Kupplungshälften ein Gegendrehmoment auf die mit dem Getriebe verbundene Kupplungshälfte übertragen, was zum Ansprechen der ersten Stelleinrichtung und damit zur Motorabschaltung führt.

Obwohl an sich für den Normalfall nicht beabsichtigt, ist es durch eine Erhöhung der Vorspannung der Feder jedoch auch möglich, den Schrauber so einzustellen, daß die Kupplung beim harten Schraubfall erst bei einem höheren Drehmoment auslöst.

Damit ergeben sich beim harten Schraubfall insgesamt höhere Anzugsmomente als bei der Grundeinstellung des Schraubers. Das so einstellbare höhere Anzugsmoment kann in manchen Anwendungsfällen dazu benutzt werden, einen an sich nicht ausreichend dimensionierten Schrauber beim harten Schraubfall auch zur Erzielung eines höheren Drehmomentes zu verwenden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn ein entsprechend dimensionierter Schrauber gerade nicht zur Verfügung steht und es aber auf das genaue Einhalten eines Drehmomentes nicht besonders ankommt.

Ein besonders platzsparender Aufbau der Kupplung ergibt sich, wenn diese von der Welle koaxial durchsetzt ist.

In weiter vorteilhafter Ausführung weisen die Kupplungshälften formschlüssig ineinandergreifende Wälzkörper auf. Hierbei ist vorzugsweise an der ersten Kupplungshälfte eine Rollenaufnahme vorgesehen, in der eine Mehrzahl von Rollen drehbar gehalten ist, und die zweite Kupplungshälfte weist eine entsprechende Anzahl von Kugeln auf, die in die Zwischenräume zwischen den Rollen formschlüssig eingreifen. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache formschlüssige Verbindung und ein sicheres Auslösen gegen den Druck der Feder. Dabei ist die Rollenaufnahme vorzugsweise flanschförmig ausgebildet, und die Rollen sind so angeordnet, daß die Drehachsen der Rollen radial nach außen weisen. Auch hierdurch wird der Aufbau der Kupplung vereinfacht.

Das Getriebe des Schraubers ist vorzugsweise als Planetenradgetriebe ausgebildet, wodurch ein besonders platzsparender Aufbau ermöglicht wird. Darüber hinaus ermöglicht ein Planetenradgetriebe eine zusätzliche Ausnutzung der Dynamik beim harten Schraubfall, um bei einer entsprechenden Einstellung des Schraubers ein höheres Drehmoment zu erzeugen. Wie oben erwähnt, kann dieser Effekt ausgenutzt werden, um bei einem an sich nicht ausreichend dimensionierten Schrauber ein höheres Abschaltmoment als bei der Grundeinstellung im harten Schraubfall zu erzielen.

Bei der Verwendung eines Planetenradgetriebes ist vorzugsweise eine der beiden Kupplungshälften mit einem Hohlrad des Getriebes drehfest verbunden, während die andere der beiden Kupplungshälften am Gehäuse festgelegt ist. Grundsätzlich kann die Kupplung jedoch auch mit beliebigen anderen Getrieben gekoppelt sein, sofern diese nur eine Stelleinrichtung zum Voreinstellen eines Drehmomentes aufweisen, bei dem der Motor abgeschaltet wird und/oder die Welle vom Getriebeantrieb getrennt wird.

In weiter bevorzugter Ausführung ist das Getriebe als mehrstufiges Planetenradgetriebe ausgebildet, wobei das Planetenradgetriebe ein erstes Hohlrad aufweist, das drehbar gelagert ist und über die erste Stelleinrichtung drehmomentabhängig begrenzt verdrehbar am Gehäuse festgelegt ist, und wobei ein zweites drehbar gelagertes Hohlrad des Planetengetriebes mit der ersten Kupplungshälfte drehfest verbunden ist. Auf diese Weise ergibt sich eine günstige Ankopplung der Kupplung an das planetenradgetriebe, während die Eingangsstufe des Getriebes in bekannter Weise zur drehmomentabhängigen Abschaltung des Motors ausgelegt werden kann.

Die zweite Stelleinrichtung weist in bevorzugter Weiterbildung eine Stellmutter auf, die mit einem Gewinde im Gehäuse in Axialrichtung verstellbar festgelegt ist, um die Vorspannung der Feder zu verändern. Dadurch ergibt sich eine einfache Einstellmöglichkeit für die Vorspannung der Feder und damit für das Auslösemoment der Kupplung.

Die Feder ist vorzugsweise als Tellerfeder ausgebildet, da eine Tellerfeder einen kompakten Aufbau bei hoher Federkraft ermöglicht.

In weiter zweckmäßiger Ausbildung weist die erste Stelleinrichtung zur Verstellung einen Schaltring auf, der zur gemeinsamen Verstellung mit der zweiten Stelleinrichtung mit der Stellmutter drehfest verbunden ist. Durch eine solche Anordnung läßt sich eine einfache Kopplung der ersten Stelleinrichtung mit der zweiten Stelleinrichtung erreichen.

In weiter bevorzugter Ausführung ist in das Gehäuse eine Gewindehülse eingeschraubt, in der Axialstifte gehalten sind, die zum Vorspannen der Feder über einen an der Gewindehülse verstellbar festgelegten Stellring axial verschiebbar sind. Auf diese Weise wird ein unbeabsichtigtes Aufschrauben des Gehäuses vermieden, was zu einem Herausfallen der Einbauteile führen könnte. Gleichzeitig läßt sich der Stellring in axialer Richtung verstellen, ohne daß dies zu einer Axialbewegung der Welle führt. Darüber hinaus ist es möglich, bei dieser Ausführung einen Gewindestutzen zur Ankopplung von Zusatzeinrichtungen, beispielsweise eines Winkelschraubers, vorzusehen.

In weiter bevorzugter Ausführung ist der Stellring auf einen Gewindestutzen der Gewindehülse aufgeschraubt und mit dem Schaltring der ersten Stelleinrichtung drehfest verbunden. Durch diese Maßnahmen gestaltet sich die axiale Verstellung des Stellrings und damit die Veränderung der Vorspannung der Feder, sowie die Kopplung mit der ersten Stelleinrichtung besonders einfach.

In zweckmäßiger Weiterbildung ist dabei der axiale Stellweg des Stellrings beidseitig begrenzt, wozu in bevorzugter Ausführung federseitig eine radiale Stirnfläche der Gewindehülse und auf der gegenüberliegenden Seite ein Anschlagring vorgesehen ist. Hierdurch läßt sich die Einstellmöglichkeit der Federspannung auf einen technisch sinnvollen Bereich begrenzen.

Die drehfeste Verbindung zwischen Stellring und Schaltring kann auf besonders einfache Weise durch eine Rändelung erreicht werden.

Während bei den zuvor beschriebenen Ausführungen die Vorspannung der Feder gemeinsam mit einer Verstellung der ersten Stelleinrichtung erfolgt und eine Veränderung der Vorspannung der Feder ohne Verstellung der ersten Stelleinrichtung nur mit zusätzlichem Aufwand möglich ist (Abziehen des Schaltrings), kann bei einer weiteren Ausführung der Erfindung die Vorspannung der Feder unabhängig von der Stellung des Schaltrings der ersten Stelleinrichtung verändert werden. Diese Ausführung ist vorteilhaft, falls eine einfache Einstellmöglichkeit des Schraubers zur Erhöhung der Drehmomentkurve beim harten Schraubfall für den Anwender geschaffen werden soll.

Hierzu ist auf dem Stellring eine federbelastete Schiebehülse axial verschiebbar angeordnet, die mit dem Stellring über eine Mitnahmeverzahnung drehfest verbunden ist. Dabei liegt die Schiebehülse in einer Ruheposition am Schaltring an und ist über eine Rändelung drehfest mit diesem verbunden. In dieser Position ist eine Verstellung des Stellrings der zweiten Stelleinrichtung nur gemeinsam mit dem Schaltring der ersten Stelleinrichtung möglich. Soll nun die Vorspannung der Feder unabhängig von der Einstellung des Schaltrings der ersten Stelleinrichtung verändert werden, so ist die Schiebehülse gegen die Federkraft vom Schaltring in eine Verstellposition zurückziehbar, in der die Rändelung nicht mit dem Schaltring im Eingriff steht, so daß eine Verdrehung des Stellrings relativ zum Schaltring möglich ist.

In zweckmäßiger Ausführung ist dabei eine Einrichtung zur Begrenzung des Verstellwinkels der Schiebehülse gegenüber dem Schaltring vorgesehen. Hierzu kann am Schaltring eine Codierscheibe festgelegt sein, die eine kreissegmentförmige Kulissenführung aufweist, in die ein Hocken der Schiebehülse zur Begrenzung des Verstellwinkels eingreift. Durch eine solche Maßnahme läßt sich die Verstellung der Vorspannung der Feder auf einen sinnvollen Bereich einschränken, was wegen der Auswirkung schon einer minimalen axialen Verstellung des Stellringes auf das Auflösemoment der Kupplung sinnvoll erscheint.

Die Erfindung ist nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Schraubers in einer ersten Ausführung,

Fig. 1a eine Ansicht der Druckscheibe zur Aufnahme der Kugeln gemäß Fig. 1,

Fig. 1b eine Ansicht der Rollenaufnahme zur Aufnahme der Rollen gemäß Fig. 1,

Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Schraubers in einer zweiten Ausführung,

Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Schraubers in einer dritten Ausführung,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 einen Vergleich der Drehmomentverläufe eines erfindungsgemäßen Schraubers in Abhängigkeit von der Einstellung für verschiedene Schraubfälle im Vergleich mit den Drehmomentverläufen eines Schraubers nach dem Stand der Technik ohne die erfindungsgemäße Kupplung.

Der erfindungsgemäße Schrauber gemäß Fig. 1 ist als Handwerkszeug ausgebildet, das in bekannter Weise von einem Antriebsmotor über ein zweistufiges Planetenradgetriebe gemäß der DE 37 42 952 A1 angetrieben ist. Das Planetenradgetriebe weist also eine erste Getriebestufe auf, dessen Sonnenrad vom Motorritzel gebildet ist. Das Motorritzel treibt um dieses herum angeordnete Planetenräder, welche drehbar auf einem Planetenträger gelagert sind, der koaxial zur Drehachse der Motorwelle angeordnet ist. Die Planetenräder greifen mit ihrer Verzahnung einerseits in das Motorritzel ein und stützen sich andererseits in der Innenverzahnung eines ersten Hohlrades ab, welches drehbar gelagert ist. Die erste Getriebestufe ist über den Planetenträger an die zweite Getriebestufe angekoppelt, von deren Planetenträger die Welle 20 angetrieben ist. Die zweite Getriebestufe weist ein Hohlrad 27 auf, das entgegen der vorbekannten Ausführung nicht am Gehäuse 1 drehfest festgelegt ist, sondern mit einer ersten Kupplungshälfte 48 einer nachfolgend beschriebenen, als Ganzes mit 29 bezeichneten Kupplung drehfest verbunden ist, deren zweite Kupplungshälfte 49 am Gehäuse 1 festgelegt ist.

Das Hohlrad der ersten Stufe des als Ganzes mit der Ziffer 2 bezeichneten Getriebes ist drehbar gelagert und von einem Schwenkhebel gehalten, dessen Vorspannung über einen Torsionsstab einstellbar ist. Die Vorspannung des Torsionsstabes ist über einen Schaltring 18 in Verbindung mit einer Stellhülse 46 und einem Kulissenring 44, die in Fig. 2 angedeutet sind, verstellbar. Je nach Winkelstellung des Schaltringes 18 ergibt sich in bekannter Weise eine veränderte Vorspannung des Torsionsstabes, was zu einer Abschaltung des Motors über eine Verdrehung der Schaltgabel durch das auf das erste Hohlrad wirkende Gegendrehmoment beim Erreichen eines bestimmten Drehmomentes führt.

Bis auf die Kupplung 29 mit einer zugehörigen Stelleinrichtung, über die das zweite Hohlrad 27 des Getriebes 2 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, entspricht der Aufbau des Schraubers also einem Schrauber gemäß der DE 37 42 952 A1. Eine diesbezügliche ausführliche Darstellung erübrigt sich an dieser Stelle, da die Erfindung unabhängig ist von Art und Aufbau der nicht zur Erfindung gehörigen ersten Stelleinrichtung. Im Hinblick auf Details wird auf die DE 37 42 952 A1 verwiesen.

In den Zeichnungen ist die als Ganzes mit der Ziffer 28 bezeichnete erste Stelleinrichtung, über die die über den Torsionsstab auf die Schaltgabel wirkende Vorspannung verstellbar ist, nur teilweise angedeutet. Auch ist vom Getriebe 2 nur das zweite Hohlrad 27 teilweise dargestellt, das mit der erfindungsgemäßen Kupplung 29 verbunden ist.

Die vom Planetenradträger der zweiten Getriebestufe angetriebene Welle 20 ist zum Antrieb eines Schraubkopfes vorgesehen, was in den Fig. 2 und 3 durch eine Bit-Aufnahme 45 angedeutet ist, in die der Schraubkopf mit einem entsprechend geformten Einsteckteil einsteckbar ist.

Das zweite Hohlrad 27 stützt sich über eine eingespritzte Lagerbuchse 4 auf der Welle 20 ab, die wiederum in einer flanschförmig geformten Rollenaufnahme 5 gleitend gelagert ist. Die Rollenaufnahme 5 ist mit einem getriebeseitigen ringförmigen Abschnitt 60 über zwei axiale Stifte 3 mit dem Hohlrad 27 drehfest verbunden und in ihrem mittleren Bereich in einem Ringsteg 59 des Gehäuses 1 gehalten. An ihrem dem Getriebe 2 abgewandten Ende weist die Rollenaufnahme 5 eine Stirnfläche auf, an der, wie aus der Ansicht gemäß Fig. 1b erkennbar ist, sechs in Radialrichtung verlaufende breite Nuten 26 zur Aufnahme von Rollen 6 vorgesehen sind, die durch dreieckförmige Stege 25 voneinander getrennt sind. Die Drehachsen 47 der Rollen 6 weisen dabei radial nach außen und sind jeweils um 60° gegeneinander versetzt. Die Rollen 6 sind an ihrer der Welle 20 zugewandten Seite in den Nuten 26 geführt und stützen sich an ihrer Außenseite auf einer Stützscheibe 7 ab, die an der dem Getriebe 2 abgewandten Seite des Ringsteges 59 des Gehäuses 1 anliegt.

An die Rollenaufnahme 5 schließt sich eine Druckscheibe 8 an, deren Form aus der Ansicht gemäß Fig. 1a ersichtlich ist. Die Druckscheibe 8 weist drei randseitige, um jeweils 120° gegeneinander versetzte Nuten 23 auf, in die in das Gehäuse 1 radial eingeschraubte Madenschrauben 19 eingreifen, um die Druckscheibe 8 drehfest zu arretieren. In der Druckscheibe 8 sind sechs jeweils um 60° gegeneinander versetzte Bohrungen 22 vorgesehen, in der Kugeln 9 gehalten sind, die in die Zwischenräume zwischen den Rollen 6 formschlüssig eingreifen. Der Durchmesser der Rollen 6 ist so dimensioniert, daß die Rollen als Drucklager zwischen der Stützscheibe 7 und der Druckscheibe 8 wirken. Die Kugeln 9 sind an ihrer der Rollenaufnahme 5 abgewandten Seite an einer Axialscheibe 10 gehalten, die durch eine als Tellerfeder ausgebildete Feder 11 in Richtung auf die Rollen 6 beaufschlagt ist. Die Feder 11 liegt getriebeseitig an der Axialscheibe 10 an und liegt mit ihrem anderen Ende an der Stirnfläche einer Stellmutter 15 an, die mit einem Gewinde 14 in das Gehäuse 1 eingeschraubt ist.

Auf der Welle 20 ist eine Lagerbuchse 16 vorgesehen, die getriebeseitig über einen Seegerring 12 festgelegt ist, an ihrem gegenüberliegenden, dem Getriebe abgewandten Ende an einem Absatz 17 der Welle 20 anliegt und in einer zentralen Bohrung der Stellmutter 15 gehalten ist. Der Schaltring 18 der nur als Ganzes mit der Ziffer 28 angedeuteten ersten Stelleinrichtung umschließt die Stellmutter 15 an ihrem dem Getriebe 2 abgewandten Ende und ist mit dieser über eine Rändelung 21 drehfest verbunden. Die Vorspannung der Feder 11 läßt sich durch Verdrehen der Stellmutter 15 im Gehäuse 1 einstellen. Je nach der eingestellten Vorspannung wird die Feder 11 bei Erreichen eines bestimmten Grenzdrehmomentes M so weit zusammengedrückt, daß sich die Kugeln 9 aus ihrer Lage zwischen den Rollen 6 heraus bis in den nächsten Zwischenraum bewegen. Beim schlagartigen Überspringen der Rollen 6 über die Kugeln 9 wird auf die Rollen 6 und damit auf das zweite Hohlrad 27 des Getriebes ein Gegendrehmoment übertragen, das der Drehrichtung der Welle 20 entgegengesetzt ist. Die Vorspannung der Feder 11 ist so eingestellt, daß dieses Nachgeben der Kupplung nur beim harten Schraubfall auftritt und daß beim einmaligen Nachgeben der Kupplung der Motor infolge des Gegendrehmomentes über die Schaltgabel der ersten Stelleinrichtung 28 abgeschaltet wird. Gleichfalls ist die Vorspannung der Feder 11 so eingestellt, daß die Kupplung 29 beim weichen Schraubfall nicht anspricht und eine Abschaltung über die erste Stelleinrichtung 28 beim Erreichen eines bestimmten Grenzdrehmomentes erfolgt. Da der Schaltring 18 der ersten Stelleinrichtung 28 mit der Stellmutter 15 drehfest gekoppelt ist, wird bei einer Erhöhung des Abschaltmomentes der ersten Stelleinrichtung gleichfalls die Vorspannung der Feder 11 erhöht, was dazu führt, daß sich über den gesamten Einstellbereich der Stelleinrichtung 28 ein annähernd linearer Drehmomentverlauf ergibt. Gleichfalls ergibt sich ein annähernd identischer Drehmomentverlauf unabhängig davon, ob ein harter oder weicher Schraubfall vorliegt.

Wird der Schaltring 18 von der Rändelung der Stellmutter 15 abgezogen, so kann die Vorspannung der Feder 11 unabhängig von der Winkelstellung des Schaltring 18 verstellt werden.

Wird nun die Vorspannung der Feder 11 gegenüber dem zur Erzielung des zuvor beschriebenen Verhaltens erforderlichen Wert beträchtlich erhöht, wozu meist nur eine Verschiebung von weniger als einem Millimeter erforderlich ist, so spricht die Kupplung 29 beim harten Schraubfall erst bei einem höheren Anzugsmoment an. Bei dieser Einstellung wird also der Drehimpuls des Getriebes ausgenutzt, um das Abschaltdrehmoment im harten Schraubfall zu erhöhen. Der Schrauber kann also so eingestellt werden, daß dieser an sich bei einem Schrauber nach dem Stand der Technik unerwünschte Effekt gezielt herbeigeführt wird, um einen höheren Drehmomentverlauf beim harten Schraubfall zu erzielen. Dies kann sinnvoll sein, um einen für einen bestimmten Schraubfall an sich nicht ausreichend dimensionierten Schrauber in Ausnahmefällen zur Erzielung eines höheren Drehmomentes im harten Schraubfall zu verwenden.

Fig. 2 zeigt eine leicht abgewandelte Ausführung eines erfindungsgemäßen Schraubers, bei der die Vorspannung der Feder 11 durch Verschiebung von Axialstiften 36 verstellbar ist. Bei der sonst unverändert aufgebauten Kupplung ist die Druckscheibe 8 über zwei Paßfedern 30 mit dem Gehäuse 1 verbunden. Die Feder 11 liegt getriebeseitig an einer Axialscheibe 33 und auf der gegenüberliegenden Seite an einer Axialscheibe 31 an.

Die Axialscheibe 31 stützt sich ihrerseits an einer Gewindehülse 34 ab, die in das Gehäuse 1 eingeschraubt ist und an ihrem getriebeseitigen Ende Längsschlitze 32 aufweist, in die die Paßfeder 30 eingreift. Die Gewindehülse 34 ist mit ihrem Außengewinde 35 in das Gehäuse 1 eingeschraubt und kann in den Positionen, in denen die Längsschlitze 32 mit der Paßfeder 30 fluchten, über letztere drehfest arretiert werden.

Die Vorspannung der Feder 11 kann durch Vorschieben der Axialscheibe 31 über insgesamt drei auf diese wirkende Axialstifte 36 erhöht werden. Die Axialstifte 36 sind in Bohrungen der Gewindehülse 34 verschiebbar geführt und liegen auf ihrer der Feder abgewandten Seite an einem Stellring 40 an, der auf einem Gewindestutzen 38 der Gewindehülse 34 in Axialrichtung verstellbar ist. Der axiale Stellweg des Stellrings 40 ist dabei federseitig durch eine Stirnfläche 57 der Gewindehülse 34 begrenzt und auf der gegenüberliegenden Seite durch einen Anschlagring 41, der am Ende des Gewindestutzens 38 auf der Gewindehülse 34 gehalten ist. Der Stellring 40 ist über eine Rändelung 39 mit dem Schaltring 18 der ersten Stelleinrichtung 28 drehfest verbunden.

Wird also über den Schaltring 18 das Abschaltmoment der ersten Stelleinrichtung verstellt, so wird dabei gleichzeitig die Vorspannung der Feder 11 verändert. Die Vorspannung der Feder 11 wird in der zuvor beschriebenen Weise so eingestellt, daß im weichen Schraubfall die Kupplung 29 nicht anspricht und eine Abschaltung des Motors bei Erreichen des Anzugsmomentes über die erste Stelleinrichtung erfolgt. Dagegen löst die Kupplung 29 im harten Schraubfall bei Erreichen des voreingestellten Drehmomentes durch Nachgeben der Feder 11 aus, so daß sich die Kugeln 9 von den Rollen 6 zurückbewegen, bis sie in den nächsten Zwischenraum zwischen den Rollen eingreifen.

Die Welle 20 ist ähnlich der Ausführung gemäß Fig. 1 beidseitig gelagert. Getriebeseitig ist die Welle durch die Lagerbuchse 4 gehalten, die in den Planetenträger der zweiten Getriebestufe eingespritzt ist. Am anderen Ende ist eine Lagerbuchse 16 vorgesehen, die getriebeseitig durch einen Seegerring 12festgelegt ist und auf ihrer gegenüberliegenden Seite durch Kugeln 37 gehalten ist, die an einem entsprechend geformten Bund 42 der Welle 20 anliegen. Die Lagerbuchse 16 ist in einer zentralen Bohrung der Gewindehülse 34 gehalten. Zur Abdichtung nach außen ist zwischen der Welle 20 und der Gewindehülse 34 ein O-Ring 43 in einer entsprechend geformten Ringnut der Welle angeordnet.

Da bei der Ausführung gemäß Fig. 2 die Gewindehülse 34 in einer vorbestimmten Einschraubposition durch die Paßfeder drehfest arretiert wird und die Vorspannung der Feder 11 durch Verdrehen des Stellrings 40 auf dem Gewindestutzen 38 indirekt über die Axialstifte 36 verändert wird, wird bei einer Veränderung der Vorspannung der Feder die Position der Welle 20 nicht verändert. Dagegen führt bei der Ausführung gemäß Fig. 1 eine Veränderung der Vorspannung der Feder auch zu einer entsprechenden Axialbewegung der Welle. Wegen des geringen, im Millimeterbereich liegenden Stellweges kann diese Bewegung jedoch ohne weiteres toleriert werden.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ist der im übrigen mit der Ausführung gemaß Fig. 2 übereinstimmende Schrauber dahingehend abgewandelt, daß vor dem Schaltring 18 eine zusätzliche Schiebehülse 52 vorgesehen ist, über die die Vorspannung der Feder 11 unabhängig von der Position des Schaltrings 18 veränderbar ist. Eine solche Anordnung ist sinnvoll, wenn für den Anwender eine Möglichkeit geschaffen werden soll, durch eine entsprechende Erhöhung der Vorspannung der Feder im harten Schraubfall ein späteres Ansprechen der Kupplung zu erreichen, so daß eine Abschaltung erst bei einem höheren Anzugsmoment erfolgt, wobei der Drehimpuls des Getriebes ausgenützt wird und sich somit ein höheres Drehmoment ergibt, was zu einer entsprechend angehobenen Drehmomentkurve führt (vgl. Kurve C in Fig. 5).

Die Axialstifte 36 sind in einer der Ausführung gemäß Fig. 2 entsprechenden Weise durch Verdrehung des Stellrings 50 auf dem Gewindestutzen 38 der Gewindehülse 34 in Richtung auf die Feder 11 verschiebbar, um deren Vorspannung zu erhöhen. Der Stellring 50 ist gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführung etwas verbreitert und weist an seiner Außenfläche eine Mitnahmeverzahnung 54 auf, in die die Schiebehülse 52 eingreift, so daß letztere in Axialrichtung verschiebbar ist aber gleichzeitig eine drehfeste Verbindung zwischen der Schiebehülse 52 und dem Stellring 50 gewährleistet ist. Die Schiebehülse 52 ist durch eine Feder 51, die sich an ihrem äußeren, dem Getriebe abgewandten Ende an einem Sprengring 53 abstützt, in Richtung auf den Schaltring 18 beaufschlagt. Somit liegt die Schiebehülse 52 im Normalfall am Schaltring 18 an. In dieser Ruheposition ist die Schiebehülse 52 über eine Rändelung 39, die in eine entsprechende zentrale Rändelung des Schaltrings (18) eingreift, mit diesem formschlüssig verbunden, so daß insgesamt eine drehfeste Verbindung des Schaltrings 18 mit dem Stellring 50 hergestellt ist.

Wird nun die Schiebehülse 52 entgegen der Federkraft vom Schaltring 18 zurückgezogen, bis die Rändelung 39 nicht mehr mit der Rändelung des Schaltrings 18 im Eingriff ist, so kann die Schiebehülse 52 und damit der Stellring 50 unabhängig vom Schaltring 18 verdreht werden, so daß die Vorspannung der Feder 11 unabhängig von der Winkelposition des Schaltrings 18veränderbar ist. Aus dieser Verstellposition kann die Schiebehülse 52 wieder unter der Wirkung der Feder 51 in die Ruheposition zurückgleiten, bis die Rändelung 39 wieder im Eingriff ist und die Schiebehülse am Schaltring 18 anliegt.

Um eine Veränderung der Vorspannung der Feder 11 nur in einem vorbestimmten Bereich sicherzustellen, ist am Schaltring 18 eine Codierscheibe 55 festgelegt, die gemäß Fig. 4 eine kreissegmentförmige Kulissenführung 58 aufweist, in die ein Nocken 56 der Schiebehülse 52 eingreift.

In Fig. 5 sind die Drehmomentkurven eines erfindungsgemäßen Schraubers gemäß Fig. 1, 2 oder 3 in Abhängigkeit von der Skaleneinstellung der ersten Stelleinrichtung schematisch dargestellt. Auf der Ordinate ist das Anzugsmoment in Newtonmeter angegeben, während auf der Abszisse die Skaleneinstellung der ersten Stelleinrichtung abgetragen ist, was einer jeweiligen Winkelposition des Kulissenrings der ersten Stelleinrichtung und damit einer bestimmten Vorspannung des Torsionsstabes zur Abschaltung des Motors über die Schaltgabel entspricht. Kurve A zeigt den Drehmomentverlauf beim weichen Schraubfall. Kurve B zeigt den Drehmomentverlauf beim harten Schraubfall und relativ geringer Vorspannung der Feder 11 (Normalfall). Beim erfindungsgemäßen Schrauber ergibt sich also unabhängig von der Größe des Nachdrehwinkels beim harten und beim weichen Schraubfall ein annähernd identischer Drehmomentverlauf.

Bei einer erhöhten Vorspannung der Feder 11 spricht die erfindungsgemäße Kupplung im harten Schraubfall erst bei höheren Anzugsmomenten an, was zu einer Erhöhung des Drehmomentverlaufes im harten Schraubfall führt (Kurve C). Dagegen stimmt auch bei erhöhter Vorspannung der Feder 11 der Drehmomentverlauf im weichen Schraubfall mit Kurve A überein.

Zum Vergleich sind die Drehmomentkurven eines Schraubers nach dem Stand der Technik durch die Kurven I für den weichen Schraubfall und II für den harten Schraubfall dargestellt. Der Aufbau des Schraubers entspricht bis auf die erfindungsgemäße Kupplung völlig dem erfindungsgemäßen Schrauber. Während die Drehmomentverläufe beim weichen Schraubfall des erfindungsgemäßen Schraubers (Kurve A) und des Schraubers nach dem Stand der Technik (Kurve I) praktisch identisch sind, ergibt sich nach dem Stand der Technik insgesamt eine stark angehobene Drehmomentkurve beim harten Schraubfall. Eine Einstellung des herkömmlichen Schraubers auf einen dem weichen Schraubfall angenäherten Drehmomentverlauf ist nicht möglich. Bei erhöhter Vorspannung und maximaler Drehmomenteinstellung ergibt der erfindungsgemäße Schrauber im harten Schraubfall dasselbe Anzugsmoment wie der herkömmliche Schrauber, da in diesem Fall die Abschaltung nur von der ersten Stelleinrichtung vorgegeben ist, wobei eine volle Ausnutzung des Drehimpulses erfolgt.


Anspruch[de]
  1. 1. Schrauber mit variabler Drehmomenteinstellung, insbesondere Schrauber mit Drehmomentabschaltung, mit einer von einem Motor über ein Getriebe (2) angetriebenen Welle (20) zum Antrieb eines Werkzeugs, mit einer ersten Stelleinrichtung (28) zum Voreinstellen eines Drehmomentes, bei dem die Welle (20) vom Getriebe (2) getrennt wird und/oder der Motor abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplung (29) mit variablem Auslösemoment vorgesehen ist, daß eine zweite Stelleinrichtung (13) zur Einstellung des Auslösemomentes der Kupplung vorgesehen ist, und daß die zweite Stelleinrichtung (13) gemeinsam mit der ersten Stelleinrichtung (28) verstellbar ist.
  2. 2. Schrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (29) zwei formschlüssig miteinander verbindbare Kupplungshälften (48, 49) aufweist, die durch eine Feder (11) gegeneinander beaufschlagt sind.
  3. 3. Schrauber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (29) von der Welle (20) koaxial durchsetzt ist.
  4. 4. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungshälften (48, 49) formschlüssig ineinandergreifende Wälzkörper (6, 9) aufweisen.
  5. 5. Schrauber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplungshälfte (48) eine Rollenaufnahme (5) aufweist, in der eine Mehrzahl von Rollen (6) drehbar gehalten ist, und daß die zweite Kupplungshälfte (49) eine entsprechende Anzahl von Kugeln (9) aufweist, die in die Zwischenräume zwischen den Rollen (6) formschlüssig eingreifen.
  6. 6. Schrauber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenaufnahme (5) flanschförmig ausgebildet ist, und daß die Drehachsen (47) der Rollen (6) radial nach außen weisen.
  7. 7. Schrauber nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (2) als Planetenradgetriebe ausgebildet ist.
  8. 8. Schrauber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine (48) der beiden Kupplungshälften mit einem Hohlrad des Getriebes (2) drehfest verbunden ist, und daß die andere (49) der beiden Kupplungshälften am Gehäuse (1) festgelegt ist.
  9. 9. Schrauber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (2) als mehrstufiges Planetenradgetriebe ausgebildet ist, daß das Planetenradgetriebe ein erstes Hohlrad aufweist, das drehbar gelagert ist und über die erste Stelleinrichtung (28) drehmomentabhängig begrenzt verdrehbar am Gehäuse (1) festgelegt ist, und daß das Planetenradgetriebe ein zweites drehbar gelagertes Hohlrad (27) aufweist, das mit der ersten Kupplungshälfte (48) drehfest verbunden ist.
  10. 10. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stelleinrichtung (13) eine Stellmutter (15) aufweist, die mit einem Gewinde (14) im Gehäuse (1) in Axialrichtung verstellbar festgelegt ist, um die Vorspannung der Feder (11) zu verändern.
  11. 11. Schrauber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stelleinrichtung (28) zur Verstellung einen Schaltring (18) aufweist, der zur gemeinsamen Verstellung mit der zweiten Stelleinrichtung (13) mit der Stellmutter (15) drehfest verbunden ist.
  12. 12. Schrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gewindehülse (34) vorgesehen ist, die in das Gehäuse (1) eingeschraubt ist, daß in der Gewindehülse (34) Axialstifte (36) gehalten sind, die zum Vorspannen der Feder (11) über einen an der Gewindehülse (34) verstellbar festgelegten Stellring (40, 50) axial verschiebbar sind.
  13. 13. Schrauber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellring (40, 50) auf einen Gewindestutzen (35) der Gewindehülse (34) aufgeschraubt ist und mit dem Schaltring (18) der ersten Stelleinrichtung (28) drehfest verbunden ist.
  14. 14. Schrauber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Stellweg des Stellrings (40, 50) beidseitig begrenzt ist.
  15. 15. Schrauber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellweg des Stellringes (40, 50) federseitig durch eine radiale Stirnfläche (57) der Gewindehülse (34) und auf der gegenüberliegenden Seite durch einen Anschlagring (41, 53) begrenzt ist.
  16. 16. Schrauber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellring (40) mit dem Schaltring (18) über eine Rändelung (39) drehfest verbunden ist.
  17. 17. Schrauber nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Stellring (50) eine federbelastete Schiebehülse (52) axial verschiebbar angeordnet ist, die mit dem Stellring (50) über eine Mitnahmeverzahnung (54) drehfest verbunden ist, daß die Schiebehülse (52) in einer Ruheposition am Schaltring (18) anliegt und über eine Rändelung (39) drehfest mit diesem verbunden ist, und daß die Schiebehülse (52) gegen die Federkraft vom Schaltring (18) in eine Verstellposition zurückziehbar ist, in der die Rändelung (39) nicht mit dem Schaltring (18) im Eingriff ist, so daß eine Verdrehung des Stellrings (50) relativ zum Schaltring (18) möglich ist.
  18. 18. Schrauber nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (55, 56, 58) zur Begrenzung des Verstellwinkels der Schiebehülse (52) gegenüber dem Schaltring (18) vorgesehen ist.
  19. 19. Schrauber nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß am Schaltring (18) eine Codierscheibe (55) festgelegt ist, die eine kreissegmentförmige Kulissenführung (58) aufweist, in die ein Nocken (56) der Schiebehülse (52) zur Begrenzung des Verstellwinkels eingreift.
  20. 20. Schrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (11) als Tellerfeder ausgebildet ist.






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