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Pneumatisch angetriebener Schraubendreher - Dokument DE69730643T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69730643T2 22.09.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000802023
Titel Pneumatisch angetriebener Schraubendreher
Anmelder Atlas Copco Tools AB, Stockholm, SE
Erfinder Schoeps, Knut Christian, 135 47 Tyresö, SE;
Jonsson, Fred Rickard, 124 64 Bandhagen, SE
Vertreter Beyer & Jochem Patentanwälte, 60322 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69730643
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.04.1997
EP-Aktenzeichen 978500544
EP-Offenlegungsdatum 22.10.1997
EP date of grant 15.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.09.2005
IPC-Hauptklasse B25B 23/145
IPC-Nebenklasse B25B 21/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung befaßt sich mit einem pneumatisch angetriebenen Motorschraubendreher, insbesondere mit einem pneumatisch angetriebenen Motorschraubendreher, der die in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angeführten spezifischen Merkmale aufweist.

Ein allgemeines, die meisten Typen von Werkzeugen zum Anziehen von Schraubverbindungen betreffendes Problem ist es, tatsächlich den gewünschten Vorspannungsgrad in allen Verbindungen unabhängig von Unterschieden in der Drehmoment-Widerstands-Charakteristik der Schraubverbindungen zu erreichen. Ein besonderes Problem dieser Art besteht darin, einen unerwünschten Drehmomentüberschuß oder ein vorzeitiges Abschalten des Motors beim Anziehen von steifen oder harten Verbindungen zu vermeiden, je nachdem, ob der Schraubendreher von blockierender Art ausgeführt ist oder ob er mit einem auf Verzögerungen ansprechenden Abschaltmechanismus ausgestattet ist.

Der beste Weg, diese Art von Problem zu lösen, liegt darin, die Drehzahl des Motors im Leerlauf oder bei niedriger Last zu reduzieren, so daß die kinetische Energie der drehenden Teile ebenso wie das Ausmaß der Verzögerung verringert wird. Eine niedrigere kinetische Energie fügt dem angestrebten Zieldrehmomentniveau weniger Anzugsdrehmoment hinzu, und niedrigere Verzögerungswerte führen kein vorzeitiges Abschalten bei auf Verzögerung ansprechenden Abschaltmechanismen herbei.

Ein vorbekannter Weg, die vorstehenden Probleme zu lösen, ist es, den Motorschraubendreher mit einem Drehzahlregler zu versehen, der das Leerlaufdrehzahlniveau des Motors reduziert, ohne das Leistungsabgabevermögen des Werkzeugs bei niedrigen Drehzahlen zu beeinträchtigen. Dies stellt jedoch eine vergleichsweise komplizierte Lösung des Problems dar, weil sie der Konstruktion des Motorschraubendrehers eine Anzahl von Details hinzufügt und diese verkompliziert.

Ein anderer einfacherer und häufig verwendeter Lösungsweg für diese Art von Problem besteht darin, eine Begrenzung in dem Druckluft-Einlaßkanal des Motors zu verwenden. Dies führt zu einer Verringerung der Leerlaufdrehzahl des Motors und, demzufolge, zu einer Verringerung der kinetischen Energie der drehenden Werkzeugteile. Allerdings führt diese Lösung des Problems auch zu einer Beschränkung der Leistungsabgabe des Motors bei niedrigen Drehzahlen, was selbstverständlich einen Nachteil darstellt, weil das volle Leistungsvermögen des Werkzeugs nicht verfügbar ist.

Noch ein anderer Weg, die Leerlaufdrehzahl eines pneumatisch angetriebenen Motorwerkzeugs zu reduzieren, ist es, den Abluftauslaßstrom aus dem Motor zu begrenzen. Dies ist besser als die Begrenzung der Drucklufteinlaßströmung des Motors, weil eine Begrenzung der Auslaßströmung eine Verringerung der Leerlaufdrehzahl des Motors bewirkt, ohne die Leistungsabgabe des Motors bei niedriger Drehzahl zu beeinträchtigen. Dies ist deshalb wichtig, weil dadurch ermöglicht wird, das volle Leistungsvermögen des Motors während der abschließenden Vorspannungsphase eines Schraubenanziehvorgangs zu nutzen.

Eine Vorveröffentlichung von Stand der Technik stellen eine Broschüre und eine Ersatzteilliste von Gardner-Denver dar, worin ein Motorschraubendreher mit einem die Auslaßströmung begrenzenden Ventil gezeigt ist. Wie aus der Explosionsdarstellung in der Ersatzteilliste ersichtlich ist, umfaßt die "Auslaßdrossel" zwei Scheiben 30, 31, die beide bananenförmige Schlitze aufweisen. Eine dieser Scheiben ist in Bezug auf die andere drehbar. Bei vollständiger Überlagerung der bananenförmigen Schlitze besteht ein geringer Grad von Strömungsbegrenzung, während sich bei nur teilweiser Überdeckung zwischen diesen Schlitzen ein höherer Grad von Strömungsbegrenzung einstellt.

Diese Strömungsbegrenzung vom Scheiben-Typ weist jedoch schlechte Strömungseigenschaften, d. h. die Auslaßströmung ist in unerwünschter Weise beschränkt, und einen leistungsbegrenzenden Effekt auch bei niedrigen Motordrehzahlen auf.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist es, einen pneumatisch angetriebenen Motorschraubendreher zu schaffen, bei dem das Problem des Drehmomentüberschusses und/oder vorzeitigen Abschaltens durch Einfügen von die Auslaßströmung beschränkenden Mitteln gelöst ist, wodurch die Leerlaufdrehzahl des Schraubendrehers wirksam reduziert wird, ohne daß dies eine negative Auswirkung auf die Leistungsabgabe bei niedrigen Drehzahlen hat oder die Konstruktion des Motorschraubendrehers verkompliziert wird.

Eine besondere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, einen pneumatisch angetriebenen Motorschraubendreher zu schaffen, der mit einer einfach und strapazierfähig konstruierten Begrenzung der Auslaßströmung ausgestattet ist und der leicht einzustellen ist.

Diese Aufgaben werden durch einen pneumatisch angetriebenen Motorschraubendreher, wie er in Anspruch 1 beschrieben ist, gelöst.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen pneumatisch angetriebenen Motorschraubendrehers wird nachfolgend anhand der beigefügten Abbildungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein Diagramm, das die Leistungsabgabecharakteristik eines Motorschraubendrehers mit einer Begrenzung der Auslaßströmung im Vergleich zur Leistungsabgabecharakteristik eines Werkzeugs mit einem ungedrosselten, pneumatisch angetriebenen Motor und einem Werkzeug mit einer Begrenzung der Einlaßströmung veranschaulicht;

2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Motorschraubendreher, der die Mittel zur Begrenzung der Auslaßströmung umfaßt;

3 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch den Griff des Motorschraubendrehers, der die Mittel zur Begrenzung der Auslaßströmung veranschaulicht.

In dem Diagramm in 1 sind sowohl das abgegebene Drehmoment T als auch die abgegebene Leistung P eines Motors mit begrenzter Auslaßströmung als Funktion der Drehzahl N dargestellt. Zu Vergleichszwecken sind in dem Diagramm die Abgabecharakteristiken eines ungedrosselten Werkzeugs und eines Werkzeugs mit einer Begrenzung der Einlaßströmung dargestellt.

Die Drehmoment/Drehzahl-Kurve eines ungedrosselten Werkzeugs ist als eine gerade durchgehende Linie Ta dargestellt, und die Leistungs/Drehzahl-Kurve ist durch die durchgehende Kurvenlinie Pa dargestellt. Die Leerlauf- oder Leerlastdrehzahl des ungedrosselten Werkzeugs ist n(1).

Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, die Leerlaufdrehzahl oder lastfreie Drehzahl um 20–25% zu reduzieren. Dies ist durch den Punkt n(2) dargestellt. Durch Verwenden einer Durchflußbegrenzung im Einlaß, die häufig eingesetzt wird, erreicht man eine deutlich abgesenkte Drehmoment/Drehzahl-Kurve, wie durch die strichpunktierte Linie Tb dargestellt. Verglichen mit der Leistungs/Drehzahl-Kurve Pa eines ungedrosselten Werkzeugs ist die Leistungs/Drehzahl-Kurve Pb des einlaßbegrenzten Werkzeugs ebenfalls deutlich reduziert, auch im Bereich niedriger Drehzahlen.

Bei Erreichen der gleichen Leerlaufdrehzahlverminderung wie durch die Einlaß-Strömungsbegrenzung am Punkt n(2), hat die Auslaß-Durchflußbegrenzung eine deutlich geringere Drehmomentreduktion zur Folge, wie durch die gestrichelte Linie Tc dargestellt. Typischerweise führt ein auslaßbegrenztes Werkzeug zu einem viel geringeren Drehmomentabfall als ein einlaßbegrenztes Werkzeug, insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich. Dasselbe gilt für die Verringerung hinsichtlich der abgegebenen Leistung im Vergleich zu einem ungedrosselten Werkzeug. Die Leistungs/Drehzahl-Kurve für ein auslaßbegrenztes Werkzeug ist durch die gestrichelte Linie Pc dargestellt.

Eine wichtige Gruppe von Werkzeugen, die mit einem auslaßdurchflußbegrenzten Motor versehen werden, sind pneumatisch angetriebene Motorschraubendreher mit einer hydraulischen Impulskupplung, insbesondere einer Impulskupplung ohne eine Nebenschlußverbindung zwischen den Abteilungen der Druckkammer. Bei diesem Werkzeugtyp neigt der zuerst abgegebene Drehmomentimpuls dazu, einen signifikant höheren Energiebetrag aufgrund einer höheren Drehzahl aufzuweisen. Dies hat zur Folge, daß beim Anziehen einer harten Schraubverbindung, bei der der Drehmomentwiderstand sehr abrupt einsetzt, die Energie des ersten Impulses sehr hoch ist und leicht die Schraubverbindung überdrehen kann. Überdies könnte, falls dieser Werkzeugtyp mit einem auf Verzögerung ansprechenden Abschaltmechanismus ausgestattet ist, der allererste Impuls ein vorzeitiges Abschalten der Leistungszufuhr zum Motor bewirken.

Bei einem Blick auf die Ausführungsformen der Erfindung, zeigt 2 einen Schnitt durch einen Motorschraubendreher des Pistolentyps, der ein Gehäuse 10, einen Drehantriebsmotor 11, eine Kraftübertragung in Gestalt einer hydraulischen Drehmomentimpulskupplung 12 und eine Abtriebswelle 14 umfaßt. Die Impulskupplung 12 ist mit einer automatischen Abschaltvorrichtung ausgestattet, die einen an der Impulskupplung montierten und auf Verzögerung ansprechenden Auslösemechanismus 13a und ein an dem rückwärtigen Ende des Gehäuses 10 angeordnetes Drucklufteinlaß-Abschaltventil 13b umfaßt. Das Abschaltventil 13b ist mit dem Auslösemechanismus 13a über eine Schubstange 13c verbunden, die sich axial durch den Motor 11 erstreckt.

Der Abschaltemechanismus ist bereits in dem erteilten US-Patent Nr. 5,082,066 der Anmelderin beschrieben.

Außerdem ist das Gehäuse 10 mit einem Pistolengriff 15 ausgebildet, der einen Druckluft-Einlaßkanal 16 mit einer Luftleitungs-Verbindungsröhre 17, die in einem Gewinde an dem unteren Ende des Griffes 15 montiert ist, und ein Drosselventil 18 umfaßt. Letzteres umfaßt ein kippbares Ventilelement 19 zum abdichtenden Zusammenwirken mit einem Ventilsitz-Dichtring 20 und zur Betätigung durch einen Druckknopf 21. Eine Feder 22 ist am inneren Ende der Verbindungsröhre 17 abgestützt und spannt das Ventilelement 19 in Richtung der Schließposition vor.

Parallel zu dem Lufteinlaßkanal 16 liegt ein Abluft-Auslaßkanal 23, der über eine durchflußbegrenzende Vorrichtung 24 und einen Auslaßdeflektor 25 mit der Atmosphäre verbunden ist. Der Auslaßdeflektor 25 umgibt einen äußeren Bereich der Verbindungsröhre 11 und ist drehbar, um ein Einstellen der Auslaßströmungsrichtung zu ermöglichen.

An dem unteren Teil des Griffs ist ein Endstück 27 befestigt, durch das sich eine axiale Bohrung 28 und eine mit einem Gewinde versehene Ventilspindel 29 erstrecken. Das Gewinde auf der letzteren befindet sich im Eingriff mit einer Gewindebuchse 30, die starr an dem Endstück 27 befestigt ist, und mittels eines inneren Schraubenansatzes 31 an der Spindel 29 ist diese zur Einstellung ihrer axialen Stellung in Bezug auf das Endstück 27 drehbar. An dem inneren Ende der Spindel 29 ist ein Ventilelement 32 gelagert, das mit einem konischen Bereich 33 zum den Durchfluß begrenzenden Zusammenwirken mit einem durch das innere Ende des Endstückes 27 geformten ringförmigen Sitz 34 ausgebildet ist. Ein Sicherungsring 35 ist in einer Umfangsnut 36 an der Spindel 29 montiert, um eine axiale Sicherungsvorrichtung für das Ventilelement 32 zu bilden. Das Ventilelement 32 ist starr an der Spindel 29 zwischen einem Absatz 39 auf der Spindel 29 und dem Sicherungsring 35 befestigt, und die dem Durchfluß begrenzende Öffnung ist durch Einstellen der axialen Stellung der Spindel 29 variierbar.

Beim Betrieb des Motorwerkzeugs wird die Ventilspindel 29 eingestellt, um einen den Durchfluß begrenzenden Durchgang zwischen dem Ventilelement 32 und dem Sitz 34 zu schaffen, der der gewünschten Leerlaufdrehzahl angemessen ist. Die Einstellung des Begrenzungsventils 24 wird justiert, um die Charakteristik der betreffenden Schraubverbindung anzupassen. Die gewünschte Durchflußbegrenzung wird durch Drehen der Spindel 29 in die jeweilige Richtung eingestellt.


Anspruch[de]
  1. Pneumatisch angetriebener Motorschraubendreher, der ein Gehäuse (10), einen Drehantriebsmotor (11), eine Abtriebswelle (14) zur Verbindung mit einer anzuziehenden Schraubverbindung, ein den Motor (11) mit der Abtriebswelle (14) verbindendes Getriebe (12), einen Drucklufteinlaßkanal (16), einen Abluftauslaßkanal (23) und einstellbare, den Durchfluß begrenzende Mittel (24), die in dem Abluftauslasskanal (23) zur Begrenzung der Motordrehzahl bei niedriger Last angeordnet sind, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die den Durchfluß begrenzenden Mittel (24) eine in dem Gehäuse (10) montierte und sich im wesentlichen in Längsrichtung durch den Austrittskanal (23) erstreckende Ventilspindel (29), einen von einer ringförmigen Schulter in dem Austrittskanal (23) gebildeten Ventilsitz (34) und ein Ventilelement (32) umfassen, das starr an der Ventilspindel (29) befestigt ist, einen konischen Bereich (33) zum Zusammenwirken mit dem Ventilsitz (34) aufweist und eine den Auslaßdurchfluß drosselnde Öffnung bildet, wobei die Ventilspindel (29) relativ zu dem Gehäuse (10) und dem Ventilsitz (34) axial einstellbar ist, um die Querschnittsfläche der den Durchfluß begrenzenden Öffnung zwischen dem Ventilelement (32) und dem Ventilsitz (34) zu variieren.
  2. Motorschraubendreher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspindel (29) mit einem Gewinde zum Eingriff mit einer Gewindebohrung (30) in dem Gehäuse (10) und mit einem Werkzeugansatz (31) zur Längseinstellung der Ventilspindel (29) ausgebildet ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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