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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schlüssel, insbesondere
einen elektronischen Drehmomentschlüssel mit einer Auslöseeinheit.
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Herkömmliche
Drehmomentschlüssel können in mechanische Arten,
wie zum Beispiel die in den
US-PS
4 485 703 ,
5 129 293 und
5 435 190 offenbarten, und
elektronische Arten, wie zum Beispiel die in den
US-PS 4 958 541 ,
6 981 436 und
6 968 759 offenbarten, unterteilt
werden. Im Allgemeinen enthält ein herkömmlicher
mechanischer Drehmomentschlüssel ein röhrenförmiges
Gehäuse, einen schwenkbar mit dem röhrenförmigen
Gehäuse verbundenen Hebel, der in einem Normalzustand darauf ausgerichtet
ist, einen mit dem Hebel verbundenen Ratschenantriebskopf und eine
Druckfeder zur Vorspannung des Hebels. Wenn das durch den Schlüssel
an eine Schraube angelegte Drehmoment größer als
eine Vorspannungskraft der Druckfeder ist, wird der Hebel so weit
schräg verschoben, bis er gegen das röhrenförmige
Gehäuse stößt. Somit kann der Benutzer
die durch den Hebel bewerkstelligte Auslösung genau fühlen.
Ein Nachteil bei dieser Art von Schlüssel besteht jedoch
darin, dass es schwierig ist, die Druckfeder zur Bereitstellung
einer gewünschten voreingestellten Vorspannungskraft genau
auszulegen. Deshalb kann keine ordnungsgemäße
Vorspannungskraft bereitgestellt werden, insbesondere, wenn die
Druckfeder Ermüdung erfährt.
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Bei
einem herkömmlichen elektronischen Drehmomentschlüssel
werden in der Regel mehrere Dehungsmessstreifen eingesetzt, die
an einem Hebel angebracht sind, um einen veränderlichen
Widerstand zu erzeugen und so ein angelegtes Drehmoment zu messen.
Wenn das durch den Schlüssel angelegte Drehmoment einen
voreingestellten Drehmomentwert überschreitet, aktiviert
eine Verarbeitungseinheit des Schlüssels einen Vibrationsmotor,
ein hörbares Alarmsignal oder eine aufleuchtende Lampe,
um den Benutzer zu warnen. Obgleich ein herkömmlicher elektronischer
Drehmomentschlüssel den voreingestellten Drehmomentwert
durch ein elektronisches Steuerverfahren genau einstellen kann,
kann der Benutzer das Auslösen des Hebels nicht direkt
und deutlich fühlen, da der Hebel nicht so verschoben werden
kann, dass er gegen das röhrenförmige Gehäuse
stößt, so dass der Benutzer den Betrieb wahrscheinlich
zu spät anhält, was zur Ausübung eines übermäßigen
Drehmoments führt.
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Deshalb
besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung
eines elektronischen Drehmomentschlüssels, der ein genaues
und direktes Auslösen ähnlich wie bei einem mechanischen
Drehmomentschlüssel erzeugen kann.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung umfasst ein elektronischer Drehmomentschlüssel
ein röhrenförmiges Gehäuse, eine Arbeitseinheit,
einen Dehnungssensor, eine Auslöseeinheit und einen Zentralprozessor.
Das röhrenförmige Gehäuse weist eine Umgebungswand
auf, die einen Aufnahmeraum mit einer Längsachse begrenzt.
Die Arbeitseinheit weist einen sich von dem röhrenförmigen
Gehäuse nach außen erstreckenden Antriebskopf
und einen sich axial in den Aufnahmeraum erstreckenden Schaftteil auf,
der an einem Drehpunkt an der Umgebungswand angelenkt ist. Der Dehnungssensor
ist in der Arbeitseinheit vorgesehen. Die Auslöseeinheit
weist mindestens ein angetriebenes Element auf, das im Schaftteil
angeordnet ist und sich zwischen einer Nichtauslöseposition
und einer Auslöseposition bewegen kann. In der Nichtauslöseposition
wird das angetriebene Element dicht gegen die Umgebungswand gedrückt,
so dass die Arbeitseinheit bezüglich des röhrenförmigen
Gehäuses nicht schwenken kann. In der Auslöseposition
wird das angetriebene Element nicht dicht gegen die Umgebungswand
gedrückt, so dass die Arbeitseinheit bezüglich
des röhrenförmigen Gehäuses schwenken
kann. Der Zentralprozessor ist im röhrenförmigen
Gehäuse vorgesehen und elektrisch mit dem Dehnungssensor
und der Auslöseeinheit verbunden. Der Zentralprozessor steuert
und bewegt das angetriebene Element in die Auslöseposition,
wenn ein durch den Dehnungssensor gemessenes angelegtes Drehmoment
größer als ein voreingestellter Bezugsdrehmomentwert
ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
hervor; in den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
fragmentarische Teilschnittansicht der ersten bevorzugten Ausführungsform
eines elektronischen Drehmomentschlüssels gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
fragmentarische vergrößerte Teilschnittansicht
der ersten bevorzugten Ausführungsform, die ein angetriebenes
Element der Auslöseeinheit in einer Nichtauslöseposition
zeigt;
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3 ein
Blockdiagramm der ersten bevorzugten Ausführungsform;
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4 eine ähnliche
Ansicht wie 2, die aber das angetriebene
Element der Auslöseeinheit in der Auslöseposition
zeigt;
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5 eine ähnliche
Ansicht wie 4, die aber eine Arbeitseinheit
zeigt, die zum Anschlagen an ein röhrenförmiges
Gehäuse schwenkt;
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6 eine
fragmentarische vergrößerte Schnittansicht einer
Auslöseeinheit eines elektronischen Drehmomentschlüssels
gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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7 eine
fragmentarische Teilschnittansicht der zweiten bevorzugten Ausführungsform,
die eine Arbeitseinheit zeigt, die zum Anschlagen an ein röhrenförmiges
Gehäuse schwenkt.
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Bevor
die vorliegende Erfindung ausführlicher beschrieben wird,
sei darauf hingewiesen, dass in der Beschreibung durchweg die gleichen
Bezugszahlen zur Bezeichnung gleicher Elemente verwendet worden
sind.
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Auf
die 1 bis 5 Bezug nehmend, umfasst die
dargestellte erste bevorzugte Ausführungsform eines elektronischen
Drehmomentschlüssels gemäß der vorliegenden
Erfindung ein röhrenförmiges Gehäuse 10,
eine Arbeitseinheit 20, einen Dehnungssensor 30,
eine Auslöseeinheit 40, einen Zentralprozessor 50,
eine Eingabeeinheit 60, eine Anzeigeeinheit 70 und
eine Energieversorgung 80.
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Das
röhrenförmige Gehäuse 10 weist
eine einen sich entlang einer X-Längsachse erstreckenden
Aufnahmeraum 12 begrenzende Umgebungswand 11 auf.
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Die
Arbeitseinheit 20 ist schwenkbar mit dem röhrenförmigen
Gehäuse 10 verbunden und weist einen sich von
dem röhrenförmigen Gehäuse 10 nach außen
erstreckenden Antriebskopf 21 und einen sich axial in den
Aufnahmeraum 12 erstreckenden Schaftteil 22 auf,
der an einem Drehpunkt 25 an der Umgebungswand 11 angelenkt
ist. Der Schaftteil 22 enthält einen zwischen
dem Antriebskopf 21 und dem Drehpunkt 25 angeordneten
Biegehals 23, einen im Biegehals 23 ausgebildeten
Schlitz 24, der sich entlang der X-Längsachse
erstreckt, ein axial im Schaftteil 22 auf einer Seite des
Drehpunkts 25 gegenüber dem Biegehals 23 verlaufendes
Aufnahmeloch 222, das einen konisch zulaufenden Lochendteil 224 aufweist, der
sich nahe dem Drehpunkt 25 befindet und in Richtung des
Antriebskopfs 21 konisch zuläuft, und ein Querdurchgangsloch 223,
das entlang einer senkrecht zur X-Längsachse verlaufenden
Y-Querachse verläuft, zwischen dem Drehpunkt 25 und
dem Aufnahmeloch 222 ausgebildet ist und räumlich
mit dem Aufnahmeloch 222 in Verbindung steht.
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Der
Dehnungssensor
30 weist einen im Schlitz
24 angeordneten
Dehnungskörper
31 und einen am Dehnungskörper
31 befestigten
Dehnungsmessstreifen
32 auf. Als Alternative dazu kann
der Dehnungssensor
30 mehrere am Dehnungskörper
31 befestigte
Dehnungsmessstreifen
32 aufweisen. Der Dehnungsmessstreifen
32 kann
dem in den
US-PS 4 958 541 ,
6 981 436 und
6 968 759 offenbarten ähneln
und kann direkt am Biegehals
23 der Arbeitseinheit
20 befestigt
sein.
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Die
Auslöseeinheit 40 weist ein angetriebenes Element 41 und
ein Steuerelement 42 auf, die beide im Schaftteil 22 angeordnet
sind. Bei dieser Ausführungsform weist die Auslöseeinheit 40 ein Paar
angetriebene Elemente 41, vorzugsweise in Form von Kugeln 411,
auf, die jeweils beweglich in zwei gegenüberliegenden offenen
Enden des Durchgangslochs 223 angeordnet sind und vom Schaftteil 22 in
zwei entgegengesetzte Richtungen entlang der Y-Querachse ragen.
Die Kugeln 411 sind zwischen einer Nichtauslöseposition
und einer Auslöseposition beweglich. In der Nichtauslöseposition
werden die Kugeln 411 gemäß der Darstellung
von 2 dicht gegen die Umgebungswand 11 gedrückt,
so dass die Arbeitseinheit 20 bezüglich des röhrenförmigen
Gehäuses 10 nicht schwenken kann. Bei der Auslöseposition
werden die Kugeln 411 gemäß der Darstellung in
den 4 und 5 nicht dicht gegen die Umgebungswand 11 gedrückt
und können von der Umgebungswand 11 weg bewegt
werden, so dass die Auslöseeinheit 20 bezüglich
des röhrenförmigen Gehäuses 10 schwenken
kann.
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Das
Steuerelement 42 enthält eine Feder 45 in
Form einer Druckfeder, die axial in einem hinteren Lochteil 225 des
Aufnahmelochs 222 angeordnet ist, eine Magnetspule 43,
die im Aufnahmeloch 222 um die Feder 45 herum
angeordnet und elektrisch mit dem Zentralprozessor 50 verbunden
ist, und einen Kolben 44, der im Aufnahmeloch 222 angeordnet
und zwischen einem ersten Zustand (siehe 2) und einem
zweiten Zustand (siehe 4 und 5) axial beweglich
ist. Der Kolben 44 weist einen konisch zulaufenden Vorderendteil 441 auf,
der in Richtung des Antriebskopfs 21 der Arbeitseinheit 20 konisch
zuläuft. Wenn sich der Kolben 44 im ersten Zustand
befindet, wird er durch die Feder 45 so vorgespannt, dass
er sich zwischen den Kugeln 411 erstreckt, um die Kugeln 411 gegen
die Umgebungswand 11 des röhrenförmigen
Gehäuses 10 zu drücken, wodurch die Kugeln 411 in
die Nichtauslöseposition platziert werden. Zu diesem Zeitpunkt
erstreckt sich der konisch zulaufende Vorderendteil 441 des
Kolbens 44 durch das Querdurchgangsloch 223 in
den konisch zulaufenden Endteil 224 des Aufnahmelochs 222. Wenn
sich der Kolben 44 im zweiten Zustand befindet, wird er von den
Kugeln 411 zurück gezogen, um diese aus dem Andrücken
gegen die Umgebungswand 11 freizugeben, und der konisch
zulaufende Vorderendteil 441 des Kolbens 44 wird
von dem konisch zulaufenden Lochendteil 224 des Aufnahmelochs 222 weg
bewegt, wodurch die Kugeln 411 in die Auslöseposition
platziert werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Feder 45 durch
den Kolben 44 komprimiert, und der konisch zulaufende Vorderendteil 441 des
Kolbens 44 wird teilweise im Querdurchgangsloch 223 zwischen
den Kugeln 411 angeordnet, wie am besten in den 4 und 5 gezeigt.
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Der
Zentralprozessor 50 ist im Aufnahmeraum 12 angeordnet
und mit dem Dehnungsmessstreifen 32 und der Magnetspule 43 elektrisch
verbunden. Bei dieser Ausführungsform weist der Zentralprozessor 50 eine herkömmliche
Leiterplatte auf und kann eine herkömmliche Auslegung herkömmlicher
Leiterplattenbauelemente, wie zum Beispiel eine Wheatstone-Brücke,
einen Verstärker, einen Aufzeichner, einen Mikroprozessor
usw., verwenden. Somit wird der Zentralprozessor 50 hier
nicht ausführlich besprochen.
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Die
Eingabeeinheit 60 und die Anzeigeeinheit 70 sind
am röhrenförmigen Gehäuse 10 vorgesehen
und elektrisch mit dem Zentralprozessor 50 verbunden. Ein
Benutzer kann über die Eingabeeinheit 60 einen
voreingestellten Bezugsdrehmomentwert mit einem gewünschten
maximalen Drehmoment in den Zentralprozessor 50 eingeben,
und der voreingestellte Bezugsdrehmomentwert wird auf der Anzeigeeinheit 70 gezeigt.
Da die Eingabeeinheit 60 und die Anzeigeeinheit 70 in
der Technik bekannt sind, wird hier der Kürze halber auf
eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
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Die
Energieversorgung 80 ist im Aufnahmeraum 12 angeordnet
und elektrisch mit der Magnetspule 43 und dem Zentralprozessor 50 verbunden. Bei
dieser Ausführungsform handelt es sich bei der Energieversorgung 80 um
eine Batterie.
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Auf
die 2 und 3 Bezug nehmend, ermittelt der
Zentralprozessor 50, wenn ein Drehmoment durch den Antriebskopf 21 der
an einem (nicht gezeigten) Aufsatz angebrachten Arbeitseinheit 20 an
ein Werkstück, wie zum Beispiel eine (nicht gezeigte) Schraube
oder dergleichen, angelegt ist, ob der gemessene Drehmomentwert
des Dehnungssensors 30 den voreingestellten Bezugsdrehmomentwert überschritten
hat oder nicht. Wenn der gemessene Drehmomentwert kleiner als der
voreingestellte Bezugsdrehmomentwert ist, wird die Magnetspule 43 durch
den Zentralprozessor 50 nicht dazu aktiviert, eine magnetische
Kraft zu erzeugen, so dass der Kolben 44 im ersten Zustand
gehalten wird, das heißt der Kolben 44 erstreckt
sich zwischen den Kugeln 411, und die Kugeln 411 werden
gegen die Umgebungswand 11 des röhrenförmigen
Gehäuses 10 gedrückt. Somit kann die
Arbeitseinheit 20 nicht bezüglich des röhrenförmigen
Gehäuses 10 schwenken und bleibt auf die X-Längsachse
ausgerichtet.
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Auf
die 3, 4 und 5 Bezug
nehmend, wird die Magnetspule 43, wenn der Zentralprozessor 50 ermittelt,
dass der gemessene Drehmomentwert des Dehnungssensors 30 den
voreingestellten Bezugsdrehmomentwert überschritten hat, durch
den Zentralprozessor 50 dahingehend aktiviert, eine magnetische
Kraft zu erzeugen und zieht den Kolben 44 daran an, so
dass der Kolben 44 von den Kugeln 411 zurück
gezogen und aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand bewegt
wird. In diesem zweiten Zustand komprimiert der Kolben 44 die Feder 45,
und der konisch zulaufende Vorderendteil 441 des Kolbens 44 bewegt
sich von dem konisch zulaufenden Lochendteil 224 weg, bis
er teilweise zwischen den Kugeln 411 angeordnet ist. Zu
diesem Zeitpunkt sind die Kugeln 411 im Durchgangsloch 223 beweglich
und werden nicht gegen die Umgebungswand 11 des röhrenförmigen
Gehäuses 10 gedrückt. Somit kann sich
die Arbeitseinheit 20 verschieben und bezüglich
des röhrenförmigen Gehäuses 10 schwingen,
um an die Umgebungswand 11 des röhrenförmigen
Gehäuses 10 anzuschlagen.
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Wenn
an den Antriebskopf 21 keine Kraft angelegt wird (oder
eine Kraft daran angelegt wird, die so klein ist, dass der gemessene
Drehmomentwert unter den voreingestellten Bezugsdrehmomentwert fällt),
hört der Zentralprozessor 50 auf, die Magnetspule 43 zu
aktivieren, und durch die Rückstellwirkung der Feder 45 wird
der Kolben 44 durch die Feder 45 so vorgespannt,
dass er sich wieder in den ersten Zustand bewegt, das heißt,
der konisch zulaufende Vorderendteil 441 des Kolbens 44 erstreckt sich
wieder in den konisch zulaufenden Lochendteil 224 des Aufnahmelochs 222 und der
Kolben 44 erstreckt sich zwischen die Kugeln 411,
um diese gegen die Umgebungswand 11 des röhrenförmigen
Gehäuses 10 zu drücken. Folglich ist
die Arbeitseinheit 20 wieder auf die X-Längsachse
ausgerichtet (siehe 1 und 2).
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Aus
der oben genannten Beschreibung können die Vorteile der
vorliegenden Erfindung wie folgt zusammengefasst werden:
Die
vorliegende Erfindung kann nicht nur den voreingestellten Bezugsdrehmomentwert
durch ein elektronisches Steuerverfahren genau einstellen, sondern die
Kugeln können auch – durch Verwendung der Magnetspule 43 zur
Steuerung der Bewegung des Kolbens 44 – aus einem
Zustand des festen Andrückens gegen die Umgebungswand 11 des
röhrenförmigen Gehäuses 10 freigegeben
werden, so dass die Arbeitseinheit 20 bezüglich
des röhrenförmigen Gehäuses 10 schwingen
und an die Umgebungswand 11 davon anschlagen kann, wodurch
der Benutzer einen Auslösevorgang des Schlüssels
der vorliegenden Erfindung direkt und genau fühlen kann.
Der Benutzer kann dann das Anlegen des Drehmoments anhalten.
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Auf
die 6 und 7 Bezug nehmend, ähnelt
ein gezeigter elektronischer Drehmomentschlüssel gemäß der
zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
der ersten bevorzugten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform
enthält der Kolben 44 jedoch einen ersten Abschnitt 46,
der beweglich im Aufnahmeloch 222 angeordnet ist und ein
Verbindungsloch 463 aufweist, und einen zweiten Abschnitt 47,
der beweglich mit dem Aufnahmeloch 463 verbunden ist. Das
Verbindungsloch 463 weist einen großen Lochabschnitt 464 und
einen kleinen Lochabschnitt 465 auf, der mit dem großen
Lochabschnitt 464 in Verbindung steht und eine Breite aufweist,
die kleiner ist als die des großen Lochabschnitts 464.
Der erste Abschnitt 46 weist weiterhin einen Hauptteil 461,
der den großen Lochabschnitt 464 definiert, und
einen Ringteil 462 auf, der mit dem Hauptteil 461 eine
Schraubverbindung eingeht und den kleinen Lochabschnitt 465 definiert.
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Der
zweite Abschnitt 47 weist einen vergrößerten
Endteil 471, der sich in den großen Lochabschnitt 464 erstreckt,
und einen verengten Teil 472 auf, der sich durch den kleinen
Lochabschnitt 465 aus dem Verbindungsloch 463 heraus
erstreckt. Da der vergrößerte Endteil 471 eine
Breite aufweist, die kleiner ist als ein Durchmesser des großen
Lochabschnitts 464 und der verengte Teil 472 eine
Breite aufweist, die kleiner ist als ein Durchmesser des kleinen
Lochabschnitts 465, ist der zweite Abschnitt 47 bezüglich
des ersten Abschnitts 46 entlang der Y-Querachse begrenzt
beweglich.
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Auf 6 Bezug
nehmend, wird der Kolben 44, wenn er sich im ersten Zustand
befindet, durch die Feder 45 so vorgespannt, dass sich
der verengte Teil 472 des zweiten Abschnitts 47 in
das Querdurchgangsloch 223 zwischen den Kugeln 411 erstreckt, um
die Kugeln 411 gegen die Umgebungswand 11 des
röhrenförmigen Gehäuses 10 zu
drücken, wodurch die Kugeln 411 in der Nichtauslöseposition platziert
werden.
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Auf 7 Bezug
nehmend, wird die Magnetspule 43, wenn sich der Kolben 44 im
zweiten Zustand befindet, dahingehend aktiviert, den verengten Teil 472 des
zweiten Abschnitts 47 von den Kugeln 411 zurückzuziehen,
wodurch die Kugeln 411 in die Auslöseposition
platziert werden. Somit kann die Arbeitseinheit 20 sich
bezüglich des röhrenförmigen Gehäuses 10 verschieben
und schwingen, um an die Umgebungswand 11 des röhrenförmigen
Gehäuses 10 anzuschlagen.
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Deshalb
kann die zweite bevorzugte Ausführungsform nicht nur eine ähnliche
Wirkung wie die erste bevorzugte Ausführungsform erzielen,
sondern es kann auch verhindert werden, dass die durch die Kugeln 411 an
den zweiten Abschnitt 47 angelegte Druckkraft auf den ersten
Abschnitt 46 und den Schaftteil 22 übertragen
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4485703 [0002]
- - US 5129293 [0002]
- - US 5435190 [0002]
- - US 4958541 [0002, 0018]
- - US 6981436 [0002, 0018]
- - US 6968759 [0002, 0018]