DE3101080A1

DE3101080A1 - "kupplung fuer ein kraftwerkzeug"

Info

Publication number: DE3101080A1
Application number: DE19813101080
Authority: DE
Inventors: Michael George Rickmansworth Hartfordshire Allen
Original assignee: Desoutter Ltd
Current assignee: Air Compressors and Tools Ltd
Priority date: 1980-01-23
Filing date: 1981-01-15
Publication date: 1982-01-07
Also published as: FR2473934A1; GB2068061A; IT8050327A0; IT1127940B

Description

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1 3 1 0 1 0 8 Q

A 44 4Io b Anmelder: Desoutter Limited k - 176 319 Edgware Road

12. Januar 1981 Colindale

London NW9 6ND Vereinigtes Königreich

Kupplung für ein Kraftwerkzeug

Die Erfindung betrifft eine Kupplung für ein Kraftwerkzeug mit einem antreibenden und einem angetriebenen Element, die koaxial zueinander angeordnet sind, mit einer Anzahl von miteinander verbundenen Leitflächen an einem dieser Elemente und mit mehreren Kupplungs-Kugeln, die rund um die Kupplungsachse in radialen Kanälen des anderen Elements angeordnet sind, wobei jede der Kugeln gegen eine zugeordnete Leitfläche mittels eines Spannelements vorgespannt ist, welches bei überschreiten eines vorgegebenen Drehmoments an der Kupplung zur Freigabe der Kugeln für eine von der Kupplungsachse weggerichtete Bewegung derart auslenkbar ist, daß eine Drehung des antreibenden Elements gegenüber dem angetriebenen Element ermöglicht wird, insbesondere eine Kupplung zur übertragung einer Drehbewegung in beiden Drehrichtungen.

Kupplungen dieser Art werden bei Werkzeugen verwendet, die dazu dienen, kleine Schrauben oder dergleichen mit einem sehr schwachen Drehmoment anzuziehen. Das Drehmoment ist dabei im allgemeinen kleiner als etwa 1,1 Nm. Ein solches Kraftwerkzeug kann dabei sowohl für

130061/0329

-5-

12. Januar 1981

die Herstellung von "harten" wie auch für die Herstellung von "weichen" Verbindungen verwendet werden.

Bei den bekannten Kupplungen besitzt das angetriebene Element, d.h. derjenige Kupplungsteil, mit dem das Werkzeug, beispielsweise ein Schraubenziehereinsatz, verbunden ist, eine beträchtliche Masse und damit eine relativ hohe Trägheit, so daß ein weiteres Anziehen eines Befestigungselements, wie z.B. einer Schraube, erfolgen kann, nachdem die Kupplung geöffnet wurde.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kupplung anzugeben, bei der nach dem Auskuppeln nur noch sehr geringe Kräfte auf der Abtriebsseite auftreten.

Diese Aufgabe wird bei einer Kupplung der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß miteinander verbundene Leitflächen an dem angetriebenen Element vorgesehen sind, daß die radialen Kanäle rund um die Kupplungsachse zur Aufnahme der Kupplungskugeln an dem antreibenden Element vorgesehen sind, und daß Stelleinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Antriebsenergie für das Antreiben der Elemente in Abhängigkeit von der von der Kupplungsachse weggerichteten Bewegung der Kupplungskugeln unterbrechbar ist.

-6-130061/0329

k - 176 - 6 -

12. Januar 1981

Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplung besteht also darin, daß es möglich ist, mit einem angetriebenen Kupplungselement zu arbeiten, welches eine wesentlich kleinere träge Masse als das treibende Kupplungselement aufweist.

Als günstig hat es sich erwiesen, wenn die radialen Kanäle für die Kupplungskugeln die Achse des angetriebenen Elements schneiden und wenn die Leitflächen so ausgebildet sind, daß sich bei unterschiedlichem Drehsinn unterschiedlich große Kräfte ergeben, durch die die Kugeln bis zu den Enden ihrer zugeordneten Leitflächen auslenkbar sind.

Auf diese Weise ist es möglich, bei dem einen Drehsinn der Kupplung bzw. des Kraftwerkzeugs ein größeres Drehmoment auszuüben als beim entgegengesetzten Drehsinn, so daß eine Schraube oder dergleichen, die mit einem vorgegebenen Drehmoment bei dem ersten Drehsinn angezogen wurde, bei mit entgegengesetztem Drehsinn laufenden Kraftwerkzeug mit einem größeren Drehmoment gelöst werden kann.

Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn die Betätigungseinrichtungen zum Abschalten der Energiezufuhr für das antreibende Element die Energiezufuhr unmittelbar vor dem Zeitpunkt abschalten an dem die Kupplungs-Kugeln die Enden ihrer Leitflächen erreichen,

Vorteilhaft ist es auch, wenn die miteinander verbundenen Leitflächen an einer Nabe des angetriebenen

130061/0329 -?-

k - 176 - 7 -

12. Januar 1981

Elements vorgesehen sind, wobei die Nabe im Querschnitt im wesentlichen die Form eines regelmäßigen Vielecks hat und wobei an jeder Leitfläche eine Verriegelungsaussparung oder ein nach außen abstehendes Ohr bzw. ein Vorsprung vorgesehen ist, und zwar angrenzend an eine der die betreffende Leitfläche begrenzenden Kanten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfinduncr werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die hier wesentlichen Teile eines Kraftwerkzeugs mit einer Kupplung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und zwar für die Grundstellung der Kupplungsteile;

Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt entsprechend Fig. 1, wobei auf der rechten Seite die Kupplungselemente für den Zustand dargestellt sind, in dem die Energiezufuhr abgeschaltet ist und wobei auf der linken Seite die Kupplungselemente in dem Zustand dargestellt sind, den sie vor ihrer Rückstellung einnehmen und

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

-8-

130061/0329

κ — ι /ο — ö —

12. Januar 1981

Im einzelnen zeigen Fig. 1 bis 3 der Zeichnung ein Kraftwerzeug Io in Form eines Schraubendrehers, für den ein Antrieb in Form eines Pressluftmotors (nicht dargestellt) vorgesehen sein soll. Das Werkzeug Io besitzt ein rohrförmiges Gehäuse 11, welches den Motor (nicht dargestellt) umschließt, der über ein Getriebe (nicht dargestellt) in Antriebsverbindung mit einer Welle 12 steht. Das Werkzeug Io weist ferner eine Kupplung auf, die ein antreibendes Element 13 umfasst, welches drehfest mit der Welle 12 verbunden ist, sowie ein angetriebenes Element 14, dessen vorderer - in Fig. 1 und 2 unterer - Teil in einer Lagerbuchse 15 montiert ist, die in einem Ende des Gehäuses 11 befestigt ist. In dem angetriebenen Kupplungselement 14 ist ein Schraubendrehereinsatz 16 lösbar festlegbar. Eine Nabe 17 am hinteren Ende des angetriebenen Elements 14 bildet einen Kupplungsteil, während der andere Kupplungsteil durch Kugeln 18 gebildet wird, die in radialen Kanälen am vorderen Ende des antreibenden Elements 13 angeordnet sind. Die Kugeln 18 sind mittels einer federbelasteten Hülse 19 vorgespannt, die an dem antreibenden Element 13 montiert ist und an ihrem vorderen Ende eine Konusfläche 2o aufweist, mit der die Kugeln 18 in Eingriff stehen. Eine Druckfeder 21 drückt die Hülse 19 über die Kugeln 18, so daß die Konusfläche 2o die Kugeln 18 in Richtung auf die Achse der Kupplung drückt.

Das von der Hülse 19 abgewandte Ende der Druckfeder 21 stützt sich an einem ringförmigen Block 22 ab, der mit dem antreibenden Element 13 derart verkeilt ist,

130061/0329

-9-

K — I/o — 9 —

12. Januar 1981

daß seine axiale Position bezüglich des antreibenden Elements 13 zur Einstellung der Federspannung der Druckfeder 21 verändert werden kann. Das andere Ende der Druckfeder 21 stützt sich an einem nach außen abstehenden Flansch eines Kragens 36 ab, der in axialer Richtung gleitverschieblich auf dem antreibenden Element 13 montiert ist. Eine Verriegelungshülse 23 ist ebenfalls in axialer Richtung gleitverschieblich auf dem antreibenden Element 13 montiert und mittels einer Druckfeder 37 federnd gegen das hintere Ende des Kragens 36 vorgespannt. Zwischen dem Kragen 36 und der Hülse 19 ist ferner ein Drucklager 24 angeordnet, so daß die Hülse 19 sich gegenüber der Druckfeder 21 frei drehen kann, welche zusammengepresst wird und an dem Block 22 anliegt, der, wie oben ausgeführt, mit dem antreibenden Element 13 verkeilt ist. Die Hülse 19 ist ferner gegenüber dem antreibenden Element 13 frei drehbar, so daß die Kugeln 18, wenn sie mittels Leitflächen nach außen gelenkt werden, wie dies weiter unten noch näher beschrieben wird, sich um Achsen drehen, die parallel 2ur Werkzeugachse verlaufen, so daß keine Gleitbewegung zwischen den Kugelflächen und den mit den Kugeln in Kontakt stehenden Oberflächenbereichen entsteht.

Das antreibende Element 13 hat an seinem hinteren Ende eine rohrförmige Nabe mit unrundem Querschnitt, die in eine komplementär ausgebildete Aussparung 26 im vorderen Ende der Welle 12 eingreift. Die Welle 12 ist gegen eine axiale Bewegung bezüglich des Gehäuses 11 gesichert. Eine in der Aussparung 26 angeordnete Druckfeder

130061/0329

k - 176 - Io -

12. Januar 1981

drückt die Elemente 13 und 14 der Kupplung nach vorn, bis eine Schulter 28 des angetriebenen Elements 14 die Lagerbuchse 15 (Fig. 1) erfasst. Eine Schubstange 28, die der Betätigung eines Ventils des Druckluftmotors dient, durchgreift die als Hohlwelle ausgebildete Welle 12 und reicht bis in das antreibende Element 13 hinein, wo sie einen Verriegelungsbolzen 3o erfasst. Das antreibende Element 13 besitzt radiale Kanäle, welche Kugeln 31 aufnehmen. Die Kugeln 31 stehen normalerweise in eine Ringnut des Verriegelungsbolzens vor und werden dort durch eine Verriegelungshülse 23 festgehalten. Die Hülse 23 und der Kragen 36 definieren eine Ringnut 32, welche es den Kugeln 31, wenn sie mit den die Kugeln aufnehmenden Kanälen fluchtet (Fig. 2), wie dies nachstehend beschrieben wird, ermöglicht, sich von der Achse des antreibenden Elements 13 in radialer Richtung wegzubewegen.

Die genaue Querschnittsform der Nabe 17 wird aus Fig.3 deutlich. Wie man sieht, hat die Nabe 17 einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, wobei jedoch an jeder Seitenfläche angrenzend an die in Drehrichtung gesehen hinten liegende Kante - die Drehrichtung ist in Fig. 3 durch den Pfeil 34 angedeutet - eine Verriegelungs-Aussparung 33 vorgesehen ist. Der Zweck dieser Aussparungen 33 wird weiter unten noch näher erläutert.

Im. Betrieb wird der Schraubendreher-Einsatz 16 gegenüber einem Schraubenkopf ausgerichtet, woraufhin dann

130061/0329

-11-

k - 176 - 11 -

12. Januar 1981

auf die Kraftmaschine ein ausreichender Druck ausgeübt wird, um die Feder 27 zusammenzudrücken. Dabei bewegt sich die Schubstange 29 nach hinten, wodurch ein Startventil (nicht dargestellt) geöffnet wird, welches die Druckluftzufuhr zum Motor freigibt. Das Drehmoment des Motors wird über die Welle 12, das antreibende Element 13 und die Kugeln 18 auf das antreibende Element 14 und den Einsatz 16 übertragen. Solange das Drehmoment bei laufender Maschine unterhalb eines vorgegebenen Wertes bleibt, erfassen die Kugeln 18 den Ansatz 17, so daß sich die Elemente 13 und 14 gemeinsam drehen, wobei die Kugeln in der in Fig. 3 gezeigten Lage bleiben.

Bei Annäherung an das maximal zulässige Drehmoment wird das angetriebene Element 14 abgebremst, so daß sich die Nabe 17 geringfügig langsamer dreht als das antreibende Element 13. Dies hat zur Folge, daß die Kugeln 18 längs der zugeordneten Leitfläche der Nabe 17 zu rollen beginnen und dabei entgegen der von der Hülse 19 ausgeübten Kraft nach außen gedrückt werden. Wenn dies eintritt, wird die Hülse entgegen der Kraft der Druckfedern 21 und 37 in axialer Richtung bewegt. Wenn dann das maximal zulässige Drehmoment erreicht ist, liegen sämtliche Kugeln 18 unmittelbar vor der Kante ihrer Leitfläche, die der Aussparung 33 gegenüber* liegt, und die von der Hülse 23 und dem Kragen 36 definierte Nut ist gegenüber den radialen Kanälen ausgerichtet, welche die Kugeln 31 aufnehmen (Fig. 2, rechts). Die Kugeln 31 können sich also radial von

130061/0329 -12-

A 44 41o b 31P1080

k - 176 - 12 -

12. Januar 1981

der Achse des antreibenden Elements 13 wegbewegen, wobei aufgrund dieser Bewegung der Verriegelungsbolzen 3o freigegeben wird und sich axial nach vorn bewegt, so daß das Startventil die Druckluftzufuhr zum Motor unterbrechen kann. Unter dem Einfluß der in Motor und Getriebe gespeicherten Bewegungsenergie dreht eich das antreibende Element 13 weiter, wobei die Kugeln 18 über die Kante der Führungsflächen an der Nabe 17 hinweglaufen.

Wenn dann kein Druck mehr auf die Maschine bzw. den Einsatz 16 ausgeübt wird, so daß sich das angetriebene Element 14 unter der Wirkung der Druckfeder 27 wieder an die Schulter 28 der Buchse 15 anlegen kann, dann bewegt sich auch die Hülse 23 unter der Wirkung der Druckfeder 37 nach vorn, während der Verriegelungsbolzen 3o aufgrund der Federwirkung der Feder 35 in Kontakt mit der Schubstange 29 gehalten wird.

Bei entgegengesetzter Laufrichtung ist die Situation ähnlich, mit dem Unterschied, daß die Kugeln 18 sich längs der zugeordneten Leitflächen in die Aussparungen 33 des Zapfens 17 bewegen, wenn das maximale Drehmoment angenähert wird. Diese Aussparungen "sperren" die Kugeln 18, so daß auf dies· eine größere Kraft ausgeübt werden muß als bei der Vorwärtsdrehung, wenn sie über die Kanten der Leitflächen angrenzend an die Aussparungen 33 hinweglaufen sollen. In der Praxis wird mit dem entgegengesetzten Drehsinn gearbeitet, um eine Schraube herauszudrehen, wobei die Hülse 19 nicht ausreichend

130061/0329 ~¹³~

k - 176 - 13 -

12. Januar 1981

weit verschoben wird, um ein Schließen des Druckluftventils zu ermöglichen, und wobei die Kugeln nicht über die Kanten der Leitflächen hinweglaufen, damit vor Erreichen dieses Zustandes ein ausreichend hohes Drehmoment verfügbar ist, um mit dem Herausdrehen der Schraube zu beginnen.

Wie oben erwähnt, kann die Lage des Blockes 22 längs der Achse des antreibenden Elements 13 verstellt werden, um die von der Feder ausgeübte Druckkraft zu verändern.- Auf diese Weise kann das Drehmoment, bei dem sich die Hülse 19 zur Betätigung des Druckluftventils bewegt, auf unterschiedliche Werte eingestellt werden.

Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) kann jede Verriegelungs-Aussparung durch ein Ohr ersetzt werden, welches eine steiler geneigte Leitfläche bildet, d.h. eine Oberfläche mit einem Anstellwinkel für die Kugeln, der größer ist als der Anstellwinkel des übrigen Teils der Leitfläche. Bei dieser Ausgestaltung muß auf die Kugeln dann wieder eine größere Kraft ausgeübt werden, um diese steilere Leitfläche zu überlaufen, wenn das Werkzeug mit gegenläufigem Drehsinn angetrieben wird.

130061/0329

Leerseite

Claims

HOEGER, STELLRECHT & PARTNER

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1 W IV I

A 44 4Io b Anmelder: Desoutter Limited

k - 176 319 Edgware Road

12. Januar 1981 Colindale

London NW9 6ND Vereinigtes Königreich

Patentansprüche

Kupplung für ein Kraftwerkzeug mit einem antreibenden und einem angetriebenen Element, die koaxial zueinander angeordnet sind_/ mit einer Anzahl von miteinander verbundenen Leitflächen an einem dieser Elemente und mit mehreren Kupplungs-Kugeln, die rund um die Kupplungsachse in radialen Kanälen des anderen Elements angeordnet sind, wobei jede der Kugeln gegen eine zugeordnete Leitfläche mittels eines Spannelements vorgespannt ist, welches bei überschreiten eines vorgegebenen Drehmoments an der Kupplung zur Freigabe der Kugeln für eine von der Kupplungsachse weggerichtete Bewegung derart auslenkbar ist, daß eine Drehung des antreibenden Elements gegenüber dem angetriebenen Element ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß miteinander verbundene Leitflächen an dem angetriebenen Element (14) vorgesehen sind, daß die radialen Kanäle rund um die Kupplungsachse zur Aufnahme der Kupplungskugeln (18) an dem antreibenden Element (13) vorgesehen sind, und daß Stelleinrichtungen (23, 29, 3o, 31) vorgesehen sind, mit deren Hilfe

130061/0329 ~²~

b ₂_ 310108Q

12. Januar 1981

die Antriebsenergie für das Antreiben der Elemente (13) in Abhängigkeit von der von der Kupplungsachse weggerichteten Bewegung der Kupplungskugeln (18) unterbrechbar ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der radialen Kanäle die Achse des angetriebenen Elements (14) schneiden, und daß die Leitflächen so ausgebildet sind, daß sich bei unterschiedlichem Drehsinn unterschiedlich große Kräfte ergeben, durch die die Kugeln (18) bis zu den Enden ihrer zugeordneten Leitflächen auslenkbar sind.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtungen (23, 29, 3o, 31) derart ausgebildet sind, daß die Antriebsenergie für das angetriebene Element (13) abschaltbar ist unmittelbar bevor die Kugeln (18) die Enden ihrer Leitflächen erreichen.
4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Leitflächen durch die Seitenflächen einer an dem angetriebenen Element (13) vorgesehenen Nabe (17) gebildet sind, die im Querschnitt im wesentlichen die Form eines regelmäßigen Vielecks aufweist.

-3-130061/0329

12. Januar 1981
5. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitfläche angrenzend an eine der sie begrenzenden Kanten eine Verriegelungs-Aussparung (33) aufweist.
6. Kupplung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitfläche angrenzend an eine der sie begrenzenden Kanten einen nach außen abstehenden Vorsprung aufweist.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einem Kraftwerkzeug.
8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einem als Kraftwerkzeug ausgebildeten Schraubendreher.
9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einem Kraftwerkzeug, insbesondere einem Schraubendreher, mit einem das antreibende Element antreibenden Pressluftmotor.

-A-

130061/0329