DE4429282A1 - Hydro-Impulsschrauber insbesondere zum Anziehen von Schraubverbindungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydro-Impulsschrauber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige, häufig als Handwerkzeuge ausgebildete Impuls­ schrauber werden in unterschiedlichsten Konstruktionen sehr umfangreich insbesondere für das Anziehen von Schraubverbin­ dungen verwendet. Um eine den zu erwartenden Belastungen standhaltende Schraubverbindung zu gewährleisten, ist es hierbei unabdinglich, daß die Schraubverbindungen bis zu ei­ nem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen werden. Ein nicht ausreichendes Anziehen könnte ein Lockern der Schraubverbin­ dung mit einer entsprechenden Gefahr der Beschädigung der Bauteile und Unfällen mit sich bringen, ein Anziehen der Schraubverbindung über das vorgegebene Grenzdrehmoment hin­ aus, bewirkt das Risiko einer Beschädigung der Schraubverbin­ dung in sich.

Um im Sinne einer kontrollierten Schraubverbindung die Schrauben oder Muttern bis zu einem vorgegebenen Drehmoment anzuziehen, ist es bekannt (DE-PS 26 00 939), hinter der ab­ treibenden Motorwelle des Druckluftmotors ein aus einer Mehr­ zahl von Strebebauteilen gebildetes Torsionselement vorzuse­ hen und an jedem der mehreren Strebebauteile einen Dehnungs­ messer anzuordnen, der Teil einer Wheatston′schen Brücken­ schaltung ist. Im Betrieb des Schraubers zum Anziehen einer Schraube verursacht das auf den Schraubenschlüssel wirkende Reaktionsdrehmoment eine Verdrehung der Strebebauteile um die Achse des Schraubenschlüssels, wobei der Betrag der Verdre­ hung proportional zu dem Reaktionsdrehmoment ist. Dieses Re­ aktionsdrehmoment ist im wesentlichen gleich und entgegenge­ setzt zu dem Drehmoment, mit welchem die Schraube beauf­ schlagt wird. Dadurch wird über die Dehnungsmesser und die Wheatston′sche Brückenschaltung ein das augenblicklich der Schraube oder der Mutter zugeführte Drehmoment darstellendes elektrisches Signal erzeugt, welches mit einem vorgegebenen Grenzdrehmoment verglichen wird, um beim Erreichen des vorge­ gebenen Drehmoments schließlich den Schrauber auszuschalten. Abgesehen davon, daß es sich beim Torsionselement um ein me­ chanisch kompliziertes und auch verschleißanfälliges Bauteil handelt, ist die Anordnung dieser drehmomentabhängigen Ab­ schalteinrichtung nur schwer innerhalb des Schraubers zugäng­ lich und führt zudem zu einer sehr langen Bauweise eines Schraubers, so daß abgesehen von einem komplizierten Aufbau des Schraubers auch das Handling des Schraubers selbst nach­ teilhaft ist.

Bei einer weiter bekannten drehmomentabhängigen Abschaltein­ richtung eines Impulsschraubers (EP-B 292 752) ist innerhalb der Abtriebswelle des Schlagwerkes eine Drehmomenteinstell­ einrichtung umfassend eine Einstellschraube und eine druckfe­ derbelastete Ventilkugel/Ventilsitzeinheit bekannt, wobei die Druckfeder auf eine in der Motorwelle des Druckluftmotors an­ geordnete Stellstange wirkt, über die unter Zwischenschaltung eines Rastelements ein federbelastetes Sperrventil für die Druckluftzufuhr zum Druckluftmotor betätigt wird. Die Ab­ schalteinrichtung befindet sich sowohl am vorderen Ende des Impulsschraubers wie auch hinter dem Druckluftmotor, ist als mechanische Konstruktion einem entsprechenden Verschleiß aus­ gesetzt und im übrigen auch nur mit Aufwand zugänglich, so daß diese Konstruktion durchaus verbesserungswürdig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Impulsschrauber der gat­ tungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß eine kompakte Bauweise eines Impulsschraubers in Zusammenhang mit einer drehmomentabhängigen Abschaltung des Schraubers sowie eine einfache Zugängigkeit zu den Bauelementen der Abschaltein­ richtung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst, wobei zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet sind.

Nach Maßgabe der Erfindung wird über ein Stellelement der im Schlagwerk herrschende momentane Druck, der sich mit dem An­ ziehen der Schraubverbindung aufbaut und in einem proportio­ nalen Verhältnis zum Abtriebsdrehmoment des Werkzeugs steht als Kraft auf einen Biegebalken gegeben, wo die Kraft als das augenblickliche Drehmoment darstellende Biegemoment aufgenom­ men und einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt wird, um einen Vergleich mit einem vorgegebenen Grenzdrehmoment vorzunehmen und davon abhängig den Impulsschrauber abzuschal­ ten. Durch diese Maßnahmen wird ein im wesentlichen ver­ schleißunabhängiges Einstellelement realisiert, welches zudem wenig Platzbedarf erfordert und damit leicht im Gehäuse eines Impulsschraubers untergebracht werden kann. Zudem wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch eine Gewichtsersparnis erreicht, die für ein Handwerkzeug sehr wesentlich ist. Ins­ gesamt können die Meßaufnehmer samt ihren Abgängen nach außen als eine Einheit in einem hinteren Gehäuseteil aufgenommen werden, wo sie auch leicht zugänglich sind.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Biegebalken ein radialer Schenkel eines Stützringes zur Befestigung des Bie­ gebalkens im hinteren Gehäuseteil, so daß der Ringraum für den Durchgriff weiterer Arbeitselemente, wie etwa eines Win­ kelgebers, zur Verfügung steht. Zweckmäßigerweise wird das Zählrad eines solchen Winkelgebers unmittelbar benachbart des Biegebalkens auf der Motorwelle des Druckluftmotors angeord­ net, so daß eine räumliche Einheit dieser Aufnahmeelemente gewährleistet ist. Zweckmäßigerweise ist das Stellelement als Stellstange ausgebildet, die sehr einfach als druckleitendes Verbindungselement in der Abtriebswelle und der Motorwelle untergebracht werden kann und, da es über ein Wälzlager zweckmäßigerweise auf den Biegebalken einwirkt, kaum einem Verschleiß ausgesetzt ist.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er­ findung anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsge­ mäßen Impulsschraubers mit einer schematischen Darstel­ lung der Meßelektronik sowie

Fig. 2 eine Teilansicht von Fig. 1, welche in Vorderan­ sicht einen Biegebalken zeigt, der Teil der Abschaltein­ richtung ist.

Der in Fig. 1 in der Ausbildung als Handwerkzeug darge­ stellte Impulsschrauber weist einen Griff 1 mit einem Druck­ schalter 2 auf, mit dem ein zeichnerisch nicht dargestelltes Kippventil für die Druckluftzuführung betätigt werden kann. Oberhalb des Handgriffes 1 ist innerhalb eines Gehäuses 3 ein Druckluftmotor 4 angeordnet, dem ein Schlagwerk 5 nachge­ schaltet ist. Die Druckluftzuführung 6 mündet in eine Druck­ luftkammer 7 im Gehäuse 3, die durch ein auf einer Motorwelle 8 gelagertes Absperrventil 9 gegen den Druckluftmotor 4 ent­ gegen der Kraft einer die Motorwelle 8 umgebenden Druckfeder 10 geschlossen werden kann. Auf dem vom Absperrventil 9 abge­ wandten Ende sitzt ein hülsenförmiger Schlagwerkdeckel 11 des Schlagwerkes 5, welcher mit der Motorwelle 8 drehfest verbun­ den ist. Dieser Schlagwerkdeckel 11 ist drehfest mit einem gegenüberliegenden zylinderförmigen Schlagwerkdeckel 12 ver­ bunden, der auf einer Abtriebswelle 13 des Schlagwerkes 5 ge­ lagert ist. Die Abtriebswelle 13 endet mit geringem Abstand von der damit axial ausgerichteten Motorwelle 8.

Die Schlagwerkdeckel 11 und 12 begrenzen zwischen sich eine Zylinderkammer 14, die exzentrisch in dem von den Schlagwerk­ deckeln 11 und 12 begrenzten Zylinder des Schlagwerkes 5 vor­ gesehen ist. Die Abtriebswelle 13 durchsetzt diese Zylinder­ kammer 14 und ist in konventioneller Weise exzentrisch im Be­ zug auf die Achse dieser Zylinderkammer 14 angeordnet. Zur Bildung des Schlagwerkes ist in der Abtriebswelle 13 eine La­ melle 15 radial verschieblich untergebracht, die unter der Kraft von zwei Druckfedern 16 steht, welche die Lamelle 15 radial nach außen gegen die zylinderische Wand des Schlag­ werkdeckels 12 drückt.

Im übrigen ist die Abtriebswelle 13 mit Wälzlagern 17 und 18 im Gehäuse 3 drehbar gelagert, welches den zylinderischen Mantel des Schlagwerkdeckels 12 unter Bildung eines Ringspal­ tes 19 umgibt. Am vorderen Ende nimmt die Abtriebswelle 13 ein hier nicht zeichnerisch dargestelltes Werkzeug, bei­ spielsweise ein Spannfutter für Schraubwerkzeuge auf.

Die Zylinderkammer 14 ist durch die Lamelle 15 in an sich be­ kannter Weise in zwei nicht näher dargestellte Kammern unter­ teilt, wobei die Zylinderkammer 14 vollständig mit Druckme­ dium, vorzugsweise mit Drucköl, gefüllt ist.

Zum Starten des Impulsschraubers wird der Druckschalter 2 ge­ drückt, so daß Druckluft in die Druckluftkammer 7 und von dort über das geöffnete Absperrventil 9 zum Druckluftmotor gelangt, so daß dieser in bekannter Weise angetrieben wird. Die Motorwelle 8 des Druckluftmotors 3 treibt in Folge der drehfesten Lagerung die Schlagwerkdeckel 11, 12 an. Über das in der Zylinderkammer 14 befindliche Drucköl wird hierbei die Abtriebswelle 13 rotierend mitgenommen. Dadurch wird das am vorderen Ende des Abtriebwerkzeuges 13 aufgenommene Werkzeug gedreht, so daß eine Schraube oder Mutter in ein jeweiliges Bauteil geschraubt werden kann. Solange der Schraubenkopf oder die Mutter noch nicht aufliegen, drehen die Motorwelle 8 und die Abtriebswelle 13 gemeinsam. Sobald jedoch der Schrau­ benkopf bzw. die Mutter aufsitzt, wirkt eine Gegenkraft auf die Abtriebswelle 13, so daß es zum Anziehen der Schraube oder der Mutter nunmehr notwendig ist, daß mit der Abtriebs­ welle 13 ein Drehmoment auf die Schraube oder die Mutter auf­ gebracht wird. Da die Motorwelle 8 mit den Schlagwerkdeckeln 11 und 12 gegenüber der Abtriebswelle 13 drehbar gelagert ist, wird die Motorwelle 8 weiterhin drehbar angetrieben, so daß sich die Schlagwerkdeckel 11 und 12 relativ zur Abtriebs­ welle 13 drehen.

In Folge der exzentrischen Anordnung der Abtriebswelle 13 in der Zylinderkammer 14 und im Inneren der Zylinderkammer 14 in bekannter Weise vorgesehene Abdichtungen, ergibt sich die be­ reits zuvor beschriebene Aufteilung der Zylinderkammer 14 in zwei Arbeitskammern, die durch die Lamelle 15 und die Ab­ triebswelle 19 gegeneinander abgedichtet sind. Dadurch wird das Hydraulikmedium in einer der Arbeitskammern unter Druck gesetzt, da das Druckmedium nicht in die andere Arbeitskammer gelangen kann. Der sich hierbei aufbauende Druck wird auf den in der Zylinderkammer 14 befindlichen Teil der Abtriebswelle 13 übertragen, die dadurch in bekannter Weise ruckartig in Drehrichtung des Schlagwerkdeckels 12 gedreht wird. Sobald die oben genannten Dichtleisten überfahren werden, gelangt das Hydraulikmedium von der einen Arbeitskammer in die andere Arbeitskammer, wobei schließlich wiederum eine Dichtstellung erreicht wird, so daß in bekannter Weise die Abtriebswelle 13 impulsartig gedreht wird.

Da bei einem kontrollierten Festziehen der Schrauben oder der Muttern diese nur bis zu einem vorgegebenen Drehmoment ange­ zogen werden dürfen, muß der Schraubvorgang bei Erreichen dieses vorgegebenen Grenzdrehmoments abgebrochen werden.

Hierzu wird der in der Zylinderkammer 14 sich in der Dicht­ stellung der Abtriebswelle 13 aufbauende Druck zur Bestimmung des Abschaltzeitpunktes bei dem vorgegebenen Grenzdrehmoment herangezogen. Hierzu ist der Impulsschrauber mit einer Dreh­ momenteinstelleinrichtung 20 versehen, die durch eine Ein­ stellschraube 21 gebildet ist, die in eine koaxiale Gewinde­ bohrung der Abtriebswelle 13 geschraubt ist. Die Einstell­ schraube 21 läßt sich leicht von außen zur Einstellung des Abschaltzeitpunktes des Schraubers mit einem Schraubwerkzeug betätigen. Die Einstellschraube 21 erstreckt sich mit einem gewindefreien Abschnitt in eine zentrische die Abtriebswelle 13 durchsetzende Bohrung 22. In einer weiteren, von der Ge­ genseite in die Abtriebswelle 13 und die Motorwelle 8 einge­ brachten zentrischen Bohrung 24 befindet sich eine Stell­ stange 23, die mit einer Druckfeder 25, belastet über eine Kugel 26, auf einen Biegebalken 27 drückt. Die Druckfeder 25 dient dem Toleranzausgleich der Bohrungstiefe und zum Aus­ gleich des Luftdrucks, der aus der Druckluftkammer 7 auf die Stellstange 23 wirkt. Der in der Zylinderkammer 14 sich auf­ bauende Hydraulikdruck wirkt über die Bohrungen 22a, 22, 22b auf die Stellstange 23 und über die Kugel 26 auf den Biege­ balken 27 ein, der fest in einem hinteren und auf das Gehäuse 3 aufgesetzten Gehäuseteil 28 abgestützt ist. Dieser Biege­ balken 27 ist, wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, Bestand­ teil eines über einen Stift 29 am Gehäuseteil 28 festgelegten Ringes 30 und bildet hierbei einen radialen Schenkel dieses Ringes 30. Vorzugsweise auf der vom Schlagwerk 5 abgewandten Seite des Biegebalkens 27 ist ein Meßwertaufnehmer in der Art eines Dehnungsmeßstreifens 31 aufgenommen, insbesondere auf­ geklebt, dessen Signalleitung einem in einer Stopfbuchse 32 aufgenommenen Kabelbaum 33 zugeführt wird, der zu einem elek­ tronischen Schaltelement 34 führt. Einer der Meßwertaufnehmer nimmt Zug-, der andere Druckbeanspruchungen auf. Die Feder 25, die auch gegenüber einem anderen Bauteil des Impuls­ schraubers fest abgestützt sein kann, dient auch dazu, daß die Stange und Kugel stets in Verbindung mit dem Biegebalken behalten wird.

Ferner ist an dem vom Schlagwerk 5 entfernten Ende der Motor­ welle 8 unmittelbar benachbart des Biegebalkens 27 ein schei­ benartiges Zählrad 35 angeordnet und mit der Motorwelle dreh­ fest verbunden. Dieses Zählrad 35 wirkt mit einem im Gehäuse­ teil 28 an einem Flansch 36 fest aufgenommenen, stiftartigen Sensor 37 zusammen, der den Ringraum 38 des den Biegebalken 27 aufweisenden Ringes 30 durchgreift. Durch den damit gebil­ deten Drehwinkelgeber läßt sich der Drehwinkel der Schraube oder Mutter während des Einschraubvorganges bestimmen. Der Sensor 37 ist über eine Signalleitung 39 mit der Stopfbuchse 32 verbunden und wird dem Kabelbaum 33 zugeführt. Ersichtlich sind der Biegebalken 27 einschließlich des Befestigungsringes 30, der Sensor 37 und die Signalleitungen im hinteren Gehäu­ seteil 28 platzsparend und einfach zugänglich untergebracht, wobei auch beim Abnehmen des hinteren Gehäuseteils 28 ein be­ quemer Zugang zum Zählrad 35 möglich ist.

Das dem Impulsschlagwerk 5 zugewandte Ende der Stellstange 23, auf der sich die Druckfeder 25 abstützt, steht über be­ sagte Bohrungen in Druckmittelverbindung mit der Zylinderkam­ mer 14, so daß der sich in der Zylinderkammer 14 während des Schraubvorganges aufbauende Druck an der Stellstange 23 an­ liegt, die druckabhängig mehr oder weniger weit in Richtung auf den Biegebalken 27 gedrückt wird, wo der am vorderen Ende der Stellstange 23 anstehende Druck bzw. die auf den Biege­ balken 27 einwirkende Kraft als Biegemoment durch den Deh­ nungsmeßstreifen 31 aufgenommen wird. Diese druckabhängigen Biegemomente werden über die Leitung in den Kabelbaum 33 ge­ geben und über das Schaltelement 34 einer elektronischen Steuereinheit 40 zugeführt, wo das ermittelte Biegemoment mit einem vorgegebenen Grenzdrehmoment für die Schraubverbindung verglichen wird. Beim Erreichen des vorgegebenen Grenzdrehmo­ ments wird ein Signal über die Leitung 41 auf das Schaltele­ ment 34 gegeben, welches über eine Steuerleitung 42 ein elek­ tromagnetisches Steuerventil 43 betätigt, über welches die Druckluftzufuhr über die Leitung 44 zum Druckluftmotor 4 un­ terbrochen und der Impulsschrauber augenblicklich abgeschal­ tet wird.

Nach dem Abschalten des Druckluftmotors 4 steht die Abtriebs­ welle 13 augenblicklich still, so daß auch tatsächlich bei dem gewünschten Grenzdrehmoment das Schraubwerkzeug stillge­ setzt wird, so daß die anzuziehende Schraube oder Mutter nicht überdreht wird. Nach dem Abschalten erfolgt ein Druckabbau in der Zylinderkammer 14 sowie in der Druckluft­ kammer 7, so daß die die Abschaltung des Schraubers bewir­ kende Teile wieder in ihre Ausgangslage zurückgeschoben wer­ den. Die Druckfeder 10 schiebt hierbei das Absperrventil 9 wieder in seine Freigabestellung zurück. Der Schrauber ist damit bereit für einen nächsten Schraubgang.

Zugleich erfolgt über den Drehwinkelgeber 35, 37 eine Winkel­ zählung, so daß zur Steigerung der Sicherheit des korrekten Anziehens einer Schraubverbindung das Drehmoment und der Drehwinkel herangezogen werden können. Hierbei können Dreh­ winkel und Drehmoment zum Abschaltzeitpunkt mit einem durch ein maximales und minimales Drehmoment sowie bestimmten Dreh­ winkeln vorgegebenem Fenster verglichen werden, wobei die Schaltung ein Lichtsignal in einer bestimmten Farbe oder einen Signalton erzeugt, wenn der Abschaltzeitpunkt in dem derart definierten Fenster liegt.

Claims (9)

1. Hydro-Impulsschrauber insbesondere zum Anziehen von Schraubverbindungen, mit einem Druckluftmotor, einem dem Druckluftmotor nachgeschalteten Schlagwerk für den pulsartigen Antrieb einer Abtriebswelle für das Werk­ zeug und einer Abschalteinrichtung zum drehmomentab­ hängigen Unterbrechen der Druckluftzufuhr zum Druck­ luftmotor, welche ein in der Motorwelle des Druckluft­ motors gelagertes und in druckleitender Verbindung mit dem druckaufbauenden Zylinderraum des Schlagwerkes ste­ hendes Stellelement aufweist, über welches ein drehmo­ mentbezogenes Signal auf eine Abschalteinrichtung gege­ ben wird, welche bei Erreichen eines vorgegebenen Dreh­ momentgrenzwertes die Druckluftzufuhr zum Druckluftmo­ tor unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Stell­ element (23) auf einen Biegebalken (27) einwirkt, der mit mindestens einem vorzugsweise als Dehnungsmeßstrei­ fen (31) ausgebildeten Meßwertaufnehmer zur Ermittlung eines vom Pulsdruck in der Schlagwerkzylinderkammer (14) abhängigen Biegemoments versehen ist, welches in einer vorzugsweise elektronischen Auswerteeinrichtung (40) mit einem vorgegebenen Drehmomentgrenzwert vergli­ chen wird, bei dessen Erreichen die Abschalteinrichtung betätigt wird.

2. Impulsschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Biegebalken (27) als vorzugsweise ra­ dialer Schenkel eines im hinteren Gehäuseteil (28) des Druckluftmotors (4) feststehend angeordneten Ringes (30) ausgebildet ist, über den der Biegebalken (27) im hinteren Gehäuseteil (28) befestigt ist.

3. Impulsschrauber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Stellelement als Stellstange (23) ausgebildet ist, die in einer Bohrung der Abtriebswelle (13) des Schlagwerkes (5) und einer damit axial ausge­ richteten Bohrung (24) der Motorwelle (8) des Druck­ luftmotors (4) angeordnet ist und mit ihrem druckluft­ motorseitigen Ende auf den Biegebalken (27) einwirkt.

4. Impulsschrauber nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (23) auf den Biegebalken (27) unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers, insbesondere einer drehbar gelagerten Kugel (26) einwirkt.

5. Impulsschrauber nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (23) auf ihrem mit der Schlagwerkzylinderkammer (14) in druckleitender Verbindung stehenden Ende über eine Druckfeder (25) mit einer Einstellschraube (21) für die Drehmomenteinstellung verbunden ist.

6. Impulsschrauber nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Motorwelle (8) unmittelbar vor dem Biegebalken (27) ein scheiben­ förmiges Zählrad (35) eines Drehwinkelgebers für die Winkelzählung angeordnet ist, dessen stiftförmiger Sen­ sor (37) den Ringraum (38) des den Biegebalken (27) aufnehmenden Ringes (30) durchgreift.

7. Impulsschrauber nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkelge­ ber und der Biegebalken (27) im hinteren Gehäuseteil (28) des Impulsschraubers untergebracht sind, über wel­ ches auch die Signalleitungen (39) des Biegebalkens (27) und des Drehwinkelgebers zu einer elektronischen Steuereinheit (40) geführt werden.

8. Impulsschrauber nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (40) unmittelbar im Impulsschrauber oder extern angeordnet ist.

9. Impulsschrauber nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des Biegebalkens (27) ein Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist.