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(11) | EP 0 162 992 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Einarmiger Drehmomentschlüssel |
| (57) Bei einem Drehmomentschlüssel dient als Drehmomentfühler ein zwischen Handgriff (16)
und Schaft (10) angeordneter Kraftfühler (18). Ein Hebelsystem (26) sorgt dafür, daß
die an dem Kraftfühler (18) wirksame Kraft unabhängig von dem Angriffspunkt der auf
den Handgriff (16) ausgeübten Kraft stets dem ausgeübten Drehmoment proportional ist. |
[0001] Die Erfindung betrifft einen einarmigen Drehmomentschlüssel enthaltend
(a) einen Schaft, an dessen einem Ende ein Werkzeug zum Angriff an einem festzuziehenden Teil vorgesehen ist,
(b) einen Handgriff an dem anderen Ende des Schafts und
(c) einen Drehmomentfühler.
[0002] Durch einen Drehmomentschlüssel soll eine Schraube oder ein sonstiger Gewindeteil mit einem vorgegebenen Drehmoment angezogen werden. Es wird dadurch einerseits sichergestellt, daß die Schraube in definierter Weise und hinreichend fest angezogen ist. Andererseits wird verhindert, daß das Gewinde durch zu festes Anziehen der Schraube abreißt.
[0003] Die Messung des erzeugten Drehmoments erfolgt bei den bekannten Drehmomentschlüsseln durch die unterschiedlichsten Meßsysteme.
[0004] Bei einem bekannten Drehmomentschlüssel dient beispielsweise als Drehmoentfühler ein Biegestab, an dem der Handgriff sitzt und über den das Drehmoment auf ein an der Schraube angreifendes Werkzeug übertragen wird. Der Biegestab biegt sich in Abhängigkeit von dem übertragenen Drehmoment mehr oder weniger stark durch. An einen durch die Drehmoment-Ubertragung nicht belasteten, sich längs des Biegestabes ertreckenden Gehäuseteil ist eine Marke vorgesehen, die bei der Durchbiegung des Biegestabes über einer an dem. Biegestab angebrachten Skala spielt. An dieser Skala kann das aufgebrachte Drehmoment abgelesen werden.
[0005] Es sind weiterhin auf einem ähnlichen Prizip beruhende Drehmomentschlüssel bekannt, bei denen bei Erreichen eines bestimmten, voreinstellbaren Drehmoments ein Signal, z.B. in Form eines spürbaren Rucks oder eines Knackens, gegeben wird (Katalog D 89 der Eduard Wille GmbH & Co., 5600 Wuppertal - Cronenberg).
[0006] Bei den bekannten Drehmomentschlüsseln dient als MaB für das um die Drehachse der Schraube ausgeübte Drehmoment ein Hilfsdrehmoment, das um eine außerhalb dieser Drehachse liegende Achse wirkt. Dadurch wird die Drehmomentanzeige bzw. das Drehmoment, bei welchem das Signal gegeben wird, davon abhängig, wo der Benutzer an dem Drehmomentschlüssel angreift.
[0007] Durch den Biegestab und den Gehäuseteil wird der Schaft des Drehmomentschlüssels relativ dick und schwer, was die Handhabung erschwert. Das gilt insbesondere, wenn Schrauben an schwer zugänglichen Stellen festgezogen werden müssen.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einarmigen Drehmomentschlüssel zu schaffen, bei welchem der Schaft nur zur Übertragung des Drehmoments auf den Werkzeugkopf dient und dadurch leicht und handlich ausgebildet werden kann.
[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß
(d) der Drehmomentfühler ein zwischen Handgriff und Schaft angeordneter Kraftfühler ist.
[0010] Unter "Drehmomentfühler" soll hier eine Einrichtung verstanden werden, die entweder eine Anzeige des aufgebrachten Drehmoments liefert oder bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmoments ein Signal liefert. Ebenso soll der Ausdruck "Kraftfühler" jede Einrichtung umfassen, die auf die zwischen Handgriff und Schaft wirksame Kraft anspricht und entweder diese Kraft anzeigt oder bei Erreichen einer vorgegebenen Kraft ein Signal abgibt. Eine an einem vorgegebenen Hebelarm wirksame Kraft entspricht einem definierten Drehmoment.
[0011] Eine Unabhängigkeit der Anzeige oder Signalgabe von der Stelle, an welcher der Benutzer an dem Handgriff des Drehmomentschlüssels angreift, wird dadurch erreicht, daß der Kraftfühler von der über den Handgriff auf den Schaft zur Erzeugung eines Drehmoments ausgeübten Kraft derart über ein Hebelsystem beaufschlagt ist, daß die an dem Kraftfühler wirksame Kraft unabhängig von dem Angriffspunkt der auf den Handgriff ausgeübten Kraft dem ausgeübten Drehmoment proportional ist.
[0013] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips des Drehmomentschlüssels und zeigt einen messenden Drehmomentschlüssel, der eine Anzeige des ausgeübten Drehmoments liefert.
Fig. 2 zeigt in konstruktiver Darstellung einen Längsschnitt durch einen Drehmomentschlüssel, der bei Erreichen eines voreinstellbaren Drehmoments ein Signal liefert.
[0014] Der DrehMomentschlüssel nach Fig. 1 enthält einen Schaft 10, an dessen einem Ende ein Werkzeugkopf 12 vorgesehen ist. Der Werkzeugkopf 12 weist einen Vierkant 14 auf, auf den ein Steckschlüsseleinsatz aufgesetzt werden kann. Am anderen Ende des Schafts 10 sitzt ein Handgriff 16. Ein Drehmomentfühler wird von einem zwischen Handgriff 16 und Schaft 10 angeordneten Kraftfühler 18 gebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht der Kraftfühler 18 aus einem Biegeköper 20, der in eine Stirnfläche des Schaftes 10 eingespannt ist, und aus einer in dem Schaft 10 gehalterten, an dem Biegekörper 20 anliegenden Meßuhr 22. Von den Handgriff 16 wird die vom Benutzer auf den Drehmomentschlüssel ausgeübte Kraft in noch zu beschreibender Weise über eine Schneide 24 übertragen. Die kraftproportionale Durchbiegung des Biegekörpers 20 wird durch die Meßuhr 22 gemessen und als Maß für die Kraft und damit für das ausgeübte Drehmoment angezeigt.
[0015] Der Kraftfühler 18 ist von der über den Handgriff 16 auf den Schaft 10 zur Erzeugung eines Drehmoments ausgeübten Kraft derart Ober ein Hebelsystem 26 beaufschlagt, daß die an dem Kraftfühler 18 wirksame Kraft unabhängig von dem Angriffspunkt der auf den Handgriff 16 ausgeübten Kraft dem ausgeübten Drehmoment proportional ist. Zu diesem Zweck ist an dem Schaft 10 ein Arm 28 vorgesehen, der sich in das Innere des hohlen Handgriffs erstreckt. Der Arm 28 trägt im Abstand voneinander ein Gelenk 30 und eine Schneide 32, die Schwenkachsen 34 bzw. 36 für einen ersten zweiarmigen Hebel 38 und einen zweiten zweiarmigen Hebel 40 definieren. Die beiden Hebel 38 und 40 sind somit im Bereich des Handgriffs 16 an dem Schaft 10 gelagert. Die beiden Hebel 38 und 40 liegen mit je einem ersten Arm 42 bzw. 44 über eine an dem Hebel 40 angebrachte Schneide 4b aneinander an, und zwar liegt der Arm 44 mit der Schneide 46 von unten in Fig. 1 an dem Arm 42 des Hebels 38 an. Der Handgriff 16 ist an seinen beiden Enden auf den zweiten Armen 48 bzw. 50 abgestützt, und zwar von oben in Fig. 1.Bei dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 geschieht dies über Schneiden 52 bzw. 54. Der Kraftfühler 18 spricht auf die zwischen dem zweiten Arm 48 des Hebels 38 und dem Schaft 10 auftretende Kraft an. Zu diesem Zweck liegt die Schneide 24 des Biegekörpers 20 auf der Unterseite in Fig. 1 an dem Arm 48 des Hebels 38 an. Der Handgriff 16 liegt mit der Schneide 52 auf der entgegengesetzten Seite, d.h. oben in Fig. 1, und fluchtend mit der Schneide 24 an dem Arm 48 des Hebels 38 an. Der erste Hebel 38 weist an dem ersten Arm 48 zwischen einem durch die Schneide 52 bestimmten Auflagepunkt des Handgriffs 16 auf dem ersten Hebel 38 und der durch das Gelenk 30 bestimmte Schwenkachse 34 die gleiche Hebelarmlänge H3 auf wie zwischen der Schwenkachse 34 und dem durch die Schneide 46 bestimmten Anlagepunkt des zweiten Hebels 40. Die Hebelarmlänge H1. des Armes 50 des zweiten Hebels 40 zwischen dem durch die Schneide 54 bestimmten Auflagepunkt des Handgriffs 16 auf dem zweiten Hebel 40 und der durch die Schneide 32 bestimmten Schwenkachse 36 des zweiten Hebels 40 verhält sich zu der Hebelarmlänge H2 des ersten Armes 44 des zweiten Hebels 40 zwischen der Schwenkachse 36 und dem durch die Schneide 46 bestimmten Anlagepunkt des ersten Hebels 38 wie der Abstand LH + LG des Auflagepunktes des Handgriffs 16 auf dem zweiten Hebel 40 von dem Drehpunkt 56 des Drehmomentschlüssels zu dem Abstand LH des Auflagepunktes des Handgriffs 16 auf dem ersten Hebel 38.
[0016] Die beschriebene Anordnung wirkt wie folgt:
Eine Betätigungskraft PB wirkt im Abstand LH + LB (Fig. 1) von dem Drehpunkt 56 auf den Handgriff 16. Dabei
ist der Angriffspunkt der Betätigungskraft PB beliebig irgendwo auf der Länge LG des Handgriffs 16. Mit LH ist die Länge des Schaftes
10, gemessen vom Drehpunkt 56 aus bis zum Auflagepunkt des Handgriffs 16 auf dem Hebel
38 bezeichnet. Das Anziehdrehmoment ist daher
[0017] Dieses Anziehdrehmoment ist zu messen. Die MeBkraft PM, die auf den Kraftfühler 18 wirkt, setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, nämlich einer ersten Komponente, die unmittelbar von dem Handgriff 16 über die Schneide 52 auf den Biegekörper 20 übertragen wird. Diese Komponente ist
[0018] Die zweite Komponente wird über die Schneide 54 des Handgriffs 16 und das Hebelsystem 26 wirksam. Die Schneide 54 überträgt auf den zweiten Hebel 40 eine Kraft
[0019] Diese sucht den Hebel 40 im Uhrzeigersinn zu verschwenken. Der Arm 44 des Hebels 40 überträgt über die Schneide 46 auf den Arm 42 des Hebels 38 eine nach oben gerichtete Kraft, die wegen der unterschiedlichen Hebelarmlängen H1 und H2
[0020] wird. Der Hebel 38 mit gleichen Hebelarmlängen H3 dient nur der Kraftrichtungsumkehr. Er übt mit dem Arm 48 eine zusätzliche nach unten gerichtete Kraft mit dem vorstehend genannten Betrag auf den Kraftfühler 18 aus.
[0024] Die Meßkraft Pm ist also mit dem konstanten und bekannten Proportionalitätsfaktor LH stets proportional dem Anziehdrehmoment,gleichgültig an welcher Stelle (mit welchem LB) der Benutzer eine Kraft auf den Handgriff 16 ausübt. Es erfolgt so stets eine von systematischen Fehlern freie Messung des Anziehdrehmoments M. Der Schaft 10 kann ein einfaches starres Teil sein, wodurch der Drehmomentschlüssel schlanker und leichter ausgeführt werden kann.
[0026] Ein Schaft 60 trägt an einem Ende einen Werkzeugkopf 62 ähnlich dem Werkzeugkopf 12 in Fig. 1 und am anderen Ende einen Handgriff 64. Zum Aufbringen des Drehmoments wird ein Druck von oben in Fig. 2 auf den Handgriff 64 ausgeübt. Der Schaft 60 weist einen in den Handgriff 64 ragenden Ansatz 66 auf, der in seiner Funktion dem Arm 28 von Fig. 1 entspricht. In dem Ansatz 66 sitzen Lagerbolzen 68 und 70 entsprechend dem Gelenk 30 bzw. der Schneide 32 von Fig. 1. Auf den Lagerbolzen 68 und 70 sind zweiarmige Hebel 72 bzw. 74 gelagert. Die beiden Hebel 72 und 74 liegen bei 76 mit Anschlagflächen aneinander an. In dem Handgriff 64 sitzt ein Bolzen 78, der an einer Anschlagfläche am äußersten Ende des Hebels 74 anliegt. Der Bolzen 78 entspricht in seiner Funktion der Schneide 54 von Fig. 1. An dem Handgriff 64 ist ein weiterer Bolzen 80 vorgesehen, entsprechend der Schneide 52 von Fig. 1. Dieser Bolzen 80 erstreckt sich mit ausreichendem Spiel durch einen Durchbruch 82 des Ansatzes 66. Außerdem ist der Handgriff 64 mit diesem Bolzen 80 schwenkbar an dem Ende des Hebels 72 gelagert. Weiter auf dem Bolzen 80 gelagert ist ein Kippkörper 84 mit einer Nase 86. Die Nase ist mit einer Planfläche an einem L-förmigen Ausschnitt eines Schiebers 88 abgestützt, der in dem Ansatz 66 längsverschieblich geführt ist. Der Schieber 88 steht unter dem Einfluß einer vorgespannten Feder 90, die sich an einem Widerlager 92 abstützt und den Schieber 88 nach links in Fig. 2 zu drücken sucht. Das Widerlager 92 ist durch eine Führung 94 geradgeführt und sitzt als Mutter auf einer Gewindespindel 96. Die Gewindespindel 96 ist mit einem Schraubendreher durch einen Durchbruch 98 des Handgriffs 64 hindurch verstellbar. Dadurch kann das Widerlager 92 in Längsrichtung verstellt und die Vorspannung der Feder 90 verändert werden. Die Führung 94 ist mit einer Skala 100 versehen, über der ein mit dem Widerlager 92 verbundener Zeiger beweglich ist.
[0027] Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
Durch die Hebel 72 und 74, deren Hebelarmlängen denen von Fig. 1 entsprechen, wird wie bei der Ausführung nach Fig. 1 erreicht, daß die auf den Bolzen 80 nach unten in Fig. 2 wirkende Meßkraft PM proportional dem ausgeübten Anziehdrehmoment ist unabhängig davon, wo der Benutzer an dem Handgriff 64 angreift. Als "Kraftfühler" 102 dient der Kippkörper 84 in Verbindung mit dem federbelasteten Schieber 88. Im Ruhezustand wird der Kippkörper 84 von der Feder 90 in der dargestellten Lage gehalten. Wenn die Meßkraft Pm einen vorgegebenen Wert überschreitet, überwindet wie bei einem Kniehebel die in Längsrichtung wirksame Kraftkomponente die Vorspannung der Feder 90. Der Schieber 88 wird ruckartig nach rechts in Fig. 2 bewegt, der Bolzen 80 bewegt sich nach unten, und der Kippkörper 84 wird entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Gleichzeitig mit dem Bolzen 80 bewegt sich infolge der Hebelanordnung auch der Bolzen 78 nach unten. Der Handgriff 64 führt dabei eine vom Benutzer deutlich spürbare ruckartige Bewegung aus, die schlagartig beim Auftreffen der oberen Handgriffinnenfläche auf die Oberkante des Ansatzes 66 endet. Der Kippkörper 84 ist dabei soweit geschwenkt, daß die wirksame Kraftkomponente nicht ganz die Totpunktlage des Kniehebels erreicht und daher nach Entlastung des Handgriffs alle bewegten Teile selbsttätig wieder in ihre Ausgangsposition zurückgehen. Die ruckartige Bewegung des Handgriffs verbunden mit dem Aufschlaggeräusch stellen ein Signal dar, welches anzeigt, daß ein bestimmtes Anziehdrehmoment erreicht ist. Die Größe des Drehmoments, bei der die Signalgabe erfolgt, ist mittels der Stellspindel 96 anhand der Skala 100 einstellbar.
(a) einen Schaft(10,60), an dessen einem Ende ein Werkzeug (12,62) zum Angriff an einem festzuziehenden Teil vorgesehen ist,
(b) einen Handgriff (16,64) an dem anderen Ende des Schafts (10,60) und
(c) einen Drehmomentfühler,
dadurch gekennzeichnet, daß
(d) der Drehmomentfühler ein zwischen Handgriff (16,64) und Schaft (10,60) angeordneter Kraftfühler (18; 102) ist.
(a) das Hebelsystem (26) einen ersten und einen zweiten zweiarmigen Hebel (38,40) aufweist, die im Bereich des Handgriffs (16) an dem Schaft (10) gelagert sind und mit je einem ersten Arm (42,44) aneinander anliegen,
(b) der Handgriff (16) an seinen Enden auf den zweiten Armen (48,50) der beiden Hebel (38,40) abgestützt ist und
(c) der Kraftfühler (18) auf die zwischen dem zweiten Arm (48) eines Hebels (38) und dem Schaft (10) auftretende Kraft anspricht.
(a) der erste Hebel (38) zwischen einem Auflagepunkt des Handgriffs (16) auf dem ersten Hebel (38) und der Schwenkachse (34) des ersten Hebels (38) bzw. der Schwenkachse (34) und dem Anlagepunkt des zweiten Hebels (40) gleiche Hebelarmlängen (H3) aufweist,
(b) die Hebelarmlängen (H1, H2') des zweiten Hebels (40) zwischen dem Auflagepunkt des Handgriffs (16) auf dem zweiten Hebel (40) und der Schwenkachse (36)und zwischen der Schwenkachse (36) und dem Anlagepunkt des ersten Hebels (38) sich verhalten wie die Abstände (LH+LG bzw. LH) der Auflagepunkte des Handgriffs (16) auf dem zweiten Hebel (40) bzw. auf dem ersten Hebel (38) von dem Drehpunkt (56) des Drehmomentschlüssels.
(a) der Auflagepunkt des Handgriffs (64) auf dem ersten Hebel (72) durch einen Bolzen (80) bestimmt ist, der in dem Handgriff (64) gelagert und durch eine Bohrung des ersten Hebels (72) geführt ist, und
(b) der Kraftfühler (102) einen Kippkörper (84) aufweist, der auf dem Bolzen (80) schwenkbar gelagert ist und an einem Schieber (88) abgestützt ist, der in Längsrichtung des Schafts (60) verschiebbar geführt und durch eine vorgespannte Feder (90) belastet ist.
(a) einen Schaft (10,60) an dessen einem Ende ein Werkzeugkopf (12,62) für ein Werkzeug vorgesehen ist,
(b) ein Kraftfühler (18,102) an dem anderen Ende des Schafts (10,60) und
(c) einen Handgriff (16,64), der an dem anderen Ende des Schafts (10,60) an zwei Stellen auf einem Hebelsystem (26,72,74) mit zwei an dem Schaft schwenkbar gelagerten Hebeln (38,40) gelagert ist, über das an dem Kraftfühler (18,102) eine vom Kraftangriffspunkt am Handgriff unabhängige, nur von dem um den Drehpunkt des Werkzeugs ausgeübten Drehmoment abhängige Kraft ausübbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
(d) die beiden Hebel (38,40;72,74) des Hebelsystems (26) zweiarmige Hebel sind und mit je einem ersten Arm (42,44) aneinander anliegen,
(e) der Handgriff (16;64) an seinen Enden auf den zweiten Armen (48,50) der beiden Hebel (38, 40; 72, 74) abgestützt ist und
(f) der Kraftfühler (18;102) auf die zwischen dem zweiten Arm (48) eines Hebels (38;72) und den Schaft (10;60) auftretende Kraft anspricht.
(a) der erste Hebel (38) zwischen einem Auflagepunkt des Handgriffs (16) auf dem ersten Hebel (38) und der Schwenkachse (34) des ersten Hebels (38) bzw. der Schwenkachse (34) und dem Anlagepunkt des zweiten Hebels (40) gleiche Hebelarmlängen (H3) aufweist,
(b) die Hebelarmlängen (Hl,H2) des zweiten Hebels (40) zwischen dem Auflagepunkt des Handgriffs (16) auf dem zweiten Hebel (40) und der Schwenkachse (36) und zwischen der Schwenkachse (36) und dem Anlagepunkt des ersten Hebels (38) sich verhalten wie die Abstände (LH+LG bzw. LH) der Auflagepunkte des Handgriffs (16) auf dem zweiten Hebel (40) bzw. auf dem ersten Hebel (38) von dem Drehpunkt (56) des Drehmomentschlüssels.
(a) der Auflagepunkt des Handgriffs (64) auf dem ersten Hebel (72) durch einen Bolzen (80) bestimmt ist, der in dem Handgriff (64) gelagert und durch eine Bohrung des ersten Hebels (72) geführt ist, und
(b) der Kraftfühler (102) einen Kippkörper (84) aufweist, der auf dem Bolzen (80) schwenkbar gelagert ist und an einem Schieber (88) abgestützt ist, der in Längsrichtung des Schafts (60) verschiebbar geführt und durch eine vorgespannte Feder (90) belastet ist.