Schrauber

Abstract

 Der Schrauber hat einen Antriebsmotor (1), dessen Antriebswelle (8) über ein Getriebe(2) mit einer Abtriebswelle (3a) antriebsverbunden ist. In einem Gehäuse des Schraubers ist zur Messung von Kennungsgrößen beim Schraubvorgang ein Meßwertaufnehmer (8) unter gebracht, dessen Signale über einen Übertrager (10i auf eine Meß- bsw. Steuerelektronik übertragen werden. Der Meßwertaufnehmer und der Ubertrager (10) sind im Bereich der Abtriebswelle (3a) vorgesehen. Der Übertrager (10) weist einen drehfest mit der Abtnebswelle (3a! verbundenen Übertragungskörper (12) auf. der mit einem Schleifring (14) für einen Fühler (15) versehen ist. Dieser ist mit der Meß- bzw. Steuerelektronik lei- tun^gsverbunden. Da der Meßwertaufnehmer (8) im Bereich der Abtnebswelle (3a) angeordnet ist, haben das Getriebe (2) und das auftretenden Reibungsverhältnisse keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schrauber nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Es sind Schrauber bekannt (DE-AS 24 23 300, DE-OS 31 27 753), die Winkelgetriebe als Abtrieb oder nachgeordnete Stirnradgetriebe aufweisen. Die Meßwertaufnehmer dienen zur Messung des Drehmomentes und/oder des Drehwinkels während des Schraubvorganges. Sobald der erforderliche Drehwinkel bzw. das notwendige Drehmoment erreicht ist, wird von der Meß-bzw. Steuerelektronik ein Signal, in der Regel ein Abschaltsignal, erzeugt, so daß der Schraubvorgang beendet wird.

[0003] Bei den bekannten Schraubern sind die Meßwertaufnehmer und der Übertrager im Bereich der Antriebswelle vorgesehen. Dadurch kann beispielsweise ein auf eine Schraube aufgebrachtes Drehmoment nur indirekt gemessen werden. Zwischen dem mit der Schraube in Eingriff befindlichen Schraubwerkzeug und der Antriebswelle befindet sich nämlich das Winkelgetriebe bzw. das Stirnradgetriebe. Diese übersetzungsgetriebe und vor allem die auftretenden Reibungsverhältnisse und der damit zusammenhängende Getriebewirkungsgrad beeinträchtigen die Meßgenauigkeit. Bei Sicherheitsverschraubungen werden die Schrauben bis in die Streckgrenze hinein angezogen. Der Schrauber muß hierbei jedoch zuverlässig bei Erreichen der Streckgrenze abschalten, damit die Schraube nicht unzulässig gedehnt wird. Mit den bekannten Schraubern, bei denen die Meßwertaufnehmer im Antriebsbereich bzw. auf der Antriebswelle angeordnet sind, ist diese Forderung nicht zu erfüllen.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Schrauber so auszubilden, daß die Meßwertaufnehmer für das Drehmoment und/oder den Drehwinkel ohne Vergröße - rung der Außenabmessungen des Schraubergehäuses so angeordnet werden können, daß der Getriebeeinfluß und die Reibungsverhältnisse bei der Messung ausgeschaltet sind.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

[0006] Der Meßwertaufnehmer und der Übertrager des erfindungsgemäßen Schraubers werden im Abtriebsbereich innerhalb des Schraubergehäuses angeordnet. Der Meßwertaufnehmer befindet sich daher im Bereich ces Abtriebsteiles, so daß der Einfluß des Getriebes und der auftretenden Reibungsverhältnisse bei der Messung während des Schraubvorganges keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit haben. Mit dem erfindungsgemäßen Schrauber können die zu verschraubenden Teile zuverlässig bis in die Streckgrenze angezogen werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß diese überdehnt werden. Die Meßwerte werden infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung direkt unter Umgehung des Übersetzungsgetriebes ermittelt und auf die Steuerelektronik übertragen. Der übertragungskörper , der die vor Meßwertaufnehmer ermittelten Meßwerte auf die Meß-bzw. Steuerelektronik überträgt, ist drehfest mit der Abtriebswelle verbunden und dreht mit dieser. An seinem Schleifring liegt der Fühler an, mit dem die Meßsignale nach außen zur Meß-bzw. Steuerelektronik geführt werden. Der Übertrager befindet sich an einer leicht zugänglichen Stelle innerhalb des Getriebegehäuses.

[0007] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

[0008] Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen stationären, erfindungsgemäßen Schrauber mit angeflanschtem Stirnradgetriebe,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung und in einem Teilschnitt das Stirnradgetriebe des erfindungsgemäßen Schraubers gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Schrauber mit einem Winkelgetriebe,

Fig. C in vergrößerter Darstellung und in einem Teilschnitt das Winkelgetriebe des erfindungsgemäßen Schraubers gemäß Fig. 5 mit integriertem Drehmomentaufnehmer und Drehwinkelgeber,

Fig. 7 in einem Teilschnitt eine weitere Ausführungsform eines Winkelgetriebes mit einem Druckaufnehmer zur indirekten Drehmomentmessung.

[0009] Der Schrauber gemäß den Fig. 1 bis 4 hat einen geraden Motorteil 1 mit einem Motor und einem Planetengetriebe. Am Motorteil 1 ist in bekannter Weise das Gehäuse eines Stirnradgetriebes 2 angeordnet. Es hat ein Antriebsritzel und ein Abtriebszahnrad 3, das auf einer Abtriebswelle 3a sitzt. Sie ist im Getriebegehäuse 4 von zwei mit Abstand voneinander angeordneten Lagern 5 und 6 abgestützt. Im Bereich zwischen dem Abtriebszahnrad 3 und dem Lager 6 ist die Abtriebswelle 3a mit einem Torsionsteil 7 versehen, der durch einen im Durchmesser verringerten Abschnitt der Abtriebswelle gebildet wird. Auf dem Torsionsteil 7 sind in bekannter Weise als Signalgeber für das auf eine Schraube aufgebrachte Drehmoment Dehnungsmeßstreifen 8 als Meßwertaufnehmer aufgeklebt.

[0010] Das bei Aufbringen eines Drehmomentes auf eine Schraube durch die Dehnungsmeßstreifen 8 erzeugte Signal wird über Verbindungsleitungen 9 einem Übertrager 10 zugeführt. Die Verbindungsleitungen 9 verlaufen durch eine Bohrung 11 in der Abtriebswelle 3a zum Übertrager 10. Die Bohrung 11 kann zentrisch oder exzentrisch in der Abtriebswelle 3a vorgesehen sein. Der Übertrager 10 ist am oberen Ende der Abtriebswelle 3a angeordnet und hat einen zapfenförmigen übertragungskörper 12, der drehfest in der Bohrung 11 sitzt. Die Verbindungsleitungen 9 sind mit Lötfahnen 13 des Ubertragungskörpers 12 verbunden, der an seinem über die Abtriebswelle 3a ragenden Ende mit einer der Zahl der Verbindungsleitungen 9 entsprechenden Zahl von Schleifringen 14 versehen ist. An ihnen liegen Fühler 15 eines Bürstenblockes 16 an, von dem aus die Meßsignale in einem mehradrigen Kabel 17 nach außen zur (nicht dargestellten) Meß-oder Steuerelektronik geführt werden.

[0011] Beim Schraubvorgang wird der Torsionsteil 7 durch die Reaktionskraft der Schraube tordiert. Die Größe der Torsion ist ein Maß des aufgebrachten Drehmomentes und wird von den Dehnungsmeßstreifen 8 in entsprechende Signale umgesetzt, die von der Meß-bzw. Steuerelektronik ausgewertet werden.

[0012] In ähnlicher Weise wie die Drehmomentsignale werden beispielsweise auch über einen an der Abtriebswelle 3a angeordneten Drehwinkelgeber 18 die Umdrehungen der Abtriebsspindel überwacht. Der Drehwinkelgeber 18, der beispielsweise ein Feldplattenfühler sein kann, wird ebenfalls auf die Abtriebswelle 3a aufgeklebt. Im Ausführungsbeispiel befindet sich der Drehwinkelgeber 18 im Bereich außerhalb des Torsionsteiles 7. Im Bereich des Drehwinkelgebers 18 ist die Abtriebswelle 3a von einem an der Innenseite des Getriebegehäuses 4 befestigten scheibenförmigen Magnetkern 19 umgeben, dessen dem Drehwinkelgeber 18 zugewandte Wirkfläche 20 (Fig. 4) spiralförmig ausgebildet ist. Dadurch ändert sich beim Drehen der Abtriebswelle 3a der Abstand zwischen dem Drehwinkelgeber 18 und der Wirkfläche 20. Die Ausgangsspannung des Drehwinkelgebers 18 ändert sich entsprechend diesem Abstand, wodurch eine genaue Ermittlung des augenblicklich zurückgelegten Drehwinkels ermöglicht wird. Die das Drehwinkelsignal vom Drehwinkelgeber 18 abführenden elektrischen Leitungen 35 sind ebenfalls durch die Bohrung 11 der Abtriebswelle 3a geführt.

[0013] Zur Führung und Lagerung der Abtriebswelle 3a sind die beiden Lager 5, 6 vorgesehen. Das Lager 5 ist in Axialrichtung fixiert. Auf seiner dem Lager 6 zugewandten Seite liegt das Lager 5 an einer nach innen ragenden Schulter 21 des Getriebegehäuses 4 an. Auf der anderen Seite ist das Lager 5 durch eine Mutter 22 axial gesichert, die in eine Gewindebohrung 23 des Getriebegehäuses 4 geschraubt und mit der das Lager 5 gegen die Schulter 21 gedrückt wird. Die Mutter 22 ist als Hutmutter ausgebildet, innerhalb der eine weitere Mutter 24 liegt, die auf ein mit Gewinde versehenes axiales Ansatzstück 25 der Abtriebswelle 3a geschraubt ist und sich am Innenring 26 des Lagers 5 abstützt. Dadurch ist die Abtriebswelle 3a axial fixiert. Der Bürstenblock 16 ist auf der Mutter 22 befestigt. Für das Kabel 17 ist eine Zugentlastungseinrichtung 27 vorgesehen, die ebenfalls auf der Mutter 22 lösbar befestigt ist. Das Kabel 17 ist in bekannter Weise nach außen aus dem Getriebegehäuse 4 geführt.

[0014] Bei dieser Ausführungsform sind die Dehnungsmeßstreifen 8 und der Drehwinkelgeber 18 auf der Abtriebswelle 3a angeordnet. Da an der Abtriebswelle 3a das entsprechende Schraubwerkzeug 28 (Fig. 1) befestigt ist, können während des Schraubvorganges die entsprechenden Drehmomente und Drehwinkel direkt gemessen und auf die Steuerelektronik übertragen werden. Zwischen dem Schraubwerkzeug 28 und den Dehnungsmeßstreifen 8 sowie dem Drehwinkelgeber 18 liegt kein zwischengeschaltetes Getriebe, das die Meßgenauigkeit beeinträchtigen könnte. Der Übertrager 10 ist leicht zugänglich, da er an der Stirnseite der Abtriebswelle 3a direkt unterhalb eines lösbaren Deckels 29 des Getriebegehäuses 4 untergebracht ist.

[0015] Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schraubers., An dem geraden Motorteil 1' ist als Untersetzungsgetriebe ein Winkelgetriebe 30 vorgesehen. Als Winkelgetriebe ist ein Kegelradgetriebe vorgesehen, von dem in Fig. 6 das eine Kegelrad 31 dargestellt ist. Es sitzt ebenfalls auf der Abtriebswelle 3a', die mit Radiallagern 32 und 33 sowie einem Axiallager 34 im Getriebegehäuse 4' drehbar abgestützt ist. Das Axiallager 34 befindet sich im Bereich unterhalb des Kegelrades 31, das auf dem Axiallager abgestützt ist. Die Abtriebswelle 3a' hat den im Durchmesser verringerten Torsionsteil 7', auf dem die Dehnungsmeßstreifen 8' befestigt sind. Die Versorgungsleitungen 9' sind entsprechend der vorherigen Ausführungsform durch die Bohrung 11' in der Abtriebswelle 3a' zum Übertrager 10' geführt, der in gleicher Weise ausgebildet ist wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Unmittelbar im Anschluß an das Radiallager 33 auf der dem Torsionsteil 7' zugewandten Seite ist der Drehwinkelgeber 18' vorgesehen, der vom Magnetkern 19' umgeben ist, der an der Innenseite des Gehäuses 4' befestigt ist. Leitungen 35', die das Drehwinkelsignal vom Drehwinkelgeber 18' abführen, sind durch die Bohrung 11' geführt.

[0016] Der übertrager 10' ist in einer Vertiefung 36 des Getriebegehäuses 4' untergebracht, die durch den Deckel 29' verschließbar ist. Der Bürstenblock 16' sitzt auf einer nach innen ragenden Schulter 37 des Gehäuses 4'. Der übertragunskörper 12' mit den Schleifringen 14' sowie die Fühler 15' sind gleich ausgebildet wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Die Zugentlastungseinrichtung 27' ist auf dem Deckel 29' befestigt. Der in der Bohrung 11' befestigte übertragungskörper 12' rotiert zusammen mit der Abtriebswelle 3a' und dem Kegelrad 31, während der Bürstenblock 16' mit dem Kabel 17' stillsteht. Die Lager 32 bis 34 sind axial innerhalb des Gehäuses 4'gesichert. An dem vom Übertrager 10' abgewandten Ende ist die Abtriebswelle 3a' mit einem Anschlußteil 38 für das jeweilige Schraubwerkzeug versehen.

[0017] Bei dieser Ausführungsform, die einen vorwiegend handgehaltenen Schrauber zeigt, können die Messungen des Drehmomentes und des Drehwinkels wiederum ohne Beeinträchtigung durch das Winkelgetriebe durchgeführt werden, so daß die zu verschraubenden Teile zuverlässig beispielsweise bis in die Streckgrenze gebracht werden können.

[0018] Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform eines Schraubers, bei dem für die Messung des Drehmomentes ein Kraftaufnehmer 39 vorgesehen ist, dessen Meßsignale über die Verbindungsleitungen 9'' in der beschriebenen Weise durch die Bohrung 11'' der Abtriebswelle 3a'' geführt werden. Das Drehmoment am Abtrieb wird bei dieser Ausführungsform indirekt gemessen. Diese Ausführungsform ist ähnlich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß den Fig. 5 und 6. Das Untersetzungsgetriebe ist wiederum ein Kegelradgetriebe, von dem lediglich das Kegelrad 31'' dargestellt ist. Die Abtriebswelle 3a'' wird durch zwei aneinanderliegende Radiallager 32'', 33'' und ein Axiallager 34'' nahe dem Anschlußstück 38'' innerhalb des Getriebegehäuses 4'' drehbar abgestützt. Das Kegelrad 31'' sitzt auf einer Schulter 40 der Abtriebswelle 3a'' und ist durch einen Sicherungsring 41 axial gesichert, der zwischen dem Kegelrad und einer weiteren Schulter 42 an der Innenseite des Getriebegehäuses 4'' liegt. Außerdem ist der Sicherungsring 41 durch eine Federscheibe 43 gesichert, die in eine Ringnut 44 der Abtriebswelle 3a'' eingreift. Der Übertrager 10'' ist gleich ausgebildet wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6.

[0019] Bei der Drehmomentübertragung auf das Abtriebskegelrad 31'' entstehen axial wirkende Kraftkomponenten der Umfangskraft. Diese Kraftkomponenten stehen in einem bestimmten Verhältnis zum übertragenden Drehmoment und können somit auch zur Drehmomentmessung herangezogen werden. Die Axialkraftkomponente des Kegelrades 31'' wird über die Schulter 40 auf die Abtriebswelle 3a'' übertragen. Diese wiederum stützt sich über eine weitere Schulter 45 auf dem Kraftaufnehmer 39 ab, der seinerseits auf dem Axiallager 34'' aufliegt. Die Größe der Axialkraftkomponente und damit das übertragene Drehmoment werden vom Kraftaufnehmer gemessen und über die Verbindungsleitungen 9'' dem Übertrager 10'' übermittelt, von dem aus über das Kabel 17'' die Signale der Meß-oder Steuerelektronik zugeführt werden.

[0020] Der als Kraftaufnehmer ausgebildete Meßwertaufnehmer 39 ist ringförmig ausgebildet und sitzt auf der Abtriebswelle 3a''.

[0021] Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 6 wird das Drehmoment mittels Dehnungsmeßstreifen als Meßwertaufnehmer gemessen. Anstelle solcher Dehnungsmeßstreifen können auch Piezo-Meßelemente eingesetzt werden. Es kommen auch induktive Meßwertaufnehmer oder Permeabilitätsmessungen in Frage, die an der durch Verdrehen belasteten Mantelfläche der Abtriebswelle vorgenommen werden.

[0022] Bei sämtlichen Ausführungsformen sind die Schleifringe 14, 14', 14'' an den Berührungsstellen mit den Fühlern 15, 15', 15'' mit Nuten, Hohlkehlen oder dergleichen versehen, um eine ungestörte Meßwertübertragung auch bei axialen Stößen oder kleinen Verschiebungen der Abtriebswelle 3a, 3a', 3a'' zu gewährleisten.

Ansprüche

1. Schrauber mit einem Antriebsmotor, dessen Antriebswelle über ein Getriebe mit einer Abtriebswelle antriebsverbunden ist, mit der ein Schraubwerkzeug antreibbar ist, und mit wenigstens einem in einem Gehäuse untergebrachten, zur Messung von Kennungsgrößen beim Schraubvorgang, insbesondere zur Messung des Drehmomentes und/oder des Drehwinkels, dienenden Meßwertaufnehmer, dessen Signale über mindestens einen Übertrager auf eine Meß-bzw. Steuerelektronik übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßwertaufnehmer (8, 8', 39; 18, 18') und der Übertrager (10, 10', 10'') im Bereich der Abtriebswelle (3a, 3a', 3a'') vorgesehen sind, und daß der Übertrager mindestens einen drehfest mit der Abtriebswelle verbundenen Übertragungskörper (12, 12') aufweist, der mit wenigstens einem Schleifring (14, 14', 14'') für mindestens einen Fühler (15, 15', 15'') versehen ist, der mit der Meß-bzw. Steuerelektronik leitungsverbunden ist.

2. Schrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungskörper (12, 12') in einer Axialbohrung (11, 11', 11'') der Abtriebswelle (3a, 3a', 3a") sitzt, durch die Verbindungsleitungen (9, 9', 9''; 35, 35') vom Meßwertaufnehmer (8, 8', 39; 18, 18') zum Übertragungskörper geführt sind.

3. Schrauber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer (8, 8', 39; 18, 18') auf der Abtriebswelle (3a, 3a', 3a'') befestigt ist.

4. Schrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (15, 15', 15'') Teil eines Bürstenblockes (16, 16') ist, der im Gehäuse (4, 4', 4") drehfest angeordnet ist.

5. Schrauber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eürstenblock (16) auf einer Abdeckmutter (22) sitzt, die das freie Ende der Abtriebswelle (3a) abdeckt und in eine Gewindebohrung (23) des Gehäuses (4) geschraubt ist.

6. Schrauber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (10, 10', 10'') in einer durch einen Deckel (29, 29') verschließbaren Aufnahme (36) des Gehäuses (4, 4', 4'') untergebracht ist.

7. Schrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (3a) durch mindestens zwei Lager (5, 6) im Gehäuse (4) drehbar abgestützt ist, von denen das eine Lager (5) zwischen einer innenseitigen Schulter (26) des Gehäuses (4) und der Abdeckmutter (22) eingespannt ist.

8. Schrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf das freie Ende (25) der Abtriebswelle (3a) eine Mutter (24) geschraubt ist, die sich am Innenring (26) des einen Lagers (5) abstützt.

9. Schrauber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (24) von der Abdeckmutter (22) überdeckt ist.

10. Schrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Kegelradgetriebe ist, und daß als Meßwertaufnehmer (39) ein Kraftaufnehmer vorgesehen ist, auf dem die Abtriebswelle (3a") mit einer Schulter (45) abgestützt ist.

11. Schrauber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer (39) auf einem Axiallager (34") abgestützt ist.

12. Schrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifring (14, 14', 14") an der Berührungsstelle mit dem Fühler (15, 15', 15") mit einer Ringnut versehen ist.

Zeichnung