Hydro-Impulsschrauber insbesondere zum Anziehen von Schraubverbindungen

Abstract

 Bei einem Hydro-Impulsschrauber zum Anziehen von Schraubverbindungen, mit einem Druckluftmotor, einem dem Druckluftmotor nachgeschalteten Impulseinheit für den pulsartigen Antrieb einer Abtriebswelle für das Werkzeug und einer Abschalteinrichtung zum drehmomentabhängigen Unterbrechen der Druckluftzufuhr zum Druckluftmotor, welche ein in der Motorwelle des Druckluftmotors gelagertes und in druckleitender Verbindung mit dem druckaufbauenden Zylinderraum der Impulseinheit stehendes Stellelement aufweist, über welches ein drehmomentbezogenes Signal auf eine Abschalteinrichtung gegeben wird, welche bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmomentgrenzwertes die Druckluftzufuhr zum Druckluftmotor unterbricht, wirkt das Stellelement auf einen Biegebalken ein, der mit mindestens einem, vorzugsweise zwei als Dehnungsmeßstreifen ausgebildeten Meßwertaufnehmern zur Ermittlung eines vom Pulsdruck in der Zylinderkammer der Impulseinheit abhängigen Biegemoments versehen ist, welches in einer vorzugsweise elektronischen Auswerteeinrichtung mit einem vorgegebenen Drehmomentgrenzwert verglichen wird, bei dessen Erreichen die Abschalteinrichtung betätigt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hydro-Impulsschrauber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Derartige, häufig als Handwerkzeuge ausgebildete Impulsschrauber werden in unterschiedlichsten Konstruktionen sehr umfangreich insbesondere für das Anziehen von Schraubverbindungen verwendet. Um eine den zu erwartenden Belastungen standhaltende Schraubverbindung zu gewahrleisten, ist es hierbei unabdinglich, daß die Schraubverbindungen bis zu einem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen werden. Ein nicht ausreichendes Anziehen könnte ein Lockern der Schraubverbindung mit einer entsprechenden Gefahr der Beschädigung der Bauteile und Unfällen mit sich bringen, ein Anziehen der Schraubverbindung über das vorgegebene Grenzdrehmoment hinaus, wirkt das Risiko einer Beschädigung der Schraubverbindung insich.

[0003] 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 abtreibenden Motorwelle des Druckluftmotors ein aus einer Mehrzahl von Strebebauteilen gebildetes Torsionselement vorzusehen und an jedem der mehreren Strebebauteile einen Dehnungsmesser anzuordnen, der Teil einer Wheatston



schen Brückenschaltung 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 Verdrehung proportional zu dem Reaktionsdrehmoment ist. Dieses Reaktionsdrehmoment ist im wesentlichen gleich und entgegengesetzt zu dem Drehmoment, mit welchem die Schraube beaufschlagt 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 vorgegebenen Drehmoments schließlich den Schrauber auszuschalten. Abgesehen davon, daß es sich beim Torsionselement um ein mechanisch kompliziertes und auch verschleißanfälliges Bauteil handelt, ist die Anordnung dieser drehmomentabhängigen Abschalteinrichtung nur schwer innerhalb des Schraubers zugänglich 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 nachteilhaft ist.

[0004] Bei einer weiter bekannten drehmomentabhängigen Abschalteinrichtung eines Impulsschraubers (EP-B 292 752) ist innerhalb der Abtriebswelle des Schlagwerkes eine Drehmomenteinstelleinrichtung umfassend eine Einstellschraube und eine druckfederbelastete Ventilkugel/Ventilsitzeinheit bekannt, wobei die Druckfeder auf eine in der Motorwelle des Druckluftmotors angeordnete Stellstange wirkt, über die unter Zwischenschaltung eines Rastelements ein federbelastetes Sperrventil für die Druckluftzufuhr zum Druckluftmotor betätigt wird. Die Abschalteinrichtung befindet sich sowohl am vorderen Ende des Impulsschraubers wie auch hinter dem Druckluftmotor, ist als mechanische Konstruktion einem entsprechenden Verschleiß ausgesetzt und im übrigen auch nur mit Aufwand zugänglich, so daß diese Konstruktion durchaus verbesserungswürdig ist.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Impulsschrauber der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß eine kompakte Bauweise eines Impulsschraubers in Zusammenhang mit einer drebmomentabhängigen Abschaltung des Schraubers sowie eine einfache Zugängigkeit zu den Bauelementen der Abschalteinrichtung gewährleistet ist.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst, wobei zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet sind.

[0007] Nach Maßgabe der Erfindung wird über ein Stellelement der in der Impulseinheit herrschende momentane Druck, der sich mit dem Anziehen der Schraubverbindung aufbaut, als Kraft auf einen Biegebalken gegeben, wo die Kraft als das augenblickliche Drehmoment darstellende Biegemoment aufgenommen und einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt wird, um einen Vergleich mit einem vorgegebenen Grenzdrehmoment vorzunehmen und davon abhängig den Impulsschrauber abzuschalten. Durch diese Maßnahmen wird ein im wesentlichen verschleißunabhängiges 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. Insgesamt können die Meßaufnehmer samt ihren Abgängen nach außen als eine Einheit in einem hinteren Gehäuseteil aufgenommen werden, wo sie auch leicht zugänglich sind.

[0008] In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Biegebalken ein radialer Schenkel eines Stützringes zur Befestigung des Biegebalkens im hinteren Gehäuseteil, so daß der Ringraum für den Durchgriff weiterer Arbeitselemente, wie etwa eines Winkelgebers, zur Verfügung steht. Zweckmäßigerweise wird das Zählrad eines solchen Winkelgebers unmittelbar benachbart des Biegebalkens auf der Motorwelle des Druckluftmotors angeordnet, 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.

[0009] Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen

Figur 1 eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Impulsschraubers mit einer schematischen Darstellung der Meßelektronik sowie

Figur 2 eine Teilansicht von Figur 1, welche in Vorderansicht einen Biegebalken zeigt, der Teil der Abschalteinrichtung ist.

[0010] Der in Figur 1 in der Ausbildung als Handwerkzeug dargestellte Impulsschrauber weist einen Griff 1 mit einem Druckschalter 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 eine Impulseinheit 5 nachgeschaltet ist. Die Druckluftzuführung 6 mündet in eine Druckluftkammer 7 im Gehäuse 3, von wo sie zum Druckluftmotor gelangt. Mit 9 ist ein auf einer Motorwelle 8 gelagerter Fliehkraftschalter bezeichnet, auf den eine die Motorwelle 8 umgebende Druckfeder 10 wirkt. Auf dem vom Absperrventil 9 abgewandten Ende sitzt ein hülsenförmiger Deckel 11 der Impulseinheit 5, welcher mit der Motorwelle 8 drehfest verbunden ist. Dieser Deckel 11 ist drehfest mit einem gegenüberliegenden zylinderförmigen Gehäuse 12 verbunden, der auf einer Abtriebswelle 13 der Impulseinheit 5 gelagert ist. Die Abtriebswelle 13 endet mit geringem Abstand von der damit axial ausgerichteten Motorwelle 8.

[0011] Der Deckel 11 und das Gehäuse 12 begrenzen zwischen sich eine Zylinderkammer 14, die exzentrisch in dem von dem Deckel 11 und dem Gehäuse 12 begrenzten Zylinder der Impulseinheit 5 vorgesehen ist. Die Abtriebswelle 13 durchsetzt diese Zylinderkammer 14 und ist in konventioneller Weise exzentrisch im Bezug auf die Achse dieser Zylinderkammer 14 angeordnet. Zur Bildung der Impulseinheit ist in der Abtriebswelle 13 eine Lamelle 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 Gehäuses 12 drückt.

[0012] Im übrigen ist die Abtriebswelle 13 mit Wälzlagern 17 und 18 im Motorgehäuse 3 drehbar gelagert, welches den zylinderischen Mantel des Gehäuses 12 der Impulseinheit unter Bildung eines Ringspaltes 19 umgibt. Am vorderen Ende nimmt die Abtriebswelle 13 ein hier nicht zeichnerisch dargestelltes Werkzeug, beispielsweise ein Spannfutter für Schraubwerkzeuge auf.

[0013] Die Zylinderkammer 14 ist durch die Lamelle 15 in ansich bekannter Weise in zwei nicht näher dargestellte Kammern unterteilt, wobei die Zylinderkammer 14 vollständig mit Druckmedium, vorzugsweise mit Drucköl, gefüllt ist.

[0014] Zum Starten des Impulsschraubers wird der Druckschalter 2 gedrückt, so daß Druckluft in die Druckluftkammer 7 zum Druckluftmotor gelangt, so daß dieser in bekannter Weise angetrieben wird. Die Motorwelle 8 des Druckluftmotors 3 treibt infolge der drehfesten Lagerung den Deckel 11 und das Gehäuse 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 Schraubenkopf 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 Abtriebswelle 13 ein Drehmoment auf die Schraube oder die Mutter aufgebracht wird. Da die Motorwelle 8 mit dem Deckel 11 und dem Gehäuse 12 der Impulseinheit gegenüber der Abtriebswelle 13 drehbar gelagert ist, wird die Motorwelle 8 weiterhin drehbar angetrieben, so daß sich der Deckel 11 und das Gehäuse 12 relativ zur Abtriebswelle 13 drehen.

[0015] 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 bereits zuvor beschriebene Aufteilung der Zylinderkammer 14 in zwei Arbeitskammern, die durch die Lamelle 15 und die Abtriebswelle 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 Gehäuses 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.

[0016] Da bei einem kontrollierten Festziehen der Schrauben oder der Muttern diese nur bis zu einem vorgegebenen Drehmoment angezogen werden dürfen, muß der Schraubvorgang bei Erreichen dieses vorgegebenen Grenzdrehmoments abgebrochen werden. Hierzu wird der in der Zylinderkammer 14 sich in der Dichtstellung der Abtriebswelle 13 aufbauende Druck zur Bestimmung des Abschaltzeitpunktes bei dem vorgegebenen Grenzdrehmoment herangezogen. Der Impulsschrauber ist mit einer Frequenzeinstelleinrichtung 20 versehen, die durch eine Einstellschraube 21 gebildet ist, die in eine koaxiale Gewindebohrung der Abtriebswelle 13 geschraubt ist. Die Einstellschraube 21 läßt sich leicht von außen betätigen. Die Einstellschraube 21 erstreckt sich mit einem gewindefreien Abschnitt in eine zentrische die Abtriebswelle 19 durchsetzende Bohrung 22, in der auch eine Stellstange 23 aufgenommen ist, die in einer Bohrung 24 der axial ausgerichteten Motorwelle 8 gelagert ist. Auf dem gewindefreien Abschnitt der Einstellschraube 21 ist eine Druckfeder 25 angeordnet, die mit ihrem anderen Ende an einer Schulter der Stellstange 23 abgestützt ist. Diese die Motorwelle 8 durchsetzende Stellstange 23 wirkt im übrigen mit ihrem von der Impulseinheit 5 entfernten Ende zweckmäßigerweise über eine Kugel 26 auf einen Biegebalken 27 ein, der fest in einem hinteren und auf das Gehäuse 3 aufsetzbaren Gehäuseteil 28 abgestützt ist. Dieser Biegebalken 27 ist, wie am besten aus Figur 2 hervorgeht, Bestandteil eines über einen Stift 29 am Gehäuseteil 28 festgelegten Ringes 30 und bildet hierbei einen radialen Schenkel diese Ringes 30. Vorzugsweise auf beiden Seiten des Biegebalkens 27 ist ein Meßwertaufnehmer in der Art eines Dehnungsmeßstreifens 31 aufgenommen, insbesondere aufgeklebt, deren Signalleitungen einem in einer Stopfbuchse 32 aufgenommenen Kabelbaum 33 zugeführt werden, der zu einem elektronischen Schaltelement 34 führt. Einen der Meßwertaufnehmer nimmt Zug-, der andere Druckbeanspruchungen auf. Die Feder 25, die auch gegenüber einem anderen Bauteil des Impulsschraubers fest abgestützt sein kann, dient dazu, daß die Stange und Kugel stets in Verbindung mit dem Biegebalken gehalten wird.

[0017] Ferner ist an der von der Impulseinheit 5 entfernten Ende der Motorwelle 8 unmittelbar benachbart des Biegebalkens 27 ein scheibenartiges Zählrad 35 angeordnet und mit der Motorwelle drehfest verbunden. Dieses Zählrad 35 wirkt mit einem im Gehäuseteil 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 gebildeten 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 Gehäuseteil 28 platzsparend und einfach zugänglich untergebracht, wobei auch beim Abnehmen des hinteren Gehäuseteils 28 ein bequemer Zugang zum Zählrad 35 möglich ist.

[0018] Das der Impulsschrauber 5 zugewandte Ende der Stellstange 23, auf der sich die Druckfeder 25 abstützt, steht über nicht näher dargestellte Bohrungen in Druckmittelverbindung mit der Zylinderkammer 14, so daß der sich in der Zylinderkammer 14 während des Schraubvorganges aufbauende Druck an der Stellstange 23 anliegt, die druckabhängig entsprechend stark auf den Biegebalken 27 gedrückt wird, wo der am vorderen Ende der Stellstange 23 anstehende Druck bzw. die auf den Biegebalken 27 einwirkende Kraft als Biegemoment durch die Dehnungsmeßstreifen 31 aufgenommen wird. Diese druckabhängigen Biegemomente werden über die Leitung in den Kabelbaum 33 gegeben 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 Grenzdrehmoments wird ein Signal über die Leitung 41 auf das Schaltelement 34 gegeben, welches über eine Steuerleitung 42 ein elektromagnetisches Steuerventil 43 betätigt, über welches die Druckluftzufuhr über die Leitung 44 zum Druckluftmotor 4 unterbrochen und der Impulsschrauber augenblicklich abgeschaltet wird.

[0019] Nach dem Abschalten des Druckluftmotors 4 steht die Abtriebswelle 13 augenblicklich still, so daß auch tatsächlich bei dem gewünschten Grenzdrehmoment das Schraubwerkzeug stillgesetzt wird, so daß die anzuziehende Schraube oder Mutter nicht überdreht wird. Nach dem Abschalten erfolgt ein Druckabbau in der Zylinderkammer 14 sowie in der Druckluftkammer 7, so daß die die Abschaltung des Schraubers bewirkende Teile wieder in ihre Ausgangslage zurückgeschoben werden. Der Schrauber ist dann bereit für einen nächsten Schraubgang.

[0020] Zugleich erfolgt über den Drehwinkelgeber 35, 37 eine Winkelzählung, so daß zur Steigerung der Sicherheit des korrekten Anziehens einer Schraubverbindung das Drehmoment und der Drehwinkel herangezogen werden können. Hierbei können Drehwinkel und Drehmoment zum Abschaltzeitpunkt mit einem durch ein maximales und minimales Drehmoment sowie bestimmten Drehwinkeln 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.

Ansprüche

1. Hydro-Impulsschrauber insbesondere zum Anziehen von Schraubverbindungen, mit einem Druckluftmotor, einem dem Druckluftmotor nachgeschalteten Impulseinheit für den pulsartigen Antrieb einer Abtriebswelle für das Werkzeug und einer Abschalteinrichtung zum drehmomentabhängigen Unterbrechen der Druckluftzufuhr zum Druckluftmotor, welche ein in der Motorwelle des Druckluftmotors gelagertes und in druckleitender Verbindung mit dem druckaufbauenden Zylinderraum der Impulseinheit stehendes Stellelement aufweist, über welches ein drehmomentbezogenes Signal auf eine Abschalteinrichtung gegeben wird, welche bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmomentgrenzwertes die Druckluftzufuhr zum Druckluftmotor unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (23) auf einen Biegebalken (27) einwirkt, der mit mindestens einem, vorzugsweise zwei als Dehnungsmeßstreifen (31) ausgebildeten Meßwertaufnehmern zur Ermittlung eines vom Pulsdruck in der Zylinderkammer (14) der Impulseinheit abhängigen Biegemoments versehen ist, welches in einer vorzugsweise elektronischen Auswerteeinrichtung (40) mit einem vorgegebenen Drehmomentgrenzwert verglichen wird, bei dessen Erreichen die Abschalteinrichtung betätigt wird.

2. Impulsschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegebalken (27) als vorzugsweise radialer 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 gekennzeichnet, daß das Stellelement als Stellstange (23) ausgebildet ist, die in einer Bohrung der Abtriebswelle (13) des Schlagwerkes (5) und einer damit axial ausgerichteten Bohrung (24) der Motorwelle (8) des Druckluftmotors (4) angeordnet ist und mit ihrem druckluftmotorseitigen Ende auf den Biegebalken (27) einwirkt.

4. Impulsschrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (23) auf ihrem mit der Schlagwerkzylinderkammer (14) in druckleitender Verbindung stehenden Ende über eine Druckfeder (25) spielfrei in Verbindung mit dem Biegebalken (27) gehalten wird.

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

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

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

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

Zeichnung