Schraubenschlüssel mit Drehmomentverstärkung

Abstract

 Der Schraubenschlüssel mit Drehmomentverstärkung beinhaltend eine Schlüsselkassette (1, 2, 3), einen an dieser Schlüsselkassette (1,2,3) schwenkbar gelagerten Stützarm (10,11,12), am Stützarm (10,11,12) von aussen zugängliche Drehmomentaufnahmemittel (26) zur Aufnahme eines Antriebsdrehmomentes, an der Schlüsselkassette (1, 2, 3), von aussen zugängliche Drehmomentabgabemittel (4) zur Abgabe eines Abtriebsdrehmomentes, das grösser ist als das Antriebsdrehmoment, und eine im Stützarm (10,11) untergebrachte Antriebswelle (25,) mit einem Exzenter (28) welcher über ein Abstützblech (20) mittels dem Stützbolzen (8) und dem Abtriebshebel (2) eine Wirkverbindung zwischen den Drehmomentaufnahmemitteln (26) und den Drehmomentabgabemitteln (4) herstellt. Das Abstützblech (20) weist mehreren zylinderförmigen Rastnuten (23) mit unterschiedlichen Radius- und Winkelpositionen zum Exzenterzapfen (28) auf wobei sich jeweils eine dieser Rastnuten formschlüssig auf dem Abstützbolzen (8) abstützt. Durch diese Ausführung kann eine sehr einfache kostengünstige und zuverlässige Drehmomentverstärkung realisiert werden.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der manuell betätigbaren Werkzeuge und betrifft einen Schraubenschlüssel mit einer Drehmomentverstärkung gemäss dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Stand der Technik

[0002] In der US2492470A wird eine Vorrichtung zum manuellen Anziehen oder Lösen von Verschraubungen in Flanschverbindungen mit einer Drehmomentübersetzung beschrieben. Das Werkzeug weist einen schwenkbaren Schlüsselteil mit einer Aussparung (8 bzw. 12-Kant) zur Übertragung eines Abtriebsdrehmomentes sowie einen separaten Support auf, über den mittels einem Gewindetrieb, welcher mit einem Drehmomentenschlüssel betätigt wird, eine tangentiale Kraft auf das Schlüsselteil übertragen wird. Der Support weist 2 Bohrungen auf über die er sich an zwei von der zu betätigenden Schraube beabstandeten Verschraubungselementen formschlüssig abstützt. Die Drehmomenten-Übersetzung erfolgt mit Hilfe des Gewindetriebes wobei die Kontrolle des Antriebs- bzw. Abtriebsdrehmomentes mit einem handbetätigten Drehmomentenschlüssel erfolgt. Durch die Einwirkung des Gewindetriebes kann der Schlüsselteil um ca. 30 bis 50° geschwenkt werden. Nach dem Erreichen dieses Schwenkwinkels muss der Gewindetrieb wieder auf seine Ausgangsposition zurückgedreht werden um entweder die nächste Verschraubung betätigen zu können, oder dieselbe Schraube durch Umstecken des Schlüsselteils um einen weiteren Schwenkwinkel zu betätigen.

[0003] Durch die zweiteilige Ausführung einerseits und durch den Gewindetrieb wird die Handhabung sehr umständlich und aufwändig. Die Betätigung des Gewindetriebes quer zur Schraubenachse wirkt erschwerend und zudem nimmt das Zurückdrehen des Gewindetriebes viel Zeit in Anspruch. Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, dass der Support bei jeder neuen Schraubenteilung angepasst werden muss.

Kurze Darstellung der Erfindung

[0004] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einige der beim Stand der Technik festgestellten Nachteile zu vermeiden. Insbesondere soll der erfindungsgemässe Schraubenschlüssel für sehr hohe Drehmomente geeignet sein, ohne dass Überbelastungen und Deformationen auftreten. Sein Aufbau soll einfach und seine Herstellung kostengünstig sein. Die Betätigungsrichtung des Antriebshebels und die Drehrichtung des Abtriebsrades sollen identisch sein. Der Schraubenschlüssel soll einfach in der Handhabung und sofort wieder einsatzbereit sein.

[0005] Diese und andere Aufgaben werden durch den in Anspruch 1 definierten Schraubenschlüssel gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0006] Dementsprechend beinhaltet der erfindungsgemässe Schraubenschlüssel mit Dreh-Momentverstärkung eine Ringschlüsselkassette mit einem an dieser Kassette drehbar gelagerten Schwenkarm, am Schwenkarm von aussen zugängliche Drehmomentaufnahmemittel zur Aufnahme eines Antriebsdrehmomentes, an der Ringschlüsselkassette von aussen zugängliche Drehmomentabgabemittel zur Abgabe eines Abtriebsdrehmomentes, das grösser ist als das Antriebsdrehmoment, und zwischen der Ringschlüsselkassette und dem Schwenkarm angebrachte Verbindungsmittel zum Herstellen einer Wirkverbindung zwischen den Drehmomentaufnahmemitteln und den Drehmomentabgabemitteln sowie zur Verstärkung des Antriebsdrehmomentes in das Abtriebsdrehmoment. Die Verbindungsmittel beinhalten einen Antriebs- Exzenter, ein mit den Drehmomentabgabemitteln wirkverbundenes Ringschlüssel-Hebel sowie einen zwischen dem Abtriebshebel und dem Antriebs- Exzenter wirkenden Abstützblech mit einer Spiralnut.

[0007] Die Drehmomentaufnahmemittel, die Drehmomentabgabemittel und die Verbindungsmittel sind im Wesentlichen flächensymmetrisch bezüglich einer gemeinsamen Symmetrieebene. Die Ringschlüsselkassette und der Schwenkarm sind vorzugsweise von zwei zur Symmetrieebene parallelen, vorzugsweise ebenfalls bezüglich der Symmetrieebene symmetrischen Blechteilen abgeschlossen, welche durch mindestens ein Mittelteil oder Distanzstück voneinander beabstandet und mit diesem formschlüssig verbunden sind. Die Seitenplatten, das mindestens eine Distanzblech, die Ringschlüssel-Hebelplatten sowie das mindestens eine Ringschlüssel-Mittelteil sind im Wesentlichen ebene Platten, die formschlüssig vorzugsweise mittels zylindrischer Stifte und oder Nieten, miteinander verbunden sind und vorzugsweise aus Metall bestehen.

[0008] Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet die Abstützvorrichtung ein Stützblech mit kreisbogenförmigen Aussparungen welche entlang einer Spiralnut angeordnet sind. Während jedem Schwenkhub des Antriebsexzenters kann sich das Stützblech auf dem Stützbolzen des Abtriebshebels abstützen. Nach jedem Schwenkhub wird das Stützblech um eine Rastnut weitergeschwenkt und so die Abstützhebellänge schrittweise vergrössert.

[0009] Die Anordnung des Drehmomentaufnahmemittels innerhalb des Antriebs-Exzenter Lager und des Exzenter-Zapfens ermöglicht einerseits die Realisierung einer kleinen Exzentrizität bzw. Hebelarm und somit eine grosse Drehmomentübersetzung und andererseits kleine Lager- und Zapfenradien, wodurch sich die Reibverluste in Grenzen halten. Der durchgehende Antriebsvierkant und die symmetrische Ausführung des Antriebs-Exzenters ermöglichen einerseits eine einfache und kostengünstige Herstellung sowie eine Betätigung von beiden Seiten.

[0010] Die Ringschlüsselkassette und der Schwenkarm sind vorzugsweise aus drei oder mehreren Blechteilen aufgebaut. Dadurch können die Teile auf einfache und kostengünstige Weise mittels Stanzen, Laser- oder Wasserstrahlschneiden hergestellt werden. Selbstverständlich können die beiden Bauteile auch einteilig mittels Feingiessen oder Schmieden hergestellt werden.

[0011] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Drehmomentaufnahmemittel und/oder die Drehmomentabgabemittel jeweils ein Formelement zur Aufnahme einer Welle auf. Die Verbindungsmittel sind derart gestaltet, dass das Antriebsdrehmoment und das Abtriebsdrehmoment gleich gerichtet, d. h. mittels Schwenkbewegungen beim Antrieb wird eine gleichgerichtete Abtriebs-Drehbewegung erzeugt. Die Bedienungsperson möchte intuitiv beim Antrieb in dieselbe Richtung ziehen, in welche das Befestigungselement gedreht werden soll.

[0012] Durch die vollkommene Symmetrie wird der Schraubenschlüssel gleichmässig belastet. so dass unerwünschte Biege- bzw. Torsionsbelastungen entfallen. Zudem kann für eine Drehrichtungsumkehr der Ratschenschlüssel einfach gewendet werden. Der Ratschenschlüssel zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau und eine kostengünstige Herstellung aus. Die ganze Kraftübertragung zwischen den einzelnen Blechteilen erfolgt formschlüssig über die zylindrischen Stifte bzw. Nieten. Zusätzlich oder alternativ könnten die Platten und die Distanzstücke vorzugsweise nur auf einer Seite stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten miteinander verbunden sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

[0013] 

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen detailiert erläutert.

Hierbei zeigen:

Figur 1

eine Ansicht auf eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Schraubenschlüssels,

Figur 2

eine Ausschnitt des Schraubenschlüssels gemäss Figur 1 im Bereich des Abstützbleches beim Wechseln der Rastnut,

Figur 3

eine Ausschnitt des Schraubenschlüssels gemäss Figur 1 im Bereich des Abstützbleches in einer zweiten Ausführungsvariante,

Figur 4

eine Ansicht auf eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Schraubenschlüssels gemäss Figur 1 in einer erhöhten Position,

Figur 5

eine Isometrische Ansicht des Schraubenschlüssels gemäss Figur 1 in einer mittleren Position,

Figur 6

eine Isometrische Ansicht des Schraubenschlüssels gemäss Figur 1 in der maximal möglichen Endposition,

Figur 7

eine Isometrische Detail-Ansicht der Ringschlüssel- Kassette für den Schraubenschlüssels gemäss Figur 1,

Figur 8

eine Isometrische Detail-Ansicht des Exzenters und der Stützplatte für den Schraubenschlüssels gemäss Figur 1,

Figur 9

eine Ansicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Schraubenschlüssels,

Figur 10

eine Ansicht auf den erfindungsgemässen Schraubenschlüssel entsprechend Figur 1 beim Einsatz in einer Flanschverschraubung,

Figur 11

eine Draufsicht auf den erfindungsgemässen Schraubenschlüssel entsprechend Figur 1 beim Einsatz in einer Flanschverschraubung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0014] Die Figur 1 zeigt eine Ansicht des Schraubenschlüssels mit Drehmomentverstärkung. Der Schraubenschlüssel besteht im Wesentlichen aus der Ringschlüssel-Kassette 1, dem Schwenkarm 10, dem Stützblech 20 und der Antriebswelle 25. Der Schwenkarm 10 ist mit Hilfe des Lagerbolzens 18 in der Bohrung 9 des Ringschlüssel-Mittelteils 3 gelagert. Der Schwenkarm 10 besteht aus dem Distanzblech 12 und den beiden Seitenplatten 11 welche mittels der Verbindungselemente 17 positioniert und verbunden werden. Die Verbindungselemente 17 sind vorzugsweise Stahlnieten welche die drei Teile durch korrespondierende Bohrungen 16 im Distanzstück 12 und in den Seitenplatten 11 fixieren.

[0015] Die Antriebswelle 25 ist mit ihren Lagerzapfen 27 in den Bohrungen 14 der Schwenkarm-Seitenplatten 11 gelagert und weisst in ihrem mittleren Bereich einen Exzenterzapfen 28 auf. Der Exzenterzapfen 28 weisst eine Bohrung 29 zur kraftschlüssigen Aufnahme eines Zylinderstiftes 30 auf, welcher in die Bogennut 15 der Seitenplatten 11 ragt und somit den Schwenkwinkel der Antriebswelle 25 auf einen sinnvollen Wert, im vorliegenden Fall ca. ± 40° limitiert. Die Antriebswelle 25 weist ein Formelement 26, vorzugsweise einen genormten Innenvierkant, auf, in welchem ein handelsübliches Werkzeug angesetzt werden kann. Die Antriebswelle wirkt mit der Exzentrizität 31 des Exzenterzapfens 28 auf die Bohrung 21 des Abstützbleches 20. Das Abstützblech 20 wirkt wie der Pleuel eines Kurbeltriebes und überträgt so die Exzenterkraft auf den langen Ringschlüsselhebel 2. Das Hebelverhältnis d. h. das Verhältnis der Antriebshebellänge bzw. Exzentrizität 31 zur Abtriebshebellänge 32, sollte auf jeden Fall kleiner als eins sein, so dass eine entsprechende Drehmomentübersetzung erfolgt. Es liegt z. B. zwischen 1:2 und 1:100, vorzugsweise zwischen 1:5 und 1:50 und beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel ca. 1:12. Das Abstützblech 20 weist eine Spiralnut 22 mit mehreren kreisbogenförmigen Aussparungen 23, im vorliegenden Fall elf Rastnuten auf. Während jedem Schwenkhub des Antriebsexzenters kann sich das Stützblech auf dem Stützbolzen 8 des Abtriebshebels 2 abstützen. Nach jedem Schwenkhub wird das Stützblech um eine Rastnut weitergeschwenkt und so die Abstützhebellänge 49 schrittweise vergrössert.

[0016] Die Figur 2 veranschaulicht das stufenweise Nachfassen des Abstützbleches 20 in den Rastnuten 23 der Spiralnut 22. Nachdem die Antriebswelle 25 ihren maximal möglichen Schwenkhub durch den Anschlag des Exzenterstiftes 30 am Ende der Bogennut 15 erreicht hat, wird der Exzenter 28 durch Drehen der Antriebswelle im Gegenuhrzeigersinn wieder entlastet. Der Rastnutenwechsel 45 erfolgt nun indem das Abstützblech 20 im Uhrzeigersinn um eine Rastnut weitergeschwenkt wird. Das Abstützblech 20 weist in seinem äusseren Bereich eine Lagerbohrung 21 mit einer seitlichen Öffnung 24 auf. Die Öffnung 24 ist kleiner als der Durchmesser des Exzenterzapfens 28 damit dieser formschlüssig in der Bohrung 21 gehalten wird aber grösser als die Sehnenlänge 50 des über den Exzenterzapfen herausragenden Antriebswellen-Lagerzapfens 27, damit dieser montiert werden kann. Im vorliegenden Beispiel ist die Lagerbohrung 21 des Stützbleches im Bereich der Öffnung 24 von aussen zugänglich. Bei der Ausführungsvariante gemäss Figur 3 ist diese Öffnung durch einen Verbindungssteg 36 überdeckt. Dadurch wird eine Verschmutzung des Exzenterzapfens 28 von aussen verhindert.

[0017] Die Figur 4 zeigt den Schraubenschlüssel in einer im Vergleich zur Figur 1 um eine Rastnut erhöhten Position. Analog zur Figur 1 befindet sich die Antriebswelle 25 wiederum in ihrer maximal möglichen Schwenkposition durch den Anschlag des Exzenterstiftes 30 am Ende der Bogennut. Im Vergleich zu Figur 1 hat sich nun die Abstützhebellänge 49 entsprechend vergrössert und der Anstellwinkel 46 hat um die Winkeländerung 47, im vorliegenden Fall um ca. 5°, zugenommen.

[0018] Die Figur 5 und die Figur 6 zeigen den Schraubenschlüssel in einer isometrischen Darstellung einmal analog zu Figur 1 in einer mittleren Position und einmal in der maximal möglichen Endposition. In diesen isometrischen Darstellungen ist der 3-teilige Aufbau der Ringschlüsselkassette 1 und des Schwenkarms 10 gut ersichtlich.

[0019] Die Figur 7 zeigt eine Ringschlüsselkassette analog zu den Figuren 5 und 6 in isometrischer Darstellung. Solche Kassetten können für verschiedene Schlüsselweiten hergestellt werden und lassen sich bei Bedarf sehr einfach mittels der lösbaren Bolzen 8 und 18 auswechseln.

[0020] Die Figur 8 zeigt das Abstützblech 20 mit der Antriebswelle 25 ebenfalls in einer isometrischen Darstellung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel durchdringt das Formelement 26 sowohl die beiden Antriebswellenzapfen 27 und gleichzeitig auch den Exzenterzapfen 28. Dadurch lässt sich einerseits eine kleine Exzentrizität und somit eine grosse Drehmomentübersetzung und andererseits kleine Lager- und Zapfenradien realisieren.

[0021] Die Figur 9 zeigt den Schraubenschlüssel in einer dritten Ausführungsform. Bei dieser Ausführung weist das Stützblech 20 eine geschlossene Bohrung 21 auf. Zur Verminderung der Lagerreibung ist der Exzenterzapfen 28 mittels Zylinderrollen 48 gelagert. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel kommt ein Vollrollenlager ohne Käfig zum Einsatz.

[0022] Die Figuren 10 und 11 zeigen den erfindungsgemässe Schraubenschlüssel in einer ersten Ausführungsform entsprechend der Figur 1 beim Anziehen einer Verschraubung 42, 43 einer Flanschverbindung 40,140 mit mehreren Befestigungselementen 142, 143, 242, 243. Zum Betätigen der Antriebswelle 25 wird ein handelsüblicher Drehmomentschlüssel 44 verwendet, mit welchem das erforderliche Antriebsmoment aufgebracht wird.

[0023] Der Schraubenschlüssel stützt sich dabei mit seinem Abstützbereich 35 des Stützarmes 10 an der benachbarten Mutter 142 (rechts von der anzuziehenden Mutter 42) ab, durch welche die auftretende Reaktionskraft aufgenommen wird.

[0024] Beim (nicht dargestellten) Wechseln der Drehrichtung, beispielsweise zum Lösen der Verschraubung 42, wird der Schraubenschlüssel um 180 Grad zur Symmetrieebene S verdreht auf das Befestigungselement 42 aufgesetzt, so dass seine Stützarm-Seitenplatte 11, die beim Anziehen oben war, jetzt unten liegt. Die Betätigung des Antriebswelle 25 mit dem Drehmomentschlüssel 44, welcher nun ebenfalls auf der gegenüberliegenden Seite in den Innenvierkant 26 (siehe Figur 1) eingesetzt wird, bewirkt nun, dass sich der Anschlag 35 bei der benachbarten Mutter 242 (links von der zu lösenden Mutter 42) abstützt.

[0025] Bei Kenntnis der Erfindung ist der Fachmann imstande, weitere Ausführungsformen abzuleiten, die ebenfalls zur vorliegenden Erfindung gehören. Diese können z. B. Kombinationen oder Abänderungen der oben beschriebenen Ausführungsformen sein. Beispielsweise könnte die Antriebswelle 25 auch im Abtriebshebel 2 gelagert und demzufolge der Stützbolzen 8 im Stützarm 10 untergebracht werden.

Ansprüche

1. Schraubenschlüssel mit Drehmomentverstärkung, beinhaltend eine Schlüsselkassette (1, 2, 3), einen an dieser Schlüsselkassette (1,2,3) schwenkbar gelagerten Stützarm (10,11,12), am Stützarm (10,11,12) von aussen zugängliche Drehmomentaufnahmemittel (26) zur Aufnahme eines Antriebsdrehmomentes an der Schlüsselkassette (1, 2, 3), von aussen zugängliche Drehmomentabgabemittel (4) zur Abgabe eines Abtriebsdrehmomentes, das grösser ist als das Antriebsdrehmoment, und eine im Stützarm (10,11) untergebrachte Antriebswelle (25) mit einem Exzenter (28) welcher über ein Abstützblech (20) mittels dem Stützbolzen (8) und dem Abtriebshebel (2) eine Wirkverbindung zwischen den Drehmomentaufnahmemitteln (26) und den Drehmomentabgabemitteln (4) herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützblech (20) mehreren zylinderförmigen Rastnuten (23) mit unterschiedlichen Radius- und Winkelpositionen zum Exzenterzapfen (28) aufweist.

2. Schraubenschlüssel nach Anspruch 1, wobei die Rastnuten (23) Teil einer Spiralnut (22) bilden, welche sich vollständig innerhalb des Abstützbleches befindet und somit einen geschlossene Kontur bildet.

3. Schraubenschlüssel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abstützblech (20) zwischen 2 und 60 vorzugsweise 6 bis 15 Rastnuten (23) aufweist.

4. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Abstützblech (20) eine nach aussen offene Lagerbohrung (21) zur Aufnahme eines Exzenters (28) aufweist wobei die Öffnung (24) kleiner als der Durchmesser des Exzenterzapfens (28) aber grösser als die Sehnenlänge (50) des über den Exzenterzapfen herausragenden Antriebswellen-Lagerzapfens (27) ist.

5. Schraubenschlüssel nach Anspruch 4, wobei das Abstützblech (20) im Bereich der Lagerbohrungs-Öffnung (24) einen Verbindungssteg (36) aufweist.

6. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei sich die Abstützlänge (49) beim Schwenken des Abstützblechs (20) um den Exzenterzapfen (28) um 0.05 - 2.0 mm/° vorzugsweise 0.1 - 0.9 mm pro Grad Schwenkwinkel ändert.

7. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich das Antriebsformelement (26) durchgehend über die ganze Antriebswelle (25) erstreckt.

8. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Exzenterzapfen (28) der Antriebswelle (25) eine Bohrung (29) zur Aufnahme eines Zylinderstiftes (30) aufweist, welcher in eine Bogennut (15) der Schwenkarmseitenplatten (11) ragt.

9. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Exzenterzapfen (28) der Antriebswelle (25) mittels Zylinderrollen (48) gelagert ist, welche vorzugsweise als Vollrollenlagerung ausgeführt ist.

10. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schwenkwinkel (33) der Antriebswelle (25) ca. 30° - 180° und vorzugsweise 60° - 100° beträgt.

11. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei die Abtriebshebel (2) und das mindestens eine Schlüssel-Mittelteil (3) die Stützarmseitenplatten (11) und das mindestens eine Distanzblech (12) aus im Wesentlichen ebenen Metallplatten bestehen und mittels zylindrischer Stifte (6,17,18) miteinander verbunden sind.

12. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei die Abtriebshebel (2) und das mindestens eine Schlüssel-Mittelteil (3) die Stützarmseitenplatten (11) und das mindestens eine Distanzblech (12) aus hochfestem Vergütungsstahl hergestellt sind.

13. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsmittel (2, 8, 20, 28) derart gestaltet sind, dass das Antriebsdrehmoment und das Abtriebsdrehmoment gleich gerichtet sind.

14. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das von aussen zugängliche Drehmomentaufnahmemittel (26) zur Aufnahme eines Antriebsdrehmomentes als 4-Kant ausgebildet ist.

15. Schraubenschlüssel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die von aussen zugängliche Drehmomentabgabemittel (4) zur Abgabe eines Abtriebsdrehmomentes als 12-eckiges Polygon ausgebildet sind.

Zeichnung