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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schlagschrauber, insbesondere einen Tangentialschlagschrauber.
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Aus der
EP 1 510 394 A1 ist ein Schlagschrauber bekannt, der periodisch und kurzzeitig ein großes Anzugsmoment zum Festziehen von Schraubverbindungen oder zum Setzen von Schraubankern bereitstellt.
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Allgemein eignen sich Tangentialschlagschrauber dafür, Schrauben in verschiedenste Materialien mit unterschiedlicher Härte einzusetzen, etwa Porenbeton, Kalksandstein, Ziegel, Stein oder Beton. Es wird hierzu ein Schlagwerk verwendet, in dem zwei Schlagkörper, Hammer und Amboss, gegeneinander beschleunigt werden und bei Kontakt impulsartig kinetische Energie übertragen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schlagschrauber bereitzustellen, der einen geringeren Verschleiß des Schlagwerkes aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für den Betrieb eines Schlagschraubers bereitzustellen, mit dem ein Schwellwert genauer und schneller erreichbar ist.
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Die Aufgaben werden gelöst durch einen Schlagschrauber bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Vorgeschlagen wird somit ein Schlagschrauber mit einem Gehäuse, einer motorisch angetriebene Antriebswelle, einer Abtriebswelle zur Befestigung eines Werkzeugs, und einem Schlagwerk, das die Antriebswelle mit der Abtriebswelle zum Übertragen eines Drehmoments koppelt, wobei ein erstes Lagermoment zwischen der Abtriebswelle und dem Gehäuse vorhanden ist, das gegen die Drehrichtung der Abtriebswelle wirkt, wobei ein zweites Lagermoment zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle, insbesondere bei Nichtkopplung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle durch das Schlagwerk, vorhanden ist, das gegen die Drehrichtung der Antriebswelle wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagermoment kleiner ist, als das zweite Lagermoment.
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Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zum Lösen und oder Befestigen einer Schraubverbindung mit einem Tangentialschlagschrauber mit den Schritten: Durchführung von Schlagzyklen wobei innerhalb eines Schlagzyklus ein Läufer eines Schlagwerks mit einem Amboss wechselnd in einem ersten Zeitintervall in Eingriff und in einem zweiten Zeitintervall außer Eingriff ist und Bereitstellen eines Drehmoments auf die Schraubverbindung insbesondere während des zweiten Zeitintervalls, wobei dass Drehmoment im Bereich von 10 mNm bis 500 mNm, bevorzugt im Bereich von 50 mNm bis 400 mNm, noch bevorzugt im Bereich von 250 mNm bis 350 mNm liegt.
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Vorgeschlagen wird ferner noch ein Verfahren zum Betrieb eines Tangentialschlagschraubers mit den Schritten: Anbringen eines Aufsteckwerkzeugs an einer Abtriebswelle eines Tangentialschlagschrauber; Herstellen eines Eingriffs des Aufsteckwerkzeugs mit einem zum Aufsteckwerkzeug korrespondierenden Befestigungsmittel; Durchführung von Schlagzyklen wobei innerhalb eines Schlagzyklus ein Läufer eines Schlagwerks mit einem Amboss des Schlagwerks abwechselnd in einem ersten Zeitintervall in Eingriff und in einem zweiten Zeitintervall außer Eingriff ist und Bereitstellen eines Dämpfungsmittels zur Reduzierung eines Spiels gegen die Drehrichtung der Abtriebswelle zwischen dem Befestigungsmittel, dem Aufsteckwerkzeug und der Abtriebswelle.
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Mittels etwa eines Reiblagers zwischen der Abtriebswelle bzw. dem Amboss und der Antriebswelle, kann die Abtriebswelle auch zwischen den einzelnen Tangentialschlägen in Drehrichtung mit einem geringen Drehmoment angetrieben werden. Ein Zurückdrehen der Abtriebswelle wird verhindert und somit gewährleistet, dass der jeweils nächste Schlag möglichst vollständig in die Schraube eingeleitet wird.
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Durch die erfindungsgemäße Momentübertragung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle, bzw. einem Amboss der Abtriebswelle mit höherem Lagermoment bzw. höheren Lagermomenten, können höhere Drehmomente von einzelnen Schlägen als auch kleinere Drehmomentschwankungen von Schlag zu Schlag erreicht werden. Vorteilhaft ist somit die Bereitstellung einer effektiveren Schlagnutzung sowie weniger Zeit, die benötigt wird, ein gewisses Verschraubmoment zu erreichen bzw. eine Schraubverbindung, insbesondere eine Schraube zu lösen. Daraus ergibt sich ein geringerer Verschleiß des Schlagwerks durch die genannten verkürzten Schraubzeiten.
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Es wurde festgestellt, dass das beim Schlag übertragene Drehmoment erheblich von der Winkellage zwischen dem Amboss, dem Werkzeug, üblicherweise einer Nuss, und der Schraubverbindung oder dem Schraubanker abhängt. Insbesondere hängt die Schlagstärke, die letztlich auf eine Schraube einwirkt, also die beim Schlag des Hammers auf den Amboss ferner über eine Nuss auf die Schraube übertragene kinetische Energie, wesentlich von der Starrheit und dem Verdrehspiel der Verbindung der drei letztgenannten Komponenten ab. Je weniger Verdrehspiel zwischen Schraube, Nuss und Abtriebswelle bzw. dem daran ausgebildeten Amboss vorhanden ist, desto höhere Spitzenmomente können übertragen werden.
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Das Lagermoment wird hier definiert als die Summe aller Momente, die zwischen den in den Ansprüchen in diesem Zusammenhang genannten Elementen vorhanden sind. Gemeinsam ist diesen Momenten, dass sie der jeweiligen Drehrichtung des motorischen Antriebs des Schlagschraubers entgegen gerichtet sind, was im Stand der Technik als grundsätzlich unerwünscht erachtet wird, die Erfindung jedoch vorteilhaft erkennt und ausnutzt. Insbesondere wird festgestellt, dass das Lagermoment dabei nicht auf die Momente beschränkt ist, die Wälzlager aufweisen, sondern alle Momente eingeschlossen sein sollen, die etwa durch Gleitreibung, Rollreibung oder auch einen Kraftschluss, wie er durch eine Rutschkupplung erfolgen kann, verursacht sind. Den Lagermomenten ist bekanntlich gemeinsam, dass sie variieren und zwar abhängig von Parametern wie der Drehzahl, der Temperatur, der Oberflächenrauigkeit der Lagerwälzkörper, etc. In ausreichender Näherung und ohne Einschränkung kann beispielsweise ein Lagermoment, gemittelt über einen Zeitabschnitt von einer Sekunde, bei 20 Grad Celsius Raumtemperatur und einer Drehzahl von 2000 U/min der Antriebsspindel als Lagermoment im Sinne der vorliegenden Erfindung angesehen werden.
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Als besonders vorteilhaft für eine effektive Schlagnutzung hat sich herausgestellt, wenn das erste Lagermoment im Bereich von 5 mNm bis 200 mNm, bevorzugt im Bereich von 10 mNm bis 100 mNm, noch bevorzugt im Bereich von 20 mNm bis 70 mNm liegt. Ferner hat sich als günstig für eine effektive Schlagnutzung erwiesen, dass das zweite Lagermoment mindestens um das 1,1-fache, insbesondere mindestens um das 2-fache, bevorzugt mindestens um das 5-fache größer ist als das erste Lagermoment.
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Generell ist eine Verbesserung der Schlagnutzung zu erwarten, wenn das zweite Lagermoment um mindestens 10 mNm, besser mindestens 50 mNm, bevorzugt um mindestens 100 mNm, noch bevorzugt um mindestens 200 mNm größer ist als das erste Lagermoment.
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Der Schlagschrauber kann in einer Ausführung dadurch weitergebildet sein, dass das erste Lagermoment von zumindest einem Lager, insbesondere einem Wälzlager gebildet wird, wobei das Wälzlager zwischen der Abtriebswelle und dem Gehäuse des Schlagschraubers angeordnet ist. Weitere Lager, insbesondere auch weitere Wälzlager, können hier ebenfalls zwischen der Abtriebswelle und dem Gehäuse angeordnet sein und mit ihren jeweiligen Momenten ebenfalls einen Beitrag zum ersten Lagermoment bereitstellen.
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An dieser Stelle wird bemerkt, dass die Lagermomente keine konstante Größe bilden sondern in Abhängigkeit etwa von der Temperatur, der Drehzahl und ferner von Verschleißerscheinungen üblicherweise variieren. Gleichwohl die Varianz vergleichsweise gering sein kann und nur wenige 10 mNm betragen kann, muss darum das Lagermoment jeweils mit einem Bereich angegeben werden oder andernfalls als ein Mittelwert verstanden werden.
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Bei dem höheren zweiten Lagermoment ergibt sich erfindungsgemäß eine verbesserte Schlagnutzung. Der Motor des Tangentialschlagschraubers wird bei höherem zweiten Lagermoment allerdings entsprechend belastet, wodurch sich eine obere Grenze für das zweite Lagermoment ergibt, die aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nicht überschritten werden sollte.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das zweite Lagermoment von zumindest einem O-Ring gebildet wird. Der O-Ring wird zum Erreichen des relativ höheren zweiten Lagermoments bevorzugt verspannt in eine der Wellen oder in beide eingesetzt. Der Vorteil bei Verwendung eines O-Rings zum Erreichen des zweiten Lagermoments liegt in den geringen Herstellungskosten dieses Bauteils.
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In einer weiteren Ausführung kann das zweite Lagermoment von zumindest einem Reiblager oder einem vorspannbaren Wälzlager, insbesondere einem Nadellager oder einem Kugellager gebildet sein. Insbesondere kann das Wälzlager hierbei als an sich bekanntes Reiblager ausgebildet sein, dass etwa über verschränkte Wälzkörper ein Reibmoment erzeugt. Die Vorspannung kann beispielsweise über eine Wellfeder aufgebracht werden.
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In einer weiteren Ausführung kann das zweite Lagermoment durch zumindest eine Rutschkupplung aufgebracht sein.
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Ferner kann das zweite Lagermoment in einer weiteren Ausführung von einer Buchsenverbindung zwischen der Antriebswelle und der Antriebswelle gebildet sein. Durch eine Passung oder Presspassung bildet die Buchsenverbindung ein Gleitmoment, welches dem Lagermoment entsprechen kann, bzw. einen Teil des Lagermoments aufbringt.
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Eine Fortbildung des Schlagschraubers kann noch darin bestehen, dass das erste und/oder das zweite Lagermoment von einer Mehrzahl von Lagerelementen gebildet ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Schnittansicht auf den vorderen Teil eines Schlagschraubers;
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2 der Schlagschrauber gemäß 1 in einer Schnittansicht;
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3 ein Diagramm einer Drehmomentmessung bei einem Schlagschrauber nach dem Stand der Technik;
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4 ein Diagramm einer Drehmomentmessung bei einem Schlagschrauber nach 1 und 2.
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Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen, in 2 noch vollständig mit Motor 170 gezeigten Tangentialschlagschrauber 100 mit einer Schnittansicht seines vorderen Teils.
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In einem Gehäuse 110 des Tangentialschlagschraubers 100 ist eine elektromotorisch angetriebene Antriebswelle 120 und ferner eine daran mittels eines Schlagwerks 140 koppelbare Abtriebswelle 130 angeordnet. Auf der Antriebswelle 120 befinden sich zwei schraubenförmig umeinanderlaufende mit Strichlinien angedeutete Kulissen 122 in denen jeweils eine Kugel 124 läuft. Die beiden Kugeln 124 stehen mit einem Läufer 142 in Kontakt. An dem Läufer 142 ist ferner ein Hammer 126 ausgebildet. Der Hammer 126 ist hier in Kontakt mit einem Amboss 132, der mit der Abtriebswelle 130 einstückig und endseitig verbunden ist. Ferner greift eine Rückstellfeder 150 in eine Ausnehmung 144 des Läufers 142 ein. Ein erstes Lagermoment wird durch ein Lagermoment eines Wälzlagers 160, das zwischen dem Gehäuse 110 und der Abtriebswelle 130 ausgebildet ist und ein weiteres Lagermoment einer Teflonscheibe 162, das zwischen dem Gehäuse 110 und dem Amboss 132 der Abtriebswelle 130 ausgebildet ist, gebildet. Ein zweites Lagermoment wird durch ein Reiblager 164 gebildet. Für das genannte erste Lagermoment wurde bei einer Drehzahl im Leerlaufbetrieb eines Tangentialschlagschraubers gemäß der Erfindung ein Mittelwert von ca. 0,03 Nm bzw. 30 mNm messtechnisch erfasst. Die Differenz zwischen den erfassten Maximal- und Minimalwerten der Lagermomente betrug etwa 90 mNm.
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Sofern ein ausreichendes Drehmoment vom Untergrund aufgebracht wird, schlägt das Schlagwerk 140 des Tangentialschlagschraubers 100. Ausgehend von der gezeigten Ausgangsstellung befindet sich der Läufer 142 mittels Hammer 126 in Eingriff mit dem Amboss 132 und damit mit der Abtriebswelle 130. Der Läufer 142 ist durch den Amboss 132 gehindert, sich in Drehrichtung der Antriebswelle 120 mitzudrehen. Stattdessen zwingt die Kulisse 122 den Läufer 142 zu einer Bewegung in Richtung der Drehachse aus dem Eingriff mit dem Amboss 132. Außer Eingriff mit dem Amboss kann sich der Läufer 142 relativ zum Amboss 132 und mit der Antriebswelle 120 mitdrehen. Der Amboss 132 und der Hammer 126 kommen dabei wieder in eine Stellung bei der sie ineinandergreifen. Die Rückstellfeder 150 treibt den Läufer 142 zu dem Amboss 132 zurück. Der Läufer wird hierbei in Richtung der Längsachse beschleunigt und erhält durch die Zwangsführung der Kulisse 122 eine Drehbewegung mit einem entsprechenden Drehimpuls. Die Drehbewegung des Läufers 142 wird durch den seitlichen Anschlag der Hämmer 126 des Läufers 142 an dem Amboss 132 gestoppt und der Drehimpuls wird auf den Amboss 132 und das hier nicht gezeigte Werkzeug in Form einer Nuss und die ebenfalls nicht gezeigte Schraubverbindung nahezu vollständig übertragen. Das System befindet sich wieder in der Ausgangsstellung und ein weiterer Schlagzyklus beginnt.
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Das erste Lagermoment, das zwischen die Abtriebswelle 130 und dem Gehäuse 110 vorhanden ist, wirkt gegen die Drehrichtung der Abtriebswelle 130 und ein zweites Lagermoment ist insbesondere auch bei Nichtkopplung der Antriebswelle 120 mit der Abtriebswelle 130 durch das Schlagwerk 140 zwischen der Abtriebswelle 130 und der Antriebswelle 120 vorhanden und wirkt ebenfalls gegen die Drehrichtung der Antriebswelle 120. Das zweite mittlere Lagermoment kann beispielsweise ca. 50 mNm größer sein als das erste mittlere Lagermoment. Dadurch wird die Abtriebswelle 130 durch das Reiblager 164, welches das zweite Lagermoment ausbildet, noch mit einem geringen Antriebsdrehmoment von der Antriebswelle 120 zwischen den einzelnen oben beispielhaft beschriebenen Tangentialschlagzyklen angetrieben. Dadurch wird ein Zurückdrehen der Abtriebswelle 130 verhindert und erreicht, dass der nächste Schlag möglichst vollständig in die Schraube oder sonstige Verbindungselemente eingeleitet wird.
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In 3 ist das Drehmoment eines aus dem Stand der Technik an sich bekannten Tangentialschlagschraubers über der Zeit aufgetragen. Die Skalierung beträgt 20 Nm für das Drehmoment und 0,5 Sekunden für die Zeit. In 4 mit identischer Skalierung ist das Drehmoment dieses Tangentialschlagschraubers 100 über der Zeit aufgetragen, wobei ein übliches Lager durch ein Reiblager 164 ersetzt wurde. Erkennbar ist das Drehmoment in 4 gleichmäßiger und auf einem erheblich höheren Niveau mit einem Plateau von Spitzenamplituden bei über 150 Nm.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Tangentialschlagschrauber
- 110
- Gehäuse
- 120
- Antriebswelle
- 122
- Kulisse
- 124
- Kugel
- 126
- Hammer
- 130
- Abtriebswelle
- 132
- Amboss
- 140
- Schlagwerk
- 142
- Läufer
- 144
- Ausnehmung
- 150
- Rückstellfeder
- 160
- Wälzlager
- 162
- Teflonscheibe
- 164
- Reiblager
- 170
- Motor