ВИНТОВОЕ УСТРОЙСТВО, А ТАКЖЕ РУЧНАЯ ВИНТОВАЯ СИСТЕМА
SCREW APPARATUS AND MANUAL SCREW SYSTEM

Данное изобретение относится к винтовому устройству для приложения крутящего момента к винтовому элементу согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, данное изобретение относится к ручной винтовой системе, имеющей такое винтовое устройство в соответствии с родовым понятием.
Из уровня техники, в частности промышленной винтовой техники, винтовые устройства соответствующего ограничительной части типа в целом известны. В частности, при винтовых или монтажных работах, при которых винтовой элемент (то есть, например, нагружаемый в рамках контекста данного изобретения крутящим моментом винт) доступен ввиду особых пространственных монтажных условий лишь с трудом, часто используются так называемые плоские выходные части (выходы). Речь идет при этом об установленных, как правило, в плоском корпусе передаточных механизмах с предусмотренной, как правило, на одном конце приводной частью и предусмотренной на противоположном конце выходной частью, на которой затем винтовой элемент может подходящим образом разъемно фиксироваться. Передаточный механизм в корпусе плоской выходной части состоит при этом зачастую из зацепляющейся друг за друга и реализующей тем самым передачу крутящего момента от приводной части к выходной части системы зубчатых колес, которые между приводной частью и выходной частью (которые зачастую сами предусмотрены в виде зубчатых колес с соответствующими внешними зубьями) реализуют передачу 1:1, причем, однако, в зависимости от области применения различные ее варианты и модификации в целом известны, и предполагаемая в общем технология возможна и известна.
Если затем, как предусмотрено согласно родовому понятию, вводится на стороне приводной части либо вручную, либо механически предусмотренный для винтовой работы приводной крутящий момент в плоскую выходную часть, причем, например для получения вытянутой плоской системы в целом, это может также происходить при помощи реализующей угловое и/или коническое зубчатое зацепление угловой головки, то создан способ, который позволяет даже труднодоступные винтовые элементы надежно, с малым зазором и, например при использовании высококачественных плоских выходных средств, также с хорошим механическим коэффициентом полезного действия приводить в действие.
Тем не менее, именно в промышленном контексте, зачастую необходимо по причинам контроля качества или с целями ведения документации регистрировать соответствующий, прикладываемый к винтовому элементу винтовой или приводной крутящий момент. В то время как предусматриваемые в этом отношении, например, на стороне приводной части в плоских выходных средствах винтоверты или другие устройства, создающие крутящий момент, часто имеют средства регистрации крутящего момента (в простом случае, например, обычный динамометрический ключ), тем не менее такая имеющая место перед приводной частью плоской выходной части регистрация крутящего момента потенциально проблематична и в частности в отношении точности регистрации крутящего момента, введенного конкретно в винтовой элемент (то есть на стороне выходной части плоских выходных средств), не достаточна. Мало того, что именно подобное, то есть в целом общеизвестное, измерение крутящего момента, имеет само по себе допуски и мало точно, в это измерение входит помимо этого, повышая в этом отношении погрешности измерений и допуски измерений, весь дальнейший механический путь передачи вплоть до винтового элемента, включая коэффициент полезного действия крутящего момента плоских выходных средств, а также возможные (обусловленные геометрией, не незначительные) потери крутящего момента промежуточных угловых головок или подобных конических зубчатых зацеплений.
Поэтому представляется возможным предусматривать в качестве альтернативы измерению крутящего момента на стороне приводной части регистрацию крутящего момента на стороне выходной части плоских выходных средств, например, в виде обычного измерительного вала. Однако это в свою очередь, не говоря о дополнительной сложности, не являющейся незначительной, проблематично ввиду конструктивных или геометрических имеющихся условий плоской выходной части. Так как именно обычные плоские выходные части соответствующего типа конструктивно рассчитаны на минимально возможное, компактное исполнение при максимально передаваемом крутящем моменте (это является предусмотренной целью применения подобных плоских выходных частей), соответствующая интеграция обычного вала измерения крутящего момента затруднительна или невозможна. Кроме того, существуют дополнительные требования к техническому обслуживанию или присоединению, для того чтобы была в этом отношении возможность обеспечивать надежную регистрацию крутящего момента на стороне выходной части.
Исходя из этого, задача данного изобретения состоит в улучшении винтового устройства для приложения крутящего момента к винтовому элементу согласно ограничительной части основного пункта формулы изобретения, в частности в отношении точности измерения средств регистрации для регистрации выходного крутящего момента, действующего с выходной стороны на винтовой элемент, при этом насколько это возможно предотвратить в частности возможные погрешности измерений и допуски измерений, которые обусловлены задействованными передаточными, отклоняющими и соединительными компонентами, и вместе с тем сделать возможным устройство, которое может изготовляться с низкой конструктивной сложностью и является тем самым экономичным и надежным в эксплуатации, причем должна относительно родового уровня техники сохраняться геометрическая компактность в частности плоских выходных средств, без ущерба при передаваемых максимальных крутящих моментах.
Задача решается с помощью винтового устройства для приложения крутящего момента к винтовому элементу с признаками основного пункта формулы изобретения; предпочтительные усовершенствования изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Дополнительно правовая охраны в рамках изобретения испрашивается для ручной винтовой системы, которая имеет заявленное винтовое устройство и соединенные со стороны приводной части с плоскими выходными средствами средства создания приводного крутящего момента, например, в виде винтоверта или подобного устройства.
Предпочтительным согласно изобретению образом средства для регистрации выходного крутящего момента, действующего с выходной стороны на винтовой элемент, согласованы, с одной стороны, с плоскими выходными средствами, а именно в частности таким образом, что они предусмотрены на и/или в (плоском) корпусе плоских выходных средств.
С другой стороны, эти согласованные с плоскими выходными средствами средства регистрации выполнены таким образом, что они могут регистрировать осевое усилие, которое действует на косозубое, соединяющее с передачей крутящего момента приводную часть и выходную часть плоских выходных средств зубчатое колесо, и зарегистрированное осевое усилие могут предоставлять затем для предпочтительно электронной оценки сигнала. При этом понятие "осевое усилие" следует понимать таким образом, что косозубое согласно изобретению и вовлеченное в передачу крутящего момента от приводной части к выходной части зубчатое колесо установлено с возможностью вращения вокруг оси вращения, которая задает в этом отношении затем осевое направление осевого усилия. В конкретной механической реализации изобретения это означает, что используется согласно изобретению косозубый зубчатый венец зубчатого колеса (и тем самым также зацепляющихся за него дальнейших зубчатых колес или зубчатых венцов или зубьев), и что наряду с вводом вращательного усилия в зубчатое колесо (согласно чистому прямозубому зацеплению) создается дополнительная, действующая вдоль определенного осевого направления составляющая усилия, которая прикладывает к зубчатому колесу усилие, которое выталкивает его из чисто плоского, ровного зубчатого зацепления между приводной частью и выходной частью. Это усилие действует затем на соответствующие изобретению средства регистрации, которые могут вызывать силовое замыкание с зубчатым колесом вдоль осевого направления либо непосредственно на краю зубчатого венца зубчатого колеса, либо на подходящем участке устанавливающего зубчатое колесо с возможностью вращения (отдельного или примыкающего за одно целое к зубчатому колесу) вала.
При этом с одной стороны согласно изобретению в усовершенствовании предпочтительно возможно и приводную часть выполнять в виде зубчатого колеса и тем самым в виде имеющего зубчатый венец приводного узла, и выходную часть выполнять соответствующим образом (равным образом в виде зубчатого колеса или с зубчатым венцом), так что косозубое согласно изобретению и взаимодействующее со средствами регистрации зубчатое колесо – при необходимости при помощи дополнительных, зацепляющихся или соединенных зубчатых колес – устанавливает соединение передачи крутящего момента от приводной части к выходной части. Альтернативно и, тем самым также будучи охвачено изобретением, возможно само реализующее выходной узел зубчатое колесо выполнять в виде соответствующего изобретению косозубого зубчатого колеса для взаимодействия со средствами регистрации.
При помощи обоих вариантов можно тем самым реализовывать существенное соответствующее изобретению преимущество, а именно соответствующую изобретению регистрацию крутящего момента средствами регистрации максимально близко на стороне выходной части плоских выходных средств либо непосредственно за счет соответствующего исполнения выходного узла (выходное зубчатое колесо) для взаимодействия со средствами регистрации, либо же далее предпочтительно за счет взаимодействия взаимодействующего (сцепляющегося) непосредственно с выходным узлом зубчатого колеса в качестве соответствующего изобретению косозубого зубчатого колеса.
Также в рамках предпочтительных вариантов осуществления изобретения является предпочтительным предусматривать согласно геометрической основной конструкции плоской выходной части соответствующее изобретению косозубое зубчатое колесо (как и в этом случае также дальнейшие зацепляющиеся за него зубчатые колеса) в корпусе плоских выходных средств таким образом, что соответствующие оси вращения проходят параллельно друг к другу и распространяются через параллельные плоские стороны плоской выходной части. Тем самым ось вращения косозубого зубчатого колеса (как и оси вращения дальнейших зубчатых колес, далее предпочтительно также оси вращения приводного и/или выходного узла) проходили бы в этом случае перпендикулярно к продольному распространению плоских выходных средств (или образующего плоские выходные средства вытянутого корпуса). Однако это не обязательно, возможно в частности также, что, например, плоские выходные средства в плоскости плоской стороны (сторон) или перпендикулярно к ней (к ним) выполнены с наклоном и/или изгибом. Также возможны другие передаточные отношения чем 1:1.
В отношении конкретной реализации средств регистрации с одной стороны предпочтительно реализовывать их в виде пьезоэлектрического датчика усилия или при помощи системы тензодатчиков. Такие системы выпускаются на рынок специальными производителями, также в компактном виде и с высоким качеством измерений, и их можно конструктивно просто предусматривать для взаимодействия с осевым силовым замыканием с косозубым зубчатым колесом или интегрировать в корпус плоских выходных средств.
Альтернативно возможно действующее на косозубое зубчатое колесо осевое усилие воспринимать, например, при помощи гидравлического передатчика усилия в виде реализованного на или в валу зубчатого колеса гидравлического поршня и передавать в другое место на или в плоских выходных средствах, где затем датчик гидравлического давления может (конструктивно просто и экономично, в частности по сравнению с пьезодатчиком усилия) реализовывать измерение осевого усилия. В обоих случаях может тем самым достигаться измерительный сигнал, который представляет крутящий момент на выходной стороне достоверно и с высоким качеством измерения и точностью, без того чтобы, как например у известных устройств для регистрации крутящего момента при помощи измерительного вала, был необходим вращающийся компонент в виде такого измерительного вала.
Именно конструктивная простота данного изобретения для создания оцениваемого электроникой сигнала позволяет в этом случае компактно, с использованием миниатюрных электронных компонентов, и экономично реализовывать оценку сигнала, функциональные возможности (электронного) интерфейса для стандартизированной внешней возможности оценки и/или (также предпочтительно беспроводную) передачу сигнала во вне. Именно предусмотренные согласно усовершенствованию в рамках изобретения электрические средства электроснабжения для подобных электронных средств интерфейса и/или подготовки сигнала делают возможными подобные, беспроводные, автономные и применяемые соответственно гибко функциональные возможности, причем наряду, например, с решением за счет батарей для средств электроснабжения дополнительно в усовершенствовании принимается во внимание также решение за счет электрического генератора, которое, используя неизбежно возникающие у соответствующего изобретению винтового устройства вращательные движения задействованных передаточных компонентов, может предпочтительно эту механическую энергию движения и без того известным образом преобразовывать в электрическую полезную энергию для описанных функциональных возможностей. Также несомненно достигнутое вследствие этого преимущество независимости от батарей или других проводных источников энергии.
В результате тем самым благодаря данному изобретению использующее плоские выходные средства винтовое устройство соответствующего типа поразительно простым и конструктивно элегантным образом усовершенствуется настолько, что оно, вне зависимости от условий передаточного механизма и механической передачи, может предоставлять достоверные измерительные значения для определения выходного крутящего момента, действующего с выходной стороны на винтовой элемент, без того чтобы были необходимы, например, сложные и дорогостоящие меры. Тем самым можно ожидать, что данное изобретение делает доступной достоверную регистрацию измерительных значений крутящих моментов с выходной стороны не только для контекста промышленного монтажа и завинчивания, где уже в настоящее время существует имеющая место из–за требований качества и ведения документации потребность в точной регистрации и записи измерительных значений, но и будущие применения соответствующей изобретению технологии могут по–видимому распространиться в частные области или области хобби.
Дальнейшие преимущества, признаки и подробности изобретения проистекают из последующего описания предпочтительных примеров осуществления, а также на основе чертежа; на чертеже показаны:
фиг. 1 – вид в перспективе соответствующей изобретению ручной винтовой системы согласно первому предпочтительному примеру осуществления изобретения;
фиг. 2 – схематичный вид сбоку (при снятом корпусе) соответствующих изобретению плоских выходных средств, включая предшествующую угловую головку;
фиг. 3 – подробный вид, аналогичный фиг. 2, с последовательностью реализующих плоские выходные средства зубчатых колес;
фиг. 4 – вид в продольном разрезе системы с фиг. 3, однако с окружающими дополнительно зубчатые колеса половинами корпуса плоской выходной части;
фиг. 5, 6 – виды в перспективе системы зубчатых колес согласно фиг. 2 и фиг. 3, причем фиг. 5 показывает используемое для регистрации крутящего момента зубчатое колесо на изображении в разобранном виде относительно средств регистрации, а изображение с фиг. 6 показывает смонтированную систему;
фиг. 7 – подробный вид выполненных в виде датчика давления или усилия средств регистрации в смонтированном состоянии; и
фиг. 8 – подробный вид в разрезе используемого для регистрации крутящего момента косозубого зубчатого колеса в смонтированном состоянии датчика давления или усилия, в частности аналогично подробному виду с изображения фиг. 4.
Фиг. 1, изображение системы и равным образом контекста для данного изобретения, показывает на изображении в перспективе винтовое устройство для приложения крутящего момента к винтовому элементу согласно первому примеру осуществления изобретения, включающее в себя установленные в корпусе 30, 32 плоские выходные средства 10, которые на одном конце (с выходной стороны) для взаимодействия с винтом 12 в качестве (не относящегося к изобретению) винтового элемента приводят в действие подходящий винтовой инструмент 14. Со стороны приводной части, то есть на противоположном выходной части конце плоских выходных средств, они соединены через имеющую пару конических зубчатых колес угловую головку 16 с приводимым в действие вручную винтовым инструментом 18, который, в виде стандартного и предлагаемого на рынке различными изготовителями инструментов инструмента, может вводить приложенный двигателем (например, электрическим или пневматическим) крутящий момент с отклонением узлом 16 на прямой угол в плоские выходные средства 10, которые затем передают описываемым в дальнейшем образом этот приводной крутящий момент на инструмент 28 для винтового приведения в движение соединительного элемента 12.
В частности, на основе видов сбоку и соответственно в продольном разрезе фиг. 2 по 4 можно описывать механическую реализацию и функциональные возможности плоских выходных средств в показанном винтовом устройстве. Становится ясным, что со стороны приводной части в плоских выходных средствах выполнен приводной узел 20 в виде первого косозубого зубчатого колеса, который соединен с передачей крутящего момента (фиг. 2) с угловой головкой 16, и в который (фиг. 3, фиг. 4) приводной момент может вводиться через выполненный за одно целое фланцевый участок 22.
На другом конце (с выходной стороны) плоских выходных средств 10 предусмотрен выходной узел 24 снова в виде косозубого зубчатого колеса, которое получаемый от плоских выходных средств выходной момент может передавать через четырехгранную головку или участок 26 инструмента (фиг. 3, фиг. 4) и соединяемую с ним без возможности поворота приводную втулку 28 (фиг. 2) на винтовой элемент.
Между приводным узлом 20 и выходным узлом 24, которые установлены с возможностью вращения вокруг параллельных друг к другу осей в образованном из половин 30, 32 корпуса корпусе плоских выходных средств, зацепляющаяся друг за друга последовательность промежуточных, в каждом случае косозубых зубчатых колес 34, 36, 38 предусмотрена таким образом, что между приводным узлом 20 и выходным узлом 24 в данном случае реализовано передаточное отношение 1:1; так же как эти оба узла промежуточные зубчатые колеса 34 по 38 установлены в корпусе 30, 32 с возможностью вращения вокруг в каждом случае параллельных друг к другу осей и линейно вдоль продольного распространения корпуса 30, 32.
В типичной реализации для ручного винтового приведения в движение подобные плоские выходные средства предусмотрены и подходят для передачи максимального крутящего момента примерно в 200 Нм; стандартный коэффициент полезного действия подобного косозубого устройства находится в зависимости от условий смазки и точности исполнения зубчатых зацеплений между примерно 80% и 90% (то есть отношение выходного крутящего момента в узле 24 к приводному крутящему моменту в узле 20).
Виды сбоку и соответственно в разрезе фиг. 2 по 4 показывают, что на соседнем непосредственно с выходным узлом 24 (и зацепляющемся за выходной узел) зубчатом колесе 38 предусмотрены средства регистрации, которые регистрируют действующее на зубчатое колесо 38 осевое усилие (то есть усилие, которое возникает вдоль оси вращения зубчатого колеса 38 и соответственно перпендикулярно к направлению продольного распространения корпуса 30, 32 – в этом отношении проходя вертикально относительно плоскости чертежа фиг. 2 по 4 – за счет действия вращающегося с нагрузкой косозубого зацепления).
Точнее говоря и дополнительно ссылаясь на подробные изображения и изображение в разобранном виде фиг. 5 по 8, с зубчатым колесом 38, которое имеет выполненные в осевом направлении с обеих сторон за одно целое участки 40, 42 вала (которые затем через дисковые кольца 44 и соответственно 46 образуют вращающиеся опоры относительно соответствующих оболочек 30 и соответственно 32 корпуса), согласован в осевом направлении с одной стороны датчик 48 усилия, который через расположенную со стороны датчика опорную/дисковую систему 50 воспринимает осевое усилие зубчатого колеса 38 (то есть вдоль оси 52 вверх в плоскости чертежа фиг. 8) и опирается в осевом направлении с другой стороны на крышку 54 датчика, которая в свою очередь зафиксирована показанным винтовым соединением на верхней оболочке 30 корпуса.
Благодаря нажимной пружине 56, которая со своей стороны опирается на свинченный с нижней оболочкой 32 корпуса узел 58 крышки, через систему 60 подшипника скольжения зубчатое колесо 38 нагружается осевым предварительным напряжением (с передачей соответственно на датчик 48 усилия). Благодаря соответствующему исполнению нажимной пружины 56 выполненный, например, в виде пьезодатчика усилия датчик 48 тем самым предварительно напрягается в отношении необходимой рабочей точки. В конкретной реализации крутящего момента примерно в 220 Нм, передаваемого плоскими выходными средствами 10 показанного примера осуществления, воспринимаемое датчиком 48 усилия усилие может составлять 3000 Н и более. Типичные, имеющиеся повсеместно в продаже датчики усилия изготовляются, например, компанией Kistler AG (CH–Winterthur), в изображенном примере осуществления тип Slimline со стандартным максимальным наружным диаметром 12 мм.
В частности, изображение в перспективе в разобранном виде фиг. 5 показывает в непосредственном сравнении со смонтированным состоянием (фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8) задействованные компоненты, причем в этом случае на кабельном выводе 62 датчика 48 усилия имеется предоставленный в остальном обычным и известным образом для последующей обработки и оценки сигнал регистрации крутящего момента. Фиг. 6 и 7 показывают систему со снятой крышкой 54.
Эксплуатационные испытания в широком рабочем диапазоне (диапазоне крутящего момента) показали, что сгенерированный датчиком 48 усилия сигнал измерения усилия (в виде напряжения сигнала) показывает почти идеальную пропорциональность к приложенному к зубчатому колесу 38 крутящему моменту (и тем самым практически линейную характеристику сигнала). Так как помимо этого в показанном примере осуществления зубчатое колесо 38 зацепляется непосредственно за внешние зубья выходного узла (который в свою очередь вводит затем непосредственно выходной крутящий момент с целью завинчивания в винтовой элемент), при несущественной потере этой кинематической пары крутящего момента сигнал датчика усилия может для решения соответствующей изобретению задачи очень точным, помехозащищенным и повторяемым образом отображать фактические выходные соотношения крутящих моментов в плоских выходных средствах. Кроме того, ясно, что это происходит практически без существенного увеличения установочного пространства или объема плоских выходных средств 10 или корпуса 30, 32, так что данное изобретение комбинирует описанные механические преимущества с наилучшей компактностью и минимизацией требований к установочному пространству.