Drehmomentschlüssel dieser Art sind bekannt und werden ver- wendet, um Schrauben, Gewindebolzen oder dergleichen mit ei- nem definierten Anzugsmoment festzuschrauben und auf diese Weise zwei Bauteile mit einer definierten Spannkraft zu ver- binden. Hierzu ist bei den bekannten Drehmomentschlüsseln üb- licherweise zwischen dem Schlüsselkörper und dem Griffelement eine Reibungskupplung vorgesehen, die ein bestimmtes, maxima- les Drehmoment vom Griffelement an den Schlüsselkörper über- tragen kann und bei Überschreiten dieses maximalen Drehmo- ments durchrutscht.

Die bekannten Drehmomentschlüssel haben sich zwar in der Pra- xis durchaus bewährt. Nachteilig ist jedoch, daß sie relativ kompliziert im Aufbau und daher teuer sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Drehmomentschlüssel der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach im Aufbau und preiswert in der Herstellung ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Griffelement um die Schlüsselkörperachse drehbar und axial verschiebbar am Schlüsselkörper gehalten ist, wobei es durch ein elastisches Element axial gegen einen am Schlüsselkörper vorgesehenen Anschlag gedrückt wird, so daß ein Drehmoment vom Griffelement auf den Anschlag und damit auf den Schlüs- selkörper übertragen werden kann, und daß die miteinander in Berührung kommenden Kontaktbereiche an Griffelement und An- schlag derart ausgebildet sind und zusammenwirken, daß beim Festschrauben eines Gewindeelements eine relative Drehbewe- gung des Griffelements gegenüber dem Anschlag zu einer Axial- bewegung des Griffelements am Schlüsselkörper entgegen der Federkraft des elastischen Elements führt.

Gemäß der Erfindung besteht somit zwischen dem Griffelement und dem am Schlüsselkörper vorgesehenen Anschlag in ähnlicher Weise wie bei den bekannten Drehmomentschlüsseln ein Reib- schluß, über den ein Drehmoment vom Griffelement auf den An- schlag und damit auf den Schlüsselkörper übertragen werden kann, wobei die Höhe des übertragbaren Drehmoments von der Axialkraft abhängt, mit der das Griffelement durch das ela- stische Element gegen den Anschlag gedrückt wird.

Wenn das maximal übertragbare Drehmoment überschritten wird führt das Griffelement gegenüber dem Anschlag eine relative Drehbewegung aus, die aufgrund der durch die Kontaktbereiche gebildeten Zwangsführung eine Axialbewegung des Griffelements entgegen der Federkraft des elastischen Elements mit sich bringt. Wenn das elastische Element beispielsweise durch ein Tellerfederpaket gebildet wird, wird dieses durch die Axial- bewegung des Griffelements zusammengedrückt mit dem Ergebnis, daß sich dessen Spannkraft und damit auch das vom Griffele- ment auf den Schlüsselkörper übertragbare Drehmoment erhöht.

Mit anderen Worten wird durch eine Drehung des Griffelements gegenüber dem Schlüsselkörper eine Veränderung des maximal übertragbaren Drehmoments bewirkt, wobei das der jeweiligen relativ Winkelstellung zwischen diesen beiden Bauteilen ent- sprechende übertragbare Drehmoment exakt bestimmt ist.

Zum Einschrauben beispielsweise eines Gewindebolzens in eine Gewindebohrung wird der erfindungsgemäße Drehmomentschlüssel zunächst über sein Kupplungselement mit dem Gewindebolzen verbunden, so daß die Schlüsselkörperachse und die Gewinde- elementachse miteinander fluchten. Dann wird der Drehmoment- schlüssel über das Griffelement, welches gegenüber dem Schlüsselkörper eine Ausgangslage einnimmt, in der nur ein vergleichsweise geringes Drehmoment vom Griffelement auf den Schlüsselkörper übertragen werden kann, gedreht, wodurch der Gewindebolzen in die Gewindebohrung eingeschraubt wird. Wenn dabei das reibungsbedingte Widerstandsmoment, das dem Schraubvorgang entgegengesetzt wird, das vom Griffelement auf den Schlüsselkörper übertragbare Drehmoment übersteigt, führt dies dazu, daß nur das Griffelement weitergedreht wird und aufgrund der Zwangsführung durch die Kontaktbereiche gleich- zeitig eine Axialbewegung entgegen der Federkraft des elasti- schen Elements ausführt, durch die das maximal übertragbare Drehmoment erhöht wird. Dieser Vorgang dauert so lange an, bis das Griffelement gegenüber dem Schlüsselkörper die dem gewünschten Anzugsmoment entsprechende Drehlage einnimmt, die beispielsweise über eine Skalierung abgelesen werden kann.

Wenn man jetzt das Griffelement losläßt, wird es durch die Rückstellkraft des elastischen Elements in seine Ausgangslage zurückgeführt.

Im Ergebnis läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Drehmoment- schlüssel ein Gewindeelement mit dem gewünschten Anzugsmoment festschrauben, wobei der Drehmomentschlüssel einfach aufge- baut sein kann, da lediglich die Kontaktbereiche an Griffele- ment und Anschlag entsprechend ausgebildet zu sein brauchen. Im einfachsten Fall kann an einem der beiden Bauteile eine Steuerkurve beispielsweise in Form einer Schrägfläche vorge- sehen sein, die mit einer Steuerkante an dem anderen Bauteil zusammenwirkt. Der erfindungsgemäße Drehmomentschlüssel ist damit einfach und preiswert in der Herstellung.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die jeweils zur Herbeiführung einer Axialbewegung des Griffe- lements zusammenwirkenden Kontaktbereiche an Griffelement und Anschlag so ausgebildet sind, daß sie flächig in Anlage kom- men. Hierdurch wird eine geringe Flächenpressung erreicht. Insbesondere können die Kontaktbereiche komplementär zueinan- der ausgebildet sein.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Kontaktbereiche eine sich in Umfangsrichtung ändernde Neigung gegenüber der Schlüsselkörperachse haben. Hierdurch wird erreicht, daß die Größe des vom Griffelement auf den Schlüsselkörper übertragbaren Drehmoments sich nicht allein mit der Vorspannkraft des elastischen Elements ändert, son- dern auch von dem jeweiligen Neigungswinkel, so daß kein li- nearer Zusammenhang zwischen der Drehung des Griffelements gegenüber dem Schlüsselkörper und der Größe des übertragbaren Drehmoments besteht. Diese Ausgestaltung eröffnet die Mög- lichkeit, einen progressiven oder degressiven Zusammenhang zwischen dem Winkelweg des Griffelements und der Erhöhung des übertragbaren Drehmoments herzustellen, indem sich die Nei- gung der Kontaktbereiche entsprechend kontinuierlich steiler oder flacher wird.

Auch ist es möglich, die Kontaktbereiche an Griffelement und Anschlag jeweils in Umfangsrichtung in mehrere Kontaktbe- reichsabschnitte zu unterteilen, wobei die Kontaktbereichsab- schnitte innerhalb eines Kontaktbereiches jeweils unter- schiedliche Neigungen gegenüber der Schlüsselkörperachse be- sitzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehmomentschlüssels ist vorgesehen, daß über den Umfang des Schlüsselkörpers verteilt mehrere Kontaktbereiche am Griffe- lement vorgesehen sind, die gleichzeitig mit entsprechenden Kontaktbereichen am Anschlag in Eingriff stehen, so daß ein Drehmoment gleichmäßig über den Umfang verteilt vom Griffele- ment auf den Anschlag übertragen wird. Beispielsweise können am Griffelement zwei sich diametral gegenüberliegende Kon- taktbereiche vorgesehen sein, die gleichzeitig mit entspre- chenden Kontaktbereichen am Anschlag in Eingriff stehen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das dem Kupplungselement gegenüberliegende axiale Ende des Schlüsselkörpers als Zapfen ausgebildet ist, auf den das elastische Element und das Griffelement aufgeschoben sind, wobei die Anordnung Griffelement/elastisches Element durch den Anschlag, der an dem freien Ende des Zapfens angebracht, insbesondere am Zapfen festgeschweißt oder auf den Zapfen aufgeschraubt ist, gegen einen Absatz des Schlüsselkörpers gespannt ist. Diese Ausbildung gewährleistet eine einfache Montage des erfindungsgemäßen Drehmomentschlüssels.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Er- findung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt Figur 1 in Vorderansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehmomentschlüssels in sei- ner Ausgangsstellung, Figur 2 den Drehmomentschlüssel aus Figur 1 mit ange- deuteten Innenkonturen, Figur 3a den Dremomentschlüssel aus Figur 1 mit ver- drehtem Griffelement, Figur 3b die Kräfte, die an den Kontaktbereichen zwi- schen Griffelement und Anschlag des im Drehmo- mentschlüssels aus Figur 3a auftreten, Figur 4 den Drehmomentschlüssel aus Figur 3 mit ange- deuteten Innenkonturen, Figur 5 den Drehmomentschlüssel aus Figur 1 mit einer aufgesetzten Verkleidung, Figur 6 in perspektivischer Darstellung den Anschlag eines erfindungsgemäßen Drehmomentschlüssels mit den daran vorgesehenen Kontaktbereichen und Figur 7 einen Teil eines Griffelements mit daran vor- gesehenen Kontaktbereichen.

In den Figuren ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemä- ßen Drehmomentschlüssels 1 dargestellt, der zum Festschrauben von Gewindebolzen etc. mit einem definierten Drehmoment be- stimmt ist. Der Drehmomentschlüssel 1 besitzt einen zylinder- förmigen Schlüsselkörper 2, der an seinem einen axialen Ende ein Kupplungselement 3 in der Form eines Innenvierkants zur Verbindung mit dem festzuschraubenden Gewindeelement und an seinem anderen axialen Ende ein Griffelement 4 zum Drehen des Schlüsselkörpers 2 trägt. Das Griffelement 4 ist auf einen Zapfen 5 des Schlüsselkörpers 2 axial verschiebbar sowie um die Schlüsselkörperachse X drehbar aufgeschoben und wird durch ein zuvor auf den Zapfen 5 aufgeschobenes Tellerfeder- paket 6, das an einem Absatz 2a des Schlüsselkörpers 2 an- liegt, abgestützt. Auf das freie Ende des Zapfens 5 ist ein Anschlag 7 aufgeschraubt, so daß das Griffelement 4 mit dem Tellerfederpaket 6 verspannt wird und damit das Griffelement unter der Vorspannkraft des Tellerfederpaketes 6 gegen den Anschlag 7 gedrückt wird. Hierdurch entsteht eine Reibschluß- verbindung zwischen dem Griffelement 4 und dem Anschlag 7, durch die ein Drehmoment bestimmter Größe vom Griffelement 4 auf den Anschlag 7 und damit auf den Schlüsselkörper 2 über- tragen werden kann.

Die miteinander in Berührung kommenden Kontaktbereiche 8,9 an Griffelement 4 und Anschlag 7 sind komplementär zueinander ausgebildet, so daß sie jeweils flächig aneinander zur Anlage kommen und somit die Flächenpressung zwischen den Bauteilen 4,7 gering ist, und sie wirken nach Art von Auflaufschrägen derart zusammen, daß beim Festschrauben eines Gewindeelemen- tes eine relative Drehbewegung des Griffelements 4 gegenüber dem Anschlag 7 zu einer Axialbewegung des Griffelementes aus der in Figur 1 dargestellten Ausgangslage vom Anschlag 7 weg führt, wodurch das Tellerfederpaket 6 zusammengedrückt wird, wie es in Figur 3a angedeutet ist. Dies hat zur Folge, daß sich die Federkraft FF, mit der das Griffelement 4 gegen den Anschlag 7 gepreßt wird, erhöht, so daß ein größeres Drehmo- ment vom Griffelement 4 auf den Anschlag 7 und damit den Schlüsselkörper 2 übertragen werden kann.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Drehmomentschlüssels 1 ist aus der Zusammenschau der Figuren 1,3 und 3a, in der die zwischen Griffelement 4 und Anschlag 7 wirkenden Kräfte eingezeichnet sind, deutlich. In der Figur 3a ist die Feder- kraft, mit der das Griffelement 4 von dem Tellerfederpaket 6 gegen den Anschlag 7 gedrückt wird, mit FF bezeichnet. Diese Federkraft FF läßt sich aufteilen in eine senkrecht zu dem Preßspalt stehende Komponente FFN und eine in Preßspaltrich- tung verlaufenden Komponente Frp. Aus der normal zum Preß- spalt stehenden Kraftkomponente FFN läßt sich über den Rei- bungskoefizienten zwischen Griffelement 4 und Anschlag 7 die im Preßspalt wirkende Reibkraft FR bestimmen, welche einer Relativbewegung zwischen Griffelement 4 und Anschlag 7 entge- genwirkt.

Wenn ein Drehmoment M in das Griffelement 4 eingeleitet wird, resultiert hieraus im Preßspalt eine senkrecht zur Federkraft FF gerichtete Kraft F,, die sich ebenfalls aufteilen läßt in eine senkrecht zum Preßspalt gerichtete Komponente FMN und eine parallel zum Preßspalt gerichtete Komponente Fs. Diese Kraftkomponente F ist der Reibungskraft FR und der Feder- kraftkomponente Frs entgegengerichtet mit dem Ergebnis, dal3 sich das Griffelement 4 relativ zu dem Anschlag 7 am Zapfen 5 zu drehen beginnt, wenn die Kraftkomponente F größer wird als die Summe von der Reibungskraft FR und der in Preß- spaltrichtung wirkenden Federkraftkomponente FFS Das Griffe- lement 4 dreht sich dann so lange, bis sich die Federkraft FF durch die mit der Drehbewegung zwangsläufig verbundene Axial- bewegung des Griffelelements 4 soweit erhöht hat, daß die in der Preßspaltebene wirkenden Kräfte im Gleichgewicht stehen.

Aus der vorstehenden Erläuterung wird deutlich, daß die Größe des Drehmoments, welches maximal über den Reibschluß zwischen Griffelement 4 und Anschlag 7 übertragen werden kann, abhängt von der Federkraft FF, mit welcher das Griffelement 4 gegen den Anschlag 7 gedrückt wird, sowie dem mittleren Radius und der Neigung der miteinander in Berührung kommenden Kontaktbe- reiche 8,9 gegenüber der Schlüsselkörperachse X. Dabei ent- spricht jeder relativen Drehwinkelstellung zwischen dem Grif- felement 4 und dem Anschlag 7 ein durch die Federkraft FF und die Neigung der miteinander in Berührung kommenden Kontaktbe- reiche 8,9 an Griffelement 4 und Anschlag 7 exakt definier- tes, maximal übertragbares Drehmoment. Die relative Drehwin- kelstellung zwischen Griffelement 4 und Anschlag 7 und damit das maximal übertragbare Drehmoment M können beispielsweise anhand einer Skalierung 11 abgelesen werden, die an dem An- schlag 7 und dem Griffelement 4 beziehungsweise einer mit dem Griffelement 4 verbundenen Verkleidung 10 vorgesehen ist, wie dies in Figur 5 dargestellt ist.

Um ein Drehmoment möglichst gleichmäßig über den Umfang ver- teilt in den Schlüsselkörper 2 einleiten zu können, sind, wie in Figur 7 gezeigt ist, an dem Griffelement 4 zwei sich be- züglich der Schlüsselkörperachse X diametral gegenüberliegen- de Kontaktbereiche 8 vorgesehen, die gleichzeitig mit ent- sprechenden Kontaktbereichen 9 des Anschlages 7 in Eingriff stehen. Im übrigen ist in den Figuren 6 und 7 gut erkennbar, daß die Kontaktbereiche 8 am Griffelement 4 und die entspre- chenden Kontaktbereiche 9 am Anschlag 7 jeweils unterteilt sind in drei Kontaktbereichsabschnitte 8a, 8c, 9a, 9c, wobei jeweils nur ein Kontaktbereichsabschnitt 8a, 8c eines jeden Kontaktbereiches 8 des Griffelements 4 mit einem entsprechen- den, zumindest bereichsweise komplementär ausgebildeten Kon- taktbereichsabschnitt 9a, 9c des zugehörigen Kontaktbereiches 9 am Anschlag 7 in Eingriff steht.

Zum Einschrauben beispielsweise eines Gewindebolzens in eine Gewindebohrung wird der erfindungsgemäße DrehmomentschlUssel 1 zunächst über sein Kupplungselement 3 mit dem Gewindebolzen verbunden, so daß die Schlüsselkörperachse X und die Gewinde- elementachse miteinander fluchten. Dann wird der Drehmoment- schlussel 1 über das Griffelement 4, welches gegenüber dem Schlüsselkörper 1 die in Figur 1 gezeigte Ausgangslage ein- nimmt, in der die Kontaktbereichsabschnitte 8a, 8c von Grif- felement 4 und Anschlag 7 miteinander in Eingriff stehen und nur ein vergleichsweise geringes Drehmoment vom Griffelement 4 auf den Schlüsselkörper 2 übertragen werden kann, gedreht, wodurch der Gewindebolzen in die Gewindebohrung eingeschraubt wird. Wenn dabei das reibungsbedingte Widerstandsmoment, das dem Schraubvorgang entgegengesetzt wird, das vom Griffelement 4 auf den Schlüsselkörper 2 übertragbare Drehmoment über- steigt, führt dies dazu, daß nur das Griffelement 4 weiterge- dreht wird und dieses aufgrund der Zwangsführung durch die Kontaktbereichsabschnitte 8a, 9a gleichzeitig eine Axialbewe- gung ausführt, durch die das Tellerferderpaket 6 zusammenge- drückt wird mit dem Ergebnis, daß sich dessen Vorspannkraft und damit auch das maximal vom Griffelement 4 auf den Schlüs- selkörper 2 übertragbare Drehmoment erhöht. Dieser Vorgang dauert so lange an, bis das Griffelement 4 gegenüber dem Schlüsselkörper 2 die dem gewünschten Anzugsmoment entspre- chende Drehlage einnimmt, die über die Skalierung abgelesen werden kann. Der maximale Federweg desTellerfederpakets 6 ist so gewählt, daß es auf Blocki läuft, bevor die Kontaktflä- chenabschnitte 8a, 9a außer Eingriff geraten, so daß eine ho- he Betriebssicherheit gewährleistet ist.

Wenn man nach dem Festziehen des Gewindeelements das Griffe- lement 4 losläßt, wird es durch die Rückstellkraft des Tel- lerfederpakets 6 in seine Ausgangslage zurückgeführt.

An Gewindeelement 4 und Anschlag 7 sind desweiteren Kontakt- bereichsabschnitte 8c, 9c ausgebildet, die zum Lösen des Ge- windeelements miteinander zusammenwirken und hierzu eine ent- sprechende Neigung haben, die entgegengesetzt ist zu der Nei- gung der Kontaktbereichsabschnitte 8a, 9a, die zum Festziehen des Gewindeelements miteinander zusammenwirken. In optimaler Weise sind die Kontaktbereiche 8,9 jeweils mittensymmetrisch ausgebildet, so daß die Kontaktbereichsabschnitte 8a, 9a ; 8c, 9c beispielsweise sowohl zum Festziehen eines rechtsgängigen Gewindeelements als auch zum Lösen eines linksgängigen Gewin- deelements nutzbar sind.