CN1833826A - 动力工具扭矩过载离合器 - Google Patents

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Abstract

一种用于诸如冲击锤钻的电动工具的扭矩过载离合器。离合器容纳在齿轮装置的腔中。弹簧垫圈用于将球轴承推动到形成在腔的底部的凹痕中。球轴承容纳于形成在驱动板中的腔内，该驱动板与动力工具的驱动轴接合。通过圆形夹子或螺纹板将弹簧垫圈保持到适当的位置。提供螺纹板布置用于经过一个制造批次以恒定的力挤压弹簧垫圈的装置。还公开了一种离合器的制造方法。

Description

动力工具扭矩过载离合器
技术领域
本发明涉及一种过载离合器，尤其适合于在动力工具中的扭矩过载离合器，更具体地，本发明涉及用于电动锤钻中的扭矩过载离合器。本发明还涉及包括这种离合器机构的动力工具。
下面参考锤钻描述本发明的实施例。但是，本发明的概念不限于这种装置并且实现本发明的离合器同样能够用在诸如圆锯或磨床的其它动力工具中。
背景技术
在锤钻的正常操作期间，钻头旋转，同时钻头承受反复的冲击。这种钻经常用于处理砖石建筑或类似物。冲击机构能够是本领域已知的气动或冲击型。而且，锤钻能够设置成在锤-钻模式以及钻孔模式下操作，在锤-钻模式下钻头在它旋转时承受冲击，在钻孔模式，冲击机构脱开使得钻头在不承受冲击情况下旋转。通常，锤钻工具设置有只锤击模式、用于凿子工具，其中工具承受一系列冲击但不旋转。
希望在旋转式锤钻中提供一种扭矩过载离合器机构，当超过预定扭矩的扭力施加到刀具上时能够中断来自钻的马达的驱动。特别希望这种离合器机构用于较大功率的锤钻。离合器和相关预定的扭矩应该设置为使得当钻头与工件接合时钻可以正常地操作。但是，如果钻头被堵塞或者卡在工件中，那么超过预定扭矩的扭力将施加到离合器上，使得离合器工作或者棘合(ratchet)并且中断从马达到锤钻输出轴的动力。如果在没有设置有这种离合器的较大功率锤钻中发生这种情况，那么马达将继续向钻头施加动力，使得锤钻的主体相对于工件旋转。而且，在工作时没有离合器的装置中，马达可能停止转动，或者驱动链的组件或变速箱可能移位，导致损坏或者使它们自己或其他机构高度磨损。
在WO2004/024398中已经公开了一种用于气动锤钻的离合器机构。在所述的机构中，离合器设置在从动齿轮上，位于马达齿轮和小伞齿轮之间，该小伞齿轮设置成与轴的驱动齿轮啮合。
DE2522446描述了一种手提式动力工具，其包括中间轴，中间轴带有具有不同参数的两个固定驱动齿轮。齿轮与轴齿轮机构配合，该轴齿轮机构由大直径的齿轮和小直径的齿轮组成。小直径齿轮被压配合到大直径齿轮的圆柱形凸起上，该大直径齿轮设置在内部轴套元件上，从而它能够相对于轴套移动并且从而形成输出轴。输出轴通过轴套元件以非旋转但轴向可移动的方式安装在工具轴上。包括离合器齿的环元件被固定安装到轴套的后端并且定位在由齿轮的后面部分的内圆周表面形成的凹部内，上述齿轮的端面包括离合器齿，该离合器齿设置成与环元件的离合器齿配合。通过设置在轴套另一端的弹簧将离合器齿推动接合到离合器齿。
发明内容
简言之，本发明目的在于提供一种离合器机构，适合于但不限于锤钻，该机构是已知机构的改进。本发明的另一个目的在于提供一种改进的离合器制造方法。而且，本发明的目的也在于通过提供能够在比现有技术离合器机构更高的扭力下工作的紧凑离合器来改进现有技术的离合器。
更具体地说，本发明的实施例提供一种电动工具，包括用于通过扭矩过载离合器驱动输出轴的马达，该扭矩过载离合器用于当超过预定扭矩的扭力施加到输出轴时中断马达和输出轴之间的动力，所述扭矩过载离合器包括弹簧，弹簧设置成以预定力推动第一和第二组件到互相接合，第一和第二组件分别与马达和输出轴传动接合或者连接；以及止推板，设置成在使用期间保持弹簧压缩，其中止推板包括用于将止推板连接到齿轮装置(gear-log)的连接装置，并且离合器设置于形成在齿轮装置中的单一腔中。有利地，在使用期间止推板能够与齿轮装置的表面齐平或者基本齐平。连接装置能够包括相应的螺纹部分或者圆形夹子的结构。
本发明还提供一种电动工具，诸如冲击锤钻，包括外壳，在该外壳中设置有用于经变速箱驱动输出轴的电动机，所述变速箱包括其上固定有两个或多个齿轮的第一轴和包括两个或多个齿轮的齿轮装置，所述齿轮装置设置为使得当齿轮装置在第一位置时齿轮装置的第一齿轮与第一轴上的第一齿轮啮合，并且当齿轮装置在第二位置时齿轮装置的第二齿轮与第一轴上的第二齿轮啮合，其中齿轮装置经离合器连接于输出轴，并且齿轮装置可滑动或固定地设置在输出轴或者中间轴上，其中构成离合器的所有组件设置在形成于齿轮装置中的腔内。
这样，提供一种紧凑的且易于制造的离合器机构，其能提供相对恒定的过载扭矩，在此过载扭矩下离合器工作或者棘合。
优选地，本发明的实施例也可以包括用于将驱动力从马达传递到输出轴的装置，当预定扭力施加到输出轴时用于中断驱动力的装置，所述离合器可以可滑动地设置在工具的输出轴上，并且位于输出轴和工具变速箱的齿轮装置之间。
优选地，齿轮装置由单件的材料形成，优选地通过烧结法。这可以简化离合器的制造。烧结提供恒定的制造公差，这是一个制造批次中的过载离合器所要求的扭力变化最小所要求的。当然，可以使用形成齿轮装置的其他方法，诸如从一块材料加工形成嵌齿装置。
优选地，形成在齿轮装置中的腔包括设置在腔的螺纹部分和腔的底部之间的凸肩，所述凸肩设置成与止推板的座部分配合。
优选地，本发明提供一种电动锤钻，诸如冲击锤钻，包括外壳，在该外壳中设置有用于经变速箱驱动输出轴的电动机，所述变速箱包括其上固定有两个或多个齿轮的第一轴和包括两个或多个齿轮的齿轮装置，所述齿轮装置设置为使得当齿轮装置在第一位置时齿轮装置的第一齿轮与第一轴上的第一齿轮啮合，并且当齿轮装置在第二位置时齿轮装置的第二齿轮与第一轴上的第二齿轮啮合，其特征在于齿轮装置经离合器连接于输出轴，并且齿轮装置可滑动地设置在输出轴上。提供可滑动设置在输出轴上的离合器具有如下优点，即离合器能够在不妨碍锤机构或者钻操作的情况下工作。换句话说，输出轴能够将冲击力传递到钻头而不影响离合器的运行特性。
优选地，离合器能够设置于形成在齿轮装置中的腔内。这提供在钻的制造期间易于安装的紧凑布置。
优选地，离合器包括一个或多个球轴承，球轴承设置成通过弹簧被推动到一个或多个凹痕中。这提供简单的机械布置。
优选地，凹痕形成在齿轮装置的位于形成在齿轮装置中的腔的底部的表面上。这提供一个简单装置，通过该装置离合器能够将驱动力从齿轮装置传递到输出轴。而且，通过在齿轮装置中形成凹痕可以利用离合器凹痕组件所要求的相对硬的材料特性。
优选地，离合器还包括具有一个或多个承窝的驱动板，一个或多个球轴承在承窝中保持在位，所述驱动板还包括一个或多个凸起部，用于与设置在输出轴上的一个或多个花键接合。因此，驱动板能够与输出轴花键接合并且将球轴承保持在齿轮装置的凹痕和表面中形成的滚道上。
本发明还提供一种扭矩过载离合器，用于上述的锤钻或者任何其他电动工具，该离合器包括用于将驱动力从马达传递到输出轴的装置，当预定扭力施加到输出轴时用于中断驱动力的装置，所述离合器可以可滑动地设置在工具的输出轴上，并且在输出轴和工具变速箱的齿轮装置之间。离合器也能够用在诸如圆锯的其他动力工具上。
本发明还提供一种制造离合器的方法，所述离合器包括将驱动力从马达传递到输出轴的第一组件，和当预定的扭力施加到输出轴时用于中断驱动力的第二组件，该方法包括形成具有用于容纳第一和第二组件的齿轮装置，将第一和第二组件设置到齿轮装置的腔中，以及插入紧固装置以将组件保持到腔中。优选地，紧固装置是具有螺纹部分的螺纹止推板，该螺纹部分设置成与形成在齿轮装置的腔中的螺纹配合。优选地，其中腔包括设置成与止推板接合的凸肩，并且止推板拧紧到齿轮装置的螺纹中直到止推板的侧面部分与凸肩接合。这种布置提供一种简单的制造方法。离合器能够利用这种方法制造，该方法使得在一个制造批次中的离合器工作的扭力相当一致。换句话说，以这种方式在一个制造批次中操作离合器所要求的运行扭力的统计偏差是相当小的。
附图说明
以下通过实例的方式并且参考下列附图详细地描述本发明的实施例，其中：
图1示出实施本发明的锤钻的组件的示意性剖视图；
图2示出实施本发明的离合器机构的组件的分解图；
图3示出设置在齿轮装置中的离合器机构的视图；以及
图4示出实施本发明的另一种离合器机构的部分示意性剖视图。
具体实施方式
冲击锤钻经常具备有在其中带有变速机构的变速箱。根据用户的要求和/或所进行中的工作的需要，动力工具能够设置成以两个或多个旋转速度输出。一般而言，离合器可布置在变速箱中的中间轴上，该中间轴设置在马达轴和输出轴之间。然而，齿轮减速通常会影响离合器机构工作时的扭矩。换句话说，离合器切入以将来自马达的驱动中断时的预定扭矩将取决于钻是在较高或较低的速度下工作；这取决于工具所用的齿轮齿数比。通过在变速箱和输出轴之间设置离合器似乎能够克服这个问题，从而使来自马达的动力在输出轴上被中断。然而，在锤钻的输出轴上设置离合器机构已知会引起问题，特别是因为当钻在锤模式下操作时冲击的振动通过输出轴传递到钻头上的问题。
参考以示意性的形式示出冲击钻的输出驱动系统的图1，锤钻10包括马达驱动的转轴12，转轴12上布置有形成变速箱一部分的两个齿轮。每个齿轮都用于为卡盘(chuck)14提供不同的输出速度。第一齿轮16使卡盘作高速旋转，而第二齿轮18使卡盘14作相对较低速的旋转。每个齿轮16和18每个都固定到马达驱动的转轴12上。
马达轴齿轮16、18与输出轴齿轮机构24啮合。输出的轴齿轮机构包括两个齿轮26和28，它们被设置为分别与马达轴齿轮16和18配合。输出轴齿轮机构的旋转运动经离合器机构30(其在下面将详细地描述)传递到输出轴。这样，在第一位置中第一马达轴齿轮16与第一输出轴齿轮26啮合，并且在第二位置中，第二马达轴齿轮18与第二输出轴齿轮28啮合。
通过操作扭转杆32在第一和第二位置之间移动输出轴。换句话说，通过致动杆32能够改变输出轴20的旋转速度，所述杆在第一和第二位置之间移动输出轴齿轮机构24。当杆转过180°时，销34与输出轴齿轮机构24接合并且使它沿输出轴20滑动。当输出齿轮从第一位置移动到第二位置时，第一输出齿轮26与第一马达轴齿轮16脱离，并且第二输出齿轮28与第二马达轴齿轮18接合。为了实现该滑行的动作，离合器机构30设置成沿纵向与输出轴20可滑动地接合。而且，为了适当地操作离合器，离合器的一部分必须不能相对于输出轴20旋转。因此，输出轴20具有沿轴的长度纵向延伸的花键，该花键与在离合器机构30(在下面将更详细地描述)中的驱动板接合。
图2是输出轴齿轮机构24和形成离合器30的组件的分解图。离合器包括一系列(在该例中是六个)球轴承36。每个球轴承接合在驱动板40的承窝38中。球轴承也可以与设置在输出轴齿轮24的内表面44上的凹痕42接合。内表面44设置在输出轴齿轮机构的腔的底部。凹痕42之间的滚道设置为将球保持在轨道中。滚道轮廓可以形成为使得在使用期间球易于被向着凹痕推动。
球通过滚道板46被保持在适当的位置，因此在输出齿轮24的大的沉孔或者腔的底部中形成球轴承滚道。圆锥形的垫圈或弹簧48与滚道板和止推板50接合。止推板通过圆形夹子52被保持在适当的位置，该夹子与设置在输出轴齿轮中的凹槽54接合。因此，离合器机构完全容纳在输出轴齿轮机构的腔中。止推板50推动圆锥形的垫圈48靠在滚道板46上，从而施加将球轴承36推动到凹痕42中的力。离合器必须克服预定的力以中断马达到输出轴的驱动。换句话说，当低于预定力的扭力施加到输出轴20时，离合器将旋转运动从输出轴齿轮24传递到输出轴20。但是如果超过预定力的扭矩施加到输出轴，那么离合器棘合导致输出轴相对于输出轴齿轮自由地旋转。
花键输出轴20与设置在驱动板40内径中的支腿或凸起部56接合。因此，轴沿由箭头R表示的旋转方向驱动驱动板。在低扭矩情况下，球轴承通过圆锥形垫圈48被推动到凹痕42中，并且齿轮机构24的旋转导致驱动板40的旋转以及输出轴20的旋转。换句话说，在低扭矩情况下，输出轴齿轮24通过马达输出轴齿轮16或18(根据速度控制杆32的位置)被驱动。该旋转驱动通过离合器机构30被传递到输出轴20。由圆锥形的弹簧48施加的弹簧力足以将球轴承36保持在凹痕42中。因此，驱动板40以与输出轴齿轮相同的速度旋转，导致输出轴同样地旋转。但是如果超过由圆锥形的垫圈施加的力的扭力施加到输出轴，那么球轴承从凹痕中出来，并且输出轴齿轮24相对于驱动板40旋转。以这种方式从马达到工具11的驱动被中断。
卡盘14设置在输出轴20上。输出轴20的锤击作用通过利用标准设计的冲击锤机构22获得。因此，当锤击作用机构被接合时输出轴沿它的纵向移动，并且导致钻头11沿纵向快速地移动。当然，能够使用其他的锤机构，诸如气动机构。
图3示出设置在输出轴齿轮机构24的腔中的离合器机构。可以看出离合器整个容纳在齿轮24内。因此，能节省很大的空间。
在另一个或者第二实施例中，通过设置具有螺纹部分的螺纹止推板以与齿轮机构的同样的螺纹部分配合代替圆形夹子52和凹槽54。该第二实施例以示意性的形式在图4中示出，在图4中相同的附图标记用于表示与前述实施例相同的组件。
离合器的组件30设置于形成在齿轮机构24中的凹部60中。如前所述，离合器球36设置于形成在齿轮机构24的内表面44上的轨道或滚道42中。滚道板46将球保持在适当的位置。设置一个或多个圆锥形弹簧48以推动滚道板抵着球，并且因此球到达滚道或凹痕42中。
弹簧通过止推板65保持在适当的位置。止推板具有螺纹部分66，该螺纹部分与切入齿轮机构的腔60的螺纹68接合。腔具有台阶或凸肩70，当止推板拧转到位时止推板65的下面72抵着台阶接合。因此，台阶70作为座，止推板65抵着座向下拧转。以这种方式，在一个生产批次的设备之间能够获得弹簧48的更恒定的压缩。
而且，带有螺纹的止推板结构提供一种更安全的方法来制造根据本发明的离合器，因为在止推板拧转到齿轮中时弹簧被压缩。通过比较，第一实施例要求弹簧在圆形夹子插入到凹槽中时被压缩。如果圆形夹子没有合适地设置，弹簧可能促使圆形夹子从与凹槽的接合中脱离，使得组件以相对高的速度从齿轮中弹出。这可能导致机器损坏或者使技术人员受伤。
带有螺纹的止推板的外部表面能够如此设置，使得当抵着台阶70拧转到适当的位置时止推板的外表面与齿轮机构24齐平。因此能够获得紧凑的离合器和齿轮机构。
通过在输出轴齿轮24上设置扭矩过载离合器，离合器可以在恒定的预定扭矩下中断向输出轴的驱动。换句话说，由于钻的不同输出速度，不必补偿在由马达施加的扭矩中的差异。
齿轮机构24能够由单件材料形成。离合器球所位于的腔和滚道或者凹痕能够通过烧结法形成。在第二实施例中，台阶也可以通过烧结法形成。这提供了一种大批量制造具有相当高公差的离合器机构的方法，这样降低了离合器棘合之前所需的任何过载力的变化。换句话说，在一个制造批次中过载离合器所要求的力的标准偏差能够减小，因为利用这些技术减小了制造公差。
而且，通过利用单件齿轮装置，简化并且改进现有技术的离合器。例如，在DE 2522446中公开的离合器具有多个驱动组件，这些组件被压配合到中央轴上或齿轮上，因此，离合器能够工作的扭矩是有限的；如果扭矩超过给定的量，则可能导致互相压配合的组件相对于互相滑动或移动。通过增加压配合组件之间的摩擦能够克服这个问题，但是这要求更大、更厚的组件以处理另外有关的力。
这种离合器的制造方法是相当简单的。离合器的组件以适当顺序装配到齿轮装置腔中并且最后插入圆形夹子以将组件保持到位。在图4中所示的第二实施例中，通过将止推板拧紧到齿轮装置的螺纹部分68中来将止推板向下紧固以与凸肩70接合。
其他的布置对本领域的技术人员是显而易见的。例如，圆锥形的弹簧能够被其他弹簧形式代替，诸如螺旋弹簧。而且，也可以考虑其他类型的离合器机构，而不是上述的球和承窝布置。例如，可以使用这样的板，该板具有一系列与在相反的板上的近似齿接合的齿。这种布置能够减小在离合器中的组件数量。在第二实施例中的滚道板46可以被平垫圈代替。能够增加垫圈的厚度，所以在不增加离合器的总尺寸的情况下能够增加离合器工作的扭矩。此外，在第二实施例中的止推板和齿轮装置的螺纹部分能够通过卡口类型配件或者类似物代替。

Claims (21)

1.一种电动工具，诸如冲击锤钻，其包括外壳，在该外壳中设置有用于经变速箱驱动输出轴的电动机，
所述变速箱包括其上固定有两个或多个齿轮的第一轴和包括两个或多个齿轮的齿轮装置，所述齿轮装置设置为使得当齿轮装置在第一位置时齿轮装置的第一齿轮与第一轴上的第一齿轮啮合，并且当齿轮装置在第二位置时齿轮装置的第二齿轮与第一轴上的第二齿轮啮合，其中齿轮装置经离合器连接于输出轴，并且齿轮装置可滑动地设置在输出轴上位于第一和第二位置之间，
其特征在于，构成离合器的所有组件设置在形成于齿轮装置中的腔内。
2.一种电动工具，包括用于经扭矩过载离合器驱动输出轴的马达，该扭矩过载离合器用于当超过预定扭矩的扭力施加到输出轴时中断马达和输出轴之间的动力，
所述扭矩过载离合器包括
弹簧，设置成在预定力的情况下推动第一和第二组件互相接合，第一和第二组件分别与马达和输出轴传动接合，和
止推板，设置成在使用期间保持弹簧在压缩状态，
其中止推板具有螺纹部分，该螺纹部分设置成与设置在齿轮装置上的螺纹接合，并且离合器设置于形成在齿轮装置中的腔内并且止推板与齿轮装置的表面齐平。
3.一种用于动力工具的扭矩过载离合器，包括
用于将驱动力从马达传递到输出轴的装置，
当预定扭力施加到输出轴时用于中断驱动力的装置，所述离合器可以可滑动地设置在工具的输出轴上，并且在输出轴和工具变速箱的齿轮装置之间。
4.如权利要求1所述的设备，其中离合器包括一个或多个球轴承，球轴承设置成由弹簧推动到一个或多个凹痕中。
5.如权利要求4所述的设备，其中凹痕形成在齿轮装置的位于形成在齿轮装置中的腔的底部的表面上。
6.如权利要求4所述的设备，其中离合器还包括具有一个或多个承窝的驱动板，一个或多个球轴承保持在承窝中，所述驱动板还包括一个或多个凸起部，用于与设置在输出轴上的一个或多个花键接合。
7.如权利要求4所述的设备，其中齿轮装置由单件的材料形成，优选地通过烧结法。
8.如权利要求4所述的设备，其中形成在齿轮装置中的腔包括在腔的螺纹部分和腔的底部之间设置的凸肩，所述凸肩设置成与止推板的座部分配合。
9.如权利要求2所述的设备，其中离合器包括一个或多个球轴承，球轴承设置成由弹簧推动到一个或多个凹痕中。
10.如权利要求9所述的设备，其中凹痕形成在齿轮装置的位于形成在齿轮装置中的腔的底部的表面上。
11.如权利要求9所述的设备，其中离合器还包括具有一个或多个承窝的驱动板，一个或多个球轴承保持在承窝中，所述驱动板还包括一个或多个凸起部，用于与设置在输出轴上的一个或多个花键接合。
12.如权利要求9所述的设备，其中齿轮装置由单件的材料形成，优选地通过烧结法。
13.如权利要求9所述的设备，其中形成在齿轮装置中的腔包括在腔的螺纹部分和腔的底部之间设置的凸肩，所述凸肩设置成与止推板的座部分配合。
14.如权利要求3所述的设备，其中离合器包括一个或多个球轴承，球轴承设置成由弹簧推动到一个或多个凹痕中。
15.如权利要求14所述的设备，其中凹痕形成在齿轮装置的位于形成在齿轮装置中的腔的底部的表面上。
16.如权利要求14所述的设备，其中离合器还包括具有一个或多个承窝的驱动板，一个或多个球轴承保持在承窝中，所述驱动板还包括一个或多个凸起部，用于与设置在输出轴上的一个或多个花键接合。
17.如权利要求14所述的设备，其中齿轮装置由单件的材料形成，优选地通过烧结法。
18.如权利要求14所述的设备，其中形成在齿轮装置中的腔包括在腔的螺纹部分和腔的底部之间设置的凸肩，所述凸肩设置成与止推板的座部分配合。
19.一种制造离合器的方法，所述离合器包括将驱动力从马达传递到输出轴的第一组件，和当预定的扭力施加到输出轴时用于中断驱动力的第二组件，
该方法包括
形成具有用于容纳第一和第二组件的腔的齿轮装置，
将第一和第二组件设置到齿轮装置的腔中，以及
插入紧固装置以将组件保持到腔中。
20.如权利要求19所述的方法，其中紧固装置是具有螺纹部分的螺纹止推板，该螺纹部分设置成与形成在齿轮装置的腔中的螺纹配合。
21.如权利要求20所述的方法，其中腔包括设置成与止推板接合的凸肩，以及止推板拧紧到齿轮装置的螺纹中直到止推板的侧面部分与凸肩接合。
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