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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine automatische Drehzahlumschaltvorrichtung mit einer Drehmomentrückmeldevorrichtung,
um die Position eines Schaltzahnrades so zu verändern, dass das entsprechende
Schaltelement in Eingriff kommt. Eine Drehzahlreduktionsvorrichtung
schaltet automatisch ein Getriebe um, wenn sich die Drehzahllast
erhöht oder
erniedrigt.
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Eine herkömmliche Kraftübertragungsvorrichtung,
insbesondere für
elektrisch angetriebene, drehende Werkzeuge, wie beispielsweise
elektrische Bohrmaschinen und Elektroschraubendreher, umfassen ein
mehrstufiges Kraftübertragungsgetriebe
und eine Drehzahlreduktionsvorrichtung, um mehrere Drehzahlen und
Drehmomente zur Verfügung
zu stellen. Die Drehzahlreduktionsvorrichtung umfasst im wesentlichen
ein System aus Planetenzahnrädern und
Kupplungs- oder Antriebselementen, welche zum Umschalten der Drehzahl
zwischen den verschiedenen Stufen derart manuell betätigbar sind, dass
einige Teile im System der Planetenzahnräder fixiert oder bewegt werden,
um eine Drehzahlreduktion das Ausgangs oder des Eingangs zu erzielen. Eine
Bedienungsperson muss den Zustand des Werkzeugs beurteilen und entscheiden,
ob die Drehzahlreduktionsvorrichtung zu betätigen ist, um das gewünschte Drehmoment
oder die gewünschte Drehzahl
zu erzielen. Es ist mit dieser manuellen Bedienung schwierig den
Antriebsmotor effi zient und optimiert zu betreiben. Daher wird eine
Rückmeldevorrichtung
für die
Drehmomentlast benötigt,
um in geeignete Stufen der Drehzahlreduktionsvorrichtung zu schalten.
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Erfindungsgemäß wird eine automatische Drehzahlumschaltvorrichtung
zur Verfügung
gestellt, welche einen Rahmen und in dem Rahmen angeordnet ein Getriebe
und eine Drehmomentrückmeldevorrichtung
aufweist. Der Rahmen weist in seiner Wandung mehrere dreieckige
Schlitze auf. Durch die Wandung des Rahmens ist eine Radialnut ausgebildet.
Von einer Innenseite des Rahmens erheben sich mehrere Erhebungen
und Stege sind auf einer Außenfläche des
Rahmens ausgebildet. Das Getriebe umfasst ein Schaltzahnrad welches
eine Innenverzahnung aufweist, die mit ersten Planetenzahnrädern und
zweiten Planetenzahnrädern
in Eingriff bringbar ist. Das Schaltzahnrad umfasst eine ringförmige Nut,
in die mehrere Stifte auf einer Klammer eingreifen, um das Schaltzahnrad
in einer ersten Drehzahlstufe mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment
zu halten und das Schaltzahnrad mit den beiden Planetenzahnrädern in
Eingriff zu bringen oder um das Schaltzahnrad in einer zweiten Drehzahlstufe
mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment zu halten und das Schaltzahnrad
nur mit den zweiten Planetenzahnrädern in Eingriff zu bringen. Die
Drehmomentrückmeldevorrichtung
umfasst ein Schubrad, eine C-förmige
Klammer und eine Kompressionsfeder. Das Schubrad weist einen Hebelarm auf,
welcher sich von einer Außenfläche desselben erhebt
und die Klammer umfasst mehrere Stifte, die sich durch die Schlitze
des Rahmens erstrecken und in die ringförmige Nut des Schaltzahnrades
eingreifen. Ein Langloch ist in der Klammer ausgebildet und entsprechend
der radialen Nut in dem Rahmen sowie dem Hebelarm des Schubrades
angeordnet. Die Kompressionsfeder ist am Rahmen befestigt und zwischen
Halterungen der Klammer sowie den Stegen des Rahmens gehalten. Wenn
das Schubrad gedreht wird, dann wird der Hebelarm in der Radialnut des
Rahmens bewegt und treibt die Klammer über das Langloch in der Klammer
an. Die Klammer drückt die
Kompressionsfeder mittels einer Bewegung entlang einer schrägen Fläche der
radialen Nut des Rahmens zusammen, um eine Widerstandskraft bzw. Gegenkraft
zu erzeugen.
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Wenn das von dem vorderen Drehzahlreduktionszahnrad
auf das Schubrad ausgeübte
Drehmoment die Gegenkraft der Torsionsfeder und Kompressionsfeder nicht übersteigt,
dann befindet sich das Schaltzahnrad in seiner ersten Drehzahlstufe
und kämmt
sowohl mit den ersten Planetenzahnrädern als auch mit den zweiten
Planetenzahnrädern.
Wenn das auf das Schubrad ausgeübte
Drehmoment die Gegenkraft der Torsionsfeder und Kompressionsfeder
nicht übersteigt,
dann dreht sich das Schubrad und treibt die Klammer an, um das Schaltzahnrad
zu drehen, wobei aufgrund des Eingriffs zwischen Kerben und den
Erhebungen das Schaltzahnrad nicht drehen kann.
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Die Endung wird im folgenden anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
Diese zeigt in:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen automatischen
Drehzahlumschaltvorrichtung,
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2 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen automatischen
Drehzahlumschaltvorrichtung in einer ersten Stufe,
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3 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen automatischen
Drehzahlumschaltvorrichtung in einer zweiten Stufe,
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4A eine
Vorderansicht der erfindungsgemäßen Drehzahlumschaltvorrichtung
in der ersten Drehzahlstufe,
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4B eine
Seitenansicht von rechts der erfindungsgemäßen Drehzahlumschaltvorrichtung
in der ersten Stufe und
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4C eine
Seitenansicht von links der erfindungsgemäßen Drehzahlumschaltvorrichtung
in der zweiten Stufe.
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Wie insbesondere aus den 1 und 2 ersichtlich, umfasst eine bevorzugte
Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen automatischen
Drehzahlumschaltvorrichtung einen Rahmen 1, eine Drehmomentrückmeldevorrichtung 2 und
einen Übertragungsmechanismus
bzw. ein Getriebe 3. Der Rahmen ist als ein zylindrisches
Gehäuse
ausgebildet, welches eine Hohlkammer 11 aufweist. Mehrere
Erhebun gen 11a erstrecken sich von einer Innenfläche der
Kammer 11. In der Wand des Rahmens 1 sind mehrere
dreieckige Schlitze 12 in Längsrichtung ausgebildet und
jeder Schlitz 12 umfasst einen Spitzenabschnitt und einen
Basisabschnitt, von dem aus zwei Ausnehmungen 12a in Verbindung
mit zwei Enden der Basis ausgebildet sind. Mehrere Stege 13 erheben
sich von einer Außenfläche des
Rahmens 1 und sind nahe der Basis der Schlitze 12 angeordnet. An
einem offenen Ende der Kammer 11 ist in der Wand des Rahmens 1 ein
Schlitz 14 ausgebildet und in der Wand des Rahmens 1 ist
eine Radialnut 15 ausgebildet. Die Drehmomentrückmeldevorrichtung 2 umfasst
eine Torsionsfeder 21, ein Schubrad 22, eine C-förmige Klammer 24 und
eine Kompressionsfeder 25. Das Schubrad 22 weist
einen Hebelarm 22a auf, welcher sich von einer Außenseite
desselben erstreckt und auf einem Innenumfang des Schubrades 22 ist
eine Innenverzahnung 22b ausgebildet. Auf der Außenfläche des
Schubrades 22 ist in Längsrichtung eine
Oberflächennut 22c ausgebildet.
Auf einer Außenfläche der
Klammer 24 sind mehrere Halterungen 24a angeordnet
und mehrere Stiftlöcher 24b sind durch
die Klammer 24 hindurch greifend vorgesehen und mit den
Schlitzen 12 des Rahmens 1 korrespondierend angeordnet.
Jedes Stiftloch 24b nimmt einen Stift 24c auf.
Durch die Klammer 24 hindurch ist ein Langloch 24d ausgebildet
und entsprechend der Radialnut 15 und dem Hebelarm 22a angeordnet.
Die Kompressionsfeder 25 ist über den Rahmen 1 passend
ausgebildet und ist zwischen den Stegen 13 des Rahmens 1 und
den Halterungen 24a der Klammer 24 gehalten. Die
Kompressionsfeder 25 ist durch die Bewegung der Klammer 24 in
Axialrichtung deformierbar. Die Torsionsfeder 21 hat ein
erstes Ende 21a, welches mit der Oberflächennut 22c des Schubrades 22 in
Eingriff steht, und ein zweites Ende 21b, welches mit dem
Schlitz 14 des Rahmens 1 in Eingriff steht, um
elastisch eine Relativposition zwischen dem Schubrad 22 und
dem Rahmen 1 aufrecht zu halten.
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Das Getriebe 3 umfasst ein
Eingangszahnrad 31, ein vorderes Drehzahlreduktionszahnrad 32, ein
Schaltzahnrad 33 und ein hinteres Drehzahlreduktionszahnrad 34.
Das Eingangszahnrad 31 ist mit einem nicht dargestellten
Antrieb verbunden. Das vordere Drehzahlreduktionszahnrad 32 umfasst mehrere
Planetenzahnräder 32a,
die drehend an einer Seite des vorderen Drehzahlreduktionszahnrades 32 angeordnet
sind, sowie ein Antriebszahnrad 32b, welches zum Übertragen
von mechanischer Antriebskraft an des hintere Drehzahlreduktionszahnrad 34 an
einer gegenüberliegenden
Seite des vorderen Drehzahlreduktionszahnrades 32 angeordnet
ist. Die Planetenzahnräder 32a kämmen sowohl
mit der Innenverzahnung 22b des Schubrades 22 als
auch mit dem Eingangszahnrad 31, so dass ein Planeten-Drehzahlreduktionssystem
ausgebildet ist. An einer Außenfläche des
Schaltzahnrades 33 sind ringförmige Nuten 33a und
an einem Ende der Außenfläche des
Schaltzahnrades 33 sind mehrere Kerben 33b ausgebildet.
Die Stifte 24c erstrecken sich durch die Schlitze 12 im
Rahmen 1 und greifen in die ringförmigen Nuten 33a.
Die Erhebungen 11a des Rahmens 1 können wahlweise
in die Kerben 33b eingreifen. Das hintere Drehzahlreduktionszahnrad 34 ist eine
Scheibe auf deren einer Seite mehrere Planetenzahnräder 34a drehbar
befestigt sind und auf der gegenüberliegenden
Seite der Scheibe ist ein Ausgangszahnrad 34b angeordnet,
um Kraft an einen nicht dargestellten Ausgangsmechanismus zu übertragen.
Die Planetenzahnräder 34a kämmen mit
dem Antriebszahnrad 32b und der Innenverzahnung des Schaltzahnrades 33.
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Die Kammer 11 nimmt das
Getriebe 3 und die Drehmomentrückmeldevorrichtung 2 nacheinander
auf. In einer ersten Drehzahlstufe wird die Klammer 24 von
der Kompressionsfeder 25 in einer Anfangsposition gehalten,
bei der die Stifte 24c in dem Spitzenabschnitt der Schlitze 12 angeordnet
sind und die Stifte 24c greifen in die ringförmige Nut 33a des Schaltzahnrades 33 ein,
so dass das Schaltzahnrad 33 in einer obersten Position
angeordnet ist. Wie in 4A und 4B dargestellt, greift der
Hebelarm 22a des Schubrades 22 in die Radialnut 15 des
Rahmens 1 ein, so dass der Drehwinkel begrenzt ist. Der
Winkel des Hebelarmes 22a wird ebenfalls durch die Rückhaltekraft
der Torsionsfeder 21 und der Klammer 24 begrenzt.
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Wenn, wie aus 3, 4A, 4B und 4C ersichtlich, ein hohes Widerstands-
oder Gegendrehmoment aufgebracht wird, dann erhöht das Eingangszahnrad 31 des
Getriebes 3 das an das vordere Drehzahlreduktionszahnrad 32 übertragene
Drehmoment nach und nach, was wiederum bewirkt, dass die Planetenzahnräder 32a des
vorderen Drehzahlreduktionszahnrades 32 eine Gegenkraft
in Gegenrichtung auf die Innenverzahnung 22b des Schubrades 22 ausüben, so
dass das Schubrad 22 gedreht wird. Das Schubrad 22 dreht
sich jedoch nur dann, wenn die Kraft der Torsionsfeder 21 sowie
die Kraft der Kompressionsfeder überwunden werden.
Wenn sich das Schubrad 22 dreht, dann treibt der Hebelarm 22a die
Klammer 24 über
das Langloch 24d an. Wenn sich die Klammer 24 dreht,
dann werden die Stifte 24c entlang der schrägen Fläche der
dreieckigen Schlitze (12) im Rahmen 1 abgesenkt,
so dass die Klammer 24 die Kompressionsfeder 25 zusammen drückt. Unter
diesen Umständen
drücken
die Stifte 24c das Schaltzahnrad 33 abwärts, bis
das von dem vorderen Drehzahlreduktionszahnrad 32 auf das Schubrad 22 aufgebrachte
Drehmoment einen vorbestimmten Wert erreicht und das Schubrad 22 zu seiner
größten Winkelauslenkung
bewegt. Das Schaltzahnrad 33 erreicht die unterste Position
und die Kerben 33b greifen in die Erhebungen 11a der Rahmens 1.
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Das Schaltdrehmoment, bei dem die
Drehzahlreduktionsvorrichtung umschaltet, wird von der Torsionsfeder 21 und
der Kompressionsfeder 25 bestimmt. Durch Austausch der
Federn 21 und 25 durch Federn mit anderen Federkonstanten
kann dieses Schaltdrehmoment geändert
werden.
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Die automatische Umschaltvorrichtung
kann als Kraftübertragungsvorrichtung
für elektrische Bohrmaschinen
verwendet werden. Wenn beim Bohren ein niedriges Drehmoment benötigt wird,
dann kann das auf das Schubrad 22 von dem vorderen Drehzahlreduktionszahnrad 32 ausgeübte Drehmoment
die Gegenkraft der Torsionsfeder 21 und der Kompressionsfeder 25 nicht überwinden,
so dass sich das Schubrad 22 nicht dreht. Das Schaltzahnrad 33 befindet
sich in der ersten Stufe und kämmt
mit den Planetenzahnrädern 34a des
hinteren Drehzahlreduktionszahnrades 34 und dem vorderen
Drehzahlreduktionszahnrad 32. Das Schaltzahnrad 33 stellt
eine erste Stufe zur Verfügung,
wenn das vordere Drehzahlreduktionszahnrad 32 gleich schnell
mit dem hinteren Drehzahlreduktionszahnrad 34 rotiert. Im
Ergebnis ergibt sich ein Maximalwert der Kurve von Drehmoment über Drehzahl.
Wenn ein hohes Drehmoment benötigt
wird, erhöht
des Eingangszahnrad 31 das Drehmoment nach und nach und
das auf das Schubrad 22 von dem vorderen Drehzahlreduktionszahnrad 32 ausgeübte Drehmoment überwindet
die Gegenkraft von der Torsionsfeder 21 und der Kompressionsfeder 25.
Die Verdrehung des Schubrades 22 erhöht sich, wenn das Drehmoment steigt
und das Schaltzahnrad 33 befindet sich in seiner untersten
Position und löst
sich vom kämmenden Eingriff
mit dem vorderen Drehzahlreduktionszahnrad 32. Gleichzeitig kämmt des
Schaltzahnrad 33 immer noch mit den Planetenzahnrädern 34a des
hinteren Drehzahlreduktionszahnrades 34. Aufgrund des Eingriffs
der Kerben 33b mit den Erhebungen 11a kann das
Schaltzahnrad 33 nicht rotieren. Dies stellt die zweite
Drehzahlstufe zur Verfügung
und im Ergebnis ergibt sich ein Maximalwert der Kurve von Drehmoment über Drehzahl.
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Zusammenfassend stellt die Erfindung
eine automatische Drehzahlumschaltvorrichtung zur Verfügung, die
in Abhängigkeit
von einer externen Last automatisch die Drehzahl und damit das Antriebsdrehmoment
umschaltet. Die automatische Drehzahlumschaltvorrichtung umfasst
einen Rahmen 1, welcher ein Getriebe 3 und eine
Drehmomentrückmeldevorrichtung 2 aufnimmt.
Die Drehmomentrückmeldevorrichtung 2 umfasst
ein dem Drehmoment entgegen wirkendes Element, so dass wenn die
Drehmomentlast kleiner als das vom Element ausgeübte Gegendrehmoment ist, die
Drehzahlreduktionsvorrichtung des Getriebes 3 in einer
ersten Stufe mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment gehalten
wird. Wenn die Drehmomentlast größer als
das Gegendrehmoment ist, dann drückt
ein Schubrad 22 auf eine Klammer 24, um ein Schaltzahnrad 33 zu
verschieben, so dass die Drehzahlreduktionsvorrichtung in eine zweite
Stufe mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment umgeschaltet wird.
Die Drehzahlreduktionsvorrichtung des Getriebes 3 schaltet
automatisch die Drehzahl um, wenn sich die Drehmomentlast erhöht oder
verringert, so dass die mechanische Leistungsfähigkeit des Getriebes verbessert ist.