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Die
Erfindung betrifft ein Schraubgerät mit einem Gehäuse und
einer Hohlspindel, die in dem Gehäuse drehbar gelagert und von
einem, insbesondere elektrischen, Motor antreibbar ist. Zudem weist das
Schraubgerät
eine Kupplung auf, die die Hohlspindel in einer Eingriffstellung
mit dem Motor rotatorisch koppelt, in einer Trennstellung von dem
Motor rotatorisch entkoppelt und die durch eine Kupplungsfeder in
die Trennstellung vorgespannt ist. Eine Eindrehspindel ist gegenüber der
Hohlspindel axial verschiebbar und drehfest gelagert, wobei die
Eindrehspindel mit einer Werkzeugaufnahme zur Anbringung eines Werkzeuges
drehschlüssig
gekoppelt und die Kupplung durch Druck auf die Eindrehspindel entgegen
der Kupplungsfeder in die Eingriffstellung verbringbar ist. Ferner
weist das Schraubgerät
einen Schlagmechanismus auf, mittels dem die Eindrehspindel mit
einer impulsartig auftretenden Axialkraft beaufschlagbar ist.
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Bei
derartigen Schraubgeräten
kann die Eindrehspindel beim Schrauben durch den Axialschlagmechanismus
impulsartig in Eindrehrichtung versetzt werden. Hierdurch kann beispielsweise
eine Schnellbauschraube beim Befestigen von weichen Materialelementen,
wie beispielsweise Gipskartonplatten, an einem Metallrahmen nach
Durchbohren des weichen Materials ohne stärkeres Anpressen des Schraubgerätes in den
harten Metallrahmen eingeschraubt werden. Dabei reichen die vom
Axialschlagmechanismus erzeugten Axialkräfte als Anpresskräfte weitestgehend
aus, um die Schraube in das Metall einzudrehen.
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Aus
der
DE 100 32 949 ist
ein Schraubgerät mit
einem Axialschlagmechanismus zur Erzeugung von impulsartigen Axialkräften an
einer Eindrehspindel bekannt. Hierzu ist die Eindrehspindel über kugelförmige Verriegelungselemente
begrenzt axial verschieblich an der Hohlspindel gehalten. Die kugelförmigen Verriegelungselemente
sind dabei in radialen Aufnahmebohrungen der Hohlspindel verdrehbar
gelagert und ragen permanent in axial ausgerichtete Nuten an der
Oberfläche
der Eindrehspindel. Zur Übertragung
der Drehbewegung muss die Eindrehspindel durch Andrücken des
Schraubgerätes
gegen das zu verschraubende Werkstück gegenüber dem Gehäuse entgegen der Eindrehrichtung
verschoben werden.
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Dabei
wird die Hohlspindel ab einem gewissen Punkt von der Eindrehspindel
mit verschoben, bis ein an der Hohlspindel gelagertes Kupplungsteil mit
einem gehäusefesten
Kupplungsteil in Eingriff steht.
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Durch
diese bekannte Vorgehensweise erhält man ein kompaktes Schraubgerät, mit dem
sich bei reduzierten Anpresskräften
eine gute Verschraubungsqualität
erzielen lässt.
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Allerdings
kann es im Betrieb des bekannten Schraubgerätes vorkommen, dass die durch
den Axialschlagmechanismus erzeugte axiale Verschiebung der Eindrehspindel
in Eindrehrichtung ausreicht, um die Kupplung kurzzeitig zu trennen.
Hieraus kann einerseits ein geringerer Arbeitsfortschritt und andererseits
ein höherer
Verschleiss resultieren. Zudem erschwert die verschiebliche Lagerung
der Eindrehspindel das Anbringen und Entfernen des Werkzeuges an
der Werkzeugaufnahme wie auch das Aufsetzen einer Schraube auf das
Werkzeug.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schraubgerät mit Axialschlagmechanismus
die genannten Nachteile zu vermeiden und bei guter Handhabbarkeit
die Lebenszeit zu verlängern.
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Erfindungsgemäss wird
die Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Kupplung in der Eingriffstellung verriegelbar ist. Hierdurch
ist es möglich,
die Kupplung weitestgehend unabhängig
von der Position der Eindrehspindel in Eingriff zu halten. Somit
kann auch bei einer in Eindrehrichtung ausgerückter Eindrehspindel ein Drehmoment
vom Antrieb über
die Kupplung und die Hohlspindel auf die Eindrehspindel und die
Werkzeugaufnahme übertragen
werden. Auf diese Weise wird eine Trennung der Kupplung infolge
der axialen Verschiebung der Eindrehspindel durch den Axialschlagmechanismus
vermieden, was wiederum den Verschleiss der Kupplung verringert.
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Vorteilhafterweise
ist zum Verriegeln der Kupplung ein Sperrmechanismus vorgesehen,
der in Abhängigkeit
der Position der Eindrehspindel gegenüber der Hohlspindel betätigt ist.
Hierdurch kann der Sperrmechanismus in einfacher Weise automatisch aktiviert
und deaktiviert werden.
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Bevorzugterweise
weist die Kupplung ein bewegliches Kupplungsteil auf, das in der
Eingriffstellung mittels des Sperrmechanismus am Gehäuse festlegbar
ist. Auf diese Weise kann die Kupplung besonders stabil in der Eingriffstellung
gehalten werden, wodurch ein unbeabsichtigtes Verstellen in die Trennstellung
vermieden wird.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Eindrehspindel in der Trennstellung mittels des Sperrmechanismus
in axialer Richtung an der Hohlspindel festlegbar. Hierdurch wird
die Eindrehspindel in der Trennstellung der Kupplung über die
Hohlspindel und die Federkraft der Kupplungsfeder in axialer Richtung
gegenüber
dem Gehäuse festgelegt.
Auf diese Weise wird ein Anbringen oder Lösen eines Werkzeuges an der
Werkzeugaufnahme wesentlich vereinfacht, da sich die Eindrehspindel nicht
mehr frei axial bewegen kann.
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Vorteilhafterweise
weist der Sperrmechanismus mindestens einen Verriegelungskörper auf,
der in einer radialen Querbohrung der Hohlspindel zwischen einer
Einrückposition,
in der er teilweise in eine Längsbohrung
der Hohlspindel hinein ragt, und einer Ausrückposition verschiebbar ist,
in der er ausserhalb der Längsbohrung
positioniert ist. Hierdurch ist bei geringen Herstellungskosten
ein lösbarer
Eingriff mit der in der Längsbohrung
geführten
Eindrehspindel herstellbar.
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Dabei
ist es günstig,
wenn die Eindrehspindel eine Ausnehmung aufweist, deren axiale Erstreckung
auf den in die Längsbohrung
einrückbaren
Teil des Verriegelungskörpers
abgestimmt ist. Hierdurch kann die Eindrehspindel in axialer Richtung
im Wesentlichen spielfrei gegenüber
der Hohlspindel festgelegt werden.
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Dabei
ist es günstig,
wenn die Ausnehmung durch eine Ringnut gebildet ist, wodurch die
Herstellungskosten vermindert werden können.
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Vorteilhafterweise
ist das bewegliche Kupplungsteil fest mit der Hohlspindel verbunden.
Zudem ist am Gehäuse
ein Axialanschlag ausgeformt, an den der Verriegelungskörper in
der Ausrückposition in
axialer Richtung anlegbar ist. Hierdurch kann das bewegliche Kupplungsteil über die
Hohlspindel und den ausgerückten
Verriegelungskörper
entgegen der Federkraft der Kupplungsfeder am Gehäuse abgestützt werden,
um die Kupplung stabil in der Eingriffstellung zu halten.
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Ferner
ist es günstig,
wenn der Verriegelungskörper
kugelförmig
ist, um durch Vermeidung von Verkantungen ein leichtgängiges Wechseln
zwischen der Einrück-
und Ausrückposition
des Verriegelungskörpers
zu ermöglichen.
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Vorteilhafterweise
ist der Axialanschlag durch eine Führungshülse mit daran ausgeformtem, umlaufendem
Absatz gebildet. Hierdurch kann der Axialanschlag separat zum Gehäuse aus besonders hartem
Material gefertigt werden, um die Lebenszeit des Schraubgerätes zu verlängern.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
teilweise geschnittene Ansicht eines vorderen Teils eines erfindungsgemässen Schraubgerätes vor
einem Einschraubvorgang,
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2 eine
teilweise geschnittene Ansicht des Schraubgerätes nach 1 während eines
Einschraubvorganges bei Anlage an einem harten Werkstück und
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3 eine
teilweise geschnittene Ansicht des Schraubgerätes nach 2 unmittelbar
nach Durchdringen des harten Werkstückes.
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1 zeigt
den arbeitsseitigen Teil eines elektrisch betriebenen, handgeführten Schraubgerätes 2,
das ein Gehäuse 4 aufweist.
In dem Gehäuse 4 ist
eine Eindrehspindel 6 entlang ihrer Achse A begrenzt verschiebbar
aber drehfest in einer Hohlspindel 8 gelagert. An einem
abtriebseitigen Ende der Eindrehspindel 6 ist eine Werkzeugaufnahme 10 in Form
eines Bithalters befestigt, die zur lösbaren Aufnahme eines Werkzeuges 12,
insbesondere in der Form von Schrauberbits dient.
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An
einem vom abtriebseitigen Ende abgewandten antriebseitigen Ende
der Eindrehspindel 6 weist das Schraubgerät 2 einen
insgesamt mit 14 bezeichneten Schlagmechanismus auf. Dieser
besteht im Wesentlichen aus einem von einer schematisch dargestellten
Steuereinheit 16 betätigbaren
Elektromagneten 18 und einer Schlagmasse 20, die
von einer Rückholfeder 22 in
eine Ausgangsstellung gedrückt
wird, in der der grösste
Teil der Schlagmasse 20 ausserhalb des Elektromagneten 18 angeordnet ist.
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In
axialer Verlängerung
der Eindrehspindel 6 weist die Schlagmasse 20 einen
gehärteten
Einsatz 24 auf, über
den das antriebseitige Ende der Eindrehspindel 6 mit einer
impulsartigen Axialkraft beaufschlagbar ist. Hierzu wird eine nicht
näher dargestellte
Spule des Elektromagneten 18 von der Steuereinheit 16 für einen
vorbestimmten Zeitraum mit einer vorbestimmten Spannung versorgt.
Durch die dadurch entstehende Magnetkraft wird die magnetisierbare
Schlagmasse 20 gegen die Kraft der Rückholfeder 22 in Richtung
der Eindrehspindel 6 beschleunigt. Auf diese Weise können Schläge auf das
antriebseitige Ende der Eindrehspindel 6 erzeugt werden,
die an dieser impulsartig wirkende Axialschläge hervorrufen.
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Die
Steuereinheit 16 kann dabei beispielsweise als Schalter
oder als sensorgesteuerte Elektronik ausgeformt sein.
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Zur
Erzeugung eines Drehmomentes an der Eindrehspindel 6 weist
das Schraubgerät 2 einen elektrischen
Motor 26 auf, der in nicht näher dargestellter Weise mit
einem Antriebsrad 28 in Form einer Zahnriemenscheibe drehschlüssig gekoppelt
ist. Das Antriebsrad 28 ist mit einem ersten Kupplungsteil 32 einer
insgesamt mit 30 bezeichneten Kupplung drehfest verbunden.
Das erste Kupplungsteil 32 ist dabei auf der Hohlspindel 8 drehbar
gelagert. Ein zweites Kupplungsteil 34 der Kupplung 30 ist
auf der Hohlspindel 8 frei drehbar und axial versetzbar
gelagert. Ein drittes Kupplungsteil 36 ist mit der Hohlspindel 8 fest
verbunden.
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Das
erste Kupplungsteil 32 und das zweite Kupplungsteil 34 sind
durch eine erste Kupplungsfeder 40 in eine dargestellte
Trennstellung vorgespannt, in der an ihnen ausgeformte nockenförmige erste
Eingriffsmittel 38 voneinander beabstandet sind. Das zweite
Kupplungsteil 34 und das dritte Kupplungsteil 36 sind
durch eine zweite Kupplungsfeder 44 in die Trennstellung
vorgespannt, in der an ihnen ausgeformte nockenförmige zweite Eingriffsmittel 42 voneinander
beabstandet sind.
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Durch
Verschieben der Hohlspindel 8 ist die Kupplung 30 in
eine Eingriffstellung verbringbar, in der die Eingriffsmittel 38, 42 in
Eingriff stehen, wie später
ausgeführt.
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Ferner
ist ein insgesamt mit 46 bezeichneter Sperrmechanismus
vorgesehen, der zwei kugelförmige
Verriegelungskörper 48 aufweist,
die in gegenüber
angeordneten radialen Querbohrungen 50 der Hohlspindel 8 radial
bewegbar gehalten sind.
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In
der in 1 dargestellten Ausgangsstellung des Schraubgerätes 2 ragen
die Verriegelungskörper 48 teilweise
in eine Längsbohrung 52 der Hohlspindel 8 hinein
und greifen dabei in eine auf die Form der Verriegelungskörper 48 abgestimmte
nutförmige
Ausnehmung 54, die in die Oberfläche der Eindrehspindel 6 eingelassen
ist. Auf der von der Eindrehspindel 6 abgewandten Seite
liegen die Verriegelungskörper 48 an
einer Innenseite einer Führungshülse 55 an,
die mit dem Gehäuse 4 fest
verbunden ist und die von der Hohlspindel 8 durchragt wird.
Durch die Führungshülse 55 werden
die Verriegelungskörper 48 radial
unverschieblich in der gezeigten Einrückposition bezüglich der
Längsbohrung 52 gehalten.
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Hierdurch
ist die Eindrehspindel 6 in axialer Richtung über die
Verriegelungskörper 48 an
der Hohlspindel 8 festgelegt, die wiederum über die Kupplungsfedern 40, 44 in
die gezeigte Stel lung am Gehäuse 4 gedrückt wird.
Durch diese Festlegung am Gehäuse 4 kann
das Werkzeug 12 leichter an der Werkzeugaufnahme 10 angebracht
oder von dieser gelöst
werden.
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2 zeigt
das Schraubgerät 2 beim
Einschrauben eines Befestigungsmittels 56 in Form einer
Schnellbauschraube zur Befestigung eines weichen Bauelementes 58 in
Form einer Gipskartonplatte an einem harten Bauelement 60 in
Form eines Metallrahmens.
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In
der dargestellten Situation übt
das von einem nicht dargestellten Bediener des Schraubgerätes 2 gegen
das harte Bauelement 60 gedrückte Befestigungsmittel 56 über das
Werkzeug 12 und die Werkzeugaufnahme 10 einen
Gegendruck auf die Eindrehspindel 6 aus. Über eine
Wellenschulter 62 wird dieser Gegendruck auch auf das abtriebseitige Ende
der Hohlspindel 8 abgegeben, so dass diese zusammen mit
der Eindrehspindel 6 relativ zum Gehäuse 4 entgegen einer
Eindrehrichtung E verschoben wird. Hierdurch wechselt die Kupplung 30,
wie dargestellt, in die Eingriffstellung, in der sowohl die ersten
Eingriffsmittel 38 als auch die zweiten Eingriffsmittel 42 in
Eingriff stehen.
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Zudem
werden dabei die Verriegelungskörper 48 in
axialer Richtung gegenüber
der gehäusefesten
Führungshülse 55 verschoben
und stehen nun auf Höhe
einer Aufweitung 66 der Führungshülse 55. Im Bereich
dieser Aufweitung 66 verleiht die Führungshülse 55 den Verriegelungskörper 48 ein
radiales Bewegungsspiel zwischen der Innenseite der Führungshülse 55 und
der Ausnehmung 54.
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Gleichzeitig
wird das antriebseitige Ende der Eindrehspindel 6 in einen
durch den Elektromagneten 18 gebildeten Schlagraum 64 hinein
verschoben. Bei Aktivierung des Schlagmechanismus 14 trifft
somit nun der gehärtete
Einsatz 24 auf die in den Schlagraum 64 ragende
Eindrehspindel 6, wodurch diese in Eindrehrichtung E mit
einer impulsartigen Axialkraft beaufschlagt wird, die das Befestigungsmittel 56 durch
das harte Bauelement 60 treibt, wie in 3 dargestellt.
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Wie
aus 3 weiter hervorgeht, werden durch die Verschiebung
der Eindrehspindel 6 gegenüber der Hohlspindel 8 dabei
die Verriegelungskörper 48 aus
der Ausnehmung 54 herausbewegt und in eine Ausrückposition
verbracht, in der sie nicht mehr in die Längsbohrung 52 hinein
ragen. Vielmehr liegen die Verriegelungskörper 48 nun im Bereich
der Aufweitung 66 an der Innenseite der Führungshülse 55 an.
Somit besteht nun zwischen der Eindrehspindel 6 und der
Hohlspindel 8 lediglich ein in Drehrichtung wirkender Formschluss,
während
der axiale Formschluss aufgehoben ist.
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Gleichzeitig
liegen die Verriegelungskörper 48 in
der Ausrückposition
in axialer Richtung an einem umlaufenden Absatz 68 der
Führungshülse 55 an,
der die Aufweitung 66 in axialer Richtung begrenzt. Hierdurch
werden das zweite Kupplungsteil 34 und das dritte Kupplungsteil 36 gegen
die Federkräfte
der Kupplungsfedern 40 und 44 über die Verriegelungskörper 48 und
die Führungshülse 55 am Gehäuse 4 abgestützt. Auf
diese Weise wird die Kupplung 30 in dem in 3 gezeigten
Moment unmittelbar nach einem Schlag des Schlagmechanismus 14 auf
die Eindrehspindel 6 durch den Sperrmechanismus 46 in
der Eingriffstellung verriegelt. Somit wird beim Eindrehvorgang
auch bei zugeschaltetem Schlagmechanismus 14 eine permanente
Drehmomentübertragung
vom Motor 26 über
die Kupplung 30 auf die Hohlspindel 8 und weiter
auf die Eindrehspindel 6 sichergestellt.
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Durch
Nachführen
des übrigen
Schraubgerätes 2 gegenüber der
in Eindrehrichtung E beschleunigten Eindrehspindel 6 durch
den Bediener kommen die Verriegelungskörper 48 wieder auf
die Höhe
der Ausnehmung 54, wo sie radial nach Innen wandern können, und
die Federkräfte
der Kupplung 30 werden wieder durch das harte Bauelement 60 abgestützt, entsprechend
der Darstellung in 2.
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Bei
Erreichen einer an einem Tiefenanschlag 70 eingestellten
Einschraubtiefe wird die Hohlspindel 8 durch die Kupplungsfedern 40, 44 in
Eindrehrichtung E verschoben. Dabei werden die Verriegelungskörper 48 über den
Absatz 68 wieder in den ausserhalb der Aufweitung 66 befindlichen
Bereich der Führungshülse 55 verbracht,
wo sie radial unbeweglich zwischen der Innenseite der Führungshülse 55 und der
Eindrehspindel 6 gehalten sind. Damit nimmt das Schraubgerät 2 wieder
die in 1 gezeigte Ausgangsstellung ein.