DE102004055572B4

DE102004055572B4 - Mitnahme- und Blockiervorrichtung

Info

Publication number: DE102004055572B4
Application number: DE102004055572.9A
Authority: DE
Inventors: Olivier Zeiter; Bruno Aeberhard; Beat Salzgeber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: GB2420301A; US20060131127A1; CN1789742A; GB0523365D0; CN1789742B; US7287602B2; GB2420301B; DE102004055572A1

Abstract

Mitnahme- und Blockiervorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einem Antriebsteil auf ein Abtriebstriebsteil und zum Festsetzen des Abtriebsteils bei einem an dem Abtriebsteil angreifenden Drehmoment, insbesondere Spindelsperre für Handwerkzeugmaschinen mit rotierendem Werkzeug, mit einem am Antriebsteil drehfest festlegbaren Mitnehmer (18), der in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnete Mitnehmerklauen (23) mit auf voneinander abgekehrten Seiten ausgebildeten, in Umfangsrichtung weisenden Mitnahmeflächen (231) aufweist, mit einem mit dem Abtriebsteil drehfest verbindbaren Rollenstern (19), der in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnete Sternfinger (26) mit auf voneinander abgekehrten Seiten ausgebildeten Anlage- und Klemmflächen (261, 262) für zwischen den Mitnehmerklauen (23) und den Sternfingern (26) mit Freilauf in Umfangsrichtung angeordnete Klemmrollen (27) aufweist, und mit einem zu Mitnehmer (18) und Rollenstern (19) konzentrisch angeordneten, feststehenden Klemmring (20), dessen innere Ringfläche eine Gegenklemmfläche (21) für die Klemmrollen (27) bildet, wobei die Anlagefläche (261) an den Sternfingern (26) so ausgebildet sind, dass die bei angetriebenem Mitnehmer (18) von den Mitnehmerklauen (23) an die Anlageflächen (261) der Sternfinger (26) angedrückten Klemmrollen (27) nach innen geschoben werden, und dass die Mitnahmeflächen (231) an dem Mitnehmerklauen (23) so gestaltet sind, dass sie bei angetriebenem Mitnehmer (18) die Klemmrollen (27) mit einer Druckkraft so belasten, dass deren tangentiale Kraftkomponente wesentlich größer als deren radiale Kraftkomponente ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (18) einen scheibenförmigen Mitnehmerkörper (24) aufweist, von dem die Mitnehmerklauen (23) einstückig axial abstehen, und dass an jeder Mitnehmerklaue (23) eine axial verlaufende Versteifungsrippe (28) mittig einstückig mit der Mitnehmerklaue (23) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Mitnahme- und Blockiervorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einem Antriebsteil auf ein Abtriebsteil und zum Festsetzen des Abtriebsteils bei einem an dem Abtriebsteil angreifenden Drehmoment, insbesondere Spindelsperre für eine Handwerkzeugmaschine mit rotierendem Werkzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Mitnahme- und Blockiervorrichtung wird als sog. Spindelsperre oder automatischer Spindellock bei Handwerkzeugmaschinen, insbesondere Bohrmaschinen oder Schrauber, eingesetzt, um bei Eingriff des Werkzeugs in ein Werkstück und gleichzeitigem Ausfall der Energieversorgung die Handwerkzeugmaschine mit dem Werkzeug drehen und so das Werkzeug aus der Eingriffslage mit dem Werkstück lösen zu können, und auch, um ein einhülsiges Bohrfutter spannen und lösen zu können.
Eine bekannte Spindelsperre ( DE 101 48 872 A1 ) umfasst einen mit dem Antriebszahnrad für die das Werkzeug tragende Spindel drehfest verbundenen Mitnehmer mit drei um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzten Mitnehmerklauen, einen mit der Spindel drehfest verbundenen Rollenstern mit drei radial sich erstreckenden, in Umfangsrichtung um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzen Sternfingern, einen zu Mitnehmer und Rollenstern konzentrischen Klemmring, der im Gehäuse der Handwerkzeugmaschine undrehbar festgelegt ist, sowie sechs Klemmrollen. Der Mitnehmer nimmt den Rollenstern in einer solchen Weise auf, dass in Umfangsrichtung die Mitnehmerklauen und die Sternfinger abwechselnd und voneinander beabstandet hintereinander liegen. Die sechs Klemmrollen sind jeweils in dem außen von der inneren Ringfläche des Klemmrings begrenzten Freiraum zwischen den Mitnehmerklauen und den Sternfingern eingelegt. Wird das Antriebszahnrad motorisch angetrieben, so werden – unabhängig von dessen Drehrichtung – jeweils drei der sechs Klemmrollen von den Mitnehmerklauen gegen in Radialrichtung sich erstreckende Anschlagflächen der Sternfinger gedrückt und so das Drehmoment des Antriebszahnrads über den Mitnehmer, die Klemmrollen und den Rotorstern auf die Spindel und damit auf das in einer Werkzeugaufnahme an der Spindel gehaltene Werkzeug übertragen. Wird dagegen vom Werkzeug aus ein Antriebsdrehmoment auf die Spindel aufgebracht, so schieben sich infolge des Verdrehens des Rollensterns relativ zu dem Mitnehmer jeweils drei der insgesamt sechs Klemmrollen – wieder unabhängig von der Drehrichtung – auf an den Sternfinger ausgebildeten Klemmflächen auf und klemmen sich an der eine Gegenklemmfläche bildenden, inneren Ringfläche des Klemmrings fest. Das gesamte Drehmoment wird an den mit dem Gehäuse fest verbundenen Klemmring abgegeben und nicht auf den Mitnehmer übertragen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Mitnahme- und Blockiervorrichtung, insbesondere Spindelsperre, hat den Vorteil, dass durch die angegebene Gestaltungsoptimierung von Mitnehmerklauen und Sternfinger bei unveränderten Raumverhältnissen in der Vorrichtung eine verbesserte Funktion mit einer höheren Drehmomentübertragung ohne Gefahr einer Verformung der Mitnehmerklauen erzielt wird. Die bei der Drehmitnahme des Rollensterns durch den angetriebenen Mitnehmer an den in Eingriff miteinander stehenden Elementen wirkenden Druckkräfte sind in Richtung des größeren Trägheitsmoments der Mitnehmerklauen gerichtet, so dass die Verformung der Mitnehmerklauen vernachlässigt klein bleibt.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Mitnahme- und Blockiervorrichtung, insbesondere Spindelsperre, möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Anlageflächen, Klemmflächen und Mitnahmeflächen als Hohlkrümmungen so ausgebildet, dass die Herztsche Pressung zwischen den Anlage-, Klemm- und Mitnahmeflächen einerseits und den Klemmrollen andererseits minimiert ist. Durch die Dimensionierung der Hohlkrümmungen ist gleichzeitig der Klemmwinkel der Klemmflächen so eingestellt, dass die bei angetriebenem Rollenstern zwischen den Klemmflächen und der Gegenklemmfläche am Klemmring sich festklemmenden Klemmrollen durchrutschen, wenn die größte, zulässige Herztsche Pressung überschritten wird. Durch diese Maßnahme wird einer plastischen Deformation und einer Schädigung der Vorrichtung vorgebeugt.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ausschnittweise einen Längsschnitt einer Handwerkzeugmaschine mit Spindel, Spindelsperre und motorischem Drehantrieb für Spindelsperre und Spindel,
2 eine Explosionsdarstellung der Spindelsperre in 1 mit Mitnehmer, Rollenstern und Klemmring,
3 eine Ansicht der Spindelsperre in Richtung Pfeil III in 2,
4 eine Draufsicht des Mitnehmers der Spindelsperre in 2,
5 einen Schnitt längs der Linie V-V in 4,
6 eine Draufsicht des Rollensterns der Spindelsperre in 2,
7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in 6,
8 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts VIII in 6.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 ausschnittweise im Längsschnitt schematisch dargestellte Handwerkzeugmaschine ist als Bohrmaschine oder Schrauber ausgebildet. Sie weist ein Gehäuse 10, einen im Gehäuse 10 aufgenommen, motorischen Drehantrieb 11 sowie eine im Gehäuse 10 mittels eines Nadelrollenlagers 16 drehbar gelagerte Spindel 12 auf, die aus dem Gehäuse 10 axial vorsteht und endseitig ein Außengewinde 13 zum Aufschrauben eines Spannfutters für einen Bohrer oder ein Schraubwerkzeug trägt. Von dem motorischen Drehantrieb 11 ist nur eine Hohlwelle 14 dargestellt, die in einem Kugellager 15 im Gehäuse 10 gelagert ist. Die Hohlwelle 14 wird über ein Getriebe von einem Elektromotor zur Rotation angetrieben. Die Spindel 12 ist über eine Spindelsperre 17 an die Hohlwelle 14 angekoppelt.
Die in 2 in Explosionsdarstellung und in 3 in zusammengebauter Stirnansicht dargestellte Spindelsperre 17 ist eine Mitnahme- und Blockiervorrichtung, die einerseits ein Drehmoment von einem Antriebsteil, das im Ausführungsbeispiel von der Hohlwelle 14 gebildet ist, auf ein Abtriebsteil, das im Ausführungsbeispiel von der Spindel 12 gebildet ist, überträgt und andererseits bei einem an dem Abtriebsteil, im Ausführungsbeispiel an der Spindel 12, angreifenden Drehmoment das Abtriebsteil, im Ausführungsbeispiel die Spindel 12, am Gehäuse 10 durch Klemmung festsetzt. Hierzu weist die Spindelsperre 17 einen am Antriebsteil festlegbaren Mitnehmer 18, einen im Mitnehmer 18 einliegenden, mit dem Abtriebsteil drehfest verbindbaren Rollenstern 19 und einen zu Mitnehmer 18 und Rollenstern 19 konzentrisch angeordneten, mit dem Gehäuse 10 drehfest verbundenen Klemmring 20 auf, dessen innere Ringfläche eine Gegenklemmfläche 21 für nachfolgend noch beschriebene Klemmrollen 27 bildet. Der Mitnehmer 18 (4 und 5) weist einen scheibenförmigen Mitnehmerkörper 24 auf, an dem einstückig ausgebildete, um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt angeordnete Mitnehmerklauen 23 axial abstehen. Im Ausführungsbeispiel sind drei Mitnehmerklauen 23 vorgesehen. Am Mitnehmerkörper 24 stehen Zahnsegmente 22 radial vor, die um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt am Mitnehmerkörper 24 mit diesem einstückig angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel sind wiederum drei Zahnsegmente 22 vorgesehen, die im Bereich zwischen den Mitnehmerklauen 23 angeordnet sind. Die Zahnsegmente 22 tragen Außenverzahnungen 221, die mit einer Innenverzahnung in Eingriff stehen, die in dem den Mitnehmerkörper 24 übergreifenden Endabschnitt der Hohlwelle 14 umlaufend ausgebildet ist. An jeder Mitnehmerklaue 23 ist auf voneinander abgekehrten Seiten eine in Umfangsrichtung weisende Mitnahmefläche 231 für die Klemmrollen 27 ausgebildet.
Der Rollenstern 19 (6 und 7) weist einen zentralen Sternkörper 25 auf, an dem drei in Radialrichtung abstehende Sternfinger 26 einstückig ausgeformt sind. Die im Ausführungsbeispiel insgesamt drei Sternfinger 26 sind um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt, so dass der Versatzwinkel dem der Mitnehmerklauen 23 am Mitnehmer 18 entspricht. Der Rollenstern 19 ist so in den Mitnehmer 18 eingesetzt, dass in Umfangsrichtung hintereinander immer abwechselnd eine Mitnehmerklaue 23 und ein Sternfinger 26 liegen, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind (3). Die Sternfinger 26 sind dabei so ausgeführt, dass sie in Radialrichtung mit Spaltabstand vor der Gegenklemmfläche 21 des Klemmrings 20 enden. An jedem Sternfinger 26 sind auf voneinander abgekehrten Seiten jeweils eine Anlagefläche 261 und eine sich daran anschließende Klemmfläche 262 für eine Klemmrolle 27 ausgebildet (8). In jedem zwischen einer Mitnehmerklaue 23 und einem Sternfinger 26 gebildeten Freiraum, der nach außen von der Gegenklemmfläche 21 des Klemmrings 20 begrenzt ist, ist eine der insgesamt sechs Klemmrollen 27 eingelegt (3). Bei über die Hohlwelle 14 angetriebenem Mitnehmer 18 pressen sich jeweils die in Drehrichtung weisenden Mitnahmeflächen 231 der Mitnehmerklauen 23 an die Klemmrollen 27 an und verschieben diese gegen die Anlageflächen 261 der Sternfinger 26. Die verbleibenden Klemmrollen 27 legen sich dabei an die anderen Anlageflächen 261 der Sternfinger 26 an. Unabhängig von der Drehrichtung des Mitnehmers 18 wird das Drehmoment über die Mitnehmerklauen 23, die Klemmrollen 27 und die Sternfinger 26 auf den Rollenstern 19 und damit auf die fest mit dem Rollenstern 19 verbundene Spindel 12 übertragen. Das in der Werkzeugaufnahme der Spindel 12 eingespannte Werkzeug rotiert.
Wird dagegen von dem Werkzeug über die Spindel 12 ein Antriebsdrehmoment auf die Spindelsperre 17 aufgebracht, also der Rollenstern 19 angetrieben, so schieben sich drei Klemmrollen 27 der insgesamt sechs Klemmrollen 27 auf die Klemmflächen 262 der Sternfinger 26 auf und pressen sich zwischen den Klemmflächen 262 und der Gegenklemmfläche 21 am feststehenden Klemmring 20 fest. Das gesamte Drehmoment wird damit an dem mit dem Gehäuse 10 verbundenen Klemmring 20 abgebremst und nicht auf den Mitnehmer 18 übertragen.
Um eine zuverlässige Funktion der Spindelsperre 17 bei kleinstem Bauraum und eine hohe Drehmomentübertragung zu erreichen, sind mehrere Optimierungsmaßnahmen in der Gestaltung der Mitnahmeflächen 231 an den Mitnehmerklauen 23 und in der Gestaltung der Anlageflächen 261 und Klemmflächen 262 an den Sternfingern 26 vorgenommen. Eine der Optimierungsmaßnahmen ist die Ausbildung der Anlageflächen 261 derart, dass die bei angetriebenem Mitnehmer 18 von den Mitnehmerklauen 23 an die Anlageflächen 261 angedrückten Klemmrollen 27 nach innen, weg von der Gegenklemmfläche 21 geschoben werden und somit zuverlässig ein Kontakt zu der Gegenklemmfläche 21 vermieden wird. Die Mitnahmeflächen 231 an den Mitnehmerklauen 23 sind so gestaltet, dass sie bei angetriebenem Mitnehmer 18 die Klemmrollen 27 mit einer Druckkraft belasten, die in Richtung des größeren Trägheitsmoments der Mitnehmerklauen 23 weist, wodurch die auf die Mitnehmerklauen 23 wirkenden tangentialen Kraftkomponenten der Druckkräfte wesentlich größer sind als die radialen Kraftkomponenten der Druckkräfte. Dadurch bleibt eine Verformung der Mitnehmerklauen 23 bei der Übertragung hoher Drehmomente minimal. Zusätzlich ist an jeder Mitnehmerklaue 23 an deren nach innen weisenden Seite eine axial sich erstreckende Versteifungsrippe 28 (5) mittig angeordnet, um das kleinere Trägheitsmoment der Mitnehmerklaue 23 zu erhöhen. Die Wurzel 232 jeder Mitnehmerklaue 23 (5) ist ausgerundet, wobei ein möglichst großer Rundungsradius verwendet wird. Sowohl die Mitnahmeflächen 231 als auch die Anlageflächen 261 und Klemmflächen 262 an den Sternfingern 26 sind als Hohlkrümmungen, also konkav, ausgebildet, um die Herztsche Pressung zwischen den Klemmrollen 27 und den Mitnehmerklauen 23 einerseits und den Klemmrollen 27 und den Sternfingern 26 andererseits zu minimieren. Mit der Dimensionierung der Hohlkrümmungen der Anlageflächen 261 wird auch der Klemmwinkel der Klemmflächen 262 so eingestellt, dass die bei angetriebenem Rollenstern 19 sich zwischen den Klemmflächen 262 und der Gegenklemmfläche 21 festklemmenden Klemmrollen 27 durchrutschen, wenn die größte zulässige Hertsche Pressung überschritten wird. Dadurch wird einer plastischen Deformation vorgebeugt, die langfristig zu einer Schädigung der Spindelsperre 17 führen würde.

Claims

Mitnahme- und Blockiervorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einem Antriebsteil auf ein Abtriebstriebsteil und zum Festsetzen des Abtriebsteils bei einem an dem Abtriebsteil angreifenden Drehmoment, insbesondere Spindelsperre für Handwerkzeugmaschinen mit rotierendem Werkzeug, mit einem am Antriebsteil drehfest festlegbaren Mitnehmer (18), der in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnete Mitnehmerklauen (23) mit auf voneinander abgekehrten Seiten ausgebildeten, in Umfangsrichtung weisenden Mitnahmeflächen (231) aufweist, mit einem mit dem Abtriebsteil drehfest verbindbaren Rollenstern (19), der in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnete Sternfinger (26) mit auf voneinander abgekehrten Seiten ausgebildeten Anlage- und Klemmflächen (261, 262) für zwischen den Mitnehmerklauen (23) und den Sternfingern (26) mit Freilauf in Umfangsrichtung angeordnete Klemmrollen (27) aufweist, und mit einem zu Mitnehmer (18) und Rollenstern (19) konzentrisch angeordneten, feststehenden Klemmring (20), dessen innere Ringfläche eine Gegenklemmfläche (21) für die Klemmrollen (27) bildet, wobei die Anlagefläche (261) an den Sternfingern (26) so ausgebildet sind, dass die bei angetriebenem Mitnehmer (18) von den Mitnehmerklauen (23) an die Anlageflächen (261) der Sternfinger (26) angedrückten Klemmrollen (27) nach innen geschoben werden, und dass die Mitnahmeflächen (231) an dem Mitnehmerklauen (23) so gestaltet sind, dass sie bei angetriebenem Mitnehmer (18) die Klemmrollen (27) mit einer Druckkraft so belasten, dass deren tangentiale Kraftkomponente wesentlich größer als deren radiale Kraftkomponente ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (18) einen scheibenförmigen Mitnehmerkörper (24) aufweist, von dem die Mitnehmerklauen (23) einstückig axial abstehen, und dass an jeder Mitnehmerklaue (23) eine axial verlaufende Versteifungsrippe (28) mittig einstückig mit der Mitnehmerklaue (23) angeordnet ist.
Mitnahme- und Blockiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (261) und Klemmflächen (262) an den Sternfingern (26) und die Mitnahmeflächen (231) an den Mitnehmerklauen (23) als Hohlkrümmungen so ausgebildet sind, dass die Herztsche Pressung zwischen den Anlage-, Klemm- und Mitnahmeflächen (261, 262, 231) einerseits und den Klemmrollen (27) andererseits minimiert ist.
Mitnahme- und Blockiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmwinkel der Klemmflächen (262) an den Sternfingern (26) so eingestellt ist, dass die bei angetriebenem Rollenstern (19) zwischen den Klemmflächen (262) und der Gegenklemmfläche (21) sich festsetzenden Klemmrollen (27) durchrutschen, wenn die größte zulässige Herztsche Pressung überschritten wird.
Mitnahme- und Blockiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippen (28) so ausgebildet und angeordnet sind, dass das kleinere Trägheitsmoment der Mitnehmerklauen (23) vergrößert wird.
Mitnahme- und Blockiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass Wurzeln (232) der Mitnehmerklauen (23) mit einem größtmöglichen Radius ausgerundet sind.
Handwerkzeugmaschine, insbesondere Bohrmaschine oder Schrauber, mit einem elektromotorischen Drehantrieb (11) zum rotatorischen Antreiben einer ein Werkzeug tragenden Spindel (12), gekennzeichnet durch eine zwischen Drehantrieb (11) und Spindel (12) angeordnete Mitnahme- und Blockiervorrichtung, insbesondere Spindelsperre, nach einem der Ansprüche 1–5.