Vorteile der
Erfindung
Die
Erfindung geht aus von einer Handwerkzeugmaschine mit einer Drehmomentbegrenzungseinheit,
mit der ein maximales Drehmoment, das von einem Motorabtrieb auf
eine Werkzeugmitnahme übertragen
wird, von einem Bediener einstellbar ist, wobei die Drehmomentbegrenzungseinheit
eine Federanordnung umfasst.
Es
wird vorgeschlagen, dass die Federanordnung unterschiedlich wirkende
Federelemente aufweist. Es kann mit einfachen Federelementen eine
nichtlineare Federkennlinie der Federanordnung erreicht werden.
Hierdurch kann in einfacher Weise ein maximales Drehmoment in einem
Bereich kleiner Drehmomente sehr präzise und zusätzlich über einen
weiten Drehmomentbereich eingestellt werden. Üblicherweise liegt ein einstellbares
maximales Drehmoment zwischen 1 Nm und 15 Nm, um beispielsweise
eine zügige
Verschraubung in Holz vornehmen zu können, ohne dass Schrauben oder
Holz Schaden nehmen. Eine besonders komfortable Einstellung des
maximalen Drehmoments kann erreicht werden, wenn das maximale Drehmoment
in einem Bereich kleiner Drehmomente, beispielsweise bis 5 Nm, sehr
fein einstellbar ist. Hierzu kann die Federanordnung in diesem Bereich
eine Federkennlinie aufweisen, die flacher ist als im Bereich größerer Drehmomente,
in dem das maximale Drehmoment gröber einstellbar sein kann.
Außerdem
kann die Einstellcharakteristik der Drehmomentbegrenzungseinheit
durch die Verwendung von unterschiedlich wirkenden Federelementen
in der Federanordnung in einfacher Weise an unterschiedliche Handwerkzeugmaschinen
bzw. Baureihen von Handwerkzeugmaschinen angepasst werden.
Eine
unterschiedliche Wirkung der Federelemente kann erreicht werden,
wenn die Federelemente in ihrer Bewegungsrichtung versetzt angeordnet sind.
So werden bei einem Betätigen
der Federanordnung zuerst nur einige und später alle Federelemente betätigt. Eine
besonders einfache Montage und ein kompakter Aufbau der Handwerkzeugmaschine
können
erreicht werden, wenn die Federelemente unterschiedlich stark federnd
sind. Eine unterschiedliche Federung kann durch unterschiedliche Federkennlinien,
also durch unterschiedliche Federraten bzw. Federsteifigkeiten,
erreicht werden, beispielsweise durch Verwendung dickerer und dünnerer Federn.
Eine unterschiedliche Federung kann auch durch eine unterschiedliche
größte Federkraft der
Federelemente erreicht werden.
Die
Federelemente können
besonders langlebig und kompakt als Druckfedern ausgestaltet sein, beispielsweise
als Tellerfedern oder Spiralfedern. Auch eine Kombination aus zumindest
einer Tellerfeder und einer Spiralfeder ist denkbar, wobei in diesem
Fall die Tellerfeder zweckmäßigerweise
das stärker
wirkende Federelement und die Spiralfeder das schwächer wirkende
Federelement ist.
Eine
in einem kleinen Drehmomentbereich besonders präzise und über einen großen Drehmomentbereich
einstellbare Drehmomentbegrenzungseinheit kann erreicht werden,
wenn die Federelemente unterschiedlich lang sind. Hierbei sind die
Federele mente zweckmäßigerweise
auch unterschiedlich in ihrer Federsteifigkeit. Besonders kompakt
ist die Anordnung von zumindest einem ersten Federelement und einem
zweiten Federelement, das kürzer
und federsteifer ist als das erste Federelement.
Eine
sehr variable, kompakte und mechanisch stabile Federanordnung kann
erreicht werden, wenn die Federanordnung sechs Federelemente umfasst.
Diese sechs Federelemente sind vorteilhafterweise hexagonal angeordnet.
Eine
in der Federsteifigkeit zweifach gestufte progressive Federanordnung
mit einer hohen mechanischen Stabilität kann erreicht werden, wenn
die Federanordnung drei Gruppen unterschiedlicher Federelemente
umfasst. Durch die unterschiedlichen Federelemente kann eine Progressivität und durch die
Gruppen der Federelemente kann eine mechanische Stabilität erreicht
werden. Zweckmäßigerweise sind
die Federelemente unterschiedlich in Länge und Stärke.
Außerdem wird
vorgeschlagen, dass die Federanordnung ein Federelement einer Überlastkupplung
umfasst, die einen Kraftfluss zwischen dem Motorantrieb und der
Werkzeugmitnahme unterbricht, wenn das übertragene Drehmoment ein voreingestelltes Überlastdrehmoment übersteigt.
Eine Kombination von Überlastkupplung
und Drehmomentbegrenzungseinheit kann hierbei sehr kompakt ausgeführt sein.
Das
Federelement der Überlastkupplung kann
durch seine Federsteifigkeit das Überlastdrehmoment definieren.
Hierzu ist das Federelement der Überlastkupplung
zweckmäßigerweise
das kräf tigste Federelement
der Federanordnung, also das Federelement mit der größten Federsteifigkeit.
Es kann ein Überlastdrehmoment
erreicht werden, das sehr weit über
einem progressiv verstellbaren, größten maximalen Drehmoment liegt.
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Handwerkzeugmaschine
ein Stellmittel, mit dem das maximale Drehmoment einstellbar ist,
das eine Steuerkurve mit einer gleichmäßig ansteigenden Kurvenbahn
aufweist. Durch die gleichmäßig ansteigende
Kurvenbahn kann das Stellmittel besonders einfach und zuverlässig blockiert,
beispielsweise eingerastet werden, um ein ungewolltes Verstellen
des Stellmittels bei einem Betrieb der Handwerkzeugmaschine zu verhindern.
Vorteilhafterweise
umfasst die Steuerkurve ein erstes Segment zur Einstellung des maximalen Drehmoments
und ein in der Steuerwirkung zum ersten unterschiedliches zweites
Segment zur Einstellung eines Bohrbetriebs ohne einstellbare Drehmomentbegrenzung.
Das zweite Segment der Steuerkurve kann beispielsweise steiler als
das erste Segment ausgeführt
sein, so dass mit einer kurzen Betätigung des Stellmittels eine
große
Veränderung
des maximalen Drehmoments zu einer Überbrückungsstellung bzw. zu einem Überlastdrehmoment
erreicht werden kann. Es ist auch möglich, das zweite Segment sehr
flach bzw. ohne eine Drehmomentänderung
auszugestalten, wodurch ein unerwünschtes Herausdrücken des
Stellmittels aus der Einstellung des Bohrbetriebs verhindert werden
kann.
Zeichnung
Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es
zeigen:
1 einen
vorderen Teil eines Akkuschraubers mit einer Drehmomentbegrenzungseinheit
und einer Überlastkupplung
in einer Explosionsdarstellung,
2 den
vorderen Teil aus 1 in einer Schnittdarstellung,
3 Elemente
einer weiteren Drehmomentbegrenzungseinheit mit einer alternativen
Federanordnung und
4 eine
weitere Federanordnung einer Drehmomentbegrenzungseinheit.
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
Die 1 und 2 zeigen
einen vorderen Teil einer als Akkuschrauber ausgestalteten Handwerkzeugmaschine
in einer Explosionsdarstellung (1) und einer
Schnittdarstellung (2). Die Handwerkzeugmaschine
umfasst eine Drehmoment begrenzungseinheit 2, einen Motorabtrieb 4 und
eine Werkzeugmitnahme 6. Zum Antrieb der Werkzeugmitnahme 6 wird
ein Drehmoment vom Motorabtrieb 4 auf ein dreistufiges
Planetengetriebe mit unter anderem Planetenrädern 8 übertragen,
die sich infolgedessen um ihre eigene Achse drehen. Die Planetenräder 8 sind
auf einem Planetenträger 10 gelagert, der
im normalen Arbeitsmodus ortsfest mit einem Gehäuse 12 der Handwerkzeugmaschine
verbunden ist. Die Planetenräder 8 treiben
ein Hohlrad 14 an, dessen Innenverzahnung um einen Mitnehmer 16 greift
und diesen antreibt. Der Mitnehmer 16 treibt einen Stern 18 an
und dieser über
einen Innenvierkant die Werkzeugmitnahme 6.
Im
normalen Betrieb ist der Planetenträger 10 über zwei
Rastscheiben 20, 22, eine Federanordnung 24 aus
sechs Federelementen 26, 28 und zwei Druckstücke 30, 32 drehfest
mit einer Führungshülse 34 verbunden,
die wiederum drehfest am Gehäuse 12 der
Handwerkzeugmaschine befestigt ist. Die drehfeste Verbindung kommt über Nocken 36 des Planetenträgers 10 zustande,
die in Nocken der ersten Rastscheibe 20 eingreifen, wobei
die erste Rastscheibe 20 ihrerseits mit Nocken 38,
die in Eingriff mit Nocken 40 der zweiten Rastscheibe 22 stehen,
mit der zweiten Rastscheibe 22 verbunden ist. Die zweite Rastscheibe 22 wiederum
ist durch Arme 42 des Druckstücks 30 gehalten, die
zwischen Erhebungen 44 der zweiten Rastscheibe 22 greifen.
Die beiden Druckstücke 30, 32 sind
durch Ausformungen 46 in Innennuten der Führungshülse 34 gehalten.
Getriebeseitig
hinter dem Planetenträger 10 ist
eine Tellerfeder 48 angeordnet, die in einen Halter 50 eingelegt
ist. Der Halter 50 umgreift mit Armen 52 die Tellerfeder 48 und den
Planetenträger 10 und greift
in Taschen 54 der ersten Rastscheibe 20 ein. In diesen
Taschen 54 sind die Arme 52 durch Verdickungen 56 gehalten,
wobei der Halter 50 unter einer Spannung, mit der die Tellerfeder 48 ein
Stück weit zusammengedrückt wird,
an der Rastscheibe 20 gehalten ist und den Planetenträger 10 zwischen
Tellerfeder 48 und Rastscheibe 20 einklemmt. Hinter
dem Halter 50 ist ein Halterad 58 angeordnet,
das mit Ausformungen 60 in Innennuten der Führungshülse 34 eingreift
und mit dieser drehfest verbunden sowie mit einem Drahtring 64 in
der Führungshülse 34 befestigt ist.
Zum
Einstellen eines maximalen Drehmoments, das auf die Werkzeugmitnahme 6 übertragen wird,
kann der Federdruck der Federanordnung 24 auf die zweite
Rastscheibe 22 mit Hilfe eines Stellmittels 66 variiert
werden. Hierzu weist das Stellmittel 66 ein Betätigungsmittel 68,
einen Kurvenring 70, eine Lochscheibe 72, einen
Bolzen 74 und eine Feder 76 auf. Eine Ausformung 78 und
eine Nut 80 halten den Kurvenring 70 bzw. die
Lochscheibe 72 drehfest im Betätigungsmittel 68.
Bei einem Drehen des Betätigungsmittels 68 wird
der Kurvenring 70 mitgedreht, wobei auf einer Steuerkurve 82 des
Kurvenrings 70 rutschende Arme 84 für eine Bewegung
des zweiten Druckstücks 32 in
Axialrichtung 86 sorgen. Die Arme 84 greifen durch
Ausnehmungen 88 der Führungshülse 34 und
werden, durch die Federkraft der Federanordnung 24 belastet,
gegen die Steuerkurve 82 gedrückt. Bei einer Bewegung des
zweiten Druckstücks 32 in
Axialrichtung 86 variiert der Federdruck der Federanordnung 24,
mit der die zweite Rastscheibe 22 auf die erste Rastscheibe 20 gedrückt wird.
Die Lochscheibe 72 verhindert mit ihren Löchern, in
die der Bolzen 74 rastend eingreift, ein ungewolltes Verstellen
des Betätigungsmittels 68 während des
Betriebs der Handwerkzeugmaschine.
Die
Federanordnung 24 umfasst sechs in einem Federpaket angeordnete
Federelemente 26, 28, die als Druckfedern in Form
von Spiralfedern ausgeführt
sind. Die Federelemente 26, 28 sind hexagonal angeordnet
und umfassen zwei Gruppen: die vier kürzeren und steiferen – also stärker federnden – Federelemente 28 und
die zwei längeren
und schwächer
federnden Federelemente 26. Durch diese stabile Anordnung
kann eine einstufige Progression des maximalen Drehmoments bei gleichförmigem Verstellen
des Kurvenrings 70 erreicht werden. Bei einer Einstellung
des geringst möglichen
maximalen Drehmoments von 1 Nm durch den Kurvenring 70 sind
die längeren
Federelemente 26 mit einer geringen Vorspannung zwischen
der Rastscheibe 22 und dem Druckstück 30 gehalten. Bei
einem Verdrehen des Kurvenrings 70 zu einem größeren maximalen
Drehmoment werden zuerst die Federelemente 26 zusammengedrückt, wohingegen
die kürzeren
Federelemente 28 noch mit einem geringen Spiel zwischen der
Rastscheibe 22 und dem Druckstück 30 angeordnet sind.
Ab einem maximalen Drehmoment von 4 Nm werden bei einem weiteren
Verdrehen des Kurvenrings 70 auch die vier Federelemente 28 zusammengedrückt, so
dass das maximale Drehmoment bei einem gleichmäßigen Verdrehen des Kurvenrings 70 nunmehr
schneller ansteigt, und zwar bis zu einem Wert von 15 Nm.
Im
normalen Betrieb der Handwerkzeugmaschine, bei dem ein Drehmoment
auf die Werkzeugmitnahme 6 unterhalb des eingestellten
maximalen Drehmoments übertragen
wird, ruht der Planetenträger 10 relativ
zum Gehäuse 12.
Erreicht das Drehmoment auf die Werkzeugmitnahme 6 das
eingestellte maximale Drehmoment, so wird die zweite Rastscheibe 22 durch
schräge
Flanken der Nocken 38, 40 gegen die Federanordnung 24 ausgelenkt,
und die erste Rastscheibe 20 kann sich zusammen mit dem Planetenträger 10 gegen
die zweite Rastscheibe 22 verdrehen. Das Hohlrad 14 ruht,
und die Drehmomentübertragung
vom Motorabtrieb 4 zur Werkzeugmitnahme 6 ist
oberhalb des maximalen Drehmoments unterbrochen.
Zur Überbrückung der
Drehmomentbegrenzungseinheit 2 umfasst der Kurvenring 70 neben
einem gleichförmig
ansteigenden ersten Segment 90 innerhalb der Steuerkurve 82 zur
Realisierung eines Bohrbetriebs ein zweites, steiler ansteigendes
Segment 92 und ein drittes, flaches Segment 94,
das bei einem Verdrehen des Kurvenrings 70 keine Änderung
des Federdrucks der Federanordnung 24 bewirkt. Die Einstellung
des maximalen Drehmoments von 1 Nm bis 15 Nm wird durch eine Bewegung
der Arme 84 über
das erste Segment 90 erreicht. Bei einer Einstellung der Überbrückungsstellung
liegen die Arme 84 auf dem dritten Segment 94 auf
und sind maximal weit in Richtung des Motorabtriebs 4 der Handwerkzeugmaschine
ausgelenkt. Die Federelemente 26, 28 sind so weit
zusammengedrückt,
dass die Federelemente 26, 28 haltende Stifte 96, 98 einander
berühren,
so dass die Rastscheibe 22 in Axialrichtung 86 unauslenkbar
zwischen der Rastscheibe 20 und dem Druckstück 32 gehalten
ist. Ein Überrasten
der ersten Rastscheibe 20 über die zweite Rastscheibe 22 ist
nicht mehr möglich.
Außerdem
greifen die Arme 42 zwischen die Taschen 54 der
Rastscheibe 20, wodurch die Rastscheibe 20 drehfest
mit der Führungshülse 34 verbunden
ist.
Durch
die Drehmomentbegrenzungseinheit 2 könnte in dieser Stellung ein
für die
Handwerkzeugmaschine schädliches
und für
einen Bediener gefährliches
Drehmoment auf die Werkzeugmitnahme 6 übertragen werden. Um die Übertragung
eines solchen Drehmoments zu verhindern, ist am Planetenträger 10 eine Überlastkupplung
angeordnet, die den Kraftfluss zur Werkzeugmitnahme 6 bei Überschreiten
eines Überlastdrehmoments
unterbricht. Wird zur Werkzeugmitnahme 6 ein Drehmoment übertragen, welches
das in Bohrstellung durch die Federkraft der Tellerfeder 48 vorgegebene Überlastdrehmoment
erreicht, so wird der Planetenträger 10 durch
schräge Flanken
der Nocken 36 und der Nocken der Rastscheibe 20 in
Richtung zur Tellerfeder 48 ausgelenkt und die Tellerfeder 48 gegen
ihre Vorspannung weiter zusammengedrückt. Der Planetenträger 10 kann sich
nunmehr gegen die Rastscheibe 20 verdrehen, wodurch der
Kraftfluss vom Motorabtrieb 4 zur Werkzeugmitnahme 6 zwischen
dem Planetenträger 10 und
der Rastscheibe 20 unterbrochen ist.
In 3 ist
eine alternative Anordnung von Elementen einer Drehmomentbegrenzungseinheit 100 und
einer Überlastkupplung
gezeigt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit
den gleichen Bezugszeichen beziffert. Ferner kann bezüglich gleich
bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel
in den 1 und 2 verwiesen werden.
Die
Drehmomentbegrenzungseinheit 100 umfasst eine Federanordnung 102 mit
drei Gruppen von jeweils zwei als Spiralfedern ausgeführten Federelementen 104, 106, 108 unterschiedlicher
Länge und
Federsteifigkeit. Wie bei der Federanordnung 24 kann mit
den Federelementen 104, 106 eine einstufig progressive
Einstellung der Federkraft bzw. des maximalen Drehmoments erreicht
werden. Die kürzesten
Federelemente 108 sind hierbei mit einem Spiel zwischen
der Rastscheibe 20 und dem Druckstück 30 angeordnet und
tragen zur Kraft der Federanordnung 102 noch nichts bei.
Erst bei einem Verstellen des Kurvenrings 70 in die Bohrstellung,
in der die Arme 84 auf dem dritten Segment 94 aufliegen,
werden die sehr kurzen und sehr steifen Federelemente 108 ebenfalls
zusammengedrückt,
wobei jedoch zwischen den Stiften 96, 98 noch
ein geringes Spiel verbleibt. Das maximale Drehmoment ist durch
die sehr steifen, zur Überlastkupplung
gehörenden
Federelemente 108 nunmehr auf 50 Nm eingestellt und bildet das Überlastdrehmoment.
Erreicht
das auf die Werkzeugmitnahme 6 übertragene Drehmoment das Überlastdrehmoment, so
wird die Rastscheibe 22 durch die schrägen Flanken der Nocken 36, 40 in
Richtung zum Druckstück 30 ausgelenkt,
und die Nocken 36, 40 kommen außer Eingriff.
Der Kraftfluss vom Motorabtrieb 4 zur Werkzeugmitnahme 6 wird
somit an der gleichen Stelle unterbrochen, bei der er auch bei einem
außerhalb
der Bohrstellung eingestellten maximalen Drehmoment durch die Drehmomentbegrenzungseinheit 100 unterbrochen
wird.
Eine
weitere Federanordnung 110 ist in 4 gezeigt.
Die Federanordnung 110 umfasst zwei Gruppen mit den Federelementen 104, 106,
die jeweils in Dreiecken, abwechselnd und insgesamt hexagonal angeordnet
sind. Zusätzlich
umfasst die Federanordnung 110 eine Tellerfeder 112,
die seriell zu den Federelementen 104, 106 angeordnet
und ein Element einer Drehmomentbegrenzungseinheit ist. Bei einem
Verdrehen des Kurvenrings 70 von einem kleinsten maximalen
Drehmoment zu größeren maximalen
Drehmomenten werden zuerst die Federelemente 104 und dann
die Federelemente 106 zusammengedrückt, bis die Stifte 96, 98 bei
einem maximalen Drehmoment von 8 Nm einander berühren. Bei einem weiteren Verdrehen
des Kurvenrings 70 wird die Tellerfeder 112 weiter
zusammengedrückt
und dadurch der Druck der Federanordnung 110 weiter erhöht bis zu
einem größten maximalen
Drehmoment von 20 Nm.
Es
ist auch denkbar, die Tellerfeder 112 einer Überlastkupplung
zuzuordnen, die erst bei einem Gleiten der Arme 84 über das
zweite Segment 92 zum dritten Segment 94 hin zusammengedrückt wird und
ein Überlastdrehmoment
definiert. Als weitere Alternative kann die Federanordnung 110 drei
Gruppen von Federelementen aufweisen, analog zur Federanordnung 102,
jedoch mit weniger steifen Federelementen. Zusammen mit der Tellerfeder 112 kann so
eine dreistufige Progression der Federkraft der Federanordnung 110 bzw.
des maximalen Drehmoments erreicht werden. Ebenso denkbar ist eine
Federanordnung mit zwei oder mehr seriell angeordneten Tellerfedern
mit unterschiedlicher Federsteifigkeit.