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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugvorrichtung
und insbesondere eine Werkzeugvorrichtung welche ein Getriebe aufweist. Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Schraubvorrichtung mit
einem Winkelkopf beschrieben, es wird jedoch darauf hingewiesen,
dass die Erfindung auch bei anderen ein Getriebe aufweisenden Werkzeugvorrichtungen
zum Einsatz kommen kann.
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Aus
dem Stand der Technik sind diverse Werkzeugvorrichtungen wie Handschrauber
bekannt. Dabei weisen diese aus dem Stand der Technik bekannten
Handschrauber teilweise ein Winkelgetriebe bzw. einen Winkelkopf
auf. Dies bedeutet, dass ein antreibendes Rad und insbesondere ein
antreibendes Zahnrad ein weiteres Rad antreibt, wobei eine Antriebswelle
und eine Abtriebswelle in einen vorgegebenen von 0° verschiedenen
Winkel, wie beispielsweise 70°,
zueinander angeordnet sind. Beim Einsatz derartiger Handschrauber
treten beispielsweise beim Anziehen von Schrauben nicht nur Drehmomente,
sondern auch in Richtung der abtreibenden Achse wirkende Axialkräfte auf.
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Diese
auftretenden Axialkräfte
wirken wiederum auf eine Kegelverzahnung zwischen einem antreibenden
Zahnrad und einem angetriebenen Zahnrad. Auf diese Weise kann es
zu einer Veränderung
des Zahnradeingriffes und einer unter Umständen ungünstigen Drehmomentübertragung
kommen. Auch wirkt sich die axiale Belastung auf die Lebensdauer
der beteiligten Zahnräder
aus.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer
der übertragenen
Zahnradkomponenten der Werkzeugvorrichtung zu erhöhen. Daneben
sollen die Eingriffsverhältnisse zwischen
dem antreibenden Zahnrad und dem angetriebenen Zahnrad insbesondere
auch unter einer axialen Krafteinwirkung verbessert werden.
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Dies
wird erfindungsgemäß durch
eine Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung
weist ein antreibendes Zahnrad, ein angetriebenes Zahnrad und eine
Abtriebswelle auf, wobei die Drehbewegung der Abtriebswelle mit
der Drehbewegung des angetriebenen Zahnrads gekoppelt ist und die
Längsrichtung
der Antriebswelle und die Längsrichtung
der Abtriebswelle unter einem von 0° verschiedenen Winkel zueinander
verlaufen. Erfindungsgemäß ist das
angetriebene Zahnrad derart bezüglich
der Abtriebswelle angeordnet, dass eine in Längsrichtung auf die Abtriebswelle
wirkende Kraft im Wesentlichen nicht auf das angetriebene Zahnrad wirkt.
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Durch
diese Anordnung des angetriebenen Zahnrads bezüglich der Abtriebswelle wird
auch bei Auftreten von axial auf die Abtriebswelle wirkenden Kräften erreicht,
dass der Eingriff zwischen dem antreibenden Zahnrad und dem angetriebenen
Zahnrad nicht verschlechtert wird und auch keine zusätzliche Belastung
der jeweiligen Zahnradkomponenten auftritt. Insbesondere wird bei
der erfindungsgemäßen Werkzeugeinrichtung
ein Winkelgetriebe verwendet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird eine Drehbewegung des antreibenden Zahnrads direkt auf die
Abtriebswelle übertragen.
Dies bedeutet, dass zwischen der Antriebswelle, auf der das antreibende
Zahnrad angeordnet ist, und der Abtriebswelle, das Drehmoment lediglich über das
antreibende und das angetriebene Zahnrad übertragen wird und insbesondere
kein zusätzliches
Getriebe zum Einsatz kommt. Auf diese Weise ist eine besonders reibungsarme Übertragung
der Drehbewegung von einem Motor auf die Abtriebswelle möglich. Auch
kann durch diese Anordnung auf zusätzliche mechanische Komponenten
wie Planetengetriebe und ähnliches verzichtet
werden, wodurch die Herstellungskosten insgesamt geringer gehalten
werden können.
Auch ist eine Absenkung des benötigten
Bauraums möglich.
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Vorzugsweise
liegt der vorgegebene Winkel zwischen 45° und 135°, bevorzugt zwischen 75° und 105° und besonders
bevorzugt zwischen 85° und 95°. Winkel
nahe der 90°-Stellung
sind besonders ergonomisch und erlauben eine besonders bevorzugte Kraftübertragung,
die beispielsweise zum Lösen
von Schrauben vorteilhaft ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Verzahnung des angetriebenen Zahnrads von dem werkzeugseitigen
Ende der Abtriebswelle abgewandt. Unter dem werkzeugseitigen Ende
der Abtriebswelle wird insbesondere der Kopf der Werkzeugvorrichtung
verstanden, in dem beispielsweise ein Schraubelement angebracht
sein kann. Durch eine derartige Anordnung der Verzahnung kann der
Bauraum insgesamt geringer gehalten werden, da die Abtriebswelle
kürzer
gehalten werden kann, als in dem umgekehrten Fall, in dem die Verzahnung
dem werkzeugseitigen Ende der Abtriebswelle zugewandt ist und damit
das antreibende Zahnrad bezüglich
des werkzeugseitigen Endes hintergriffen wird.
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Vorzugsweise
sind die Abtriebswelle und das angetriebene Zahnrad zweitteilig
ausgebildet. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass die
Abtriebswelle und das angetriebene Zahnrad als einteiliges Element
ausgebildet werden. In diesem Falle werden auf die Abtriebswelle
wirkende Kräfte über das
angetriebene Zahnrad direkt auf das antreibende Zahnrad übertragen.
Durch die zweitteilige Ausführung
hingegen ist es möglich,
die auf die Abtriebswelle wirkende Axialkraft von der auf das angetriebene Zahnrad
wirkenden Kraft zu entkoppeln.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das antreibende Zahnrad ein Kegelzahnrad und besonders bevorzugt
ist auch das angetriebene Zahnrad ein Kegelzahnrad. Das angetriebene
Zahnrad und das antreibende Zahnrad stehen derart in Wirkverbindung,
dass Drehmomente um einen Winkel von beispielsweise 90° umgelenkt
werden können.
Auf diese Weise kann beispielsweise die Antriebseinrichtung eines
Handschraubers in einem Griffelement untergebracht werden. Durch
die Verwendung einer Kegelverzahnung können höhere Drehmomente übertragen
werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind das angetriebene Zahnrad und die Abtriebswelle unabhängig voneinander
axial gelagert. Dies bewirkt, dass axiale Belastungen auf die Abtriebswelle
nicht zu axialen Belastungen auf das angetriebene Zahnrad führen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Abtriebswelle und das angetriebene Zahnrad über eine
Geradverzahnung miteinander verkoppelt. Dies bedeutet, dass die
einzelnen Zähne dieser
Verzahnung im Wesentlichen parallel zu der Achse der Abtriebswelle
verlaufen. Auf diese Weise wird eine gewisse Axialverschiebung der
Abtriebswelle gegenüber
dem angetriebenen Zahnrad zugelassen und auf die Abtriebswelle wirkende
Axialkräfte können bezüglich des
angetriebenen Zahnrads entkoppelt werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ragt die Abtriebswelle durch das angetriebene Zahnrad hindurch.
Auf diese Weise kann das angetriebene Zahnrad in besonders vorteilhafter Weise
gegenüber
der Abtriebswelle geführt
werden. Besonders bevorzugt weist das angetriebene Zahnrad einen
hülsenförmigen Abschnitt
auf, der wenigstens einen Abschnitt der Abtriebswelle umgibt. Die Abtriebswelle
wird damit durch diesen hülsenförmigen Abschnitt
geführt
und damit wird eine verbesserte Führung des angetriebenen Zahnrads
bezüglich der
Abtriebswelle erreicht.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Werkzeugvorrichtung wenigstens eine Sensoreinrichtung
zur Erfassung eines Betriebszustandes der Werkzeugvorrichtung auf.
Dabei ist diese Sensoreinrichtung besonders bevorzugt aus einer
Gruppe von Sensoreinrichtungen ausgewählt, welche Drehmomentsensoren,
Drehwinkelsensoren, Drehgeschwindigkeitssensoren oder dergleichen aufweist.
Es ist jedoch auch möglich,
mehrere unterschiedliche Sensoren innerhalb der Werkzeugvorrichtung
vorzusehen, wie beispielsweise einen Drehmomentsensor, der an der
Abtriebswelle angeordnet ist, und einen Drehwinkelsensor, der an
einer Antriebswelle vorgesehen ist bzw. in Wirkverbindung mit dem
antreibenden Zahnrad steht.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Winkelgetriebe gerichtet,
insbesondere für
eine Werkzeugvorrichtung. Dieses Winkelgetriebe weist ein antreibendes
Zahnrad auf, ein angetriebenes Zahnrad und eine Abtriebswelle, wobei
die Drehbewegung der Abtriebswelle mit der Drehbewegung des angetriebenen
Zahnrads gekoppelt ist. Dabei ist das angetriebene Zahnrad erfindungsgemäß derart bezüglich der
Abtriebswelle angeordnet, dass eine in Längsrichtung auf die Abtriebswelle
wirkende Kraft im Wesentlichen nicht auf das angetriebene Zahnrad wirkt.
Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Axialbelastungen auf
die Abtriebswelle den Eingriff zwischen dem antreibenden Zahnrad
und dem angetriebenen Zahnrad verschlechtern. Die oben beschriebenen
vorteilhaften Ausführungsformen
können
auch auf das Winkelgetriebe angewandt werden.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
ergeben sich aus der beigefügten
Zeichnung.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung.
Die erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung 1 kann
je nach Ausgestaltung der Schnittstelle an eine handgehaltene oder
eine stationäre
Antriebseinheit gekoppelt werden. Die Bezugszeichen 42 und 43 beziehen
sich auf elektronische Baugruppen. Über einen Anschluss 31 kommuniziert
die Sensorelektronik mit einer übergeordneten
Steuerung. Das Bezugszeichen 21 bezieht sich auf eine Schnittstelle
für eine Antriebseinrichtung.
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Das
Bezugszeichen 28 bezieht sich auf einen Zentrierring, der
zum Zentrieren der Antriebseinrichtung 21 dient. Über Leitungen 32 wird
die elektronische Baugruppe 21 mit dem Anschluss 31 verbunden.
Das Bezugszeichen 29 kennzeichnet ein Kupplungsteil und
das Bezugszeichen 34 einen Spannstift.
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An
einer Antriebswelle 6 ist ein Impulsgeberrad 20 vorgesehen,
welches im Zusammenspiel mit einem Impulsnehmer 24 dazu
dient, um die Drehgeschwindigkeit oder den Drehwinkel der Antriebswelle 6 zu
bestimmen. Da die Antriebswelle 6 direkt mit der Abtriebswelle 5 gekoppelt
ist, kann auf diese Weise auch die Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle 5 unmittelbar
bestimmt werden.
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Auf
der Antriebswelle 6 ist ein antreibendes Zahnrad 2 vorgesehen
und vorzugsweise drehfest mit der Antriebswelle 6 verbunden.
Dieses antreibende Zahnrad 2 ist über ein weiteres Rillenkugellager 19 drehbar
gegenüber
dem Gehäuse 9 gelagert.
Das Bezugszeichen 30 bezieht sich auf eine Dichtungseinrichtung,
genauer gesagt auf einen Radialdichtring. Das antreibende Zahnrad 2 überträgt seine Drehbewegung über eine
(nicht im Detail gezeigte) Verzahnung 2a auf ein angetriebenes
Zahnrad 4. Dieses angetriebene Zahnrad 4 ist hier
als Kegelrad ausgeführt
und weist eine (nicht im Detail gezeigte) Verzahnung 4a auf.
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Die
Längsachse
A der Antriebswelle 6 und die Längsachse L der Abtriebswelle 5 sind
in einem Winkel α von
90° zueinander
angeordnet.
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Das
angetriebene Zahnrad 4 ist mit Hilfe einer Lagereinheit 8a, 8b drehbar
und in axialer Richtung unverschiebbar gelagert. Dabei bezieht sich
das Bezugszeichen 8a auf eine Lagerscheibe und das Bezugszeichen 8b auf
einen Nadelkranz. Der Begriff „axiale
Richtung" bezieht
sich auf die Längsachse
L der Abtriebswelle 5. Das angetriebene Zahnrad 4 weist
einen Hohlraum bzw. einen hülsenförmigen Abschnitt 12 auf,
innerhalb dessen ein Abschnitt der Abtriebswelle 5 verläuft. Das
angetriebene Zahnrad 4 ist hier als Tellerrad ausgeführt.
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Die
Abtriebswelle 5 weist einen Endabschnitt 5a auf,
der in seiner Umfangsrichtung mit Hilfe eines Lagers 18,
genauer gesagt einer Vielzahl von Nadelhülsen, gelagert ist. In axialer
Richtung ist die Antriebswelle 5 bzw. deren Endbereich 5a durch
die Lagereinrichtungen 7a, 7b, 7c gegenüber dem
Gehäuse 3 gelagert,
wobei die Bezugszeichen 7a und 7c Lagerscheiben
bezeichnen und das Bezugszeichen 7b einen axialen Nadelkranz.
Die Abtriebswelle 5 ist jedoch in gewissen Grenzen in ihrer
axialen Richtung gegenüber
dem Gehäuse 9 bewegbar.
Das angetriebene Zahnrad 5 wird in seiner Umfangsrichtung
mit Hilfe eines Lagers 11 drehbar gelagert, wobei es sich hier
ebenfalls um eine Nadelhülse
handelt. Die Lagerung des Kegelrades erfolgt hier gegenüber einem Lagerflansch 17.
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An
diesem Lagerflansch 17 ist eine Übertragungsspule 16 angeordnet.
Man erkennt, dass die (nur schematisch gezeigte) Verzahnung 4a des
Kegelrads 4 von dem Kopfende bzw. werkzeugseitigem Ende 5b der
Abtriebswelle 5 abgewandt ist, d. h. in die hierzu entgegengesetzte
Richtung zeigt. Auf diese Weise kann die Gesamtlänge der Abtriebswelle kürzer gehalten
werden, da ansonsten das angetriebene Zahnrad 4 in 1 von
rechts her an das antreibende Zahnrad 2 angreifen müsste.
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Das
Bezugszeichen 13 kennzeichnet ein weiteres Lager, genauer
gesagt ein Rillenkugellager, zur Lagerung der Abtriebswelle 5.
Damit wird die Abtriebswelle 5 über die Lager 13,
7a–7c sowie 18 drehbar
gelagert.
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Das
angetriebene Zahnrad wird, wie oben ausgeführt, über die Lager 8a, 8b und 11 radial
und axial gelagert. Die Drehmomentenübertragung zwischen dem angetriebenen
Zahnrad 4 und der Abtriebswelle 5 erfolgt über eine
(nicht im Detail gezeigte) Geradverzahnung 10. Diese Geradverzahnung
ist sowohl in dem angetriebenen Zahnrad 4 als auch in der
Abtriebswelle 5 vorgesehen. Durch das Vorsehen einer Geradverzahnung 10 sind
geringfügige
axiale Verschiebungen zwischen der Abtriebswelle 5 und dem
angetriebenen Zahnrad 4 möglich. Auf diese Weise können auf
die Abtriebswelle 5 wirkende Axialkräfte wirksam von dem angetriebenen
Zahnrad 4 entkoppelt werden und wirken damit nicht auf
das antreibende Zahnrad 2. Damit bewirkt die Geradverzahnung 10 gleichzeitig
die Entkopplung der über
die Abtriebswelle eingeleiteten Axialkräfte und somit können keine
einwärtsgerichteten
oder auswärtsgerichteten
Axialkräfte
die Zahneingriffsverhältnisse
zwischen dem angetriebenen Zahnrad 4 und dem antreibenden
Zahnrad 2 beeinflussen.
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Anstelle
einer Geradverzahnung könnten auch
andere Eingriffsmöglichkeiten
vorgesehen sein, die eine gewisse Verschiebung in der Längsrichtung L
der Abtriebsachse erlauben, wie beispielsweise Mehrkantstücke und
entsprechende Mehrkantaufnahmen. Generell könnten zur Kraftübertragung
solche Übertragungseinrichtungen
vorgesehen sein, die eine Kraftübertragung
in Drehrichtung erlauben, jedoch ein gewisses Spiel in Längsrichtung
der Abtriebswelle ermöglichen.
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Das
Bezugszeichen 15 bezieht sich auf ein Spindelgehäuse, in
dem ein Teil der Abtriebswelle 5 angeordnet ist. In diesem
Spindelgehäuse
ist ein Lagerflansch 26 vorgesehen und mit Hilfe eines O-Rings 27 gesichert.
Das Bezugszeichen 5c bezeichnet einen Torsionsstab und
das Bezugszeichen 14 einen Sicherungsring.
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Das
Bezugszeichen 33 bezieht sich auf eine Messeinrichtung
zur Ermittlung der übertragenen Drehmomente.
Genauer gesagt handelt es sich hierbei um einen sogenannten DMS-Messstreifen.
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Wie
eingangs erwähnt,
erfolgt die Kraftübertragung
bzw. die Drehmomentenübertragung
hier direkt von der Antriebswelle 6 auf die Abtriebswelle 5 ohne
Zwischenschaltung weiterer Getriebe wie Planetengetriebe oder dergleichen.
Durch diese direkte Übertragung
ist eine besonders effiziente Drehmomentenübertragung auf die Abtriebswelle
möglich. Auch
ist der Umfang des antreibenden Zahnrads etwa in der gleichen Größenordnung
wie der Umfang des angetriebenen Zahnrads 4 und auf diese
Weise tritt keine nennenswerte Untersetzung der jeweiligen Drehgeschwindigkeiten
von der Antriebswelle 6 und Abtriebswelle 5 auf.
Auch kann durch die direkte bzw. unmittelbare Drehmomentübertragung
der Antrieb in besonders effizienter Weise erfolgen.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 1
- Werkzeugvorrichtung
- 2
- antreibendes
Zahnrad
- 2a
- Verzahnung
- 3
- Gehäuse
- 4
- angetriebenes
Zahnrad
- 4a
- Verzahnung
- 5
- Abtriebswelle
- 5a
- Endabschnitt
der Abtriebswelle
- 5b
- Kopfende
bzw. werkzeugseitiges Ende der Abtriebswelle
- 5c
- Torsionsstab
- 6
- Antriebswelle
- 7a
- Lagerscheibe
- 7c
- Lagerscheibe
- 7b
- Nadelkranz
- 8a
- Lagerscheibe
- 8b
- Nadelkranz
- 9
- Winkelkopfgehäuse
- 10
- Geradverzahnung
- 11
- Lager
- 12
- hülsenförmiger Abschnitt
des angetriebenen Zahnrads 4
- 13
- weiteres
Rillenkugellager
- 14
- Sicherungsring
- 15
- Spindelgehäuse
- 16
- Übertragungseule
- 17
- Lagerflansch
- 18
- Lager
- 19
- weiteres
Rillenkugellager
- 20
- Impulsgeberrad
- 22
- Rillenkugellager
- 23
- O-Ring
- 24
- Impulsnehmer
- 25
- Torsionsstab
- 26
- Lagerflansch
- 27
- O-Ring
- 28
- Zentrierring
- 29
- Kupplungsteil
- 30
- Dichtung
- 31
- Anschluss
- 32
- Leitungen
- 33
- Messeinrichtung
- 34
- Spannstift
- 42
- elektrische
Baugruppe
- 43
- elektrische
Baugruppe
- L
- Längsachse
der Abtriebswelle 5
- A
- Längsrichtung
der Antriebswelle 6