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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Handwerkzeugmaschine mit einer schaltbaren
Mechanik nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 10 2004
058 809 A1 ist ein Akku-Schrauber bekannt, der einen elektrischen
Antriebsmotor aufweist, wobei über ein mehrstufiges Planetengetriebe
eine im Gehäuse drehbar gelagerte Werkzeugaufnahme zur
Aufnahme eines Werkzeugs von dem Antriebsmotor angetrieben wird.
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Derartige
Akku-Schrauber sind meist mit einem schaltbaren Planetengetriebe
ausgestattet, das zwischen einer ersten Gangstufe mit langsamer
Umdrehungsgeschwindigkeit und hohem Drehmoment und einer zweiten
Gangstufe mit höherer Umdrehungsgeschwindigkeit und geringerem
Drehmoment geschaltet werden kann. Die Umschaltung erfolgt mithilfe
eines Gangumschalters, der in Form eines Schiebers an der Außenseite
des Gehäuses manuell in Achsrichtung zu verstellen ist
und hierbei ein Schalthohlrad zwischen zwei Schaltpositionen verschiebt.
Das Schalthohlrad wirkt auf ein Getrieberad des Planetengetriebes,
das in einer ersten Schaltposition mit dem Gehäuse und
in einer zweiten Schaltposition mit einem Planetenträger
des Planetengetriebes gekoppelt ist.
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Hierbei
ist zu beachten, dass das Einrasten des Schalthohlrades beim Wechsel
zwischen den Gangstufen insbesondere unter Last auf Grund von Drehzahlunterschieden
erschwert sein kann. Aus diesem Grund können Federelemente
vorgesehen sein, die das Schalthohlrad nach der entsprechenden Betätigung
des Gangumschalters in die gewünschte Schaltposition kraftbeaufschlagen,
so dass erst nach dem Abstellen des Antriebsmotors und Wiederanschalten
das Schalthohlrad in die gewünschte Schaltposition einrastet.
Die Kraft der Federelemente muss jedoch auf die Kraft eines weiteren
Federelementes abgestimmt werden, mit dem der Gangumschalter in
seinen jeweiligen Schaltpositionen sicher gehalten wird, um ein
versehentliches Verstellen des Gangumschalters zu verhindern. Andererseits
darf die den Gangumschalter beaufschlagende Federkraft auch nicht
zu hoch sein, um ein ergonomisches Betätigen des Gangumschalters
zu gewährleisten.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Handwerkzeugmaschine
mit einer zwischen mindestens zwei Betriebspositionen schaltbaren
Mechanik mit einfachen konstruktiven Maßnahmen so auszugestalten,
dass unter verschiedenen Betriebsbedingungen, insbesondere auch
unter Last, ein Wechsel zwischen den Betriebspositionen bei reduzierter
Bauteilbelastung zuverlässig und in ergonomischer Weise
durchführbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die
erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine ist mit
einer schaltbaren Mechanik ausgestattet, die mindestens zwei Betriebspositionen
aufweist, die über ein Bedienelement einzulegen sind. Das
Bedienelement ist über ein Koppelelement mit einem verstellbaren
Schaltglied gekoppelt, welches mindestens ein Mechanikbauteil der
schaltbaren Mechanik beaufschlagt.
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Gemäß der
Erfindung ist vorgesehen, dass das Koppelelement, welches die Stellbewegung
des Bedienelements auf das im Mechanikgehäuse gelagerte
Schaltglied überträgt, als bistabile Koppelfeder ausgeführt
ist, die in den beiden Schaltpositionen des Bedienelements eine
stabile Lage und in einer zwischenliegenden Position, die die Koppelfeder
bei der Überführung zwischen den Schaltpositionen
durchläuft, eine instabile Lage einnimmt.
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Mit
dieser Ausführung werden verschiedene Vorteile erzielt.
Der Koppelfeder kommt eine Doppelfunktion zu, nämlich zum
einen die Bewegungsübertragung auf das Schaltglied und
zum andern die Kraftbeaufschlagung in die jeweilige Schaltposition, so
dass auf ein oder mehrere zusätzliche Federelemente verzichtet
werden kann, mit denen die Schaltvorrichtung in die jeweilige Schaltposition
kraftbeaufschlagt wird. Insgesamt wird hierdurch eine Bauteilvereinfachung
und Bauteilreduzierung erreicht.
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Diese
Vereinfachung wird mit einfachen Maßnahmen erzielt, insbesondere
in der Ausführung der die Koppelfeder als Federring, welcher
vorzugsweise um eine Querachse schwenkbar gelagert ist, die quer
zur Motorlängsachse der Handwerkzeugmaschine verläuft.
Die Bistabilität wird bevorzugt durch Vorspannen des Federringes
erzielt oder zumindest unterstützt, wodurch der Federring
in den beiden ausgeschwenkten Positionen eine stabile Lage einnimmt,
wohingegen in einer zwischenliegenden Position der Federring instabil
ist. Die instabile Zwischenlage unterstützt das Erreichen
der jeweils anderen Schaltposition, in der der Federring wieder
seine stabile Position einnimmt.
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Die
Vorspannung des Federrings stellt eine einfach zu bewerkstelligende
Maßnahme dar, um das Federelement in der jeweiligen Schaltposition stabil
zu halten. Hierdurch ist auch ein hohes Maß an Sicherheit
gegen ein versehentliches Verstellen des Bedienelements während
des Betriebs der Handwerkzeugmaschine in die jeweils andere Schaltposition
zum Einlegen einer anderen Betriebsposition gegeben.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung ist die Handwerkzeugmaschine mit
einem schaltbaren, mehrstufigen Getriebe als Mechanik ausgestattet, das
mindestens zwei Gangstufen aufweist, die über einen Gangumschalter
als Bedienelement einzulegen sind. Der Gangumschalter ist über
das Koppelelement mit dem verstellbaren Schaltglied gekoppelt, welches
mindestens ein Getriebebauteil des schaltbaren Getriebes beaufschlagt.
Im Falle einer Ausführung des Getriebes als Planetengetriebe
ist das verstellbare Schaltglied zweckmäßigerweise
als Schalthohlrad ausgebildet, das im Getriebegehäuse axial zwischen
einer gehäusefesten Rastposition und einer getriebeseitigen
Rastposition zu verstellen ist, wobei in der gehäuseseitigen
Rastposition ein Getriebehohlrad gehäuseseitig arretiert
und in der getriebeseitigen Rastposition das Getriebehohlrad fest mit
einem Planetenträger des Planetengetriebes gekoppelt ist
und mit diesem umläuft.
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Die
Schwenkbarkeit des Federringes wird vorzugsweise dadurch realisiert,
dass am Federring Schwenkglieder angeformt sind, die in entsprechenden
Ausnehmungen im Gehäuse der Handwerkzeugmaschine abgestützt
sind und eine quer zur Längsachse der Handwerkzeugmaschine
verlaufende Schwenkachse definieren. Diese Schwenkglieder sind vorzugsweise
als Schwenknasen auf der radialen Innenseite des Federringes ausgebildet,
wobei grundsätzlich auch eine Ausführung an der
radialen Außenseite des Federringes in Betracht kommt.
Des weiteren ist auch eine umgekehrte Ausführung möglich,
bei der Schwenkvorsprünge am Gehäuse angeordnet
sind und in zugeordnete Schwenkausnahmen am Federring einragen,
die entweder an der radialen Innenseite oder an der radialen Außenseite
des Federringes angeordnet sind.
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Der
Kontakt zwischen dem Federring und dem Gangumschalter wird zweckmäßigerweise über einen
außen überstehenden Mitnehmer am Federring erreicht,
der vorzugsweise axial von dem Gangumschalter – parallel
zur Längsachse der Handwerkzeugmaschine – in beide
Richtungen zu betätigen ist. Auf Grund der schwenkbaren
Lagerung des Federrings wird die axiale Stellbewegung des Gangumschalters
in eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung des Federringes umgesetzt, der
mit dem Schaltglied gekoppelt ist, welches vorzugsweise ebenso wie
der Gangumschalter axial im Getriebegehäuse gelagert ist
und einen Stellbewegung in Achsrichtung ausführen kann.
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Hierbei
kann es zweckmäßig sein, die Verbindung zwischen
dem Federring und dem Schaltglied über Finger am Federring
auszuführen, die vorzugsweise ebenso wie die Schwenkglieder
und der Mitnehmer einteilig mit dem Federring ausgebildet sind.
Die Ausführung als Finger, die sich am Federring insbesondere
radial nach innen erstrecken, bietet den weiteren Vorteil, dass über
die Finger eine weitere Federwirkung erzielt wird, welche zwischen dem
Federring und dem Schaltglied wirksam ist. Diese Federwirkung kann
für eine Gangvorwahl benutzt werden, insbesondere für
den Fall, dass während des laufenden Betriebs der Handwerkzeugmaschine eine
Gangumschaltung durchgeführt wird, wobei das Schaltglied
bzw. ein Getriebebauteil, welches mit dem Schaltglied zusammenhängt,
auf Grund von Drehzahldifferenzen nicht in die gewünschte
Eingriffsposition überführt werden kann. Dadurch
kann über die Verstellung des Gangumschalters die gewünschte
Gangstufe vorgewählt werden, wobei auf Grund der Federwirkung
der Finger am Federring das Schaltglied ohne Bauteilbeschädigungen
in Richtung der gewünschten Schaltposition verstellt wird,
die jedoch erst nach einem Stopp des Antriebsmotors bzw. dem Wiederanschalten
erreicht wird. Über die Finger am Federring wird somit
eine weitere Federwirkung erzielt, ohne dass hierzu ein weiteres Bauelement
erforderlich ist.
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Der
Federring kann als Halbkreis oder auch als Vollkreis ausgebildet
sein. In der halbkreisförmigen Ausführung liegen
die Schwenkglieder zweckmäßigerweise zwischen
den Fingern, welche die Verbindung zum Schaltglied herstellen, und
dem Mitnehmer, welcher von dem Gangumschalter betätigt
wird. Die Finger befinden sich vorzugsweise an den freien Stirnseiten
des halbkreisförmigen Federringes und ragen radial nach
innen.
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In
der Ausführung als Vollkreis ist es dagegen zweckmäßig,
die Schwenkglieder diametral gegenüberliegend zum Mitnehmer
anzuordnen, wobei die Finger um 90° versetzt zu den Schwenkgliedern bzw.
dem Mitnehmer angeordnet sind. In dieser Ausführung liegt
die Drehachse benachbart zur Innenseite des Federringes in Form
eines Tangente. Auf Grund der Vorspannung nimmt der vollkreisförmige Federring
in seinen beiden Schaltpositionen jeweils eine annähernd
konusförmige Gestalt ein.
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Die
Koppelfeder ist zweckmäßigerweise als ein Metallteil
ausgeführt, insbesondere als Blechteil.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
Handwerkzeugmaschine, die als Akku-Schrauber bzw. Akku-Bohrer ausgeführt
ist und deren Getriebe zwischen einer ersten und einer zweiten Gangstufe
verstellbar ist, wobei zum Schalten zwischen den Gangstufen ein
außen liegender Gangumschalter vorgesehen ist, der über
eine Koppelfeder mit einem Schaltglied zur Betätigung des
Getriebes verbunden ist,
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2 die
Koppelfeder in einer halbkreisförmigen Ausführung,
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3 die
Koppelfeder als Vollkreis.
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Die
in 1 dargestellte Handwerkzeugmaschine 1 ist
als Akku-Schrauber bzw. Akku-Bohrer ausgeführt und weist
ein Motorgehäuse 2 auf, das zugleich das Griffgehäuse
bildet und an dessen Unterseite ein Akku-Pack 3 zur Stromversorgung
des elektrischen Antriebsmotors 4 austauschbar angeordnet
ist. Der Antriebsmotor 4 treibt ein in einem Getriebegehäuse 5 angeordnetes
Planetengetriebe 6 an, das mit einer Spindel gekoppelt
ist, welche Träger einer Werkzeugaufnahme 7 zur
Aufnahme eines Werkzeuges ist. Zur Betätigung des Antriebsmotors 4 ist
im Motorgehäuse ein Schalter 8 vorgesehen, der von
der Bedienperson über eine Schalterklinke bzw. einen Schalterdrücker 9 zu
betätigen ist. Die Drehrichtung des Antriebsmotors wird über
einen Drehrichtungsumkehrschalter 10 eingestellt.
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Das
Planetengetriebe 6 ist mindestens einstufig, vorzugsweise
aber zwei- oder mehrstufig ausgeführt. Im Planetengetriebe 6 können
zwei verschiedene Gangstufen über eine Schaltvorrichtung
eingestellt werden, wobei in einer ersten Gangstufe eine geringere
Drehzahl mit höherem Drehmoment und in einer zweiten Gangstufe
eine höhere Drehzahl mit geringerem Drehmoment vom Antriebsmotor
auf die Spindel zur Aufnahme des Werkzeugs übertragen wird.
Die Schaltvorrichtung zum Schalten zwischen den Gangstufen umfasst
einen als Schaltschieber ausgeführten Gangumschalter 11 an
der Außenseite des Getriebegehäuses 5,
eine Koppelfeder 12 sowie ein innerhalb des Getriebegehäuses 5 liegendes Schaltglied 13, über
das ein Getriebeteil zwischen verschiedenen Schaltpositionen zu
verstellen ist. Der Gangumschalter 11 kann von der Bedienperson
in Achsrichtung des Antriebsmotors axial zwischen den beiden Schaltpositionen
verstellt werden. Die Stellbewegung des Gangumschalters 11 wird über
die schwenkbar im Getriebegehäuse 5 gelagerte
Koppelfeder 12, die vorzugsweise als ein Federring ausgebildet
ist, auf das im Inneren des Getriebegehäuses axial verstellbar
gelagerte Schaltglied 13 übertragen, dessen Stellbewegung
auf das Getriebeteil wirkt. Das betreffende Getriebeteil ist insbesondere als
Getriebehohlrad ausgeführt, das zwischen einer gehäusefesten
Rastposition und einer drehfest mit einem Planetenträger
des Planetengetriebes gekoppelten Rastposition zu verstellen ist.
Das Schaltglied 13 und das Getriebehohlrad können
als ein gemeinsames Bauteil ausgeführt sein.
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In 2 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer Koppelfeder dargestellt.
Die Koppelfeder 12 ist als halbkreisförmiger Federring
ausgebildet und besteht aus Metall, insbesondere aus Blech. Auf
der radialen Außenseite befindet sich in der Mitte des
Halbkreises ein radial nach außen gerichteter, eckiger
Mitnehmer 14, der in der Einbauposition von dem Gangumschalter 11 beaufschlagt
wird. Benachbart zu den freien Stirnseiten des Federrings sind radial
nach innen weisende Finger 16 ausgebildet, die in der Einbaulage
das Schaltglied 13 (1) betätigen.
Des Weiteren sind etwa mittig zwischen Mitnehmer 14 und
den Fingern 16 radial nach innen weisende, nasenförmige
Schwenkglieder 15 am Federring ausgebildet, über
die das Federelement schwenkbar im Getriebegehäuse der
Handwerkzeugmaschine gelagert ist. Die beiden nasenförmigen
Schwenkglieder 15 an der radialen Innenseite rasten in
zugeordnete Ausnehmungen im Gehäuse ein und definieren
eine Schwenkachse 17, um die die Koppelfeder 12 zu
verschwenken ist. Die Schwenkachse 17 verläuft
quer zur Längs- bzw. Motorachse, um die auch die Spindel sowie
die Werkzeugaufnahme umlaufen.
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Der
Mitnehmer 14, die Schwenkglieder 15 sowie die
Finger 16 sind jeweils einstückig mit der Koppelfeder 12 ausgebildet.
Die Finger 16 ragen radial weiter nach innen als die Schwenkglieder 15,
wodurch die Finger 16 in Achsrichtung der Handwerkzeugmaschine
eine elastische Wirkung entfalten können, so dass den Fingern 16 die
Funktion eines Federelementes in Achsrichtung zukommt, mit denen
das Schaltglied 13 (1) federelastisch
beaufschlagt wird. Die Finger 16 sind gegenüber
dem radial nach außen weisenden Mitnehmer 15 etwa
um 90° winkelversetzt, die Schwenkglieder 15 an
der Innenseite des Federrings befinden sich etwa in der Mitte zwischen
Mitnehmer 14 und Fingern 16.
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In
der Einbaulage wird die Koppelfeder 12 unter Vorspannung
gesetzt, derart, dass die Koppelfeder in jeder der beiden Schalterpositionen
eine stabile, nicht-ebene Lage einnimmt. Im Übergang zwischen
den beiden Schaltpositionen, die jeweils Endpositionen darstellen,
durchläuft die Koppelfeder 12 eine instabile Lage.
Nachdem die instabile Lage überschritten ist, schnellt
die Koppelfeder in die gegenüberliegende Endlage bzw. Schaltposition,
die somit unter Federspannung steht.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel an einer Koppelfeder 12 gezeigt.
Die Koppelfeder 12 ist als Vollring ausgeführt,
wobei der radial nach außen ragende Mitnehmer 14 den
nasenförmigen Schwenkgliedern 15, die radial nach
innen ragen, diametral gegenüberliegend angeordnet ist.
Die beiden Finger 16 ragen ebenfalls radial nach innen,
sie sind sowohl gegenüber dem Mitnehmer 14 als
auch den beiden Schwenkgliedern 15 um 90° winkelversetzt angeordnet.
Die beiden Schwenkglieder 15, die die Schwenkachse 17 definieren,
liegen direkt nebeneinander an einer durchbrochenen Stelle des Federringes.
Die Schwenkachse 17 verläuft annähernd
tangential zur Innenseite des Federringes. In der Einbaulage wird
die Koppelfeder 12 unter Vorspannung gesetzt, indem die
Schwenkglieder 15 in Überdeckung gebracht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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