DE102011081661B4

DE102011081661B4 - Schaltbares Getriebe für eine Handwerkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102011081661B4
Application number: DE102011081661.5A
Authority: DE
Inventors: Joachim Hecht; Martin Kraus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2031-08-27
Also published as: DE102011081661A1; US20130047762A1; US10137546B2; CN102950586A; CN102950586B

Abstract

Schaltbares Getriebe für eine Handwerkzeugmaschine, das mindestens zwei Gangstufen aufweist, die über ein verstellbares Schaltglied (11) einzulegen sind, wobei in einer ersten Gangstufe das Schaltglied (11) mit einem gehäusefest gehaltenen Sicherungselement (7) in einer Rastposition und in einer zweiten Gangstufe in einer Außerrastposition mit dem Sicherungselement (7) steht, und mit einer Spindel (4) zur Aufnahme eines Werkzeugs, die von einem axial federbelasteten, im Gehäuse (5a, 5b) abgestützten Getrieberad (6) antreibbar ist, wobei das Getrieberad (6) auf der dem Schaltglied (11) gegenüberliegenden Seite an dem Sicherungselement (7) axial abgestützt ist, wobei das Sicherungselement (7) als umlaufender, geschlossener Sicherungsring (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (7) axial in beide Richtungen formschlüssig in einem Gehäusebauteil (5a) der Handwerkzeugmaschine aufgenommen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein schaltbares Getriebe für eine Handwerkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 10 2008 043 795 A1 wird ein schaltbares Planetengetriebe in einer Handwerkzeugmaschine offenbart, umfassend mehrere Planetenträger mit zugeordneten Planetenrädern und das zwischen mindestens zwei Gangstufen zu verstellen ist
US 2009 / 0 101 376 A1 beschreibt eine Handwerkzeugmaschine umfassend mehrere Betriebsmodi, wie beispielsweise einen Bohr- und einen Schraubmodus.
Aus der US 2011 / 0 207 571 A1 ist ein schaltbares Getriebe für eine Handwerkzeugmaschine mit mindestens zwei Gangstufen offenbart.
In der DE 10 2008 041 599 A1 wird ein Akku-Schrauber beschrieben, der als Antrieb einen Elektromotor und ein mehrstufiges Planetengetriebe aufweist, über das eine Werkzeugaufnahme mit einem Bohrer angetrieben wird. Das Planetengetriebe weist zwei Gangstufen mit langsamer Umdrehungsgeschwindigkeit und hohem Drehmoment bzw. höherer Umdrehungsgeschwindigkeit und geringerem Drehmoment auf. Zum Schalten zwischen den Gangstufen wird ein Schaltglied zwischen einer gehäusefesten Rastposition und einer Außerrastposition verstellt. In der Rastposition ist das Schaltglied an einem als offener Ring ausgebildeten Sicherungselement gehalten, das gehäusefest angeordnet und über Montageösen sowie Formschlusselemente an einem Gehäusebauteil befestigt ist. Das Sicherungselement dient außerdem zur Abstützung eines axial federbelasteten Getrieberades, über das eine Drehmomentbegrenzung realisiert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein kompakt bauendes, schaltbares Getriebe für eine Handwerkzeugmaschine anzugeben, das sich zur Übertragung hoher Drehmomente eignet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das schaltbare Getriebe wird in Handwerkzeugmaschinen eingesetzt, beispielsweise in Akku-Bohrern bzw. Akku-Schraubern, und weist mindestens zwei Gangsstufen auf, zwischen denen geschaltet werden kann. Jeder Gangstufe ist ein definiertes Übersetzungsverhältnis mit zugeordnetem Drehmoment zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und einer Spindel zur Werkzeugaufnahme zugeordnet. Zum Schalten zwischen den Gangstufen dient ein Schaltglied, das in der ersten Gangstufe mit einem gehäusefesten Sicherungsring in einer Rastposition gehalten ist, so dass in dieser Position auch das Schaltglied gehäusefest gesichert ist. In einer zweiten Schaltposition, welche der zweiten Gangstufe entspricht, steht das Schaltglied in Außerrastposition, insbesondere in Außerrastposition mit einem Planetenträger des als Planetengetriebe ausgeführten Getriebes, so dass das drehbar im Gehäuse gelagerte Schaltglied eine Drehbewegung ausführen kann.
Des Weiteren sind zur Drehmomentbegrenzung im Übertragungsweg zwischen dem Getriebe und der Spindel ein oder mehrere Federelemente vorgesehen, das bzw. die ein im Gehäuse abgestütztes Getrieberad des Getriebes axial mit einer Federkraft beaufschlagen. Je nach Federbelastung wird ein mehr oder weniger hohes Drehmoment auf die Spindel übertragen. Das Getrieberad wird von dem Federelement axial gegen den Sicherungsring gedrückt, dem somit zum einen die Funktion zukommt, das Schaltglied zum Schalten in eine der Gangstufen des Getriebes in eine Rastposition zu bringen, in der das Schaltglied gehäusefest arretiert ist, und zum andern das Getrieberad abzustützen, das von dem Federelement axial kraftbeaufschlagt wird.
Der Sicherungsring ist umlaufend und geschlossen, also ohne Durchbrechung ausgebildet und weist dementsprechend eine hohe Stabilität auf, so dass sich der Sicherungsring bei Belastung nicht bzw. weniger verwindet und auch bei hohen Drehmomenten eine gute Stabilität gewährleistet ist. Insbesondere in der Gangstufe mit niedriger Umdrehungsgeschwindigkeit und hohem Drehmoment ist die Steifigkeit des Sicherungsrings ausreichend, so dass eine Verwindung des Rings ausgeschlossen ist. Insgesamt können auf diese Weise höhere Drehmomente übertragen werden.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Sicherungsring axial in beide Richtungen formschlüssig in einem Gehäusebauteil der Handwerkzeugmaschine aufgenommen. Der an beiden Stirnseiten beaufschlagte Sicherungsring ist somit axial sicher am Gehäusebauteil gehalten, wobei aufgrund des Formschlusses grundsätzlich keine weiteren Sicherungs- bzw. Befestigungsmaßnahmen zum Halten des Sicherungsrings an dem Gehäusebauteil erforderlich sind.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass der Sicherungsring nach Art eines Bajonettverschlusses an dem Gehäusebauteil gehalten ist, indem an der Innenwand des den Sicherungsring aufnehmenden Gehäusebauteils eine Axialnut und eine mit der Axialnut verbundene Umfangsnut eingebracht sind, die zur Aufnahme eines radial überstehenden Rastelementes am Außenumfang des Sicherungsrings dienen. Zur Montage wird der Sicherungsring mit dem radialen Rastelement zunächst axial in die Axialnut an der Innenwand des Gehäusebauteils bis zum Grund der Axialnut eingeführt. Anschließend kann der Sicherungsring verdreht werden, bis das Rastelement in die Umfangsnut an der Innenwand des Gehäusebauteils gelangt. Mit der Position des Rastelementes in der Umfangsnut ist die axiale, formschlüssige Sicherung in beide Achsrichtungen realisiert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist ein zweites Gehäusebauteil vorgesehen, welches in das erste Gehäusebauteil einsteckbar ist, das mit der Axial- und Umfangsnut an der Innenwand versehen ist. Die Gehäusebauteile bilden beispielsweise ein Getriebegehäuse und ein Kupplungsgehäuse, wobei der Sicherungsring vorteilhafterweise in das Kupplungsgehäuse einsetzbar ist. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Anordnung im Getriebegehäuse.
Das zweite Gehäusebauteil weist vorteilhafterweise an seiner Stirnseite einen axial überstehenden Sicherungsvorsprung auf, der in die Axialnut an der Innenwand des ersten Gehäusebauteils einführbar ist. Zweckmäßigerweise entspricht die axiale Erstreckung des Sicherungsvorsprungs am zweiten Gehäusebauteil der axialen Erstreckung der Axialnut an der Innenwand des ersten Gehäusebauteils, so dass im zusammengesteckten Zustand der axiale Sicherungsvorsprung vollständig in der Axialnut aufgenommen ist. Dadurch ist ein Zurückdrehen des Sicherungsrings, dessen radiales Rastelement in der Umfangsnut aufgenommen ist, in den Bereich der Axialnut hinein verhindert, so dass sowohl die Position des Sicherungsrings in Umfangsrichtung als auch in Achsrichtung formschlüssig arretiert ist. Eine versehentliche, unbeabsichtigte Bewegung des Sicherungsrings in Umfangs- bzw. Drehrichtung oder gar ein Lösen aus der Montageposition im Gehäusebauteil ist sicher ausgeschlossen.
Aus Gründen einer symmetrischen Kraft- und Momentenverteilung ist es zweckmäßig, dass über den Umfang verteilt mehrere Umfangs- und Axialnuten in das Gehäusebauteil eingebracht sind, denen jeweils ein Rastelement am Sicherungsring zugeordnet ist. Die Umfangsnuten erstrecken sich jeweils über ein begrenztes Winkelsegment, welches so dimensioniert ist, dass das Rastelement am Sicherungsring in der Umfangsnut aufgenommen und dadurch axial in beide Richtungen gesichert werden kann. Das Rastelement am Sicherungsring ist zweckmäßigerweise in montierter Position vollständig in der Umfangsnut aufgenommen.
Am zweiten Gehäusebauteil sind zweckmäßigerweise über den Umfang verteilt ebenfalls mehrere Sicherungsvorsprünge angeordnet, die die Stirnseite des zweiten Gehäusebauteils axial überragen. Jeder Axialnut am ersten Gehäusebauteil ist jeweils ein axial überstehender Sicherungsvorsprung am zweiten Gehäusebauteil zugeordnet.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 einen Schnitt durch eine Handwerkzeugmaschine im Bereich des Getriebes,
2 in perspektivischer Ansicht zwei Gehäusebauteile zur Aufnahme des Getriebes und ein zwischenliegender Sicherungsring.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt die wesentlichen Bestandteile einer Handwerkzeugmaschine 1, bei der es sich beispielsweise um einen Akku-Bohrer bzw. Akku-Schrauber handelt. Die Handwerkzeugmaschine 1 weist einen elektrischen Antriebsmotor 2 auf, dessen andeutungsweise dargestellte Motorwelle ein Getriebe 3 antreibt, das mit einer Spindel 4 zur Aufnahme eines Werkzeuges gekoppelt ist. Das Getriebe 3 sowie eine Drehmomentkupplung befinden sich in einem Gehäuse mit einem ersten Gehäusebauteil 5a und einem zweiten Gehäusebauteil 5b, von denen das erste Gehäusebauteil 5a ein Kupplungsgehäuse auf Seiten der Spindel 4 und das zweite Gehäusebauteil 5b ein Getriebegehäuse auf Seiten des Antriebsmotors 2 bilden.
Im Gehäuse ist zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäusebauteil 5a, 5b ein Sicherungsring 7 formschlüssig aufgenommen, an dem auf Seiten der Spindel 4 ein Getriebehohlrad 6 axial abgestützt ist, wobei das Getriebehohlrad 6 von einem Federelement 8 axial gegen den Sicherungsring 7 kraftbeaufschlagt ist. Zwischen dem Getriebehohlrad 6 und dem Sicherungsring 7 kann eine Scheibe angeordnet sein, wobei auch Ausführungen ohne eine derartige Scheibe in Betracht kommen.
Der Fußpunkt des Federelementes 8 kann auf der dem Sicherungsring 7 abgewandten Seite an einem Stellring gehalten sein, der auf dem ersten Gehäusebauteil 5a aufgeschraubt ist und dessen axiale Position durch Verdrehen relativ zum ersten Gehäusebauteil 5a verstellbar ist. Das Federelement 8 einschließlich eines gegebenenfalls vorhandenen Sperrkörpers zwischen Federelement und Getriebehohlrad, das Getriebehohlrad 6 sowie der gegebenenfalls vorhandene Stellring zur Fußpunktverstellung bilden eine Drehmomentkupplung zur Begrenzung des maximal übertragbaren Drehmoments. Über die axiale Verstellung des Stellrings wird der Fußpunkt des Federelementes und damit die Vorspannung verstellt, wodurch Einfluss auf das übertragbare Drehmoment genommen werden kann.
Auf der dem Getriebehohlrad 6 abgewandten Seite liegt an der Stirnseite des Sicherungsrings 7 ein Schalthohlrad 11 an, das in Achsrichtung axial im Gehäuse 5a, 5b verschiebbar gelagert und zwischen einer Rastposition mit dem Sicherungsring 7 und einer axial vom Sicherungsring 7 entfernten Ausrastposition verstellbar ist. In der Rastposition ist das Schalthohlrad 11 mit dem Sicherungsring 7 verrastet und damit formschlüssig am Gehäuse 5a, 5b gehalten. In der Außerrastposition ist die Verrastung zwischen dem Schalthohlrad 11 und dem Sicherungsring 7 aufgehoben; zugleich besteht eine Verbindung mit einem Planetenträger 19, welcher Bestandteil des Getriebes 3 ist. Die Rastposition und die Außerrastposition des Schalthohlrads 11 stellen jeweils Gangstufen des Getriebes zur Realisierung eines unterschiedlichen Übersetzungs- und Drehmomentverhältnisses dar.
In 2 sind die beiden Gehäusebauteile 5a, 5b sowie der Sicherungsring 7 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Der Sicherungsring 7 ist als ein geschlossener, umlaufender Ring ausgeführt, der vorzugsweise aus Metall besteht und an seinem Innenumfang radial nach innen ragende Formschlusselemente 13 und am Außenumfang radial nach außen ragende Rastelemente 14 aufweist. Über den Umfang verteilt sind an der Innenseite eine Mehrzahl von Formschlusselementen 13 angeordnet. Auch im Außenumfang sind mehrere Rastelemente 14 vorgesehen, wenngleich deren Anzahl kleiner ist als die Anzahl der Formschlusselemente 13. Die Formschlusselemente 13 korrespondieren mit Formschlusselementen am Getriebehohlrad 6 (1), wobei in montierter Position die Formschlusselemente 13 am Sicherungsring 7 und die Formschlusselemente am Getriebehohlrad 6 in Rastposition stehen.
Zur Montage wird der Sicherungsring 7 in das erste Gehäusebauteil 5a eingesetzt, das benachbart zur Stirnseite an der Innenwand einen umlaufenden Absatz 20 aufweist, an dem sich der Sicherungsring 7 abstützt. In die Innenwand sind über den Umfang verteilt eine Mehrzahl von Axialnuten 21 eingebracht, die jeweils mit einer Umfangsnut 22 verbunden sind. Die Umfangsnut 22 befindet sich axial in Höhe des Absatzes 20 und erstreckt sich über ein begrenztes Winkelsegment in Umfangsrichtung.
Zur Montage wird der Sicherungsring 7 mit seinen radial nach außen überstehenden Rastelementen 14 so in Bezug auf das erste Gehäusebauteil 5a ausgerichtet, dass die Rastelemente 14 mit den Axialnuten 21 fluchten, so dass der Sicherungsring 7 bis zum Erreichen des Absatzes 20 axial in die Stirnseite des ersten Gehäusebauteils 5a einschiebbar ist. Anschließend wird der Sicherungsring 7 so weit verdreht, bis die Rastelemente 14 in die sich anschließenden Umfangsnuten 22 eingeschoben sind. Auf diese Weise ist der Sicherungsring 7 axial in beide Achsrichtungen formschlüssig im ersten Gehäusebauteil 5a gehalten.
Das zweite Gehäusebauteil 5b weist an seiner Stirnseite axial überragende Sicherungsvorsprünge 23 auf, welche im Hinblick auf die Anzahl, die Position, die Breite in Umfangsrichtung und die axiale Erstreckung den Axialnuten 21 im ersten Gehäusebauteil 5a entsprechen. Zur Montage wird das zweite Gehäusebauteil 5b, nachdem der Sicherungsring 7 eingesetzt worden ist, auf die Stirnseite des ersten Gehäusebauteils 5a aufgesetzt, so dass die Sicherungsvorsprünge 23 in die Axialnuten 21 einragen und die Stirnseite der Sicherungsvorsprünge 23 auf dem Absatz 20 aufliegen. Dadurch sind die Rastelemente 14 des Sicherungsrings 7 in den Umfangsnuten 22 blockiert und können nicht in Drehrichtung verstellt werden, so dass der Sicherungsring 7 in beide Achsrichtungen und in beide Drehrichtungen formschlüssig gesichert ist.

Claims

Schaltbares Getriebe für eine Handwerkzeugmaschine, das mindestens zwei Gangstufen aufweist, die über ein verstellbares Schaltglied (11) einzulegen sind, wobei in einer ersten Gangstufe das Schaltglied (11) mit einem gehäusefest gehaltenen Sicherungselement (7) in einer Rastposition und in einer zweiten Gangstufe in einer Außerrastposition mit dem Sicherungselement (7) steht, und mit einer Spindel (4) zur Aufnahme eines Werkzeugs, die von einem axial federbelasteten, im Gehäuse (5a, 5b) abgestützten Getrieberad (6) antreibbar ist, wobei das Getrieberad (6) auf der dem Schaltglied (11) gegenüberliegenden Seite an dem Sicherungselement (7) axial abgestützt ist, wobei das Sicherungselement (7) als umlaufender, geschlossener Sicherungsring (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (7) axial in beide Richtungen formschlüssig in einem Gehäusebauteil (5a) der Handwerkzeugmaschine aufgenommen ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Innenwand des den (7) Sicherungsring aufnehmenden Gehäusebauteils (5a) mindestens eine Umfangsnut (22) zur Aufnahme eines radial überstehenden Rastelements (14) am Außenumfang des Sicherungsrings (7) eingebracht ist, wobei die Umfangsnut (22) mit einer Axialnut (21) an der Innenwand des Gehäusebauteils (5a) verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Gehäusebauteil (5b) in das erste Gehäusebauteil (5a) einsteckbar ist.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des zweiten Gehäusebauteils (5b) ein axial überstehender Sicherungsvorsprung (23) angeordnet ist, der in die Axialnut (21) einführbar ist.
Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung des Sicherungsvorsprungs (23) der axialen Erstreckung der Axialnut (21) entspricht.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilt mehrere Umfangs- und Axialnuten (21, 22) in das Gehäusebauteil (5a) eingebracht sind, denen jeweils ein Rastelement (14) am Sicherungsring (7) zugeordnet ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite des Sicherungsrings (7) radial nach innen einragende Formschlusselemente (13) zur Abstützung des Getrieberades (6) angeordnet sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das den Sicherungsring (7) aufnehmende Gehäusebauteil (5a) ein Kupplungsgehäuse ist.
Handwerkzeugmaschine mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8.