-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine mit einem in einem zugeordneten Gehäuse angeordneten, elektronisch kommutierten Antriebsmotor, der einen mit einer Rotorwelle versehenen Rotor aufweist, wobei die Rotorwelle in dem zugeordneten Gehäuse mit einem zumindest teilweise auf Herstellungstoleranzen basierenden axialen Spiel drehbeweglich gelagert ist und auf der Rotorwelle zumindest ein Positionsgebermagnet drehfest angeordnet ist.
-
Eine Handwerkzeugmaschine der eingangs genannten Art kann einen in einem zugeordneten Werkzeug- und/oder Motorgehäuse angeordneten, elektronisch kommutierten Antriebsmotor aufweisen, in dem ein mit einer Rotorwelle versehener Rotor angeordnet ist. Der auch als Läufer oder Anker bezeichnete Rotor erzeugt über zumindest einen drehfest auf der Rotorwelle angeordneten Antriebsmagneten ein magnetisches Querfeld, das mit einem in an sich bekannter Weise erzeugten magnetischen Erregerfeld, auch magnetisches Drehfeld genannt, wechselwirkt, und so den Rotor dreht. Zur Erzeugung des magnetischen Drehfeldes muss ein den Antriebsmotor speisender Strom kommutiert werden. In dem elektronisch kommutierten Antriebsmotor der eingangs genannten Handwerkzeugmaschine ist dazu auf der Rotorwelle noch drehfest ein Positionsgebermagnet angeordnet.
-
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die Rotorwelle in dem zugeordneten Werkzeug- und/oder Motorgehäuse fertigungsbedingt, insbesondere aufgrund von Herstellungstoleranzen, mit einem axialen Spiel drehbeweglich gelagert ist, um einen vorgegebenen Abstand zwischen zugeordneten, zur Lagerung der Rotorwelle vorgesehenen Fest- und Loslagern zum Einbau im Gehäuse zu erzeugen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue Handwerkzeugmaschine mit einem in einem zugeordneten Gehäuse angeordneten, elektronisch kommutierten Antriebsmotor, der einen mit einer Rotorwelle versehenen Rotor aufweist, bereit zu stellen, bei der ein axiales Spiel der Rotorwelle in dem zugeordneten Gehäuse zumindest reduziert ist.
-
Dieses Problem wird gelöst durch eine Handwerkzeugmaschine mit einem in einem zugeordneten Gehäuse angeordneten, elektronisch kommutierten Antriebsmotor, der einen mit einer Rotorwelle versehenen Rotor aufweist. Die Rotorwelle ist in dem zugeordneten Gehäuse mit einem zumindest teilweise auf Herstellungstoleranzen basierenden axialen Spiel drehbeweglich gelagert und auf der Rotorwelle ist zumindest ein Positionsgebermagnet drehfest angeordnet. Dem Positionsgebermagneten ist ein hülsenartiges Distanzglied zum Reduzieren des axialen Spiels zugeordnet.
-
Die Erfindung ermöglicht somit das eingangs genannte axiale Spiel der Rotorwelle in dem zugeordneten Gehäuse zumindest zu reduzieren. Somit kann über die Lebensdauer der Handwerkzeugmaschine und auch bei Aufbringung von axialen Belastungen, z. B. bei einem Herunterfallen der Handwerkzeugmaschine, eine Positionseinhaltung von in dem Gehäuse gelagerten Rotorkomponenten sicher und zuverlässig gewährleistet werden. Auch ein axiales Verschieben dieser Rotorkomponenten zwischen zugeordneten Lagerstellen kann sicher und zuverlässig verhindert werden, sodass die Rotorkomponenten fortwährend eine eindeutige, vorgegebene axiale Position aufweisen. Dadurch lassen sich beim Einsatz der Handwerkzeugmaschine mit dem die Rotorwelle lagernden Antriebsmotor durch das axiale Spiel bedingte mechanische Geräusche, Ungenauigkeiten bei der Arbeit mit der Handwerkzeugmaschine und mechanische Belastungen auf die Rotorwelle sowie die die Rotorwelle lagernden Komponenten reduzieren.
-
Bevorzugt sind der Positionsgebermagnet und das hülsenartige Distanzglied einstückig ausgebildet.
-
Damit können der Positionsgebermagnet und das hülsenartige Distanzglied in einem Arbeitstakt hergestellt und entsprechend auf der Rotorwelle fixiert werden, wodurch einerseits eine kostengünstige Produktion des Antriebsmotors mit minimalen durchschnittlichen Arbeitstaktzeiten möglich ist und andererseits das hülsenartige Distanzglied über den Positionsgebermagneten gleich mit auf der Rotorwelle befestigt ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist der einstückig mit dem hülsenartigen Distanzglied ausgebildete Positionsgebermagnet nach Art eines Spritzgussteils ausgebildet.
-
Dadurch lässt sich der Positionsgebermagnet mit dem hülsenartigen Distanzglied in Massenproduktion fertigen.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist der Positionsgebermagnet mit einem drehfest auf der Rotorwelle angeordneten Antriebsmagneten über ineinander greifende Fixierglieder mit zueinander komplementären geometrischen Formen verbunden.
-
Auf diese Weise wird ein Formschluss zwischen dem Positionsgebermagneten und dem Antriebsmagneten erreicht. Durch diesen Formschluss wird ein Verdrehen des Positionsgebermagneten gegenüber dem Antriebsmagneten verhindert und so eine dauerhaft wirkungsvolle elektronische Kommutierung des den Antriebsmotor speisenden Antriebsstromes gewährleistet. Durch die drehfeste Befestigung des Positionsgebermagneten am Antriebsmagneten ist keine weitere drehfeste Befestigung des Positionsgebermagneten auf der Antriebswelle notwendig, die häufig nur sehr schwierig und kurzlebig beispielsweise durch eine Presspassung realisierbar ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform weist der Positionsgebermagnet mindestens einen axial ausgerichteten Vorsprung auf, der in eine zugeordnete, am Antriebsmagneten vorgesehene, axial ausgerichtete Ausnehmung eingreift, wobei der Vorsprung und die Ausnehmung die Fixierglieder ausbilden.
-
Somit kann auf einfache Art und Weise eine stabile und zuverlässige formschlüssige Befestigung des Positionsgebermagneten am Antriebsmagneten ermöglicht werden.
-
Bevorzugt sind der axial ausgerichtete Vorsprung und das hülsenartige Distanzglied an voneinander abgewandten axialen Enden des Positionsgebermagneten ausgebildet.
-
Dadurch kann mit dem hülsenartigen Distanzglied nicht nur das axiale Spiel der Rotorwelle reduziert werden, vielmehr kann der axial ausgerichtete Vorsprung durch die axial abgewandte Lage des hülsenartigen Distanzglieds zum axial ausgerichteten Vorsprung bei einer geeigneten axialen Dimensionierung durch das hülsenartige Distanzglied auch sicher in der entsprechenden axial ausgerichteten Ausnehmung im Antriebsmagneten gehalten werden, so dass der Formschluss zwischen dem Antriebsmagneten und dem Positionsgebermagneten dauerhaft gewährleistet ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform bilden die komplementären geometrischen Formen einen Formschluss zur verdrehgesicherten Befestigung des Positionsgebermagneten am Antriebsmagneten aus.
-
Somit kann auf einfache Art und Weise eine sichere und zuverlässige Fixierung des Positionsgebermagneten am Antriebsmagneten ermöglicht werden.
-
Bevorzugt weist der Rotor einen Eisenkern auf, an dem die axial ausgerichteten Ausnehmungen nach Art von axialen Durchgangsöffnungen ausgebildet sind.
-
Diese axialen Durchgangsöffnungen können in den Eisenkern zur Materialreduktion beispielsweise zu Gewichts- und Kosteneinsparungen eingebracht werden und dienen insbesondere zur besseren Führung eines durch den Antriebsmagneten erzeugten magnetischen Flusses. Durch die Ausbildung der axial ausgerichteten Ausnehmung in diesen Durchgangsöffnungen werden diese auch gleichzeitig nutzbringend zum Umsetzen der angegebenen Handwerkzeugmaschine verwendet.
-
Der Antriebsmagnet ist bevorzugt nach Art eines Ringmagneten ausgebildet.
-
Damit lässt sich der Antriebsmagnet mit vergleichsweise wenig magnetischem Material fertigen, wobei sich in Verbindung mit dem Eisenkern dennoch ein ausreichend starkes magnetisches Querfeld zum Antrieb des Antriebsmotors aufbauen lässt.
-
Darüber hinaus wird das Eingangs genannte Problem auch gelöst durch einen elektronisch kommutierten Antriebsmotor mit einem zugeordneten Gehäuse, der einen mit einer Rotorwelle versehenen Rotor aufweist. Die Rotorwelle ist in dem zugeordneten Gehäuse mit einem zumindest teilweise auf Herstellungstoleranzen basierenden axialen Spiel drehbeweglich gelagert und auf der Rotorwelle ist zumindest ein Positionsgebermagnet drehfest angeordnet. Dem Positionsgebermagneten ist ein hülsenartiges Distanzglied zum Reduzieren des axialen Spiels zugeordnet.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer Handwerkzeugmaschine mit einem Einsatzwerkzeug gemäß einer Ausführungsform,
-
2 eine schematische Ansicht des elektronisch kommutierten Antriebsmotors der Handwerkzeugmaschine von 1,
-
3 eine erste perspektivische Ansicht der Positionsgebermagneteinheit von 2, und
-
4 eine zweite perspektivische Ansicht der Positionsgebermagneteinheit von 2.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt eine beispielhafte Handwerkzeugmaschine 100, die ein Gehäuse 110 mit einem Handgriff 126 aufweist. In dem Gehäuse 110 sind ein illustrativ von einem Akkupack 130 mit Strom versorgter, elektrischer Antriebsmotor 114, ein Getriebe 118 und ein optionales Schlagwerk 122 angeordnet.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine 100 zur netzunabhängigen Stromversorgung mechanisch und elektrisch mit dem Akkupack 130 verbindbar und weist eine z. B. über eine Verriegelungshülse 190 verriegelbare Werkzeugaufnahme 150 auf. Diese kann z. B. nach Art eines Spannfutters oder einer sogenannten Steck-Dreh-Sitzt(SDS)-Aufnahme ausgebildet sein. Alternativ hierzu kann statt der Werkzeugaufnahme 150 auch ein unlösbar befestigtes Werkzeug an der Handwerkzeugmaschine 100 ausgebildet sein.
-
Die Handwerkzeugmaschine 100 ist beispielhaft als Akku-Drehschlagschrauber ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Drehschlagschrauber beschränkt ist, sondern vielmehr bei unterschiedlichen Handwerkzeugmaschinen Anwendung finden kann, bei denen der Antriebsmotor 114 Anwendung finden kann, z. B. bei einem Schrauber, einem Bohrschrauber, einer Schlagbohrmaschine, einer Schleifmaschine, einer Säge, einer Fräsmaschine, einer Poliermaschine etc., unabhängig davon, ob die Handwerkzeugmaschine elektrisch, d. h. netzunabhängig mit dem Akkupack 130 oder netzabhängig betreibbar ist.
-
Der Antriebsmotor 114 weist illustrativ einen Stator und einen Rotor bzw. Statorund Rotorkomponenten 117 bzw. 200 auf und ist z. B. über einen Handschalter 128 betätigbar, d. h. ein- und ausschaltbar, und ist in der vorliegenden Ausführung ein elektronisch kommutierter Motor, insbesondere ein Gleichstrommotor. Vorzugsweise ist der Antriebsmotor 114 derart elektronisch steuer- bzw. regelbar, dass sowohl ein Reversierbetrieb, als auch Vorgaben hinsichtlich einer gewünschten Drehgeschwindigkeit realisierbar sind. Die Funktionsweise und der Aufbau eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.
-
Der Antriebsmotor 114 ist über eine zugeordnete Motorwelle 116 mit dem Getriebe 118 verbunden, das eine Drehung der Motorwelle 116 in eine Drehung eines zwischen Getriebe 118 und optionalem Schlagwerk 122 vorgesehenen Antriebsglieds 120, z. B. einer Antriebswelle, umwandelt. Diese Umwandlung erfolgt bevorzugt derart, dass das Antriebsglied 120 sich relativ zur Motorwelle 116 mit vergrößertem Drehmoment, aber verringerter Drehgeschwindigkeit dreht. Der Antriebsmotor 114 ist illustrativ in einem Motorgehäuse 115 angeordnet und das Getriebe 118 in einem Getriebegehäuse 119, wobei das Getriebegehäuse 119 und das Motorgehäuse 115 beispielhaft in dem Gehäuse 110 angeordnet sind.
-
Das mit dem Antriebsglied
120 verbundene, optionale Schlagwerk
122 ist beispielhaft ein Dreh- bzw. Rotationsschlagwerk, das schlagartige Drehimpulse mit hoher Intensität erzeugt und auf eine Abtriebswelle
124, z. B. eine Abtriebsspindel, überträgt. Ein beispielhaftes Schlagwerk, mit dem das Schlagwerk
122 realisiert werden kann, ist in der
DE 20 2006 014 850 U1 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Lehren als ein Teil der vorliegenden Beschreibung zu verstehen sind, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung des Schlagwerks
122 verzichtet werden kann.
-
An der Abtriebswelle 124 ist beispielhaft die Werkzeugaufnahme 150 ausgebildet, die illustrativ zur Aufnahme von Einsatzwerkzeugen mit Außenmehrkant-Kupplungen vorgesehen ist. Dabei ist die Werkzeugaufnahme 150 beispielhaft zur Aufnahme eines nach Art eines Schrauberbits ausgebildeten Einsatzwerkzeugs 170 ausgebildet, das einen Schaft 176 mit einer in einem axialen Endbereich 178 ausgebildeten Kupplungskontur 175 aufweist, die von einem Mehrkant-, insbesondere Sechskant-Querschnitt des Schafts 176 und einer an diesem z. B. gemäß DIN 3126-E6.3 vorgesehenen, äußeren Ringnut 179 gebildet wird.
-
2 zeigt den mit dem Motorgehäuse 115 versehenen Antriebsmotor 114 von 1, dem der Rotor bzw. die Rotorkomponenten 200 zugeordnet sind, die illustrativ zumindest eine mit einem Rotor- bzw. Eisenkern 222 versehene Rotorwelle 250, eine auf dem Eisenkern 222 angeordnete Antriebsmagneteinheit 220, eine auf der Rotorwelle 250 angeordnete Positionsgebermagneteinheit 210 und eine an der Rotorwelle 250 befestigte Rotorglocke 240 aufweisen, die gegeneinander drehfest befestigt sind. Die Rotorwelle 250 ist dabei illustrativ in zwei Lagern 230 drehbar gehalten, die in der vorliegenden Ausführung als Wälzlager ausgeführt sind, alternativ hierzu jedoch auch mit anderen Lagertypen realisierbar sind, z. B. mittels Gleitlagern.
-
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Rotorwelle 250 lediglich beispielhaft in den im Motorgehäuse 115 angeordneten Lagern 230 drehbeweglich gelagert ist und nicht zur Einschränkung der Erfindung. Vielmehr kann die Rotorwelle auch im Gehäuse 110 der Handwerkzeugmaschine 100 von 1 an geeigneten Lagerstellen drehbeweglich gelagert sein, falls dieses z. B. in der sogenannten „open-frame“-Bauweise realisiert wird. Dementsprechend kann sich im Kontext der vorliegenden Erfindung die drehbewegliche Lagerung der Rotorwelle 250 sowohl auf eine Lagerung im Motorgehäuse 115, als auch im Gehäuse 110 der Handwerkzeugmaschine 100 von 1 oder auf ein beliebiges anderes, zugeordnetes Gehäuse beziehen.
-
Die Antriebsmagneteinheit 220 weist beispielhaft einen auch als Hauptmagneten bezeichneten Ringmagneten 221 auf, der auf dem Eisenkern 222 drehfest befestigt ist. Den Eisenkern 222 durchdringen axial ausgerichtete Ausnehmungen bzw. Durchgangsöffnungen 223. Der Eisenkern 222 ist in der vorliegenden Ausführung als Blechpacket mit einer Vielzahl von in axialer Richtung übereinander geschichteten Einzelblechen bzw. Lamellen ausgebildet. Die Einzelbleche können beispielsweise gestanzt sein, wobei die Durchgangsöffnungen 223 beim Stanzen der Einzelbleche mit gefertigt werden können. Beim Zusammensetzen der Einzelbleche zu dem den Eisenkern 222 realisierenden Blechpacket werden die Einzelbleche z. B. so aufeinander gelegt, dass sich ihre Durchgangsöffnungen 223 in axialer Richtung vollständig überdecken. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der Eisenkern 222 lediglich beispielhaft aus Einzelblechen ausgebildet ist und nicht zur Einschränkung der Erfindung. Vielmehr kann der Eisenkern 222 ganz allgemein aus einem Weicheisenmaterial ausgebildet sein und z. B. anstelle von Einzelblechen auch einen pulvermetallurgisch gepressten Körper aufweisen.
-
Axial zwischen einem der beiden Lager 230 und der Antriebsmagneteinheit 220 ist die Positionsgebermagneteinheit 210 angeordnet, die illustrativ ein hülsenartiges Distanzglied 211 und einen nach Art eines Scheibenmagneten ausgebildeten Positionsgebermagneten 212 umfasst. Der Positionsgebermagnet 212 weist eine Rotoraufnahmeöffnung (215 in 4) auf, durch die die Rotorwelle 250 geführt ist, und ist aus einem magnetischen Material gefertigt, das z. B. in axialer Richtung der Rotorwelle 250 ein magnetisches Messfeld aufbaut. Das magnetische Messfeld kann zur Bestimmung einer Winkellage der Rotorwelle 250 von einem zugeordneten Sensorelement 270, z. B. einem Hall-Sensor, erfasst werden. der im Bereich des Messfelds gegenüber der Rotorwelle 250 drehfest angeordnet ist. Beispielhaft ist das Sensorelement 270 im Bereich eines der Positionsgebermagneteinheit 210 axial gegenüberliegenden Lagers 230 am Motorgehäuse 115 befestigt, kann alternativ hierzu jedoch z. B. auch auf einer am Lager 230 anliegenden Leiterplatte oder an anderer geeigneter Stelle angeordnet sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform sind die Antriebsmagneteinheit 220 und die Positionsgebermagneteinheit 210 bzw. der Positionsgebermagnet 212 in axialer Richtung miteinander formschlüssig verbunden. Dazu sind an dem Positionsgebermagneten 212 axial ausgerichtete Vorsprünge 213 ausgebildet, z. B. angeformt, die in die im Eisenkern 222 ausgebildeten axialen Durchgangsöffnungen 223 formschlüssig eingreifen und so ein Verdrehen der Antriebsmagneteinheit 220 relativ zum Positionsgebermagneten 212 verhindern. Die Vorsprünge 213 und Durchgangsöffnungen 223 bilden hierzu illustrativ ineinander eingreifende Fixierglieder mit zueinander komplementären geometrischen Formen aus.
-
Zur Vermeidung, dass sich der Formschluss zwischen der Positionsgebermagneteinheit 210 und der Antriebsmagneteinheit 220 löst, kann eine axiale Länge 214 des axial ausgerichteten Vorsprungs 213 am Positionsgebermagneten 212 größer ausgebildet sein, als ein resultierendes axiales Spiel 260.
-
Illustrativ weisen die Positionsgebermagneteinheit 210, die Antriebsmagneteinheit 220 und die Rotorglocke 240 in der Summe eine axiale Länge auf, die um das zumindest reduzierte, resultierende axiale Spiel 260 kleiner ist, als ein axialer Abstand zwischen den beiden Lagern 230. Um die Reduktion, also Minimierung, dieses insbesondere auf Herstellungstoleranzen basierenden, aber auch z. B. Fertigungs- bzw. montagebedingten axialen Spiels 260 zu ermöglichen, ist an dem Positionsgebermagneten 212 das hülsenartiges Distanzglied 211 ausgebildet, z. B. angeformt, das axial vom Positionsgebermagneten 212 in Richtung des der Positionsgebermagneteinheit 210 benachbarten Lagers 230 abragt.
-
Das hülsenartige Distanzglied 211 und/oder die axial ausgerichteten Vorsprünge 213 sind in der vorliegenden Ausführung beispielhaft einstückig mit dem Positionsgebermagneten 212 ausgebildet, wobei der derart einstückig ausgebildete Positionsgebermagnet 210 bevorzugt nach Art eines Spritzgussteils ausgebildet ist. Die Form des hülsenartigen Distanzgliedes 211 sollte so gewählt sein, dass sich das hülsenartige Distanzglied 211 frei mit den einzelnen auf die Rotorwelle 250 aufgesetzten anderen Komponenten drehen kann. In der vorliegenden Ausführung weist das hülsenartige Distanzglied 211 daher in nicht einschränkender Weise die Form eines Hohlzylinders auf.
-
Durch das hülsenartige Distanzglied 211 kann wie oben beschrieben über die Lebensdauer der Handwerkzeugmaschine 100 von 1 und auch bei Aufbringung von axialen Belastungen, z. B. bei einem Herunterfallen der Handwerkzeugmaschine 100, eine Positionseinhaltung der in deren Gehäuse 110 gelagerten Rotorkomponenten 200 sicher und zuverlässig gewährleistet werden. Auch ein axiales Verschieben dieser Rotorkomponenten 200 zwischen den Lagern 230 kann sicher und zuverlässig verhindert werden, sodass die Rotorkomponenten fortwährend eine eindeutige, vorgegebene axiale Position aufweisen und diese auch bei einer Aufbringung von axialen Kräften auf die Rotorwelle 250 beibehalten.
-
3 zeigt die illustrativ einstückig ausgebildete Positionsgebermagneteinheit 210 von 2. 3 verdeutlicht die axial ausgerichteten Vorsprünge 213, wobei hier illustrativ drei axial ausgerichtete Vorsprünge 213 gezeigt sind.
-
4 zeigt die Positionsgebermagneteinheit 210 von 2 und 3 zur Verdeutlichung des hülsenartigen Distanzglieds 211 und der Rotoraufnahmeöffnung 215.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202006014850 U1 [0034]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
