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Die Erfindung betrifft einen Schlagschrauber mit einem Drehantrieb zum Antrieb einer Schlageinheit, die ein Abtriebselement antreibt, wobei die Schlageinheit einen vom Drehantrieb angetriebenen Hammer aufweist, der mit einem Amboss zusammenwirkt, der mit dem Abtriebselement verbunden ist, wobei der Hammer und der Amboss um eine gemeinsame Drehachse verdrehbar angeordnet sind, wobei der Hammer wenigstens zwei Antriebsnasen aufweist, die von der Drehachse beabstandet sind und jeweils mindestens eine Seitenfläche aufweisen, die mit einer zugeordneten angetriebenen Seitenfläche des Ambosses zusammenwirkt, um diesen anzutreiben, wobei der Amboss einen zentralen Abschnitt mit gerundeten Seitenflächen aufweist, der auf der Drehachse drehbar gelagert ist und an dem zwei Flügel angeformt sind, die sich von beiden einander gegenüberliegenden Seiten des zentralen Abschnittes nach außen erstrecken, wobei jeder Flügel von zwei Seitenflächen nach außen hin begrenzt ist.
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Gemäß dem dort zitierten Stand der Technik wird üblicherweise ein gerader Amboss verwendet, dessen beide Flügel zueinander parallele Seitenflächen aufweisen.
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Der Nachteil einer derartigen geraden Form besteht in einer ungünstigen Verteilung der Biegespannungen, die beim Antrieb auftreten, da durch eine hohe Steifigkeit im äußeren Bereich der vergleichsweise geringe Querschnitt innen stärker belastet wird. Es ergibt sich eine hohe Beanspruchung des Ambosses, insbesondere am Beginn des zentralen Abschnitts.
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Gemäß der eingangs genannten
US 8 505 648 B2 sind der Amboss und die zugeordneten Seitenflächen des Hammers mit einer Evolventenform ausgebildet. Hierdurch soll eine gleichmäßigere Verteilung der Belastung erreicht werden.
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In der Praxis tritt allerdings im Bereich der Enden der Flügel ein hoher Kraftanteil auf, der nicht tangential zur Bewegungsrichtung gerichtet ist. Dadurch wird das Material wiederum stärker belastet. Die Effektivität der Schlageinheit wird dadurch herabgesetzt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schlagschrauber anzugeben, der eine hohe Effektivität aufweist und bei dem die Flächen- und Biegebelastung von Amboss und Hammer möglichst gleichmäßig verteilt ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Schlagschrauber gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Seitenflächen der Flügel zumindest abschnittsweise eben mit einer Neigung derart verlaufen, dass sich die Flügel nach außen hin verjüngen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise gelöst.
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Erfindungsgemäß werden die Kraftanteile, die nicht tangential zur Bewegungsrichtung auf den Amboss wirken, möglichst klein gehalten, bei trotzdem verbesserter Biegesteifigkeit.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausführung kann der lineare Anteil der stoßaufnehmenden Fläche sehr groß sein. Trotzdem kann die Form des Ambosses an die Idealform eines „spannungsgleichen Biegebalkens“ weitgehend angenähert werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Flügel zumindest abschnittsweise trapezförmig ausgebildet.
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Weiterhin schließen die beiden ebenen Seitenflächen der Flügel vorzugsweise mit einer Radialebene, die beide einander gegenüberliegende Flügel miteinander verbindet, jeweils einen Winkel von 5° - 25° ein. Vorzugsweise beträgt der Winkel 10° bis 17°, weiter bevorzugt 13° bis 15°, besonders bevorzugt beträgt der Winkel etwa 14°.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich die ebenen Seitenflächen vom äußeren Ende der Flügel bis zum zentralen Abschnitt, wobei die ebenen Seitenflächen der Nocken sich zusammen über 30% bis 70% der Gesamterstreckung des Ambosses in Radialrichtung erstrecken, vorzugsweise sind dies 40% bis 60%, besonders bevorzugt etwa 50% der Gesamterstreckung des Ambosses in Radialrichtung.
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Weiter bevorzugt sind Hammer und Amboss bezüglich einer radialen Symmetrielinie, welche durch die Drehachse verläuft, symmetrisch ausgebildet.
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Durch diese Maßnahmen wird eine besonders hohe Effektivität der Schlageinheit erreicht, gleichzeitig wird eine besonders gleichmäßige Flächenbelastung von Hammer und Amboss erzielt.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannte und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schlagschraubers;
- 2 einen Teil-Längsschnitt durch den Schlagschrauber gemäß 1;
- 3 eine perspektivische Ansicht des Schlagschraubers gemäß 1, wobei jedoch das vordere Ende freigeschnitten wurde, so dass Hammer und Amboss der Schlageinheit erkennbar sind;
- 4 einen Querschnitt durch Hammer und Amboss in vergrößerter Darstellung, wobei zusätzlich die Krafteinleitung vom Hammer auf den Amboss und die sich ergebende Spannungsverteilung entlang eines Flügels eingezeichnet ist;
- 5 eine Darstellung von Hammer und Amboss gemäß dem Stand der Technik, wobei die Flügel durch gerade, zueinander parallele Seitenflächen begrenzt sind, wobei zusätzlich die Krafteinleitung von Hammer auf Amboss und die sich ergebende Spannungsverteilung entlang eines Flügels eingezeichnet ist;
- 6 - 8 eine Gegenüberstellung von Hammer und Amboss gemäß der Erfindung (6) und gemäß dem Stand der Technik mit durch gerade Seitenflächen begrenzten Flügeln (7) und mit evolventenförmigen Seitenflächen ( 8), wobei zusätzlich jeweils die Hammerbelastung angedeutet ist;
- 9 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Ambosses, wobei zusätzlich die Winkel- und Längenverhältnisse dargestellt sind.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Schlagschrauber perspektivisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Der Schlagschrauber 10 weist ein Gehäuse 12 mit einem pistolenförmigen Handgriff 14 auf, an dessen unterem Ende eine Aufnahme 16 zur Befestigung eines Akkumulatorpaketes (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Am vorderen Ende des Pistolengriffes 14 ist ein Gasgebeschalter 18 erkennbar. Im hinteren Bereich des Gehäuses 12 ist ein Drehantrieb 24 in Form eines elektronisch kommutierten Elektromotors vorgesehen. Dieser treibt ein Untersetzungsgetriebe 26 an, bei dem es sich vorliegend um ein Planetenradgetriebe handelt. Die Abtriebsbewegung des Getriebes 26 wird über eine Schlageinheit 28 in eine intermittierende Drehbewegung des Abtriebselementes 20 umgesetzt. Am Abtriebselement 20 kann ein Werkzeug, zum Beispiel eine Nuss, in geeigneter Weise befestigt werden.
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Der grundsätzliche Aufbau des Schlagschraubers 10 wird nachfolgend kurz anhand von 2 erläutert.
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Der Drehantrieb 24 in Form des elektronisch kommutierten Elektromotors weist eine Motorwelle 25 auf, deren äußeres Ende das Getriebe 26 antreibt. Vom Getriebe 26 wird die Schlageinheit 28 angetrieben. Die Schlageinheit 28 weist eine vom Getriebe 26 angetriebene Nockenwelle 41 auf, auf welcher der Hammer 44 mittels Kugeln 39, die in zugeordneten Führungsnuten 43 an der Nockenwelle 41 geführt sind, axialbeweglich und drehbeweglich gehalten ist. Der Hammer 44 ist durch eine Feder 29 nach außen hin in Richtung auf den Amboss 30 vorgespannt.
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Die Schlageinheit 28 setzt die Drehbewegung des Getriebes 26 in eine intermittierende, schlagende Drehbewegung des Abtriebselementes 20 um.
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Entscheidend für die Effektivität der Schlageinheit 28 und für die Flächen- und Biegebelastung von Hammer 44 und Amboss 30 ist die Form des Hammers 44 und die zugeordnete Form des Ambosses 30.
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Aus 3 und den 4, 6 und 9 ist die Form von Hammer 44 und Amboss 30 näher ersichtlich.
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Der Hammer 44 weist zwei Antriebsnasen 46, 50 auf, die um 180° zueinander versetzt sind und von der Drehachse 40, um welche sich Hammer 44 und Amboss 30 bewegen, radial beabstandet sind. Die beiden Antriebsnasen 46, 50 sind keilförmig ausgebildet, wobei die abgerundete Keilspitze nach innen zeigt und die Antriebsnasen 46, 50 jeweils durch ebene Seitenflächen 47, 48, 51, 52 begrenzt sind, die an die Form des Ambosses 30 angepasst sind.
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Der Amboss 30 weist einen zentralen Abschnitt 31 mit gerundeten Seitenflächen auf, welcher von einer Öffnung in Axialrichtung durchsetzt ist und auf der Nockenwelle 41, welche die Drehachse 40 ausbildet, drehbar gelagert ist. Ausgehend vom zentralen Abschnitt 31 erstrecken sich zu beiden äußeren Enden hin Flügel 32, 36, welche trapezförmig ausgebildet sind und jeweils durch ebene Seitenflächen 33, 34 bzw. 37, 38 begrenzt sind, die sich von den äußeren Enden der Flügel 32, 36 bis zum Beginn des zentralen, gekrümmten Abschnittes 31 erstrecken.
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Die ebenen Seitenflächen 33, 34 bzw. 37, 38 der Flügel 32, 36 sind in ihrer Form und Anordnung an die ebenen Seitenflächen 47, 48 bzw. 51, 52 der zugeordneten Antriebsnasen 46, 50 des Hammers 44 angepasst.
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Wie die Darstellung der eingeleiteten Kräfte vom Hammer 44 auf die Flügel 34, 36 und die zugeordnete Spannungsverteilung an den Flügeln 32, 36 zeigt, ergibt sich eine nahezu spannungsgleiche Verteilung entlang der gesamten Seitenflächen 33, 34 bzw. 37, 38 der Flügel 32, 36.
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Zum Vergleich ist in 5 ein Schlagwerk 28a gemäß dem Stand der Technik dargestellt, bei dem der Amboss 36a mit Flügeln 32a, 36a versehen ist, deren Seitenflächen zueinander parallel ausgebildet sind. Wie die Darstellung der von den Antriebsnasen 46a, 50a auf die Flügel 32, 36a eingeleiteten Kräfte und die zugeordnete Spannungsverteilung zeigt, ergeben sich deutlich erhöhte Spannungen, insbesondere am inneren Ende der Flügel 32a, 36a am Übergang zum zentralen Abschnitt des Ambosses.
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In 6 sind Hammer 44 und Amboss 30 der erfindungsgemäßen Schlageinheit 28 im Querschnitt dargestellt, wobei die Hammerbelastung angedeutet ist. Eine hohe Radiallast begünstigt das Ausbrechen des Hammers 44. Die Erfindung verspricht eine ausgeglichene Lastverteilung zwischen Hammer 44 und Amboss 30 bei möglichst kleinem Bauraum beider Komponenten.
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7 zeigt zum Vergleich eine Schlageinheit 28a gemäß dem Stand der Technik, wobei der Amboss gemäß 5 Flügel 32a, 36a mit zueinander parallelen Seitenflächen aufweist.
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Aus der eingezeichneten Kraft- und Spannungsverteilung ist ersichtlich, dass sich eine hohe Beanspruchung des Ambosses ergibt, insbesondere am Grund im Bereich des Übergangs zum zentralen Abschnitt 31.
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8 zeigt eine Schlageinheit 28b gemäß dem Stand der Technik mit Evolventenform von Hammer und Amboss.
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Hierbei ergibt sich eine ändernde Belastungsrichtung über die gesamte Kontur. Die Radialkomponente nimmt zu, je größer die Entfernung von der Drehachse 40 ist. Somit ergibt sich eine hohe Belastung der Antriebsnasen 46b, 50b des Hammers.
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9 zeigt eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Ambosses 30 im Querschnitt. Der Winkel α zwischen einer Radialebene 45, bezüglich der beide Flügel 32, 36 symmetrisch ausgebildet sind, und einer der angetriebenen Seitenflächen 33, 34 bzw. 37, 38 beträgt etwa 14°.
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Mit einem derartigen Winkel ergibt sich eine ausgeglichene Lastverteilung zwischen Hammer 44 und Amboss 30 mit nur geringen Radialkomponenten bei möglichst kleinem Bauraum beider Komponenten.
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Die Gesamterstreckung des Ambosses 30 zwischen den beiden Flügelenden 32, 36 in Radialrichtung beträgt L1. Die ebenen Seitenflächen 33, 34 bzw. 37, 38 erstrecken sich vom äußeren Ende der Flügel 32, 36 bis zum zentralen Abschnitt 31 (Übergang zum gekrümmten Bereich) um einen Betrag von jeweils L2.
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Bevorzugt beträgt 2L2 etwa 30 bis 70% von L1, weiter bevorzugt 40 bis 60%, besonders bevorzugt etwa 50% von L1 (Gesamterstreckung des Ambosses 30 in Radialrichtung).
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Um ein möglichst hohes Moment zu erzeugen, muss der mittlere Kraftangriffspunkt an einer möglichst weit von der Drehachse 40 entfernten Stelle angreifen (Hebelprinzip). Weiterhin ist aufgrund der hohen Schlagbelastung und einem damit einhergehenden hohen Verschleißpotential eine möglichst große Fläche zur Kraftübertragung sinnvoll. Der gerade Anteil L2 beider Flügel 32, 36 zusammen wird vorzugsweise auf etwa die Hälfte von L1 festgelegt: 4L2 = L1.
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Mit einer derartigen Dimensionierung ergibt sich eine hohe Effektivität der Kraftübertragung.
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Durch die trapezförmige Kontur der Flügel 32, 36 ergibt sich ein guter Kompromiss zwischen einer geringen Ambossbelastung und einer geringen Belastung der Antriebsnasen 46, 50 des Hammers 44. Die angegebene Dimensionierung führt zu einer optimalen Belastungsverteilung zwischen Amboss 30 und Hammer 44 bei möglichst gleichbleibender Belastung über die gesamte Fläche.
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Da sowohl der Amboss 30 als auch der Hammer 44 symmetrisch bezüglich einer radialen Symmetrielinie 41 ausgebildet sind, welche durch die Drehachse 40 verläuft, kann der erfindungsgemäße Schlagschrauber 10 sowohl mit Rechtslauf als auch mit Linkslauf angetrieben werden. Die Umschaltung erfolgt mittels des Rechts-/Links-Umschalters 22.
