DE102020130665A1

DE102020130665A1 - Abschaltkupplung

Info

Publication number: DE102020130665A1
Application number: DE102020130665.2A
Authority: DE
Inventors: Herwig Herrmann
Original assignee: C&E Fein GmbH and Co
Current assignee: Herrmann Herwig De
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2040-11-20
Also published as: DE102020130665B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine drehmomentabhängig auslösbare Abschaltkupplung (12) für eine elektrische Handwerkzeugmaschine (1), mit einem Nockenring (19) und mit einem Schaltring (15), wobei der Schaltring (15) und/oder der Nockenring (19) gegenüber dem anderen gegen die Kraft einer Rückstellfeder (14) aus einer ersten Schaltstellung, in der der Nockenring (19) drehmomentübertragend mit dem Schaltring (15) verbunden ist, und einer zweiten Schaltstellung verstellbar axial ist, in der der Nockenring (19) und der Schaltring (15) drehbar zueinander gelagert sind, sowie mit mindestens einem an dem Schaltring (15) geführten Schaltelement (16), wobei der Nockenring (19) eine in Umfangsrichtung geschlossene Nockenbahn (18) mit mindestens einer Schaltnocke (26) aufweist, an der das Schaltelement (16) in der ersten Schaltstellung anliegt, wobei die Schaltnocke (26) derartig gebildet ist, dass die Abschaltkupplung (12) bei Überschreitung eines Auslösemoments aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung überführt wird. In dem Nockenring (19) ist eine Freilaufbahn (27) ausgebildet, in die das Schaltelement (16) in der zweiten Schaltstellung aus der Nockenbahn (18) einleitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine drehmomentabhängig auslösbare Abschaltkupplung für eine elektrische Handwerkzeugmaschine, insbesondere für einen Schrauber oder einen Akkuschrauber, mit einem Nockenring und mit einem Schaltring, wobei der Schaltring und/oder der Nockenring gegenüber dem anderen gegen die Kraft einer Rückstellfeder aus einer ersten Schaltstellung, in der der Nockenring drehmomentübertragend mit dem Schaltring verbunden ist, und einer zweiten Schaltstellung verstellbar axial ist, in der der Nockenring und der Schaltring drehbar zueinander gelagert sind, sowie mit mindestens einem an dem Schaltring geführten Schaltelement, wobei der Nockenring eine in Umfangsrichtung geschlossene Nockenbahn mit mindestens einer Schaltnocke aufweist, an der das Schaltelement in der ersten Schaltstellung anliegt, wobei die Schaltnocke derartig gebildet ist, dass die Abschaltkupplung bei Überschreitung eines Auslösemoments aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung überführt wird.
Derartige Abschaltkupplungen sind aus dem Stand der Technik bereits seit langem bekannt, beispielsweise aus der US 10,801,552 B2 , die aus dem Haus der Anmelderin stammt. Üblicherweise kommen diese Abschaltkupplungen bei Schraubern, beispielsweise bei Schraubern oder Akkuschraubern, zum Einsatz, die für industrielle Serienverschraubungen, beispielsweise bei der Produktion von Automobilen, verwendet werden. Ein solcher Schrauber ist beispielsweise aus der DE 101 24 569 A1 bekannt. Hierbei besteht die Notwendigkeit, Verschraubungen prozesssicher, also mit einem definierten Anzugsmoment, mit sehr hoher Wiederholpräzision und bei einer möglichst hohen Einschraubdrehzahl durchzuführen. Um dies zu erreichen werden häufig mechanische Abschaltkupplungen eingesetzt, die beim Überschreiten eines vorgebbaren Anzugsmoments aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung überführt werden, wodurch eine Kraftübertragung zwischen dem Antrieb und der Abtriebseinheit zumindest temporär unterbrochen wird.
Die hierbei auftretende axiale Auslenkung der einzelnen Kupplungskomponenten zueinander wird dabei üblicherweise als Sensorsignal verwendet, um den Antrieb abzuschalten und diesen ggf. zu bremsen und damit zum Stillstand zu bringen. Hierbei kommen verschiedene Techniken zum Einsatz. Beispielsweise kann hier ein Mikroschalter zum Schalten verwendet werden oder durch die axiale Auslenkung auch ein Magnetfeld verändert werden, dessen Änderung dann als Schaltimpuls erfasst wird.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Abschaltkupplungen hat es sich jedoch als problematisch erwiesen, wenn der Verschraubungsvorgang bei einer zu hohen Einschraubdrehzahl vorgenommen wird. In diesem Fall besteht dann nämlich die Gefahr, dass die Rotationsenergie des Antriebs und des mit diesem drehfest verbundenen Teils der Abschaltkupplung so groß ist, dass die Bremszeit nicht mehr ausreicht, um nach dem Auslösen der Abschaltkupplung den Antrieb so rechtzeitzeitig zum Stillstand zu bringen, dass die Abschaltkupplung tatsächlich nur einmal ausgelöst wird. Es kommt in diesen Fällen vielmehr zu mindestens einer weiteren Auslösung der Abschaltkupplung, bevor der Antrieb vollständig abgebremst ist und zum Stillstand kommt. Die Abschaltkupplung wird also mehrfach aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellt. Dieses mehrmalige Auslösen der Abschaltkupplung führt jedoch zu einem erhöhten Anzugsmoment und somit zu einer Prozessunsicherheit innerhalb des Verschraubungsprozesses. Zudem ist das Auslösen der Abschaltkupplung mit einem akustischen Effekt verbunden, der vom Nutzer üblicherweise als Klack-Geräusch wahrgenommen wird. Löst die Abschaltkupplung nun mehrfach aus, so ist dies für den Nutzer häufig irritierend, da dieser dann davon ausgeht, dass die Verschraubung fehlerhaft ausgeführt wurde, da er das Klack-Geräusch mehrfach wahrnimmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu reduzieren, insbesondere also eine verbesserte Abschaltkupplung bereitzustellen, die eine verbesserte Prozesssicherheit bei hohen Verschraubungsdrehzahlen bereitstellt. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Handwerkzeugmaschine bereitzustellen.
Die die Abschaltkupplung betreffende Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Abschaltkupplung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in dem Nockenring eine Freilaufbahn ausgebildet ist, in die das Schaltelement in der zweiten Schaltstellung aus der Nockenbahn einleitbar ist.
Hierdurch wird erreicht, dass das oder die Schaltelemente, nachdem die Abschaltkupplung aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellt wurde, nicht länger auf der Nockenbahn laufen. Hierdurch kann eine Mehrfachauslösung der Abschaltkupplung auf einfache aber effektive Art und Weise verhindert werden. Die Schaltelemente sind also nach einem initialen Auslösen nicht länger im Kontakt mit der Nockenbahn und den darauf ausgebildeten Schaltnocken, sondern laufen nun nach dem Auslösen der Abschaltkupplung auf der Freilaufbahn, die von der Nockenbahn getrennt ist. Dies bewirkt dann letztlich auch, dass eine mit der erfindungsgemäßen Abschaltkupplung ausgerüstete elektrische Handwerkzeugmaschine nun mit einer deutlich höheren Drehzahl betrieben werden kann, da eine Mehrfachauslösung der Abschaltkupplung durch die zusätzliche Freilaufbahn unterbunden ist. Im Rahmen der Erfindung ist es hierbei vorgesehen, dass sowohl die Schaltnocke als auch das Schaltelement mehrfach und besonders bevorzugt dreifach vorgesehen ist. Bevorzugt ist es hierbei außerdem auch, wenn die Anzahl der Schaltnocken und der Schaltelemente gleich ist. Im Rahmen der Erfindung ist es sowohl vorgesehen, dass der Nockenring drehfest mit dem Antrieb und der Schaltring drehfest mit dem Abtrieb verbunden ist, aber auch der umgekehrte Fall, dass also der Nockenring drehfest mit dem Abtrieb und der Schaltring drehfest mit dem Antrieb verbunden ist, ist von der Erfindung mit umfasst. Im Rahmen der Erfindung ist es hierbei auch vorgesehen, dass der Schaltring scheibenförmig, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Unterlegscheiben gebildet ist, in denen die Schaltelemente geführt sind. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Dicke des Schaltrings zwischen 1 mm und 3 mm liegt. Außerdem ist es besonders bevorzugt, wenn deren Dicke an den Durchmesser der Schaltelemente angepasst ist. Hierbei hat es sich dann bewährt, wenn die Dicke des Schaltrings im Wesentlichen einem Viertel des Schaltelementdurchmessers entspricht. Das „Laufen“ der Schaltelemente auf dem Nockenring beschreibt daher allgemein die Relativverdrehung zwischen dem Nockenring und den Schaltelementen, die an dem Schaltring geführt sind, sei es nun dass der Nockenring oder der Schaltring drehfest mit dem Antrieb verbunden ist.
Um ein Ausleiten der Schaltelemente aus der Nockenbahn in die Freilaufbahn zu ermöglichen, hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens eine ein Ausleiten des mindestens einen Schaltelements aus der Nockenbahn in die Freilaufbahn ermöglichende Ausleitkontur vorgesehen ist. Durch die Ausleitkontur werden die Schaltelemente nach dem Verstellen der Abschaltkupplung aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung von der Nockenbahn auf die Freilaufbahn geleitet. Im Rahmen der Erfindung kann die Ausleitkontur dabei beispielsweise als eine Ausleitkante oder auch als eine Ausleitfläche gebildet sein.
Als günstig hat es sich zudem auch erwiesen, wenn mindestens eine eine Rückführung des mindestens einen Schaltelements aus der Freilaufbahn in die Nockenbahn ermöglichende Rückleitkontur vorgesehen ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Schaltelemente wieder aus der Freilaufbahn in die Nockenbahn überführt werden können. Die Rückleitkonturen sind dabei vorteilhafterweise so ausgebildet und/oder angeordnet, dass die Überführung der Schaltelemente aus der Freilaufbahn zurück in die Nockenbahn nur dann erfolgen kann, wenn die Drehrichtung von einer Befestigungsrichtung in eine Löserichtung verstellt wird. Im Rahmen der Erfindung kann die Rückleitkontur dabei beispielsweise als eine Rückleitkante oder auch als eine Rückleitfläche gebildet sein.
Als vorteilhaft hat es sich auch gezeigt, wenn die Nockenbahn mit der Freilaufbahn über mindestens eine Ausleitbahn verbunden ist. Hierbei ist es vorgesehen, dass die Ausleitbahn, die die Nockenbahn mit der Freilaufbahn verbindet, mehrfach und zwar vorteilhafterweise in gleicher Anzahl wie die Schaltnocken vorgesehen ist. In diesem Zusammenhang hat es sich dann auch bewährt, wenn die mindestens eine Ausleitkontur und/oder die mindestens eine Rückleitkontur jeweils an der mindestens einen Ausleitbahn ausgebildet ist.
Als günstig hat es sich auch erwiesen, wenn die Freilaufbahn radial von der Nockenbahn beabstandet ist. Hierdurch wird auf eine einfache Art und Weise eine Trennung zwischen der Freilaufbahn und der Nockenbahn erreicht, was sich positiv auf die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Abschaltkupplung auswirkt. Zudem kann die notwendige radiale Verstellung der Schaltelemente, die für die Ausleitung der Schaltelemente aus der Nockenbahn in die Freilaufbahn notwendig ist, einfach realisiert werden.
Der Herstellungsaufwand lässt sich noch dadurch reduzieren, wenn die Freilaufbahn im Wesentlichen eine Kreisbahn beschreibt. So lässt sich die Kreisbahn besonders einfach herstellen. In diesem Zusammenhang hat es sich dann aber auch bewährt, wenn der Radius der Freilaufbahn kleiner ist als der Radius der Nockenbahn. Hierdurch kann der auf dem Nockenring vorhandene Bauraum in vorteilhafterweise ausgenützt werden, wodurch sich die äußeren Abmessungen der Abschaltkupplung gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten Abschaltkupplung nicht verändern. Im Rahmen der Erfindung kann die Freilaufbahn allerdings auch einen größeren Radius aufweisen als die Nockenbahn. In vorteilhafter Weise sind sowohl die Nockenbahn als auch die Freilaufbahn im Wesentlichen kreisförmig gebildet. Die Nockenbahn und die Freilaufbahn sind in diesem Falle dann besonders bevorzugt auf konzentrischen Kreisen angeordnet.
Um die Schaltelemente an dem Schaltring zu führen hat es sich bewährt, wenn in dem Schaltring mindestens eine Tasche ausgebildet ist. Hierbei ist es vorgesehen, dass die Anzahl der Taschen der Anzahl der Schaltelemente entspricht.
Als besonders vorteilhaft hat es sich in diesem Zusammenhang aber auch gezeigt, wenn die mindestens eine Tasche eine radiale Erstreckung aufweist, die größer ist als der Durchmesser des Schaltelements. Hierdurch kann insbesondere bei der radialen Beabstandung von Nockenbahn und Freilaufbahn das radiale Ausweichen der Schaltelemente bei deren Überführung zwischen der Nockenbahn und der Freilaufbahn und damit die Führung der Schaltelemente sichergestellt werden.
Als günstig hat es sich auch gezeigt, wenn der Winkel zwischen der Längsachse der mindestens einen Tasche zu einer Tangente an dem Schaltring im Bereich der Tasche 90° oder weniger, bevorzugt 70° oder weniger und besonders bevorzugt 50° beträgt. Bei einem Winkel von 90° zeigt die Längsachse auf das Zentrum des Schaltrings. Mit kleiner werdendem Winkel verändert sich auch die Richtung der auf die Schaltelemente wirkenden Kraft. Je kleiner der Winkel zwischen der Längsachse der Tasche und der Tangente ist, desto größer wird die auf die Schaltelemente wirkende Kraftkomponente in radialer Richtung, wodurch die Ausleitung der Schaltelemente aus der Nockenbahn in die Freilaufbahn begünstigt wird. Dies hat zudem auch einen positiven Einfluss auf die Rückführung der Schaltelemente aus der Freilaufbahn zurück in die Nockenbahn, wenn die Drehrichtung zwischen dem Schaltring und dem Nockenring aus der Befestigungsrichtung in die Löserichtung umgekehrt wird.
Als vorteilhaft hat es sich auch gezeigt, wenn die Freilaufbahn eine Rampe aufweist. Durch die Rampe, die in bevorzugter Weise in der Höhe ansteigt, und insbesondere durch die steil abfallende Flanke der Rampe, kann die Rückleitkontur gebildet werden, wodurch auf einfache Art und Weise die Rückleitkontur definiert wird. In bevorzugter Weise ist die Grundhöhe der Freilaufbahn dabei identisch zu der Höhe der Schaltnocken, mit denen in der Befestigungsrichtung das Auslösemoment definiert wird. Mit anderen Worten laufen die Schaltelemente, nachdem sie in axialer Richtung über die Schaltnocken verstellt wurden, in einer bevorzugten Ausführungsform mit diesen zunächst in einer Ebene bis sie auf die jeweiligen Rampen treffen. In diesem Zusammenhang hat es sich dann insbesondere auch bewährt, wenn die Höhe der Rampe geringer ist als die Höhe der Schaltnocke. Dadurch wird erreicht, dass das Lösemoment größer ist als das Anzugsmoment. Unter der Höhe der Schaltnocke wird hierbei der Abstand zwischen dem Nockengrund und der Oberkante der Schaltnocke verstanden. Die Höhe der Rampe bestimmt sich dabei aus dem axialen Abstand zwischen der Schaltnocke und dem höchsten Punkt der Rampe. Wenn die Höhe der Rampe zu gering ist, dann besteht die Gefahr, dass die Rückleitung der Schaltelemente aus der Freilaufbahn in die Nockenbahn nicht sichergestellt wird. Die steil abfallende Flanke der Rampe kann dann nämlich nicht als Rückleitkontur dienen und es besteht die Gefahr, dass die Schaltelemente nicht sicher aus der Freilaufbahn in die Nockenbahn geleitet werden, sondern über die steile Flanke wieder auf die Rampe gelangen. Wenn die Rampe hingegen zu hoch wird, dann besteht das Problem, dass durch die Rampe ein zusätzliches Drehmoment auf die Verschraubung einwirkt, was sich damit wieder negativ auf die Prozesssicherheit einer damit ausgestatteten Handwerkzeugmaschine auswirkt.
Im Rahmen der Erfindung hat es sich auch als günstig erwiesen, wenn auf der mindestens einen Ausleitbahn eine Rampe ausgebildet ist. Hierdurch wird insbesondere die Rückleitung der Schaltelemente aus der Freilaufbahn in die Nockenbahn begünstigt.
In diesem Zusammenhang hat es sich dann besonders bewährt, wenn das Verhältnis zwischen der Höhe der Rampe und der Höhe der Schaltnocke 1:1 oder kleiner, bevorzugt 1:2 oder kleiner und besonders bevorzugt 1:3 beträgt. Außerdem hat es sich hierbei als günstig erwiesen, wenn die Höhe der Rampe vorzugsweise größer ist als 0,2 mm, bevorzugt größer als 0,4 mm und weiter vorzugsweise kleiner ist 1,0 mm, bevorzugt kleiner ist als 0,7 mm und weiter besonders bevorzugt beträgt die Höhe der Rampe 0,5 mm. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Rampe zwar groß genug ist, um die Rückleitkontur klar zu definieren aber gleichzeitig niedrig genug ist, um ein Einleiten eines zusätzlichen Drehmoments auf die Verschraubung zu verhindern.
Der die elektrische Handwerkzeugmaschine betreffende Teil der Erfindung wird gelöst durch eine elektrische Handwerkzeugmaschine, insbesondere durch einen Schrauber, mit einem Antrieb zum Antreiben einer mit dem Antrieb drehfest verbundenen Antriebswelle, mit einer Abtriebseinheit, an die ein Einsatzwerkzeug befestigbar ist, sowie mit einer zwischen der Antriebswelle und der Abtriebseinheit angeordneten Abschaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 15. Hierdurch wird eine Handwerkzeugmaschine bereitgestellt, die eine sehr genaue und reproduzierbare Verschraubung bei hoher Geschwindigkeit ermöglicht, da nach Erreichen des voreinstellbaren Auslösemoments die Abschaltkupplung aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellt wird und dadurch die Kraftübertragung zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb soweit reduziert wird, dass das Restdrehmoment keinen wesentlichen Einfluss mehr auf die Verschraubung hat. Durch die erfindungsgemäße Abschaltkupplung, die neben der Nockenbahn auch die Freilaufbahn umfasst, wird erreicht, dass nach dem Auslösen der Abschaltkupplung die Schaltelemente aus der Nockenbahn in die Freilaufbahn geleitet werden.
Als günstig hat es sich auch erwiesen, wenn die Drehrichtung des Antriebs zwischen einer der Verschraubung dienenden ersten Befestigungsrichtung und einer dem Lösen einer Schraubverbindung dienenden Löserichtung verstellbar ist. In der Befestigungsrichtung werden die Schaltelemente nach dem Auslösen der Abschaltkupplung aus der Nockenbahn in die Freilaufbahn überführt. Um die Schaltelemente wieder aus der Freilaufbahn in die Nockenbahn zurückzuführen, muss lediglich die Drehrichtung des Antriebs in die Löserichtung umgekehrt werden, so dass es zu einer Relativdrehung zwischen dem Schaltring und dem Nockenring kommt, wodurch die Schaltelemente aus der Freilaufbahn in die Nockenbahn überführt werden. In diesem Zusammenhang hat es sich dann auch bewährt, wenn der Antrieb in der Löserichtung derartig ansteuerbar ist, dass das mindestens eine Schaltelement der in der zweiten Schaltstellung befindlichen Abschaltkupplung aus der Freilaufbahn in die Nockenbahn überführt wird. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch vorgesehen, dass der Nutzer beispielsweise einen Teil des Abtriebs und damit den abtriebsseitigen Teil der Abschaltkupplung festhält und durch das Drehen des Antriebs in der Löserichtung die Schaltelemente von der Freilaufbahn zurück in die Nockenbahn überführt werden. Vorgesehen ist es dabei aber auch, dass nach der Verschraubung und nach dem Abbremsen des Antriebs das Einsatzwerkzeug noch im Eingriff mit dem zu verschraubenden Befestigungsmittel bleibt. Nun kann der Antrieb in Löserichtung betrieben werden, und zwar so lange, bis sich die Schaltelemente wieder auf dem Nockgrund des Nockenrings befinden, was durch die axiale Verstellung des Schaltrings erfasst werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung an mehreren in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Handwerkzeugmaschine,
2 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Handwerkzeugmaschine aus der 1,
3 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Kopplungsrings,
4 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Schaltrings,
5a)-5d) eine Abfolge der Schaltelemente auf einer ersten Ausführungsform des Kopplungsrings mit innenliegender Freilaufbahn, und
6a)-6d) eine Abfolge der Schaltelemente auf einer zweiten Ausführungsform des Kopplungsrings mit außenliegender Freilaufbahn.

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine elektrische Handwerkzeugmaschine 1, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein hochpräziser industrieller Schrauber 2, genauer als ein Stabwinkelschrauber 3, gebildet ist, der üblicherweise bei industriellen Serienverschraubungen verwendet wird. Dieser Stabwinkelschrauber 3 weist dabei einen in einem Gehäuse 4 aufgenommenen Antrieb 5 auf, dessen Drehrichtung sich mittels eines Stellschalters 6 zwischen einer Befestigungsrichtung 24 und einer Löserichtung 25 verstellen lässt, um dem Nutzer die Möglichkeit zu geben, beispielsweise eine Verschraubung entweder herzustellen oder diese auch wieder zu lösen. Die zur Spannungsversorgung des Antriebs 5 benötigte elektrische Energie wird bei der gezeigten Ausführungsform von einem Akkumulator 7 bereitgestellt, der lösbar an dem Stabwinkelschrauber 3 befestigt ist. An dem von dem Akkumulator 7 wegweisenden Ende ist an dem Stabwinkelschrauber 3 eine Aufnahme 8 ausgebildet, mit der verschiedene Aufsätze oder Einsatzwerkzeuge verbunden werden können. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies exemplarisch ein Winkelkopf 9.
Dem in der 2 dargestellten Ausschnitt eines Längsschnitts durch den Stabwinkelschrauber 3 kann entnommen werden, dass der Antrieb 5 über ein Getriebe 10 eine Antriebswelle 11 antreibt. Die Antriebswelle 11 ist dabei über eine mechanische Abschaltkupplung 12 kraftschlüssig mit einer Abtriebseinheit 13 verbunden. Diese Abtriebseinheit 13 mündet dabei in der Aufnahme 8, an der die verschiedenen Aufsätze oder Einsatzwerkzeuge befestigt werden können. Die Abschaltkupplung 12 umfasst einen axial gegen die Kraft einer Rückstellfeder 14 verstellbar gelagerten Schaltring 15, der im Wesentlichen drehfest mit mehreren Schaltelementen 16, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Schaltkugeln 17 gebildet sind, verbunden ist. Die Schaltkugeln 17 sind dabei in dem Schaltring geführt und laufen auf einer Nockenbahn 18 ab, die an einem drehfest mit der Antriebswelle 11 verbundenen Nockenring 19 ausgebildet ist. Das vom Antrieb 5 aufgebrachte Drehmoment wird dabei von dem Getriebe 10 kommend am Nockenring 19 in die Abschaltkupplung 12 eingeleitet und bei geschlossener Abschaltkupplung 12, wenn sich diese also in der ersten Schaltstellung befindet, letztlich auf die Abtriebseinheit 13 übertragen. Hierbei wird das Drehmoment von der an dem Nockenring 19 ausgebildeten Nockenbahn 18 über die Schaltelemente 16 an den Schaltring 15 übertragen. Die Schaltelemente 16 sind dabei jeweils an dem Schaltring 15 in einer Tasche 20 verliersicher aufgenommen, haben hierin jedoch gewisse Bewegungsfreiheitsgrade, insbesondere radialer Art, wie nachstehend noch anhand der 4 näher diskutiert werden wird. Wie vorstehend bereits erwähnt, ist der Schaltring 15 an der Abtriebseinheit 13 axial gegen die Kraft der vorgespannten Rückstellfeder 14 gelagert, die zwischen dem Schaltring 15 und einem Druckring 21 gelagert ist. Die axiale Lage des Druckrings 21 in Richtung der Aufnahme 8 wird dabei mittels eines Stellrings 22 begrenzt, der über eine Gewindeverbindung 23 an der Abtriebseinheit 13 verstellbar gelagert ist. Durch den Stellring 22 kann somit die axiale Lage des Druckrings 21 und damit die Federspannung der Rückstellfeder 14 verändert werden. Hierdurch lässt sich die gespannte Länge der Rückstellfeder 14 einstellen und somit die axiale Vorspannkraft der Rückstellfeder 14 auf den Schaltring 15. Damit lässt sich das Auslösemoment und damit das Verschraubungsmoment einstellen. Der Nockenring 19 ist dabei gegenüber der Abtriebseinheit 13 drehbar gelagert, um die für die Auslösung der Abschaltkupplung 12 benötigte Relativdrehung zu ermöglichen.
3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine erste Ausführungsform des Nockenrings 19, der eine in Umfangsrichtung geschlossene Nockenbahn 18 aufweist, auf der mehrere Schaltnocken 26 ausgebildet sind. In der ersten Schaltstellung liegen an diesen Schaltnocken 26 die Schaltelemente 16 beim Befestigungsvorgang oder beim Lösevorgang an. Überschreitet das anliegende Drehmoment das Auslösemoment der Abschaltkupplung 12, so wird diese aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellt.
In dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Auslösemoment abhängig von der Drehrichtung des Antriebs 5. So wird mit den Lösenocken 36, die in der Löserichtung 25 beaufschlagt werden, ein Lösemoment übertragen, das größer ist als das Auslösemoment, das durch die in der Befestigungsrichtung 24 beaufschlagten Schaltnocken 26 übertragen wird. Wie der 3 außerdem zu entnehmen ist, ist an dem Nockenring 19 neben der Nockenbahn 18 eine Freilaufbahn 27 ausgebildet, in die das Schaltelement 16 in der zweiten Schaltstellung aus der Nockenbahn 18 geführt wird, um eine Mehrfachauslösung der Abschaltkupplung 12 zu verhindern. Diese Freilaufbahn 27 ist dabei im Wesentlichen kreisförmig gebildet und ist mit der Nockenbahn 18 über Ausleitbahnen 28 verbunden, um die Schaltelemente 16 aus der Nockenbahn 18 in die Freilaufbahn 27 zu leiten. Der Radius der Freilaufbahn 27 ist dabei kleiner als der Radius der Nockenbahn 18. Die Ausleitbahnen 28 weisen auf der einen Seite jeweils eine Ausleitkontur 29 auf, die bewirkt, dass die Schaltelemente 16 in der zweiten Schaltstellung in der Ausleitbahn 28 zwangsgeführt aus der Nockenbahn 18 radial nach innen in die Freilaufbahn 27 übergeleitet werden. Auf der Freilaufbahn 27 sind dabei mehrere Rampen 30 ausgebildet, die erfindungsgemäß zunächst flach ansteigen und nach ihrem Maximum eine steile Flanke 31 aufweisen, also wieder steil absinken. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Höhe der Rampe 30, die als axialer Abstand zwischen der Kante der Schaltnocke 26 und der höchsten Position der Rampe 30 definiert ist, insgesamt 0,5 mm und ist damit kleiner als die Höhe der in der Befestigungsrichtung 24 beaufschlagten Schaltnocke 26, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 1,5 mm beträgt. Damit beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Verhältnis zwischen der Höhe der Rampe 30 und der Höhe der Schaltnocke 26 1:3. Wie insbesondere noch anhand der 5a)-5d) und den 6a)-6d) erläutert werden wird, bildet die abfallende Flanke 31 der Rampe 30 gleichzeitig eine Rückleitkontur 32, mit der eine Rückführung des mindestens einen Schaltelements 16 aus der Freilaufbahn 27 in die Nockenbahn 18 ermöglicht wird, wenn die Drehrichtung zwischen dem Schaltring 15 und dem Nockenring 19 aus der Befestigungsrichtung 24 in die Löserichtung 25 umgedreht wird.
4 zeigt in einer ebenfalls perspektivischen Ansicht den Schaltring 15 der Abschaltkupplung 12. Aus dieser Ansicht werden insbesondere auch die Taschen 20 erkennbar, die in dem Schaltring 15 ausgebildet sind und in denen die Schaltelemente 16 radial verstellbar geführt sind. Die Taschen 20 weisen dabei jeweils eine radiale Erstreckung auf, die größer ist als der Durchmesser des Schaltelements 16, wodurch es möglich ist, dass die Schaltelemente 16 radial ausweichen können, wenn die Schaltelemente 16 zwischen der Nockenbahn 18 und der Freilaufbahn 27 verstellt werden. Der Winkel α zwischen der Längsachse 33 einer Tasche 20 und einer Tangente 34 an dem Schaltring 15 im Bereich der Tasche 20 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 90°. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch vorgesehen, dass der Winkel α weniger als 90° oder weniger, bevorzugt 70° oder weniger und besonders bevorzugt 50° beträgt.
5 a) - 5 d) zeigt verschiedene Positionen der Schaltelemente 16 auf einer ersten Ausführungsform des Nockenrings 19 vor und nach dem Auslösen der Abschaltkupplung 12. Diese erste Ausführungsform entspricht dabei der bereits vorstehend in Bezug auf 3 näher beschriebenen Ausführungsform, bei der der Radius der Freilaufbahn 27 kleiner ist als der Radius der Nockenbahn 18. Dabei zeigt die 5 a) die Schaltelemente 16 in der ersten Schaltstellung, wenn sich die Schaltelemente 16 also auf dem Nockengrund 35 befinden und beim Einschrauben einer Schraube an den in der Befestigungsrichtung liegenden Schaltnocken 26 anliegen, mit denen das Auslösemoment der Abschaltkupplung 12 definiert wird. Steigt nun das anliegende Drehmoment über das voreinstellbare Auslösemoment an, so laufen die Schaltelemente 16 - wie in der 5 b) dargestellt - über die Schaltnocken 26 hinweg und die Abschaltkupplung 12 befindet sich nun in der zweiten Schaltstellung. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungen würden die Schaltelemente 16 nun in der Nockenbahn 18 weiterlaufen und kämen in den jeweils benachbarten Nockengründen 35 zum Liegen. Aus dieser Stellung würde die Abschaltkupplung 12 dann wieder in die zweite Schaltstellung verstellt werden, wenn der Antrieb 5 nicht rechtzeitig abgebremst werden könnte. Bei der erfindungsgemäßen Abschaltkupplung 12 hingegen werden die Schaltelemente 16 in der zweiten Schaltstellung durch die Ausleitkonturen 29 über die Ausleitbahnen 28 aus der Nockenbahn 18 in die Freilaufbahn 27 geführt, wie in der 5 c) gezeigt ist. Wie in der 5 d) angedeutet, laufen die Schaltelemente 16 dann über die ansteigenden Rampen 30, deren abfallende Flanken 31 letztlich auch die Rückleitkonturen 32 bilden. Auf der Freilaufbahn 27 laufen die Schaltelemente 16 dann so lange, bis der Antrieb 5 vollständig abgebremst ist. Um die Schaltelemente 16 nun aus der Freilaufbahn 27 wieder in die Nockenbahn 18 zu leiten, bedarf es lediglich einer Relativverstellung zwischen dem Schaltring 15 und dem Nockenring 19 in umgekehrter Drehrichtung, also in Löserichtung. Dies kann beispielsweise durch eine Umkehrung der Drehrichtung des Antriebs 5 aus der Befestigungsrichtung 24 in die Löserichtung 25 erreicht werden. Hierbei laufen die Schaltelemente 16 an den Rampen 30 wieder hinab, bis sie durch die Rückleitkonturen 32, die durch die steilen Flanken 31 der Rampen 30 gebildet sind, über die Ausleitbahn 28 aus der Freilaufbahn 27 wieder radial nach außen in die Nockenbahn 18 geleitet werden.
In der 6 a) bis 6 d) ist eine zweite Ausführungsform des Nockenrings 19 dargestellt, bei dem der Radius der Nockenbahn 18 kleiner ist als der Radius der Freilaufbahn 27, so dass die Nockenbahn 18 innerhalb der Freilaufbahn 27 ausgebildet ist. Auch bei dieser Ausführungsform werden die Schaltelemente 16 über die an der Nockenbahn 18 ausgebildeten Schaltnocken 26 ausgelenkt, nachdem das anliegende Drehmoment das Auslösemoment übersteigt, wie in der 6 b) dargestellt ist. Durch die Ausleitkonturen 29 werden die Schaltelemente 16 dann radial nach außen in die Freilaufbahn 27 geleitet, was beispielsweise der 6 c) entnommen werden kann. Wie letztlich die 6 d) zeigt, rollen die Schaltelemente 16 dabei über die Rampen 30, deren steile Flanken 31 die Rückleitkonturen 32 bilden. Die Schaltelemente 16 laufen dabei so lange über die Rampen 30 hinweg, bis der Antrieb 5 vollständig abgebremst ist. Wenn die Drehrichtung aus der Befestigungsrichtung 24 nun in die Löserichtung 25 umgekehrt wird, so werden die Schaltelemente 16 über die Rückleitkonturen 32 wieder nach innen in die Nockenbahn 18 geführt.
Bezugszeichenliste

1: Handwerkzeugmaschine
2: Schrauber
3: Stabwinkelschrauber
4: Gehäuse
5: Antrieb
6: Stellschalter
7: Akkumulator
8: Aufnahme
9: Winkelkopf
10: Getriebe
11: Antriebswelle
12: Abschaltkupplung
13: Abtriebseinheit
14: Rückstellfeder
15: Schaltring
16: Schaltelement
17: Schaltkugel
18: Nockenbahn
19: Nockenring
20: Tasche
21: Druckring
22: Stellring
23: Gewindeverbindung
24: Befestigungsrichtung
25: Löserichtung
26: Schaltnocke
27: Freilaufbahn
28: Ausleitbahn
29: Ausleitkontur
30: Rampe
31: Flanke
32: Rückleitkontur
33: Längsachse
34: Tangente
35: Nockengrund
36: Lösenocken
α: Winkel

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

US 10801552 B2 [0002]
DE 10124569 A1 [0002]

Claims

Drehmomentabhängig auslösbare Abschaltkupplung (12) für eine elektrische Handwerkzeugmaschine (1), insbesondere für einen Schrauber (2), mit einem Nockenring (19) und mit einem Schaltring (15), wobei der Schaltring (15) und/oder der Nockenring (19) gegenüber dem anderen gegen die Kraft einer Rückstellfeder (14) aus einer ersten Schaltstellung, in der der Nockenring (19) drehmomentübertragend mit dem Schaltring (15) verbunden ist, und einer zweiten Schaltstellung verstellbar axial ist, in der der Nockenring (19) und der Schaltring (15) drehbar zueinander gelagert sind, sowie mit mindestens einem an dem Schaltring (15) geführten Schaltelement (16), wobei der Nockenring (19) eine in Umfangsrichtung geschlossene Nockenbahn (18) mit mindestens einer Schaltnocke (26) aufweist, an der das Schaltelement (16) in der ersten Schaltstellung anliegt, wobei die Schaltnocke (26) derartig gebildet ist, dass die Abschaltkupplung (12) bei Überschreitung eines Auslösemoments aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nockenring (19) eine Freilaufbahn (27) ausgebildet ist, in die das Schaltelement (16) in der zweiten Schaltstellung aus der Nockenbahn (18) einleitbar ist.
Abschaltkupplung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine ein Ausleiten des mindestens einen Schaltelements (16) aus der Nockenbahn (18) in die Freilaufbahn (27) ermöglichende Ausleitkontur (29) vorgesehen ist.
Abschaltkupplung (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine eine Rückführung des mindestens einen Schaltelements (16) aus der Freilaufbahn (27) in die Nockenbahn (18) ermöglichende Rückleitkontur (32) vorgesehen ist.
Abschaltkupplung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenbahn (18) mit der Freilaufbahn (27) über mindestens eine Ausleitbahn (28) verbunden ist.
Abschaltkupplung (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausleitkontur (29) und/oder die mindestens eine Rückleitkontur (32) jeweils an der mindestens einen Ausleitbahn (28) ausgebildet ist.
Abschaltkupplung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufbahn (27) radial von der Nockenbahn (18) beabstandet ist.
Abschaltkupplung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufbahn (27) im Wesentlichen eine Kreisbahn beschreibt.
Abschaltkupplung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Freilaufbahn (27) kleiner ist als der Radius der Nockenbahn (18).
Abschaltkupplung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schaltring (15) mindestens eine Tasche (20) ausgebildet ist zur Führung des mindestens einen Schaltelements (16).
Abschaltkupplung (12) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Tasche (20) eine radiale Erstreckung aufweist, die größer ist als der Durchmesser des Schaltelements (16).
Abschaltkupplung (12) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der Längsachse (33) der mindestens einen Tasche (20) zu einer Tangente (34) an dem Schaltring (15) im Bereich der Tasche (20) 90° oder weniger, bevorzugt 70° oder weniger und besonders bevorzugt 50° beträgt.
Abschaltkupplung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufbahn (27) eine Rampe (30) aufweist, durch die vorzugsweise die Rückleitkontur (32) gebildet ist.
Abschaltkupplung (12) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Rampe (30) geringer ist als die Höhe der Schaltnocke (26).
Abschaltkupplung (12) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Höhe der Rampe (30) und der Höhe der Schaltnocke (26) 1:1 oder kleiner, bevorzug 1:2 oder kleiner und besonders bevorzugt 1:3 beträgt.
Abschaltkupplung (12) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Rampe (30) vorzugsweise größer ist als 0,2 mm, bevorzugt größer als 0,4 mm und weiter vorzugsweise kleiner ist als 1,0 mm, bevorzugt kleiner ist als 0,7 mm und weiter besonders bevorzugt beträgt die Höhe der Rampe (30) 0,5 mm.
Elektrische Handwerkzeugmaschine (1), insbesondere Schrauber (2), mit einem Antrieb (5) zum Antreiben einer mit dem Antrieb (5) drehfest verbundenen Antriebswelle, mit einer Abtriebseinheit, an die ein Einsatzwerkzeug befestigbar ist, sowie mit einer zwischen der Antriebswelle und der Abtriebseinheit angeordneten Abschaltkupplung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
Elektrische Handwerkzeugmaschine (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des Antriebs (5) zwischen einer der Verschraubung dienenden ersten Drehrichtung und einer dem Lösen einer Schraubverbindung dienenden zweiten Drehrichtung verstellbar ist.