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Die Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine,
beispielsweise Schrauber, mit einem Maschinenmotor und einer über ein
Getriebe vom Maschinenmotor her zu einer Rotationsbewegung antreibbaren,
mit einem Werkzeug verbindbaren Antriebswelle, wobei das Getriebe
mindestens eine Umlaufgetriebestufe mit einer sich beim Betrieb
am Innenzahnkranz eines Hohlrades abwälzenden Getrieberadanordnung
enthält
und wobei dem Hohlrad eine Sicherungseinrichtung zugeordnet ist,
die durch Federkraft zum Hohlrad hin belastete, bewegbar gelagerte
Rastkugeln aufweist, die beim Auftreten von mit Bezug auf ein Abschalt-Drehmoment
kleineren Drehmomenten am Hohlrad mit dem Hohlrad in Verrastungseingriff
stehen und dieses drehfest halten und beim Erreichen des Abschalt-Drehmoments
vom Hohlrad entgegen der Federkraft aus ihrer Eingriffsstellung
verdrängt
werden, so dass das Hohlrad an den Rastkugeln vorbeiratschen kann.
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Beispielsweise im Falle eines Schraubers, mit
dem eine Schraube in ein Werkstück
eingedreht wird, soll das Einschraubwerkzeug zur Vermeidung von Überlastungen
nur bis zu einem bestimmten Drehmoment an der Schraube angreifen,
bei dem die Schraube sicher festgezogen ist. Hierzu kann eine Sicherungseinrichtung
der genannten Art vorgesehen werden, die drehmomentabhängig arbeitet.
Das für
das Einschrauben erforderliche Drehmoment wird unter Abstützung der
Getrieberadanordnung am Hohlrad auf die Antriebswelle übertragen.
Dabei wird das Hohlrad durch die an ihm eingerasteten Rastkugeln
drehfest gehalten. Beim Erreichen des Abschalt-Drehmoments wird
die vom Hohlrad auf die Rastkugeln ausgeübte Kraft so groß, dass
die Rastkugeln entgegen der Federkraft zurückweichen, so dass das Hohlrad
nicht mehr festgehalten sondern von der Getrieberadanordnung zu
einer Rotationsbewegung angetrieben wird.
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Es versteht sich, dass es sich anstelle
eines Schraubers auch um jede andere Handwerkzeugmaschine handeln
kann, bei der eine drehmomentabhängige
Abschaltung sinnvoll ist.
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Bei einer aus der
US-PS 5 385 512 hervorgehenden Handwerkzeugmaschine
weist das Hohlrad eine radiale Stirnwand auf, der in axialer Richtung
ein stationärer
Ring gegenüberliegt.
Die Stirnwand und der stationäre
Ring weisen sich in axialer Richtung überlappende Vorsprünge auf.
Ist das Abschalt-Drehmoment
erreicht, beginnt das Hohlrad sich zu drehen, wobei sich die Vorsprünge an der Stirnwand
des Hohlrades über
die Vorsprünge.
des stationären
Rings hinweg bewegen. Diese Rotation des Hohlrades bewirkt eine
Abschaltung des Maschinenmotors.
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Aus der
DE 697 08 713 T2 geht eine
Handwerkzeugmaschine hervor, bei der die Drehzahl eines Ausgangsbauteils
mittels eines Mechanismus einstellbar ist, der mit einem Zahnraduntersetzungsmechanismus
gekoppelt ist. Dabei ist der Mechanismus zum Einstellen der Drehzahl
vorgespannt und mit einem Getriebegehäuse gekoppelt, so dass bei einer
Drehmomentveränderung
der Mechanismus zur Drehzahleinstellung im Gehäuse verlagert wird, so dass
der Zahnraduntersetzungsmechanismus in und außer Eingriff gerät. Ferner
ist ein Kupplungsmechanismus vorhanden, um den Zahnraduntersetzungsmechanismus
mit einem ringförmigen
Bauteil in Eingriff zu bringen, das an seiner Außenfläche ein vorstehendes Bauteil
aufweist, das in einer Nut des Gehäuses gleitet, so dass der Zahnraduntersetzungsmechanismus
zur Veränderung
der Drehzahl des Ausgangsbauteiles in und außer Eingriff gebracht werden
kann.
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Ein aus der
DE 24 09 815 A1 hervorgehender
Kraftschrauber weist eine selbsttätige Abschalteinrichtung auf,
die beim Er reichen eines einstellbaren Solldrehmomentes auf einen
Schalter wirkt. Die Abschalteinrichtung enthält eine von dem Drehmoment
beeinflußte
Vorrichtung, die drehmomentabhängig
verschiebbare, radial bewegbare Übertragungsglieder
enthält,
die gegen eine in Umfangsrichtung ihren Abstand von der Achse des
Kraftschrauber stetig verändernde
Stirnfläche
verspannt sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, die Sicherungseinrichtung möglichst
einfach und kostengünstig
und dabei so auszugestalten, dass das Abschalt-Drehmoment vom Benutzer
auf in der Handhabung einfache Weise verstellt und an den jeweiligen
Anwendungsfall angepasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Hohlrad von einem maschinenfest angeordneten Lagerring
umschlossen ist, der über
den Umfang verteilt angeordnete, in radialer Richtung durchgehende
Lagerausnehmungen zur Aufnahme jeweils einer Rastkugel aufweist,
wobei die Wandstärke
des Lagerrings kleiner als der Durchmesser der Rastkugeln ist, dass
am Außenumfang des
Hohlrades den Rastkugeln zugeordnete Rastausnehmungen angeordnet
sind, dass der Lagerring von einem in axialer Richtung bewegbaren Stützring umschlossen
ist, der durch die Federkraft in axialer Richtung belastet und über eine
Schrägflächenanordnung
gegen die aus den Ver rastungsausnehmungen vorstehenden und andererseits
am Hohlrad anliegenden Rastkugeln gehalten wird, dass der Stützring von
außen
her verdrehbar an der Handwerkzeugmaschine angeordnet ist und dass
die Schrägflächenanordnung
von über
den Umfang verteilten, jeweils einer Rastkugel zugeordneten und sich
in Umfangsrichtung erstreckenden Schrägflächenbereichen gebildet wird,
innerhalb von denen sich in Umfangsrichtung die im Querschnitt gesehene
Schrägflächensteigung
verändert,
so dass je nach der Drehlage des Stützrings die Schrägflächenbereiche
mit einer anderen Steigung an den Rastkugeln anliegen.
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An den Schrägflächenbereichen wird die in axialer
Richtung auf den Stützring
ausgeübte
Federkraft umgelenkt, so dass die an den Schrägflächenbereichen anliegenden Rastkugeln
nach innen zum Hohlrad hin beaufschlagt werden. Dabei bestimmt neben
der Federkraft die Schrägflächensteigung
die auf die Rastkugeln ausgeübte
Kraft. Daher werden die Rastkugeln je nach der Drehlage des Stützrings mit
einer unterschiedlichen Kraft gegen das Hohlrad gehalten. Auf diese
Weise lässt
sich das Abschalt-Drehmoment verändern
und an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Die Handhabung ist denkbar
einfach, da der Stützring
lediglich verdreht werden muss.
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Eine Verstellbarkeit der Sicherheitseinrichtung
von außen
her ist bereits aus dem
DE-GM
18 60 599 und der
US-PS
6 070 675 erkennbar.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Handwerkzeugmaschine in Gestalt eines Schraubers in schematischer
Seitenansicht,
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2 eine
Umlaufgetriebestufe des Schraubers nach 1 mit der zugehörigen Sicherungseinrichtung
in gesonderter Darstellung in axialer Richtung gemäß Pfeil
II in 1 gesehen,
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3 die
Anordnung nach 2 im
zur Zeichenebene der 1 parallelen
Halbschnitt gemäß der Schnittlinie
III-III in 2, wobei
die innerhalb des Hohlrades angeordnete Getrieberadanordnung der Übersichtlichkeit
wegen weggelassen ist und die Rastkugeln am Hohlrad eingerastet
sind,
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4 die
Anordnung nach 3, wobei
das auf das Hohlrad einwirkende Drehmoment das Abschalt-Drehmoment
erreicht hat, so dass die Rastkugeln aus den Rastausnehmungen des
Hohlrads ausgetreten sind,
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5 den
Stützring
der Sicherungseinrichtung nach den 2 und 4 in gesonderter Darstellung
im den 3 und 4 entsprechenden Schnitt,
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6, 7 und 8 die Stützringwandung in Umfangsrichtung
mit Abstand zueinander angeordneten Schnitten, wobei die Schnittebene
der 6 der Schnittebene
der 5 entspricht und
die Schnitte gemäß den 7 und 8 etwa bei den Schnittlinien gemäß den Pfeilen
VII-VII und VIII-VIII gelegt sind,
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9 eine
der 3 entsprechende
Darstellung einer variierten Sicherungseinrichtung, bei der der
Stützring
anschließend
an die Schrägflächenbereiche
jeweils einen Neigungsbereich größerer Steigung
aufweist und
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10 die
gleiche Variante in der 4 entsprechender
Darstellung.
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Bei der aus 1 hervorgehenden Handwerkzeugmaschine 1 handelt
es sich um einen Schrauber. Es könnte
jedoch auch beispielsweise eine Bohrmaschine oder eine andere Maschine
sein, mit der ein Werkzeug zu einer Rotationsbewegung angetrieben
wird.
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Die Handwerkzeugmaschine 1 enthält einen nicht
dargestellten Maschinenmotor und eine vom Maschinenmotor über ein
Getriebe antreibbare Antriebswelle 2, die mit einem nicht
dargestellten Werkzeug, beispielsweise ein Einschraubwerkzeug in
Gestalt eines Bits, drehfest verbunden werden kann. Beim Betrieb
führt die
Antriebswelle 2 mit dem Werkzeug eine Rotationsbewegung
um die der Achslinie der Antriebswelle 2 entsprechende
Rotationsachslinie 3 aus.
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Das Getriebe enthält eine Umlaufgetriebestufe 4 (es
können
mehrere hintereinander geschaltete Getriebestufen vorhanden sein),
die von einem Planetengetriebe mit einem zentralen Sonnenrad 5, drei über den
Umfang verteilt angeordneten Planetenrädern 6 und einem einen
Innenzahnkranz 7 aufweisenden Hohlrad 8 gebildet
wird. Bei dem Sonnenrad 5 und den Planetenrädern 6 sind
die jeweiligen Außenzahnkränze der
Einfachheit nicht dargestellt, so dass diese Räder lediglich als Kreise gezeichnet sind.
Das Sonnenrad 5 sitzt drehfest auf der Motorwelle 9 oder
einer anderen vom Maschinenmotor her angetriebenen Welle und kämmt mit
den um das Sonnenrad 5 herum angeordneten Planetenrädern 6, die
sich auf dem radial außen
angeordneten Innenzahnkranz 7 des Hohlrades 8 abwälzen. Die
Planetenradachsen 10 sind Bestandteile des ansonsten nicht
dargestellten Steges des Planetengetriebes, über den die nachfolgende Getriebestufe
oder die Antriebswelle 2 angetrieben wird. Die Ausbildung und
die Wirkungsweise eines solchen Planetengetriebes ist allgemein
bekannt, so dass sich eine weitere Beschreibung erübrigt. Es
wird lediglich noch angemerkt, dass beim normalen Betrieb die Planetenräder 6 je
nach der Rotationsrichtung der Antriebswelle 2 beispielsweise
in Richtung gemäß Pfeil 11 um das
Sonnenrad 11 kreisen. Dabei wird das über die Planetenradachsen 10 und
den Steg des Planetengetriebes weitergegebene Drehmoment von dem Hohlrad 8 aufgenommen.
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Beim normalen Betrieb, wenn das auf
das Hohlrad 8 einwirkende Drehmoment kleiner als ein Abschalt-Drehmoment
ist, ist das Hohlrad 8 drehfest angeordnet. Erreicht das
Drehmoment jedoch den Wert des Abschalt-Drehmoments, wird der drehfeste Halt
des Hohlrades 8 aufgehoben, so dass das Hohlrad 8 über die
Planetenräder 6 zu
einer Rotationsbewegung in Richtung gemäß Pfeil 12 angetrieben
wird. Auf diese Weise kann die Antriebswelle 2 bzw. das mit
dieser verbundene Werkzeug nur mit Drehmomenten arbeiten, die kleiner
als das Abschalt-Drehmoment
sind.
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Um dies zu erreichen, ist dem Hohlrad 8 eine Sicherungseinrichtung
zugeordnet. Diese Sicherungseinrichtung weist einen maschinenfest
angeordneten, das Hohlrad 8 umschließenden Lagerring 13 auf,
der über
den Umfang verteilt angeordnete, in radialer Richtung durchgehende
Lagerausnehmungen 14 enthält, die jeweils eine Rastkugel 15 in
radialer Richtung bewegbar aufnehmen. Dabei ist die Wandstärke des
Lagerrings 13 kleiner als der Durchmesser der Rastkugel 15.
Die Rastkugeln 15 stehen beim normalen Betrieb unterhalb
des Abschalt-Drehmoments mit dem Hohlrad 8 in Verrastungseingriff, so
dass das Hohlrad 8 drehfest gehalten wird (2, 3 und 9). Für diesen Verrastungseingriff
sind am Außenumfang
des Hohlrades 8 über
den Umfang verteilte Rastausnehmungen 16 angeordnet. Dabei
ist jeder Rastkugel 15 eine solche Rastausnehmung 16 zugeordnet.
In 2 weist das Hohlrad 8 sechs
Lagerausnehmungen 16 auf. Demgegenüber sind nur drei Rastkugeln 15 vorhanden,
so dass jeweils nur drei Rastausnehmungen 16 mit einer
Rastkugel 15 belegt sind.
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Die Verrastung zwischen den Rastkugeln 15 und
den Rastausnehmungen 16 ist so ausgebildet, dass das Hohlrad 8 eine
nach außen
gerichtete Kraft auf die Rastkugeln 15 ausübt. Hierzu
sind beim Ausführungsbeispiel
die in Umfangsrichtung einander entgegengesetzten Flanken 17, 18 der
Rastausnehmungen 16 entsprechend geneigt.
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Die Rastkugeln 15 sind mittels
einer Federkraft zum Hohlrad 8 hin belastet, so dass sie
bei ausgeschalteter Maschine und beim normalen Betrieb unter der
Federkraft an der dem Hohlrad 8 zugewandten Innenseite
des Lagerrings 13 aus den Lagerausnehmungen 14 vorstehen
und in die Rastausnehmungen 16 ein greifen. Die Federkraft
greift nicht unmittelbar sondern über einen Stützring 19 an
den Rastkugeln 15 an. Der Stützring 19 umschließt den Lagerring 13 und
ist in axialer Richtung bewegbar angeordnet. Dabei wird der Stützring 19 in
axialer Richtung durch die Federkraft beaufschlagt. Der Stützring 19 weist
ferner eine den Rastkugeln 15 zugewandte Schrägflächenanordnung 20 auf,
mit der der Stützring 19 an
den Lagerkugeln 15 anliegt. Bei ausgeschalteter Maschine
und im normalen Betrieb unterhalb des Abschalt-Drehmoments stehen
die Rastkugeln 15 nicht nur innen sondern auch außen aus
den Rastausnehmungen 16 vor, so dass die Schrägflächenanordnung 20 unter
der Federkraft in axialer Richtung an den Rastkugeln 15 anliegen
kann. Dabei erfolgt an der Schrägflächenanordnung 20 eine
Kraftumlenkung, so dass auf die Rastkugeln 15 eine radial gerichtete
Kraftkomponente einwirkt.
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Erreicht das am Hohlrad 8 anstehende
Drehmoment den Wert des Abschalt-Drehmoments, wird von den betreffenden
Flanken 17 bzw. 18 der Rastausnehmungen 16 eine
so starke Kraft von innen her auf die Rastkugeln 15 ausgeübt, dass
diese sich nach außen
bewegen und dabei über
die Schrägflächenanordnung 20 den
Stützring 19 entgegen
der Federkraft in axialer Richtung verlagern (siehe 4 und 10).
Die Rastkugeln 15 werden beim Erreichen des Abschalt-Drehmoments
also vom Hohlrad entgegen der Federkraft aus ihrer Eingriffsstellung
verdrängt, so
dass das Hohlrad 8 freikommt und sich drehen kann. Dabei
ratscht es an den Rastkugeln 15 vorbei.
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Auf diese Weise kann kein größeres Drehmoment
als das Abschalt-Drehmoment auf die Antriebswelle 2 übertragen
werden.
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Die Kraft, mit der der Stützring 19 auf
die Rastkugeln 15 einwirkt und die somit das Abschalt-Drehmoment
bestimmt, hängt
nicht nur von der Federkraft sondern auch von der im Querschnitt (3 bis 10) gesehenen Steigung der Schrägflächenanordnung
ab.
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Bei der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine
ist das Abschalt-Drehmoment verstellbar. Hierzu ist der Stützring 19 von
außen
her verdrehbar an der Handwerkzeugmaschine 1 angeordnet.
Ferner wird die Schrägflächenanordnung
von über
den Umfang verteilten, jeweils einer Rastkugel 15 zugeordneten
und sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schrägflächenbereichen 21, 22, 23 gebildet,
innerhalb von denen sich in Umfangsrichtung die im Querschnitt gesehene
Schrägflächensteigung
verändert. Dies
ist insbesondere aus den 6 bis 8 ersichtlich, die den Stützring 19 an
drei innerhalb des gleichen Schrägflächenbereichs 21 mit
Abstand in Umfangsrichtung zueinander angeordneten Stellen zeigen. Die
drei Schrägflächenbereiche 21, 22, 23 sind
gleich ausgebildet. Somit liegen die Schrägflächenbereiche 21, 22, 23 je
nach der Drehlage des Stützrings 19 mit einer
anderen Steigung an den Rastkugeln 15 an. Dementsprechend
ist je nach der Drehlage des Stützrings 19 ein
anderes Abschalt-Drehmoment erforderlich, bei dem sich die Rastkugeln 15 unter
axialem Verschieben des Stützrings 19 aus
den Rastausnehmungen 16 bewegen.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Stützring 19 drehfest,
dabei jedoch in axialer Richtung beweglich mit einem ihn umschließenden Verstellring 24 verbunden,
der von außen
her zugänglich
an der Werkzeugmaschine angeordnet ist, wie aus 1 hervorgeht. Dabei ist der Verstellring 24 verdrehbar
und in axialer Richtung feststehend am Maschinengehäuse gelagert.
Die drehfeste und dabei axial verschiebliche Verbindung des Stützrings 19 und
des Verstellrings 24 miteinander kann beispielsweise dadurch
hergestellt werden, dass außen am
Stützring 19 über den
Umfang verteilte, axial gerichtete Führungsnuten 25 und
am Verstellring 24 in die Führungsnuten 25 eingreifende
Führungsrippen 26 angeordnet
sein. Selbstverständlich
wäre es
auch möglich,
die Führungsnuten
innen am Verstellring und die Führungsrippen
am Stützring
vorzusehen.
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Die Federkraft, die den Stützring 19 gegen die
Rastkugeln 15 hält,
wird durch eine beim Ausführungsbeispiel
von mehreren über
den Umfang verteilt angeordneten Schraubenfedern 27 gebildete
Federanordnung erzeugt, die sich in axialer Richtung einerseits
am Verstellring 24 und andererseits am Stützring 19 abstützt. Hierzu
weist der Verstellring 24 eine radial nach innen gerichtete
Ringpartie 28 auf, an der sich die Schraubenfedern 27 abstützen.
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Es gibt Anwendungsfälle, bei
denen die Sicherungseinrichtung, d.h. die Drehmomentabschaltung,
unwirksam sein soll. Um dies zu erreichen, ist am Innenumfang des
Stützrings 19 zwischen
den Schrägflächenbereichen 21, 22, 23 jeweils
eine zum Lagerring 13 hin vorstehende Rückhaltepartie 29 angeordnet.
Nimmt der Stützring 19 eine
solche Drehlage ein, bei der sich die Rückhaltepartien 29 über den Rastkugeln 15 befinden,
verhindern die Rückhaltepartien 29 ein
Austreten der Rastkugeln 15 aus den Rastausnehmungen 16 des
Hohlrades 8, so dass die Rastkugeln 15 unabhängig vom
am Hohlrad 8 auftretenden Drehmoment in ihrer mit dem Hohlrad
verrasteten Stellung gehalten werden.
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Das Abschalten beim Erreichen des
Abschalt-Drehmoments sollte möglichst
schnell erfolgen. Daher sollte sich der Stützring 19 möglichst schnell
so weit in axialer Richtung verlagern, dass über den Rastkugeln 15 ausreichend
Platz für
ihren Austritt aus den Rastausnehmungen 16 geschaffen wird.
Der Bewegungsweg des Stützrings 19 ist
jedoch von der mit Bezug auf die axiale Richtung gemessenen Steigung
der Schrägflächenanordnung 20 abhängig. Je
kleiner diese Steigung ist, umso länger ist der Bewegungsweg des
Stützrings 19.
Dabei entspricht eine kleinere Steigung einem größeren Abschalt-Drehmoment.
Daher schaltet eine für
größere Abschalt-Drehmomente
ausge legte Sicherungseinrichtung, sieht man keine weiteren Maßnahmen
vor, langsamer als eine für
kleinere Abschalt-Drehmomente ausgelegte Sicherungseinrichtung.
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Um nun trotz einer verhältnismäßig kleinen Steigung
ein schnelles Abschalten zu erhalten, ist bei der Variante nach
den 9 und 10 vorgesehen, dass sich
in axialer Richtung an die Schrägflächenbereiche 21, 22, 23 jeweils
ein sich in Umfangsrichtung dem betreffenden Schrägflächenbereich,
beispielsweise der Schrägflächenbereich 21,
entlang erstreckender Neigungsflächenbereich 30 anschließt, der
eine größere Steigung
als der benachbarte Schrägflächenbereich 21 aufweist.
Auf diese Weise muss sich der Stützring 19 nur
ein kurzes Stück
bewegen, bis die Rastkugeln 15 sozusagen über die zwischen
den flacheren Schrägflächenbereichen 21, 22, 23 und
den steileren Neigungsflächenbereichen 30 jeweils
angeordnete Kante 31 kippen und somit schnell nach außen gelangen
können.
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Schließlich geht aus der Zeichnung
noch hervor, dass der Stützring 19 in
axialer Richtung anschließend
an die Schrägflächenbereiche 21, 22, 23 (2 bis 7) bzw. an die Neigungsflächenbereiche 30 (9 und 10) eine in axialer Richtung vorstehende
Ringpartie 32 als Ausfallsicherung für die Rastkugeln 15 aufweist.
Die Ringpartie 32 überdeckt
radial außen
den Aufnahmeraum 33, in den die aus den Rastausnehmungen 16 des
Hohlrades 8 verdrängten Rastkugeln 15 gelangen.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel weist
das Planetengetriebe drei Planetenräder auf. Es versteht sich,
dass auch eine andere Anzahl von Planetenrädern vorhanden sein könnte.
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Ferner sind anstelle der sechs Lagerausnehmungen 16 und
drei Rastkugeln 15 auch mehr oder weniger Lagerausnehmungen
bzw. Rastkugeln möglich.