DE10354295B4

DE10354295B4 - Bewegungsumwandlungsvorrichtung für Handwerkzeuggeräte, wie beispielsweise Stich- und Säbelsägen

Info

Publication number: DE10354295B4
Application number: DE10354295A
Authority: DE
Inventors: Markus Hartmann
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2023-11-21
Also published as: US20050109137A1; DE10354295A1; US7895909B2

Abstract

Bewegungsumwandlungsvorrichtung (4) für motorisch betriebene Handwerkzeuggeräte (2), zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Hubbewegung, mit einem von einem Motor (8) angetriebenen Antriebsrad (20), einer axial bewegbar gelagerten Hubspindel (10) und einem an dem Antriebsrad (20) beweglich gehaltenen Excenterelement (16), das, zur Erzeugung der Hubbewegung der Hubspindel (10) aus der Drehbewegung des Antriebsrades (20), in eine Kulissenführung (14) der Hubspindel (10) ragt, wobei das Excenterelement (16), zur Veränderung einer Hublänge der Hubbewegung und eines am Antriebsrad (20) wirkenden Lastmomentes, eine erste Position gegenüber einer Drehachse (D) des Antriebsrades (20) aufweist, in der ein Abstand (a) zwischen dem Excenterelement (16) und der Drehachse (D) gösser ist als in wenigstens einer zweiten Position des Excenterelementes (16), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Excenterelement (16) eine lastgesteuerte Beabstandungseinrichtung, zur selbsttätigen Einstellung des Abstandes (a), vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bewegungsumwandlungsvorrichtung für motorisch betriebene Handwerkzeuggeräte zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Hubbewegung, mit einem von einem Motor angetriebenen Antriebsrad, einer axial bewegbar gelagerten Hubspindel und einem an dem Antriebsrad beweglich gehaltenen Excenterelement, das, zur Erzeugung der Hubbewegung der Hubspindel aus der Drehbewegung des Antriebsrades, in eine Kulissenführung der Hubspindel ragt, wobei das Excenterelement, zur Veränderung einer Hublänge der Hubbewegung und eines am Antriebsrad wirkenden Lastmomentes, eine erste Position gegenüber einer Drehachse des Antriebsrades aufweist, in der ein Abstand zwischen dem Excenterelement und der Drehachse grösser ist als in wenigstens einer zweiten Position des Excenterelementes.

Bei derartigen Bewegungsumwandlungsvorrichtungen hat man die Möglichkeit das betreffende Handwerkzeuggerät durch die Veränderung der Exzentrizität des Excenterelementes an verschiedene Anwendungen anzupassen. Beispielsweise kann bei der Bearbeitung eines weichen Materials die zweite Position mit dem grösseren Abstand des Excenterelementes zu der Drehachse gewählt werden, um eine maximale Hublänge und dadurch einen möglichst schnellen Vortrieb des Handwerkzeuggerätes zu ermöglichen.

Zur Bearbeitung eines harten Materials kann diese maximale Hublänge dagegen zu einer Überlastung des Motors führen. In diesem Falle erreicht man mit der ersten Position des Excenterelementes, in der der Abstand zur Drehachse des Antriebsrades geringer ist, eine bessere Leistung des Handwerkzeuggerätes. Dabei ist die Hublänge, über die sich die Hubspindel hin- und herbewegt, auf ein Minimum eingestellt, so dass der Motor auch bei relativ grossen Anpresskräften des Handwerkzeuggerätes gegen das zu bearbeitende Material nicht überlastet wird.

In der DE 36 33 888 A1 ist die Bewegungsumwandlungsvorrichtung einer Stichsäge beschrieben, die für beide Drehrichtungen des Motors jeweils eine andere Hublänge aufweist. Hierzu ist an dem Antriebsrad eine zwischen zwei Anschlägen verschwenkbar gehaltene Exzenterscheibe mit einem Exzenterstift vorgesehen. Bei einer Drehrichtung des Antriebsrades entgegen dem Uhrzeigersinn kommt die Exzenterscheibe in Anlage an dem ersten Anschlag. Bei einer Drehrichtung im Uhrzeigersinn kommt die Exzenterscheibe dagegen an dem zweiten Anschlag in Anlage, wobei sich der Abstand zwischen dem Exzenterstift und der Drehachse des Antriebsrades und damit die Hublänge beziehungsweise die Belastung des Motors zwischen beiden Positionen verändert.

Nachteilig an der bekannten Bewegungsumwandlungsvorrichtung ist, dass diese nur in Handwerkzeuggeräten mit zweifacher Drehrichtung angewendet werden kann. Zudem können während eines einzelnen Arbeitsganges die Rahmenbedingungen für das Handwerkzeuggerät wechseln, beispielsweise durch eine wechselnde Härte des zu bearbeitenden Materials oder durch unterschiedlich gute Möglichkeiten zum Aufbringen einer Anpresskraft durch die bedienende Person. Als Folge hiervon kann es notwendig sein, die Hublänge während eines einzigen Arbeitsablaufes mehrmals zu ändern. Hierdurch kommt es jeweils zu einer Unterbrechung des Arbeitsablaufes und damit zu einem Zeitverlust. Ferner kommt es gerade bei wechselnden Materialhärten zu Fehleinstellungen, die zumindest kurzzeitig eine hohe Belastung des Motors verursachen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Handwerkzeuggerät mit einer Bewegungsumwandlungsvorrichtung die genannten Nachteile zu vermeiden und die Arbeitsleistung zu erhöhen.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass an dem Excenterelement eine lastgesteuerte Beabstandungseinrichtung, zur selbsttätigen Einstellung des Abstandes (zwischen dem Excenterelement und der Drehachse) vorgesehen ist.

Auf diese Weise wird die Exzentrizität des Excenterelementes und dadurch die Hublänge der Hubbewegung je nach Grösse des an der Hubspindel angreifenden äusseren Lastwiderstandes unabhängig von der bedienenden Person selbsttätig eingestellt. Hierdurch wird das am Antriebsrad durch den äusseren Lastwiderstand erzeugte Lastmoment auf eine Grösse begrenzt, die eine Überlastung des Motors vermeidet. Hierdurch wird die Arbeitsleistung des Handwerkzeuggerätes bei wechselnden Rahmenbedingungen selbsttätig optimiert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beabstandungseinrichtung durch ein Federelement gebildet, das das Excenterelement entgegen der Drehrichtung des Antriebsrades an diesem abstützt. Dabei kann das Federelement an dem Excenterelement di rekt oder indirekt, beispielsweise über ein das Excenterelement tragendes Bauteil, angreifen. Hierdurch erreicht man eine sehr einfache und solide automatische Einstellung der Exzentrizität des Excenterelementes. Der Abstand des Excenterelementes von der Drehachse des Antriebsrades ist dabei abhängig von dem jeweiligen äusseren Lastwiderstand, der über die Hubspindel an das Excenterelement abgegeben wird und von der Federsteifigkeit des Federelementes. Hierdurch erhält man eine stufenlose Anpassung der Hublänge an die jeweilige Arbeitslast und eine damit einhergehende Begrenzung des am Antriebsrad auftretenden Lastmomentes. Auf diese Weise wird eine optimierte Leistung des Handwerkzeuggerätes gewährleistet.

Vorteilhafterweise ist das Excenterelement an einem am Antriebsrad schwenkbar gehaltenen Schwenkarm gelagert, der zumindest teilweise in einer am Antriebsrad ausgeformten Aufnahmeausnehmung angeordnet ist. Hierdurch kann die Bewegungsumwandlungsvorrichtung in axialer Richtung des Antriebsrades relativ kompakt ausgeformt werden. Zudem bilden die Seitenwände einer derartigen Aufnahmeausnehmung eine geeignete Abstützfläche für das Federelement beziehungsweise einen Endanschlag für den Schwenkarm beziehungsweise das Excenterelement.

Ferner ist das Federelement vorteilhafterweise durch eine Schraubenfeder gebildet, die zwischen dem Schwenkarm und einer Wand wirkt, die durch eine am Antriebsrad ausgeformte Ausnehmung gebildet ist. Durch die Verwendung einer Schraubenfeder lässt sich die Bewegungsumwandlungsvorrichtung kostengünstig herstellen. Zudem wird auf diese Weise eine stabile Funktionsweise des Federelementes gewährleistet.

Bevorzugterweise weist das Antriebsrad zwei Drehrichtungen auf, wobei eine Federanordnung vorgesehen ist, die das Excenterelement entgegen beider Drehrichtungen des Antriebsrades an diesem abstützt. Hierdurch ist es möglich bei einem Handwerkzeuggerät mit Drehrichtungsumschaltung in beiden Drehrichtungen eine automatische Einstellung der Hublänge einzurichten und dadurch eine optimierte Arbeitsleistung des Handwerkzeuggerätes zu gewährleisten.

Vorteilhafterweise weist die Federanordnung zwei Schraubenfedern auf, die das Excenterelement jeweils entgegen einer der Drehrichtungen des Antriebsrades an diesem abstützen. Auf diese Weise erhält man eine einfach herzustellende und sicher arbeitende lastabhängige Beabstandungseinrichtung.

Bevorzugterweise weisen die Schraubenfedern dabei unterschiedliche Federsteifigkeiten auf. Hierdurch können für die beiden Drehrichtungen unterschiedliche Stellcharakteristika vorgesehen werden. Auf diese Weise kann die Beabstandungsvorrichtung an zwei unterschiedliche Anwendungsbereiche angepasst werden.

In einer alternativen Ausführungsform weist die Federanordnung eine Drehfeder auf, die mit einem ersten Ende am Antriebsrad und mit einem zweiten Ende am Excenterelement eingreift.

Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäss durch ein Handwerkzeuggerät gelöst, das eine Bewegungsumwandlungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ausführungsbeispiele aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Handwerkzeuggerätes mit einer erfindungsgemässen Bewegungsumwandlungsvorrichtung,
2 einen weiteren Schnitt des Handwerkzeuggerätes mit einer Draufsicht auf die Bewegungsumwandlungsvorrichtung nach 1,
3 eine Explosionsdarstellung der Bewegungsumwandlungsvorrichtung,
4 eine Draufsicht auf die Bewegungsumwandlungsvorrichtung,
5 eine Explosionsdarstellung einer alternativen Bewegungsumwandlungsvorrichtung mit zwei Federelementen und
6 eine Explosionsdarstellung einer weiteren alternativen Bewegungsumwandlungsvorrichtung mit einer Drehfeder.
1 zeigt ein motorisch betriebenes Handwerkzeuggerät 2, bei dem eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umgewandelt wird, wie beispielsweise eine Säge, insbesondere eine Säbelsäge. Das Handwerkzeuggerät 2 weist hierzu eine insgesamt mit 4 bezeichnete Bewegungsumwandlungsvorrichtung auf, die eine Motorspindel 6 eines Motors 8 mechanisch mit einer Hubspindel 10 koppelt. An einem freien Ende der Hubspindel 10 ist eine Werkzeugauf nahme 12 zur Festlegung eines nicht dargestellten Werkzeuges, wie beispielsweise einem Sägeblatt, angebracht. An dem von der Werkzeugaufnahme 12 abgewandten Ende der Hubspindel 10 ist eine Kulissenführung 14 ausgeformt.
Wie insbesondere aus 2 zu entnehmen ist, ist die Kulissenführung 14 im Wesentlichen senkrecht zu einer Hubachse H ausgeformt. In die Kulissenführung 14 greift ein Excenterelement 16. Dieses Excenterelement 16 ist, wie aus 1 zu entnehmen ist, einstückig mit einem Schwenkarm 18 ausgeformt. Dieser Schwenkarm 18 ist an einem Antriebsrad 20 der Bewegungsumwandlungsvorrichtung 4 um eine Schwenkachse S verschwenkbar gelagert. Die Schwenkachse S ist dabei zu einer Drehchse D des Antriebsrades beabstandet angeordnet.
Wie insbesondere aus 3 zu entnehmen ist, weist der Schwenkarm 18 zur schwenkbaren Lagerung eine Bohrung 22 auf, die zur Aufnahme eines am Antriebsrad 20 ausgeformten Stiftes 24 vorgesehen ist. Der Stift 24 ist dabei innerhalb einer in etwa dreieckförmigen Aufnahmeausnehmung 26 angeordnet, die in eine Oberseite 28 des Antriebsrades eingelassen ist.
Zum Vorspannen des Schwenkarmes 18 und des an ihm gehaltenen Excenterelementes 16 in eine erste Position in Drehrichtung R des Antriebsrades 20 ist ein Federelement in Form einer Schraubenfeder 30 vorgesehen. Diese ist in einer Rechteckausnehmung 32 untergebracht, die ebenfalls in die Oberseite 28 des Antriebsrades 20 eingelassen ist und in die Aufnahmeausnehmung 26 mündet.
Im unbelasteten beziehungsweise schwach belasteten Zustand wird, wie aus 4 zu entnehmen ist, das Excenterelement 16 durch die Federkraft der Schraubenfeder 30 gegen eine in Drehrichtung R liegende Seitenwand 34 der Aufnahemausnehmung 26 gedrückt. In dieser ersten Position weist ein Mittelpunkt M eine Excentrizität a₁ zu der Drehachse D des Antriebsrades 20 auf. Bei Einschalten des Motors 8 wird das Excenterelement 16 mit dieser Excentrizität a₁ um die Drehachse D herum bewegt. Dabei vollzieht das Excenterelement 16 in der Kulissenführung 14 eine Hin- und Herbewegung senkrecht zur Hubachse, wodurch der Kulissenführung 14 und der Hubspindel 10 eine reine Hubbewegung entlang der Hubachse H eingegeben wird.
Wenn im Betrieb ein Werkzeug, das an der Werkzeugaufnahme 12 gehalten ist, gegen einen Werkstoff gedrückt wird (nicht dargestellt), wirkt der Hin- und Herbewegung der Hubspindel 10 ein äusserer Lastwiderstand entgegen. Der Lastwiderstand kann umso höher sein, je mehr ein Werkzeug, wie beispielsweise ein Sägeblatt, gegen den Werkstoff gedrückt wird oder je härter der Werkstoff ist. Der Lastwiderstand wird über die Kulissenführung 14 an das Excenterelement 16 weitergegeben. Über den Schwenkarm 18 wirkt der Lastwiderstand an dem Antriebsrad 20 und erzeugt an diesem ein Lastmoment M_L das einem, durch den Motor 8 an dem Antriebsrad 20 erzeugten, Antriebsmoment M_A entgegen steht (siehe 4). Das Lastmoment M_L ist dabei abhängig vom Abstand a des Excenterelementes 16, an dem die Last angreift, zur Drehachse D des Antriebsrades 20.
Die entgegen der Federkraft der Schraubenfeder 30 verschwenkbare Lagerung des Excenterelementes 16 bewirkt, dass der Abstand a kleiner wird, je grösser der am Excenterelement 16 wirkende Lastwiderstand ist. Die Schraubenfeder 30 wirkt dabei als eine Beabstandungsvorrichtung, die den Abstand zwischen dem Excenterelement 16 in Abhängigkeit von dem äusseren Lastwiderstand, der über die Hubspindel an das Excenterelement abgegeben wird, selbsttätig und stufenlos einstellt. Durch die automatische Veränderung des Hebels des Lastwiderstandes wird somit das Lastmoment M_L im normalen Gebrauch kontinuierlich selbsttätig auf einen Wert begrenzt, der einen stabilen Antrieb des Antriebsrades 20 bei möglichst grosser Hublänge erlaubt. Auf diese Weise wird die Arbeitsleistung des Handwerkzeuggerätes 2 automatisch optimiert und eine Überlastung des Motors 8 verhindert.
In 4 ist neben der ersten Position des Excenterelementes 16, in der dieses einen maximalen Abstand a₁ zur Drehachse D des Antriebsrades 20 aufweist, eine zweite Position gestrichelt dargestellt, in der der Schwenkarm 18 maximal gegen die als Beabstandungsvorrichtung fungierende Schraubenfeder 30 verschwenkt ist. In dieser zweiten Position weist das Excenterelement 16 einen minimalen Abstand a₂ zur Drehachse D des Antriebsrades 20 auf. Somit ist das am Antriebsrad 20 wirkende Lastmoment M_L so weit wie möglich minimiert, ebenso wie die Hublänge der Hubspindel 10. Je nach Grösse des an der Hubspindel 10 wirkenden äusseren Lastwiderstandes wird das Exzenterelement 16 stufenlos auch auf jeden anderen Abstand a zwischen den beiden Extremwerten a₁ und a₂ eingestellt.
In den 5 und 6 sind weitere Ausführungsformen der Bewegungsumwandlungsvorrichtung 4 gezeigt, die ebenfalls nach dem vorangehend beschriebenen Prinzip arbeiten, jedoch derart weitergebildet sind, dass sie auch in entgegen gesetzter Drehrichtung R' des Antriebsrades 20 arbeiten. Entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet wie in den 1 bis 4.
Bei der Ausführungsform nach 5 ist in die Oberseite 28 des Antriebsrades 20 eine gegenüber der oben beschriebenen Ausführungsform vergrösserte Aufnahmeausnehmung 26 eingelassen. In diese vergrösserte Aufnahmeausnehmung 26 münden nun zwei sich gegenüberliegende Rechteckausnehmungen 32, in denen jeweils eine Schraubenfeder 30, 30' angeordnet ist. Um für die beiden Drehrichtungen R, R' ein unterschiedliches Stellverhalten zu erzielen, weisen die beiden Schraubenfedern 30, 30' unterschiedliche Federsteifigkeiten auf.
Bei der Ausführungsform nach 6 ist anstelle der Schraubenfedern 30, 30' eine Drehfeder 36 vorgesehen. Diese wird mit einem ersten Ende 38 in eine entsprechende Drehfederaufnahme 40 eingesetzt, die an einem Boden 42 der Aufnahmeausnehmung 26 eingelassen ist. Mit einem zweiten Ende 44 greift die Drehfeder 36 in eine Eingriffaufnahmeaufnahme 46 am Excenterelement 16 beziehungsweise Schwenkarm 18. Durch die Drehfeder 36 ist der Schwenkarm 18 zusammen mit dem Excenterelement 16 in eine Neutralstellung vorgespannt, in der der Abstand des Excenterelementes zur Drehachse D maximal ist. Je nach Drehrichtung R, R' und Grösse des äusseren Lastwiderstandes wird das Excenterelement 16 aus dieser Neutralstellung in die eine oder andere Drehrichtung R', R verschwenkt und ändert dabei, entsprechend der Ausführungsform nach 1 bis 4, den Abstand a zur Drehachse D.

Claims

Bewegungsumwandlungsvorrichtung (4) für motorisch betriebene Handwerkzeuggeräte (2), zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Hubbewegung, mit einem von einem Motor (8) angetriebenen Antriebsrad (20), einer axial bewegbar gelagerten Hubspindel (10) und einem an dem Antriebsrad (20) beweglich gehaltenen Excenterelement (16), das, zur Erzeugung der Hubbewegung der Hubspindel (10) aus der Drehbewegung des Antriebsrades (20), in eine Kulissenführung (14) der Hubspindel (10) ragt, wobei das Excenterelement (16), zur Veränderung einer Hublänge der Hubbewegung und eines am Antriebsrad (20) wirkenden Lastmomentes, eine erste Position gegenüber einer Drehachse (D) des Antriebsrades (20) aufweist, in der ein Abstand (a) zwischen dem Excenterelement (16) und der Drehachse (D) gösser ist als in wenigstens einer zweiten Position des Excenterelementes (16), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Excenterelement (16) eine lastgesteuerte Beabstandungseinrichtung, zur selbsttätigen Einstellung des Abstandes (a), vorgesehen ist.
Bewegungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandungseinrichtung durch ein Federelement gebildet ist, das das Excenterelement (16) entgegen einer Drehrichtung (R) des Antriebsrades (20) an diesem abstützt.
Bewegungsumwandlungsvorrichtung, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Excenterelement (16) an einem am Antriebsrad (20) schwenkbar gehaltenen Schwenkarm (18) gelagert ist, der zumindest teilweise in einer am Antriebsrad (20) ausgeformten Aufnahmeausnehmung (26) angeordnet ist.
Bewegungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement durch eine Schraubenfeder (30) gebildet ist, die zwischen dem Schwenkarm (18) und einer Wand wirkt, die durch eine am Antriebsrad (20) ausgeformte Ausnehmung (32) gebildet ist.
Bewegungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (20) zwei Drehrichtungen (R, R') aufweist und eine Federanordnung vorgesehen ist, die das Excenterelement (16) entgegen beider Drehrichtungen (R, R') des Antriebsrades (20) an diesem abstützt.
Bewegungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung zwei Schraubenfedern (30, 30') aufweist, die das Excenterelement (16) jeweils entgegen einer der Drehrichtungen (R, R') des Antriebsrades (20) an diesem abstützen.
Bewegungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfedern (30, 30') unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweisen.
Bewegungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung eine Drehfeder (36) aufweist, die mit einem ersten Ende (38) am Antriebsrad (20) und mit einem zweiten Ende (44) am Excenterelement (16) eingreift.
Handwerkzeuggerät (2) mit einer Bewegungsumwandlungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.