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Diese Erfindung betrifft eine Rotationsübertragungsanordnung, wie sie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, bei Elektrowerkzeugen wie Heckenscheren verwendet wird.
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Heckenscheren und andere Elektrowerkzeuge (wie Bohrer, Schraubendreher, Kettensägen, Trimmer, Pumpen usw.), die einen Motor zum Antreiben eines oder mehrerer angetriebener Elemente umfassen, sind gut bekannt. Typischerweise wird ein Motor mit relativ hoher Drehzahl verwendet, wobei ein Getriebe zum Reduzieren der Drehzahl, aber zum Erhöhen des Drehmoments, das von den angetriebenen Elementen erfahren wird, verwendet wird. Eine allgemeine Anordnung weist ein Zahnradgetriebe auf, das auf die Ausgangswelle des Motors gepresst ist und mit einem Zahnrad in Eingriff steht, das benachbart zu dem Zahnradgetriebe angebracht ist.
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Es ist allgemein wünschenswert, dass das Zahnradgetriebe gegen radiale und tangentiale Kräfte abgestützt wird, die von dem Zahnrad ausgeübt werden. Das Ziel einer solchen Abstützung ist das Sicherstellen eines guten Kontakts des Zahnradgetriebes mit dem Zahnrad mit wenig Spiel, um die Verformung der Motorwelle zu verhindern.
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Eine mögliche Anordnung ist das Bereitstellen eines Lagers, wie eines Kugellagers, auf der Motorseite der Kraftübertragungsstelle (wobei die Kraftübertragungsstelle an der Stelle des Ineinandergreifens von Zahnradgetriebe und Zahnrad befindlich ist). Man könnte annehmen, dass das Bereitstellen eines idealen Lagers ohne Spiel an dieser Stelle eine ausreichende Stütze gegen die Verformung der Welle bereitstellt. Aber beim Angehen des Problems kann dies in der praktischen Installation, die ein Lager mit geringem Spiel an dieser Stelle bereitstellt, zu einer statischen Überbestimmung der Ausgangswelle führen, was zu einem hohen Stromverbrauch und gar Bruch der Ausgangswelle führen kann. Daher ist es zum Verhindern dieser statischen Überbestimmung der Ausgangswelle und zum Verbessern der Einfachheit des Aufbaus aus diesem Grund wünschenswert, dass das Lager, welches das Zahnradgetriebe stützt, so viel Spiel wie möglich aufweist. Diese beiden Ziele stehen offensichtlich miteinander in Konflikt.
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Durch Behandeln der Stelle, an der die Ausgangswelle aus dem Motor austritt, als Schwenkpunkt der Ausgangswelle kann gesehen werden, dass, weil das Lager auf der Motorseite der Stelle ist, an der die Kräfte auf das Zahnradgetriebe auf das Zahnrad übertragen werden (Übertragungsstelle), um die Verformung der Ausgangswelle gering zu halten, ein relativ geringes Spiel an dem Lager bereitgestellt werden muss, das das Zahnradgetriebe abstützt.
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Eine weitere mögliche Anordnung ist das Bereitstellen eines Lagers am distalen Ende des Zahnradgetriebes (d. h., dem Ende des Zahnradgetriebes, das am weitesten von dem Motor entfernt ist); typischerweise kann diese ein Sinterlager umfassen, wobei ein gesinterter Block an der Achse der Ausgangswelle zum Abstützen des distalen Endes des Zahnradgetriebes verwendet wird. Dies stellt einen längeren Hebel von dem Motor zum Lager, das das Zahnradgetriebe abstützt, bereit und bedeutet somit bei gleicher Verformung der Welle, dass das Spiel am distalen Ende des Lagers größer als in der ersten Anordnung sein kann, wodurch ein leichterer Aufbau und eine geringere Gefahr der statischen Überbestimmung bereitgestellt werden, während immer noch der gleiche Grad an Verformung der Welle kompensiert wird. Alternativ könnte ein Lager, das den gleichen Grad an Spiel, aber eine geringere Verformung der Welle wie die erste Anordnung aufweist, verwendet werden oder ein Kompromiss zwischen den zwei Situationen. Diese zweite Anordnung nutzt jedoch den Platz nicht wirkungsvoll, da ein Lager in dem Raum hinter dem distalen Ende des Zahnradgetriebes bereitgestellt werden muss.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Rotationsübertragungsanordnung bereitgestellt, die umfasst:
eine Welle, die an einem ersten Ende davon abgestützt wird;
ein erstes Rotationsübertragungselement an der Welle; und
ein zweites Rotationsübertragungselement, das in das erste Rotationsübertragungselement eingreift; wobei das erste Rotationsübertragungselement ein distales Ende aufweist, das distal von dem ersten Ende der Welle ist, und die Anordnung ferner ein Abstützelement umfasst, das eine Hülse umfasst, die das erste Rotationsübertragungselement zumindest teilweise umgibt und mit einer Öffnung bereitgestellt ist, durch die das erste Rotationsübertragungselement mit dem zweiten Rotationsübertragungselement in Kontakt tritt, wobei die Hülse das distale Ende des ersten Rotationsübertragungselements abstützt.
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Dadurch dass die Hülse das distale Ende des ersten Rotationsübertragungselements abstützt, kann beim gleichen Grad der Verformung der Welle mehr Spiel im Abstützelement zulässig sein, als dies der Fall wäre, wenn dies an der proximalen Seite des ersten Rotationsübertragungselements angeordnet wäre. Da eine Hülse, die das erste Rotationsübertragungselement umgibt, zum Abstützen des ersten Rotationsübertragungselements verwendet wird, wird weniger Platz auf der distalen Seite des ersten Rotationsübertragungselements benötigt.
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In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung ferner ein Drehmomentanwendungselement, das mit dem ersten Ende der Welle gekoppelt ist. Die Welle kann von dem Drehmomentanwendungselement gegen eine Radialbewegung gespannt sein. Das Drehmomentanwendungselement ist typischerweise ein Motor, könnte aber auch eine Bremse sein.
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Typischerweise umfassen das erste und das zweite Rotationsübertragungselement jeweils ein Getriebe; daher kann das erste Rotationsübertragungselement ein Zahnradgetriebe umfassen und das zweite Rotationsübertragungselement kann ein Zahnrad umfassen, das mit dem Zahnradgetriebe in Eingriff gelangt, typischerweise durch die Öffnung. Alternativ können das erste und das zweite Rotationsübertragungselement Riemenscheiben sein, die über einen Riemen durch die Öffnung miteinander in Kontakt treten.
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Die Hülse kann das distale Ende des ersten Rotationsübertragungselements durch ein Lager abstützen. Das Lager kann ein Reibungslager umfassen, das eine Oberfläche umfasst, auf der das erste Rotationsübertragungselement reibt. Das Lager kann sich nur um den Umfang eines Teils des distalen Endes des ersten Rotationsübertragungselements erstrecken; der Bereich, über den sich das Lager nicht erstreckt, ist typischerweise mit der Öffnung ausgerichtet. Auf das Lager kann daher innerhalb des Bereichs benachbart zu der Öffnung verzichtet werden, da die Kraft von dem zweiten Rotationsübertragungselement auf das Ritzel weitestgehend nach außen weg von dem zweiten Rotationsübertragungselement ausgeübt werden wird (zumindest in dem Fall, wenn die Rotationsübertragungselemente Getriebe umfassen), sodass nur eine geringe Stütze auf der Seite des ersten Rotationsübertragungselements benachbart zu dem zweiten Rotationsübertragungselement und somit zu der Öffnung benötigt wird. Wenn die Rotationsübertragungselemente Riemenscheiben umfassen, werden die Kräfte zwischen den Rotationsübertragungselementen umgekehrt, sodass die Öffnung auf der Seite der Hülse gegenüber dem zweiten Rotationsübertragungselement bereitgestellt werden kann.
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Alternativ kann das Lager ein Kugel- oder Rollenlager umfassen.
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Die Anordnung kann mit einem Gehäuse bereitgestellt werden, das die Welle und das zweite Rotationsübertragungselement relativ zueinander und typischerweise auch das Drehmomentanwendungselement abstützt. Das Abstützelement kann an dem Gehäuse oder dem Drehmomentanwendungselement befestigt sein.
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Das erste Rotationsüberbertragungselement kann auf die Welle gepresst oder anders darauf befestigt sein; es kann auch als Teil der Welle ausgebildet sein.
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Die Öffnung kann sich nur um einen Abschnitt des ersten Rotationsübertragungselements umfangsmäßig erstrecken; typischerweise beträgt der offene Öffnungswinkel etwa 90 bis 180 Grad. Die Öffnung kann typischerweise eine Dicke entlang einer Achse der Welle aufweisen, die mindestens so dick wie das zweite Rotationsübertragungselement ist.
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Die Hülse wird im Allgemeinen eine zylindrische Form aufweisen.
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Typischerweise ist der Motor ein Elektromotor. Die Anordnung ist vorzugsweise für ein tragbares Elektrowerkzeug, wie eine Heckenschere vorgesehen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Abstützelement für ein erstes Rotationsübertragungselement, umfassend eine zylindrische Hülse mit einer Innenbohrung mit einer Öffnung darin bereitgestellt, um den Zugang von einem zweiten Rotationsübertragungselement zu einem ersten Rotationsübertragungselement zuzulassen, wobei die Innenbohrung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das zweite Ende ein Lager für ein Ende des ersten Rotationsübertragungselements aufweist.
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Typischerweise weist das erste Ende einen größeren Durchmesser als das zweite Ende auf. Die Stütze kann jedes der optionalen Merkmale aufweisen, die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung genannt wurden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Elektrowerkzeug bereitgestellt, umfassend ein Gehäuse und eine Rotationsübertragungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung in dem Gehäuse mit einem Motor als Drehmomentanwendungselement. Typischerweise ist das Abstützelement relativ zu dem Motor oder dem Gehäuse befestigt, typischerweise an einer Stelle, die näher von dem Elektromotor als das distale Ende des ersten Rotationsübertragungselements ist.
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Ein solches Werkzeug ermöglicht, dass der Raum am distalen Ende des ersten Rotationsübertragungselements wirkungsvoller genutzt wird und ermöglicht gleichzeitig, dass das distale Ende des ersten Rotationsübertragungselements abgestützt wird.
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Typischerweise ist das Werkzeug eine Heckenschere, Bohrmaschine, Akkuschrauber, Kettensäge, Trimmer, Grasschere, Gebläse, Rasenmäher oder Wasserpumpe.
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Nachstehend folgt eine rein beispielhafte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
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1 einen Seitenaufriss einer Motoranordnung für die Verwendung bei einer Heckenschere gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Abstützelements, das in der Motoranordnung aus 1 verwendet wird;
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3 einen Querschnitt durch die Motoranordnung aus 1;
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4 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht der Motoranordnung aus 1 in einer Heckenschere;
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5 einen Teilquerschnitt durch eine Motoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine perspektivische Ansicht der Motoranordnung aus 5;
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7 einen Querschnitt durch eine Motoranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
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8 eine perspektivische Ansicht der Motoranordnung aus 7.
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Eine Rotationsübertragungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist in 1 bis 5 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt. Die Anordnung umfasst einen Motor 1 mit einer Ausgangswelle 2. Auf die Ausgangswelle 2 ist ein erstes Rotationsübertragungselement in Form eines Zahngetriebes 3 gepresst. Das Zahnradgetriebe 3 greift in ein zweites Rotationsübertragungselement in Form eines Zahnrads 4 ein, das drehbar an einer Antriebswelle 5 befestigt ist, die parallel zu der Ausgangswelle 2 ist. Da das Zahnrad 4 einen größeren Durchmesser als das Zahnradgetriebe 3 aufweist, dreht sich die Antriebswelle 5 bei einer geringeren Drehzahl als die Ausgangswelle 2 des Motors; diese Drehzahl kann für jede gewünschte Verwendung eingestellt werden.
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Wie oben beschrieben, wird das Zahnradgetriebe 3 auf die Ausgangswelle 2 des Motors 1 gepresst. Dies definiert ein distales Ende 11 des Zahnradgetriebes, wobei dies das Ende ist, das am weitesten von dem Motor entfernt ist. Das Zahnradgetriebe 3 wird mit einem zylindrischen Zapfen 12 an seinem distalen Ende 11 bereitgestellt.
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Zum Stützen des Zahnradgetriebes 3 wird ein Abstützelement 6 bereitgestellt. Dieses umfasst eine zylindrische Hülse 7, die eine Innenbohrung 8 aufweist, in welche das Zahnradgetriebe 3 passt. Die Hülse 7 weist eine Öffnung 9 auf, die darin ausgebildet ist, damit das Zahnrad 4 in das Zahnradgetriebe 3 eingreift, wenn das Zahnradgetriebe 3 in der Bohrung 8 aufgenommen ist.
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Die Hülse 7 endet in einem Abschnitt mit reduziertem Innendurchmesser 10. Der Durchmesser reduziert sich, um dem des Zapfens 12 zu entsprechen. Der Zapfen 12 wird in diesem Abschnitt 10 abgestützt und kann gegen die Lageroberfläche 13 reiben, die ein Reibungslager bildet. Die Anordnung des Zapfens 12 in dem Abschnitt 10 stellt daher eine Stütze für das Zahnradgetriebe 3 gegen Radial- und Tangentialkräfte bereit, die von dem Zahnrad 4 ausgeübt werden.
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Des Weiteren ist, da die Abstützung für das Zahnradgetriebe 3 am distalen Ende 11 des Zahnradgetriebes 3 ist, das Abstützelement in der Nähe des Zahnrads 4 angeordnet, aber so weit wie möglich von dem Motor 1 entfernt. Dies bedeutet, dass zum Bereitstellen einer vorgegebenen eingeschränkten Biegungsverformung der Ausgangswelle 2 ein größeres Spiel an der Stütze des Zahnradgetriebes 3 am Abschnitt 10 der Stütze 6 ermöglicht wird, als in dem Fall, bei dem das Lager auf der Motorseite der Kraftübertragungsstelle angeordnet wäre.
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Das Abstützelement 6 weist auch einen Bund 14 auf, der breiter als die Hülse 7 ist. Wie in 4 der beigefügten Zeichnungen dargestellt, passt dieser Bund auch auf das Zahngetriebe 3, ist aber in einem Gehäuse 15 der Vorrichtung aufgenommen, in dem die Motoranordnung verwendet wird; hier ist die Vorrichtung eine Heckenschere. Der Bund 14 ist ein Presssitz innerhalb einer entsprechenden Aussparung 16 in dem Gehäuse 15, obwohl der Bund 14 genauso gut eingeschraubt, verbolzt oder anders an dem Gehäuse 15 auf geeignete Weise befestigt sein kann. Da das Gehäuse 15 auch den Motor und das Zahnrad abstützt, stützen sich alle der Komponenten gegenseitig.
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Es sei auch darauf hingewiesen, dass, nicht nur, weil der Bund 14 von der Aussparung 16 näher an dem Motor als das distale Ende 11 des Zahnradgetriebes 3 gestützt wird, kein Bedarf am Bereitstellen einer weiteren Stütze für das Zahnradgetriebe 3 weiter von dem Motor entfernt als das distale Ende 11 des Zahnradgetriebes 3 besteht. Dies bedeutet, dass der Bereich 17 unter dem Zahnradgetriebe 3 zu anderen Zwecken verwendet werden kann; in diesem Beispiel einer Heckenschere kann der Raum zum Unterbringen der sich hin und her bewegenden Getriebe 18 verwendet werden, welche die Rotationsbewegung der Antriebswelle 5 zu einer linearen Hin- und Herbewegung der Heckenscherenschneiden 19 umwandeln.
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Eine Motoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist in 5 und 6 der beigefügten Zeichnungen dargestellt. In dieser Ausführungsform wurden ganzen Zahlen, die äquivalent zu denen der ersten Ausführungsform sind, entsprechende Bezugsnummern nach Addition von 50 gegeben.
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In dieser Ausführungsform wird anstelle der Getriebe zum Übertragen der Rotationsbewegung der Ausgangswelle des Motors 51 ein System aus Riemen und Riemenscheiben verwendet. Das erste Rotationsübertragungselement 53, das an der Ausgangswelle 52 angebracht ist, umfasst eine erste Riemenscheibe 53a, wobei das zweite Rotationsübertragungselement 54 eine zweite Riemenscheibe 54a umfasst. Ein Riemen 70 verbindet die erste mit der zweiten Riemenscheibe 53, 54, sodass die Rotationsbewegung der ersten Riemenscheibe 53a den Riemen 70 zum Antreiben der zweiten Riemenscheibe 54a antreibt.
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Zum Bereitstellen der ersten Stütze für das erste Rotationsübertragungselement wird eine Hülse 57 über dem ersten Rotationsübertragungselement 53 bereitgestellt, das am Gehäuse 65 angebracht ist. Wie in der vorherigen Ausführungsform weist die Hülse eine Öffnung 59 auf, durch die der Riemen 70 in die erste Riemenscheibe eingreift. Die Hülse 59 weist auch eine Aussparung 60 auf, die einen Standort für einen Zapfen 62, der in dem Ende des ersten Rotationsübertragungselements 53 distal von dem Motor 51 ausgebildet ist, bereitstellt. Wenn sich das erste Rotationsübertragungselement dreht, kann der Zapfen gegen die Lageroberfläche 63 reiben, die ein Reibungslager bildet. Die Anordnung des Zapfens 72 in der Aussparung 60 stellt daher eine Stütze für das erste Rotationsübertragungselement 53 gegen Radial- und Tangentialkräfte bereit, die von dem Riemen 70 an einer Stelle ausgeübt werden, die so weit wie möglich vom Motor 51 entfernt ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Öffnung 59 sich auf der gegenüberliegenden Seite des ersten Rotationsübertragungselements 53 in Bezug auf das zweite Rotationsübertragungselement 54 befindet. Dies liegt daran, dass der Riemen 70 in die erste Riemenscheibe 53a eingreift. In einer alternativen dritten Ausführungsform, gezeigt in den 7 und 8 der beigefügten Zeichnungen (in denen die Bezugsnummern um 30 in Bezug auf die zweite Ausführungsform erhöht wurden), ist es der Öffnung 89 möglich, auf der Seite des ersten Rotationsübertragungselements 53 angeordnet zu sein, das zum zweiten Rotationsübertragungselement 54 weist, wobei der Riemen 100 aber immer noch mit der ersten Riemenscheibe auf der entfernten Seite davon in Kontakt steht.
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Sowohl in der ersten als auch der zweiten Ausführungsform neigen die Radialkräfte, die auf das erste und das zweite Rotationsübertragungselement 53, 54; 83, 84 wirken, dazu, die Rotationsübertragungselemente 53, 54; 83, 84 miteinander (wie Riemen 70; 100, die in Spannung sind) vorzuspannen, wobei in der ersten Ausführungsform die auf das erste und das zweite Rotationsübertragungselement 3, 4 ausgeübten Radialkräfte dazu neigen, diese Elemente voneinander weg vorzuspannen.
