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Motorisch angetriebene Handfräse Die Erfindung betrifft eine motorisch
angetriebene Handfräse zum Fräsen von Mauernuten mit einer über ein Getriebe vom
Antriebsmotor angetriebenen Arbeitsspindel und Schlagwerkzeugen in Gestalt eines
vom Gehäuse des Gerätes umgebenen Drehschlagwerkes, das aus einer von einer Kugel
in einer schräg liegenden Steuernut eines umlaufehden Teiles angetriebenen Schwungmasse
besteht, die axial auf der Arbeitsspindel unter dem Einfluß einer Schraubenfeder
beweglich ist und mit Klauen auf Gegenklauen schlägt. Bei bekannten Fräsgeräten
werden Nuten durch gleichförmig umlaufende Hartmetallfräser erzeugt. Dazu ist in
Abhängigkeit vom zu bearbeitenden Werkstoff ein erheblicher Anpreßdruck notwendig,
den der Bedienungsmann aufbringen muß und der ihn rasch ermüdet. Den Fräswerkzeugen
während des Umlaufes erteilte Axialschläge ergeben keine wesentliche Beschleunigung
des Arbeitsvorganges und verbreitern die Fräsnut. Zum Einarbeiten von Nuten in Mauern
sind Vorrichtungen bekanntgeworden mit einer durch eine Kraftquelle angetriebenen
umlaufenden Scheibe, die an ihrem Umfang mit frei drehbaren und in radialer Richtung
um ein gewisses Maß frei verschiebbaren Schlagwerkzeugen versehen ist. Diese Schlagwerkzeuge
speichern während ihres Umlaufes eine gewisse Schlagenergie auf, die sie beim Eingriff
in das Mauerwerk wieder abgeben. Da die aufgespeicherte Schlagenergie einen gewissen
Betrag nicht überschreiten kann, eignen sich diese Vorrichtungen insbesondere für
Nutfräsungen in verhältnismäßig weichen Werkstoffen. Weiterhin ist ein Drehschlagwerkzeug
bekannt, bei dem mittels eines Drehschlagwerkes, welches aus einer von einer Kugel
in einer schräg liegenden Steuernut eines umlaufenden Teiles angetriebenen Schwungmasse
besteht, die axial auf der Arbeitsspindel unter dem Einfluß einer Schraubenfeder
beweglich ist und mit Klauen auf Gegenklauen schlägt, Drehschläge erzeugt werden
können. Bei diesem, insbesondere als Elektroschrauber geeigneten Gerät ist das am
Werkstück angreifende Teil von der Arbeitsspindel getrennt, so daß dieses als Amboß
verwendete Teil nur im mit der Schwunginasse gekuppelten Zustand umläuft und Drehschläge
erhält.
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Demgegenüber liegt numnehr der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Handfräse zu schaffen, bei der die Fräswerkzeuge über ein Drehschlagwerk Drehschläge
während der Drehbewegung erhalten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß zwei vom Antriebsmotor
angetriebene Zahnradpaare mit verschiedenen übersetzungen vorgesehen sind, wobei
das eine Zahnradpaar die Arbeitsspindel über die Schwungmasse und einen Gegenklauenflansch
antreibt, solange beide Teile gekuppelt sind, und nach der Entkupplung das andere
Zahnradpaar den Antrieb übernimmt. Mit dieser Handfräse, bei der der sich drehende
Fräser ein oder mehrmals je Fräserumdrehung mit der Energie eines Drehschlagkörpers
beaufschlagt wird, können Werkstoffe großer Härte und Festigkeit, wie z. B. Mauerwerk
aus Klinkerstein, Beton oder Gestein, bearbeitet werden. Die tangential gerichteten
Drehschläge verringern die Gefahr des Einhakens der Fräserzähne im Mauerwerk und
erlauben ein ruhiges und müheloses Arbeiten. Unter der Schlagwirkung der Fräse bröckeln
kleine Teilchen beim Eindringen in harten und spröden Werkstoff ab. Das Werkzeug
nützt sich verhältnismäßig langsam ab, da die Schleifwirkung des harten Materials
nur im geringen Maß zur Geltung kommt. Die Zähne des Fräsers kommen nicht außer
Eingriff, und die gute Drehschlagwirkung resultiert aus dem großen Trägheitsmoment
des Schlagkörpers bzw. dessen hoher Drehgeschwindigkeit, die durch die gespeicherte
Energie der Feder erteilt wird.
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Die Antriebswelle des Antriebsmotors kann rechtwinklig zur Arbeitsspindel
gerichtet sein und durch ein Kegelritzel ein auf einer zur Arbeitsspindel parallelen
Zwischenwelle zwischen den Zahnrädern der Zahnradpaare gelagertes Kegelrad antreiben.
Diese Bauart mit einem abgewinkelten Gehäuse ist sehr kompakt, macht die Werkzeuge
leicht zugänglich, und das Gerät läßt sich sowohl im Fräs- als auch im Bohrbetrieb
gut handhaben.
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Zweckmäßigerweise weist das nach der Entkupplung antreibende Zahnradpaar
höchstens das
gleich große Übersetzungsverhältnis auf wie das vor
der Entkupplung antreibende Zahnradpaar. Es verleiht also der Arbeitsspindel eine
niedrigere oder höchstens gleichhohe Drehzahl. Da beide Zahnradpaare gleichzeitig
vom Antriebsmotor angetrieben werden, müssen Kupplungen zwischen die antreibenden
Zahnräder und die Arbeitsspindel geschaltet sein, von denen mindestens eine drehmomentenabhängig
auskuppelt. Vorteilhafterwelise kann das Zahnrad des Zahnradpaares mit der größeren,
übersetzung lose auf der Arbeitsspindel sitzen und mit dieser durch eine überholktipplung
verbunden sein. Um Platz zu sparen, kann diese überholkupplung mindestens teilweise
im Zahnrad eingebautseln und in an sich bekannter Weise aus einem mit der Arbeitsspindel
fest verbundenen Mitnehmerring mit schrägliegenden Aussparungen zur Aufnahme druckfederbelasteter
Zylinderrollen bestehen. Die Bohrung des gleitend auf dem Mitnehmerring gelagerten
Zahnrades ist mit tangential gerichteten Nuten versehen. In diese greifen die Rollen
bei der Mitnahme ein.
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Die sich unter dem Einfluß der Drehmomentübertragung bzw. der Drehschlagfeder
axial hin- und herbewegende Schwungmasse ist mittels einer Kugel in einer Steuernut
geführt. Diese kann in einer verlängerten Nabe des Zahnrades des Zahnradpaares mit
der kleineren Übersetzung eingelassen sein.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das Drehschlagwerk
aus einer Schwungmasse mit stirnseitig angeordneten Schlagklauen bestehen, die antriebsseitig
federnd, z. B. durch Torsionsstäbe, abgestützt ist und am Umfang Nocken trägt, die
an einem federbelasteten, am Gehäuse angelenkten Hebel anschlagen, und dieser Hebel
kann mit einer Abhebkurve versehen sein, an der zu den Nocken an der Schwungmasse
in einem Winkel -versetzt am Umfang einer die Gegenklauen tragenden, mit der Arbeitsspindel
fest verbundenen Scheibe angeordnete Schaltnocken angreifen. Diese sehr einfache
Konstruktion mit nur einem Antriebsrad ist insbesondere für kleinere Leistungen,
wenn die auch auf den Antrieb übertragenen Drehschläge eine gewisse Grenze nicht
überschreiten, geeignet. Schließlich kann auch bei einer dritten Ausführungsform
auf der Arbeitsspindel eine mit Schlagzähnen versehene, Scheibe angeordnet und auf
einer weiteren, mit einer die Drehzahl der Arbeitsspindel -übertreffenden Drehzahl
angetriebenen Welle ein ge-
lenkiger Hammer vorgesehen sein, der den Schlagzähnen
Schläge erteilt.
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Die Zeichnung veranschaulicht drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Handfräse. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Handfräse,
. F i g. 2 einen Querschnitt durch eine in ein Zahnrad eingesetzte
überholkupplung, F i g. 3 einen Längsschnitt einer zweiten Ausfühzungsform
einer Handfräse in schematischer Darstellung, F i g. 4 eine Ansicht einer
Einzelheit gemäß Linie IV-IV in F i g. 3,
F i g. 5 eine teilweise Ansicht
gemäß Linie V-V in F i g. 3,
F i g. 6 eine Ansicht auf ein Drehschlagwerk
einer dritten Ausführungsform.
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Hierin bezeichnet 1 ein winklig ausgebildetes Gehäuse, in dem
eine Arbeitsspindel 2 und eine Zwischenwelle 3 gelagert sind. Letztere trägt
zwei Stirnräder 4 und 6, zwischen denen sich ein von einer am Ende als Kegehitzel
ausgebildeten Ankerwelle 8
eines nicht näher dargestellten Elektromotors angetriebenes
Kegelrad 9 befindet. Die zu den auf die Zwischenwelle 3 aufgekeilten
Stimräder 4 und 6
gehörenden Stirnräder 5 und 7 sitzen jeweils
lose auf der Arbeitsspindel 2, die in zwei sich im *Gehäuse 1 abstützenden
Kugellagern 10, 11 gelagert ist. Neben dem Kugellager 10 ist auf der
Spindel 2 ein NEtnehmerring 12 einer überholkupplung 13 befestigt. Das Stimrad
5 umgibt den Mtnehmerring 12 mit einem Gleitsitz. Am Umfang sind zwei schräge
Ausnehmungen 14 -zur Aufnahme jeweils einer Zylinderrolle 15 eingesetzt.
Diese werden durch Federn 16 in Bohrungen 17 stets nach außen gedrückt.
In die Bohrung 18 des Stirnrades 5 sind zwei einander gegenüberliegende,
tangential gerichtete Nuten 19 eingefräst. -
Die Übersetzung des Zahnradpaares
6, 7 ist um ein Mehrfaches kleiner als die Übersetzung des Zahnradpaares
4, 5.
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Zwischen den beiden Stirnrädern 5, 7 ist ein Distanzring 20
eingesetzt. Die Nabe 21 des Stirnrades 7 ist verlängert -und reicht in eine
Bohrung 22 einer Schwungmasse 23. In dieser Bohrung 22 ist eine Ausnehmung
24 zur Aufnahme einer Kugel 25
vorgesehen, die durch eine in die verlängerte
Nabe 21 eingesenkte Steuernut 26 geführt ist. Die lose auf der Nabe 21 gelagerte
Schwungmasse 23 muß also bei einer axialen Bewegung auf der Arbeitsspindel
2 eine der Krümmung der Steuernut 26 entsprechende Drelibewegung ausführen.
Die Schwungmasse 23 ist innen ausgedreht, so daß sie für eine Schraubenfeder
27 Platz bietet, die einerseits an der Stimfläche der Nabe 21 und andererseits
am Grund der Ausdrehung der Schwungmasse 23 anliegt. Auf der der Bohrung
22 gegenüberliegenden Seite trägt die Schwungmasse 23 Seblagklauen
28, die in Gegenklauen 29 auf einem fest auf der -Spindel 2
aufgekeilten Flansch 30 eingreifen. Auf einen Hals 31
des Gehäuses
1 sind Schutzbleche 32 aufgeschoben, die zwei durch Distanzringe
33 auseinandergehaltene Frässcheiben 34 abdecken.
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Das Gerät arbeitet nun wie folgt.- Das Kegelrad 9
und damit
die Zwischenwelle 3 werden über die Ankerwelle 8 von einem Elektromotor
angetrieben. Nfit der Zwischenwelle 3 drehen sich auch die beiden Stirnräder
4, 6 und ebenso die, Stirnräder 5, 7 auf der Arbeitsspindel 2. Das
ausgeübte Drehmoment wird vom Stirnrad 7 über die Nabe 21 und die am einen
Ende der Steuernut 26 anschlagende Kugel 25 auf die Schwungmasse
23 -übertragen, deren Klauen 28 schließlich die Klauen 29 des
Flansches 30 beaufschlagen, so daß das Drehmoment der Arbeitsspindel 2 und
damit den Frässcheiben 34 übermittelt wird, Da die Zahnradpaare 4, 5 und
6, 7 verschiedene übersetzungsverhältnisse haben und alle Zahnräder vom Elektromotor
angetrieben werden, muß jeweils bei einem Paar die formschlüssige Verbindung zur
Arbeitsspindel 2 unterbrochen sein. Deshalb ist die Überholkupplung 13 vorgesehen.
Ihre Wirkungsweise kann leicht an Hand der F i g. 2 erkannt werden. Dreht
die durch das Zahnradpaar 6, 7 angetriebene Arbeitsspindel 2 und mit ihr
der Mitnehmerring 12 schneller als das Zahnrad 5, so werden die Rollen
15 in die Ausnehmungen 14 entgegen der Wirkung
der Federn
16 gedrückt, und die Arbeitsspindel 2 kann ungehindert im Zahnrad
5 durchdrehen. Dreht aber die Arbeitsspindel 2 und der Mitnehmerring 12 langsamer
als das Zahnrad 5 oder stehen sie gar still, so nimmt das Zahnrad
5 die Arbeitsspindel 2 über die Zylinderrollen 15 und den Mitnehmerring
14 mit.
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Die Härte und die Festigkeit des durch die Fräser 34 zu bearbeitenden
Materials ist sehr unterschiedlich. Für ein sauberes, ruhiges Arbeiten muß deshalb
auch das übertragene Drehmoment variabel sein, das durch den Anpreßdruck, den der
Bedienungsmann auf das Gerät ausübt, veränderbar ist. Wächst der Widerstand des
Materials über ein bestimmtes Maß, das durch die Anpreßkraft der Schraubenfeder
27, die Neigung der Steuernut 26
und die Ausbildung der Klauen 28,
29 gegeben ist, so werden, wenn die Abtriebsdrehzahl des Elektromotors als
nahezu konstant angesehen wird, die Klauen 28 der Schwungmasse
23 aus den Klauen 29
des Flansches 30 hinausgedrückt. Das heißt,
die Schwungmasse 23 wird sich axial bewegen und dabei in der Steuernut
26 geführt sein. Sobald die beiden Klauen 28, 29 entkuppeln, wird
die Drehzahl der Arbeitsspindel 2 abfallen, bis sie mit der Dreh-
zahl des
Stirnrades 5 übereinstimmt. Jetzt wird die Arbeitsspindel 2 durch die überholkupplung
13 angetrieben, d. h., die Mindestdrehzahl wird bei einer geraden
Kennliniencharakteristik des Elektromotors bestimmt durch das Übersetzungsverhältnis
des Zahnradpares 4, 5. Das kleiner übersetzte Zahnradpaar 6, 7 verleiht,
solange es im Eingriff ist, der Arbeitsspindel 2 immer eine höhere Drehzahl.
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Bei der axialen Bewegung der Schwungmasse 23
nach links wird
die Feder 27 gespannt. Sobald die Entkupplung eintritt, wird die in der Feder
27 gespeicherte Energie wieder frei. Die Schwungtnasse 23
wird nach
rechts gedrückt und durch die Steuernut 26 in eine Drehbewegung versetzt.
Die Beschleunigung richtet sich nach der Federstärke, ist aber so groß, daß die
Drehgeschwindigkeit der Arbeitsspindel 2 überschritten wird. Deshalb schlagen die
Klauen 28 der Schwungmasse 23 kräftig auf die Klauen 29 des
Flansches 30, und dieser Schlag, also die Drehenergie der Schwungmasse, wird
übertragen auf die Fräser 34. Die Frequenz der Drehschläge ist abhängig vom übersetzungsverhältnis
des Zahnradpaares 6, 7 und dem Verhältnis der Übersetzungen der beiden Zahnradpaare
4, 5 und 6, 7, die so gewählt sein kann, daß auf eine Umdrehung der
Arbeitsspindel 2 mehrere Schläge erfolgen.
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Bei einer anderen, in den F i g. 3 bis 5 dargestellten
Ausführungsform wird die Arbeitsspindel 2 stets über das Zahnradpaar 6, 7
angetrieben. Am Zahnrad 7 sind stimseitig Torsionsstäbe 36 eingelassen,
die an der Stirnseite der auf der Arbeitsspindel 2 drehbar gelagerten und geführten
Schwungmasse 23
angreifen. Die Schwungmasse 23, durch die die Spindel
2 hindurchgeführt ist, trägt am Umfang z. B. vier Nocken 37 und an der den
Torsionsstäben abgewandten Stirnseite Schlagklauen 28, die auf die Gegenklauen
29 einer auf der Arbeitsspindel 2 festgekeilten Scheibe 38 schlagen.
Am äußeren Umfang dieser Scheibe 38 sind keilförmige Schaltnocken
39
angebracht, die an einer Abhebkurve 40 eines am Gehäuse 1 drehbar
befestigten und unter dem Einfluß einer Druckfeder 41 stehenden Hebels 42 angreifen
und durch das dadurch verursachte Schwenken eines Auslegers 43 des Hebels 42 den
anliegenden Nocken 37 der Schwungmasse 23 freigeben.
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Die Wirkungsweise dieserAnordnung ist folgende: Die Arbeitsspindel
2 wird vom Elektromotor angetrieben. Die fest aufgekeilte Scheibe 38 dreht
sich sofort mit, während die Schwungmasse 23 zunächst über ihre Nocken
37 durch den Ausleger 43 des Hebels 42 festgehalten ist. Nach der Drehung
der Scheibe um einen bestimmten, durch die Form der Schaltnocken 39 bedingten
Winkel hebt ein Schaltnocken 39 die Abhebkurve 40 und damit den Ausleger
43 gegen die Wirkung der Feder 41 an und gibt schließlich den Nocken37 frei. Die
Schwungmasse 23 erhält nun die in den Torsionsstäben 36
gespeicherte
Energie und beschleunigt sich so, daß sie die Scheibe 38 überholen will.
Ihre Schlagklauen 28 schlagen deshalb auf die Gegenklauen 29 der Scheibe38,
die diese Drehschläge über die Arbeitsspindel 2 auf die Fräser 34 weiter überträgt.
Die Frequenz, mit der die Drehschläge erfolgen, hängt ab von der Anzahl der Nocken
37 bz#v. 39. Vier Nocken erzeugen je Umlauf vier Schläge.
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In einfachster Weise werden bei einem dritten Ausführungsbeispiel
nach F i g. 6 dem Fräser 34 über die Arbeitsspindel 2 dadurch Drehschläge
erteilt, daß auf der Arbeitsspindel 2 eine Scheibe 44 mit Schlagzähnen 45 befestigt
ist, auf die ein auf einer zweiten Welle 46 angeordneter Hammer 47, der in einem
Drehgelenk 48 an einem Schlegel 49 gelagert ist, schlägt. Die Drehzahl der Welle
46 liegt dabei höher als die der in umgekehrter Richtung laufenden Arbeitsspindel
2. Die Differenz der Drehzahlen ist dabei maßgebend sowohl für die Anzahl der Schläge
auf die Fräser 34 je Umdrehung als auch für die zur Wirkung gelangende Schlagenergie.