DE1902015A1

DE1902015A1 - Motorisch angetriebenes Handwerkszeug

Info

Publication number: DE1902015A1
Application number: DE19691902015
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Reinhard 7257 Ditzingen; Schmidt Digl.-Ing. Laszlo 7000 Suttfart-Vaihingen; Vöhringer Herbert 000 Stuttgart-Heumaden Koch
Original assignee: C. & E. Pein, 7000 Stuttgart
Priority date: 1969-01-16
Filing date: 1969-01-16
Publication date: 1970-08-06

Description

Motorisch angetriebenes Handwerkzeug.

Die Erfindung bezieht sich auf ein motorisch angetriebenes Handwerkzeug mit einem ein- oder angebauten Hydromotor, mit einem, von diesem getrennt angeordneten, mit Elektro- oder Verbrennungsmotor angetriebenen, trag- oder fahrbaren Hydroaggregat und auf die Drehzahl- und/oder Drehmomentregulierung dieses Handwerkzeuges.

Bei maschinellen Handwerkzeugen ist es im Interesse der Wirtschaftlichkeit und der vielseitigen Einsetzbarkeit erforderlich, dass sie eine hohe spezifische Leistung (Leistungsabgabe/Maschinengewicht in Watt/kg oder PS/kg ausgedrückt) aufweisen. Ferner ist es erwünscht, dass ihre Drehzahl und oder ihr Drehmoment der jeweiligen Arbeitsaufgabe entsprechen. Auch soll die Drehzahl und/oder das Drehmoment in weitem Bereich möglichst ohne Leistungsverminderung des Handwerkzeuges regulierbar sein. In anderen Fällen ist wiederum eine Leistungsregelung erforderlich.

Die Motorleistung ist allgemein ein Produkt aus dem Drehmoment und der Drehzahl. Das Drehmoment von Elektro- und Druckluftmotoren, die für Handwerkzeuge in Frage kommen, kann nicht beliebig erhöht werden. Die Faktoren, von denen das Motordrehmoment abhängig ist, d.h. Gewicht,Abmessungen und Stromstärke bzw* Betriebsdruck der Druckluftanlagen, sind stark begrenzt, so dass das maximale Drehmoment bei diesen Motoren im allgemeinen unter 0,5 mkp liegt. Um eine annehmbare Leistung zu erreichen, muß also die Motordrehzahl gesteigert werden. Bekannt sind die hohen Drehzahlen (bis 30.000 U/min) der modernen Allstrom- und Hochfrequenz-Elektrowerkzeuge sowie Druckluftwerk/^zeuge. Eine beliebige Erhöhung der Drehzahl ist aber auch nicht möglich. Einmal bringt die erhöhte Drehzahl eine erhöhte Belastung der Motorlager mit sich, zum anderen verlangen die von Werkstück und Werkzeug

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bestimmten Schleif- und Schnittgeschwindigkeiten die Einhaltung gewisser Drehzahlen an der Arbeitswelle. Letzteres erfordert eine um so größere Untersetzung je größer die Motordrehzahlen sind, was eine Erhöhung des Getriebegewichtes und damit ein schwereres Handwerkzeug bedeutet. Mechanische Getriebe erfordern eine sorgfältige Schmierung. Ein großer Teil der Fehlerquellen bei Handwerkzeugen liegt an deren wartungsbedürftigem mechanischem Getriebe. Zu wenig oder zu steifes Schmierfett verursecht den Trockenlauf und den. überhöhten Verschleiß der Getrieberäder. Auch eine Fettüberfüllung des Getriebes kann schädliche Auswirkungen haben. Sie führt zur übermäßigen Erwärmung des Getriebes und dadurch zu erhöhtem Fettverbrauch. Kegelradgetriebe können außerdem sehr schwierig eingestellt werden. Trotz guter Schmierung wird ihre Lebensdauer schon durch kleine Abweichungen in der Einstellung erheblich beeinträchtigt.

Es sind elektromotorisch oder pneumatisch angetriebene Handwerkzeuge bekannt, bei denen die Drehzahl- und/oder Drehmomentregulierung stufenlos oder in Stufen durch Feldanzapfung und/oder durch Anordnung eingebauter oder vorgeschalteter elektronischer Schaltelemente und/oder durch mechanische Stufenschaltung bzw. durch Druckluft-Drosselventil erfolgt. Eine wirtschaftliche Ausnutzung der Maschinenleistung ist nur bei Verwendung mechanischer Schaltgetriebe möglich, wobei das Drehmoment im Verhältnis der Drehzahluntersetzung erhöht wird und das Handwerkzeug bis zur Nennlast belastbar bleibt. Die anderen Regelungsarten sind unbedingt mit einer Leistungsverminderung des Hand- ι Werkzeuges verbunden. Um in den unteren Regelbereichen eine höhere Leistung zu bekommen, muß die Nennleistung des Antriebsmotors entsprechend höher gewählt und die ausreichende Y/ärmeabfuhr von Elektromotoren auch bei den niederen Drehzahlen gesichert werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein motorisch an-, getriebenes Handwerkzeug mit hoher spezifischer Leistung zu schaffen, dessen Drehzahl- und/oder Drelimomentregulierung ohne die llachteile bekannter Ilaiidwerkzeugregulierungen, d.h. ohne nenneswerte Gewichtserhöhung und Leistungsverminderung des Handwerkzeuges möglich ist. Außerdem sollen die in ihrer Schmierung anspruchsvollen mechanischen Getriebe, insbesondere die schwierig einstellbaren Kegelrad-Getriebe vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Handwerkzeug-durch ein Ilydroferngetriebe angetrieben wird und die Energie des Hydroaggregates über flexible Leitungen und über ein Stroraregel- und/oder Wegeventil dem Hydromotor zugeführt wird und dass die Leistung und/oder die Drehzahl und/oder das Dreiimoment des Hydromotors bzw. des Handwerkzeuges mit einem verstellbaren Druckbegrenzungsventil begrenzt unü/oder mit dem Stroraregelventil stufenlos oaer in Stufen verstellt wird, wobei das eigentliche auswechselbare Arbeitswerkzeug mit beks.nnten Mitteln auf der Abtriebswelle eines dem Hydromotor nachgeschalteten ansich bekannten mechanischen Getriebes oder zur Einsparung von mechanischen Getrieben, iiisbesondere Kegelradgetrieben, auf der Abtriebswelle des Hydromotors befestigt ist.

Um das Gewicht des Handwerkzeugeε möglichst gering zu halten, werden im Handwerkzeug nur die zur Regulierung des Hydromotors bcw. des HandwerkzeugeG unbedingt·erforderlichen hydraulischen und/oder elektrischen Steuerelemente untergebracht. Der Hydromotor ist gegebenenfalls doppeltwirkend und die Umkehrschaltung erfolgt durch ein mechanisch, elektrisch und/ oder Ivydraulisch betätigtes Wegeventil.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und der Aufbau sowie die Wirkungsweise werden im folgenden ru^:.her beschrieben.

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Es zeigen:

Figur 1 eine Bohrmaschine mit Hydromotor, Bohrfutter direkt auf der Hydromotorwelle befestigt;

Figur 2 eine Schleifmaschine mit Hydromotor und mechanischem Getriebe;

Figur 3 einen Schlagschrauber mit Hydromotor und Schlagwerk ;

Figur 4 das Prinzipschaltbild eines Handwerkzeugantriebes mit Hydroferngetriebe,. Hydromotor für eine Strömungsrichtung j

Figur 5

Figur 6

vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Handwerkzeugantriebes mit umkehrbarem Hydromotor;

vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Hydroferngetriebes für das gleichzeitige unabhängige Betreiben zweier oder mehrerer Handwerkzeuge mit einem Hydroaggregat.

Figur 1 zeigt eine Handbohrmaschine. Die Energieübertragung vom Hydroaggregat zum Handwerkzeug erfolgt über die flexiblen Hydraulikleitunßsi1). Die hydrostatische Energie wird im Hydromotor (2) in mechanische Energie umgewandelt. Im Handgriff teil (3) befinden sich uas Wegeventil (4) zum Ein- und Ausschalten der Maschine sov/ie das Stromregelventil (5) zur stufenloaen Drehzahlverstellung des Bohrers. Der Betätigungstaster bzw. der Stellknopf der Ventile liegen im Bedienungsbereich einer Hand. Der Hydromotor (2) ist so ausgelegt, dass das Bohrfutter (6) mit dem Spiralbohrer (7) direkt auf seiner Abtriebswelle (8) befestigt werden kann. Die werkstoffgerechte Drehzahl läßt sich mit dem Stromregelventil (5) im voraus genau einstellen. Dies schont die Spiralbohrer und verlängert ihre Lebensdauer. Die stufenlose Drehzahlverstellung ermöglicht '

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außerdem Bohrarbeiten ohne Ankörnen, ohne daß der Bohrer dabei verläuft.

Das Drehmoment des Hydromotors (2) ist vom Betriebsdruck abhängig. Die Belastungserhöhung der Bohrmaschine, z.B. mit größerem Bohrerdurchmesser, wirkt sich als Steigerung des Betriebsdruckes aus. Dadurch stellt sich das Drehmoment bzw. die mechanische Leistungsabgabe automatisch ein. Das Stromregelventil (5) hält den eingestellten Durchflußstrom konstant, unabhängig vom Zulaufstrom.und Betriebsdruck, Die so voreingestellte Drehzahl, die selbst nur vom Durchflußstrom und nicht vom Betriebsdruck abhängt, bleibt also bei den verschiedenen Belastungen praktisch konstant. -Dieses Verhalten ergibt für die Bohrmaschine eine besonders günstige Hegelcharakteristik, die bei Elektro- oder Druckluft-Handbohrern mit mechanischem Mehrstufen-Getriebe nur annähernd erreichbar ist.

Damit das Drehmoment der Bohrmaschine nicht übermäßig hoch steigen und das Werkzeug nicht aus der Hand gerissen werden kann, wird der Betriebsdruck und dadurch die mechanisch abgegebene Leistung bzw. das Drehmoment der Maschine mit einem Druckbegrenzungsventil (siehe Figuren 4 bis 6, Pos. 371 49 und 66) begrenzt. Zum Auffangen von Reaktionsmomenten größerer Spiralbohrer dient der seitliehe Handgriff (9).

Figur 2 stellt eine Schleifmaschine dar. Die Einspeisung des Hydromotors (10) erfolgt über die flexiblenHydraulikleitungen (11) und über das im Handgriff (12) angeordnete Wegeventil.; Das Wegeventil wird mit dem Jiebel (13) betätigt. Das einfache Zahnradgetriebe (Η) übersetzt die verhältnismäßig niedere Drehzahl des Hydromotors in schleifscheibengerechte höhere Drehzahlen. Auf der Abtriebswelle (15) des Getriebes (Η) ist die Schleifscheibe (16) mit dem Innen- (17) und Außenflansch (18) befestigt'. Die vorschriftsmäßige Schutzhaube (19) ist am Getriebekopf festgespannt. Zur besseren Handhabung des Handwerkzeuges ist der seitliche Handgriff (20) am Getriebegehäuse angeordnet.

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Bei Schleifmaschinen ist es eine sehr wichtige Forderung, dass die Drehzahl der Schleifspindel eine bestimmte Dreh-, zahl, die der für die verwendete Schleifscheibe maximal zugelassenen Umfangsgeschwindigkeit entspricht, im Leerlauf nicht überschreitet. Andererseits soll die Maschine auch bei wechselnder Last stets annähernd die zugelassene Drehzahl einhalten, um optimale Schnittleistung bei geringem Andruck, gute Schleifqualität und geringen Scheibenverschleiß zu erreichen. Die Drehzahlcharakteristik der mit Hydromotor angetriebenen und mit konstantein Durchflusstrom eingespeisten Schleifmaschine erfüllt weitgehend diese Anforderungen. Der zur optimalen Sohleifspindeldrehzahl gehörende konstante Durchflußstrom v/ird entweder durch Verwendung entsprechend dimensionierter Konstant-Hydropumpe gesichert oder mit einem Stromregelventil eingestellt. Das Stromregelventil wird in diesem Fall vorteilhaftereise in das Hydroaggregat oder in die Verbindungsleitung eingebaut. Durch die gedrungene Bau- ' weise des Hydromotors kann auf ein, bei Winkel8chleifern sonst unentbehrliches, Kegelradgetriebe verzichtet werden.

In Figur 3 v/ird ein Dreh-Schlagschrauber für Zweihandbedienung dargestellt. Der Hydromotor (21) wird über Wegeventil (22), Stromregelventil(23) und über die flexiblen Hydraulikleitungen (24) an das Hydroaggregat angeschlossen. Die Betätigungshebel (25) und (26) der Ventile (22) und (23) liegen im Bereich der Handgriffe (27) und (28). Das Schlagwerk (29) ist ohne mechanisches Getriebe auf der Jlbtriebswelle des Hydromotors (21) befestigt. Der Steckschlüssel-Einsatz (30) wird auf den Vierkantantrieb des Werkzeugträgers (31) aufgesteckt. Die auf die Schrauben übertragene Schlagenergie kann mit dem Stromregelventil (23) auch während' des Betriebes leicht reguliert werden. Dies ist z.B. beim Lösen sehr festsitzender Schrauben wichtig, wo man durch Erhöhung der Schlagleistung eine zu lange Schlagzeit vermeiden kann, die sonst zur Übertragung der zum lösen erforderlichen Schlagarbeit notwendig wäre. · . „

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Die Figuren 4 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für die hydraulische Schaltung von mit Hydromotor angetriebenen Handwerkzeugen.

In Figur 4 besteht das Hydroaggregat (32) aus dem Verbrennungsmotor (33), der Hydropumpe (34), dem Behälter (35), dem Filter (36) und aus dem verstellbaren Druckbegrenzungsventil (37). Das Handwerkzeug (38) enthält den Hydromotor (39) mit einer Strömungsrichtung, des 4/2-Wegeventil (40) mit Umlauf-Nullstellung und das verstellbare Stromregelventil (41). Die beiden Einheiten (32) und (38) sind mit der flexiblen Speise- (42), Rücklauf- (43) und Leckleitung (44) miteinander verbunden. Die Leckleitung (44) kann gegebenenfalls auch wegfallen. Diese Hydrauiiksehaltung eignet sich besonders für Mehrgang-Bohrmaschinen, Stichsägen sowie Poliermaschinen und ohne Stromregelventil oder mit einem möglichst abschließbaren Stromregelventil für Schleifmaschinen.

Bei der in Figur 5 gezeigten Schaltung enthält das Hydroaggregat (45) die mit Elektromotor (46) angetriebene Hydropumpe (4D, den Filter (48), das Druckbegrenzungsventil· (49) und den Behälter (5O· Im-Handwerkzeug (51) sind der doppeltwirkende Hydromotor (52), das 4/3-Wegeventil (53) und das Stromregelventil (54) zusammengebaut. Das Handwerkzeug (51) ist über die flexiblen Leitungen (55) an dem Hydroaggregat (45) angeschlossen. Das Sin- und Abschalten des Handverkzeuges (51) kann auch durch fernbetätigtes Ein- und Abschalten der Hydropumpe (47) erfolgen. Dies geschieht entweder mit der Hilfe eines zwischen dem Elektromotor (46) und der Hydropumpe (47) geschalteten ferngesteuerten Kupplung oder durch das Ein- und Ausschalten des Elektromotors (46). Im zweiten Fall wird die Drehrichtungsumschaltung des Handwerkzeu^es (51) zweclaaäßigerweise durch Umpolen des Elektromotors (46) d.h. durch Umkehrung der Hydropumpe (47) durchgeführt. Diese Schaltung ist z.B. bei Gewindeschneidmaschinen, Schraubern und Schlagschraubern anwendbar.

Figur 6 stellt eine hydraulische Schaltung dar, bei der gleichzeitig mehrere Handwerkzeuge mit dem gemeinsamen Hydroaggregat

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betrieben werden können. Die Handwerkzeuge (56) bestehen aus je einem umkehrbaren Hydromotor (57)» einem 4/3-Wegeventil (58) mit Sperr-Nullstellung und aus einem Stromregelventil (59). Die Energieentnahme der einzelnen Handwerkzeuge (56) aus dem' Hydroaggregat (60) erfolgt jeweils über die flexiblen Anschlußleitungen (61). Das Hydroaggregat enthält den Elektromotor (62), die Hydropumpe (63)» den Filter (64), den Behälter (65) und das Druckbegrenzungsventil (66). Die Leistung der Hydropumpe (63) entspricht der gleichzeitigen Gesamt-Leistungsaufnahme der angeschlossenen Handwerkzeuge (56). Um durch stoßartige Belastungen entstehende Druckschwankungen auszugleichen und kurzzeitige Überlastungen der Hydropumpe (63) zu ermöglichen, ist in dem Itydroaggregat (60) außerdem der Hydrospeicher (67) mit dem Rückschlagventil (68) eingebaut. Wenn' für die einzelnen Handwerkzeuge (56) eine von einander unabhängige Drehmomentbegrenzung erforderlich ist, können separate Druckbegrenzungsventile in die Abgänge im Hydroaggregat (60) angeordnet werden.

Wenn die Regulierung" des Durchflußstromes in sehr weitem Bereich erfolgen soll, können bei gedrosseltem Durchflußstrom beträchtliche Energieverluste auftreten, die zur unzulässigen •Erwärmung der Regelventile und der Hydraulikflüssigkeit führen können. In diesem Pail ist es empfehlenswert, statt einer Konstant-Hydropumpe eine regelbare Hydropumpe zu verwenden. Die Regelung des Förderstromes erfolgt entweder manuell durch direkte mechanische Betätigung oder Fernsteuerung odereber bei den selbstregelnden Hydropumpen vollautomatisch, in Abhängigkeit des Druckes oder anderer Parameter/

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Handwerkzeuge sehr hohe spezifische Leistung, günstige Regelcharakteristiken und hohen Wirkungsgrad haben. Auch der Gesamtwirkungsgrad mit dem Hydroaggregat zusammen . ist günstig.

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Durch die geringeren Leitungsverluste sind längere Anschlußleitungen möglich als bei Druckluft. Es fallen die bei
Druckluft manchmal lästigen Luftaufbereitungs- und Schmierprobleme weg. Die Handwerkzeuge sind auch dort, sogar unter Wasser einsetzbar, wo Elektrowerkzeuge nur mit Durchführung besonderer Schutzmaßnahmen oder überhaupt nicht eingesetzt
werden können und Druckluftwerkzeuge wegen !Feuchtigkeitseinflüssen oft versagen.

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Claims

Patentansprüche

1. Motorisch angetriebenes Handwerkzeug mit einem ein- oder angebauten Hydromotor, einem, von diesem getrennt angeordneten, mit Elektro- oder Verbrennungsmotor angetriebenen, trag- oder fahrbaren Hydroaggregat und mit den Verbindungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie des Hydroaggregates über flexible Leitungen und über ein Stromregel- und/oder Wegeventil, dem Hydromotor zugeführt wird und dass die mechanische Leistung und/oder die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Hydromotors bzw. des Handwerkzeuges mit einem verstellbaren Druckbegrenzungsventil begrenzt und/oder mit dem Stromregelventil stufenlos oder in Stufen verstellt wird, wobei das eigentliche auswechselbare Arbeitswerkzeug mit bekannten Mitteln auf der Abtriebswelle eines dem Hydromotor naehgeschalteten, arisich bekannten mechanischen Getrfebes oder zur Einsparung von mechanischen Getrieben auf der Abtriebswelle des Hydromotors befestigt ist.

2. Handwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelventil zur Leistung-, Drehzahl- und/oder Drehmomentverstellung des Hydromotors im Handgriff oder im Gehäuse des Handwerkzeuges angeordnet, daran angebaut und im Bereich einer das Handwerkzeug führenden Hand liegt und/oder im Bedienungsbereich des Handwerkzeuges in die Hydraulikleitung geschaltet und mechanisch betätigbar ist.

3. Handwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelventil zur Leistungs-, Drehzahl- und/oder Drehmomentverstellung außerhalb des Bedienungsbereiches des Handwerkzeuges untergebracht ist und die Betätigung des Stromregelventils mechanisch und/oder mit, im Handgriff ode-r im Gehäuse des Handwerkzeuges angeordneten, daran angebauten

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und im Bereich einer, das Handwerkzeug führenden Hand ' und/oder im Bedienungsbereich des Handwerkzeuges angebrachten, elektrischen und/oder hydraulischen Steuerelementen ferngesteuert erfolgt.

4. Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil im Hydroaggregat oder in der Verbindungsleitung zwischen Hydroaggregat und Handwerkzeug angeordnet ist.

5. Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass das Wege- oder das Stromregelventil zum Ausschalten des Handwerkzeuges zumindest eine Sperroder Umlauf-Nullsteilung aufweist.

6. Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass die zur Fernsteuerung der Hydraulikventile dienenden elektrischen und/oder hydrayulIschen Steuerlemente zum Ausschalten des Handwerkzeuges zumindest eine zur Sperr- oder Umlauf-Nullstellung des Wegeoder des Stromregelventils zugehörige Schaltstellung besitzen.

7· Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor doppeltwirkend ausgebildet ist und die Umkehrschaltung durch ein mechanisch, elektrisch und/oder hydraulisch betätigtes Wegeventil erfolgt.

8. Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis I₁ dadurch gekennzeichnet, dass der gleichmäßige Lauf des Handwerkzeuges durch einen im Hyaroafe^ic^.t oder in der Verbindungsleitung zwischen Hydroaggregat und Handwerkzeug angeordneten Hydro speicher gewährleistet ist.

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9. Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Schaltung und/oder Steuerung des Handwerkzeuges das gleichzeitige unabhängige Betreiben zweier oder mehrerer Handwerkzeuge mit einem gemeinsamen, entsprechend dimensionierten Hydroaggregat erlaubt.

10. Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein- und Abschalten des Handwerkzeuges durch Ein- oder Abschalten der Hydropumpe erfolgt.

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