DE19849071C2 - Handführbare Werkzeugmaschine, insbesondere Schrauber oder Bohrschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine handführbare Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine derartige Werkzeugmaschine ist in der US 5 490 439 als Schrauber beschrieben. In Richtung der vorn liegenden Werkzeugaufnahme gesehen ist das Getriebe vor dem Winkel­ getriebe und die Drehmoment-Einstelleinrichtung hinter dem Winkelgetriebe angeordnet. Das Winkelgetriebe liegt räumlich hinter seinem Antriebsmotor, wofür ein weiteres Getriebe erforderlich ist. Aus der Anordnung nach der US 5 490 439 resultiert daher eine vergleichsweise große Bau­ länge der Maschine.

In der DE 197 05 378 A1 ist eine Schraub-Bohrmaschine mit einem pistolenartigen Gehäuse beschrieben. Die Achse des Antriebsmotors der Werkzeugspindel liegt koaxial zu die­ ser und oberhalb des Handgriffs. Dementsprechend erübrigt sich ein Winkelgetriebe. Diese Bauart führt zu einer gros­ sen Baulänge. Der dort beschriebene Kupplungsmechanismus soll Stöße vermindern.

Bei einem Bohrhammer nach der DE 30 28 464 A1 ist der Motor vor dem Handgriff angeordnet, wobei die Motorachse etwa parallel zum Handgriff verläuft, was eine kurze Bau­ form ermöglicht. Da der Motor nicht im Handgriff, sondern in einem eigenen Gehäuseteil untergebracht ist, kann der Handgriff schlank gestaltet werden.

Bei der DE 30 28 464 A1 ist das Getriebe, über das der Motor die Werkzeugantriebsspindel und ein Schlagwerk antreibt, unter der Werkzeugspindel angeordnet. Dadurch vergrößert sich die Bauhöhe der Maschine und der Abstand des Handgriffs von der Werkzeugantriebsspindel. Außerdem ist bei der DE 30 28 464 A1 keine Einrichtung zur Einstellung des Drehmoments vorgesehen.

In der EP 0 408 985 A2 ist ein Elektrohandwerkzeug beschrieben, bei dem das Gehäuse pistolenartig aufgebaut ist und der Elektromotor im Pistolenhandgriff angeordnet ist. Mit der Motorwelle kämmt ein Kegelrad, das drehbar, jedoch axial unverschieblich auf dem rückwärtigen Teil der Werkzeugspindel gelagert ist. Der nach vorn ragende Gehäuseteil dient lediglich dazu, die Werkzeugspindel des Geräts zu lagern und ggfs. einige weitere Getriebeteile, auch zur Drehmomentbegrenzung aufzunehmen. Wie dies im einzelnen geschehen soll, ist nicht angegeben.

In der DE 40 38 502 C2 ist eine handgeführte Elektrowerkzeugmaschine mit einer Einrichtung zum Einstellen des Drehmoments beschrieben. Die Drehmomenteinstellung ist dynamisch in ein Planetengetriebe eingebunden. Die Drehmoment- Vorwahlkupplung der DE 40 38 502 C2 wirkt auf das letzte Hohlrad eines dreistufigen Planetengetriebes. An der Werkzeugspindel tritt damit im ersten und im zweiten Gang das gleiche Maximaldrehmoment auf, wenn die Drehmomentvorwahl unverändert bleibt. Der Umschaltvorgang vom ersten Gang auf den zweiten Gang hat keinen Einfluß auf das über die Werkzeugspindel übertragbare Drehmoment. Im ersten Gang, in dem aufgrund der höheren Getriebeuntersetzung ein höheres Drehmoment an der Spindel zu übertragen möglich wäre, ist bei der DE 40 38 502 C2 nur der Höchstwert einstellbar, der auch im zweiten Gang anliegt. Im zweiten Gang mit der niedrigeren Getriebeuntersetzung ist das kleinste an der Spindel übertragbare Drehmoment nicht kleiner als im ersten Gang, obwohl der Motor nur ein um den Übersetzungsfaktor kleineres Drehmoment liefert. Die mögliche Drehmomentspreizung ist also nur klein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Maschine der eingangs genannten Art bei kleiner Baulänge mit einer Drehmomentvorwahlkupplung auszustatten.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die sich innerhalb des Zahnrades erstreckende und zwischen diesem und der Werkzeugspindel liegende Hülse ist hinten mit dem Getriebe, insbesondere Planetengetriebe, gekoppelt und wirkt vorn mit der Einrichtung zur Drehmomenteinstellung zusammen. Dies führt zu einer kleinen Baulänge und einem kompakten Aufbau der Maschine.

Günstig dabei ist auch, daß die der Drehmomenteinstellung dienende Einrichtung an der Hülse angreift, also einem Teil, das mit der hohen Drehzahl des Zahnrads und nicht mit einem Teil, dessen Drehzahl durch das Getriebe untersetzt ist, zusammenarbeitet. Eine Feder der Drehmoment-Einstelleinrichtung kann damit klein, speziell kleiner als bei der DE 40 38 502 C2, ausgelegt werden. Es ist damit trotz kleiner Feder ein vergleichsweise hohes Drehmoment übertragbar.

Vorzugsweise ist das Getriebe ein umschaltbares Planetengetriebe. Durch die beschriebene Anbindung der Einrichtung zur Drehmomenteinstellung an die Hülse ist erreicht, daß das größte, im ersten Gang übertragbare Drehmoment um den Untersetzungsfaktor des Getriebes größer ist als im zweiten Gang und das kleinste im zweiten Gang übertragbare Drehmoment um den Untersetzungsfaktor kleiner ist als im ersten Gang. Es ist damit eine große Spreizung der mit der Einrichtung einstellbaren, auf das Werkzeug wirkenden Drehmomente erreicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge­ ben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen in zwei Gängen schaltbaren Bohrschrauber mit Drehmomenteinstellung,

Fig. 2 das Getriebe des Bohrschraubers, das ein 2-stufiges Planetengetriebe, ein Winkelgetriebe und eine Drehmomenteinstellung aufweist.

Ein elektrischer Bohrschrauber, der netzbetrieben oder von einem Akku gespeist sein kann, weist ein pistolenarti­ ges Gehäuse 1 mit einem Handgriff 2 auf, der hinten am Gehäuse 1 ausgebildet ist und an dem eine übliche Schal­ teranordnung 3 für das Ein- und Ausschalten und für die elektronische Drehzahleinstellung angeordnet ist. Der Handgriff 2 ist ergonomisch günstig schlank und gewölbt gestaltet. Vorne am Gehäuse 1 ist eine Werkzeugaufnahme 4 vorgesehen. Die Angaben "hinten" und "vorne" sind auf die Achse W der Werkzeugspindel 5 bezogen, wobei "hinten" näher beim Handgriff 2 und "vorne" näher bei der Werkzeug­ aufnahme 4 bedeutet.

Im Gehäuse 1 ist eine von hinten nach vorn zur Werkzeug­ aufnahme 4 durchgehende Werkzeugspindel 5 gelagert, deren Längsachse mit W bezeichnet ist und die von einem elektri­ schen Motor 6 antreibbar ist. Der Motor 6 ist nicht im pistolenartigen Gehäuse 1, sondern in einem eigenen Gehäu­ seteil 7 untergebracht. Das Gehäuseteil 7 überragt das Gehäuse 1 und liegt vor dem Handgriff 2, etwa parallel zu diesem. Zwischen dem Handgriff 2 und dem Gehäuseteil besteht ein Freiraum 8, der um Übergreifen des Handgriffs 2 groß genug ist.

Der Motor 6 ist im Gehäuseteil 7 so gelagert, daß seine Motorachse M etwa parallel zur Längsrichtung des Hand­ griffes 2 verläuft. Die Motorachse M und der Handgriff 2 stehen in einem von 90° abweichenden Winkel von etwa 60 bis 80°, beispielsweise 75, quer bzw. schräg zur Achse W der Werkzeugspindel 5. Dieser Winkel ist so gewählt, dass die Maschine am Handgriff 2 ergonomisch handhabbar ist.

Unten (vgl. Fig. 1), d. h. beabstandet von einem oberen Bereich, in dem der Handgriff 2 und das Gehäuseteil 7 in das Gehäuse 1 im übrigen übergeht, sind der Handgriff 2 und das Gehäuseteil 7 durch einen den Freiraum 8 nach unten begrenzenden Gehäuse-Quersteg 9 verbunden, der der mechanischen Stabilisierung und der Durchführung von elek­ trischen, zwischen dem Schalter 3 und dem Motor 6 ver­ laufenden Verbindungsleitungen dient. Ist die Maschine eine mit einem Akku betriebene Maschine, dann lässt sich am Quersteg 9 ein Akkupack lösbar befestigen. Die Maschine hat somit insgesamt eine Q-Bauform. Im Freiraum 8 liegt ein weiterer Schalter 3" für die Drehrichtungs­ umkehr des Motors 6.

Der Handgriff 2, speziell dessen hintere Zone 2", an der die Handfläche des Benutzers anliegt, reicht bis oder fast bis in die Höhe der Achse W der Werkzeugspindel 5, so dass mit der Hand ein Druck auf die Werkzeugspindel 5 und damit das Werkzeug praktisch hebelfrei ausgeübt wer­ den kann. Die Schwerpunkte der im Gehäuse 1 untergebrach­ ten, weiter unten näher beschriebenen Getriebeanordnung und des im Gehäuseteil 7 untergebrachten Motors, sowie ggfs. des Akkupacks, liegen jeweils nahe bei der Hand des Benutzers, was die Handhabbarkeit verbessert. Da die Motorachse M und die Achse W der Werkzeugspindel 5 schräg zueinander stehen, muß die Hand des Benutzers beim Betrieb der Maschine nur wenig Kipp- bzw. Drehmomente aufnehmen.

Der Motor 6 hat ein kegelförmiges Ritzel 10 an seiner Motorachse M, die an einem oberen Wälzlager 11 und einem unteren Wälzlager 12 gelagert ist. Das Ritzel 10 greift in eine Verzahnung 13 eines Zahnrades, insbesondere Kegel­ rades 14, ein. Die Verzahnung 13 ist nach vorn, also zur Werkzeugaufnahme 4 gerichtet bzw. offen, wobei das Ritzel 10 von vorn, also auf der der Werkzeugaufnahme 4 zugewandten Seite des Kegelrades 14 in die Verzahnung 13 eingreift.

Das Kegelrad 14 ist an seinem hinter der Verzahnung 13 liegenden Aussenumfang 15 mittels eines Wälzlagers, insbesondere Kugellagers 16, im Gehäuse 1 drehbar und axial unverschieblich gelagert. Die Werkzeugspindel 5 erstreckt sich koaxial durch das Kegelrad 14.

Am Innenumfang des Kegelrads 14 ist eine Hülse 17 drehbar gelagert, die auf der Werkzeugspindel 5 mittels eines weiteren Wälzlagers, speziell eines Nadellagerpaares 18, drehbar und axial verschieblich gelagert ist. Die Hülse 17 ist wie das Zahnrad 14 koaxial zur Werkzeugspindel 5 angeordnet.

Die Hülse 17, die sich durch das Kegelrad 14 erstreckt, ist hinten als Sonnenrad 19 einer schaltbaren Planeten­ getriebestufe 20 ausgebildet und trägt ein solches Sonnen­ rad. In das Sonnenrad 19 greifen Planetenräder 21 der Planetengetriebestufe 20, die mit einem in Richtung der Längsachse W zur Gangumschaltung verschieblichen Hohlrad 22 kämmen, das koaxial zur Werkzeugspindel 5 gelagert ist. Die Planetenräder 21 sind an einem Planetenradträger 23 angeordnet.

Zur Gangumschaltung durch Verschiebung des Hohlrades 22 greift ein Bügel 24 in eine Ringnut 25 des Hohlrades 22, der achsparallel verschieblich an einem Stift 26 angeord­ net ist. Der Stift 26 ist im Gehäuse 1 oberhalb des Gehäu­ seteils 7 gelagert und mittels eines nicht näher darge­ stellten Griffgliedes, das seitlich aussen am Gehäuse 1 angeordnet ist, längsverschieblich. In der einen Verschiebestellung (1. Gang), die in Fig. 1 unterhalb der Längsachse W dargestellt ist, greift das Hohlrad 22 mit einer Aussenverzahnung 27 in eine gehäusefeste Verzahnung 28. In der anderen Stellung (2. Gang), die in Fig. 1 oberhalb der Längsachse W dargestellt ist, greift das Hohlrad 22 mit einer Innenverzahnung 29 in eine Aussenverzahnung 30 des Planetenradträgers 23.

Der Planetenradträger 23 kann drehfest mit der Werkzeug­ spindel 5 verbunden sein, wenn die von der Planetenge­ triebestufe 20 geschaffene Übersetzung genügt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist zur Erzeugung einer höheren Übersetzung eine zweite Planetengetriebestufe 31 vorgesehen. Deren Sonnenrad 32 bildet der Planetenrad­ träger 23, der gegenüber der Werkzeugspindel 5 drehbar ist und mit Planetenrädern 33 kämmt, welche in einem Hohlrad 34 umlaufen, das über eine Verbindung 35 drehfest im Gehäuse 1 gehalten ist. Die Planetenräder 33 sind an einem Planetenradträger 36 gelagert, der mit der Werkzeug­ spindel 5 drehfest verbunden ist.

Zur Drehmitnahme der Hülse 17 durch das Kegelrad 14 sind an einer Radialfläche des Kegelrads 14 Taschen 37 und an einer dieser gegenüberliegenden, an einem Bund 38 der Hülse 17 vorgesehenen hinteren Stirnfläche sind Schanzen­ konturen 39, d. h. rastenförmige Erhöhungen, ausgebildet. Zwischen den Taschen 37 und den Schanzenkonturen 39 sind Mitnahmekörper, beispielsweise Kugeln 40, angeordnet.

Als Einstelleinrichtung 57 für das über die Drehmitnahme übertragbare Drehmoment ist im Beispielsfalle folgendes vorgesehen:

Auf eine vordere Stirnfläche 41 der Hülse 17, speziell des Bundes 38, drückt ein Axiallager 42 mit einer hinte­ ren Scheibe 43. Eine vordere, an dem Axiallager 42 anliegende Scheibe 44 drückt über im Gehäuse 1 drehfest und axial verschieblich geführte Stifte 45 nach hinten auf das Axiallager 42 und damit die Hülse 17. Die Stifte 45 sind von einer weiteren Scheibe 46 nach hinten kraftbeaufschlagt, auf die von vorn eine Feder, insbesondere Wendelfeder 47, drückt. Die Wendelfeder 47 liegt vorgespannt in einer gegenüber dem Gehäuse 1 drehfest, axial verschieblichen Buchse 48, so daß die Spannung der Wendelfeder 47 und damit der auf die Hülse 17 ausgeübte Axialdruck einstellbar ist. Die Buchse 48 greift mit einer Außenkontur 49 in ein Innengewinde 50 einer manuell von außen um die Längsachse W drehbaren, mit der Hand ergreifbaren Griffhülse 51, die mittels Ringen 52, 53 an einem vorderen zylindrischen Fortsatz 54 des Gehäuses 1 drehbar, jedoch axial unverschieblich gehalten ist. An dem zylindrischen Fortsatz 54 ist die Buchse 48 längsverschieblich geführt. Durch Drehen der Griffhülse 51 ist die Buchse 48 längsverstellbar und damit die Vorspannung der Feder 47 und damit das übertragbare Drehmoment einstellbar.

Die Werkzeugspindel 5 ist hinten mit einem Wälzlager 55 und vorn im Fortsatz 54 mit den Wälzlagern 18 am Gehäuse 1 gelagert und durch eine Dichtung 56 abgedichtet.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist im wesentlichen folgende:

Solange das mittels der Griffhülse 51 eingestellte, maximal übertragbare Drehmoment im Bohr- oder Schraubbetrieb nicht überschritten wird, nimmt die Drehmitnahme 37 bis 40 die Hülse 17 mit und die Werkzeugspindel 5 dreht entsprechend dem eingestellten Gang. Im ersten Gang ist das übertragbare Drehmoment entsprechend dem Übersetzungsfaktor der Planetengetriebestufe 20 höher als im zweiten Gang - bei unveränderter Stellung der Griffhülse 51 -. Durch Verändern der Drehstellung der Griffhülse 51 ist ein großer Bereich (Spreizung) der einstellbaren Drehmomente dabei gewährleistet.

Übersteigt im Betrieb das Bremsmoment des Werkzeugs das eingestellte Drehmoment, dann ratschen die Schanzenkonturen 29 über die Mitnahmekörper 40, wobei sich die Hülse 17 axial verschiebt und das Kegelrad 14 diese nicht mehr mitnimmt, so daß auch die Planetengetriebestufen 20, 31 nicht mehr mitgenommen werden.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann hinten an der Werkzeugspindel 5 eine an sich bekannte, ggfs. abschaltbare Ratscheneinrichtung zur Schlagerzeugung und/oder eine Sicherheitskupplung vorgesehen sein.

Im Ausführungsbeispiel ist als Werkzeugaufnahme eine auf die Werkzeugspindel 5 aufschraubbare Werkzeugaufnahme 4 dargestellt. Es kann jedoch die Werkzeugspindel 5 vorn auch so ausgelegt sein, daß in sie eine Werkzeug- Schnellwechselaufnahme einsteckbar ist, welche mittels eines axial verschieblichen Griffgliedes und entsprechenden Kopplungselementen von der Werkzeugspindel 5 lösbar ist.

Claims (9)

1. Handführbare Werkzeugmaschine mit

• - einem pistolenartigen, an seinem einen Ende einen Hand griff (2) aufweisenden Gehäuse (1),
• - einer an dem anderen Ende des Gehäuses(2) vorgesehenen Werkzeugaufnahme (4),
• - einer in dem Gehäuse (1) von dem einen Ende zur Werk­ aufnahme (4) hin verlaufenden Werkzeugspindel (5),
• - einem in Richtung der Werkzeugaufnahme (4) gesehen vor dem Handgriff (2) angeordneten Motor (6) zum Antrieb der Werkzeugspindel (5) mit einer quer zu dieser sich erstreckenden und mit ihr über ein Winkelgetriebe (10, 14) gekoppelten Motorachse,
• - einem Getriebe (20, 31) sowie
• - einer Drehmoment-Einstelleinrichtung (57, 42 bis 53) wobei
• - in Richtung der Werkzeugaufnahme (4) gesehen das Winkelgetriebe (10, 14) vor dem Getriebe (20, 31),
• - die Drehmomenteinstelleinrichtung (57, 42 bis 53) vor dem Winkelgetriebe (10, 14) angeordnet sind und
• - eine koaxial zur Werkzeugspindel (5) angeordnete Hülse (17) vorgesehen ist, welche über das Getriebe (20, 31) die Werkzeugspindel (5) antreibt und auch welche die Drehmoment-Einstelleinrichtung (57, 42 bis 53) wirkt.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

• - das Winkelgetriebe (10, 14) ein koaxial zur Werkzeug­ spindel (5) gelagertes Zahnrad (14) aufweist,
• - die Hülse (17) koaxial zum Zahnrad (14) sich durch dieses erstreckend, gelagert ist,
• - die Hülse (17) mittels einer Drehmitnahme-Einrichtung (37 bis 40) mit dem Zahnrad (14) derart gekoppelt ist, dass das Zahnrad (14) die Hülsen (17) nur bis zu einem an der Drehmoment-Einstelleinrichtung (57, 42 bis 53) einstellbaren maximalen Drehmoment mitnimmt und
• - die Drehmoment-Einstelleinrichtung (57, 42 bis 53) koaxial zur Werkzeugspindel (5) angeordnet ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehmitnahme-Einrichtung Mitnahmekörper (40) zwischen Schanzenkonturen (39) und Taschen (37) vorge­ sehen sind.

4. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (17) auf der Werkzeugspindel (5) drehbar und axial verschieblich gelagert ist.

5. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmitnahme-Einrichtung (37 bis 40) innerhalb des Zahnrads (14) liegt.

6. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (17) eine der Werkzeugaufnahme (4) zuge­ wandte Stirnfläche (41) aufweist, auf die die Dreh­ moment-Einstelleinrichtung (42 bis 53) wirkt.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Einstelleinrichtung (42 bis 53) über ein Axiallager (42) auf die Hülse (17) drückt und eine in ihrer Vorspannung durch axiale Verschiebung einer Buchse (48) einstellbare Feder (47) aufweist, wobei die Buchse (48) durch Drehen einer zur Werkzeug­ spindel (5) koaxialen Griffhülse (51) axial verstellbar ist.

8. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein schaltbares Planetengetriebe ist, wobei die Hülse (17) ein Sonnenrad (19) des Planetengetriebes bildet oder mit diesem verbunden ist.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten, schaltbaren Planetengetriebestufe (20) eine zweite Planetengetriebestufe (31) nachgeschaltet ist, deren Sonnenrad (32) den Planetenträger (23) der ersten Getriebestufe bildet und deren Planetenträger mit der Werkzeugspindel (5) drehfest verbunden ist.