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Die Ausgangslage – Stand der Technik:
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Die Erfindung betrifft ein handgeführtes Reinigungsgerät für die Reinigung von Rohrleitungen mittels einer Federwelle, ausgestattet mit einem Motor, einer Trommel für die Aufnahme und Ausgabe der Federwelle und mit einem Getriebegehäuse, in dem mehrere, radial auf die Federwelle einwirkende Walzen mit Achsen angeordnet sind, die mit radialen Abstanden unter Winkeln zur Achse der Federwelle ausgerichtet sind.
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Die Problemstellung:
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Die Notwendigkeit von Rohrreinigungen wachst mit der Wahrscheinlichkeit des Zusetzens von Leitungen. Hierfür gibt es eine Vielzahl von Ursachen, z.B. Verstopfungen durch Papier wie Toilettenpapier, Taschentücher, Servietten u. dgl., versehentlich entsorgte Windeln und Waschlappen, Ablagerungen durch Kalkbildung, mitgeführte Bindemittel, Farbreste, Küchenabfalle, durch Verbindungs- und Bruchstellen eingedrungene Pflanzenwurzeln, von Regenwasser mitgeführte Verunreinigungen, Querschnittsänderungen und Verzweigungen der Rohrleitung, etc. Dabei können sich die Wirkungen auch additiv und kumulativ bis zur dichten Verstopfung verstärken. Besonders gefährlich sind z.B. durch Fugen und Kittstellen eingedrungene Pflanzenwurzeln, an denen so ziemlich alles hängen bleibt, was nicht ausgesprochen dünnflüssig ist. Einige Pflanzenwurzeln arbeiten sich geradezu bis zu Wasserstellen durch.
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Entsprechend vielfältig sind auch die Reinigungswerkzeuge, die über entsprechende Kupplungen an die Federwellen angesetzt werden können. Dazu gehören Schneidköpfe, Keulenbohrer, Ruckholbohrer, Trichterbohrer, Kreuzblattbohrer, Schaufelkopfbohrer, Hartmetallbohrköpfe, Sagezahn-Schneidköpfe, Wurzelschneider, Gabelschneidköpfe, Fettaustreiber, Ketten-Schleuderköpfe mit und ohne Spikes, Hartmetallbohrköpfe etc.
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Entsprechend vielfaltig sind auch die notwendigen Handhabungen: Schneller oder langsamer kontinuierlicher Vorschub und Rückzug der Reinigungswerkzeuge, Bohren, Schaben oder Sägen "auf der Stelle" oder oszillierend mit Hin- und Herbewegungen der Werkzeuge gegen hartnäckige Verstopfungen und beim Ruckholen von Teilportionen der Verstopfung. Hierbei darf z.B. nicht die Torsionsfestigkeit der Federwelle überschritten werden. Ferner muss bei Handmaschinen eine zuverlässige Haltung ohne Förderung von Ermüdung möglich sein, insbesondere zentrisch gegenüber Einführungsöffnungen in die Rohrleitung.
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Auf dem Gebiet der Rohrreinigungsmaschinen hat man ursprünglich aus Stahldraht gewendelte Federwellen verwendet – im Branchenjargon auch als "Reinigungsspiralen" bezeichnet – bei denen die einzelnen Windungen einen Abstand voneinander aufwiesen. Damit war es möglich, dass sich die Federwellen durch Gewindewirkung in den Rohrleitungen lediglich durch ihr Drehmoment "fortschraubten" und nach Umkehr der Drehrichtung auch wieder zurückkehrten. Dafür reichten auch schon radial wirkende Reibungskupplungen in kofferförmigen tragbaren oder fahrbaren Antriebsmaschinen aus.
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Man hat auch bereits formschlüssig arbeitende Antriebseinheiten verwendet, bei denen Haken, Krallen, Kugeln oder andere Vorsprünge in die Zwischenräume zwischen den Windungen eingriffen. In den vorgenannten Fallen, war allerdings eine Umkehr der Transportrichtung der Federwelle nur durch eine Umkehr ihres Drehsinns möglich. Bei Maschinen mit einer Trommel für die Aufnahme der Federwelle wäre dies allerdings mit Nachteilen verbunden: Die Masse von Trommel und Federwelle erzeugt beim Abbremsen und wieder Anfahren erhebliche Trägheitsmomente, deren Abbau zeitraubend ist und die die Bedienungsperson belasten.
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Mit dem Übergang auf Federwellen ohne nennenswerten Windungsabstand ist man daher auf Antriebe mit radial angepressten Walzen übergegangen, deren Außenflächen zumindest im wesentlichen Zylinderflächen sind. Sobald die Achsen solcher Walzen – entsprechend radial versetzt – unter einem spitzen Winkel zur Achse der Federwelle stehen, werden durch Reibungskräfte und entsprechende Kräfteparallelogramme zur Federwelle achsparallel verlaufende Transportkräfte erzeugt, die je nach der Raumlage der Winkelstellung zu einem unterschiedlich starken Vorschub oder Rückzug der Federwelle führen. Je nach der Größe der radialen Anpresskräfte der Walzen lassen sich beträchtliche Vorschubkräfte erzeugen.
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Sofern die Achsen der Walzen parallel zur Achse der Federwelle stehen, erfolgt ein Stillstand der Federwelle in ihrer Achsrichtung, allerdings unter Fortsetzung der Rotation, die in gleichem Drehsinne (!) durch die Trommel und ihren Antrieb bestimmt wird. Das ermöglicht blitzschnelle Umschaltungen der Drehrichtung ohne nennenswerte äußere Kraftfreisetzungen. Insbesondere wird dadurch auch der Vorschub oder Rückzug der Federwelle von der Steigung der Windungen der Federwelle entkoppelt. Dies ist auch die kinematische Grundlage der Erfindung.
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Dokumente zum Stand der Technik:
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Durch die
DE 30 05 724 C2 und die entsprechende
US 4,218,802 sowie durch die
US 3,691,583 ist es bei Rohrreinigungsmaschinen für den Handbetrieb bekannt, eine motorisch angetriebene Trommel verdrehfest mit einer koaxialen Hohlwelle zu versehen, auf der verdrehbar ein von Hand verstellbares Griffrohr mit einem trichterförmig erweiterten Ende als Handschutz gelagert ist. Durch Axialbewegung des Griffrohres können Rastkörper in Form von Kugeln oder Stiften mittels einer inneren Kegelfläche radial in die Zwischenräume der Federwelle gedrückt werden, um deren Vorschub zu erzwingen. Bei einem Rückzug der Rastkörper wird der Vorschub unterbrochen, die Federwelle, die als "Schlange" (snake) bezeichnet wird, aber weiter gedreht. Die Vorschubgeschwindigkeit wird durch die Steuerung der Motordrehzahl verändert. Ein motorischer Rückzug der Federwelle ist nur durch Umkehr der Drehrichtung der Trömmel möglich. Hierfür sieht die
US 3,691,583 einen Kippschalter am Motor vor. Andernfalls muss die Federwelle von Hand wieder in die Trommel eingeschoben werden. Eine Weiterentwicklung, bei der die Rastkörper durch leichter auswechselbare Blattfedern ersetzt sind und der Rückzug der Federwelle durch Drehrichtungsumkehr des Motors bewirkt werden kann, ist in der
EP 407 327 81 bzw. deren Übersetzung
DE 690 00 316 T2 offenbart.
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Durch die
EP 0 894 906 81 und die entsprechende
US 5,901,401 ist es bekannt, für den Vorschub einer Federwelle auf deren Umfang eine einzige Gruppe von drei Walzen mit glatten Oberflächen anzuordnen, von denen zwei mit festen Achslagen im Ende eines Gehäuses montiert sind und die dritte radial beweglich in einer radialen Bohrung geführt und darin durch die Paarung eines Zylinderstifts und einer radialen Nut gegen ein Verdrehen gesichert ist. Durch einen abstehenden Betätigungshebel kann diese dritte Walze unterschiedlich stark an die Federwelle angepresst oder durch Entlastung einer Feder freigegeben werden. Damit kann allerdings nur ein Vorschub in einer Richtung bewirkt werden, der von der Drehzahl der Federwelle und von der unveränderlichen und identischen Schrägstellung der Walzen abhängt, die mit 30 Grad zur Achse der Federwelle angegeben ist. Eine Schubumkehr bei gleicher Drehrichtung ist mit dieser Anordnung nicht möglich, allenfalls ein Stillstand durch Rückzug der dritten Walze. Auch hier ist ein Rückzug der Federwelle in die Trommel nur mit einer Umkehr der Drehrichtung der Trommel und damit zeitraubend möglich.
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Durch die
US 6,243,905 B1 sind verschiedene Ausführungsformen von Rohrreinigungsmaschinen bekannt, bei denen die Trommel mit der Federwelle und der Motor auf einem Gestell angeordnet sind, so dass sich Standgeräte ergeben, die nicht von Hand geführt werden können. In einem der Fälle ist die Vorschubeinrichtung mit Abstand von der Trommel auf dem Gestell befestigt (
5 und
6), in einem anderen Fall am Ende eines Schlauches, der über eine Kupplung wiederum mit dem Gestell verbunden ist (
7 bis
9). Die Vorschubeinrichtung besitzt drei frei laufende Walzen, deren Zylinderflachen die Federwelle berühren und deren Drehachsen auf dem Umfang gleichmassig verteilt und gleichsinnig schräg so angeordnet sind, dass die Rotation der Federwelle eine Drehung der Rollen und diese Drehung wiederum den Vorschub der Federwelle erzeugt. Man kann die Raumlage der Achsen der Rollen auch so beschreiben, dass diese Achsen Tangenten zu einer Zylinderfläche sind, die die Federwelle mit dem Abstand des Rollenradius umgeben und jeweils schräg zu einer Mantellinie der Zylinderfläche verlaufen. Durch diese Raumlagen und die Überlagerungen der Bewegungen haben die Rollen die Wirkung von Treibrollen. Zum Ein- und Ausschalten ist eine der drei Rollen radial beweglich auf der Innenseite eines Winkelhebels gelagert. Eine Umschaltung der Transportrichtung der Federwelle von Ausschub auf Rückzug ist hierbei ausschließlich durch Umschaltung der Drehrichtung der Federwelle möglich. Zu diesem Zweck muss die Trommel, in der unterschiedlichen Längen der Federwelle gelagert sein können, stillgesetzt und in Gegenrichtung wieder angefahren werden. Dies gestaltet sich wegen der Massenträgheit des Systems zeitraubend und behindert die Beseitigung von Verstopfungen durch rasche alternierende Umschaltung der Drehrichtung. Sofern am freien Ende der Federwelle ein Reinigungswerkzeug angeordnet ist, das durch eine schraubenförmige Bewegung Verunreinigungen aufnimmt, wurden diese bei einer Umkehr der Drehrichtung wieder freigegeben und in der Rohrleitung zurückbleiben.
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Durch die
DE 690 32 169 T2 und die
US 6,360,397 B1 ist es bei Rohrreinigungsmaschinen mit Fahrgestellen bekannt, jeweils eine einzige Gruppe von drei auf den Umfang der Federwelle verteilten Walzen zur Schubumkehr gleichsinnig und synchron umzuschalten. Bei der
DE 690 32 169 T2 geschieht dies dadurch, dass die Walzen mittels zylindrischer Lagerböcke in radialen Bohrungen eines Halters angeordnet sind und zu diesen Bohrungsachsen radiale Stifte aufweisen, die in radiale Schlitze einer kreisförmigen Platte eingreifen. Durch Verschwenken dieser Platte mittels eines abstehenden Handhebels wird dann die Schubumkehr bewirkt. Bei der
US 6,360,397 B1 geschieht die Schubumkehr dadurch, dass das Walzentrio auf drei Achsen in und zwischen zwei Wänden einer teleskopierbaren Kapsel gelagert ist. Diese Wände sind relativ zueinander mittels eines radial abstehenden Hebels verschwenkbar, so dass die Walzen zur Schubumkehr wiederum gleichsinnig und synchron um virtuelle und radiale Achsen verschwenkt werden. Dies erfordert jedoch insgesamt sechs präzise arbeitende Gelenke an den Enden aller Achsen, so dass diese Vorrichtungen einen hohen Fertigungs- und Wartungsaufwand bedingen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Federwelle beim Rückzug auch Verunreinigungen mit sich schleppt, die einen störenden Einfluss auf alle feinmechanischen Komponenten ausüben. In beiden Fällen spielt das Umgreifen mit einer Hand nur deswegen keine Rolle, weil die kompletten Geräte jeweils ein Fahrgestell besitzen, und damit keine handgeführten Geräte sind.
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Durch die
US 6,655,228 B1 ist es bekannt, zum Zwecke der Schubumkehr der Federwelle in einem Gehäuse insgesamt fünf Walzen anzuordnen, die sämtlich in Lagerböcken mit zylindrischen Hüllflächen gelagert sind. Davon sind vier unter festen Winkeln in dem Gehäuse angeordnet und zwar jeweils zwei für die eine der beiden Transportrichtungen und die beiden anderen für die hierzu entgegengesetzte Transportrichtung. Die fünfte Walze ist verschwenkbar an einem Drehteller mit einem diametralen Hebel angeordnet und kann durch diesen alternativ mit jeweils zwei der fest montierten Walzen in eine Wechselwirkung gebracht werden, bei der dann jeweils drei Achsen – in Umfangsrichtung gesehen – unter dem gleichen Winkel zur Achse der Federwelle ausgerichtet sind. Die Vorrichtung erfordert zwar keine Umkehr der Drehrichtung von Trommel und Federwelle, ist aber wegen der vielen Passungen aufwendig in der Herstellung und hat eine lange Ausdehnung.
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Durch die
US 5029356 A ist eine Rohrreinigungsmaschine mit einer Trommel und einem Vorschubmechanismus für eine eng gewendelte Federwelle bekannt, wobei nur eine Umschaltung zwischen Stillstand und Vorschub durch eine zur Federwelle koaxiale Griffhülse herbeiführbar ist. In der Griffhülse sind drei Zylinderwalzen mit festen und gleichsinnig eingestellten Anstellwinkeln und eine Winkelfeder untergebracht, die mit der Federwelle eine Art Gewindeführung bildet. Eine Rückzugsbewegung der Federwelle in die Trommel kann nur durch Umkehr der Drehrichtung von Motor und Trommel bewirkt werden. Damit leidet auch diese Version unter einer Zeitverzögerung durch die Massenträgheit der mit der Federwelle gefüllten Trommel.
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Durch die
US 2004/0255415 A1 ist ein Antriebssystem für Federwellen von Rohrreinigungsmaschinen bekannt, das durch einen radial abstehenden Handhebel stufenlos von Vorschub über Stillstand auf Rückzug der Federwelle umschaltbar ist. Dazu besitzt ein hohlzylindrischer Hauptkörper drei äquidistante und radiale zylindrische Bohrungen, in denen Zylinderzapfen drehbar gelagert sind, die an ihren inneren Enden Zylinderrollen tragen, von denen eine in radialer Richtung gegen die Federwelle verstellbar ist. Zur gleichsinnigen Verstellung besitzt jeder Zylinderzapfen einen radialen Bolzen, der durch eine drehbare Frontscheibe mit radialen und sich nach außen keilförmig erweiternden Steuerschlitzen hindurch geführt ist. Durch Rotation der Frontscheibe gegenüber dem Hauptkörper werden die Zylinderrollen mit ihren Zylinderzapfen verstellt.
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Durch die
WO 2006/112848 A1 und die
US 2005/0246 846 A1 ist es bekannt, an beiden Enden einer Vorrichtung zur Umkehr der Transportrichtung von Federwellen je eine Gruppe von drei Walzen anzuordnen, von denen die Achsen jeder Gruppe, auf den Umfang der Federwelle verteilt, mit gleichsinniger Transportrichtung ausgerichtet sind, wobei aber beide Gruppen entgegengesetzte Transportrichtungen aufweisen. Da jeweils nur eine dieser Gruppen gleichzeitig eingesetzt werden kann, sind jeweils zwei der Walzen jeder Gruppe an einem doppelarmigen, radial abstehenden Winkelhebel angeordnet, der ein- oder zweiteilig ausgebildet sein kann. Dabei sind die Achsen jeder Gruppe von Walzen gleichsinnig und spitzwinklig zur Achse der Federwelle ("snake") ausgerichtet, und die Schubrichtung der Federwelle kann ohne Änderung des Drehsinns von Trommel und Federwelle umgekehrt werden. Die Schubumkehr erfolgt dabei entweder durch eine einteilige, mittig gelagerte Wippe mit zwei Hebelarmen oder durch zwei entgegengesetzt abstehende Hebel, die um eine gemeinsame Achse schwenkbar sind, die quer zur Federwelle verläuft.
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Die Aufgabenstellung:
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Reinigungsgerät der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, das mit einer geringeren Zahl von Präzisionsteilen auskommt, eine dosierbare Transportgeschwindigkeit der Federwelle in beiden Achsrichtungen sowie eine schnelle Umschaltung der Transportrichtung der Federwelle ohne Umkehr der Drehrichtung der Trommel erlaubt.
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Die Lösung der Aufgabe durch die Erfindung:
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Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch: eine einzige Gruppe von drei auf den Umfang der Federwelle verteilten Walzen, von denen die Achsen zweier Walzen lagefest so ausgerichtet sind, dass diese mit entgegengesetzten Transportkräften auf die Federwelle einwirken, und dass die Achse der dritten Walze in ihrer Raumlage derart verstellbar ist, dass die Transportkraft der verstellbaren Walze wahlweise die Transportkraft der einen lagefesten Walze oder der anderen lagefesten Walze unterstützt.
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Die Vorteile der Erfindung:
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Durch die Erfindung wird die genannte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, und es wird ein Reinigungsgerät der eingangs beschriebenen Gattung dadurch verbessert, dass es mit einer geringeren Zahl von Präzisionsteilen auskommt, eine dosierbare Transportgeschwindigkeit der Federwelle in beiden Achsrichtungen sowie eine schnelle Umschaltung der Transportrichtung der Federwelle ohne Umkehr der Drehrichtung der Trommel ermöglicht. Der Erfindung liegt die überraschende Feststellung zugrunde, dass die Aufgabe mit nur drei Walzen gelöst werden kann, von denen nur eine verstellbar ist.
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Der dritten Walze kommt eine Steuerfunktion zu. In einer Neutralstellung der dritten Walze liegen die Kräfte der beiden feststehenden Walzen im Gleichgewicht, weil die dritte Walze keine axialen Schubkräfte produziert. Wird die Raumlage der dritten Walze jedoch verändert, entstehen je nach Stellung der Walze im Kontaktbereich mit der Federwelle Reibungskräfte, die je nach Stellung der Walze in die eine oder die andere Richtung wirken und eine weitere auf die Federwelle wirkende Axialkraftkomponente hinzufügen. Dies unterstützt die Transportkraft der einen oder der anderen lagefesten Walze. Durch die dritte Walze wird also das Kräftegleichgewicht der beiden festen Walzen gestört, und die Federwelle wird axial bewegt.
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Weiterbildungen der Erfindung:
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Es ist im Zuge weiterer Ausgestaltungen der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn – entweder einzeln oder in Kombination:
- – das Getriebegehäuse am Ende eines mit der Trommel verbundenen Stützrohres angeordnet ist, wenn in das Getriebegehäuse ein Umschaltmechanismus hineinragt, an dessen innerem Ende ein Lagerbock mit der verstellbaren Walze angeordnet ist, wenn der Lagerbock um eine zur Federwelle senkrecht stehende Schwenkachse schwenkbar ist und wenn das Griffrohr auf dem Stützrohr verschiebbar angeordnet ist,
- – der Lagerbock mit der Walze in radialer Richtung gegenüber den beiden ortsfesten Walzen verstellbar ist,
- – der Lagerbock mit einem Zahnsektor versehen ist, der in eine Zahnreihe eingreift, die durch das Griffrohr verschiebbar ist,
- – die Zahnreihe an der Innenwand einer Kammer angeordnet ist, die koaxial mit dem Griffrohr verbunden ist und einen größeren Innendurchmesser aufweist als der Außendurchmesser des Griffrohres,
- – das Getriebegehäuse in die Kammer eingesetzt ist, wenn die Kammer eine Ausnehmung und das Getriebegehäuse eine Ausnehmung besitzen, die in montiertem Zustand eine radiale Passage bilden, durch die der Umschaltmechanismus in radialer Richtung eingeführt und sein Zahnsektor mit der Zahnreihe gekoppelt werden kann,
- – am Ende des Stützrohres ein Käfig angeordnet ist, der zwei radiale Kreisscheiben und mehrere achsparallele Stege besitzt, die das Getriebegehäuse einschließen,
- – das Getriebegehäuse auf seiner Außenseite achsparallele Nuten besitzt, in die die Stege formschlüssig eingreifen,
- – der Umschaltmechanismus ein Zwischengehäuse mit zwei Ausnehmungen besitzt, wenn in die äußere Ausnehmung die Nabe eines Einstellknopfes hineinragt und wenn in der anderen Ausnehmung der Lagerbock mit seinem Zapfen drehbeweglich gelagert ist,
- – zwischen dem Einstellknopf und dem Lagerbock ein elastisches Element zur Einstellung der Anpresskraft der Walze gegenüber den ortsfesten Walzen angeordnet ist,
- – das Zwischengehäuse eine Flanschplatte aufweist, mittels welcher es mit dem Getriebegehäuse verbindbar ist,
- – die Flanschplatte in der Ausnehmung des Getriebegehäuses befestigbar ist,
- – die Kammer gegen Verdrehen formschlüssig mit dem Getriebegehäuse verbunden ist,
- – die formschlüssige Verbindung mittels mindestens einer Sicke in der Wand der Kammer und mindestens einer Nut auf dem Umfang des Getriebegehäuses ausgeführt ist,
- – das Stützrohr auf seinem Außenumfang und gegenüber dem Griffrohr mit Nuten zur Aufnahme von Schmutz versehen ist,
- – die Raumlagen der Zahnreihe und des Zahnsektors so gewählt sind, dass die Bewegungsrichtungen des Handgriffs und der Trommel mit den Transportrichtungen der Federwelle übereinstimmen, und/oder, wenn
- – ein die Federwelle verschiebbar umschließendes Griffrohr mit Mitteln für die Verstellung der dritten Walze in beide Transportrichtungen der Federwelle vorgesehen ist.
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Wenn man das die Federwelle umschließende Griffrohr vorsieht, kann eine schnelle Umschaltung der Transportrichtung der Federwelle erfolgen, ohne dass hierbei eine Verlagerung einer Hand der Bedienungsperson an einen abstehenden beweglichen Hebel erfolgen muss, wobei gleichzeitig die Ermüdungsgefahr für die Bedienungsperson trotz der Handbedienung verringert wird.
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Die Detailbeschreibung:
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und dessen Wirkungsweisen und weitere Vorteile werden nachfolgend anhand der 1 bis 7 näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Außenansicht in Verbindung mit Funktionsdiagrammen,
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2 eine Explosionsdarstellung funktionswesentlicher Teile,
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3 eine weitere Explosionsdarstellung zur Erläuterung des Zusammenwirkens der drei Walzen,
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4 eine weitere Explosionsdarstellung des Zusammenwirkens des Zahntriebs zwischen Griffrohr und Schwenkrolle in einer Über Kopf-Darstellung gegenüber 3,
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5 einen vereinfachten axialen Einblick in das Ende des Griffrohres zur Erläuterung des Zusammenwirkens der drei Walzen,
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6 eine Draufsicht auf die Walzengruppe senkrecht zur Federwelle bei Ausführung eines Vorschubs, und
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7 eine Draufsicht auf die Walzengruppe senkrecht zur Federwelle bei Ausführung eines Rückzugs.
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In 1 ist ein komplettes Reinigungsgerät 1 dargestellt, zu dem ein Motor 2 mit einem Handgriff 3 und einem Schalter 4 gehören, wie dies auch von Handbohrmaschinen her bekannt ist. An den Motor ist eine drehbare Trommel 5 für die Aufnahme einer Federwelle 6 angesetzt. Die Trommel 5 besitzt ein fest angesetztes Führungsrohr 7 (2), das koaxial von einem Griffrohr 8 umgeben ist, das in Richtung auf die Trommel 5 mit einem trichterförmigen Handschutz 9 versehen ist. Dieser Handschutz 9 überdeckt teilweise die gleichfalls trichterförmige Stirnwand 5a der Trommel 5. Das Griffrohr 8 geht in eine zylindrische Kammer 10 über, in der der komplette Verstellmechanismus für die Bewegung der Federwelle 6 untergebracht ist. Ein Einstellknopf 11 dient zum Einstellen einer Anpresskraft der verstellbaren Walze an die beiden ortfesten Walzen, was nachstehend noch näher erläutert wird.
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In 1 ist jeweils nur das Ende dieser Federwelle 6 gezeigt, und an deren örtlicher Verdickung ist zu erkennen, dass dieses Ende bereits eine Werkzeugfunktion besitzt. In dem Kasten rechts oben sind die Wahlmöglichkeiten für die Drehrichtung der Motorwelle dargestellt, und "R" steht für Rechtsdrehung und "L" für Linksdrehung. Dieses Umschalten ist für die Haupt-Funktion der Erfindung nicht zwingend, erhöht aber die Flexibilität des Geräts. Die Begriffe "Rechtsdrehung" und "Linksdrehung" beziehen sich auf die Blickrichtung der Bedienungsperson, also auf die Blickrichtung über die Trommel 5 zum Arbeitswerkzeug am Ende der Federwelle 6. Das Gleiche gilt für den Windungsverlauf der Federwelle 6.
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In dem Kasten darunter sind die Einstellmöglichkeiten mittels des Griffrohres 8 dargestellt. Die linke Kastenhälfte erläutert die Vorgänge für eine Rechtsdrehung "R" der Federwelle 6. In der Mitte steht das Griffrohr 8 in einer neutralen Stellung, angedeutet durch eine "0". Die Achse der verstellbaren Walze steht hierbei parallel zur Achse der Federwelle 6 (5), so dass keine Axialbewegung derselben erfolgt. Werden das Griffrohr 8 und die Trommel 5 zusammengeschoben (obere Darstellung), so erfolgt ein Vorschub der Federwelle 6. Werden das Griffrohr 8 und die Trommel 5 auseinander gezogen (untere Darstellung), so erfolgt ein Rückzug der Federwelle 6. Die rechte Kastenhälfte erläutert die Vorgänge für eine Linksdrehung "L" der Federwelle 6. In der Mitte steht das Griffrohr 8 in einer neutralen Stellung, angedeutet durch eine "0". Die Achse der verstellbaren Walze steht hierbei parallel zur Achse der Federwelle 6 (wiederum 5), so dass keine Axialbewegung derselben erfolgt. Werden das Griffrohr 8 und die Trommel 5 zusammengeschoben (obere Darstellung), so erfolgt ein Rückzug der Federwelle 6. Werden das Griffrohr 8 und die Trommel 5 auseinander gezogen (untere Darstellung), so erfolgt ein Vorschub der Federwelle 6.
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Der linke untere Kasten erläutert die Funktion des Einstellknopfes 11: Durch dessen Rechtsdrehung in Pfeilrichtung "+" erfolgt eine Verstärkung der Anpresskraft der verstellbaren Walze an die beiden stationären Walzen. Durch dessen Linksdrehung in Pfeilrichtung "–" erfolgt eine Verringerung der Anpresskraft der verstellbaren Walze an die beiden stationären Walzen. Alle diese Funktionen werden nachstehend im Zusammenhang mit den übrigen Figuren nach eingehend erläutert, in denen die bisherigen Bezugszeichen beibehalten werden.
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Die 2 zeigt ein Stützrohr 12 mit Nuten 12a, das in montiertem Zustand zwischen dem Führungsrohr 7 und dem Griffrohr 8 angeordnet ist. Die Nuten 12a sollen dazu dienen, etwa von der Federwelle 6 beim Rückzug mitgeschleppte Verunreinigungen abzufangen um eine Schwergängigkeit des Griffrohres 8 zu vermeiden. Das Stützrohr 12 endet in einer hierzu konzentrischen Kreisscheibe 13, von der drei achsparallele und äquidistante Stege 14 ausgehen. Diese Stege 14 dienen zur Aufnahme eines hochfesten Getriebegehäuses 15, das auf dem Umfang drei Nuten 16 besitzt, die nach Querschnitt und räumlicher Verteilung komplementär zu den Stegen 14 ausgebildet sind. Das Getriebegehäuse 15 besitzt einen Hohlraum 17, dessen Form und Zweck weiter unten noch näher erläutert wird. In spiegelsymmetrischer Anordnung und Ausbildung zu der Kreisscheibe 13 mit den Stegen 14 ist in Blickrichtung vor dem Getriebegehäuse 15 noch eine weitere Kreisscheibe 18 mit drei Stegen 19 angeordnet. Durch Verschrauben der Kreisscheiben 13 und 18 über die Stege 14 und 19 entsteht somit ein Käfig, in dem das Getriebegehäuse 15 unverrückbar gelagert ist. Der Umschaltmechanismus 20 wird anhand der 3 bis 5 noch näher erläutert.
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Gemäß 3 enthält der Umschaltmechanismus 20, von außen nach innen betrachtet, den bereits erwähnten Einstellknopf 11, ein Zwischengehäuse 21 mit zwei Ausnehmungen 21a und 21b, von denen die eine 21a für die Nabe 11a des Einstellknopfes 11 und die andere 21b für die Aufnahme eines Lagerbocks 22 mit der beweglichen Walze 23 dient. Zwecks Zentrierung und Führung besitzt der Lagerbock 22 einen Zapfen 22a, der von einem hier nicht gezeigten Federpaket umgeben ist. Dadurch lasst sich mittels des Einstellknopfes 11 die Anpresskraft an die beiden anderen, ortsfest montierten Walzen 24 und 25 regulieren. Diese werden in Richtung der beiden Pfeile in den Hohlraum 17 des Getriebegehäuses 15 eingeführt und dort mittels nicht dargestellter Schrauben auf Schrägflächen montiert, über deren räumlichen Verlauf noch detailliertere Ausführungen folgen.
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Zum Zwecke einer linearen und achsparallelen, aber verdrehfesten Verschiebung des Griffrohres 8 mit der angesetzten oder angeformten Kammer 10 ist letztere mit einer achsparallelen Sicke 10a versehen, die in eine komplementären Nut 26 des Getriebegehäuses 15 eingreift.
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Die 3 und 4 zeigen ein wesentliches Merkmal der Erfindung: Die Kammer 10 besitzt in ihrer zylindrischen Wand eine Ausnehmung 27, deren einer Randbereich von einer achsparallelen Zahnreihe 28 begleitet ist. Desgleichen ist das Getriebegehäuse 15 mit einer radialen Ausnehmung 29 versehen. Sobald das Getriebegehäuse 15 in der Kammer 10 untergebracht bzw. montiert ist, bilden die Ausnehmungen 27 und 29 einen Durchgang, durch den der Umschaltmechanismus 20 radial eingeführt werden kann. Dabei gerät ein Zahnsektor 30, der mit dem Lagerbock 22 verbunden ist, in Eingriff mit der Zahnreihe 28, so dass durch die Verschiebung des Griffrohres 8 diejenigen Bewegungen ausgeführt werden können, die anhand der 1 beschrieben worden sind. Dabei dreht sich der Lagerbock 22 um seinen Zapfen 22a.
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Die 5 zeigt eine Längsachse "AL", die auch die Systemachse und die Achse der Federwelle 6 ist und die hier die Blickrichtung bestimmt. In Übereinstimmung mit den 6 und 7 sind auf dem Umfang der Federwelle die Walzen 23, 24 und 25 mit ihren Achsen A1, A2 und A3 angeordnet. Die Walzen 24 und 25 sind mit ihren inneren Lagerringen durch Verschrauben auf hier nicht sichtbaren Schrägflächen innerhalb des Getriebegehäuses 15 räumlich fixiert. Die Raumlage ist dabei so gewählt worden, dass deren Achsen A2 und A3 sich in einem virtuellen Punkt "P" schneiden, gleichzeitig aber schräg und tangential zu einer virtuellen Zylinderfläche verlaufen, die die Achse "AL" mit entsprechendem Abstand konzentrisch umgibt. Dadurch sind die Walzen 24 und 25 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, und drehen sich, angetrieben durch die Berührung mit der Federwelle 6, in hierzu entgegengesetzten Drehrichtungen. Hierbei entstehen Reibungskräfte, von denen jeweils eine Komponente parallel zur Achse "AL verlauft. Diese Komponenten verlaufen in entgegengesetzten Richtungen, erzeugen also aufgrund eines Kräfte-Gleichgewichts keinerlei axiale Bewegungen der Federwelle 6.
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Hier setzt nun der erfindungsgemäße Steuereffekt ein, der unter Hinzuziehung der 6 und 7 erläutert wird: Das System besitz nun eine weitere Achse, nämlich die Steuerachse "AS-AS", die auch durch den Zapfen 22a des Lagerbocks 22 verläuft und auch die Achse "A1" der Walze 23 schneidet. In der dargestellten Position verlaufen die Achsen "AL" und "A1" parallel zueinander, so dass das Kräfte-Gleichgewicht nicht gestört wird. Dieser Zustand ändert sich jedoch, sobald der Lagerbock 22 mit der Walze 23 um die Achse "AS-AS" geschwenkt wird. Mit zunehmendem Schwenkwinkel unterstützt die Walze 23 entweder die Transportrichtung und -wirkung der Walze 24 oder der Walze 25. Dies gilt für beide Schwenkrichtungen aus der Position der 5 heraus. Diese Unterstützung wird größtmöglich, sobald die Drehrichtungen zweier Walzen, entweder 23 + 24 oder 23 + 25, übereinstimmen. Die Schubwirkung der jeweils anderen Walze wird dadurch im Ergebnis außer Kraft gesetzt bzw. überwunden. Dieser Effekt hat sich durch Versuche überraschend bestätigt und führt in Verbindung mit dem Griffrohr 8 ohne Umgreifen der einen Hand zu einer äußerst einfachen, kurzen, kostengünstigen und zuverlässigen Bau- und Betriebsweise mit extrem rasch zu bewirkender Schubumkehr der Federwelle 6 und ohne weit abstehende Bauteile.
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Die anhand von 5 bereits erläuterten geometrischen und kinematischen Zusammenhänge werden anhand der 6 und 7 noch weiter erläutert, die eine Draufsicht von oben in Richtung der Schwenkachse "AS-AS" zeigen, allerdings sind diese Figuren noch stärker abstrahiert. Die Raumlagen der beiden stationär installierten Walzen 24 und 25 gegenüber der Federwelle 6, die mit Rechtsdrehung angetrieben ist, sind unverändert. Die schwenkbare Walze 23 ist in ihren beiden Endstellungen gezeigt, und zwar um Winkel "a" von beispielsweise etwa 20 Grad, jeweils nach beiden um die Schwenkachse "AS-AS", ausgehend von der Mittelstellung nach 5, verdreht.
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In 6 stimmen die relativen Lagen der Walzen 23 und 24 in Umfangsrichtung überein, so dass diese mit Linksdrehung rotieren. Dadurch entstehen an den Berührungsstellen mit der Federwelle 6 Kraftkomponenten in Richtung des dicken Pfeils, so dass die Federwelle 6 auch in Richtung dieses Pfeils in eine Rohrleitung vorangeschoben wird. Die entgegengesetzte Kraftkomponente der mitrotierenden Walze 25 wird dabei überwunden.
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In 7 stimmen die relativen Lagen der Walzen 23 und 25 in Umfangsrichtung überein, so dass diese gleichfalls mit Linksdrehung rotieren. Dadurch entstehen an den Berührungsstellen mit der Federwelle 6 Kraftkomponenten in Richtung des umgekehrten dicken Pfeils, so dass die Federwelle 6 auch in Richtung dieses Pfeils in die Trommel 5 zurückgezogen wird. Die entgegengesetzte Kraftkomponente der mitrotierenden Walze 24 wird dabei überwunden.
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Dies alles geschieht ausschließlich durch axiale Relativbewegung von Handgriff 3 und Trommel 5 einerseits und Griffrohr 8 andererseits, wie bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert. Dabei ist zur Erleichterung der Bedienung die Raumlage der Verzahnung 28/30 so gewählt, dass die Bewegungsrichtungen des Handgriffs 3 und der Trommel 5 gegenüber dem Griffrohr 8 mit den Transportrichtungen der Federwelle 6 übereinstimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reinigungsgerät
- 2
- Motor
- 3
- Handgriff
- 4
- Schalter
- 5
- Trommel
- 5a
- Stirnwand
- 6
- Federwelle
- 7
- Führungsrohr
- 8
- Griffrohr
- 9
- Handschutz
- 10
- Kammer
- 10a
- Sicke
- 11
- Einstellknopf
- 11a
- Nabe
- 12
- Stützrohr
- 12a
- Nuten
- 13
- Kreisscheibe
- 14
- Stege
- 15
- Getriebegehäuse
- 16
- Nuten
- 17
- Hohlraum
- 18
- Kreisscheibe
- 19
- Stege
- 20
- Umschaltmechanismus
- 21
- Zwischengehäuse
- 21a
- Ausnehmung
- 21b
- Ausnehmung
- 21c
- Flanschplatte
- 22
- Lagerbock
- 22a
- Zapfen
- 23
- Walze
- 24
- Walze
- 25
- Walze
- 26
- Nut
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Zahnreihe
- 29
- Ausnehmung
- 30
- Zahnsektor
- "AL-AL"
- Langsachse
- "AS-AS"
- Schwenkachse
- A1
- Achse
- A2
- Achse
- A3
- Achse
- "α"
- Winkel
- "L"
- Linksdrehung
- "P"
- Punkt
- "R"
- Rechtsdrehung
- "0"
- neutrale Stellung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3005724 C2 [0009]
- US 4218802 [0009]
- US 3691583 [0009, 0009]
- EP 40732781 [0009]
- DE 69000316 T2 [0009]
- EP 089490681 [0010]
- US 5901401 [0010]
- US 6243905 B1 [0011]
- DE 69032169 T2 [0012, 0012]
- US 6360397 B1 [0012, 0012]
- US 6655228 B1 [0013]
- US 5029356 A [0014]
- US 2004/0255415 A1 [0015]
- WO 2006/112848 A1 [0016]
- US 2005/0246846 A1 [0016]
