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Die Erfindung betrifft einen angetriebenen Winkelschleifer mit einem Winkelgetriebe, das wenigstens ein Ritzel, ein Tellerrad und eine Antriebsspindel umfasst.
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Winkelschleifer dieser Art sind in der Regel elektrisch bzw. motorisch mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben, wobei mit Hilfe des Winkelgetriebes das Antriebsdrehmoment umgelenkt und auf ein an dem Winkelschleifer angebrachtes Werkzeug übertragen wird. In der Praxis hat sich gezeigt, dass Winkelschleifer, insbesondere wenn es sich um Elektro-Handwerkzeuge mit geringerer Leistung handelt, durch ein zu starkes Andrücken des Werkzeugs, d. h. der Schleifscheibe, auf das zu bearbeitende Werkstück überlastet und dadurch zum Stillstand gebracht werden können. Verantwortlich hierfür ist eine Haftreibung an den Grenzflächen des zu bearbeitenden Werkstücks und des Werkzeugs, die das Antriebsdrehmoment übersteigt.
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Wird das Werkzeug auf diese Weise unbeabsichtigt zum Stillstand gebracht, kann die auftretende starke Erwärmung des Motors schließlich zu einem Durchbrennen der Spulenwicklungen des Elektromotors führen.
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Zur Vermeidung einer solchen Überlastung und Zerstörung des Elektroantriebs des Winkelschleifers durch eine unsachgemäße Bedienung wird im Stand der Technik eine Rutschkupplung vorgesehen, die die Drehmomentübertragung unterbricht, wenn das Werkzeug durch zu starkes Andrücken das zu bearbeitende Werkstück zum Stillstand gebracht wird. Eine solche Rutschkupplung ist beispielsweise in der Gebrauchsmusterschrift
DE 19 29 390 U1 beschrieben. Dabei wird die Rutschkupplung dadurch verwirklicht, dass das Tellerrad des Winkelgetriebes auf der Antriebsspindel drehbar gelagert ist und wenigstens eine sich an eine Reibfläche des Tellerrads anlegbare Kupplungsscheibe vorgesehen wird, die mit der Antriebsspindel drehfest verbindbar ist.
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Wird jetzt die Schleifscheibe bei einem laufenden Elektromotor zum Stillstand gebracht, so unterbricht die Rutschkupplung die Drehmomentübertragung, so dass sich der Motor und die Motorabtriebswelle weiterdrehen können. Die Erwärmung tritt somit nicht mehr in dem Elektromotor auf, sondern im Bereich der Reibfläche des Tellerrads und der anlegbaren Kupplungsscheibe.
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Die drehfeste Verbindung zwischen der Kupplungsscheibe und der Antriebsspindel wird dabei über eine Keilwellenverbindung hergestellt, wobei die Antriebsspindel an einem Ende als Vielkeilwelle ausgeführt ist und die Kupplungsscheibe eine korrespondierende Ausnehmung aufweist.
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Eine solche Rutschkupplung hat sich in der Praxis über viele Jahrzehnte lang bewährt. Nichtsdestotrotz besteht grundsätzlich immer ein Bedürfnis, auch bewährte Systeme weiter zu entwickeln, so dass diese kostengünstiger hergestellt werden können und/oder eine längere Lebensdauer aufweisen.
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Ein Vorteil von Keilwellenverbindungen ist, dass sich mit Ihnen hohe Kräfte übertragen lassen, insbesondere Stoß- und Wechselkräfte. Dabei bewirken ausgeprägte Vorsprünge (Keile) an der Keilwelle und korrespondierende Ausnehmungen an der Kupplungsscheibe die Mitnahme der Kupplungsscheibe durch die Antriebsspindel. Jedoch ergibt sich gerade aus dieser Konstruktion eine Kerbwirkung, welche die Lebensdauer der Keilwellenverbindung beeinträchtigen kann. Des Weiteren ist eine Herstellung mit einer ausreichend hohen Herstellungsgenauigkeit notwendig, um eine für eine Keilwellenverbindung notwenige ausreichende Flankenpressung zu erreichen. Schließlich wird gegebenenfalls die Montage durch Vorsehen einer Vielzahl von Keilen an der Keilwelle erschwert.
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Die vorliegende Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich hingegen dadurch aus, dass die Antriebsspindel zumindest im Bereich eines Aufnahmeabschnitts für die Kupplungsscheibe als Polygon-Profil ausgebildet und mit der Kupplungsscheibe in der Art einer Polygonwellenverbindung drehfest verbindbar ist. Ein Polygon-Profil im Sinn der vorliegenden Erfindung ist ein Profil einer Welle, dass im Querschnitt betrachtet einem Polygon entspricht, dessen Ecken abgerundet sind. In der Regel wird bei der Herstellung die Antriebsspindel im Bereich des Aufnahmeabschnitts abgeflacht, wodurch sich ihr ursprünglich runder Querschnitt von rund auf polygonförmig verändert. Eine Kupplungsscheibe mit einer Ausnehmung, welche einen korrespondierend gestalteten Innenquerschnitt aufweist, kann nun auf die Antriebsspindel aufgeschoben werden.
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Polygon-Profile lassen sich sehr einfach und kostengünstig herstellen, wobei sie eine genaue Zentrierung gewährleisten. Dadurch wird ferner die Montage vereinfacht. Da sich auf ihrer Oberfläche keine krassen Vorsprünge befinden, macht sich die Kerbwirkung, welche wie vorstehend ausgeführt nachteilig bei Keilwellenverbindungen sein kann, kaum bemerkbar.
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Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung kann das Polygon-Profil der Antriebsspindel ein gleichseitiges Dreieck umfassen.
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Alternativ ist jedoch ebenfalls die Gestaltung als beispielsweise gleichseitiges Viereck, Fünfeck, Sechseck oder dergleichen denkbar. Ein gleichseitiges Dreieck hat jedoch den Vorteil einer besonders einfachen Herstellung und einer guten Drehmomentübertragung.
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Die Kupplungsscheibe kann auf ihrer dem Tellerrad zugewandten Stirnfläche zumindest abschnittsweise mit einer Profilierung versehen sein. Mit Hilfe dieser Profilierung wird eine verbesserte Reibung und damit erleichterte Kraftübertragung bereitgestellt. Bevorzugt kann die Profilierung umlaufende Rillen umfassen, wobei die maximale Breite der durch die umlaufenden Rillen entstehenden kreisförmigen Reibflächen etwa 1,5 mm beträgt.
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Bei glatten Reibflächen kann der beim Durchrutschen der Kupplung entstehende Abrieb nicht beseitigt werden. Dadurch verändert der zwischen den Reibflächen verbleibende Abrieb den Reibkoeffizienten und damit das Reibmoment. Zudem führt der Abrieb zu Fressstellen und zu einem erhöhten Verschleiß an den entsprechenden Reibflächen. Ist jedoch eine der Reibflächen, wie vorstehend beschrieben, mit Rillen versehen, so kann der Abrieb in der Vertiefung der Rillen abgeführt werden und die Reibflächen verbleiben weiterhin sauber.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass zwischen der Kupplungsscheibe und einem Anschlag eine Anzahl von Tellerfedern an der Antriebsspindel aufgenommen ist. Grundsätzlich genügt bereits eine einzige Tellerfeder, wobei jedoch bevorzugt mehrere Federn vorgesehen sind. Die Vorspannung der Federn kann durch die Wahl der Größe, der Materialstärke und der Anzahl variiert werden. Grundsätzlich können auch gleichzeitig Tellerfedern unterschiedlichen Materials und unterschiedlicher Größe (Durchmesser) verwendet werden. Durch Einstellen der Vorspannung mit Hilfe der Federn kann das Reibmoment bestimmt werden, welches den Schwellenwert vorgibt, ab wann eine Drehmomentübertragung auf das Werkzeug durch die Rutschkupplung nicht mehr erfolgt.
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Ist es ferner erwünscht, das übertragbare Reibmoment einzustellen, so kann als Anschlag zweckmäßig eine Sicherungsmutter verwendet werden, welche auf die Antriebsspindel aufschraubbar ist. Durch weiteres Aufschrauben kann der Federweg der Tellerfedern beispielsweise verkürzt werden, wodurch die Vorspannung und damit auch das verfügbare Reibmoment erhöht werden.
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Alternativ ist es jedoch ebenfalls denkbar, dass der Anschlag einen Sicherungsring umfasst. Bei einer solchen Gestaltungsvariante kann auf das Vorsehen eines Gewindegangs an der Antriebsspindel verzichtet werden, wodurch die Herstellung wiederum vereinfacht wird. Anstelle eines Gewindegangs muss dann nur eine Nut oder ein Freilauf vorgesehen werden, an dem der Sicherungsring angebracht werden kann.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Rutschkupplung für einen Winkelschleifer mit einem Winkelgetriebe gemäß Anspruch 9. Bevorzugt kann diese bei einem Winkelschleifer eingesetzt werden, der die vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei diese ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft darstellen, bei dem die einzelnen Merkmale der Erfindung miteinander kombiniert sind. Der Fachmann wird diese jedoch selbstverständlich auch losgelöst voneinander betrachten und/oder zu anderen sinnvollen Kombinationen zusammenfassen können.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Winkelschleifers gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine erfindungsgemäße Antriebsspindel; und
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3 eine Kupplungsscheibe einer erfindungsgemäßen Rutschkupplung in einer Draufsicht.
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In der 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Winkelschleifer in einem Teillängsschnitt gezeigt. Der Winkelschleifer wird angetrieben durch einen Elektromotor 1, auf dessen Abtriebswelle 2 ein Ritzel 3 sitzt. In einem Getriebegehäuse 4 ist senkrecht zur Abtriebswelle 2 eine Antriebsspindel 5 über ein Gleitlager 6 und ein in einem Zwischenteil 7 gehaltenes Wälzlager 8 gelagert. Die Antriebsspindel 5 ist an ihrem freien Ende mit einem Aufnahmeabschnitt versehen, an dem sie ein Werkzeug, im vorliegenden Fall eine Schleifscheibe 9, aufzunehmen vermag. Dazu ist auf die Antriebsspindel 5 ein Widerlager 10 aufgeschraubt, gegen das sich die Schleifscheibe 9 mittels einer Klemmscheibe 11 leicht auswechselbar anpressen lässt.
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Auf der Antriebsspindel 5 sitzt ferner ein Tellerrad 12, das sich lose relativ zu der Antriebsspindel 5 verdrehen lässt. In das Tellerrad 12 greift das Ritzel 3 ein. Das Tellerrad 12 weist ferner eine Reibfläche 13 auf, an die eine Kupplungsscheibe 14 angelegt werden kann, die mit der Antriebsspindel 5 drehfest verbunden ist.
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Für die drehfeste Verbindung der Antriebsspindel 5 mit der Kupplungsscheibe 14 ist die Antriebsspindel 5 an einem Ende 15 als Vielkeilwelle ausgeführt, so dass in radialer Richtung eine feste Verankerung der daran aufgenommenen Kupplungsscheibe 14 gegeben ist. Für eine konstante Anpressung einer Stirnfläche 16 der Kupplungsscheibe 14 gegen die Reibfläche 13 des Tellerrads 12 ist ein Paket aus Tellerfedern 17 vorgesehen, welche sich an einem Anschlag 18 an der Antriebsspindel 5 aufgenommen abstützt.
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Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsbeispiel der 1 ist der Anschlag 18 als Sicherungsring 19 ausgebildet. In Abhängigkeit von der Vorspannung der Tellerfedern 17 lässt sich das übertragbare Reibmoment, welches von dem Tellerrad 12 auf die Kupplungsscheibe 14 übertragen wird und damit zum Antrieb der Antriebsspindel 5 dient, einstellen.
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Auf der Stirnfläche 16 der Kupplungsscheibe 14 sind konzentrische Rillen 21 eingebracht, die auftretenden Abrieb aufnehmen können, um Fressstellen zu vermeiden und ein definiertes Reibmoment sicherzustellen.
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Wird die Schleifscheibe 9 zu stark auf das zu bearbeitende Werkstück aufgepresst, so bleibt sie schließlich mit der Antriebsspindel 5 stehen. Das frei auf der Antriebsspindel 5 drehbar gelagerte Tellerrad 12 kann sich vom Ritzel 3 des Elektromotors 1 angetrieben weiterdrehen, d. h. die Reibfläche 13 des Tellerrads 12 rutscht gegenüber der Kupplungsscheibe 14 durch. Auf diese Weise wird das Abbremsen der Antriebsspindel 5 nicht auf den Elektromotor 1 übertragen, so dass auch keine Überhitzung des Motors 1 stattfinden kann.
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Das durch die Tellerfedern 17 eingestellte, maximal übertragbare Reibmoment ist an die maximale Motorleistung angepasst, so dass die Schleifscheibe 9 in Folge der Belastung erst dann stehenbleibt, wenn gerade die höchste zulässige Belastung des Motors erreicht ist.
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In den 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Abwandlung der Antriebsspindel bzw. der Kupplungsscheibe gezeigt.
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Die Antriebsspindel 5 gemäß der 2 weist ebenfalls, wie im Stand der Technik gezeigt, einen Abschnitt zur Befestigung des Werkzeugs 5a auf, einen Aufnahmeabschnitt 5b für die Kupplungsscheibe 14' sowie einen Gewindeabschnitt 5c und einen Freistich 5d. Der Gewindeabschnitt 5c kann zur Aufnahme einer Sicherungsmutter als axial verschiebbarer Anschlag genutzt werden, während der Freistich 5d zur Aufnahme eines Sicherungsrings, wie in der 1 gezeigt, verwendet werden kann.
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An dem Aufnahmeabschnitt 5b ist im Unterschied zum Stand der Technik (vgl. 1) kein Keilwellenprofil ausgebildet, sondern ein Polygon-Profil mit einer Reihe von Abflachungen von 15'.
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Korrespondierend hierzu ist die Kupplungsscheibe 14' gemäß der 3 nicht mit einer an eine Keilwelle angepassten Innenausnehmung 14'a ausgebildet, sondern weist ebenfalls ein Polygon-Profil an seiner Innenausnehmung 14'a auf. Dieses umfasst im gezeigten Beispiel der 3 drei Abflachungen 14'b, welch in einem Winkel von etwa 120° zueinander angeordnet sind. Der durch die Abflachungen vorgegebene Innendurchmesser d1 ist naturgemäß kleiner als der durch die Radien zwischen den Abflachungen vorgegebene Durchmesser d2.
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Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Rutschkupplung mit der Antriebsspindel gemäß 2 und der zugehörigen Kupplungsscheibe gemäß 3 entspricht dem aus dem Stand der Technik Bekannten. Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Rutschkupplung ist jedoch, dass das Polygon-Profil zur Herstellung einer Polygonwellenverbindung von Antriebsspindel und Kupplungsscheibe eine höhere Standzeit der Rutschkupplung ermöglicht, da sich mangels entsprechender keilartiger Vorsprünge unerwünschte Kerbwirkungen kaum bemerkbar machen. Ferner kann die Polygonwellenverbindung leichter hergestellt werden als die aus dem Stand der Technik bekannte Keilwellenverbindung von Antriebsspindel und Kupplungsscheibe. Schließlich wird durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Rutschkupplung auch die Montage erleichtert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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