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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine ein Drehmoment bereitstellende Dreh- und Antriebsvorrichtung, insbesondere eine träge Drehvorrichtung zur Kraftübertragung in einer Richtung, wobei mit dieser Vorrichtung der Verlust an Rotationsenergie verringert werden kann.
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Stand der Technik
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Schraubelemente, z.B. Bolzen und Schraubenmuttern, werden zum Verbinden von Gegenständen eingesetzt. Um die Betätigungseffizienz zu erhöhen, wird ein Elektrowerkzeug (z.B. ein pneumatischer Schraubenschlüssel) in Kombination mit einer Drehvorrichtung zum Antreiben eines Schraubelements eingesetzt, wobei die Drehvorrichtung beispielsweise eine häufig verwendete Hülse ist. Damit das Festziehen oder Lösen des Schraubelements mit dem Elektrowerkzeug und der Hülse besser erfolgt, ist beim Stand der Technik bekannt, dass an der Außenumfangsfläche der Hülse ein Trägheitselement mit größerem Außendurchmesser angeordnet ist. Beispielsweise offenbart die US - Patentanmeldung
US 2012/0255749 A1 ein drehendes Schlaggerät (englisch: rotary impact device), bei dem durch das Trägheitsmoment eines Trägheitselements das Drehmoment der Hülse erhöht wird.
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Bei dem aus der Druckschrift
US 2012/0255749 A1 bekannten drehenden Schlaggerät ist an der Hülse ein Trägheitselement ausgebildet, wodurch das zum Drehen eines Schraubelements erzeugte Drehmoment tatsächlich erhöht werden kann. Jedoch ist eine derartige Konstruktion, bei der ein Trägheitselement und eine Hülse einteilig ausgebildet sind, für bestimmte Anwendungen nicht geeignet.
1 zeigt eine andere herkömmliche träge Drehvorrichtung, die ein Drehlager 11, eine Vielzahl von Klinken 12 und eine Vielzahl von elastischen Elementen 13 umfasst, die jeweils in einer Vielzahl von Begrenzungsaussparungen 111 des Drehlagers 11 angebracht sind, wobei ferner ein Trägheitselement 15 vorgesehen ist, das ein Drehzapfenloch 16 aufweist, durch welches das Trägheitselement 15 am Drehlager 11 drehbar gelagert ist, wobei an der Wandung des Drehzapfenlochs 16 eine Vielzahl von gleichlaufenden Sperrzähnen 17 angeordnet ist. Die Klinken 12 werden durch die elastischen Elemente 13 jeweils so mit einer Elastizität beaufschlagt, dass sie derart nach außen schwenken, dass die Zahnteile 121 am jeweiligen vorderen Ende der Klinken 12 in die Sperrzähne 17 eingreifen. Das Trägheitselement 15 ist so am Drehlager 11 drehbar gelagert, dass es in einer Richtung drehbar ist.
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Eine Kraftausgangswelle 19 eines Elektrowerkzeugs kann in das Drehlager 11 eingesteckt und so mit demselben verbunden werden, sodass das Drehlager 11 durch das Elektrowerkzeug angetrieben werden kann und somit ein Schraubelement zum Drehen gebracht werden kann. Mit dem Elektrowerkzeug wird das Drehlager 11 so angetrieben, dass sich das Drehlager 11 in der in 1 gezeigten Richtung R dreht, wobei die Kraft beispielsweise in der Richtung R übertragen wird. Wenn das Elektrowerkzeug am Anfang Schwierigkeiten hat, mit seinem Drehmoment das Schraubelement anzutreiben, wird die Kraftausgangswelle 19 des Elektrowerkzeugs die Antriebskraft, um das Drehlager 11 anzutreiben, solange intermittierend ausgeben bis das Schraubelement problemlos gedreht wird. Im Vorgang der intermittierenden Ausgabe der Triebkraft wird die Ausgangswelle 19 ein Drehmoment auf das Drehlager 11 ausüben und das Drehmoment freigeben, wobei sich diese beiden Arbeitstakte wiederholen. Wenn die Antriebskraft der Ausgangswelle 19 in dem Vorgang, in dem die Ausgangswelle 19 intermittierend das Drehlager 11 antreibt, gegen das Drehlager 11 stößt (Takt des Stoßens), dreht sich das Drehlager 11 schrittweise um eine kleine Strecke in der Richtung R. Nachdem die Ausgangswelle 19 die Antriebskraft freigegeben hat (Takt des Freigebens) , wird das Drehlager 11 erst beim nächsten Takt des Stoßens der Ausgangswelle 19 durch die Ausgangswelle 19 angetrieben. Somit wird das Drehlager 11 in jedem Vorgang, in dem die Ausgangswelle 19 intermittierend eine Antriebskraft ausgibt, mehrmals eine Bewegungsenergie zur Drehung in der Richtung R erhalten.
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Im Takt des Stoßens wird das Drehlager 11 seine Rotationsenergie über die Klinken 12 an das Trägheitselement 15 übertragen, wobei sich das Trägheitselement 15 und das Drehlager 11 aufgrund der Trägheit nicht synchron drehen. Das Trägheitselement 15 übt eine Gegenkraft auf die Klinken 12 aus, sodass die Sperrzähne 17 jeweils gegen die Klinken 12 drücken und sich die Klinken 12 dadurch jeweils in eine Begrenzungsaussparung 111 verschieben. Dadurch werden die elastischen Elemente dazu gebracht, eine elastische Energie zu speichern. Wenn die Klinken 12 durch die Schrittweite des Drehlagers 12 jeweils einen Sperrzahn 17 überspringen, werden die Klinken 12 durch die elastischen Elemente 13 mit einer elastischen Kraft beaufschlagt und verschieben sich dadurch jeweils in die nächste Zahnlücke 18. Somit springen die Klinken 12 einmal.
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Wenn das Drehlager 11 im nächsten Takt des Stoßens der Ausgangswelle 19 angetrieben wird, wird das sich entlang der Richtung R ergebende Trägheitsmoment G des (vorher angetriebenen) Trägheitselements 15 über die Klinken 12 auf das Drehlager 11 übertragen, wodurch das zur Drehung des Schraubelements bereitgestellte Drehmoment des Drehlagers 11 vergrößert wird.
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Bei der herkömmlichen Vorrichtung 10 zum Festziehen bzw. Lösen eines Befestigungselements durch Drehen wird das sich im Takt des Stoßens ergebende Drehmoment des Drehlagers 11 zum Drehen durch das Trägheitsmoment des Trägheitselements 15 vergrößert. Jedoch erweist sich die herkömmliche Vorrichtung 10 zum Festziehen bzw. Lösen eines Befestigungselements durch Drehen in vielerlei Hinsicht als mangelhaft.
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Wie oben beschrieben wurde, springen die Klinken 12 (die Klinken 12 treten aus einer Zahnlücke 18 aus und treten anschließend in eine nächstliegende Zahnlücke 18 ein), wenn sich das Drehlager 11 in der Richtung R dreht und sich das Trägheitselement 15 noch nicht synchron mit dem Drehlager 11 dreht. Da bei den herkömmlichen Ausführungen die Zahnspitzenbreite D des herkömmlichen Sperrzahns 17 klein ist, ist ferner die Entfernung zur angrenzenden Zahnlücke 18 klein. Aus diesem Grund werden die Klinken 12 im Betrieb häufig springen. Je häufiger die Klinken 12 springen, desto mehr werden das Trägheitsmoment des Trägheitselements 15 und die Bewegungsenergie des Drehlagers 11 durch die elastischen Elemente 13 verbraucht, wodurch das Drehmoment der Vorrichtung 10 beeinträchtigt wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in einer Richtung drehbare träge Drehvorrichtung zu schaffen, bei der der Verlust an Rotationsenergie verringert werden kann.
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Technische Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine in einer Richtung drehbare träge Drehvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße in einer Richtung drehbare träge Drehvorrichtung umfasst ein Drehlager, das angetrieben werden kann, ein Trägheitselement, das ein Drehzapfenloch aufweist, und ein gleichlaufendes Getriebe, wobei das Trägheitselement mittels des Drehzapfenlochs an der Umfangsfläche des Drehlagers drehbar gelagert ist, sodass sich das Trägheitselement am Drehlager drehen kann, wobei an der Umfangsfläche des Drehlagers und an der Wandung des Drehzapfenlochs eine erste Umfangsfläche und eine zweite Umfangsfläche ausgebildet sind, die einander entsprechen, und wobei das gleichlaufende Getriebe mindestens einen gleichlaufenden Übertragungszahn, mindestens ein elastisches Element und eine Vielzahl von Eingriffszähnen umfasst, wobei die Eingriffszähne in einem gleichen Abstand zueinander an der zweiten Umfangsfläche ringförmig angeordnet sind, wobei der mindestens eine Übertragungszahn an der ersten Umfangsfläche angeordnet ist und verschiebbar in die Eingriffszähne eingreift oder sich von diesen löst, wobei die elastische Energie des mindestens einen elastischen Elements dafür sorgt, dass sich der mindestens eine Übertragungszahn zu den Eingriffszähnen verschiebt, wobei die Eingriffszähne so ausgebildet sind, dass jeder Eingriffszahn eine Zahnspitze und eine Zahnhöhe aufweist, wobei die Zahnspitzenbreite größer als die Größe der Zahnhöhe ist.
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Vorzugsweise ist die Größe der Zahnspitzenbreite der jeweiligen Eingriffszähne 1, 4 bis 3, 5-mal so groß wie die Größe der Zahnhöhe.
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Zwischen zwei benachbarten Eingriffszähnen ist eine Zahnlücke vorhanden. Vorzugsweise ist die Zahnspitzenbreite der jeweiligen Eingriffszähne größer als die Breite der jeweiligen Zahnlücken.
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Dadurch wird ermöglicht, dass im Vorgang, in dem durch eine Drehung des Drehlagers über das gleichlaufende Getriebe das Trägheitselement mitbewegt wird und somit das Trägheitselement zum Drehen gebracht wird, die Klinken und die Eingriffszähne seltener ineinander eingreifen und sich voneinander lösen, sodass weniger Rotationsenergie des Drehlagers und ein geringeres Trägheitsmoment des Trägheitselements durch die elastischen Elemente absorbiert werden, wodurch der Verlust an Bewegungsenergie verringert wird, sodass die durch die Drehvorrichtung bereitgestellte Energie effektiv ausgenutzt wird und eine höhere Drehzahl sowie ein größeres Trägheitsmoment des Trägheitselements erzielt werden können. Somit wird ein größeres Drehmoment zum Antreiben eines Befestigungselements (z.B. Schraubelements) erzielt.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen trägen Drehvorrichtung,
- 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen trägen Drehvorrichtung,
- 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie 3-3 aus 2,
- 4 zeigt einen Ausschnitt aus 3,
- 5 zeigt eine zur 3 analoge Schnittansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen trägen Drehvorrichtung,
- 6 bis 9 zeigen schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Betätigungsvorgangs zur Übertragung einer Kraft in einer Drehrichtung mittels der erfindungsgemäßen Drehvorrichtung,
- 10 zeigt einen Ausschnitt aus einer Schnittansicht eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen trägen Drehvorrichtung, und
- 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Betätigungszustands der Drehvorrichtung aus 10.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
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Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Erfindung soll nicht auf die in der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt sein.
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In 2 und 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, in einer Richtung drehbaren trägen Drehvorrichtung 20 dargestellt, die hierbei beispielhaft als eine Hülse ausgebildet ist. Jedoch kann die erfindungsgemäße Struktur in Form einer beliebigen zur Übertragung eines Drehmoments durch eine Drehung geeigneten Vorrichtung oder eines entsprechend geeigneten Gegenstands ausgeführt sein. Die in einer Richtung drehbare träge Drehvorrichtung 20 umfasst ein Drehlager 30, ein Trägheitselement 40 und ein zwischen dem Drehlager 30 und dem Trägheitselement 40 angeordnetes gleichlaufendes Getriebe 50.
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Für das Beispiel, in dem die Drehvorrichtung 20 als Hülse ausgebildet ist, ist das Drehlager 20 zylinderförmig ausgebildet, wobei an den zwei Enden des Drehlagers 30 jeweils ein Koppelende 32 und ein Antriebsende 34 definiert sind, um eine Kraft zu übertragen. Am Koppelende 32 ist eine mehrkantige (z.B. viereckige) Verbindungsöffnung 33 ausgebildet, durch welches eine Antriebswelle eines Elektrowerkzeugs an das Koppelende 32 anschließbar ist. Eine mehrkantige (z.B. sechs- oder zwölfkantige) Aufstecköffnung (nicht dargestellt) ist am Antriebsende 34 ausgebildet, welche zum Aufstecken auf ein Befestigungs- bzw. Schraubelement dient. Das Drehlager 30 weist eine Mittelachse C auf. Wenn das Drehlager 30 angetrieben wird, dreht es sich um die Mittelachse C als Mitte.
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Das Trägheitselement 40 weist eine symmetrische Kontur auf. Die Mitte der Masse des Trägheitselements 40 liegt im Zentrum des Trägheitselements 40 und der Außendurchmesser des Trägheitselements 40 ist größer als der des Drehlagers 30, wobei das Trägheitselement 40 beispielsweise kreisscheiben- oder zylinderförmig ausgebildet ist, wobei die Formen des Trägheitselements 40 aber nicht auf diese Formen beschränkt sind Ein Drehzapfenloch 42 ist axial in der Mitte des Trägheitselements 40 angeordnet. Das Trägheitselement 40 ist mittels des Drehzapfenlochs 42 an der Umfangsfläche 31 des Drehlagers 30 drehbar gelagert und relativ zum Drehlager 30 drehbar. Das Trägheitselement 40 ist auf eine angemessene Weise am Drehlager 30 montiert. Wie in 2 gezeigt ist, werden die obere und die untere Stirnseite des Trägheitselements 40 jeweils mittels eines oberen Sicherungselements 45 und eines unteren Sicherungselements (nicht dargestellt) positioniert. Da die Montageweise des Trägheitselements 40 keinen erfindungswesentlichen Gegenstand definiert, wird sie hierin nicht weiter erläutert.
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An der Umfangsfläche des Drehlagers 30 und an der Wandung des Drehzapfenlochs 42 des Trägheitselements 40 sind eine erste Umfangsfläche und eine zweite Umfangsfläche konzentrisch ausgebildet, die einander entsprechen und in einem relativen Verhältnis stehen, wobei dies, wie im Folgenden erläutert ist, zu verstehen ist. Wenn die erste Umfangsfläche die Umfangsfläche 31 des Drehlagers 30 definiert, bildet die zweite Umfangsfläche die Wandung des Drehzapfenlochs 42 des Trägheitselements 40, wobei, wenn umgekehrt die erste Umfangsfläche als die Wandung des Drehzapfenlochs 42 des Trägheitselements 40 definiert ist, die zweite Umfangsfläche durch die Umfangsfläche 31 des Drehlagers 30 ausgebildet ist.
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Das gleichlaufende Getriebe 50 umfasst mindestens einen gleichlaufenden Übertragungszahn, mindestens ein elastisches Element 54 und eine Vielzahl von Eingriffszähnen 56. Der mindestens eine gleichlaufende Übertragungszahn und das mindestens eine elastische Element 54 sind an der ersten Umfangsfläche angebracht und die Eingriffszähne 56 sind an der zweiten Umfangsfläche geformt. Wenn die Umfangsfläche 31 des Drehlagers 30 die erste Umfangsfläche ist und die Wandung des Drehzapfenlochs 42 des Trägheitselements 40 durch die zweite Umfangsfläche definiert ist, sind der mindestens eine gleichlaufende Übertragungszahn und das mindestens eine elastische Element 54 an der Umfangsfläche 31 des Drehlagers 30 angebracht und die Eingriffszähne 56 sind an der Wandung des Drehzapfenlochs 42 angeordnet. Wenn umgekehrt die erste Umfangsfläche durch die Wandung des Drehzapfenlochs 42 des Trägheitselements 40 definiert ist und die zweite Umfangsfläche durch die Umfangsfläche 31 des Drehlagers 30 definiert ist, sind der mindestens eine gleichlaufende Übertragungszahn und das mindestens eine elastische Element 54 an der Wandung des Drehzapfenlochs 42 angebracht und die Eingriffszähne 56 sind an der Umfangsfläche 31 des Drehlagers 30 angeordnet.
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Gemäß den Darstellungen des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels aus 3 und 4 bildet die Umfangsfläche 31 des Drehlagers 30 die erste Umfangsfläche und die Wandung des Drehzapfenlochs 42 des Trägheitselements 40 bildet die zweite Umfangsfläche. An der Umfangsfläche 31 (d.h. der ersten Umfangsfläche) ist mindestens eine Einbuchtung 36 ausgebildet, in der der mindestens eine gleichlaufende Übertragungszahn und das mindestens eine elastische Element 54 aufgenommen sind. Im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von gleichlaufenden Übertragungszähnen, eine Vielzahl von elastischen Elementen 54 und eine Vielzahl von Einbuchtungen 36 vorgesehen, wobei die gleichlaufenden Übertragungszähne im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel als Klinken 52 ausgebildet sind, wobei die Klinken 52 und die elastischen Elemente 54 jeweils in den Einbuchtungen 36 angeordnet sind. Die Eingriffszähne 56 sind in einem gleichen Abstand voneinander an der Wandung des Drehzapfenlochs 42 (d.h. der zweiten Umfangsfläche) ringförmig angeordnet, wobei zwischen je zwei benachbarten Eingriffszähnen 56 eine Zahnlücke 58 ausgebildet ist.
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Das eine Ende der Klinken 52 ist jeweils als Zahnteil 521 ausgebildet und das jeweilige andere Ende der Klinken 52 ist als gelenkiges Verbindungsende 522 ausgebildet, wobei das gelenkige Verbindungsende 522 an einer Seite der Einbuchtung 36 angeordnet ist. Die jeweilige Klinke 52 kann sich mit dem gelenkigen Verbindungsende 522 als Drehpunkt um einen bestimmten Winkel verschieben. Die elastischen Elemente 54 sind an der anderen Seite der jeweiligen Einbuchtungen 36 angeordnet, wobei das eine Ende der elastischen Elemente 54 jeweils eine korrespondierende Klinke 52 mit einer Federkraft beaufschlagt, wobei die Klinke 52 durch die Federkraft des elastischen Elements 54 nach außen gedrückt und dadurch in einem Zustand gehalten wird, in dem das Zahnteil 521 aus der Einbuchtung 36 heraussteht und in den Eingriffszahn 56 eingreift. Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist das Zahnteil 521 der Klinke 52 in eine Zahnlücke 58 eingeschoben, wenn die Klinke 52 mit dem Eingriffszahn 56 in Eingriff steht.
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Die beiden Seiten von jedem der Eingriffszähne 56 sind als erste Zahnfläche 561 und zweite Zahnfläche 562 ausgebildet. Der Eingriffszahn 56 weist jeweils eine Zahnspitze 563 auf, wobei die Steigung der ersten Zahn fläche 561 größer als die Steigung der zweiten Zahnfläche 562 ist. Wie aus 4 ersichtlich ist, weisen die Eingriffszähne 56 jeweils eine Höhe X (im Folgenden als Zahnhöhe bezeichnet) auf, wobei die Zahnhöhe zwischen der Zahnspitze 563 und einem Zahngrund 564 definiert ist. Die jeweilige Zahnspitze 563 der Eingriffszähne 56 weist eine Breite T (im Folgenden als Zahnspitzenbreite bezeichnet) auf, wobei die jeweilige Zahnspitzenbreite T der Zahnspitze 563 der Eingriffszähne 56 größer als die Zahnhöhe X ist, wobei die Größe der Zahnspitzenbreite T das 1, 4 bis 3, 5-Fache, bevorzugt das 1, 5 bis 3, 2-Fache, der Größe der Zahnhöhe X beträgt. Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4 beträgt die Größe der Zahnspitzenbreite T 2, 57 Einheiten und die Größe der Zahnhöhe X 1, 6 beträgt Einheiten. Durch Vergrößern der Breite der Zahnspitze 563 wird der Abstand zwischen zwei benachbarten Zahnlücken 58 vergrößert. Zudem ist die jeweilige Zahnspitzenbreite T der Zahnspitze des Eingriffszahns 56 erfindungsgemäß größer als die Breite S der Zahnlücke 58, wobei die Breite S durch den Abstand zwischen zwei benachbarten Zahnspitzen 563 definiert ist (siehe 4). Die Stirnseite der Zahnspitze 563 ist eine Bogenfläche.
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5 zeigt eine Schnittansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen in einer Richtung drehbaren trägen Drehvorrichtung 20'. Das Drehlager 30, das Trägheitselement 40 und das gleichlaufende Getriebe 50 gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind identisch zu dem Drehlager 30, dem Trägheitselement 40 und dem gleichlaufenden Getriebe 50 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels konstruiert, wobei die gleichen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Zahnspitzenbreite T der Zahnspitze 563 der Eingriffszähne 56 größer als die Zahnspitzenbreite T bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel beträgt die Größe der Zahnspitzenbreite T 5,08 Einheiten und die Größe der Zahnhöhe X ist 1,6 Einheiten.
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Durch das gleichlaufende Getriebe 50 übertragen das Drehlager 30 und das Trägheitselement 40 eine Kraft in einer Richtung. Wenn sich das Drehlager 30 unter Bezugnahme auf die Richtung aus 4 im Uhrzeigersinn dreht, bleiben die Klinken 52 in Eingriff mit den Eingriffszähnen 56 des Trägheitselements 40, sodass das Drehlager 30 das Trägheitselement 40 zu einer synchronen Drehung im Uhrzeigersinn antreibt. Wenn das Drehlager 30 aufhört, sich im Uhrzeigersinn zu drehen, dann werden die Klinken 52 springen und wiederholt in die Zahnlücken 58 eintreten bzw. aus diesen heraustreten, sodass das Trägheitselement 40 keine Bewegungsenergie auf das Drehlager 30 übertragen wird. Wenn sich das Drehlager 30 gegen den Uhrzeigersinn dreht, werden die Klinken 52 in der Anfangsphase des Drehvorgangs unter der Einwirkung der vom Trägheitselement 40 ausgeübten Gegenkraft in die Einbuchtungen 36 eintreten, sodass das Drehlager 30 in der Anfangsphase des Drehvorgangs nicht sofort das Trägheitselement 40 zum Drehen bringen kann.
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Im Folgenden wird erläutert, wie ein Befestigungselement (z.B. Schraubelement) mit der erfindungsgemäßen trägen Drehvorrichtung zur Drehung angetrieben wird. Wie aus 6 ersichtlich ist, wird eine Kraftausgangswelle 60 eines Werkzeugs, beispielsweise eines pneumatischen Schraubenschlüssels, an die am Koppelende des Drehlagers 30 ausgebildete Verbindungsöffnung 33 angeschlossen und das Antriebsende des Drehlagers 30 wird auf das zu drehende Befestigungselement (z.B. Schraubelement) aufgesteckt, wobei die Ausgangswelle 60 in der in der Zeichnung dargestellten Drehrichtung R ein Drehmoment auf die Drehvorrichtung 20 ausübt, um das Befestigungselement (z.B. Schraubelement) zu drehen. Wenn das Drehlager 30 ein aktives Bauelement ist, das Trägheitselement 40 ein passives Bauelement ist und sich das Drehlager 30 in der Drehrichtung R dreht, dann definiert diese Drehrichtung R die Richtung, in der sich das Drehlager 30 und das Trägheitselement 40 relativ zueinander drehen können. Das heißt, dass die Klinken 52 auch in der Richtung R springen werden.
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Wenn das Drehmoment der Ausgangswelle 60 am Anfang Schwierigkeiten hat, das Befestigungselement (z.B. Schraubelement) und das Drehlager 30 zur Drehung anzutreiben, dann wird die Ausgangswelle 60 intermittierend eine Kraft ausgeben, um das Drehlager 30 anzutreiben, wobei der Vorgang eines intermittierenden Antriebs des Drehlagers 30 durch einen Takt des Stoßens, in dem ein Drehmoment auf das Drehlager 30 ausgeübt wird, und einen Takt des Freigebens, in dem das Drehmoment vom Drehlager 30 freigegeben wird, definiert wird. Die Ausgangswelle 60 wird diese beiden Takte wiederholt mehrmals ausführen, um solange auf das Drehlager 30 einzuwirken, bis sich das Befestigungselement (z.B. Schraubelement) problemlos dreht. Im Vorgang der Betätigung wird die Bewegungsenergie des Drehlagers 30 auch das Trägheitselement 40 antreiben, sodass das Trägheitselement 40 arbeitet.
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Im Takt des Stoßens, in dem sich das Drehlager 30 durch den Antrieb der Ausgangswelle 60 dreht, wird die Rotationsenergie des Drehlagers 30 über die Klinken 52 auf das Trägheitselement 40 übertragen. Am Anfang des Drehvorgangs des Drehlagers 30 wird sich das Trägheitselement 40 aufgrund seiner Trägheit nicht sofort mit dem Drehlager 30 drehen und die zweite Zahnfläche 562 eines Eingriffszahns 56 des Trägheitselements 40 wird eine Gegenkraft auf die Klinke 52 ausüben, sodass diese Klinke 52 gedrückt wird und sich dadurch um einen bestimmten Winkel verschiebt und in eine entsprechende Einbuchtung 26 eintritt, wie es in 7 gezeigt wird, wobei das elastische Element 54 zusammengedrückt wird und so durch seine Elastizität eine Federkraft speichert. Hierbei dreht sich das Trägheitselement 40 zwar nicht sofort mit dem Drehlager 30, wird aber schon durch die Bewegungsenergie des Drehlagers 30 angetrieben. Die Kraft F aus 6 steht für die Kraft, mit der die Bewegungsenergie des Drehlagers das Drehlager 30 zum Drehen bringt.
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Im Takt des Stoßens, in dem das Drehlager 30 durch die Kraft der Ausgangswelle 60 angetrieben wird, dreht sich das Drehlager 30 schrittweise um eine kleine Strecke in der Richtung R, nämlich von der in 7 gezeigten Position zu der in 8 gezeigten Position, wobei das Zahnteil 521 der Klinke 52 noch mit der Stirnseite der Zahnspitze 563 des Eingriffszahns 56 in Kontakt steht. Da die Zahnspitzenbreite T des Eingriffszahns erfindungsgemäß so vorgesehen ist, dass sie größer als die Zahnhöhe X ist, bleibt die Klinke 52 im Arbeitszustand aus 8 noch mit der Zahnspitze 563 des Eingriffszahns 56 in Kontakt und springt nicht in die nächste Zahnlücke 58b (wohingegen in diesem Fall die Klinke 12 der herkömmlichen Drehvorrichtung aus 1 von der Zahnlücke 18a, in der sie sich befindet, in die nächste Zahnlücke 18b springen würde) .
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Nach dem Takt des Stoßens der Ausgangswelle 60 folgt der Takt des Freigebens. Nun verfügen die Ausgangswelle 60 und das Drehlager 30 über keine Rotationsenergie, sodass die Ausgangswelle 60 erst beim nächsten Takt des Stoßens wieder das Drehlager zur Drehung antreiben wird. Wie in 8 gezeigt ist, wird das Trägheitselement 40 im Takt des Freigebens unter der Einwirkung der Kraft F über ein Trägheitsmoment V verfügen und sich somit mit diesem Trägheitsmoment V in der Drehrichtung R drehen. Vorteilhafterweise ist die Zahnspitze 563 breiter ausgebildet, sodass die Drehweite des Trägheitselements an den Zahnspitzen vergrößert wird, wodurch eine größere Bewegungsenergie erzeugt wird. Nun dreht sich das Trägheitselement 40 entlang der Drehrichtung R. Wenn eine Zahnlücke 58 des Trägheitselements 40 genau auf eine Klinke 52 ausgerichtet ist, wird das elastische Element 54 die Klinke 52 elastisch so verschieben, dass die Klinke 52 in die Zahnlücke eintritt, wie in 9 gezeigt ist (in 9 tritt die Klinke 52 beispielsweise erneut in die Zahnlücke 58a ein, in der sie vorher schon war).
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In dem in 9 gezeigten Zustand, in dem die Klinke 52 in eine Zahnlücke eingetreten ist, wird die Ausgangswelle 60 beim Starten eines nachfolgenden Takts des Stoßens das Drehlager 30 wieder so antreiben, dass sich das Drehlager 30 in der Drehrichtung R dreht. Gleichzeitig wird das Trägheitsmoment V des Trägheitselements 40 über die Klinken 52 in der gleichen Richtung auf das Drehlager 30 übertragen, wodurch das Drehlager 30 zum Drehen gebracht wird. Somit wird im Takt des Stoßens, in dem die Drehvorrichtung 20 das Befestigungselement (z.B. Schraubelement) antreibt, das Trägheitsmoment V des Trägheitselements 40 dem Drehlager 30 bereitgestellt, wodurch das Drehmoment des Drehlagers erhöht wird, sodass das Befestigungselement (z.B. Schraubelement) ungehinderter, effizienter und schneller gedreht werden kann.
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Die erfindungsgemäße träge Drehvorrichtung 20 weist im Vergleich zu den herkömmlichen trägen Drehvorrichtungen folgende Vorteile auf:
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Im Vorgang des Stoßens und des Freigebens wird bei der erfindungsgemäßen trägen Drehvorrichtung 20 ermöglicht, dass die Klinke 52 seltener springt, d.h. in eine Zahnlücke eintritt und aus einer Zahnlücke austritt, sodass weniger Rotationsenergie des Drehlagers 30 und ein geringeres Trägheitsmoment des Trägheitselements 40 durch das elastische Element 54 absorbiert werden. Erfindungsgemäß ist der jeweilige Eingriffszahn 56 so ausgestaltet, dass die Zahnspitzenbreite T größer als die Zahnhöhe X ist, sodass das Zahnteil 521 der Klinke 52 im Vorgang des Drehens des Drehlagers 30 und des Trägheitselements 40 relativ zueinander stabiler und länger an der Zahnspitze 563 des Eingriffszahns 56 bleibt, unabhängig davon, ob die Entfernung des relativen Drehens größer als der Zahnabstand der Eingriffszähne 56 ist, wodurch eine Verringerung der Häufigkeit des Springens der Klinke 52 zwischen den Zahnlücken 58 ermöglicht wird, sodass die Klinke 52 gemäß der Erfindung im Vergleich zur Klinke einer herkömmlichen Drehvorrichtung seltener springt, was zu einer Reduzierung des Verlusts an Trägheitsmoment des Trägheitselements 40 und einer Reduzierung des Verlusts an Rotationsenergie des Drehlagers 30 beiträgt, sodass die erfindungsgemäße träge Drehvorrichtung 20 im Einsatz ein größeres Drehmoment erzeugen kann.
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10 zeigt ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen in einer Richtung drehbaren trägen Drehvorrichtung 20", wobei die gleichen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden. Das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel durch die Form der gleichlaufenden Übertragungszähne. An der Umfangsfläche (d.h. der ersten oder zweiten Umfangsfläche) des Drehlagers 30 sind mehrere Vertiefungen 38 in einem gleichen Abstand voneinander angeordnet und mehrere gleichlaufende Übertragungszähne sind in den Vertiefungen 38 angeordnet. Bei den Übertragungszähnen im dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um Sperrzähne 53, die so ausgebildet sind, dass ein Ende des jeweiligen Sperrzahns 53 ein Zahnteil 531 bildet und der jeweilige Sperrzahn 53 eine Schrägfläche 532 aufweist, wobei der Sperrzahn 53 in der Vertiefung 38 verschiebbar ist. Das elastische Element 54 ist in der Vertiefung 38 angeordnet und beaufschlagt den Sperrzahn 53 derart mit einer Federkraft, dass der Sperrzahn 53 aus der Vertiefung 38 heraussteht, damit das Zahnteil 531 mit dem Eingriffszahn 56 in Eingriff kommt. Beim Eingriff tritt das Zahnteil 531 des Sperrzahns 53 in eine Zahnlücke 58 ein, während die Schrägfläche 532 mit der zweiten Zahnfläche 532 eines Eingriffszahns 56 in Kontakt kommt.
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Die Eingriffszähne 56 im dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind identisch zu den Eingriffszähnen 56 im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgebildet, wobei die Zahnspitzenbreite T der Zahnspitze 563 der jeweiligen Eingriffszähne 56 größer als die Zahnhöhe X ist und die Größe der Zahnspitzenbreite T das 1,4 bis 3,5-Fache der Größe der Zahnhöhe X beträgt.
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Wenn sich das Drehlager 30 unter Bezug auf die Richtung aus 10 im Uhrzeigersinn dreht, werden die Sperrzähne 53 nicht in die Vertiefungen 38 eintreten, sodass das Drehlager 30 das Trägheitselement 40 zum synchronen Drehen bringen kann.
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Wenn das Drehlager 30 unter Bezug auf die Richtung aus 11 durch ein pneumatisches Werkzeug zur Drehung gegen den Uhrzeigersinn in der Richtung R angetrieben wird, wird die zweite Zahnfläche 532 eines Eingriffszahns 56 aufgrund der Trägheit des Trägheitselements eine Gegenkraft auf die Schrägfläche 532 eines jeweiligen der Sperrzähne 53 40 ausüben, sodass der Sperrzahn 53 in die Vertiefung 38 eintritt und dabei springt. Somit tritt der Sperrzahn 53 wiederholt in die Zahnlücken 58 ein und tritt aus dieser aus und gleitet dabei über die Zahnspitze 563 der jeweiligen Eingriffszähne 56.
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Die Art und Weise des Einsatzes des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels entspricht derjenigen des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels und wird hier nicht weiter erläutert.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Beispielsweise ist in der Beschreibung beschrieben, dass das Drehlager unter Bezug auf die Richtung in der Zeichnung beim Drehen im Uhrzeigersinn das Trägheitselement zum Drehen antreibt. Bei einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, dass die Kraftübertragung in einer Richtung so konzipiert ist, dass das Drehlager bei einer Drehung gegen den Uhrzeigersinn das Trägheitselement zum Drehen antreibt. Solche Änderungen stellen lediglich Optionen für die Ausführung dar, die im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
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Bezugszeichenliste
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- 20, 20', 20''
- in einer Richtung drehbare träge Drehvorrichtung
- 30
- Drehlager
- 31
- Umfangsfläche
- 32
- Koppelende
- 33
- Verbindungsöffnung
- 34
- Antriebsende
- 36
- Einbuchtung
- 38
- Vertiefung
- C
- Mittelachse
- 40
- Trägheitselement
- 42
- Drehzapfenloch
- 45
- Sicherungselement
- 50
- gleichlaufendes Getriebe
- 52
- Klinken
- 521
- Zahnteil
- 522
- gelenkiges Verbindungsende
- 53
- Sperrzähne
- 531
- Zahnteil
- 532
- Schrägfläche
- 54
- elastisches Element
- 56
- Eingriffszahn
- 561
- erste Zahnfläche
- 562
- zweite Zahnfläche
- 563
- Zahnspitze
- 564
- Zahngrund
- 58
- Zahnlücke
- 60
- Kraftausgangswelle
- X
- Höhe des Eingriffszahns
- T
- Zahnspitzenbreite
- S
- Zahnlückenbreite
- R
- Drehrichtung
- F
- Kraft
- V
- Trägheitsmoment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012/0255749 A1 [0002, 0003]
