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ERFINDUNGSFELD
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Die Erfindung betrifft einen Elektroschrauber und insbesondere einen Mechanismus und ein Verfahren, die eine Betriebsgeschwindigkeit des Elektroschraubers durch das Drücken des Elektroschraubers gegen eine Oberfläche eines Objekts steuern können.
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HINTERGRUND
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Ein Elektroschrauber ist ein Elektrowerkzeug, das für Innendekorationsarbeiten und das Aufstellen von Möbeln verwendet wird. Wie bei einem manuellen Festziehen einer Schraube ist auch bei einem Elektroschrauber eine Variation des Ausgabedrehmoments und der Geschwindigkeit während des Festziehens der Schraube erforderlich. Wenn die Schraube in das zu bohrende Werkstück (zum Beispiel ein Holzbrett) eintritt, kann sie sich mit einer relativ hohen Geschwindigkeit drehen, weil sie auf einen kleinen Widerstand trifft und das zu diesem Zeitpunkt erforderliche Drehmoment nicht groß ist. Wenn die Schraube jedoch allmählich in das Werkstück eindringt, wird der angetroffene Widerstand größer und vergrößert sich insbesondere zu einem Maximum, wenn die Schraube beinahe vollständig in das Werkstück eingedrungen ist. Zu diesem Zeitpunkt muss sich die Schraube nicht mit einer hohen Geschwindigkeit drehen, aber ist das für die Schraube erforderliche Drehmoment sehr groß. Herkömmliche Elektroschrauber steuern die Geschwindigkeit/das Drehmoment allgemein, indem der Benutzer direkt die Betätigungsgröße eines Triggers steuert, wobei hierfür jedoch der Benutzer erfahren sein muss und die Betätigung bewusst vornehmen muss, weshalb die Verwendung eines derartigen Elektroschraubers weniger komfortabel ist. Außerdem ist eine Verwendung nur des Triggers für das Steuern der Ausgabe des Elektroschraubers nicht flexibel genug, um die Anforderungen von Benutzern an Elektroschrauber für verschiedene Anwendungen zu erfüllen.
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Weiterhin gibt es mehr und mehr Elektrowerkzeuge mit einer Push-to-Drive-Funktion. Zum Beispiel wird ein mit der Push-to-Drive-Funktion versehener Druckluftnagler nur dann getriggert, wenn der Kopf des Druckluftnaglers durch den Benutzer gegen die Oberfläche des Werkstücks (wie etwa eine Wand) gedrückt wird, um sicherzustellen, dass der Druckluftnagler nicht versehentlich getriggert wird und den Benutzer verletzt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die Ausführungsformen der Erfindung sehen einen für einen Elektroschrauber ausgebildeten Drück- und Antriebsmechanismus vor. Der Drück- und Antriebsmechanismus umfasst ein Gehäuse und ein Ausgabeglied, das mit dem Gehäuse verbunden ist und bei einer Benutzerbetätigung relativ zu dem Gehäuse bewegt werden kann. Der Drück- und Antriebsmechanismus umfasst weiterhin ein erstes Einstellglied, das mit dem Ausgabeglied verbunden ist und zusammen mit diesem bewegt werden kann; und ein zweites Einstellglied, das relativ zu dem Gehäuse fixiert ist und ausgebildet ist für einen mechanischen Kontakt mit dem ersten Einstellglied. Das erste Einstellglied ist ausgebildet für eine Bewegung relativ zu dem zweiten Einstellglied, wenn sich das Ausgabeglied relativ zu dem Gehäuse bewegt, sodass der Drück- und Antriebsmechanismus aktiv oder passiv ein sich kontinuierlich änderndes Signal ausgibt.
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Vorzugsweise bilden das erste Einstellglied und das zweite Einstellglied ein Potentiometer.
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Vorzugsweise ist das erste Einstellglied ein erster Metallkontakt. Das zweite Einstellglied ist ein Streifen mit einer vorbestimmten Länge. Das erste Einstellglied ist ausgebildet für eine Bewegung entlang des zweiten Einstellglieds, wobei verschiedene Positionen des ersten Einstellglieds relativ zu dem zweiten Einstellglied in verschiedenen Widerstandswerten des Potentiometers resultieren.
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Insbesondere ist das zweite Einstellglied ein Kohlenstofffilm auf einer Leiterplatte.
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In einer Variation einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Drück- und Antriebsmechanismus weiterhin einen zweiten Metallkontakt, der ausgebildet ist für eine Bewegung mit dem ersten Metallkontakt. Die Leiterplatte umfasst weiterhin zwei parallele gedruckte Metalldrähte. Der zweite Metallkontakt ist ausgebildet für eine Bewegung entlang der gedruckten Metalldrähte, sodass die zwei parallelen gedruckten Metalldrähte elektrisch verbunden oder getrennt werden, um eines von zwei diskreten Signalen auszugeben.
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In einer anderen Variation einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Drück- und Antriebsmechanismus weiterhin ein drittes Einstellglied und ein viertes Einstellglied. Das dritte Einstellglied ist mit dem Ausgabeglied verbunden und kann zusammen mit diesem bewegt werden. Das vierte Einstellglied ist relativ zu dem Gehäuse fixiert. Das dritte Einstellglied bewegt sich relativ zu dem vierten Einstellglied, wenn sich das Ausgabeglied relativ zu dem Gehäuse bewegt, sodass der Drück- und Antriebsmechanismus aktiv oder passiv eines von zwei diskreten Signalen ausgibt.
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Vorzugsweise bilden das dritte Einstellglied und das vierte Einstellglied einen SPST (Single Pole Single Throw)-Schalter.
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Vorzugsweise ist das dritte Einstellglied ein zweiter Metallkontakt. Das vierte Einstellglied besteht aus zwei parallelen Metallstreifen, und das dritte Einstellglied ist ausgebildet für eine Bewegung entlang des vierten Einstellglieds und veranlasst, dass die zwei parallelen Metallstreifen elektrisch verbunden oder getrennt werden, um eines der zwei diskreten Signale auszugeben.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Elektroschrauber angegeben, der einen Drück- und Antriebsmechanismus enthält. Der Drück- und Antriebsmechanismus umfasst ein Gehäuse, ein Ausgabeglied, das mit dem Gehäuse verbunden ist und bei einer Betätigung durch einen Benutzer relativ zu dem Gehäuse bewegt werden kann. Der Drück- und Antriebsmechanismus umfasst weiterhin: ein erstes Einstellglied, das mit dem Ausgabeglied verbunden ist und zusammen mit diesem bewegt werden kann; und ein zweites Einstellglied, das relativ zu dem Gehäuse fixiert ist und ausgebildet ist für einen mechanischen Kontakt mit dem ersten Einstellglied. Das erste Einstellglied bewegt sich relativ zu dem zweiten Einstellglied, wenn sich das Ausgabeglied relativ zu dem Gehäuse bewegt, sodass der Drück- und Antriebsmechanismus aktiv oder passiv ein sich kontinuierlich änderndes Signal ausgibt.
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Die Erfindung sieht einen verbesserten Elektroschrauber vor, der einen Drück- und Antriebsmechanismus enthält, der nicht nur die einfache Funktion des Ein/Aus-Steuerns des Stromkreises in herkömmlichen Elektrowerkzeugen implementieren kann, sondern auch kontinuierlich geänderte Signale ausgeben kann, wie etwa Spannung-/Stromänderungen aufgrund von Änderungen von Widerstandswerten, sodass die Ausgabegeschwindigkeit des Motors eingestellt werden kann. Deshalb kann die vorliegende Erfindung die Funktion zum automatischen Ändern des Ausgabedrehmoments/der Ausgabegeschwindigkeit mit der Drücktiefe, wenn der Elektroschrauber durch den Benutzer gegen die Wand oder ein anderes Werkstück gedrückt wird, erzielen, sodass die Einschrauboperation effizient durchgeführt werden kann. Ein derartiges Steuerverfahren ist automatisch und erfordert keine Benutzerbetätigung, wobei der Benutzer lediglich den Elektroschrauber gegen die Oberfläche des Werkstücks drücken muss. Im Vergleich zu den herkömmlichen Möglichkeiten zum Steuern von Ausgabeeigenschaften mittels des Triggers sieht der Drück- und Antriebsmechanismus der vorliegenden Erfindung eine intelligentere Steuerung vor und kann auch eine durch Unerfahrenheit oder Ermüdung des Benutzers verursachte ungenaue Steuerung vermeiden.
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Außerdem kann das durch den Elektroschrauber der vorliegenden Erfindung implementierte Drücksteuerverfahren eines von mehreren optionalen Steuerverfahren sein, wobei der Benutzer auch andere Steuerverfahren über einen Schalter an dem Körper wählen kann, wie etwa ein herkömmliches Verfahren zum Steuern der Ausgabeeigenschaften durch einen Trigger. Die Ausgabesteuerung des Elektroschraubers in dieser Erfindung kann basierend auf Software implementiert werden, sodass viele Einstellungen verwendet werden können und die verschiedenen Einstellungen verschiedene Ausgabekurven aufweisen. Dieser Ansatz sieht eine große Flexibilität für die Betätigung durch den Benutzer vor und erfordert keine Modifikation an der Hardware für jeden Ausgabemodus.
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Figurenliste
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Die Performanz und die Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Gleiche Komponenten in den Zeichnungen werden durchgehend durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Unter Umständen wird ein Suffix an das Bezugszeichen angehängt, um eines von mehreren ähnlichen Komponenten anzugeben. Ein Bezugszeichen ohne ein Suffix bezieht sich auf alle diese ähnlichen Komponenten.
- 1 ist eine Außenansicht eines Elektroschraubers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 ist eine Außenansicht eines Drück- und Antriebsmechanismus, der in einem Elektrowerkzeug wie etwa einem Elektroschrauber gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann.
- 3 ist eine schematische Ansicht von internen Komponenten des Drück- und Antriebsmechanismus von 2 nach dem Entfernen des Gehäuses.
- 4a ist eine Explosionsansicht aller Komponenten des Drück- und Antriebsmechanismus von 2 ohne das Gehäuse.
- 4b ist eine Explosionsansicht einer Antriebseinheit des Drück- und Antriebsmechanismus von 2.
- 5a und 5b zeigen jeweils einen Querschnitt des Drück- und Antriebsmechanismus von 2, wenn dieser nicht gegen die Fläche des Werkstücks gedrückt wird, und eine relative Position zwischen Metallkontakten und den gedruckten Metalldrähten und dem Kohlenstofffilm auf der Leiterplatte zu diesem Zeitpunkt.
- 5c und 5d zeigen jeweils einen Querschnitt des Drück- und Antriebsmechanismus von 2, wenn dieser vollständig gegen die Fläche des Werkstücks gedrückt wird, und eine relative Position zwischen Metallkontakten und den gedruckten Metalldrähten und dem Kohlenstofffilm auf der Leiterplatte zu diesem Zeitpunkt.
- 6 ist eine schematische Ansicht, die eine Stromkreisverbindungsbeziehung zwischen einer Hauptleiterplatte in dem Elektroschrauber, dem Drück- und Antriebsmechanismus und einem Triggermechanismus gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 7 ist eine schematische Ansicht, die eine Stromkreisverbindungsbeziehung zwischen einer Hauptleiterplatte in dem Elektroschrauber, dem Drück- und Antriebsmechanismus und einem Triggermechanismus gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 8a und 8b sind jeweils Kurvendiagramme der Beziehung zwischen einer Drückdistanz und einer Ausgabegeschwindigkeit eines Kopfs des Elektroschraubers in zwei verschiedenen Einstellungen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
- 9a und 9b sind jeweils Kurvendiagramme der Beziehung zwischen einer Drückgröße des Triggers und der Ausgabegeschwindigkeit des Elektroschraubers von 8 in zwei verschiedenen Einstellungen.
- 10a ist eine schematische Verbindungsansicht eines Drehmomentübertragungsglieds, eines Ambosses und eines Hammerglieds in dem Elektroschrauber gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
- 10b ist eine perspektivische Ansicht des Ambosses von 10a.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen der Erfindung verwenden einen Drück- und Antriebsmechanismus, der ein Potentiometer für das automatische Einstellen der Ausgabegeschwindigkeit/des Ausgabedrehmoments, wenn der Kopf gegen die Oberfläche des Werkstücks gedrückt wird, bildet. Weitere Vorteile der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung verdeutlicht.
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In 1 ist ein tragbarer Elektroschrauber gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Elektroschrauber umfasst einen Hauptkörper 20, einen Griffteil 22, der mit dem Hauptkörper 20 an einem Ende des Griffteils 22 verbunden ist, und einen entfernbaren Batteriepack 24, der mit dem Griffteil 22 an dessen anderem Ende verbunden ist. Ein vorderes Ende des Hauptkörpers 20 ist mit einem Kopf 26 verbunden, der relativ zu dem Hauptkörper 20 bewegt werden kann, insbesondere wenn der Benutzer den Kopf 26 des Elektroschraubers gegen ein Werkstück (nicht gezeigt) drückt. Dementsprechend weist der Hauptkörper 20 einen Drück- und Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) für das Ausgeben eines Signals in Entsprechung zu der Bewegung des Kopfs 26 relativ zu dem Hauptkörper 20 auf, um dadurch den Betrieb des Elektroschraubers zu steuern. Der Kopf 26 weist ein Bajonett 28 an seiner Mitte für die Verbindung mit einer Arbeitskomponente (nicht gezeigt) wie etwa einer Schraubendreherklinge auf. Ein Moduswechselschalter 30 ist an dem oberen Teil des Hauptkörpers 20 angeordnet, und ein Trigger 32 ist an dem Griffteil 22 angeordnet. Der Moduswechselschalter 30 ist mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) in dem Elektroschrauber verbunden und ist zum Beispiel ausgebildet zum Steuern des Betriebsmodus des Elektroschraubers. Der Trigger 32 wird durch den Benutzer betätigt und steuert das Starten und Stoppen des Elektroschraubers sowie dessen Ausgabegeschwindigkeit. Diese Komponenten und allgemeinen Funktionen des oben beschriebenen Elektroschraubers sind dem Fachmann wohlbekannt und werden hier nicht im Detail beschrieben.
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2-4, 5a und 5b zeigen einen Drück- und Antriebsmechanismus, der für die Verwendung mit einem Elektrowerkzeug wie etwa dem Elektroschrauber von 1 geeignet ist. Der Drück- und Antriebsmechanismus umfasst ein Gehäuse 134 und einen Kopf 126 an dem vorderen Ende des Gehäuses 134. Dabei ist zu beachten, dass das Gehäuse 134 Teil des gesamten Gehäuses des Elektrowerkzeugs sein kann oder in dem Gehäuse des Elektrowerkzeugs aufgenommen sein kann. Der Kopf 126 weist ein Bajonett 128 in der Mitte für die Verbindung mit einer Arbeitskomponente (nicht gezeigt) wie etwa einer Schraubendreherklinge auf. Der Drück- und Antriebsmechanismus von 3 umfasst eine Nockenwelle 138, die für die Verbindung mit einer Antriebsquelle (z.B. einem Motor und/oder Getriebemechanismus (nicht gezeigt)) ausgebildet ist. Die Nockenwelle 138 kann gedreht werden, sodass ein Hammerglied (nicht gezeigt) durch die Nockenwelle 138 für das Erzeugen von Dreh- und Stoßbewegungen aufgrund von komplementären Nockenmerkmalen mit der Nockenwelle 138 angetrieben wird. Derartige Dreh- und Stoßbewegungen werden zu dem Amboss 140 über das Hammerglied übertragen. Das oben genannte Antriebsprinzip ist wohlbekannt für den Fachmann und wird hier nicht näher beschrieben.
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3 zeigt auch eine Scheibe 142, wobei der oben genannte Amboss an der Innenwand des Gehäuses 134 über die Scheibe 142 angebracht ist. Außerdem umfasst der Drück- und Antriebsmechanismus auch ein allgemein zylindrisches Drehmomentübertragungsglied 144. Das Drehmomentübertragungsglied 144 ist an einem Ende mit dem Kopf 126 verbunden, sodass das Drehmomentübertragungsglied 144 und der Kopf 126 axial relativ zu dem Gehäuse 134 bewegt werden können und das Ausgabeglied des Elektroschraubers bilden. Gleichzeitig ist das Drehmomentübertragungsglied 144 mit seinem nicht-kreisförmigen Verbindungsteil 144a auf den entsprechenden nicht-kreisförmigen Ringteil 140a des Ambosses 140 gesteckt, sodass bei Dreh- und Stoßbewegungen (einer linearen Bewegung) des Ambosses 140 auch das Drehmomentübertragungsglied 144 Dreh- und Stoßbewegungen erzeugt. Insbesondere umfassen der oben beschriebene Verbindungsteil 144a und der oben beschriebene Ringteil 140a jeweils zwei geradlinige Zahnteile in der Umfangsrichtung (zum Beispiel eine geradlinige Kontur 144b an dem Verbindungsteil 144a von 4a) und sind andere Teile in der Umfangsrichtung kreisförmig. Dadurch wird eine Übertragung der Drehbewegung ermöglicht. Der Drück- und Antriebsmechanismus umfasst auch einen Antriebsteil 136, der allgemein unter dem Drehmomentübertragungsglied 144 angeordnet ist. Der Antriebsteil 136 kann eine Änderung in den Stromkreiseigenschaften bei einer axialen Bewegung des Drehmomentübertragungsglieds 144 erzeugen, um dadurch Signale direkt oder indirekt auszugeben.
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Insbesondere ist wie in 4a gezeigt das Drehmomentübertragungsglied 144 gleitbar an dem Gehäuse 134 über zwei Lagerglieder 164 befestigt. Weiterhin ist das andere Ende des Drehmomentübertragungsglieds 144 gegenüber dem Ende, an dem der Kopf 126 angeordnet ist, mit einer Feder 162 verbunden, die gleichzeitig mit der Nockenwelle 140 verbunden ist. Auf das Drehmomentübertragungsglied 144 ist ein Wählstück 146 gesteckt. Wie in 4a-4b gezeigt, umfasst das Wählstück 146 einen Umfangsteil 146a und einen Wählteil 146b, der von dem Umfangsteil 146a vorsteht und sich nach unten erstreckt. Das Wählstück 146 kann relativ zu dem Drehmomentübertragungsglied 144 gedreht werden, wobei sich zum Beispiel das Wählstück 146 nicht dreht, wenn sich das Drehmomentübertragungsglied 144 dreht. Weil jedoch der Umfangsteil 146a des Wählstücks 146 gegen einen Teil 144c mit einem großen Durchmesser des Drehmomentübertragungsglieds 144 anstößt, veranlasst eine Axialbewegung des Drehmomentübertragungsglieds 144, dass sich das Wählstück 146 axial mit ihm bewegt.
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Der Wählteil 146b des Wählstücks 146 ist mit dem Antriebsteil 136 und insbesondere mit einem Zwischenglied 152 verbunden. Der Antriebsteil 136 umfasst zwei Halbschalen 150a und 150b, die mit einander verbunden werden können, um einen Innenraum zu bilden. Das Zwischenglied 152 weist drei Öffnungen auf, wobei in einer Öffnung 152b der Wählteil 146b des Wählstücks 146 durch Einstecken aufgenommen ist und in den zwei anderen, als Durchgangslöchern ausgebildeten Öffnungen 152a jeweils ein Ende der Metallkontakte 148 und 149 aufgenommen ist. Wie in 4b im Detail gezeigt, weisen die Metallkontakte 148 und 149 jeweils eine L-förmige Form aus einer dünnen Schicht auf. Die entsprechenden oberen Enden 148a und 149a der Metallkontakte 148 und 149 sind in die zwei Öffnungen 152a des oben genannten Zwischenglieds 152 eingesteckt. Die entsprechenden unteren Enden 148b und 149b der Metallkontakte 148 und 149 sind allgemein mit rechten Winkeln zu den oberen Enden 148a und 149a ausgerichtet, und die unteren Enden 148b und 149b sind im Wesentlichen parallel zu einer Leiterplatte 154. An dem hinteren Ende der unteren Enden 148a und 149b sind zwei Hakenteile 148c und 149c ausgebildet. Von diesen ist der Hakenteil 148c wahlweise für einen mechanischen Kontakt mit den zwei parallelen gedruckten Metalldrähten 158a, 158b an der Leiterplatte 154 vorgesehen. Unter einem mechanischen Kontakt ist hier zu verstehen, dass die zwei Komponenten einen direkten, physikalischen Kontakt aufweisen. Der Hakenteil 149c ist für einen mechanischen Kontakt mit den anderen zwei parallelen Streifen an der Leiterplatte 154 wie etwa Kohlenstofffilmen 205a und gedruckten Metalldrähten 156b vorgesehen. Die oben genannten gedruckten Metalldrähte 158a, 158b, 156b und der Kohlenstofffilm 156a weisen jeweils eine vorbestimmte Länge auf.
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Deshalb dienen die Metallkontakte 148 und 149 jeweils als zwei Einstellglieder, dienen die zwei parallelen gedruckten Metalldrähte 158a, 158b als ein anderes Einstellglied und dienen der Kohlenstofffilm 156a und die gedruckten Metalldrähte 156b als ein weiteres Einstellglied. Die Bewegung dieser Einstellglieder relativ zueinander ermöglicht das Erzeugen von verschiedenen Signalen, was im Detail weiter unten erläutert wird.
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Der Metallkontakt 149 und der gedruckte Metalldraht 156b bilden zusammen mit dem weiter oben beschriebenen Kohlenstofffilm 156a ein Potentiometer. Der Kohlenstofffilm 156a weist nämlich einen großen Widerstand auf. Weiterhin ist der gedruckte Metalldraht 156b ein guter Leiter und weist somit vernachlässigbare Widerstandswerte auf. Der Metallkontakt 149 (insbesondere der Hakenteil 149c) dient als eine Brücke zwischen dem elektrisch leitenden Kohlenstofffilm 156a und dem gedruckten Metalldraht 156b. Deshalb bilden der gesamte gedruckte Metalldraht 156b und ein Ende des Kohlenstofffilms 156a in der Länge gemeinsam zwei Anschlüsse des Potentiometers. Durch das Einstellen der Position des Metallkontakts 149 relativ zu dem Kohlenstofffilm 156a kann der durch das Potentiometer vorgesehene Widerstand eingestellt werden. Die zwei Anschlüsse des Potentiometers sind mit zwei aus der Vielzahl von Stiften 160 an der Leiterplatte 154 über eine gedruckte Schaltung auf der Rückseite der Leiterplatte 154 (nicht gezeigt) verbunden, um mit einem Steuerteil des Elektroschraubers (nicht gezeigt) verbunden zu werden.
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Weiterhin bildet der Metallkontakt 148 zusammen mit den zwei gedruckten Metalldrähten158a 158b einen SPST-Schalter. Dabei bilden die zwei gedruckten Metalldrähte 158a, 158b jeweils die zwei Anschlüsse des Schalters. Die gedruckten Metalldrähte 158a, 158b sind hervorragende Leiter und weisen somit vernachlässigbare inhärente Widerstandswerte auf. Der Metallkontakt 148 (und insbesondere der Hakenteil 148c) dient als eine Brücke zwischen den zwei gedruckten Metalldrähten 158a, 158b. Der Hakenteil 148c kann zwischen einer offenen Position, in welcher er die zwei gedruckten Metalldrähten 158a, 158b nicht kontaktiert, und einer geschlossenen Position, in welcher er die zwei gedruckten Metalldrähten 158a, 158b gleichzeitig kontaktiert, bewegt werden, wodurch veranlasst wird, dass der oben beschriebene SPST-Schalter eine Änderung seines Zustands durch eine lineare Bewegung des Metallkontakts 148 durchläuft. Die zwei Anschlüsse des Schalters sind mit zwei aus der Vielzahl von Stiften 160 an der Leiterplatte 154 (aber nicht mit den zwei Stiften 160 des entsprechenden oben beschriebenen Potentiometers) über eine gedruckte Schaltung auf der Rückseite der Leiterplatte 154 (nicht gezeigt) verbunden, sodass sie mit dem Steuerteil des Elektroschraubers verbunden sein können.
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Nachdem vorstehend der Aufbau des Elektroschraubers und seines Drück- und Antriebsmechanismus beschrieben wurden, wird im Folgenden der Betrieb des Drück- und Antriebsmechanismus beschrieben. 5a und 5c sind jeweils schematische Ansichten von internen Zuständen des Elektroschraubers, wenn der Elektroschrauber nicht gegen das Werkstück (z.B. eine Wand) gedrückt wird, und von internen Zuständen des Drück- und Antriebsmechanismus, wenn der Elektroschrauber maximal gegen das Werkstück gedrückt wird. Es ist zu beachten, dass der Elektroschrauber nur dann gegen das Werkstück gedrückt werden kann, wenn ein Arbeitsglied (zum Beispiel ein entfernbarer Schraubendreher (nicht gezeigt)) an dem Elektroschrauber installiert ist und das Arbeitsglied in Kontakt mit dem Werkstück ist. In dem Zustand von 5a wendet der Benutzer keine Kraft auf den Elektroschrauber an, sodass sich der Kopf 126 und das Drehmomentübertragungsglied 144 an einer am weitesten von dem Gehäuse 134 nach außen vorstehenden Position weg von dem Gehäuse 134 befinden, weil eine Wiederherstellungskraft durch die Feder 162 ausgeübt wird. Dabei werden das Wählstück 146 und dessen Wählteil 146b betätigt, sodass sich das damit verbundene Zwischenglied 152 an dem hinteren Ende seines effektiven Hubs befindet. Dadurch wird veranlasst, dass die mit dem Zwischenglied 152 verbundenen Metallkontakte 148 und 149 an einer in 5b gezeigten ersten Position sind. Dabei ist der Hakenteil 148c (als eine Linie in 5b und 5d gezeigt) an dem Metallkontakt 148 vollständig von den zwei gedruckten Metalldrähten 158a, 158b des oben beschriebenen SPST-Schalters gelöst, sodass sich der Schalter in einem Aus-Zustand befindet. Der Schalter ist mit dem Steuerteil des Elektroschraubers als eine Signaleingabe für das Aktivieren des Steuerteils (z.B. der Hauptschaltung) verbunden, sodass sich die Hauptschaltung in einem Ruhezustand befindet, während der Schalter aus ist. Auch wenn der Benutzer zu diesem Zeitpunkt den Trigger des Elektroschraubers drückt, wird der Motor nicht betrieben. Dieser Aufbau verhindert eine versehentliche Aktivierung des Elektroschraubers, wenn der Benutzer keine Arbeit verrichten möchte (z.B. wenn das Werkstück nicht berührt und absichtlich gedrückt wird), um eine mögliche Verletzung zu vermeiden. Gleichzeitig befindet sich der Hakenteil 149c (auch als eine Linie in 5b und 5d gezeigt) an dem Metallkontakt 19 an einem Ende seines effektiven Hubs relativ zu dem Kohlenstofffilm 156a. Gleichzeitig bilden das Metallkontaktglied 149, der gedruckte Metalldraht 156b und der Kohlenstofffilm 156a ein Potentiometer mit dem kleinsten Widerstand.
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Wenn aus dem Zustand von 5a heraus der Benutzer den Elektroschrauber gegen die Fläche des Werkstücks drückt, veranlasst das Werkstück, dass sich das Arbeitsglied, der Kopf 126 und das damit verbundene Drehmomentübertragungsglied 144 linear zu dem Gehäuse 134 bewegen. Mit anderen Worten bewegt sich das Ausgabeglied des Elektroschraubers relativ zu dem Gehäuse 134 nur bei einer Benutzerbetätigung. Weil die Feder 162 vorgesehen ist, muss der Benutzer die Widerstandskraft der Feder 162 überwinden, wobei das Drücken des Elektroschraubers durch den Benutzer eine Verschiebung des Drehmomentübertragungsglieds 144 veranlassen kann. Weil das Wählstück 146 und sein Wählteil 146b für eine Bewegung mit dem Drehmomentübertragungsglied 144 wie oben beschrieben ausgebildet sind, veranlasst die lineare Verschiebung des Drehmomentübertragungsglieds 144, dass der Wählteil 146b, das Zwischenglied 152 und das Metallkontaktglied 148 und 149 gleichzeitig eine lineare Bewegung entlang der durch den Pfeil 166 in 5d angegebenen Richtung vollziehen. Während dieser Bewegung wird an einem bestimmten Punkt der Hakenteil 148c an dem Metallkontakt 148 von den zwei gedruckten Metalldrähten 158a, 158b des oben beschriebenen SPST-Schalters getrennt und gleichzeitig in Kontakt mit den gedruckten Metalldrähten 158a, 158b gebracht, um die gedruckten Metalldrähte 158a, 158b elektrisch zu verbinden. Mit anderen Worten befindet sich der Schalter jetzt in dem geschlossenen Zustand. Wie weiter oben beschrieben, ist der Schalter mit dem Steuerteil des Elektroschraubers als eine Signaleingabe für das Aktivieren des Steuerteils (z.B. der Hauptschaltung) verbunden, sodass die Hauptschaltung geweckt wird, wenn sich der Schalter in dem geschlossenen Zustand befindet. Dabei kann der Motor auch dann betrieben werden, wenn der Benutzer den Trigger des Elektroschraubers drückt. Dieser Aufbau erlaubt eine Aktivierung des Elektroschraubers nur, wenn der Benutzer tatsächlich arbeitet (etwa wenn das Werkstück berührt und absichtlich gedrückt wird).
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Es ist deutlich zu erkennen, dass in den oben in 5b und 5d gezeigten Zuständen der durch den Metallkontakt 148 und die zwei gedruckten Metalldrähte 158a, 158b gebildete SPST-Schalter ausgebildet ist zum Ausgeben eines von zwei diskreten Signalen. Diese zwei diskreten Signale entsprechen dem Schließen und Öffnen des Schalters. Weil der Schalter selbst keine aktive Einrichtung ist, aber in dem Stromkreis für das Ein-/Ausschalten des Stroms vorgesehen ist, wird das Signal als ein passives Signal bezeichnet.
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Von dem Zustand von 5b ausgehend veranlasst die lineare Bewegung des Metallkontakts 149 in der durch den Pfeil 166 von 5d angegebenen Richtung, dass sich der Hakenteil 149c relativ zu dem gedruckten Metalldraht 156b und dem Kohlenstofffilm 156a bewegt. Weil sich die Distanz zwischen den beiden Enden des Kohlenstofffilms 156a und dem Hakenteil 149c ändert, ändert sich auch der Widerstand des Potentiometers. Insbesondere wenn sich aus dem Zustand von 5b ausgehend der Metallkontakt 149 in der durch den Pfeil 166 in 5d angegebenen Richtung bewegt, wird der Widerstand des Potentiometers größer und größer, bis der maximale Widerstand an der in 5d gezeigten Position erreicht wird. Dadurch wird veranlasst, dass sich die mit dem Zwischenglied 152 verbundenen Metallkontakte 148 und 149 an der in 5d gezeigten zweiten Position befinden und sich das Zwischenglied 152 an dem anderen Ende seines effektiven Hubs befindet.
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In den zwei verschiedenen Zuständen von 5b und 5d ist ein Unterschied zwischen dem durch den Metallkontakt 149, dem gedruckten Metalldraht 156b und dem Kohlenstofffilm 156a gebildeten Potentiometer und dem durch den Metallkontakt 148 und die zwei gedruckten Metalldrähte 158a, 158b gebildeten SPST-Schalter darin gegeben, dass das Potentiometer kontinuierlich Änderungen im Widerstand des Potentiometers durch das Drücken des Kopfs 126 und des Drehmomentübertragungsglieds 144 erzeugt, während der SPST-Schalter jeweils nur eines der zwei diskreten Signale ausgibt. Das Potentiometer gibt also immer Signale während des Drückens und Antreibens des Elektroschraubers aus. Weil das Potentiometer selbst keine aktive Einrichtung ist, muss er in dem Stromkreis vorgesehen werden, um eine Impedanz und einen Spannungsabfall zu erzeugen, wobei das Signal als ein passives Signal bezeichnet wird.
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Die schematische Ansicht von 6 zeigt die Verdrahtung von mehreren internen Modulen eines Elektroschraubers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Der Elektroschrauber umfasst eine Haupt-Leiterplatte 268, eine Trigger-Leiterplatte 272 und eine Drück-/Antriebs-Leiterplatte 274. Die Haupt-Leiterplatte 268 ist vor allem mit einem Steuerteil des Elektroschraubers wie etwa einem Mikroprozessor, einer Motorantriebsschaltung, einer Motorsteuerschaltung usw. bestückt, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die Trigger-Leiterplatte 272 und die Drück-/Antriebsleiterplatte 274 sind mit der Haupt-Leiterplatte 268 über eine 3PDT (Three Pole Double Throw)-Schalterplatte 270 verbunden. Die 3PDT-Schalterplatte 270 ist mit einem 3PDT-Schalter wie etwa einem Schalter in der Form eines Schiebers ausgestattet, damit der Benutzer den Steuermodus der Motorgeschwindigkeit schalten kann. Insbesondere kann die Motorgeschwindigkeit durch zwei verschiedene Hardwareeinrichtungen gesteuert werden. Wenn sich die 3PDT-Schalterplatte 270 in dem ersten Schaltzustand (wie etwa in 6 gezeigt) befindet, ist die Trigger-Leiterplatte 272 mit der Haupt-Leiterplatte 268 verbunden und ist die Drück-/Antriebs-Leiterplatte 274 nicht mit der Haupt-Leiterplatte 268 verbunden. In diesem Trigger-Steuermodus kann der Benutzer die Motorgeschwindigkeit steuern, indem er einfach die Betätigungsgröße des Triggers mit dem Finger ändert. Der Trigger und die anderen Komponenten, mit denen die Trigger-Leiterplatte verbunden ist, entsprechen elektrisch einem Schalter 272a und einem Potentiometer 272b, wobei die Funktion des Potentiometers 272b teilweise durch den Trigger erzielt wird. Wenn sich die 3PDT-Schalterplatte 270 in dem zweiten Schaltzustand (nicht gezeigt) befindet, ist die Trigger-Leiterplatte 272 nicht mit der Haupt-Leiterplatte 268 verbunden und ist die Drück-/Antriebs-Leiterplatte 274 mit der Haupt-Leiterplatte 268 verbunden. In dem Drück-/Antriebsmodus kann der Benutzer die Motorgeschwindigkeit steuern, indem er einfach einen Elektroschrauber gegen die Oberfläche des Werkstücks drückt. Insbesondere hängt die Änderung der Motorgeschwindigkeit von der Verschiebungsgröße des Kopfs des Elektroschraubers und des Drehmomentübertragungsglieds ab, wodurch das Potentiometer 274b an der Drück-/Antriebs-Leiterplatte 274 (die oben mit Bezug auf 5a-5d beschriebenen Potentiometer) und der Schalter 274a (der oben mit Bezug auf 5a-5d beschriebene SPST-Schalter) beeinflusst werden. Wenn sich der Elektroschrauber in dem Trigger-Steuermodus oder dem Drück- und Antriebsmodus befindet, kann der Benutzer eine Steuerung für das kontinuierliche und graduelle Einstellen der Motorgeschwindigkeit ausüben. Es ist jedoch zu beachten, dass die Laufgeschwindigkeit des Motors in dieser Ausführungsform einfach durch den Schalter an der Trigger-Leiterplatte 272 gesteuert werden kann, wobei der Schalter zu der Haupt-Leiterplatte 268 hindurchgeführt ist, ohne durch die 3PDT-Schalterplatte 270 beeinflusst zu werden.
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Die schematische Ansicht von 7 zeigt die Verdrahtung von mehreren internen Modulen eines Elektroschraubers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Der Elektroschrauber umfasst eine Haupt-Leiterplatte 368, eine 3PDT-Schalterplatte 370, eine Trigger-Leiterplatte 372 und eine Drück-/Antriebs-Leiterplatte 374. Diese Komponenten sind gleich oder ähnlich zu denjenigen von 6 und werden hier nicht nochmals beschrieben. Im Gegensatz zu 6 umfasst der Elektroschrauber von 7 auch eine Erweiterungs-Leiterplatte 376. Ein Beispiel für eine Erweiterungs-Leiterplatte 376 sind ein Mikrocontroller mit nur einer Platte oder ein Mikrocontrollerpaket basierend auf dem Arduinoprojekt. Die Erweiterungs-Leiterplatte 376 ist mit der Trigger-Leiterplatte 372 und der Drück-/Antriebs-Leiterplatte 374 vor der 3PDT-Schalterplatte 370 verbunden. Die Erweiterungs-Leiterplatte 376 erlaubt das Schalten von verschiedenen Einstellungen durch den Mikroprozessor an der Erweiterungs-Leiterplatte 376 ohne eine Modifikation der Hauptleiterplatte 368. Derartige Einstellungen basieren auf Software, wobei die Steuerung der Trigger-Leiterplatte 372 und/oder der Drück-/Antriebs-Leiterplatte 374 eine Änderung des Modus der Motorausgabegeschwindigkeit veranlasst.
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Zum Beispiel können in den Ausführungsformen von 8a und 8b zwei verschiedene Einstellungen gesetzt werden, indem die Erweiterungs-Leiterplatte zwischen der Haupt-Leiterplatte und der Drück-/Antriebsleiterplatte verbunden wird. In der ersten Einstellung ist wie in 8a gezeigt die Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit und der Verschiebungsdistanz des Drück- und Antriebsmechanismus (insbesondere des Kopfs und des Drehmomentübertragungsglieds) im Wesentlichen parabolisch, wobei gilt: je länger die Verschiebungsdistanz des Drück- und Antriebsmechanismus ist, desto schneller sind die Geschwindigkeitsänderungen des Motors (d.h. die Beschleunigung) und umgekehrt. In der zweiten Einstellung ist wie in 8b gezeigt die Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit und der Verschiebungsdistanz des Drück- und Antriebsmechanismus im Wesentlichen gerade, wobei gilt: die Geschwindigkeitsänderungen (d.h. die Beschleunigung) bleiben gleich unabhängig davon, ob die Verschiebungsdistanz des Drück- und Antriebsmechanismus groß oder klein ist.
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In der Ausführungsform von 9a und 9b können zwei verschiedene Einstellungen durch eine Erweiterungs-Leiterplatte gesetzt werden, die zwischen der Haupt-Leiterplatte und der Trigger-Leiterplatte verbunden ist. In der ersten Einstellung ist wie in 9b gezeigt die Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit und der Drückgröße des Triggers allgemein parabolisch, wobei gilt: je größer die Drückgröße des Triggers, desto schneller sind die Motorgeschwindigkeitsänderungen (d.h. die Beschleunigung) und umgekehrt. In der zweiten Einstellung ist wie in 9a gezeigt die Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit und der Drückgröße des Triggers allgemein gerade, sodass die Motorgeschwindigkeitsänderung (d.h. die Beschleunigung) konstant bleibt unabhängig davon, ob die Drückgröße des Triggers groß oder klein ist.
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In 10a und 10b ist ein Elektroschrauber gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem etwas anderen Drück- und Antriebsmechanismus als wie in 3-4a gezeigt. Insbesondere weist der Ringteil 440a des Ambosses des Drück- und Antriebsmechanismus in 10a und 10b vier gerade Segmente 440b auf, die gleichmäßig in der Umfangsrichtung verteilt sind. Dementsprechend weist der Verbindungsteil 444a des Drehmomentübertragungsglieds 444 ebenfalls vier gerade Segmente 440b auf, die gleichmäßig in der Umfangsrichtung verteilt sind. Im Gegensatz dazu weisen die Verbindungsteile von 3-4a nur zwei gerade Segmente auf.
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Vorstehend wurden verschiedene Ausführungsformen beschrieben, wobei dem Fachmann jedoch deutlich sein sollte, dass verschiedene Modifikationen, andere Aufbauten und Äquivalente verwendet werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Die vorstehende Beschreibung schränkt den durch die folgenden Ansprüche definierten Erfindungsumfang in keiner Weise ein.
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Zum Beispiel bildet in der oben beschriebenen Ausführungsform der Antriebsteil, mit dem der Drück- und Antriebsmechanismus verbunden ist, ein Potentiometer und einen SPST-Schalter, die indirekt Signale als passive Elemente ausgeben. Dem Fachmann sollte jedoch deutlich sein, dass in anderen Variationen der Erfindung auch aktive Komponenten in dem Antriebsteil vorgesehen sein können, um ein aktives (initiatives) Signal direkt und indirekt in Abhängigkeit von dem Betätigungszustand des Drück- und Antriebsmechanismus auszugeben.
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Weiterhin weist in der oben beschriebenen Ausführungsform die Form des Verbindungsteils zwischen dem Drehmomentübertragungsteil und dem Amboss in dem Drück- und Antriebsmechanismus zwei oder vier gerade Segmente in der Umfangsrichtung auf. In anderen Variationen können aber auch andere größere oder kleinere Anzahlen von geraden Segmenten vorgesehen sein.
