DE20304314U1 - An adjustable output gear assembly for battery operated hand tools has three or four different functions by sliding an outer planet gear between two plant gears - Google Patents

An adjustable output gear assembly for battery operated hand tools has three or four different functions by sliding an outer planet gear between two plant gears

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Abstract

The planet gear assembly has two different planet gears (a,b) separated by a spacer (c) and an axially sliding internal toothed outer gear (d) which engages either for different ratios and the motor driven sun gear (e) drives both. An output outer gear (g) slides to provide two different output speeds.

Description

Bernhard SchelbBernhard Schelb

Von der Recke Strasse 56Von der Recke Street 56

44809 Bochum 17.03.200344809 Bochum 17.03.2003

Schaltgetriebe für Elektrowerkzeuge mit drei oder vier Gängen BeschreibungManual gearbox for power tools with three or four gears Description

1. Stand der Technik1. State of the art

Elektrowerkzeuge, insbesondere batteriebertriebene, benötigen zur Erzielung der bestimmungsgemässen Werkzeugdrehzahlen und Drehmomente Reduziergetriebe. Besonders bei batteriebetriebenen Elektrowerkzeugen sind besagte Getriebe üblicherweise als sogenannte Planetengetriebe aufgebaut wegen der notwendigen grossen Übersetzungen und dem zur Verfügung stehenden geringen Bauraum.Power tools, especially battery-operated ones, require reduction gears to achieve the intended tool speeds and torques. Particularly in battery-operated power tools, these gears are usually constructed as so-called planetary gears because of the large gear ratios required and the limited installation space available.

Stand der Technik sind Zweiganggetriebe mit einer Drehmomentvorwahl. Zum vereinfachten Werkzeugwechsel wird üblicherweise ein sogenannter Spindellock eingebaut. Ebenso wird alternativ eine Schlagbohreinrichtung angeboten. Die Drehmomentvorwahl wird durch eine sinnvolle Mechanik gesteuert, die über Federbelastung auf das Hohlrad der abtriebsseitigen Getriebestufe wirkt, wobei dieses Hohlrad bei Überlast im Getriebegehäuse rotieren kann.The state of the art is two-speed gearboxes with a torque pre-selection. A so-called spindle lock is usually installed to simplify tool changes. An impact drilling device is also offered as an alternative. The torque pre-selection is controlled by a sensible mechanism that acts via spring loading on the ring gear of the output-side gear stage, whereby this ring gear can rotate in the gear housing in the event of an overload.

In neuester Zeit sind auch Elektrowerkzeuge mit Dreiganggetriebe auf dem Markt erhältlich, alternativ mit allen bereits oben genannten Optionen.Recently, power tools with three-speed gearboxes have also become available on the market, alternatively with all of the options already mentioned above.

Solche Dreigang-Planetengetriebe benötigen grundsätzlich zwei Schaltstufen, wobei die Vorwahl der Drehzahl durch Verschieben von Hohlrädern vorgenommen wird, wobei entweder die entsprechenden Hohlräder im Getriebeghäuse radial fixiert sind und sich die Planeteräder und das Sonnenrad relativ zu diesem drehen oder besagte Hohlräder sind gegenüber dem Sonnenrad und den Planetenrädern fixiert und drehen sich mit diesen im Getriebegehäuse.Such three-speed planetary gears basically require two gear stages, whereby the speed is preselected by moving ring gears, whereby either the corresponding ring gears are radially fixed in the gear housing and the planet gears and the sun gear rotate relative to this, or said ring gears are fixed relative to the sun gear and the planet gears and rotate with them in the gear housing.

Besagtes am Markt befindliches Dreiganggetriebe besteht aus drei Getriebestufen mit Drehmomentvorwahl. Dabei wurde die Drehmomentvorwahl entgegen der üblichen Ausführungen vom Hohlrad der Abtriebsseite auf das motorseitige Hohlrad verlegt. Das ist bei dem gewählten Getriebeaufbau notwendig, da mindestens zwei der drei Hohlräder längsverschiebbar sein müssen. Würde man das motorseitige Hohlrad dazu heranziehen, würde dieses bei fixiertem Sonnenrad mit Motordrehzahl rotieren was zu erheblichen Vibrationen, wesentlich aber zur Überhitzung des üblicherweise aus Kunststoff bestehenden Getriebegehäuses führen würde.The three-speed gearbox on the market consists of three gear stages with torque pre-selection. Contrary to the usual designs, the torque pre-selection has been moved from the ring gear on the output side to the ring gear on the motor side. This is necessary for the selected gearbox design, as at least two of the three ring gears must be longitudinally movable. If the ring gear on the motor side were used for this, it would rotate at the engine speed with the sun gear fixed, which would lead to considerable vibrations and, more importantly, to overheating of the gearbox housing, which is usually made of plastic.

Nachteil dieser Konstruktion ist die Tatsache, dass das vorgewählte Drehmoment nicht mehr unabhängig von der Getriebeüberstzung ist. Weiterhin kann die Drehmomentvorwahl nur über ein relativ langes Gestänge und einen gefederten Stift erfolgen. Die Einleitung der Haltekraft ist unsymmetrisch und die Überlastsicherung spricht unzuverlässig an.The disadvantage of this design is the fact that the preselected torque is no longer independent of the gear ratio. Furthermore, the torque can only be preselected using a relatively long rod and a spring-loaded pin. The introduction of the holding force is asymmetrical and the overload protection does not respond reliably.

Eine andere Ausführung vermeidet die oben genannten Nachteile, benötigt jedoch zwei Hohlräder welche je nach gewählter Übersetzungsstufe beide im Getriebegehäuse rotieren. Die dadurch bedingten Reibungsverluste wirken sich negativ auf den Gesamtwirkungsgrad des Elektrowerkzeuges aus.Another design avoids the disadvantages mentioned above, but requires two ring gears, both of which rotate in the gear housing depending on the selected gear ratio. The resulting friction losses have a negative effect on the overall efficiency of the power tool.

2. Aufgabe der Erfindung2. Object of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die Anwendung insbesondere in batteriebetriebenen Elektrowerkzeugen geeignetes Getriebe mit drei oder vier Schaltstufen und Drehmomentvorwahl darzustellen, wobei die Drehmomentvorwahl in bewährter Weise über das Hohlrad der Abtriebsstufe vorgenommen werden soll und höchsens eines der zur Getriebeschaltung herangezogenen Hohlräder während des Betriebes im Getriebegehäuse rotieren darf.The invention is based on the object of providing a transmission with three or four gear stages and torque preselection which is suitable for use in particular in battery-operated power tools, wherein the torque preselection is to be carried out in a proven manner via the ring gear of the output stage and at most one of the ring gears used for gear shifting may rotate in the transmission housing during operation.

3. Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe3. Solution to the inventive problem

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe auf einfache und überraschende Weise durch Erweiterung der ersten Getriebestufe, welche direkt vom Motor über ein entsprechendes Ritzel als Sonnenrad angetrieben wird (Fig.1). Entgegen den Zweigangausführungen, wo der erste Planetentrgger (f) nurThe invention solves the problem in a simple and surprising way by extending the first gear stage, which is driven directly by the engine via a corresponding pinion as a sun gear (Fig.1). In contrast to the two-speed designs, where the first planet carrier (f) only

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einen Satz Planetenräder trägt, befinden sich bei der erfindungsgemässen Ausführung zwei Sätze Planetenräder (a und b) auf diesem angeordnet, getrennt durch eine Distanzscheibe (c). Die Planetensätze a und b haben jeweils unterschiedliche Zähnezahlen und / oder Moduli, je nach den geforderten Übersetzungsverhältnissen.carries a set of planetary gears, in the embodiment according to the invention two sets of planetary gears (a and b) are arranged on this, separated by a spacer disk (c). The planetary sets a and b each have different numbers of teeth and/or moduli, depending on the required transmission ratios.

Das notwendige Hohlrad (d), welches bei Zweiganggetrieben fest im Gehäuse sitzt, ist hier axial verschiebbar, jedoch nicht drehbar, ausgeführt, wobei besagtes Hohlrad üblicherweise entsprechend der benötigten Getriebeverhältnisse zwei unterschiedliche Verzahnungen haben wird, es sind aber auch Sonderfälle mit nur einer Verzahnung denkbar.The necessary ring gear (d), which is fixed in the housing in two-speed transmissions, is designed to be axially displaceable but not rotatable, whereby said ring gear will usually have two different toothings according to the required transmission ratios, but special cases with only one toothing are also conceivable.

Das Motorritzel (e), welches als Sonnenrad für die erste Getriebestufe dient, muss entsprechend lang ausgeführt werden, um beide Planetensätze anzutreiben. Im allgemeinen Fall wird dieses Motorritzel zwei unterschiedliche Verzahnungen haben, es ist aber auch der Sonderfall mit nur einer Verzahnung möglich.The motor pinion (e), which serves as the sun gear for the first gear stage, must be long enough to drive both planetary gear sets. In general, this motor pinion will have two different gear teeth, but the special case with only one gear tooth is also possible.

Die Distanzscheibe c übernimmt zwei Aufgaben, nämlich die Trennung der beiden Planetensätze um einen Betrag, der ungefähr der axialen Länge der Planetenräder entspricht, um zu vermeiden, dass besagtes Hohlrad gleichzeitig mit beiden Planetenrädern im Eingriff ist, und zweitens die Fixierung der Achsen für die Planetenräder, insbesondere dann, wenn diese auf unterschiedlichen Umlaufkreisen sich befinden.The spacer disc c performs two tasks, namely the separation of the two planetary gear sets by an amount approximately corresponding to the axial length of the planet gears in order to avoid said ring gear engaging both planet gears at the same time, and secondly the fixing of the axes for the planet gears, especially when they are located on different orbits.

Die Schaltung des Getriebes geschieht in einfacher Weise durch axiales Verschieben der beiden Hohlräder d und g wobei sich vier verschiedene Anordnungen entsprechend vier verschiedenen Getriebeübersetzungen realisieren lassen.The gear shifting is done in a simple manner by axially moving the two ring gears d and g, whereby four different arrangements corresponding to four different gear ratios can be realized.

Diese Lösung der Aufgabe bietet den Vorteil, dass alle weiteren Getriebestufen in bewährter Weise aufgebaut werden können. Dadurch kann vorteilhafterweise auch die Drehmomentvorwahl unter Zuhilfenahme des werkzeugseitigen Hohlrades (h) in technisch bewährter Ausführung verwirklicht werden. Ebenso können alle weiteren Zusatzfunktionen wie Spindellock und Schlageinrichtung in den geforderten bewährten Ausführungen zur Anwendung kommen. Selbstverständlich sind bei diesen Zusatzfunktionen auch neue oder alternative Lösungen denkbar.This solution to the problem offers the advantage that all other gear stages can be constructed in a proven manner. This also makes it possible to advantageously implement the torque pre-selection using the tool-side ring gear (h) in a technically proven design. Likewise, all other additional functions such as spindle lock and impact device can be used in the required proven designs. Of course, new or alternative solutions are also conceivable for these additional functions.

Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe bietet die Möglichkeit, das Getriebe je nach äuserer Beschaltung als Dreigang- oder als Vierganggetriebe zu verwenden.The solution to the problem according to the invention offers the possibility of using the transmission as a three-speed or four-speed transmission, depending on the external circuitry.

Claims (10)

1. Getriebe für Elektrowerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Planetengetriebe handelt, bei dem die erste, antriebsseitige Getriebestufe zwei komplette Sätze Planetenräder mit unterschiedlichen Zähnezahlen und/oder Moduli aufweist, wobei die besagten Planetensätze durch eine Distanzscheibe voneinander getrennt sind, weiterhin gekennzeichnet durch ein axial verschiebbares, nicht rotierendes Hohlrad mit üblicherweise zwei unterschiedlichen Verzahnungen welche wahlweise mit dem einen oder dem anderen besagten Planetensatz in Eingriff stehen, wobei das motorseitige Antriebsritzel ständig in beide Planetensätze eingreift und üblicherweise mit zwei unterschiedlichen Verzahnungen gefertigt ist. 1. Gearbox for power tools, characterized in that it is a planetary gear in which the first, drive-side gear stage has two complete sets of planetary gears with different numbers of teeth and/or moduli, wherein said planetary sets are separated from one another by a spacer disk, further characterized by an axially displaceable, non-rotating ring gear with usually two different toothings which are optionally in engagement with one or the other of said planetary sets, wherein the motor-side drive pinion constantly engages both planetary sets and is usually manufactured with two different toothings. 2. Getriebe für Elektrowerkzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Dreiganggetriebe handelt. 2. Gearbox for power tools according to claim 1, characterized in that it is a three-speed gearbox. 3. Getriebe für Elektrowerkzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Vierganggetriebe handelt. 3. Gearbox for power tools according to claim 1, characterized in that it is a four-speed gearbox. 4. Getriebe für Elektrowerkzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetensätze der ersten Getriebestufe in gleichem Abstand von der Getriebeachse auf gemeinsamen Achsen umlaufen und die Distanzscheibe lediglich als Abstandshalter für die Planetensätze dient. 4. Gearbox for power tools according to claim 1, characterized in that the planetary gear sets of the first gear stage rotate on common axes at the same distance from the gear axis and the spacer disk serves merely as a spacer for the planetary gear sets. 5. Getriebe für Elektrowerkzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetensätze der ersten Getriebestufe in unterschiedlichem Abstand von der Getriebeachse umlaufen und die Distanzscheibe gleichzeitig zur Aufnahme der Achstifte der beiden Planetensätze und zur Übertragung des Drehmoments auf den ersten Planetenträger dient. 5. Gearbox for power tools according to claim 1, characterized in that the planetary gear sets of the first gear stage rotate at different distances from the gear axis and the spacer disk simultaneously serves to accommodate the axle pins of the two planetary gear sets and to transmit the torque to the first planet carrier. 6. Getriebe für Elektrowerkzeuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das abtriesseitige Hohlrad zur Drehmomentvorwahl benutzt wird und dazu nach Überschreiten eines vorgegebenen Drehmoments im Getriebegehäuse rotieren kann. 6. Gearbox for power tools according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the output-side ring gear is used for torque pre-selection and can rotate in the gear housing after a predetermined torque is exceeded. 7. Getriebe für Elektrowerkzeuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Getriebe durch eine Schlagvorrichtung erweitert wird. 7. Gearbox for power tools according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that said gearbox is extended by an impact device. 8. Getriebe für Elektrowerkzeuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Getriebe durch eine Spindelarretierung erweitert wird. 8. Gearbox for power tools according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that said gear is extended by a spindle lock. 9. Getriebe für Elektrowerkzeuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Getriebe durch eine weitere bekannte oder noch nicht bekannte Vorrichtung erweitert wird. 9. Gearbox for power tools according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that said gearbox is extended by a further known or not yet known device. 10. Getriebe für Elektrowerkzeuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines Elektromotors ein Druckluftantrieb verwendet wird. 10. Gearbox for power tools according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that a compressed air drive is used instead of an electric motor.
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