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Kraftwerkzeue mit einem in jeder Stellung schaltbaren Zweigangetriebe
Die Frfindung bezieht sich auf ein Kraftwerkzeug mit einem in jeder Stellung schaltbaren
Zweiganggetriebe mit einem zwischen zwei Endstellungen bewegbaren Wählglied un mindestens
einer Schaltfeder, mit einer Welle und zwei darauf drehbar geführten mit verschiedener
Drehzahl angetriebenen Rädern.
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Solche Kraftwerkzeuge sind bekannt. Bei einem bekannten Kraftwerkzeug
dieser Art sind auf einer Vongelegewelle zwei vahnräder drehbar und verschiebbar
geführt, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit umlaufend antreibbar sind. Die
Zahnräder haben an ihrer dem anderen Zahnrad zuqekehrten Stirnseite je ein Klauenpaar,
das mit
einem zwischen den Zahnrädern auf der Welle angeondneten
Mitnehmer dadurch in Fingriff bringbar ist, daß das betreffende Zahnrad zu dem Nitnehmer
hin auf der Welle verschoben wird. Jedes der Zahnra-lex steht unter der axial gerichteten
Winkung einer auf der Welle angeordneten Druckfeder, die das Zahnrad zu dem Mitnehmer
hin zu verschieben sucht. Eine durch die Gehäusewand des Kraftwerkzeugs hindurchgeführte,
zu der Vorgelegewelle senkrecht angeordnete Schaltwelle hat an der Außenseite des
Kraftwerkzeugs einen Petätigungsgriff, an der Innenseite des Kraftwerkzeugs einen
Schaltdaumen, der zwischen die beiden Zahnräder crreift und in drei Stellungen drehbar
ist. In diesen Stellungen hält der Schaltdaumen entweder das eine Zaliarad, beide
Zahnräder oder das andere Zahnrad in von den Mintnehtoner weg verschobener Stellung.
Der Schaltdaumen wirkt damit als Wählglied, da er die Verschiebung desjeweiligen
Zahnrades mit seinen Klauen zu dem Mitnehmer hin lediglich freiqibt. Die Verschiebung
selbst wird durch die dem Zahnrad zugeordnete Feder herbeigeführt, sobald dem Mitnehmer
Liicken zwischen den a n dan betreffenden Zahnrad befindlichen Klauen gegenüberstehen.
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Dieses bekannte Kraftwerkzeug hat den Nachteil, daß dauernd eines
der Zahnräder mit der größten Kraft der zugeordneten Feder gegen den Schaltdaumen
gepreßt wird und daß der die Zahnräder gegen den Federdruck abstützende Schaltdaumen
und die Zahnräder selbst unter erheblicher Wärmeentwicklung einem Verschleiß unter«orf.en
sind, wcdurch, unabhängig von der Schalthäufiqkeit, die Leistung des Kraft werkzeugs
beeinträchtigt ist und die Schaltbarkeit des Getriebes nach verhältnismäßig kurzer
Betriebszeit unzuverlässig wird. Es ist auch schon ein elektrisch betriebener Bohrhammer
vorgeschlagen arrden, dessen Drehantrieb ein schaltbares Zweiganggetriebe hat. Bei
diesem ist eine dauernd unter Druck erfolgende Reibng der zu schaltenden Getriebeteile
dadurch vermieden, daß das Zweiganggetriebe von zwei ständig im Fingriff mit einer
vom Elektromotor angetriebenen Zwischenwelle stehenden Zahnräden gebildet wird,
welche auf einer Schalthülse frei drehbar angeordnet sind, die auf einer mit dem
werkzeugkopf
in Drehverlundung stehenden Hoblwelle drehfest und axial verschiehbar angeondnet
ist, wehei höchstens eines der Zahnräder über die von einer Schaltgabel axial verschiebhare
Schalthülse in oder außer Drehverhindung mit der Tt,oh]x.lle zu b ringen ist.
Dabei wird die Schaltgabel ven einem drebharen Schaltexzenter verschoben, welcher
die Schaltlbewegung über eine kraftschlüssige Verhindung mittels einer axiale Auslenkungen
zulassenden Schaltf eder überträgt; die Schaltfeder ist eine an d er 5 chaltgahel
befestigte zweischenklige Biegefeder, wobei auf jeder Seite eines am Schaltexzenter
außermittig angeordneten Exzenterzapfens ein Schenkel der biegefeder mit Vorspannung
anlegt.
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Das Zweiganggetriebe dieses Bohrharmers ist mittels des als Wählglied
wirkenden Schaltexzenters bei jeder Stellung, die die Getriebeteile zueinander einnehmen
können, schaltbar, ohne die dauernd unter Druck erfolgende Reibung aufzuweisen,
d ie den Nachteil des zuerst genannten bekannten Kraftwerkzeuges bildet. Durch die
Verschiebbarkeit der beiden Zahnräder und die Ausbildung der Schaltfeder a ls zweischenklige
Biegefeder h at das als zweites be trachtete Zweiganggetriebe einen erhöhten Platzbedarf,
der hei einem Bohrhammer nicht nachteilig ins Gewicht fällt, bei einem kleineren
Kraftwerkzeug, z.R. einer Pohnmaschine, a ber einen echten Nachteil darstellen kann.
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Ferner ist ein mehrstufiges Wechselgetriebe für Kraftwerkzeuge bekannt
geworden, das ein Gehäuse hat, eine Getriebewelle und mehrere auf der Getriebewelle
mit unterschiedlicher Geschwindigkeit dauernd umlaufende im Bezug auf das Gehäuse
unverschiebliche Zahnräder, die mit einer Innenverzahnung versehen sind, d eren
Fußkreis mit der Mantelfläche d er Getriebewelle e inen Laufsitz bildet, wobei jeweils
höchstens eines der Zahnräder durch eine Schalteinrichtung mit der Getriebewelle
drehfest verbunden werden kann und mindestens an e inen Zahnrad an der einem anderen
Zahnrad zugekehrten Seite d ie I nnenverzahnung in einer der Schalteinrichtung entsprechenden
Preite nicht vorhanden ist. Bei diesem W echselgetriebe ist die Getriebewelle drehbar
und in Bezug auf das Gehäuse verschieblich gelagert, und die
Schalteinrichtung
in Wellenrichtung unverschieblich mit der Welle verbunden und enthält mindestens
eine kugel, die in einer Querbohrung der Getriebewelle verschieblich gefübrt und
durch eine Feder radial nach außen gedrückt ist; die Form der Innenverzahnung entspricht
den Durchmesser der Kugel, und ihre Tiefe ist so bemessen, daß das Zahnrad bei in
die Innenverzehnung eingerasteter Kugel ein gewüschtes Drehmoment auf die Welle
übertragen kann.
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Auch dieses Wechselgetriebe ist in jeder Stellung schaltbar, wobei
die verschiebhare Welle als Wählglied wirkt, und der Schaltvorgang von der unter
des Druck der Feder in die Innenverzahnung einrastenden Kugel vellzogen wird; nach
dem Einrasten der Kugel ist unter Druck erfolgende Reibung nicht mehr vorhanden.
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Nachteile dieses Wechselgetriebes sind die Finrichtungen, die zurn
Verhindern einer axialen Verschiebung der Zahnräder gegenöber den Gehäuse vorgesehen
sein müssen und das Getriebe verteuern; auch bedingt die Verschiebbarkeit der Getriebewelle
eine arößere Lönge des Kraftwerkzeuges, die einer besonders gedrungenen Ausbildung
im Wege steht.
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Es war daher die Aufgabe gestellt, ein Kraftwerkzeug der vorliegenden
Art zu schaffen, bei dem eine dauernde unter Druck erfolgende Reibung der zu schaltenden
Getriebeteile vermieden ist, und das s ich durch gedrungenen Aufbau sowie die Verwendung
kostengünstiger Kunststoffteile auszeichnet.
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Die Aufgabe ist gemäß der Erfinders dadurch gelöst, daß ein zum Einleiten
der Schaltbewegung bestimmter erster Schaltteil und ein zum Ausführen der Schaltbewegung
bestimmter zweiter Schaltteil auf einer gemeinsamen Etihrung bewegbar angeordnet
sind, daß zwischen dem Gehäuse des Kraftwerkzeugs und dem ersten Schaltteil eine
erste Fe-und daß zwischen dem Gehäuse und dem zweiten Scbaltteil eine zweite Feder
eingespannt sind, daß die erste Feder stärker ist als die zweite Feder, daß die
Schaltteile durch die Federn gegeneinander drückhar sind, und daß der erste Schaltteil
unter dem Druck des Wählgliedes gegen die Kraft der ersten Feder auf der Führung
beweghar ist.
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Dadurch ist erreicht, daß durch eine flewegung des Vählgliedes der
erste schaltteil gegen die Kraft der ersten Feder in eine Stellung verschoben werden
kann, in die ihm der zweite Schaltteil unter dem Druck der zweiten Feder folgen
möchte, webei der zweite Schaltteil die Schaltbeweoung ausführt, sobald bei den
miteinander zu kuppelnden Teilen Klaue oder Zahn des einen Teils auf flIcke des
anderen Teils steht. Diese Schalthewegung wird mithin durch die zweite Feder herbeigeführt,
die nach Abschluß der Schalthewegung wietgehend entspannt ist. Durch eine weitere
Pewegung des Wählgliedes kann die stützende Fläche des Wählgliedes so v;eit vcXn
dan ersten .Schaltteil entfernt Werden, daß der erste schaltteil unter der Wirkung
der stärkeren ersten Feder, vermindert um die Kraft der entgegengesetzt wirkenden
zweiten Feder, den Wählglied folgen und dabei den zweiten Schaltteil in die andere
Endlage bewegen möchte.
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Diese Bewegung erfolgt vollständig, sobald bei den miteinander zu
kuppelnden Teilen Klaue oder Zahn des einen Teils auf Liicke des anderen Teils steht.
Diese Schaltbewegung wird mithin durch die erste Feder gegen die Wirkung der zweiten
Feder herbeigeführt; nach Abschluß der Schalthewegung sind die Kräfte der beiden
Federn annähernd im Gleichgewicht. Zwischen den belden Einschaltstellungen ist auch
eine neutrale Ausschaltstellung möglich.
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Der Vorteil der Einrichtung besteht darin, daß in der Ausschaltstellung
keine Kräfte, in den beiden Einschaltstellungen höchstens nur geringe, von den Federn
herrührende Restkräfte über den die Schaltbewegung ausführenden zweiten Schaltteil
auf einen zu bewegenden Teil unter Reibung wirken.
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Zweckmäßig werden in einem Kraftwerkzeug die Räder als Zahnräder ausgebildet
und auf der felle drehbar und unverschiebbar geffihrt, wird weiterhin zwischen den
Zahnrädern ein Kupplungsring auf der Welle undrehbar, verschiebbar geführt, weist
der Kupplungsring an beiden Stirnseiten Klauen auf, denen entsprechende Ausnehmungen
an den Zahnrädern gegenüberstehen, und ist der zweite Schaltteil als mit dem Kupplungsring
zusammenwirkende Schaltgabel ausgebildet. Der este
und der zweite
Schaltteil können auf einer Geradfühung parallel zu sich in Richtung der Welle verschiebbar
sein. Das Wählglied kann als Teil eines Wählschalters und als ra eine senlzrecht
zu der Welle angeordnete Achse drehbarer körper ausgebildet sein, der mindestens
zwi Flächen in verschiedenem Abstand von der Drehachse litt, und der erste Schaltteil
kann eine senkrecht zu der Welle angeordnete e bene Fläche haben, die mit. den F
k chen des Wählgliedes zusammenwirkt.
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Weitere Einzelheiten sind nachstehend hand einer in der Zeichnung
dargestellten elektrischen Handbohrmaschine beschrieben und erläutert. Es zeigen
Ficr. 1 die elektrische Handbohrmaschine im Aufriß, teilweise geschnitten; Fig.
2 die Bohrmaschine nach Fig. 1 mit einem als Quader ausgebildeten Wählglied, im
Grundriß, in einer ersten Schaltstellung, teilweise geschnitten; Fig. 3 den Schaltgriff
der Bohrmaschine nach Fig. 2 im Aufriß; Fig. 4 das Wahlglied, gesehen in Richtung
IV in Fig. 2; Fig. 5 eine Einzelheit der Bohrmaschine nach Fig. 1 im Grundriß, in
einer z weiten Schaltstellung, geschnitten; Fig. 6 den Schaltgriff der Bohrmaschine
nach Fiq. 5 im Aufriß; Fig. 7 das Wählglied, gesehen in Richtung VII in Fig. 5;
Fig. 8 eine Einzelheit der Bohrmaschine nach Fiq. 1 mit einen anderen Wählglied,
im Grundriß, in einer Schaltstellung entsprechend Fig. 2, geschnitten; Fig. 9 den
Schaltgriff der Bohrmaschine nach Fig. 8 im Aufriß;
Fig. 10 das
Wählglied, gesehen in Richtung X in Fig. 8 Fig. 11 die Einzelheit entsprechend Fig.
8 in Ieerlaufstellung im Grtindriß, geschnitten; Fig. 12 den Schaltgriff nach Fi9.
11 im Nriß; Fig. 13 das Wählglied, gesehen in Richtung XIII in Fig. 11; Fig. 14
die Einzelheit entsprechend Fig. 8 in einer Schaltstellung entsprechend Fig. 5,
im Grundriß, geschnitten; Fig. 15 den Schaltgriff nach Fig. 14 im Aufriß; Fig. 16
das Wählglied, gesehen in Richtung XVI in Fig. 14.
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In folgenden ist unter "werkzeugseitig" die Richtung zu einem auf
die Werkzeugspindel aufzuschraubenden Spannfutter hin, unter "handseitig" die Richtung
zu dem Griff hin zu verstehen.
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Die Bohrmaschine hat einen Griff 1, ein Motorgehäuse 2 mit e inem
nicht näher dargestellten Motor 3, eine Getrichequerwand 4 und e in Getriebegehäuse
5. In dem Getriebegehäuse ist eine Werkzeugspindel 6 werkzeugseitig in einen Kugellager
7 gelagert. Handseitig ist die Werkzeugspindel in der Getriebequerwand 4 in einem
Nadellager 8 gelagert. Eine Motorwelle 9 ist in der Getriebeguerwand 4 in einem
Kugellager 10 gelagert. Werkzeugseitig vor dem kugellager 10 endet die Motorwelle
in einem einstückig mit ihr verbundenen Ritzel 11.
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Auf der Werkzeugspindel 6 sind ein erstes Zahnrad 12 und e in zweites
ahnrad 13 drehbar und unverschiehbar gelagert. Das werkzeugseitige Zahnrad 12 ist
größer als das handseitige Zahnrad 13. Die Zahnruder sind von dem Ritzel über zwei
Vorgelegewellen antreibbar und laufen, wenn der Motor eingeschaltet ist, mit verschiedener
Drehzahl um. Zwischen den Zahnrädern ist auf der Werkzeugspindel ein Kupplungsring
14 längs verschiebbar und drehfest geführt. Der Kupplungsringo hat an seiner werkzeugseitigen
Sl-irnflache Klauen 15 und an seiner handseitigen
St:inlflciche
Klauen 16. Den Klauen des Kuppluhngsringes stehet entsprechend gefermte Ausnehmungen
15' und 16' der Zahnräder 12 und 13 gegenüber.
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Steht der Kupphungsring 14 in seiner werkzeugseitigen Erdlage, so
ist das Zahnrad 12 drehfest mit der Werkzeugspindel verkunden, diese dreht sich
im langsmen Gang, Steht der Eupplungsring in seiner hadseitigen Epdlage, so ist
das Zahnrad 13 dreh fest mit der Werkzeugspindel verhielt, und diese dreht sich
im schnellen Drang. Steht der Kupplungsring zwischen den beiden Zahnrädern, so ist
keines der Zahnräder mit der Werkzeugspindel drehfest verbunden, und diese erfährt
keinen Antrieb.
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Parallel zu der Werkzeugspindel 6 ist zwischen dem Getriebegehäuse
5 und der Getriebeguerwand 4 eine als zylindrischer Stich 17 ausgebildete Führung
eingespannt (Fiq. 2). Auf denl Stab 17 ist ein erster Schaltteil 18 und werkze3ugseitig
neben diese mit einem Führungsstück 19 ein zweiter Schaltteil geführt, der als Schaltgabel
20 ausgebildet ist. Die Schaltgabel 20 greift in eine Pinanut 21 des i"upplungsrings
14. Der erste Schaltteil 18 liegt mit seiner werkzeugseitigen Stirnfläche an den
Führungsstück 19 der Schaltgabel 20 an. Der erste Schaltteil 18 ragt iber das Führungsstück
der Schaltgfrel hinaus und befindet sich in der Nähe der Wand des Getriebegehäuses
5 im Schalthereich eines als drehbarer symmetrischer quader 22 ausgebildeten wählgliedes.
Der Quader 22 ist mit einer Welle 23 einstückig verbunden, die durch die Gehäusewand
ins Freie geführt ist und außerhalb des Getriebegehäuses einen Schaltgriff 24 trägt.
Der Quader 22, die Welle 23 und der Schaltgriff 24 bilden zusammen einen Wählschalter
2ti. Auf dem Stab 17 ist zwischen der Getriebeguerwand 4 und den ersten Schaltteil
18 eine erste Feder 26, zwischem dem Getriehegehäuse 5 und der Scha]tgabel
20 eine zweite Feder 27 eingespannt. Die Feder 26 ist stärker als die Feder 27.
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Die beschriebene Schalteinrichtuna arbeitet folgendermaßen: Wird der
Schaltgriff in die in Fig. 2 und Fig. 3 und das quaderförmige Wählglied in die in
Fig. 4 dargestellte Tage gedreht, so wird dem ersten Schaltteil die längere Seitenfläche
des Quaders 22 zugekehrt, die einen kleineren Abstand von der Drehachse des Wählschalters
25 hat. Der erste
Schaltteil 18 wird daher durch die stärkere Feder
26 gegen den Widerstand der schwächeren Feder 27 werkzeugseitig verschoben urrl
verschiebt dabei die Schaltgabel 20 in gleicher Bichtung, his die werkzeugseitigen
Klauen 15 der Schaltgabel 20 in die Ausnehnninj 1 des werkzeugseitigen Zahnrads
12 einrasten. Können sie dies nicht, weil die Ausnehmungen nicht vor den Klauen
stehen, so hält die stärkere Feder 26 den Kupplungsring er die Schaltgabel und den
ersten 'chaltteil gegen das Zahnrad 12 gepreßt, bis die Klauen einrasten können.
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Dnnn schnappt unter dem Druck der stärkeren Feder 26 vermindert um
den entgegengesetzten Druck der Feder 27 der Fupplungsring in das werkstückseitige
Zahnrad 12 ein.
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Wird der Schaltgriff in die in Fiu. 5 und 6 und das Wählglied in die
in Fig. 7 dargestellte Lage gedreht, so wird dem ersten Schaltteil die kürzere Seitenfläche
des Quaders 22 zugekehrt, die einen größeren Abstand von der Drehachse des Wählschalters
25 hat. Der erste Schaltteil wird daher durch den Quader 22 gegen den Wiederstand
der stiirkeren Feder 26 in seine handseitige Fndstellung verschoben. Dieser Bewegung
folgt unter der Wirkung der schwächeren Fader 27 die des Schaltgabel 20, bis die
handseitigen Flauen 16 Kupplungsringes 14 in die Ausnehmungen des handseitigen Zahnrades
einrasten. Können sie dies nicht, weil die Ausnehmungen des Zahnrades nicht vor
den Klauen des Xupplungsringes stehen, so hält die schwächere F eder 27 den Kupplungsringsring
er die Schalt9abel gegen das handseitige Zahnrad gepreßt, bis die Klauen einrasten
können. Dann schnappt unter dem Druck der schwächeren F eder 27 der Kupplungsring
in das h andseitige Zahnrad ein.
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Während mit den Schaltgriff 24 die gewünschte Übersetzung g ewählt
wird, wird der Schaltvorgang selbst tatsächlich durch die F edern 26 und 27 bewirkt.
Wegen der symmetrischen Ausbildung des laders 22 sind für die Geschwindigkeiten
1 und 2 je zwei eiiiander gegenuberliegende Schaltstellungen vorhanden.
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Das Wählglied kann nicht nur die Cestalt eines symmetrischen Quaders
22 mit zwei langer, und zwei kurzen Seiten und der Drehachse in aer Mitte erhalten,
sondern auch die eines Quaders 22', der so außermittig zu seiner Drehachseangeordnet
ist, daß seine Seitenflächen drei verschiedene Abstände von der Drehachse haben.
Die Schalteinrichtung einer Bohrmaschine mit einem derart ausgebildeten Wählglied
ist in den Figuren 8 bis 16 in drei verschiedenen 5chaltstellunten dargestellt.
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Die in den Figuren 8, 9, 10 einerseits, den Figuren 14, 15, 16 andererseits
gezeigten Schaltstellungen entsprechen den Schaltstellungen nach Fig. 2, 3, 4 einerseits
(kleiner oder 1. Gang), 5, 6, 7 andererseits (großer oder 2. Gang). Zwischen den
dazugehörigen einander gegenüberliegenden Stellungen des Schaltgriffs 24, die entsprechend
mit "1" bzw. "2" bezeichnet sind, liegen zwei Schaltstellungen, die die Eezeichnung
"0" tragen und einander gegenüberliegen. In der Schaltstellung "0" ist der erste
Schaltteil 18 durch das Wählglied 22' so weit gegen die wirkung der ersten Feder
26 verschoben, daß die Schaltgabel 20 unter der Wirkung der zweiten Feder 27 den
upplungsring 14 in einer Mittelstellung zwischen den Zahnrädern 12 und 13 hält,
in der weder die handseitigen noch die werkzeugseitigen Klauen des Kupplungsringes
mit den Ausnehmungen eines der Zahnräder in Eingriff sind. In dieser Schaltstellung
ist keines der Zahnräder mit der Werkzeugspindel drehfest verbunden, der Motor läuft
leer.
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In der Ringnut 21 des Kupplungsringes 14 kann während des Schaltens
durch die Wirkung der stillstehenden Schaltgabel Reiung entstehen.
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In geschaltetem Zustand der Einrichtung ruht entweder, wie in Fig.
2 dargestellt, der Restdruck der weitgehend entspannten stärkeren Feder 26, vermindert
um die Kraft der Feder 27 auf der Schaltgabel und drückt diese gegen die werkzeugseitige
Begrenzungsfläche der Ringnut 21 des Kupplungsringes; oder, wie in Fig. 5 dargestellt,
ruht der Druck der weitgehend entspannten schwächeren Feder 27 auf der Schaltgabel
und drückt diese gegen die handseitige Eegrenzungsfläche der Ringnut des Kupplungsringes.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, daß eine geringereFertigungsgenauigkeit
erforderlich ist, da der Eingriff der Klauen in die Ausnehmungen des jeweiligen
Zahnrades durch die restliche Federkraft gesichert ist.
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Es ist auch eine andere Ausführung möglich, bei der die Teile so hemessen
sind, daß in der Schaltstellung nach Fig. 2 der erste Schaltteil auf der größeren
Seitenfläche des Quaders 22 abgestützt ist und die Schaltgabel nach Durchführung
des Schaltvorganges sich frei von jeder Axialkraft in der Ringnut des Kupplungsrings
befindet. Die Anordnung nach Fig. 8 ist in diesem Sinne ausgebildet.
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In der Schaltstellung nach Fig. 5 wäre die Werkzeugseitige Begrenzungsfläche
des ersten Schaltteils 18 auf der lileir.eren Seitenfläche des Quaders 22 abgestützt,
aber zwar so weit werkzeugseitig gegenüber Fig. 5 verschoben, daß die von der schwächeren
Feder 27 handseitig verschobene Schaltgabel sich in der geschalteten Stellung auf
der werkzeugseitigen Stirnfläche des ersten Schaltteils abstützte. Dann wäre auch
in dieser Schaltstellung die Schaltgabel nach Beendigung des Schaltvorgangs völlig
frei von Axialkräften.
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Die Anordnung nach Fig. 14 ist in diese Sinne ausgebildet.
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Diese Ausführung bedingt eine etwas größere Fertigungsgenauigkeit,
um einen sicheren Eingriff der Klauen in die Ausnebmungen der Zahnräder sicherzustellen;
sie hat dabei den Vorzug, daß auch die bei der ersten Ausfülirung noch vorhandenen
geringen Reibungskräfte völlig vermieden sind.
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Selbstverstänr'Jlich kann auch die Anordnung mit drei Schaltstellungen
so ausgebildet sein, daß in den Einschaltstellungen ein geringer Restdruck der Schaltfedern
auf der Schaltgabel liegt.