DE3030100A1

DE3030100A1 - Schlag-schraub-vorrichtung und dafuer bestimmte schwenkkupplung

Info

Publication number: DE3030100A1
Application number: DE19803030100
Authority: DE
Inventors: Spencer Bennett Maurer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-10
Filing date: 1980-08-08
Publication date: 1981-02-26
Also published as: DK340880A; IT8049450A0; GB2055653A; CA1138692A; JPS5633277A; US4287956A; FR2462972A1; SE8005610L; AU6060780A; GB2055653B; AU542696B2; FI802461A

Description

- ⁸-TISCHER · KERN & BREHM

Altjert-Rosshaupter-Strasse 65 D 8000 München 70 Telefon (089) 7605520 Telex 05-212284 patsd Telegramme Kernpatent München

SPENCER B. MAUREB 8. August 1980

6O7O Tarawood Drive, Bay Hill,. HD-01

Orlando, Florida 32811,
U. S. A.

Schlag-Schraub-Vorrichtung und dafür bestimmte Schwenkkupplung

Beschreibung:

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen an einem Drehschlag werkzeug, wie es in der deutschen Offenlegungsschrift 20 39 702 beschrieben ist.

Diese Verbesserungen betreffen insbesondere den kritischen Abstand zwischen der Hammervorrichtung und dessen Schwenkglied, um welches die Hammervorrichtung schwenkt, wobei die Hammervorrichtung aus einem oder zwei Hämmern bestehen kann; ferner betreffen die Verbesserungen ein bestimmtes Stopglied

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an der Antriebewelle, um die (einen oder zwei Hammer aufweisende) Hammervorrichtung zu stoppen, "bevor ein vorgegebener Hammer (oder im Falle der zwei Hammer der andere Hammer) am Schwenkglied anliegt; schließlich betreffen die Verbesserungen die Anwendung eines wesentlich preiswerteren geteilten Trägerteils im Vergleich zu dem einstückigen Träger der aus obiger Offenlegungsschrift bekannten Ausführungsform, wobei das geteilte Trägerteil und die beiden Hammer hinsichtlich ihrer Trägheitsmomente ausbalanciert sind, so daß im wesentlichen gleichartige Hammerstöße gewährleistet sind, was die Lebensdauer des Werkzeugs ganz wesentlich steigert, indem die Beanspruchungen am Hammerschwenkglied und an den Anschlägen der Antriebswelle vermindert und gleichmäßiger sind. Obige Offenlegungsschrift erläutert insbesondere anhand der Fig. 2 bis 5 die Abfolge der Betriebsweise von der Stoßübertragung, dem Lösen, dem Beginn des Mitnehmereingriffs und dem Ende des Mitnehmereingriffs. Obwohl Bestandteile des vorliegenden Werkzeugs sich in der Ausgestaltung vom bekannten Werkzeug unterscheiden, ist die Betriebsweise der Kupplung ähnlich; Fig. 9 der vorliegenden Unterlagen stellt ein Äquivalent zu Fig. 2 der deutschen Offenlegungsschrift 20 39 702 bzw. der US-Patentschrift 3 661 217 dar.

Bekannte Drehschlag-Schraub-Vorrichtungen sind als "Schwinggewicht-Mechanismen" bekannt und beispielsweise in den US-Patentschriften 2 285 638 (L.A.Amtsberg), 2 580 631 (E.R. Whitledge) und 2 600 495 (Fitch) beschrieben. Diese bekannten Vorrichtungen, insbesondere die in der US-Patent-

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schrift 2 285 638 beschriebene Vorrichtung, sehen zwei diametral zueinander angeordnete Hämmer oder Anschläge vor, welche um einen mit Ansätzen versehenen Amboß rotieren und durch Anlage am Amboß in eine Schlagposition mit den Ansätzen oder Klauem am Amboß geführt werden. Die Hammeranschläge werden von Nocken am Amboß unmittelbar vor der Schlagausführung freigegeben; ferner sind Einrichtungen vorgesehen, welche in den Hämmern ein Antriebsdrehmoment erzeugen, um diese im Anschluß an den ausgeführten Schlag in eine freie Stellung zu führen.

Diese Ausführungsform der in der US-Patentschrift 2 285 638 beschriebenen Schwinggewichts-Vorrichtung weist verschiedene Nachteile auf; einer besteht darin, daß die Hämmer nach dem Schlag häufig zurückprallen und einen zweiten Schlag auf den Amboß durchführen, bevor der Hammer vom Amboß zur Fortsetzung der Rotation freigegeben wird. Ferner kann davon ausgegangen werden, daß sowohl bei dieser wie bei den anderen bekannten Vorrichtungen die Schlagenergie nur ungenügend ausgenutzt und auf den Amboß übertragen wird, da ein Teil dieser Schlagenergie zum Lösen der Hammervorrichtung benötigt wird, um die Hammervorrichtung im Verlauf des Schlages in Richtung auf die freie Stellung zu schwenken. Die aus der US-Patentschrift 2 580 631 bekannte Schwinggewichts-Vorrichtung weist einen Amboß auf, der ein Paar axial und diametral im Abstand zueinander angeordnete Anschläge oder Klauen trägt; ferner sind zwei axial im Abstand zueinander angeordnete Hämmer vorhanden, welche in einem Hammerträger an diametral

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-Ineinander zugeordneten Stiften schwingen, wobei sich jeder Hammer um den Amboß herum erstreckt. Auch bei dieser Ausführungsform besteht das Problem, daß nach dem Schlag ein2weiter Stoß auftritt, und ein Teil der Schlagenergie aufgebraucht wird, um den Hammer in seine Ausgangsstellung zurückzuführen. Zusätzlich tritt bei dieser letzteren Ausführungsform infolge der Anordnung der Schlagfläche innerhalb des Hammers ein Nacheilen oder eine Verzögerung von dessen Schwenkung auf, so daß der Schlag Zugspannungen in dem Hammer erzeugt, welche weniger erwünscht sind als Druckbelastungen.

Die wesentliche Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine neue Schlagvorrichtung zu schaffen, durch welche die oben genannten Schwierigkeiten und Probleme entweder völlig beseitigt oder weitgehend reduziert sind, welche Schlagvorrichtung eine größere Wirksamkeit und eine längere Lebensdauer gewährleistet und aus preiswerteren Bestandteilen aufgebaut ist. Nach einem weiteren Ziel dieser Erfindung soll ein Schlagwerkzeug mit einer Kupplungskombination bereitgestellt werden, die billig herstellbar ist und eine hohe Wirksamkeit gewährleistet, so daß ein langlebiges Werkzeug erhalten wird, das geringes Gewicht, hohe Schlagstärke und gute Laufeigenschaften gewährleiste , und bei der Ausführungsform mit zwei Hämmern einen weitgehend gleichmäßigen Schlag der beiden Hämmer gewährleistet. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll eine Stoßkupplung mit einem geteilten

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Käfig oder Trägerteil bereitgestellt werden, deren bewegliche Teile leicht und preiswert herzustellen sind, was wiederum ein preiswertes, zuverlässiges und langlebiges Schlagwerkzeug ergibt. Schließlich soll nach einem weiteren Ziel dieser Erfindung ein Schlagwerkzeug bereitgestellt werden, dessen Antriebsmotor und Kupplung sowohl bei niedrigen wie hohen Drehmomenten wirksam sind, und wobei für die Ausführungsform mit zwei Hämmern ein weitgehender Ausgleich der Trägheitsmomente gewährleistet ist, so daß eine erhöhte Lebensdauer dieses Werkzeugtyps gewährleistet ist.

Nach weiteren Zielen der Erfindung soll die Schlag-Schraub-Vorrichtung vom Schwinggewichts-Typ einen Hammer aufweisen, an dem während des Schlages im wesentlichen keine Zugspannungen auftreten; es soll ein schwingender Hammer vorgesehen sein, der um eine bestimmte Schwingvorrichtung schwenkbar ist, welche das Begrenzungsglied für den Hammer an der Antriebwelle und nicht an der Schwenkvorrichtung vorsieht; weiterhin soll die mehrteilige Schwinggewichts-Vorrichtung eine weniger teuere, geteilte Rahmenkonstruktion aufweisen, welche während des Schlages ein Kippen des Hammers auf die freie Stellung zu verhindert, wobei Jedoch der Hammer während des Rückpralls nach dem Schlag selbsttätig in diese freie Stellung kippt;, ferner soll eine Schwinggewichts-Vorrichtung bereitgestellt werden, die vor dem Schlag von Zentrifugalkräften in der Anlagestellung am Amboß·gehalten wird; ferner soll eine Schwinggewichts-Vorrichtung bereitgestellt werden,

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bei welcher der Schwerpunkt des Hammers nahe dem Rotationszentrum der Vorrichtung liegt; und schließlich soll eine Schv/inggewichts-Vorrichtung mit zwei Hämmern und einem geteilten Rahmen bereitgestellt werden, welche Vorrichtung ausbalancierte Schläge auf den Amboß ausführt.

Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Drehschlagwerkzeug mit einem Gehäuse bereitgestellt, in dem ein Motor mit einem Rotor befestigt ist. An dem Gehäuse ist die Antriebswelle des Werkzeugs drehbar befestigt und weist einen im wesentlichen radial zum Wellenumfang angeordneten schlaufaufnehmenden Amboßansatz (Amboßklauenvorrichtung) auf. Ein hohler Käfig oder ein hohles Trägerteil ist koaxial rund um die Antriebswelle angeordnet und bezüglich dieser Werkzeugantriebswelle drehbar befestigt. Zwischen dem Rotor und dem Trägerteil besteht eine feste Antriebsverbindung, so daß das Trägerteil gemeinsam mit dem Rotor rotiert. Am Trägerteil ist schwenkbar eine Hemmervorrichtung angelenkt und rotiert gemeinsam mit diesem, wenn der Rotor des Motors das Trägerteil in Rotation versetzt; weiterhin kann die Hammervorrichtung eine Winkelbewegung leLativ zu dem Trägerteil um eine Achse durchführen, welche parallel zur Trägerteil-Rotationsachse, jedoch gegenüber dieser versetzt verläuft. Die Hammervorrichtung weist einen Schlagansatz auf, der an ihrer Innenfläche zwischen den Achsen angeordnet und so ausgerichtet ist, daß er stets auf die Schwenkverbindung zuführt. Der Schlagansatz ist in die Bahn des schlagaufnehmenden Amboßansatzes ein-bzw. aus derselben ausschwenkbar, um dieser die Schlagstöße zuzuführen.

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Ferner ist eine Mitnehmervorrichtung vorhanden, um die Winkelbewegung des Schlagansatzes bis in die Bahn des Amboßansatzes zu gewährleisten, wo der Schlagansatz von Zentrifugalkräften bis zum Schlag gehalten wird, und die Trägheit der rotierenden Hammervorrichtung ein Lösen während der Schlagstöße verhindert. Eine selbsttätig arbeitende Vorrichtung bewirkt die Winkelbewegung des Schlagansatzes aus der Bahn des Amboßansatzes bei Beendigung der Schlagstöße. Das Trägerteil kann zwei Hämmer enthalten, welche gleichzeitig zwei Amboßansätze anschlagen, so daß ein ausbalanciertes Schlagdrehmoment auf die Antriebswelle resultiert.

Weitere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung betreffen die nachstehenden Verbesserungen gegenüber der aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 39 702 bekannten Schlagvorrichtung: Eine verbesserte Schlagwirkung zwischen dem Trägerteil und dem Hammer oder den Hämmern zur Gewährleistung eines Zwischenraumes am Schwenkbereich und zur Gewährleistung von zwei bestimmt angeordneten, im Abstand zueinander befindlichen Berührungspunkten zwischen einem Hammer und demjenigen Abschnitt des Trägerteils, um welchen der Hammer geschwenkt ist; weiterhin eine Ausführungsform mit zwei Hämmern, wobei eine weitgehende Ausbalancierung der Trägheitsmomente von Motor- und Kupplungsbestandteilen zu im wesentlichen gleichen Hammerstößen führt und der Schwenkabschnitt des Trägerteils des jeweiligen Hammers keinen Halteanschlag für den anderen Hammer bildet.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand von Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Fig. 1

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- 15 bis 10 erläutert; es zeigt:

Fig. 1 in einer Seitenansicht ein Schlagwerkzeug, wobei Teile des Motors und der Kupplungsabschnitt im Längsschnitt freigelegt sind;

Fig. 2 und 3 in einer Draufsicht, bzw. einer Schnittdarstellung das Antriebsglied;

Fig. 4- und 5 in einer Draufsicht bzw. einer Schnittdarstellung die vordere Stirnplatte;

Fig. 6 in einer Seitenansicht die Antriebswelle eines mit zwei Hämmern ausgerichteten Werkzeugs und deren Jeweiliger Amboß;

Fig. 7 und 8 Schnittdarstellungen der beiden Amboßabschnitte nach Fig. 6;

Fig. 9 in einer vergrößerten Schnittdarstellung das wichtige Zusammenwirken eines Hammers mit seinem Drehbolzen, sowie das Zusammenwirken des Drehbolzens mit dem anderen Hammer beim Schlag; und

Fig. 10 anhand eines Kraftediagramms das Zusammenwirken und die Richtungen der beim Schlag auftretenden Kräfte.

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Die Fig. 1 zeigt im Längsschnitt ein beispielhaftes Schlagwerkzeug, dessen Gehäuse 10 für einen luftgetriebenen Schlagschrauber typisch ist und einen Luftmotor bekannter Konstruktion aufnimmt, dessen Einzelheiten hier nicht beschrieben werden sollen.

Die Abtriebswelle 11 des Luftmotors ist durch eine Keilverzahnung 12,13 mit einem hohlen Käfig oder hohlen Trägerteil 15 verbunden, das wiederum über das Gleitlager 17 an der angetriebenen Werkzeugwelle bzw. Antriebswelle 19 gelagert ist. Die vom Motor angetriebene Abtriebswelle 11 ist koaxial mit der Antriebewelle 19 ausgerichtet, und das Trägerteil 15 umgibt seinerseits die Antriebswelle 19 koaxial und ist bezüglich der Antriebswelle 19 drehbar befestigt. Zum Trägerteil 15 gehört ein Antriebsglied 14 und eine vordere Stirnplatte 14', welche in Längsrichtung im Abstand zum Antriebsglied 14 angeordnet und mit dieser über die Bolzen 16, 16' verbunden ist. Damit gehören zum Trägerteil 15 das Antriebsglied 14, die vordere Stirnplatte 14' und die Verbindungsbolzen 16,16', welche sich durch Bohrungen 18 in dem Antriebsglied 14 und durch Bohrungen 18' in der vorderen Stirnplatte 14' hindurch erstrecken; auf diese Weise kann das Trägerteil als "unterteiltes oder geteiltes" Trägerteil bezeichnet werden im Gegensatz zu dem teuereren, integralen oder "einstückigen" Trägerteil der aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 39 702 bzw. der US-Patentschrift 3 661 217 bekannten Ausführungsform.

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Das mit Fig. 1 dargestellte Werkzeug weist eine Hammervorrichtung mit zwei, gegenseitig ausbalancierten Hämmern 25 und 25' auf, jedoch könnte auch lediglich ein einzelner Hammer vorgesehen werden. Es ist ferner anzumerken, daß für die Betriebsweise mit zwei Hämmern eine (nicht dargestellte) Zwischenplatte vorgesehen werden kann, welche die beiden Hammer voneinander trennt, wobei die Verbindungsbolzen 16 und 16' durch Bohrungen innerhalb der Zwischenplatte hindurchragen. Im Ergebnis dient das zur Versteifung des Trägerteils, zieht jedoch andererseits höhere Kosten und eine größere Länge des Werkzeugs nach sich.

Wie mit Fig. 9 dargestellt, ist jeder Hammer 25i25' hohl ausgebildet, und weist eine im wesentlichen U-förmige Aussparung 24 mit nach innen, auf den Hammerhohlraum hin geneigten Seitenwänden auf; gegenüber zur Aussparung 24 weist jeder Hammer 25j25' einen länglichen Schlitz 22 auf. Die Aussparung 24 ist in Form eines Schlitzes dargestellt; andererseits könnte jedoch auch ein Durchlaß oder eine Bohrung im Hammer 25 vorgesehen werden, wobei es jedoch in jedem Falle wichtig ist, daß sich die Seitenwände des Durchlasses aufeinander zu verjüngen, so daß beide geneigten Seitenwände am Bolzen 16 anliegen und zwischen dem Bolzen 16 und dem Hammer ein Zwischenraum 9 gebildet wird. Die Bedeutung dieses Zwischenraumes 9 wird nachfolgend im einzelnen erläutert. Beim Betrieb mit zwei Hämmern bildet der Bolzen 16 die Schwenkachse für den Hammer 25 und der Bolzen 16' die Schwenkachse

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für den Hammer 25'; der gegenüberliegende längliche Schlitz 22 nimmt den jeweils gegenüberliegenden Bolzen auf und erlaubt eine Schwenkbewegung Jedes Hammers. Die Fig. 9 zeigt den rückwärtigen Hammer 25 im Moment des Anschlagens an dem Amboßanaatz 25 der Antriebswelle 19· Hierbei ist es wichtig, daß der Raum 8 vorgesehen wird, um eine Berührung des Hainners 25 niit dem Drehbolzen 16' des Hammers 25' zu verhindern, wie das nachstehend ausführlicher erläutert wird.

Wie mit Fig. 7 dargestellt, weist der einen Bestandteil der Antriebswelle 19 bildende Amboßansatz 23 eine Vorwärts-Anschlagflache 20 und eine Rückwärts-Anechlagflache 21 auf. Die Fig. 8 zeigt den Rückwärts-Amboßansatz in. seiner Beziehung zum Vorwärts-Amboßansatz.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, weist das Antriebsglied 14 durchgehende Bohrungen 18 auf, welche die Bolzen 16,16' aufnehmen; wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, hat das Antriebsglied 14 parallele Seiten, während die vordere Stirnplatte 14' (vgl. Fig. 4) im Umriß kreisförmig ist. Daher hat bei der Rotation die vordere Stirnplatte 14¹ ein beträchtlich größeres Trägheitsmoment als das rotierende Antriebsglied 14. Diese gegenseitige Abstimmung ist wichtig, um bei dem mit zwei Hämmern ausgestatteten Werkzeug eine angenähert gleichmäßige Ausbalancierung der Trägheitsmomente zwischen dem Rotor des Motors, dessen Abtriebswelle 11 oder Antriebsverbindung und dem Antriebsglied 14 auf der einen

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Seite, sowie auf der anderen Seite dem Trägheitsmoment dieser vorderen Stirnplatte 14' zu gewährleisten. Als Folge dieser Abstimmung schlagen die beiden Hämmer 25 und 25* mit im wesentlichen gleichen Stoßen auf die angetriebene Welle 19· Diese Abstimmung erhöht die Lebensdauer des Werkzeugs erheblich, indem die Maximalbeanspruchung der Amboßansätze 23 auf ein Minimum herabgesetzt sind. Weiterhin ist zu beachten, daß die Stöße der beiden Hämmer im wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt erfolgen.

Nachstehend wird die Betriebsweise der Vorrichtung erläutert, beginnend mit dem Moment des Schlags, wie das in Fig. 9 dargestellt ist, wo der Vorwärts-Schlagansatz des Trägerteiles 15 mit der Vorwärts-Anschlagflache 20 der Antriebswelle 19 in schlagaufnehmender Anlage steht. Die Abtriebswelle 11 treibt direkt das Trägerteil 15 im Uhrzeigersinn an. Unmittelbar im Anschluß an den Schlag schwenkt der Hammer 25 in einer Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn um den Drehbolzen 16, bis sich die Anschläge gelöst haben. Diese Schwenk- oder Kippbewegung des Hammers 25 wird entweder durch Trägheitskräfte im Verlauf des Bückpralls des Hammers 25 im Anschluß an den Schlag, oder durch das Motordrehmoment verursacht, welches den Hammer gegen die Anschlagfläche 20 antreibt, welche den Hammer entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn schwenkt bzw. mitnimmt.

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Das Trägerteil 15 und der Hammer 25 sind nunmehr vom Amboßansatz 25 gelöst und "beschleunigen gemeinsam in Richtung des Uhrzeigersinns um die Mittelachse des Anschlags, bis ein Mitnehmereingriff unmittelbar bevorsteht. Die ununterbrochene vorwärts gerichtete Rotation des Hammers 25 führt dazu, daß der Rückwärts-Schlagansatz 28 am Hammer 25 über die Vorwärts-Anschlagfläche 20 am Amboßansatz 23 hochrutscht, was den Hammer 25 zurück in seine ursprüngliche oder anliegende Stellung führt, in welcher der Hammer 25 von Zentrifugalkräften gehalten wird, die auf den Schwerpunkt des Hammers 25 einwirken.

Die ununterbrochene, übereinstimmende Rotation des Trägerteils 15 und des Hammers 25 bringt die Bestandteile zurück in ihre Ausgangsstellungen, und es wird ein anderer Schlagstoß geliefert. Im Verlauf eines Stoßes verhindern die auf den Amboßansatz 23 einwirkenden Trägheitsmomente des rotierenden Hammers 25 ein Lösen des Hammers 25 solange, bis die Momente von sowohl dem Trägerteil 15 wie dem Hammer 25 verbraucht Bind·

Ein Vorteil dieses Werkzeuges ist darin zu sehen, daß die gesamte kinetische Energie des Motor-Rotors von der Abtriebe welle 11, dem Trägerteil 15 und dem Hammer 25 bei jedem Schlag verwendet wird, da kein Freigabevorgang auftreten kann, bis die Momente des oder der Hämmer verbraucht sind.

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Dem von den Momenten des Motor-Rotors und des Trägerteils erzeugten Freigabe-Drehmoments wirkt das Eingriffs-Drehmoment entgegen, das durch das Abbremsen des Hammers oder der Hammer erzeugt wird. Nachdem die Momente der rotierenden Teile verbraucht sind, kann unter der Wirkung des Motordrehmomentes ein Lösen bzw. Freigeben auftreten, und der Zyklus beginnt erneut.

Wenn eine Mutter lose ist, zieht das Werkzeug diese an, ohne daß Schläge ausgeführt werden, bis ein ausreichender Widerstand erreicht ist, an welchem Punkt das Werkzeug selbsttätig zu schlagen beginnt. Während dieses Anziehens wird infolge der Zentrifugalkraft und der Reibung zwischen dem Hammer und den Amboßanschlägen ein gutes Anzieh-Drehmoment gewährleistet, das vom Motor direkt über das Trägerteil 15 auf den oder die Hammer 25 übertragen wird, und von dort direkt auf die angetriebene Welle 19·

Bei der Vorwärtsdrehung führen die Vorwärts-Anschläge 27 den Drehpunkt am Bolzen 16 stets so, daß die Druckbeanspruchung in dem Hammer zwischen dem Anschlag und dem Drehpunkt während eines Anschlagstoßes auftritt. Im Verlauf der umgekehrten Wirkung tritt der gleiche Effekt in umgekehrter Richtung auf.

Während des Rückwärtslaufee oder dem Lösen einer Mutter mit Hilfe des Werkzeugs befindet sich der Hammer 25 in einer Schlagstellung, ähnlich der in Fig. 9 gezeigten, wobei jedoch der Rückwärts-Anschlag 28 gegen die Rückwarts-Amboßanschlag-

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fläche 21 stößt. Die Schlagwirkung ist analog derjenigen bei der Vorwärts-Schlagwirkung.

Zur weiteren Erläuterung der Betriebsweise der mit zwei Hämmern ausgestatteten Vorrichtungen wird auf die Fig. 6 bis 9 der Offenlegungsschrift 20 39 702 Bezug genommen.

Hierbei wird es als zweckmäßig angesehen, die verschiedenen auftretenden Kräfte bei dieser Schlagvorrichtung anhand der verschiedenen Stufen eines Betriebszyklus zu erläutern, um eine Vorstellung der Vorteile der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber der bekannten Vorrichtung darzulegen· Viele dieser Kräfte sind schematisch mit Fig. 7 der Offenlegungsschrift 20 59 702 dargestellt; gemäß dieser Darstellung befindet sich ein Hammer 25 der mit zwei Hämmern ausgestatteten Ausführungsform in der Schlagstellung gegenüber dem Amboßanschlag 23, was der Stellung gemäß Fig. 9 dieser vorliegenden Unterlagen entspricht.

Vor dem Schlag führt der Hammer 25 eine Drehung im Uhrzeigersinn um die Mittelachse des Trägerteils 15 durch, und der Hammer 25 ist um seine Kippachse gekippt, um seinen Schwerpunkt 29 gegenüber der Mittelachse nach links zu verschieben. Infolge dieses Ungleichgewichts-Zustandes des Hammers 25 tritt eine Zentrifugalkraft auf, welche längs der gestrichelten Linie 36 wirkt, die durch die Mittelachse und den versetzten Schwerpunkt 29 führt. Diese Zentrifugalkraft hält den Hammer 25

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solange in der Eingriffsstellung, wie das Trägerteil 15 hoher Geschwindigkeit rotiert.

Wenn der Hammer 25 an dem Amboßansatz 23 anstößt, wird er sehr rasch verzögert oder abgebremst, was verschiedene, auf den Hammer 25 einwirkende Trägheitskräfte verursacht. Die Anschlagflächen 20 und 27 sind so ausgebildet, daß der Anschlag längs der radialen Ebene erfolgt, die mit der gestrichelten Linie 37 bezeichnet ist. Die Ebene 37 ist so angeordnet, daß eine Schlagkraft längs der Linie A erzeugt wird, welche senkrecht zur Ebene 37 verläuft und um eine kurze Strecke nach rechts bezüglich der Kippachse 31 des Bolzens 16 verschoben ist. Diese Kraftlinie A entspricht der Richtung der Schlagkräfte, die auf den Amboß ausgeübt werden. Die Kraftlinie A verläuft leicht außerhalb der Mittellinie der Kippachse 31 des Bolzens 16, damit das Motordrehmoment den Hammer 25 in die i'reigabestellung mitnehmen kann.

Während des Schlagmomentes, wo der Hammer 25 verzögert wird und seine Schlagenergie auf den Amboß überträgt, wirken die von der Verzögerung ausgehenden Trägheitskräfte dahingehend,

die Mitnahmekraft zu überwinden, und den Hammer 25 gegenüber einem Kippen entgegen dem Uhrzeigersinn in die Freigabestellung festzuhalten. Diese Wirkung wird als "Versperren des Schlages" (impact lock-up) bezeichnet, und ist erforderlich, damit der Hammer seine gesamte Stoßenergie auf den Amboß übertragen kann.

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Während der Verzögerung tritt unter den Trägheitskräften im Hammer auch eine lineare Bewegungskraft auf, welche durch den Schwerpunkt 29 gerichtet ist, senkrecht zur Linie 36 verläuft, und nach rechts gerichtet ist, um entweder die Mitnahmekraft zu verstärken oder dieser entgegenzuwirken, welche längs der Kraftlinie 32 wirkt. In Abhängigkeit von der exakten Anordnung des Schwerpunktes, wie das in Fig. 7 dargestellt ist, würde die Kraft A die Mitnahmekraft B verstärken.

Wegen seiner winkelmäßigen Verzögerung wirkt auf den Hammer 25 auch eine andere Trägheitskraft; diese stellt ein Kräftepaar dar, das in Uhrzeigersinn-Richtung wirkt. Dieses Kräftepaor ist mit der linearen Mitnahmekraft 22 kombiniert, woraus eine Trägheitskraft resultiert, die nach rechts gerichtet ist, senkrecht zur Linie 36, und durch das Schlagzentrum 29 verläuft. Diese resultierende Kraft ist gleich der linearen Kraft 32, und verläuft viel entfernter von dem Rotationszentrum 30, wo diese Kraft links zur Kippachse 31 verläuft und einen Momentarm um die Kippachse 31 besitzt. Die resultierende Trägheitskraft übt ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf den Hammer 23 um dessen Kippachse 31 aus, um die längs der Kraftlinie A wirkende Mitnahmekraft zu überwinden. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich der Hammer 25 während des Schlagmomentes bewegt. Es wird angenommen, daß der Momentarm zumindest so lang sein soll, wie- der Momentarm für die Mitnahmekraft.

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Üblicherweise prallen der Hammer 25 und das Trägerteil 15 · um einen Winkelbetrag entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn im Anschluß an den Schlag zurück, was auf die elastischen Eigenschaften der Vorrichtung zurückzuführen ist; im wesentlichen handelt es sich hier um die gleichen Effekte, die einen Schreinerhammer nach dem Schlag zurückprallen lassen. Dieser Winkelbetrag des Hammerrückpralls kann recht groß sein, z.B.. einen Wert von 120° erreichen. Im Verlauf der Rückprallbewegung versucht der Motor den Hammer 25 zu verzögern und dies erzeugt eine Trägheitskraft, die durch das Schlagzentrum senkrecht zur Linie *>6 und entgegengesetzt zu der den "Schlag versperrenden" Kraft wirkt. Diese Kraft übt ein Drehmoment entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn auf den Hammer 25 aus und bewirkt, daß dieser rasch entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn in seine Freigabestellung schwingt bzw. kippt. Obige Erläuterung ist im einzelnen in der deutschen Offenlegungsschrift 20 39 702 bzw. in der parallelen US-Patentschrift 3 661 217 enthalten; soweit es erforderlich ist, kann hinsichtlich zusätzlicher Informationen auf diese vorveröffentlichten Schriften zurückgegriffen werden.

Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, daß der Hammer 25 offensichtlich nicht vollständig um den Amboß herumreichen muß, um sämtliche der für diese Vorrichtung angegebenen Vorteile zu erzielen. Andererseits wird angenommen, daß der Hammer in einem Winkelbetrag von wenigstens 180° um den Amboß herumreichen soll, und der Hammerschwerpunkt näher an der Rotationsachse liegen soll, als an der Kippachse des Hammers.

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Wit Fig. 10 ist ein Kraftediagramm für einen der Hammer im Verlauf des Schlages dargestellt, "bei einem Ausgangs-Drehmomentwert von 518 N . m (375 lbs/ft.). Jeder Hammer trä^t eine Hälfte zum Ausgangsdrehmoment bei oder 259 N«m (2250 lbs./in.). Der Berührungspunkt zwischen dem Hammer und den Amboßanschlagflächen liegt auf einem Kreis mit einen Radius von 10,16 mm (0,4- in.) um den Rotationsmittelpunkt, was zu einer Schlagkraft von 25.500 N (5625 lbs.) pro Hammer (bezeichnet als A) führt. Diese Kraft resultiert aus der Verzögerung des Hammers, des Trägerteils und des Antriebsrotors. Die Verzögerung des Trägerteils und des Rotors erzeugt eine Kraft B zwischen dem Drehbolzen und dem Hammer, welche nach Multiplizierung mit dem effektiven Momentarm von 17^3 mm (0,702 in.) zu einem entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn wirkenden Moment auf den Drehbolzen führt, das ausreicht, das Trägerteil und den Antriebsrotor im gleichen Ausmaß zu verzögern, wie die Hämmer abgebremst bzw. verzögert werden. Da die Trägheitsmomente des Trägerteils und des Rotors ungefähr 63% des Gesamtträgheitsmoments ausmachen, ergibt sich dieses Moment zu 0,63 x 259 N-m (2250 lbs./in.) oder 163 N-m (1419 lbs./in.) für Jeden Bolzen. Der Betrag der Kraft B ergibt sich daraus zu 163 N-m/17,83 mm, nämlich zu 9.165 N (2021 lbs.).

Damit sich der Hammer im Gleichgewichtszustand befindet, muß das Moment der Resultierenden der wirksamen Kräfte gleich und entgegengesetzt gerichtet zu dem Moment der Resultierenden der externen Kräfte sein und ist zahlenmäßig gleich dem Moment

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der Trägheitsmomente des Körpers χ dem Betrag der Verzögerung "bzw. Abbremsung. Das Moment der Resultierenden
der extern aufgebrachten Kräfte A und B ist ein entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn wirkendes Moment von 259 - 163 ■
■ 96 N*m (831 lbs./in.) an jedem Hammer. Deshalb ist das
Moment der Resultierenden der effektiven Kräfte ein im
Uhrzeigersinn wirkendes Moment von 96 N«m. Sofern der Begrenzungs- oder Halteanschlag für die Hammerschwenkbewegung irgendwo auf dem Trägerteil aagebracht wäre, würde das davon ausgehende resultierende wirksame Trägheitsmoment die Bolzenkraft B erhöhen. Da Jedoch der Amboß als Begrenzungsanschlag benutzt wird, und eine Schwenkverbindung mit V-förmiger Kerbe vorgesehen wird, wirkt das davon ausgehende, resultierende, im Uhrzeigersinn wirkende Moment C tatsächlich dahingehend, die resultierende Bolzenbelastung zu verringern.

Die Erfindung ist anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden; für Fachleute ist Jedoch ersichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen
werden können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen, der mit dem Gegenstand der Patentansprüche und deren Äquivalente umrissen ist; derartige Änderungen und Modifizierungen fallen daher auch unter den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

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Claims

^D1UE NTANWAlTi= 30301 OQ

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SPENCER B. MAUEES 8.August 1980

Tarawood Drive, Bay Hill, HD-01

Orlando, Florida 32811,
U. S. A.

Schlag-Schraub-Vorrichtung und dafür bestimmte Schwenkkupplung

Patentansprüche:

/ Iy Drehschlagwerkzeug,

gekennzeichnet durch die Kombination aus; einem Gehäuse (10);

einem in dem Gehäuse (10) befindlichen Motor mit einem Rotor; einer am Gehäuse (10) drehbar gelagerten Antriebswelle (19) mit einem im wesentlichen radial zu deren Umfang angeordneten, schlagaufnehmenden Amboßansatz (23);

einem bezüglich der Antriebswelle (19) drehbar befestigten und koaxial zu dieser angeordneten Trägerteil (15);

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einer Antriebsverbindung zwischen dem Rotor und dem Trägerteil (15)» um das letztere in Drehung zu versetzen; eine im Trägerteil (15) schwenkbar angelenkte Hammervorrichtung (25«25*)» die mit diesem drehbar ist und relativ zu diesem eine Winkelbewegung um eine zur Trägerteil-Rotationsachse parallele, jedoch zu dieser Achse versetzte Schwenkachse durchführen kann;

die Hammervorrichtung (25) zur Schlagausübung im Uhrzeigersinn einen Vorwärts-Schlagansatz (27) an ihrer Innenfläche aiiWeist, der in einem Winkel zwischen 0 und 90° im Uhrzeigersinn gesehen von der Schwenkverbindung zum Trägerteil (15) angeordnet ist;

welcher Vo rwärts-Schlagansatz (27) in die Bahn des schlagaufnehmenden Amboßansatzes (23) ein- bzw. aus derselben ausschwenkbar ist, um auf diesen einen oder mehrere Schlagstöße auszuüben;

einer Mitnehmervorrichtung zur Durchführung der Winkelbewegung des Vorwärts-Schlagansatzes (27) im Uhrzeigersinn relativ zum Trägerteil (15) in die Bahn des Amboßansatzes (23); einer solchen Ausbildung, Masse und Schwerpunktanordnung der Hammervorrichtung (25»25')_t daß die davon erzeugte Zentrifugalkraft den Vorwärts-Schlagansatz (27) in der Bahn des Amboßansatzes (23) hält, bis diesem Schlagstöße zugeführt werden; und

eine selbsttätig arbeitende Vorrichtung zur Durchführung der winkelmäßigen Schwenkbewegung des Vorwärts-Schlagansatzes(27)» um diesen in einer Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn bezüglich des Trägerteils (15) nach der Zuführung des bzw. der

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Schlagstöße aus der Bahn des Amboßansatzes (23) zu bringen; wobei das Trägerteil (15) eine vordere Stirnplatte (14') und ein Antriebsglied (14) aufweist, welche beide zumindest eine durchgehende Bohrung (18,18') aufweisen; und sich ein Bolzen (16,16') durch die Bohrung (18') an der vorderen Stirnplatte (14') und durch die Bohrung (18) am Antriebsglied (14) erstreckt und diese vordere Stirnplatte (14') und dieses Antriebsglied (14) gemeinsam drehbar mit dem Trägerteil (15) verbindet und eine Schwenkvorrichtung für die Hammervorrichtung (25,25') bildet.
2. Drehschlagwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Hammervorrichtung (25»25') zumindest eine Aussparung (24) aufweist, deren Seitenwände in Richtung der Antriebswelle (19) aufeinander zu so geneigt sind, daß eine Bolzenvorrichtung (16,16') diese Seitenwände berührt, wenn eine Schwenkbewegung um diese Bolzenvorrichtung (16,16*) erfolgt, und, abgesehen von den geneigten Seitenwänden keine weitere Berührung der Bolzenvorrichtung (16,16') mit der Hemmervorrichtung (25,25') besteht.
3. Drehschlagwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Bolzenvorrichtung zwei Bolzen (16) und (16*) aufweist;

die Hammervorrichtung zwei Hämmer (25) und (25') aufweist,

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wobei Jeder Hammer (25»25') eine Aussparung (24) mit in Richtung auf die Antriebswelle (19) aufeinander zu geneigten Seitenwänden besitzt, um die Hammer-Schwenkbewegung um einen dieser Bolzen (16 oder T6') durchzuführen.
4. Drehschlagwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Antriebswelle (19) Begrenzungsmittel für die Schwenkbewegung der Hammervorrichtung (25»25') aufweist.
5· Drehschlagwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

das Trägheitsmoment der vorderen Stirnplatte (14¹) angenähert der Summe der Trägheitsmomente des Rotors, der Antriebsverbindung und des Antriebsgliedes (14) ist.
6. Drehschlagwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch Rekennzeichnet, daß

die Hammervorrichtung zwei Hämmer (25 und 25') aufweist, von denen Jeder eine Aussparung (24) mit in Richtung auf die Antriebswelle (19) aufeinander zu geneigten Seitenwänden besitzt, um die Hammer-Schwenkbewegung um einen der Bolzen (16 oder 16') durchzuführen; und

jeder Hammer (25 oder 25¹) den anderen Bolzen (16¹ oder 16) nicht berührt;

wobei die Aussparungen (24) solche Formen und Abmessungen

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haben, daß der Bolzen (16) oder (16') um den die Hammer-Schwenkbewegung erfolgt, an den Seitenwänden der Aussparung (24) des Jeweiligen Hammers (25 oder 25') anliegt, ohne irgendeine weitere Berührung mit anderen Abschnitten dieses zu schwenkenden Hammers (25 oder 25')·
7. Drehschlagwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die Antriebswelle (19) Begrenzungsmittel für die Hammer-Schwenkbewegung aufweist.
8. Drehschlagwerkzeug

gekennzeichnet durch die Kombination aus: einem Gehäuse (10);

einem in dem Gehäuse (10) befindlichen Motor mit einem Rotor; einer am Gehäuse (10) drehbar gelagerten Antriebswelle (19) mit einem, im wesentlichen radial zu deren Umfang angeordneten, schlag-aufnehmenden Amboßansatz (2J); einem bezüglich der Antriebswelle (19) drehbar befestigten Trägerteil (15) mit einer parallel und versetzt zur Antriebswellenachse angeordneten Bolzenvorrichtung (16,16'); einer Antriebsverbindung zwischen dem Rotor und dem Trägerteil (15)» um das letztere in Drehung zu versetzen; einer Hammervorrichtung (25,25') mit solchen Aussparungen (24)damit eine Hammer-Schwenkbewegung um diese Bolzenvorrichtung (16,16') erfolgen kann;

die Hammervorrichtung (25,25') weiterhin so am Trägerteil (15) schwenkbar angelenkt ist, daß die Hammervorrichtung (25,25')

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gemeinsam mit diesem drehbar ist und relativ zu diesem eine winkelmäßige Schwenkbewegung um eine zur Trägerteil-Rotationsachse parallele, jedoch zu dieser Achse versetzte Schwenkachse durchführen kann{

diese Aussparungen) (24) einen Grund und in Richtung der Antriebswelle (19) aufeinander zu geneigte Seitenwände aufweist, welche solche Formen und Abmessungen bezüglich der Bolzenvorrichtung (16,16') haben, daß beim Anliegen der Bolzenvorrichtung (16,16') an den geneigten Seitenwänden der Aussparung (24-) ein Zwischenraum zwischen der Bolzenvorrichtung (16,16') und dem Grund der Aussparung (24) verbleibt.
9. Drehschlagwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

die Bolzenvorrichtung zwei Bolzen (16,16') aufweist; und die Hammervorrichtung zwei Hämmer (25»25') aufweist, wobei jeder Hammer (25 oder 25") eine Aussparung (24) zur Aufnahme eines dieser Bolzen (16 oder 16') aufweist; und jeder Hammer (25 oder 25') den jeweils anderen Bolzen (16* oder 16) nicht berührt.
10. Schlagwerkzeug nach Anspruch 9»
dadurch gekennzeichnet« daß

die Antriebswelle (19) zwei Begrenzungsmittel aufweist, welche die beiden Hämmer (25i 25') anhalten, wobei bei jedem Anhalten der Schwenkbewegung des einen Hammers (25 oder 25¹) an dem jeweiligen Begrenzungsmittel dieser eine Hammer (25 oder 25') den

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Drehbolzen (16* oder 16) des anderen Hammers (25* oder 25) nicht berührt.
11. Drehschlagwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

zum Trägerteil (15) ein Antriebsglied (14) und eine vordere Stirnplatte (14·') gehören, welche beide durchgehende Bohrungen (18,18') zur Aufnahme der Bolzenvorrichtung (16,16') aufweisen; und

das Trägheitsmoment der vorderen Stirnplatte (14-') im wesentlichen gleich der Summe der Trägheitsmomente von Rotor, Antriebsverbindung und Antriebsglied (14) ist.
12. Drehschlagwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß

Begrenzungsmittel für die Schwenkbewegung der Hammer-Vorrichtung (25,25') relativ zu dem Trägerteil (15) vorhanden sind;

welche Begrenzungsmittel aus einem Abschnitt der Antriebswelle (19) bestehen, der an einem Abschnitt der Hammervorrichtung (25,25') anliegt, um die Hammer-Schwenkbewegung zu begrenzen.

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