DE3043575A1 - Two-speed gearbox for electric drill - uses friction clutch with slip torque matched to selected gear ratio - Google Patents

Two-speed gearbox for electric drill - uses friction clutch with slip torque matched to selected gear ratio

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DE3043575A1
DE3043575A1 DE19803043575 DE3043575A DE3043575A1 DE 3043575 A1 DE3043575 A1 DE 3043575A1 DE 19803043575 DE19803043575 DE 19803043575 DE 3043575 A DE3043575 A DE 3043575A DE 3043575 A1 DE3043575 A1 DE 3043575A1
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Wilhelm Ing.(Grad.) 7057 Leutenbach Geis
Rudolf Ing.(grad.) 7154 Althütte Hoyer
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    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/141—Mechanical overload release couplings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

The drive has two slipping clutches to match the slip to the effective torque which can be exerted by the output shaft without overloading the motor. The product of coefficient of friction and effective radius of drive of the high speed gear is a factor of K=i1/i2 greater than that for the low speed gear where i1 is the lower speed, and i2 the higher speed gear ratio. The gear selector (4) couples either the low (2) or high (3) speed gear to the output shaft (1). The wheels themselves are free to revolve on the shaft (1). The corresp. driving wheels (7,8) are on a lay shaft (6) driven by a sprocket (11) and gear (10) from the motor shaft (12). Driving (10) and high speed (8) gears are free on the lay shaft (6), and are coupled to each other, and to a driving collar fixed on the shaft, by friction drives (16,17). The relationship between the limiting driving torques of these respective couplings (16,17) is determined according to the given equation.

Description

Elektrowerkzeug mit einem Zweiganggetriebe und mit Power tool with a two-speed gearbox and with

einer auf der Vorgelegewelle angeordneten tberlastkupplung Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrowerkzeug mit einem Zweiganggetriebe und mit einer auf der Vorgelegewelle angeordneten tiberlastkupplung, die durch zwei auf der Vorgelegewelle nebeneinanderliegende, über ihre einander zugewandten Flächen im Reibungsschluß stehende und axial verschiebbare Getriebezahnräder für die erste und zweite Getriebestufe gebildet ist, wobei das Zahnrad für die zweite Getriebestufe unter der Wirkung einer Druckfeder steht und das Zahnrad für die erste Getriebestufe sich an einer fest auf der Vorgelegewelle angebrachten Druckscheibe ebenfalls reibungsschlüssig abstützt. an overload clutch arranged on the countershaft. The invention refers to a power tool with a two-speed transmission and with one on the countershaft arranged overload clutch, which is through two on the countershaft adjacent, on their facing surfaces in frictional engagement stationary and axially movable gear wheels for the first and second gear stages is formed, the gear for the second gear stage under the action of a The compression spring stands and the gear for the first gear stage is fixed to one on the countershaft attached thrust washer is also frictionally supported.

Bei einem bekannten Elektrowerkzeug dieser Art ist die Uberlastkupplung entweder nur für einen Drehzahlbereich ausgelegt oder das auf die Werkzeugspindel bezogene Ansprechdrehmoment ist in den jeweiligen Gängen entsprechend der Drehzahlabstufung verschieden (FR-PS 1 457 220).In a known power tool of this type, the overload clutch is either designed for one speed range only or that for the tool spindle The related response torque is in the respective gears according to the speed gradation different (FR-PS 1 457 220).

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine tiberlastkupplung zu konzipieren, die in allen Getriebegängen bzw. Drehzahlstufen das Drehmoment der Antriebsspindel auf einen einzigen vorgegebenen Wert begrenzt und dieses Drehmoment über die geforderte Betriebszeit weitestgehend konstant hält.It is the object of the invention to design an overload clutch, the torque of the drive spindle in all gear gears or speed levels limited to a single specified value and this torque over the required Keeps operating time largely constant.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Produkt aus Reibwert und Wirkradius des Reibmittels für die zweite Getriebestufe um den Faktor K = iil mal größer ist als das entsprechende Produkt für die erste Getriebestufe, wobei il das Drehzahlübersetzungsverhältnis für die erste Getriebestufe und i2 dasjenige für die zweite Getriebestufe ist.This object is achieved according to the invention in that the product from the coefficient of friction and effective radius of the friction means for the second gear stage around the Factor K = iil times greater than the corresponding product for the first gear stage, where il is the speed transmission ratio for the first gear stage and i2 the one for the second gear stage.

Mit dieser Maßnahme wird der weitere Vorteil erzielt, daß die Uberlastkupplung nur ein geringes Bauvolumen beansprucht, kostengünstig herstellbar und problemlos in ein normales Zweigang-Bohrmaschinengetriebe integrierbar ist.With this measure, the further advantage is achieved that the overload clutch only takes up a small structural volume, can be manufactured inexpensively and without problems can be integrated into a normal two-speed drill transmission.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert.An embodiment of the invention is based on the following the drawing explained.

Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Getriebekopf einer Schlagbohrmaschine mit Zweiganggetriebe, Fig. 2 das Vorgelege in schematischer Darstellung teilweise im Schnitt, Fig. 3 das Vorgelege mit durch Stirnratschen verkörperten Reibmitteln, Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt einer Stirnratsche.They show: FIG. 1 a longitudinal section through the gear head of a Impact drill with two-speed transmission, Fig. 2 the back gear in a schematic representation partially in section, Fig. 3 the countershaft with embodied by ratchets Friction means, FIG. 4 shows an enlarged section of a front ratchet.

In Fig.1 ist mit 1 die als Bohrspindel ausgebildete Getriebeabtriebswelle, mit 2 das Zahnrad für die erste Getriebestufe (Langsamgang), mit 3 das einen kleineren Durchmesser und eine geringere Zähnezahl aufweisende Zahnrad der zweiten Getriebestufe (Schnellgang) und mit 4 das Schaltglied für die wahlweise Kupplung der drehbar und axial verschiebbar auf der Getriebeabtriebswelle 1 angeordneten Zahnräder 2 und 3 mit dieser Welle bezeichnet. Zu diesem Zweck weisen die beiden Zahnräder 2 und 3 im Bereich ihrer einander zugewandten Flächen Sackbohrungen auf, die auf einem gemeinsamen Radius liegen und in welche jeweils die im .Schaltglied 4 angeordneten Mitnnhmebolzen 5 eingreifen, von denen jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende einem'Zahnrad bzw. dessen Sackbohrungen zugeordnet sind.In Figure 1, 1 is the gear output shaft designed as a drilling spindle, with 2 the gear for the first gear stage (slow gear), with 3 the smaller one Diameter and a smaller number of teeth having gear of the second gear stage (Overdrive) and with 4 the switching element for the optional coupling of the rotatable and axially displaceable on the transmission output shaft 1 arranged gears 2 and 3 denoted by this shaft. For this purpose, the two gears 2 and 3 in the area of their facing Surface blind holes, which lie on a common radius and in which in each case the .Switching element 4 arranged driving pins 5 engage, two of which are diametrically opposed to each other opposite ein'Zahnrad or its blind bores are assigned.

Das Schaltglied 4 weist des weiteren zwei durchgehende Längsbohrungen auf, die räumlich um ca. 1800 gegeneinander versetzt sind und in denen Distanzbolzen 9 verschiebbar untergebracht sind, welche die beiden Zahnräder 2 und 3 auf Distanz halten.The switching element 4 also has two continuous longitudinal bores which are spatially offset from one another by approx. 1800 and in which spacer bolts 9 are slidably housed, which the two gears 2 and 3 at a distance keep.

Der Antrieb des Zahnrads 2 erfolgt mittels eines auf der Vorgelegewelle 6 fest angebrachten Zahnrads 7, während das Zahnrad 3 von dem längsverschiebbar und drehbar auf der Vorgelegewelle 6 angeordneten Zahnrad 8 angetrieben wird.The drive of the gear 2 takes place by means of one on the countershaft 6 fixed gear 7, while the gear 3 of the longitudinally displaceable and gear 8 rotatably arranged on the countershaft 6 is driven.

Das Getriebe- oder Vorgelegezahnrad 10 sitzt ebenfalls drehbar auf der Vorgelegewelle 6 und steht im Eingriff mit dem Ritzel 11 der Motorantriebswelle 12.The gear or countershaft gear 10 is also rotatably seated the countershaft 6 and is in engagement with the pinion 11 of the motor drive shaft 12th

Auf das Getriebezahnrad 8 wirkt eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 13 ein, so daß dieses Zahnrad zusammen mit dem diesem benachbarten Getriebezahnrad 10 gegen einen fest mit der Vorgelegewelle 6 verbundenen Druckring 14 gepreßt wird. Die beiden Zahnräder 8 und 10 weisen an ihren einander zugewandten Flächen je ein Reibmittel beispielsweise in Form eines Reibbelags 15,16 auf. Desgleichen ist das Zahnrad 10 auf seiner dem Druckring 14 zugekehrten Fläche mit einem Reibbelag 17 versehen, und auf der Korrespondenzfläche des Druckrings 14 ist ebenfalls ein Reibbelag 18 angebracht. Das Getriebezahnrad 10 ist aus Gründen der Platzersparnis mit einer Ausdrehung 19 versehen, in welche der Druckring 14 mit seinem Reibbelag 18 teilweise hineinragt.A helical spring designed as a helical spring acts on the gear wheel 8 Compression spring 13 so that this gearwheel together with the gearwheel adjacent to it 10 is pressed against a pressure ring 14 firmly connected to the countershaft 6. The two gears 8 and 10 each have on their mutually facing surfaces Friction means, for example in the form of a friction lining 15, 16. It is the same Gear wheel 10 with a friction lining 17 on its surface facing pressure ring 14 provided, and on the corresponding surface of the pressure ring 14 is also a friction lining 18 attached. The transmission gear 10 is to save space with a Turning 19 provided, in which the pressure ring 14 with its friction lining 18 partially protrudes.

Das Getriebezahnrad 8 ist mit einer Ausnehmung versehen, in welche Kugeln 20 eingesetzt sind, die eine Relativdrehung zwischen diesem Zahnrad und der Druckfeder 13 ermöglichen.The gear wheel 8 is provided with a recess into which Balls 20 are used, a relative rotation between this gear and the Allow compression spring 13.

Die Kugeln 20 werden durch eine Druckscheibe 21, auf welcher sich die Druckfeder 13 abstützt, in ihrer Lage gehalten.The balls 20 are through a thrust washer 21 on which themselves the compression spring 13 is supported, held in place.

Die bezogen auf die Vorgelegewelle 6 unterschiedlichen Ansprechdrehmomente werden nun dadurch bewirkt, daß die Reibbeläge 15 und 16 für die zweite Getriebestufe (Schnellgang) in ihrem Produkt aus Reibwert und Wirkradius um den i1 Faktor K = mal größer sind als der entsprechende Wert i2 bei den Reibbelägen 17 und 18 für die erste Getriebestufe (Langsamgang). The different response torques in relation to the countershaft 6 are now caused by the fact that the friction linings 15 and 16 for the second gear stage (Overdrive) in their product of the coefficient of friction and the effective radius by the i1 factor K = times greater than the corresponding value i2 for the friction linings 17 and 18 for the first gear stage (slow gear).

Die Drehmoment-, Übersetzungs- und Reibungsverhältnisse werden im nachstehenden anhand eines Berechnungsbeispiels unter Zugrundelegung der Figuren 2-4 verdeutlicht. The torque, transmission and friction ratios are in the below using a calculation example based on the figures 2-4 clarified.

Angenommen, es werde an der Bohrspindel 1 in beiden Drehzahlbereichen ein Ansprechdrehmoment von Md = 2 mkp gefordert. Assume that the drilling spindle 1 operates in both speed ranges a response torque of Md = 2 mkp is required.

Entsprechend der Übersetzungsverhältnisse der Zahnräder 2, 7, 3 und 8 ergeben sich die folgenden Ubersetzungsverhältnisse: Z2 41 Z3 35 i1 = = = 4,1 und i2 = = = 1,3. According to the gear ratios of the gears 2, 7, 3 and 8 the following gear ratios result: Z2 41 Z3 35 i1 = = = 4.1 and i2 = = = 1.3.

Z7 10 Z8 27 i1 4,1 Damit wird K = = = 3,15. Z7 10 Z8 27 i1 4.1 This means that K = = = 3.15.

i2 1,3 Auf dem Vorgelege (Vorgelegewelle 6 mit Zahnradern 7, 8, 10, Druckring 14 und Feder 13) ergeben sich mit i1 = 4,1 und i2 = 1,3 die folgenden Ansprechmomente: Mds MA1 = = 0,48 mkp und i1 Mds MA2 = = 1,51 mkp . i2 1.3 On the countershaft (countershaft 6 with gears 7, 8, 10, Pressure ring 14 and spring 13) with i1 = 4.1 and i2 = 1.3 the following results Response torques: Mds MA1 = = 0.48 mkp and i1 Mds MA2 = = 1.51 mkp.

i2 Mit den Reibradien R1 = 7 mm und R3 = 10,8 mm resultieren daraus die Umfangskräfte MA1 FU1 = # 68,5 kp und R1 MA2 FU2 = # 140 kp .i2 With the friction radii R1 = 7 mm and R3 = 10.8 mm from this the circumferential forces MA1 FU1 = # 68.5 kp and R1 MA2 FU2 = # 140 kp.

R2 Die Kraft der Druckfeder 13 betrage FN = FN1 = FN2 = 62,5 kp Aus der Beziehung FU = FN . AL findet FU1 man für µ1 = # 1,1 und für FN FU2 µ2 = # 2,24. R2 The force of the compression spring 13 is FN = FN1 = FN2 = 62.5 kp Aus the relationship FU = FN. AL is found for µ1 = # 1,1 and for FN FU2 µ2 = # 2,24.

FN Diese Reibwerte lassen sich durch Ausführung der Reibmittel gemäß den Figuren 3 und 4 verwirklichen. Als Reibmittel dienen hier Stirnratschen 15,16,17 und 18, wobei im ersten und zweiten Getriebegang unterschiedliche Ratschensteigungen vorgesehen sind, welche jeweils die berechneten Reibwerte erbringen.FN These coefficients of friction can be determined by designing the friction means according to Realize Figures 3 and 4. Front ratchets 15, 16, 17 serve as friction means here and 18, with different ratchet pitches in the first and second gear are provided, which each produce the calculated coefficients of friction.

Es gilt diesbezüglich die Beziehung (siehe Fig.4) FU = FN . tg (α + 2#), wobei d = Ratschensteigung und # = Reibwinkel.In this regard, the relationship (see FIG. 4) FU = FN applies. tg (α + 2 #), where d = ratchet pitch and # = friction angle.

Mit tg .# = 0,1 (bei Stahl auf Stahl gefettet) ergibt sich tg (α1 + 2#) = µ1 oder α1 = 37° , ferner tg (α2 + 2#) = µ2 oder α2 = 55°.With tg. # = 0.1 (for steel greased on steel) the result is tg (α1 + 2 #) = µ1 or α1 = 37 °, furthermore tg (α2 + 2 #) = µ2 or α2 = 55 °.

Claims (5)

Patentansprüche g Elektrowerkzeug mit einem Zweiganggetriebe und mit einer auf der Vorgelegewelle angeordneten Uberlastkupplung, die durch zwei auf der Yorgelegewelle nebeneinanderliegende, über ihre einander zugewandten Flächen im Reibungsschluß stehende und axial verschiebbare Getriebezahnräder für die erste und zweite Getriebestufe gebildet ist, wobei das Zahnrad für die zweite Getriebestufe unter der Wirkung einer Druckfeder steht und das Zahnrad für die erste Getriebestufe sich an einer fest auf der Vorgelegewelle angebrachten Druckscheibe ebenfalls reibungsschlüssig abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus Reibwert und Wirkradius des Reibmittels für die zweite Getriebestufe um den Faktor i1 K = mal größer ist als das entsprechende Produkt für die i2 erste Getriebestufe, wobei ii das Drehzahlübersetzlmgsverhältnis für die erste Getriebestufe und i2 dasjenige für die zweite Getriebestufe ist. Claims g power tool with a two-speed transmission and with an overload clutch arranged on the countershaft, which is activated by two the Yorgestelle adjacent, over their mutually facing surfaces frictionally engaged and axially displaceable gear wheels for the first and second gear stage is formed, wherein the gear for the second gear stage is under the action of a compression spring and the gear for the first gear stage is also friction-locked on a thrust washer that is firmly attached to the countershaft supports, characterized in that the product of the coefficient of friction and effective radius of the Friction means for the second gear stage by the factor i1 K = times greater than the corresponding product for the i2 first gear stage, where ii is the speed transmission ratio for the first gear stage and i2 is that for the second gear stage. 2. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide miteinander im Reibungsschluß stehenden Zahnräder drehbar auf der Vorgelegewelle angeordnet sind.2. Power tool according to claim 1, characterized in that both Frictionally engaged gears rotatable on the countershaft are arranged. 3. Elektrowerkzeug nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder als Schraubenfeder ausgebildet ist.3. Power tool according to claims 1-2, characterized in that that the compression spring is designed as a helical spring. 4. Elektrowerkzeug nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß j ede der einander zugeordneten Flächen der beiden Getriebezahnräder mit einem Reibmittel versehen ist, desgleichen die der Druckscheibe zugekehrte Fläche des Antriebszahnrads für die erste Getriebestufe und die mit diesem Zahnrad im Reibungsschluß stehende Fläche des Druckringes.4. Power tool according to claims 1-3, characterized in that that each of the associated surfaces of the two transmission gears with one Friction means is provided, as well as the surface of the pressure disc facing Drive gear for the first gear stage and with this gear in frictional engagement standing surface of the pressure ring. 5. Elektrowerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibmittel durch Stirnratschen verkörpert sind, wobei die Steigungen der Ratschen im ersten und zweiten Gang voneinander verschieden sind.5. Power tool according to claim 4, characterized in that the Friction means are embodied by forehead ratchets, the pitches of the ratchets are different from each other in first and second gear.
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