DE3511437A1

DE3511437A1 - Motorisch betriebenes handwerkzeug

Info

Publication number: DE3511437A1
Application number: DE19853511437
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Ing. 8000 München Hoereth; Werner 8000 München Klingenbeck; Anton 8080 Fürstenfeldbruck Neumaier
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1986-10-02
Also published as: JPS61226278A; EP0199883A2; EP0199883B1; DE3579160D1; EP0199883A3

Description

HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN Fürstentum Liechtenstein

Motorisch betriebenes Handwerkzeug

Die Erfindung betrifft ein motorisch betriebenes Handwerkzeug mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten Motor, einer vom Motor in Drehung versetzten Antriebswelle und einem zwischen dem Motor und der Antriebswelle angeordneten Getriebe.

Motorisch betriebene Handwerkzeuge werden für unterschiedliche Zwecke, wie Bohren, Schleifen, Sägen, Fräsen und dgl eingesetzt. Beim Arbeiten mit solchen Geräten von Hand muss das auftretende Reaktionsmoment von der Bedienungsperson aufgebracht werden. Unter normalen Umständen ist dies ohne weiteres möglich. In besonderen Situationen, wie beispielsweise bei einem plötzlich auftretenden Klemmen oder Blokkieren des Werkzeuges, kann dieses Reaktionsmoment sehr rasch und sehr stark ansteigen. Ist die Bedienungsperson darauf nicht vorbereitet, so kann dies zu Unfällen mit mehr oder weniger schweren Folgen führen.

Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, die Handwerkzeuge mit Sicherheitskupplungen zu versehen, welche bei einem vorbe-

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stimmten Wert die Drehmomentübertragung vom Motor auf das Werkzeug unterbrechen. Diese bei Ueberlast schaltenden Kupplungen sind meist relativ träge und können Unfälle somit sehr oft nicht wirksam verhüten. Ausserdem sind die meisten Kupplungen auf ein bestimmtes Auslösemoment ausgelegt, das den unterschiedlichen Arbeitsverhältnissen der Werkzeuge nicht angepasst werden kann.

Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, am Gehäuse bzw am Handgriff des Handwerkzeuges Schwächungsstellen vorzusehen, deren Verformung beispielsweise mittels Dehnmessstreifens gemessen wird. Es wird somit nicht das Drehmoment, sondern die sich daraus ergebende Verformung des Gehäuses bzw des Handgriffes gemessen. Die Resultate solcher Messungen können beispielsweise dadurch verfälscht werden, dass die Bedienungsperson das Handwerkzeug nicht nur an den Handgriffen, sondern am Gehäuse hält und führt. Damit ermöglicht auch diese Methode keine genaue Bestimmung der auftretenden Kräfte und Momente.

Bei einem weiteren bekannten Elektrowerkzeug ist der Motor im Gehäuse beweglich gelagert und über wenigstens ein das Reaktionsdrehmoment des Elektromotors aufnehmendes Stützlager im Gehäuse abgestützt. Das Stützlager enthält dabei einen Drucksensor aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial, dessen elektrischer Widerstand sich abhängig vom ausgeübten Druck ändert. Bei dieser Lösung wird somit im Prinzip das am Motor auftretende Reaktionsmoment gemessen. Da bei Handwerkzeugen die erforderliche Leistung hauptsächlich aus Gewichtsgründen aufgrund einer sehr hohen Motordrehzahl erzielt wird, ist das an der Motorwelle auftretende Drehmoment meist sehr klein. Somit sind auch die am Motor auftretenden Reaktionskräfte relativ gering. Infolge Reibung, Massenträgheit der zu beschleunigenden Massen und dgl treten derartige Störeinflüsse auf, dass an dieser Stelle das effektiv am Werkzeug auftretende Reaktionsmoment nicht genau bestimmt werden kann.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Handwerkzeug das am Werkzeug auftretende Reaktionsmoment genau und ohne zeitliche Verzögerung zu erfassen.

Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens eine Getriebewelle in einem im Gehäuse begrenzt beweglichen, in Richtung der durch die Drehmomentübertragung auftretenden Reaktionskräfte über elektrische Kraftmesselemente am Gehäuse abgestützten Lagerbock gelagert ist.

Je näher sich diese Getriebewelle in der "Antriebskette" des Getriebes an der Arbeitsspindel befindet, desto genauer und rascher kann das an der Arbeitsspindel auftretende Drehmoment erfasst werden. Im Prinzip genügt es, ein einziges Kraftmesselement vorzusehen. Falls das Handwerkzeug jedoch eine Möglichkeit zur Drehrichtungsumkehr aufweist, sind vorzugsweise zwei Kraftmesselemente vorzusehen, die beispielsweise paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sein können.

Für gewisse Anwendungen genügt es, Bewegungen des Lagerbockes durch Vorsehen von Betriebsspiel zu ermöglichen. Da es dabei nicht möglich ist, den Lagerbock genau zu führen, ist zweckmassigerweise der Lagerbock um eine parallel zur Getriebewelle verlaufende Schwenkachse drehbar gelagert. Durch eine parallel zur Getriebewelle verlaufende Schwenkachse wird ein Schiefstellen der Getriebewelle bei deren Verschieben praktisch vermieden.

Die im Lagerbock gelagerte Getriebewelle steht zumindest mit einer weiteren Welle über Verzahnungen im Eingriff. Um durch das Schwenken des Lagerbockes die Eingriffsverhältnisse an den Zahnflanken nicht zu verändern, verläuft vorteilhafterweise die Schwenkachse des Lagerbockes koaxial zur Drehachse eines mit der Getriebewelle in Eingriff stehenden Zahnrades. Die Bewegung des Lagerbockes entspricht somit im Prinzip derjenigen des Steges eines Planetengetrie-

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bes. Der effektive Verschiebeweg bzw Schwenkweg im Bereich der Kraftmesselemente kann sehr gering sein und meistens nur einige Zehntelsmillimeter betragen.

Für eine genaue Erfassung der auftretenden Kräfte bestehen die Kraftmesselemente zweckmässigerweise aus Piezokeramik. In solchen aus Piezokeramik bestehenden Kraftmesselementen entsteht bei Verformung durch äussere Krafteinwirkung eine elektrische Ladung. Diese Ladung ist proportional zur Verformung bzw zur auftretenden Kraft und kann durch geeignete Verstärker in eine Spannung umgesetzt werden. Der Verformungsweg solcher Elemente beträgt einige lfm.

Je nach den an den Bedienungskomfort des Handwerkzeuges gestellten Ansprüchen kann das Signal der Kraftmesselemente unterschiedlich ausgewertet werden. So genügt es beispielsweise für gewisse Anwendungen, bei Ueberschreiten eines bestimmten Wertes ein optisches oder akustisches Signal abzugeben. Vorzugsweise dient das Signal der Kraftmesselemente der Erzeugung von Steuerfunktionen des Handwerkzeuges. Dabei kann beispielsweise eine die Drehmomentübertragung unterbrechende Kupplung oder eine die noch vorhandene Rotationsenergie der Getriebewellen in Wärme umwandelnde Bremse betätigt werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfxndungsgemässes Handwerkzeug, teilweise aufgeschnitten dargestellt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Handwerkzeug entlang der Linie II-II, in vergrössertem Masstab.

Das aus den Fig. 1 und 2 ersichtliche Handwerkzeug weist ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Gehäuse auf, mit dem ein Handgriff 2 lösbar verbunden ist. Der Handgriff 2 weist einen Drücker 3 zum Ein- und Ausschalten des Handwerkzeuges sowie eine Zuleitung 4 zur elektrischen Stromversorgung des Handwerkzeuges auf. Im unteren Teil des Gehäuses 1 ist ein insgesamt mit 5 bezeichneter Motor angeordnet. Ein Motorritzel 5a steht mit einem Zahnrad 6 im Eingriff. Das Zahnrad 6 ist mit einer insgesamt mit 7 bezeichneten Kurbelwelle fest verbunden. Die Kurbelwelle 7 ist einerseits in einem Radiallager 8 und andererseits in einem Lagerschild 5b des Motors 5 gelagert. Das Radiallager 8 ist in einem insgesamt mit 9 bezeichneten Lagerbock angeordnet, der mittels eines Ansatzes 9a in einer Bohrung la des Gehäuses schwenkbar gelagert ist. Die Kurbelwelle 7 ist mit einer Verzahnung 7a versehen, die mit einem Stirnrad 10 in Eingriff steht. Das Stirnrad 10 ist mit einer insgesamt mit 11 bezeichneten Ritzelwelle fest verbunden. Die Ritzelwelle 11 ist über ein Schrägkugellager 12 ebenfalls im Lagerbock 9 abgestützt. Da der Lagerbock 9 um die Achse der Kurbelwelle 7 schwenkbar gelagert ist, bleiben das Stirnrad 10 und die Verzahnung 7a bei einer allfälligen Schwenkbewegung des Lagerbockes 9 unverändert in Eingriff. Die Ritzelwelle 11 trägt ein Kegelritzel 11a, das mit einem Kegelrad 13 in Eingriff steht. Das Kegelrad 13 ist mit einem Zylinder 14 drehfest verbunden und mittels eines Sicherungsringes 15 gegen axiales Verschieben gesichert. Der Zylinder 14 ist über das Kegelrad 13 mittels eines Nadellagers 16 im Gehäuse 1 gelagert. Im Zylinder 14 ist ein Erregerkolben 17 axial verschiebbar geführt. Der Erregerkolben 17 ist mittels eines Pleuels 18 mit einem Kurbelzapfen 7b der Kurbelwelle 7 verbunden und wird beim Drehen der Kurbelwelle 7 in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt. Im Zylinder 14 ist ebenfalls ein Schlagkolben 19 axial verschiebbar geführt. Zwischen dem Erregerkolben 17 und dem Schlagkolben 19 befindet sich ein Luftpolster 20, das zur Uebertragung

der Schlagenergie vom Erregerkolben 17 auf den Schlagkolben 19 dient. In einen Werkzeughalter 21 ist ein Bohrer eingesetzt, der vom Schlagkolben 19 beaufschlagt wird. Die Uebertragung der Drehbewegung auf den Bohrer 22 erfolgt über den Zylinder 14.

Der in Fig. 2 dargestellte, vergrösserte Querschnitt zeigt den Ansatz 9a des Lagerbockes, der in der Bohrung la des Gehäuses 1 schwenkbar gelagert ist. Da die Kurbelwelle koaxial im Lagerbock 9 gelagert ist, wird durch das Schwenken des Lagerbockes 9 die Lage des Radiallagers 8 nicht verändert. Der das Schrägkugellager 12 aufnehmende Teil des Lagerbockes 9 ist mit zwei einander gegenüberliegenden Stützflächen 9b versehen. In Ausnehmungen Ib des Gehäuses 1 angeordnete Kraftmesselemente 23 werden durch die bei der Drehmomentübertragung von der Kurbelwelle 7 auf die Ritzelwelle 11 entstehenden Reaktionskräfte beansprucht. Das Signal der Kraftmesselemente 23 dient der Erzeugung von Steuerfunktionen des Handwerkzeuges und kann beispielsweise zum Abschalten der Energiezufuhr, zum Betätigen einer Kupplung oder Bremse und dgl verwendet werden. Die Kraftmesselemente 23 bestehen vorzugsweise aus Piezokeramik. Solche Elemente erzeugen bei Druckbeanspruchung eine elektrische Ladung, die in eine Spannung umgesetzt werden kann. Durch das Anordnen von zwei einander gegenüberliegenden Kraftmesselementen 23 können bei einer allfälligen Drehrichtungsumkehr des Motors 5 die auftretenden Kräfte in beiden Drehrichtungen erfasst werden.

Claims

'■ jexezokupplung' 351H37 HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN Fürstentum Liechtenstein Patentansprüche

1. Motorisch betriebenes Handwerkzeug mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten Motor, einer vom Motor in Drehung versetzten Antriebswelle und einem zwischen dem Motor und der Antriebswelle angeordneten Getriebe, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Getriebewelle (11) in einem im Gehäuse (1) begrenzt beweglichen, in Richtung der durch die Drehmomentübertragung auftretenden Reaktionskräfte über elektrische Kraftmesselemente (23) am Gehäuse (1) abgestützten Lagerbock (9) gelagert ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock (9) um eine parallel zur Getriebewelle (11) verlaufende Schwenkachse drehbar gelagert ist.

3. V7erkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse des Lagerbocks (9) koaxial zur Drehachse eines mit der Getriebewelle (11) in Eingriff stehenden Zahnrades (6) verläuft.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesselemente (23) aus Piezokeramik bestehen.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Kraftmesselemente (23) der Erzeugung von Steuerfunktionen des Handwerkzeuges dient.