DE60127471T2

DE60127471T2 - Mechanismus für Nockenantrieb

Info

Publication number: DE60127471T2
Application number: DE60127471T
Authority: DE
Inventors: Peter A. Milwaukee Banach
Original assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Current assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Priority date: 2000-01-06
Filing date: 2001-01-08
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2021-01-09
Also published as: DE60127471D1; EP1114700B1; JP2001260050A; EP1114700A3; EP1114700A2; US6213222B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektrowerkzeuge und im Besonderen auf einen Schlagantriebsmechanismus für ein Elektrowerkzeug.
Eine Schlagbohrmaschine bzw. ein Bohrhammer ist eine Ausführung eines Elektrowerkzeuges, die einen Schlagantriebsmechanismus oder Schlagwerkmechanismus umfasst. Normalerweise umfasst der Schlagwerkmechanismus erste und zweite Nockenelemente, die ineinander greifende Ratschenflächen und eine Feder aufweisen, um die Nockenelemente und die Ratschenflächen außer Eingriff zu bringen. Eine von außen aufgebrachte Vorspannkraft ist zum Überwinden der Federvorspannung erforderlich, um das In-Eingriff-Bringen der Ratschenflächen zu bewirken. Das erste Nockenelement ist normalerweise mit einer Drehspindel verbunden und wird relativ zu einem zweiten Nockenelement gedreht, das am Schlagbohrmaschinengehäuse in Bezug auf die Drehrichtung fest arretiert ist, um ein Sperrgetriebe bereitzustellen. Die Relativdrehung bewirkt, dass die Nockenelementflächen sich verschieben, wodurch bewirkt wird, dass das zweite Nockenelement sich trennt und sich relativ zum ersten Nockenelement axial verschiebt, und zwar in dem Maße, wie die äußere Kraft überwunden wird. Nachdem die Spitzen der Ratschenflächen einander passiert haben, bewirkt die kontinuierlich aufgebrachte äußere Vorspannkraft, dass die Ratschenflächen wieder ineinander greifen, wodurch ein Schlag bereitgestellt wird.
Ein Drehbohrhammer ist eine weitere Ausführung eines Elektrowerkzeuges, die einen Schlagwerkmechanismus umfasst. Dieser Schlagwerkmechanismus umfasst normalerweise eine frei schwebende Schlagmasse, die von einem Hubkolben pneumatisch angetrieben wird.
Ein Problem bei der oben beschriebenen Schlagbohrmaschine ist, dass normalerweise die Ratschenflächen einen flachen Steigungswinkel aufweisen und, weil eine hohe äußere Vorspannkraft für das effektive Schlagen benötigt wird, eine hohe Drehreibungskraft entwickelt wird, was den Betriebsvorgang des Hämmerns ineffizient macht.
Ein weiteres Problem bei der oben beschriebenen Schlagbohrmaschine besteht darin, dass die Nockenelemente im Allgemeinen eine große Anzahl von Ratschenflächen (10–20) aufweisen. Dies verringert die Schlagenergie pro Schlag (bedingt durch eine große Schlagzahl für eine gegebene Eingangsenergiemenge).
Ein wieder anderes Problem bei der oben beschriebenen Schlagbohrmaschine ist, dass dadurch, dass die Schlagaufnahme-Ratschenflächen mit einem radialen Abstand zur Achse der Spindel und des Werkzeugteils angeordnet sind, die Schlagenergie in einem radialen Abstand von der Achse der Spindel und von der Achse des Werkzeugteils übertragen wird, was zu einer ineffizienten Energieübertragung auf das Werkzeugteil führt. Weil außerdem die Schlagaufnahme-Ratschenflächen einen Winkel zur Achse aufweisen, bewirkt eine Querschlagkraft ein nicht erforderliches Moment an den Nockenelementen und eine weitere Verringerung der Energieübertragung auf das Werkzeugteil.
Ein weiteres Problem bei der oben beschriebenen Schlagbohrmaschine ist, dass für den effektiven Betrieb und für die Erzeugung der Schläge der Schlagwerkmechanismus eine beträchtliche Axialkraft benötigt, die vom Bediener aufgebracht werden muss, um den Mechanismus so vorwärts zu beschleunigen, dass der Kontakt zwischen den Ratschenflächen aufrechterhalten wird. Der Bediener wird zum Teil des Schlagwerkmechanismus und beeinflusst dadurch den Betrag der entwickelten Schlagenergien und die Häufigkeit der Schläge. Wenn beispielsweise der Bediener eine ungenügende Axialkraft aufbringt, können einige der Ratschenflächen, während die Nockenelemente sich trennen und sich drehen, übersprungen werden, was die Zahl der Schläge pro Drehung verringert. Außerdem bestimmt die Aufbringung der Axialkraft durch den Bediener den Betrag der Schlagenergie, die sich aus einem gegebenen Betrag der Eingangsenergie umwandeln lässt. Da ferner die vom Bediener aufgebrachte Axialkraft Teil des mechanischen Systems ist, ist eine konstante Aufbringung einer beträchtlichen Axialkraft und eines entsprechenden Aufwandes erforderlich.
Ein weiteres Problem bei der oben beschriebenen Schlagbohrmaschine ist, dass zum Ermöglichen der Spindeldrehung ohne Hämmerfunktion, der Schlagwerkmechanismus einen Mechanismus umfasst, der im Allgemeinen zahlreiche Zusatzbauteile erfordert, um zu verhindern, dass die Spindel sich axial verschiebt und/oder um zu verhindern, dass die Ratschenteile sich berühren, während die Spindel sich dreht. Diese Zusatzbauteile erhöhen die Kosten und die Komplexität des Schlagwerkmechanismus.
Ein wieder anderes Problem bei der oben beschriebenen Schlagbohrmaschine ist, dass, normalerweise, die Drehzahl und das Drehmoment der Spindel für das Hämmern und Bohren in Mauerwerksmaterialien für große Zubehörteile, die für sonstige Materialien eingesetzt werden, ungeeignet sind. Als Folge davon wird ein sekundärer Zahnradsatz, für die Drehzahl- und die Drehmomentauswahl durch den Bediener, als Option bei der Schlagbohrmaschine erforderlich. Die falsche Anwendung dieser Option kann die Leistung des Zubehörs verringern und die Lebensdauer für den Schlagwerkmechanismus reduzieren.
Ein weiteres Problem bei der oben beschriebenen Schlagbohrmaschine ist, dass dadurch, dass eines der Nockenelemente in Bezug auf die Drehrichtung fest arretiert ist, die Zahl der Schläge pro Spindeldrehung und das resultierende Schlagmuster am Werkstück, bei einem gegebenen Werkzeugteil, nur durch die Anzahl der Ratschenzähne bestimmt wird. Die Kombination aus Schlagmuster, Häufigkeit und Energie lässt sich für das Schneiden des Werkstückmaterials nicht optimieren.
Ein Problem beim oben beschriebenen Drehbohrhammer ist, dass der Drehbohrhammer hinsichtlich der Herstellung und Wartung teurer ist. Der Hämmermechanismus des Drehbohrhammers weist mehrere kritische Bauteile auf und ist komplexer und deshalb in Bezug auf ein mechanisches Versagen anfälliger. Der Hämmermechanismus des Drehbohrhammers macht die hohe Präzision und die Vermeidung der Verschmutzung erforderlich, die für diese Systeme typisch ist.
Ein weiteres Problem beim oben beschriebenen Drehbohrhammer ist, dass ein Teil des Schlagwerkmechanismus, wie z.B. eine Schubkurbel, eine Taumelscheibe oder ein sonstiger sekundärer Schlagwerkantriebsmechanismus, zum Gesamtmechanismus hinzukommt, der relativ groß und hinderlich ist.
Ein wieder anderes Problem beim oben beschriebenen Drehbohrhammer ist, dass die Schlagkraft von der Drehzahl des Motors abhängig ist. Wenn speziell die Motordrehzahl verringert wird, werden die Geschwindigkeit des Kolbens und die Kraft, die auf die Schlagmasse aufgebracht wird, verringert. Als Folge davon wird bei niedrigeren Motordrehzahlen die Schlagkraft des Hammermechanismus verringert. Solche Betriebsvorgänge mit niedriger Drehzahl können auftreten, wenn der Bediener die Motordrehzahl verringert, um genaue Hämmerarbeiten durchzuführen oder um Arbeitsgänge an einem zerbrechlichen Werkstück auszuführen. Betriebsvorgänge mit niedriger Drehzahl können auch die Folge sein, wenn der Betrieb (im Vergleich zu Betriebsvorgängen in einem netzabhängigen Modus) im netzunabhängigen Modus mittels einer Akkuleistung erfolgt.
Ein Beispiel von einer bekannten Schlagbohrmaschine, die ein sich drehendes Nockenelement und ein sich hin- und herbewegendes Nockenelement zum Schlagen auf ein Werkzeugteil umfasst, ist in US 3270821 offenbart. Genauer gesagt ist das erste Nockenelement in einer Hülse befestigt, die über eine Getriebebaugruppe mit der Antriebswelle eines Motors drehbar verbunden ist. Der Betrieb des Motors zum Drehen der Antriebswelle treibt somit die Hülse und das erste Nockenelement, das in derselben befestigt ist, in der Drehrichtung an. Das zweite Nockenelement, das eine Schlagfläche zum In-Eingriff-Bringen am Werkzeugteil umfasst, um einen Schlag bereitzustellen, wird nicht von dem Motor bzw. der Antriebswelle angetrieben, sondern wird stattdessen im Gehäuse für die wechselseitige axiale, aber nicht drehende Bewegung gelagert. Das erste und das zweite Nockenelement weisen gegenseitig ineinander greifende Nockenlaufflächen auf, die einen relativ flachen Steigungswinkel aufweisen. Die Drehung des ersten Nockenelementes relativ zum in der Drehrichtung fest arretierten zweiten Nockenelement bewirkt das wiederholte In-Eingriff-Bringen und Außer-Eingriff-Bringen der Nockenlaufflächen, so dass das zweite Nockenelement axial hin- und herbewegt wird, um einen Schlag auf das Werkzeugteil bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Antriebsmechanismus für ein Elektrowerkzeug bereit, der die Probleme bei der Schlagbohrmaschine und dem Drehbohrhammer, die oben beschrieben wurden, vermindert.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Antriebsmechanismus für ein Elektrowerkzeug bereitgestellt, wobei das Elektrowerkzeug Folgendes umfasst: ein Gehäuse; einen Motor, der durch das Gehäuse gelagert wird und sich mit einer Energiequelle verbinden lässt, wobei der Motor eine in der Drehrichtung angetriebene Antriebswelle umfasst; und ein Lagerungselement, das durch das Gehäuse gelagert wird, wobei das Lagerungselement dafür ausgelegt ist, ein Werkzeugteil so zu lagern, dass sich das Werkzeugteil relativ zum Gehäuse verschieben lässt, wobei das Werkzeugteil eine Achse aufweist und durch das Elektrowerkzeug für die Arbeit an einem Werkstück angetrieben wird, wobei der Antriebsmechanismus zur Realisierung einer Axialbewegung am Werkzeugteil dient, wobei der Antriebsmechanismus Folgendes umfasst:
ein Antriebsmechanismusgehäuse, das sich mit dem Gehäuse des Elektrowerkzeuges verbinden lässt;
ein erstes Nockenelement, das durch das Antriebsmechanismusgehäuse drehbar gelagert wird und das mindestens eine erste Nockenlauffläche aufweist, wobei die erste Nockenlauffläche in Bezug auf die Achse des Werkzeugteils in einem Winkel zwischen 30° und 60° ausgerichtet ist;
ein zweites Nockenelement, das durch das Antriebsmechanismusgehäuse drehbar gelagert wird und das mindestens eine zweite Nockenlauffläche aufweist, die sich an der ersten Nockenlauffläche in Eingriff bringen lässt, wobei die zweite Nockenlauffläche in Bezug auf die Achse des Werkzeugteils in einem korrespondierenden Winkel zwischen 30° und 60° ausgerichtet ist und das zweite Nockenelement eine Schlagfläche umfasst, um zum Bereitstellen eines Schlages am Werkzeugteil in Eingriff gebracht zu werden; und
eine Getriebebaugruppe, die durch das Antriebsmechanismusgehäuse gelagert wird und die zwischen die Antriebswelle und das erste Nockenelement und zwischen die Antriebswelle und das zweite Nockenelement so antreibbar geschaltet ist, dass sich das erste Nockenelement und das zweite Nockenelement relativ zueinander drehen können;
wobei, in dem Maße, wie das erste Nockenelement (102) und das zweite Nockenelement (114) sich relativ zueinander drehen, die erste Nockenlauffläche (106) und die zweite Nockenlauffläche (122) so in Eingriff gebracht werden, dass das zweite Nockenelement (114) relativ zum ersten Nockenelement (102) axial in eine Richtung verschoben wird; und wobei, in dem Maße, wie das erste Nockenelement (102) und das zweite Nockenelement (114) sich relativ zueinander weiter drehen, die erste Nockenlauffläche (106) und die zweite Nockenlauffläche (114) so außer Eingriff gebracht werden, dass das zweite Nockenelement (114) relativ zum ersten Nockenelement (102) in einer entgegengesetzten Richtung axial verschoben wird, um einen Schlag auf das Werkzeugteil (18) bereitzustellen.
Vorzugsweise umfasst jedes Nockenelement mindestens eine Nockenlauffläche, und, wobei die Mindest- oder Höchstzahl der Nockenlaufflächen durch die Reaktion des Feder-Masse-Systems für eine gegebene Eingangsenergie bestimmt wird, die die Schlagenergieübertragung auf das Werkzeugteil zur Folge hat, bevor die Nockenlaufflächen wieder ineinander greifen.
Außerdem werden die Nockenelemente mit einer Relativdrehgeschwindigkeit relativ zueinander gedreht. Die Getriebebaugruppe kann ein erstes Getriebe, das mit dem ersten Nockenelement antreibbar verbunden ist, und ein zweites Getriebe umfassen, das mit dem zweiten Nockenelement antreibbar verbunden ist. Zusätzlich kann die Relativdrehgeschwindigkeit der Nockenelemente wählbar sein, um das Schlagmuster des Schneidezahns des Werkzeugteils im Werkstück zu ändern.
Die Nockenelemente lassen sich relativ zum Gehäuse vorzugsweise gegenläufig drehen.
Der Antriebsmechanismus ist vorzugsweise als modulare Baugruppe ausgebildet und ist mit dem Gehäuse des Elektrowerkzeuges und dem Motor verbunden.
Vorzugsweise umfasst der Antriebsmechanismus ferner eine Feder, die die Nockenelemente so vorspannt, dass sie in Eingriff gebracht werden, sowie ein Federgehäuse, das die Feder und das zweite Nockenelement lagert, wobei die Feder sich zwischen dem Federgehäuse und dem zweiten Nockenelement befindet. Das Federgehäuse ist vorzugsweise durch das Gehäuse drehbar gelagert und zwischen die Getriebebaugruppe und das zweite Nockenelement geschaltet. Der Antriebsmechanismus kann ferner ein Stößelelement umfassen, das eine Kraftübertragungsbeziehung zum Werkzeugteil unterstützt und das eine Schlagaufnahmefläche aufweist, die sich mittels der Schlagfläche des zweiten Nockenelementes in Eingriff bringen lässt. Vorzugsweise schlägt die Schlagfläche, bevor die Nockenlaufflächen wieder ineinander greifen, auf die Schlagaufnahmefläche, um einen Schlag auf das Werkzeugteil bereitzustellen.
Der Antriebsmechanismus kann ferner einen Verhinderungsmechanismus umfassen, um zu verhindern, dass der Antriebsmechanismus das Werkzeugteil in axialer Richtung in Bewegung versetzt, wobei der Verhinderungsmechanismus betreibbar ist, um selektiv eines der Nockenelemente von der Antriebswelle zu trennen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektrowerkzeug bereitgestellt, das Folgendes umfasst: ein Gehäuse; einen Motor, der durch das Gehäuse gelagert wird und sich mit einer Energiequelle verbinden lässt, wobei der Motor eine in der Drehrichtung angetriebene Antriebswelle umfasst; ein Lagerungselement, das durch das Gehäuse gelagert wird, wobei das Lagerungselement dafür ausgelegt ist, ein Werkzeugteil so zu lagern, dass sich das Werkzeugteil relativ zum Gehäuse verschieben lässt, wobei das Werkzeugteil eine Achse aufweist und durch das Elektrowerkzeug für die Arbeit an einem Werkstück angetrieben wird; und einen Antriebsmechanismus gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, der sich mit der Antriebswelle verbinden lässt und betreibbar ist, um das Werkzeugteil in axialer Richtung in Bewegung zu versetzen.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für den Betrieb eines Elektrowerkzeuges bereitgestellt, das zum Antrieb eines Werkzeugteils dient, wobei das Elektrowerkzeug Folgendes umfasst: ein Gehäuse; einen Motor, der durch das Gehäuse gelagert wird und sich mit einer Energiequelle verbinden lässt, wobei der Motor eine in der Drehrichtung angetriebene Antriebswelle umfasst; ein Lagerungselement, das durch das Gehäuse gelagert wird und dafür ausgelegt ist, ein Werkzeugteil so zu lagern, dass das Werkzeugteil relativ zum Gehäuse verschiebbar ist, wobei das Werkzeugteil eine Achse aufweist und einen Schneidezahn umfasst, wobei das Werkzeugteil durch das Elektrowerkzeug für die Arbeit an einem Werkstück angetrieben wird; sowie einen Antriebsmechanismus zur Realisierung einer Axialbewegung und einer Drehbewegung am Werkzeugteil, so dass der Schneidezahn ein Schlagmuster am Werkstück erzeugt, wobei der Antriebsmechanismus Folgendes umfasst: ein erstes Nockenelement, das durch das Gehäuse drehbar gelagert wird und mindestens eine erste Nockenlauffläche aufweist, die in Bezug auf die Achse des Werkzeugteils in einem Winkel zwischen 30° und 60° ausgerichtet ist; ein zweites Nockenelement, das durch das Gehäuse drehbar gelagert wird und mindestens eine zweite Nockenlauffläche aufweist, die in Berg auf die Achse des Werkzeugteils in einem Winkel zwischen 30° und 60° ausgerichtet ist und sich an der ersten Nockenlauffläche in Eingriff bringen lässt, wobei das zweite Nockenelement eine Schlagfläche für den Eingriff am Werkzeugteil zum Bereitstellen eines Schlages umfasst; sowie eine Getriebebaugruppe, die durch das Gehäuse gelagert wird und betreibbar ist, um das erste Nockenelement und das zweite Nockenelement für die Relativdrehung anzutreiben, wobei die Getriebebaugruppe antreibbar zwischen das erste Nockenelement und die Antriebswelle und zwischen das zweite Nockenelement und die Antriebswelle geschaltet wird, wobei, in dem Maße, wie das erste Nockenelement und das zweite Nockenelement sich relativ zueinander drehen, die erste Nockenlauffläche an der zweiten Nockenlauffläche so in Eingriff gebracht wird, dass das zweite Nockenelement in Berg auf das erste Nockenelement axial in eine Richtung verschoben wird, und wobei, in dem Maße, wie das erste Nockenelement und das zweite Nockenelement sich weiter gegenläufig drehen, die erste Nockenlauffläche und die zweite Nockenlauffläche so außer Eingriff gebracht werden, dass das zweite Nockenelement in Bezug auf das erste Nockenelement axial in eine entgegengesetzte Richtung verschoben wird, um einen Schlag am Werkzeugteil bereitzustellen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

(a) Auswählen eines ersten Übersetzungsverhältnisses zwischen dem ersten Nockenelement und der Antriebswelle;
(b) Auswählen eines zweiten Übersetzungsverhältnisses zwischen dem zweiten Nockenelement und der Antriebswelle; und
(c) Ändern des ersten Übersetzungsverhältnisses oder des zweiten Übersetzungsverhältnisses, um das vom Schneidezahn erzeugte Schlagmuster zu optimieren.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass, wegen des 30° bis 60° Steigungswinkels der Nockenlaufflächen an den Nockenelementen, der Schlagwerkmechanismus bedingt durch effizientere Nockenwinkel einen höheren mechanischen Wirkungsgrad bereitstellt.
Ein weiterer Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, dass wegen der kleineren Zahl der Nockenlaufflächen, bezogen auf die Zahl der Ratschenflächen bei einer typischen Schlagbohrmaschine, eine gegebene Menge an Rotationsenergie auf eine höhere Energie per Schlag umgewandelt werden kann (was durch die wenigeren Schläge für einen gegebenen Zeitraum bedingt ist).
Ein wieder anderer Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, dass dadurch, dass sich die schlagende Auskragung des Schlagnockens längs der Achse der Spindel und längs der Achse des Werkzeugteils erstreckt, die Längsschläge längs der Achse des Schlagwerkmechanismus und des Werkzeugteils bereitgestellt werden, was die Schlagenergie verringert, die durch Außeraxial- und Querkräfte verloren geht.
Ein weiterer Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, dass eine niedrigere Axialkraft zum Erzeugen von hohen Schlagenergien benötigt wird, weil die entwickelte Energie in einer Feder gespeichert ist. Dies hat zur Folge, dass der Bediener weniger Kraft ausüben muss. Außerdem wird die Verbindung des Bedieners mit dem Schlagwerkmechanismus durch die Feder und durch verschiedene Polsterschnittstellen auf dem ganzen Schlagwerkmechanismus weich gemacht. Ferner wird die Axialkraft, die vom Bediener zum Erreichen der optimalen Leistung bereitgestellt werden muss, minimiert.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Schlagwerkmechanismus kompakter ist als sonstige konventionellen Schlagwerkmechanismen, wie z.B. jene, die eine Schubkurbel oder eine Taumelscheibe verwenden oder ein Sekundärsystem erfordern, um den Schlagwerkmechanismus anzutreiben. Das Antriebssystem des Schlagwerkmechanismus der vorliegenden Erfindung, das bei Elektrowerkzeugen ein Drehantriebssystem umfasst, ist über das Drehantriebssystem an die Spindel gekoppelt. Außerdem kann der Schlagwerkmechanismus mit Elektrowerkzeugen verwendet werden, die nur eine axiale hämmernde Schlagbewegung oder kombiniert eine axiale hämmernde Bewegung mit Spindeldrehung oder nur eine Spindeldrehung bereitstellen. Zusätzlich wird der Schlagwerkmechanismus in einer modularen Baugruppe bereitgestellt, die sich mit einem Motorgehäuse und dem Motor eines Elektrowerkzeuges verbinden lässt, um einen anderen Hämmermechanismus zu ersetzen.
Ein wieder anderer Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, dass das Mittel zum Auswählen des Betriebsmodus, wie z.B. Hämmern mit Spindeldrehung oder nur Spindeldrehung, sich einfach realisieren lässt und der Hämmermechanismus nicht zahlreiche Zusatzbauteile für die Modusauswahl erfordert. Dadurch sind das Elektrowerkzeug und der Hämmermechanismus der vorliegenden Erfindung einfacher und billiger herzustellen und zu warten.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass wenn die Drehung der Spindel ohne hämmernde Bewegung erforderlich ist, die Drehzahl und das Drehmoment der Spindel für Anwendungen, die größere Zubehörteile in anderen Materialien als Beton oder Mauerwerk erfordern, geeignet sind.
Ein weiterer Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, dass wenn das Hämmern mit Spindeldrehung erforderlich ist, der parallele Antriebsweg die Optimierung eines Teilungsverhältnisses ermöglicht, das das Maß der Winkelbewegung der Spindel zwischen den Schlägen steuert. Weil das Teilungsverhältnis optimiert werden kann, lässt sich das Schlagmuster des Werkzeugteils am Werkstück steuern und für das Werkzeugteil und das Material des Werkstückes optimieren.
Ein wieder anderer Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, dass dadurch, dass die Spindel axial fest arretiert ist, die Spindel eine Spannvorrichtung aufnehmen kann, um Werkzeugteile mit glatten Schaft, sonstige Zubehöraufnahmevorrichtungen und sonstige Zubehörgeräte zu greifen, die in der Branche gängig sind, ohne dazu einen speziellen Adapter zu benötigen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Schlagwerkmechanismus weniger komplex und dauerhaftiger als der Schlagwerkmechanismus des Drehbohrhammers ist.
Ein anderer Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, dass die Schlagkraft des vorliegenden Schlagwerkmechanismus im Wesentlichen unabhängig von der Drehzahl des Motors ist. Die Schlagkraft steht mit der Vorspannkraft der Feder und der Masse des Schlagnockens in Zusammenhang. Dadurch ist die Schlagkraft des vorliegenden Schlagwerkmechanismus bei jeder Drehzahl im Wesentlichen konstant.
Sonstige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann nach Durchsicht der nachstehenden detaillierten Beschreibung, Patentansprüche und Zeichnungen deutlicher.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Darstellung eines Elektrowerkzeuges, das einen Schlagwerkmechanismus umfasst, der die Erfindung nutzt.
Die 2A–D sind perspektivische Darstellungen des in 1 dargestellten Schlagwerkmechanismus und veranschaulichen die Arbeitsweise des Schlagwerkmechanismus.
3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils des in 2A dargestellten Schlagwerkmechanismus.
4 ist eine perspektivische Darstellung des in 2A dargestellten Schlagwerkmechanismus und veranschaulicht den Schlagwerkmechanismus in einem Modus ohne Hämmerfunktion.
5 ist eine perspektivische Darstellung einer ersten alternativen Bauform des in 2A dargestellten Schlagwerkmechanismus, wobei Teile herausgeschnitten sind.
6 ist eine perspektivische Darstellung einer zweiten alternativen Bauform des in 2A dargestellten Schlagwerkmechanismus, wobei Teile herausgeschnitten sind.
7 ist eine perspektivische Darstellung einer dritten alternativen Bauform des in 2A dargestellten Schlagwerkmechanismus, wobei Teile herausgeschnitten sind.
Die 8A–B veranschaulichen exemplarische Schlagmuster an einem Werkstück, die durch ein Werkzeugteil erzeugt werden, das vom Schlagwerkmechanismus angetrieben wird.
Bevor eine Ausführungsform der Erfindung im Detail erläutert wird, ist deutlich zu machen, dass die Erfindung hinsichtlich ihrer Anwendung nicht auf die Details der Bauform und der Anordnungen der Bauteile, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen veranschaulicht ist, eingeschränkt ist, sondern andere Ausführungsformen umfassen und auf vielfältige Weise innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Patentansprüche eingesetzt oder ausgeführt werden kann. Außerdem versteht sich, dass die in diesem Dokument verwendete Phraseologie und Terminologie zur Beschreibung dient und nicht als Einschränkung zu betrachten ist.
Ein Elektrowerkzeug 10, das einen Nockenantriebs-Schlagwerkmechanismus 14 umfasst, der die Erfindung nutzt, ist in 1 veranschaulicht. Wie nachstehend ausführlich erläutert wird, ist der Schlagwerkmechanismus 14 betreibbar, um ein Werkzeugteil 18 für eine Hin- und Herbewegung, eine schlagende Bewegung oder eine hämmernde Bewegung längs einer Achse 22 anzutreiben. Es ist deutlich zu machen, dass das Elektrowerkzeug 10 eine beliebige Ausführung eines Elektrowerkzeuges sein kann, bei der das Werkzeugteil 18 für die Axialbewegung angetrieben wird. Solche Elektrowerkzeuge umfassen Meißelhämmer, Nagler, Schlagbohrmaschinen bzw. Bohrhämmer, Drehbohrhämmer, Rosthämmer und, im Allgemeinen, Schlagvorrichtungen. Es ist deutlich zu machen, dass das Elektrowerkzeug 10 auch einen Mechanismus umfassen kann, um das Werkzeugteil 18 für eine Drehbewegung um die Achse 22 anzutreiben. Bei der veranschaulichten Bauform ist das Elektrowerkzeug 10, in einem Modus, betreibbar, um das Werkzeugteil 18 sowohl für eine Dreh- oder Bohrbewegung als auch eine Hin- und Herbewegung oder hämmernde Bewegung anzutreiben. Bei der veranschaulichten Bauform umfasst das Werkzeugteil 18 mindestens einen Hartmetall- oder Schneidezahn 24 und vorzugsweise mindestens zwei Schneidezähne 24a und 24b.
Das Elektrowerkzeug 10 umfasst ein Motorgehäuse 26, das einen Griffteil 30 aufweist. Ein drehrichtungsumschaltbarer Elektromotor 34 (in schematischer Form veranschaulicht) wird vom Motorgehäuse 26 gelagert. Ein Ein/Aus-Schalter 38 wird am Griff 30 gehalten und ist betreibbar, um den Motor 34 an eine Energiequelle (nicht dargestellt) anzuschließen. Der Motor 34 ist betreibbar, um eine Antriebswelle 42 (teilweise in 1 dargestellt) in der Drehrichtung anzutreiben.
Das Elektrowerkzeug 10 umfasst außerdem (siehe 1) ein vorderes Gehäuse 46, das den Schlagwerkmechanismus 14 lagert. Ein Zusatzseitengriff 50 wird am vorderen Gehäuse 46 gehalten. Bei der veranschaulichten Bauform weist der Zusatzgriff 50 eine Bandspannausführung auf und ist um das vordere Gehäuse 46 herum lösbar befestigt.
Bei der veranschaulichten Bauform umgibt das vordere Gehäuse 46 den Schlagwerkmechanismus 14, um eine modulare Schlagwerkmechanismus-Baugruppe 52 bereitzustellen. Die modulare Schlagwerkmechanismus-Baugruppe 52 ist mit dem Motorgehäuse 26 und dem Motor 34 verbunden, um das Elektrowerkzeug 10 zu bilden. Es ist deutlich zu machen, dass bei anderen Bauformen (nicht dargestellt) das Elektrowerkzeug 10 als Einzelgerät ausgebildet sein kann, das einen nicht modularen Schlagwerkmechanismus (ähnlich dem Schlagwerkmechanismus 14) und ein vorderes Gehäuse (ähnlich dem vorderen Gehäuse 52) aufweist.
Der Schlagwerkmechanismus 14 umfasst (siehe 2A) eine Getriebebaugruppe 54. Eine Ritzelwelle 58 ist mit der Antriebswelle 42 antreibbar verbunden. Die Ritzelwelle 58 treibt ein Zwischenrad 66 an, das an einer Zwischenwelle (nicht dargestellt) befestigt ist. Ein Zwischenritzel 70 ist ebenfalls an der Zwischenwelle befestigt und wird mit dem Zwischenrad 66 mit der gleichen Drehzahl und in der gleichen Richtung angetrieben.
Die Getriebebaugruppe 54 umfasst außerdem ein Spindelrad 74, das an einer drehbaren Spindel 78 befestigt ist. Das Spindelrad 74 wird durch das Zwischenritzel 70 angetrieben. Die Spindel 78 ist durch die Lager 60 und 61 so gelagert, dass die Spindel 78 sich drehen, aber axial nicht bewegen lässt. Die Spindel 78 ist im Allgemeinen hohl und definiert, in ihrem vorderen Teil, eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Keilnuten 80, deren Zweck nachstehend ausführlich erläutert wird.
Die Getriebebaugruppe 54 umfasst außerdem ein Zwischenrad 82, das an einer Vorgelegewelle 86 befestigt ist. Das Zwischenrad 82 wird außerdem durch das Zwischenritzel 70 angetrieben. Ein Vorgelegeritzel 90 ist außerdem an der Vorgelegewelle 86 so befestigt, dass das Zwischenrad 82, die Vorgelegewelle 86 und das Vorgelegeritzel 90 sich in der gleichen Richtung und mit der gleichen Drehzahl drehen.
Die Getriebebaugruppe 54 umfasst ferner ein Gehäuserad 94, das an einem drehbaren Federgehäuse 98 befestigt ist. Das Gehäuserad 94 wird durch das Vorgelegeritzel 90 angetrieben. Auf diese Weise drehen sich das Federgehäuse 98 und die Spindel 78 in entgegengesetzten Richtungen, d.h. gegenläufig. Das Federgehäuse 98 definiert eine Vielzahl von axialen Schlitzen 100, deren Zweck nachstehend ausführlich erläutert wird.
Der Schlagwerkmechanismus 14 umfasst außerdem (siehe 2A und 3) einen Antriebsnocken 102, der von der Spindel 78 gelagert wird. Bei der veranschaulichten Bauform ist der Antriebsnocken 102 in der Spindel 78 axial fest arretiert und ist in einigen Fällen, wie nachstehend ausführlich erläutert wird, mit der Spindel 78 drehbar. Bei der veranschaulichten Bauform wird eine mittige Öffnung 104 durch den Antriebsnocken 102 definiert. Der Zweck für die Öffnung 104 wird nachstehend ausführlich erläutert.
Der Antriebsnocken 102 umfasst mindestens eine und, vorzugsweise, eine Vielzahl von Nockenantriebsflächen 106. Bei der veranschaulichten Bauform weist der Antriebsnocken 102 zwei Nockenantriebsflächen 106 auf. Die Nockenantriebsflächen 106 sind hinsichtlich der Form gewendelt und weisen einen relativ steilen Winkel auf, der in Bezug auf die Achse 22 größer als 30° und kleiner als 65° ist. Vorzugsweise weisen die Nockenantriebsflächen 106 in Bezug auf die Achse 22 einen Winkel von mindestens 35° auf. Der Antriebsnocken 102 umfasst außerdem eine Vielzahl von Ratschenelementen 110, die von den Nockenantriebsflächen 106 weg und zur entgegengesetzten Seite hin zeigen. Der Zweck der Ratschenelemente 110 wird nachstehend ausführlich erläutert.
Der Schlagwerkmechanismus 14 umfasst außerdem einen Schlagnocken 114. Der Schlagnocken 114 ist durch das Federgehäuse 98 so gelagert, dass der Schlagnocken 114 mit dem Federgehäuse 98 drehbar ist. Der Schlagnocken 114 ist außerdem relativ zum Federgehäuse 98 axial verschiebbar. Der Schlagnocken 114 umfasst eine Vielzahl von seitlichen Auskragungen 118, die sich in die jeweiligen axialen Schlitze 100, die im Federgehäuse 98 ausgebildet sind, erstrecken. Die seitlichen Auskragungen 118 und die axialen Schlitze 100 wirken so zusammen, dass der Schlagnocken 114 am Federgehäuse 98 in der Drehrichtung fest arretiert ist.
Der Schlagnocken 114 umfasst außerdem die Nockenlaufflächen 122, die zu den Nockenantriebsflächen 106 am Antriebsnocken 102 komplementär sind, in dieselben eingreifen und sich an dieselben anschmiegen. Die Nockenlaufflächen 122 sind hinsichtlich der Form ebenfalls gewendelt und weisen ebenfalls einen relativ steilen Winkel auf, der in Bezug auf die Achse 22 größer als 30° und kleiner als 65° ist. Vorzugsweise weisen die Nockenlaufflächen 122 einen Winkel von mindestens 35° in Bezug auf die Achse 22 auf, der mit dem Winkel der Nockenantriebsflächen 106 übereinstimmt. Die Nockenlaufflächen 106 und 122 sind so gestaltet, dass sie sich gegeneinander verschieben, wenn der Antriebsnocken 102 in der Richtung des Pfeiles A (in 2A) gedreht wird, während der Schlagnocken 114 in der zum Pfeil A entgegengesetzten Richtung gegenläufig gedreht wird.
Es ist deutlich zu machen, dass bei der veranschaulichten Bauform sowohl der Antriebsnocken 102 als auch der Schlagnocken 114 gedreht werden und relativ zueinander, vorzugsweise, gegenläufig gedreht werden. Bei einigen anderen Bauformen (nicht dargestellt) können der Antriebsnocken 102 und der Schlagnocken 114 auch in der gleichen Richtung, aber mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten gedreht werden.
Der Schlagnocken 114 umfasst außerdem (siehe die 2B, 2D und 3) eine sich nach vorne erstreckende, schlagende Auskragung 126, die eine Schlagfläche 130 aufweist. Der Schlagnocken 114 ist so gelagert, dass die schlagende Auskragung sich in die Öffnung 104 im Antriebsnocken 102 erstreckt. Vorzugsweise ist die Schlagfläche 130 im Wesentlichen senkrecht und mittig zu der Achse 22 angeordnet.
Der Schlagwerkmechanismus 14 umfasst außerdem (siehe 2A) eine Feder 134, die zwischen dem Federgehäuse 98 und dem Schlagnocken 114 angeordnet ist. Die Feder 134 spannt den Schlagnocken 114 so nach vorne vor, dass er am Antriebsnocken 102 in Eingriff gebracht wird. Die Feder 134 ist axial eingespannt und weist eine kleine Vorspannung auf.
Der Schlagwerkmechanismus 14 umfasst außerdem (siehe 2A und 3) einen Stößel 138. Der Stößel 138 ist drehbar an die Spindel 78 gekoppelt. Bei der veranschaulichten Bauform umfasst der Stößel 138 eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Keilfedern 142, die sich an den auf der Spindel 78 ausgebildeten Keilnuten 80 so in Eingriff bringen lassen, dass der Stößel 138 sich mit der Spindel 78 dreht, aber relativ zur Spindel 78 axial verschiebbar ist.
Eine Vielzahl von Ratschenelementen 146 ist auf der Rückfläche des Stößels 138 ausgebildet. Die Ratschenelemente 146 lassen sich an den Ratschenelementen 110 des Antriebsnockens 102 in Eingriff bringen. Bei der in 3 dargestellten Bauform sind die Ratschenelemente 146 und 110 so gestaltet, dass wenn der Stößel 138 in der Richtung des Pfeiles A (in 2A) angetrieben wird, die Ratschenelemente 146 und 110 antreibbar in Eingriff gebracht werden und der Antriebsnocken 102 sich mit dem Stößel 138 und mit der Spindel 78 dreht. Wenn der Stößel 138 in der zum Pfeil A entgegengesetzten Richtung A (in 2A) gedreht wird, greifen die Ratschenelemente 146 und 110 nicht antreibbar ineinander, sondern rutschen so übereinander, dass der Antriebsnocken 102 sich nicht mit dem Stößel 138 und der Spindel 78 dreht. Bei der veranschaulichten Bauform definiert der Stößel 138 eine Umfangslaufrille 148, deren Zweck nachstehend noch ausführlich erläutert wird.
Der Stößel 138 weist (siehe die 2B, 2D und 3) eine sich nach hinten erstreckende, schlagende Auskragung 150 auf, die eine Schlagaufnahmefläche 152 aufweist. Die Schlagaufnahmefläche 152 ist zu der Schlagfläche 130 an der schlagenden Auskragung 126 komplementär und lässt sich an derselben in Eingriff bringen. Vorzugsweise ist die Schlagaufnahmefläche 152 ebenfalls im Wesentlichen senkrecht und mittig zur Achse 22 angeordnet. Bei der veranschaulichten Bauform erstreckt sich die schlagende Auskragung 150 in die Öffnung 104, die im Antriebsnocken 102 ausgebildet ist.
Die schlagenden Auskragungen 126 und 150 weisen eine ausreichende Länge auf, so dass, während eines Schlages, die schlagenden Auskragungen 126 und 150 aufschlagen, bevor die Nockenlaufflächen 106 und 122 wieder ineinander greifen. Dies stellt sicher, dass kein durch Querkräfte bedingter Energieverlust auftritt. Weil außerdem die schlagenden Auskragungen 126 und 150 zur Achse 22 mittig angeordnet sind, wird die Schlagenergie effizient übertragen. Ferner weisen der Schlagnocken 114 und die Feder 114 eine Feder-Masse-Beziehung auf, um zu bewirken, dass der Schlagnocken 114 die Beschleunigung und die Schlaggeschwindigkeit erreicht, die erforderlich sind, um sicherstellen, dass der Schlag auftritt, bevor die Nockenlaufflächen 106 und 122 wieder ineinander greifen, während der Antriebsnocken 102 und der Schlagnocken 114 sich gegenläufig drehen.
Der Schlagwerkmechanismus 14 umfasst außerdem (siehe 2A und 4) einen Mechanismus 154 zum Abschalten des Hämmermodus. Der Mechanismus 154 umfasst eine Vielzahl von Kugeln 158, die sich an der Laufrille 148, die im Stößel 138 ausgebildet ist, in Eingriff bringen lassen. Die Kugeln 158 werden in radialen Öffnungen 162, die in der Spindel 78 ausgebildet sind, abgestützt. Der Mechanismus 154 umfasst auch eine drehbare Sperrhülse 166, die eine Sperrnockenlauffläche 170 aufweist, die auf deren Innenfläche ausgebildet ist und die Positionen 170a und 170b definiert. Ein axial verschiebbarer Nockenreiter 174 lässt sich in den Positionen 170a und 170b positionieren. Teile des Nockenreiters 174 erstrecken sich durch die Öffnungen 176, die im vorderen Gehäuse 46 ausgebildet sind, um an einem axial verschiebbaren Sperrring 178 in Eingriff gebracht zu werden. Eine Feder 180 spannt den Mechanismus 154 bis zu einer Position vor, in der der Nockenreiter 174 sich in der Position 170a befindet.
In der in 2A dargestellten Position befindet sich der Schlagwerkmechanismus 14 im Schlagwerkmodus. Der Nockenreiter 174 befindet sich in der Position 170a und der Sperrring 178 ist so positioniert, dass die Kugeln 158 sich durch die Öffnungen 162 erstrecken können. Die Kugeln 158 werden nicht an der im Stößel 138 ausgebildeten Laufrille 148 in Eingriff gebracht und der Stößel 138 ist frei, um am Antriebsnocken 102 in Eingriff gebracht zu werden, so dass die Hämmerfunktion bereitgestellt wird. Durch die Geometrie der Laufrille 148 wird es den Kugeln 158 erleichtert, sich aus der Laufrille 148 heraus und in die Öffnungen 162 zu bewegen.
Zum Abschalten des Schlagwerkmodus wird das Werkzeugteil 18 vom Werkstück W aus angehoben. Wie in 4 dargestellt, drückt die Feder 134 den Schlagnocken 114 und den Stößel 138 so nach vorne, dass die Laufrille 148 fluchtend zu den Kugeln 158 und den Öffnungen 162 ausgerichtet wird. Die Sperrhülse 166 wird so gedreht, dass sich der Nockenreiter 174 zur Position 170b verschiebt. In dieser Position deckt der Sperrring 178 die Öffnungen 162 ab und erzwingt, dass die Kugeln 158 in die Laufrille 148 gedrängt werden und dort deren Bewegung eingeschränkt wird. Der Stößel 138 kann nicht am Antriebsnocken 102 in Eingriff gebracht werden und der Antriebsnocken 102 dreht sich relativ zum Schlagnocken 114 nicht gegenläufig. Die Hämmerfunktion wird somit verhindert.
Um den Schlagwerkmodus wieder einzuschalten (siehe 2A), wird die Sperrhülse 166 so gedreht, dass die Kugeln 158 sich aus der Laufrille 148 herausbewegen können.
Das Elektrowerkzeug 10 umfasst außerdem (siehe 2A) ein Lagerungselement oder eine Spannvorrichtung 182 zum Lager des Werkzeugteils 18. Die Spannvorrichtung 182 wird für die Drehung mit der Spindel 78 von der Spindel 78 gelagert. Die Spannvorrichtung 182 kann eine beliebige Ausführung einer Spannvorrichtung sein, die das Werkzeugteil 18 während der Betriebsvorgänge, die nur Bohren, nur Hämmer oder sowohl Bohren als auch Hämmern umfassen, sicher halten kann. Bei der veranschaulichten Bauform lässt die Spannvorrichtung 182 eine eingeschränkte Axialbewegung des Werkzeugteils 18 relativ zur Spannvorrichtung 182 zu.
Im Betrieb treibt der Motor 34 die Antriebswelle 42 in der Drehrichtung in einem Vorwärtsmodus an. Die Antriebswelle 42 treibt die Getriebebaugruppe 54 an, so dass die Spindel 78 sich in der Richtung des Pfeiles A dreht und so dass das Federgehäuse 98 und der Schlagnocken 114 sich gegenläufig drehen. Der Stößel 138, die Spannvorrichtung 182 und das Werkzeugteil 18 drehen sich mit der Spindel 78. In dem in 4 dargestellten Modus ist der Antriebsnocken 102 am Stößel 138 außer Eingriff gebracht und dreht sich nicht mit der Spindel 78. Stattdessen dreht sich der Antriebsnocken 102 mit dem Schlagnocken 114.
Der Bediener wählt den Hämmermodus durch Drehen der Sperrhülse 166 aus, damit die Kugeln 158 sich aus der Laufrille 148 herausbewegen können. Der Stößel 138 ist jetzt frei, so dass er sich axial bewegen kann. Wenn der Bediener das Werkzeugteil 18 am Werkstück W durch Andrücken in Eingriff bringt, wird das Werkzeugteil 18 nach hinten gegen den Stößel 138 gedrückt (wie in 2A dargestellt). Der Stößel 138 wird gezwungen, sich nach hinten zu bewegen, so dass die Ratschenelemente 110 und 146 ineinander greifen. Dadurch dreht sich jetzt der Antriebsnocken 102 mit dem Stößel 138 und der Spindel 78. Die stetige gegenläufige Drehung des Federgehäuses 98 und des Schlagnockens 114 bewirkt, dass die Nockenlaufflächen 106 und 122 sich gegeneinander verschieben. Der Schlagnocken 114 wird gezwungen, sich gegen die Vorspannkraft der Feder 134 nach hinten (von der in 2A dargestellten Position zu der in 2C dargestellten Position) zu bewegen.
Während der Antriebsnocken 102 und der Schlagnocken 114 sich weiter gegenläufig drehen, bewegen sich die Nockenlaufflächen 106 und 122 schließlich an ihren jeweiligen Spitzen vorbei und werden außer Eingriff gebracht (siehe 2C). Dadurch wird der Schlagnocken 114 freigegeben und die Feder 134 erzwingt, dass sich der Schlagnocken 114 nach vorne bewegt. Wie in 2D dargestellt, knallt die Schlagfläche 130 gegen die Schlagaufnahmefläche 152 am Stößel 138 und der Stößel 138 überträgt den Schlag auf das Werkzeugteil 18. Nach dem Schlag greifen die Nockenlaufflächen 106 und 122 (wie in 2A dargestellt) wieder ineinander. Der Antriebsnocken 102 und der Schlagnocken 114 drehen sich weiter gegenläufig, um den nächsten Schlag zu bewirken.
Wenn der Motor 34 bezüglich seiner Drehrichtung umgeschaltet wird, um die Antriebswelle 42 in einer Gegen- oder Rückwärtsdrehrichtung anzutreiben, werden die Spindel 78 und der Stößel 138 in der zum Pfeil A entgegengesetzten Richtung angetrieben und das Federgehäuse 98 und der Schlagnocken 114 werden in der Richtung des Pfeiles A angetrieben. Wegen der Gestaltung der Ratschenelemente 110 und 146 dreht sich der Antriebsnocken 102 nicht mit der Spindel 78 und dem Stößel 138, und die normalen Schläge werden vom Schlagwerkmechanismus 14 nicht erzeugt. Außerdem wird in diesem Modus der Schlagwerkmechanismus 14 gewöhnlich durch den Verhinderungsmechanismus 154 in den Nichthämmermodus geschaltet (d.h. in den Modus, der in 4 dargestellt ist).
Wenn der Bediener das Werkzeugteil 18 am Werkstück W durch Wegnehmen außer Eingriff bringt, bewegt sich der Stößel 138 unter der Wirkung der Vorspannkraft der Feder 134 nach vorne. Der Stößel 138 und der Antriebsnocken 102 greifen nicht ineinander, auf diese Weise stellt der Schlagwerkmechanismus 14 keine Hämmerfunktion bereit. Es kann verhindert werden, dass der Schlagwerkmechanismus 14 sich zum Hammermodus verschiebt (nämlich durch Verschieben des Schlagwerkmechanismus 14 zu der in 4 dargestellten Position). Um zu verhindern, dass der Schlagwerkmechanismus 14 zum Schlagwerkmodus verschoben wird, wird die Sperrhülse 166 so gedreht, dass die Kugeln 158 in die Laufrille 148 eingreifen. Der Sperrring 178 verhindert, dass die Kugeln sich aus der Laufrille 148 herausbewegen. Es wird somit verhindert, dass der Stößel 138 sich nach hinten bewegt, um am Antriebsnocken 102 in Eingriff gebracht zu werden.
Während der Hämmerbetriebsvorgänge wird das Werkzeugteil 18 um ein gegebenes Maß der Winkelbewegung zwischen den Schlägen gedreht. Diese fortgesetzte Drehung führt, in Kombination mit der Zahl der am Werkzeugteil 18 ausgebildeten Schneidezähne 24, zur Erzeugung eines Schlagmusters im Werkstück W.
Das resultierende Schlagmuster hängt von der Zahl der Schneidezähne 24 am Werkzeugteil 18 und der Gegenlaufgeschwindigkeit zwischen den Schlägen des Antriebsnockens 102 in Bezug zum Schlagnocken 114 ab. Bei einem Werkzeugteil 18 mit einer ausgewählten Zahl von Schneidezähnen 24 lässt sich das resultierende Schlagmuster auswählen, damit ein optimales Schlagmuster für das Material des Werkstückes W bereitgestellt wird, indem die Gegenlaufgeschwindigkeit des Antriebsnockens 102 und des Schlagnockens 114 geändert werden. Die Gegenlaufgeschwindigkeit kann durch Ändern des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Antriebsnocken 102 und der Antriebswelle 42 und/oder des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Schlagnocken 114 und der Antriebswelle 42 eingestellt werden.
5 veranschaulicht eine erste alternative Bauform für einen Schlagwerkmechanismus 14', der die Erfindung nutzt. Gemeinsame Bauelemente werden durch Verwendung der gleichen Bezugszahlen mit dem Zusatz " ' " ausgewiesen.
Bei dieser Bauform entfällt die Notwendigkeit des Vorhandenseins der jeweils am Antriebsnocken 102 und dem Stößel 138 ausgebildeten Ratschenelemente 110 und 146. Stattdessen sind die geradflankigen Antriebselemente 186 und 190 jeweils an dem Antriebsnocken 102' und dem Stößel 138' ausgebildet. Ferner ist das Zwischenrad 82' an einer Rollensperrkupplung 194 befestigt. Die Rollensperkupplung 194 überträgt nur in der Richtung des Pfeiles B (in 5) das Drehmoment und weist in der anderen Richtung einen Freilauf auf. Wenn der Motor 34' (nicht dargestellt) bezüglich der Drehrichtung umgeschaltet wird, dreht die Spindel 78' sich in der zum Pfeil A' entgegengesetzten Richtung. Der Stößel 138' und der Antriebsnocken 102' drehen sich mit der Spindel 78'. In dieser Richtung rutscht die Rollensperrkupplung 194 so, dass das Federgehäuse 98' und der Schlagnocken 114' nicht angetrieben werden. Stattdessen wird der Schlagnocken 114' vom Antriebsnocken 102' in der gleichen Richtung angetrieben und es werden vom Schlagwerkmechanismus 14' keine Schläge erzeugt.
6 veranschaulicht eine zweite alternative Bauform für einen Schlagwerkmechanismus 14'', der die Erfindung nutzt. Gemeinsame Bauelemente werden durch Verwendung der gleichen Bezugszahlen mit dem Zusatz ' " ' ausgewiesen.
Bei dieser Bauform umfassen der Antriebsnocken 102'' und der Stößel 138'' (nicht dargestellt, aber vergleichbar mit dem in 5 dargestellten Antriebsnocken 102' und Stößel 138') geradflankige Antriebselemente (nicht dargestellt, aber vergleichbar mit den in 5 dargestellten Antriebselementen 186 und 190). Wie in 6 dargestellt, kann sich das Zwischenrad 82'' frei drehen, ist aber axial an der Vorgelegewelle 86'' fest arretiert. Eine Schalteinrichtung 198 ist an der Rollensperrkupplung 194'' so befestigt, dass die Schalteinrichtung 198 das Drehmoment in der Richtung des Pfeiles B'' überträgt und in der anderen Richtung einen Freilauf aufweist. Das Zwischenrad 82'' und die Schalteinrichtung 198 umfassen jeweils die ineinander greifenden Antriebsauskragungen 202 und 206. Die Schalteinrichtung 198 ist auf der Vorgelegewelle 86'' so verschiebbar, dass die Auskragungen 202 und 206 sich in Eingriff bringen lassen.
Wenn die Auskragungen 202 und 206 ineinander greifen, überträgt das Zwischenrad 82'' das Drehmoment nur in der Richtung des Pfeiles B'' auf die Vorgelegewelle 86''. Wenn die Spindel 78'', der Stößel 138'' und der Antriebsnocken 102'' in der Richtung des Pfeiles A'' angetrieben werden, wird der Schlagnocken 114'' (nicht dargestellt, aber vergleichbar mit dem Schlagnocken 114') gegenläufig gedreht und es wird eine Hämmerfunktion bereitgestellt. Wenn die Spindel 78'' in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird, wird der Schlagnocken 114'' nicht gegenläufig gedreht und es wird keine Hämmerfunktion bereitgestellt.
Wenn die Auskragungen 202 und 206 nicht ineinander greifen, dreht sich das Zwischenrad 82'' frei auf der Vorgelegewelle 86''. Wenn die Spindel 78'' in eine der beiden Richtungen gedreht wird, wird der Schlagnocken 114'' nicht gegenläufig gedreht und es wird keine Hammerfunktion bereitgestellt.
7 veranschaulicht eine dritte alternative Bauform für einen Schlagwerkmechanismus 14''. Gemeinsame Bauelemente werden durch Verwendung der gleichen Bezugszahlen mit dem Zusatz " " " ausgewiesen.
Bei dieser Bauform umfasst der Stößel 138'' eine vordere Auskragung 210 mit den sich axial erstreckenden Keilprofilen 214. Eine Spannvorrichtung 182'' umfasst axial erstreckende Keilprofile 218 und ist direkt auf die vordere Auskragung 210 des Stößels 138'' montiert, so dass die Spannvorrichtung 182'' axial am Stößel 138'' befestigt ist. Die Keilprofile 214 und 218 stellen sicher, dass die Drehbewegung vom Stößel 138'' auf die Spannvorrichtung 182'' und auf das Werkzeugteil 18'' übertragen wird.
Verschiedene Merkmale der Erfindung werden in den nachfolgenden Patentansprüchen dargelegt.

Claims

Antriebsmechanismus (14) für ein Elektrowerkzeug, wobei das Elektrowerkzeug Folgendes umfasst: ein Gehäuse (26); einen Motor (34), der durch das Gehäuse (26) gelagert wird und sich mit einer Energiequelle verbinden lässt, wobei der Motor eine in der Drehrichtung angetriebene Antriebswelle (42) umfasst; und ein Lagerungselement, das durch das Gehäuse gelagert wird, wobei das Lagerungselement dafür ausgelegt ist, ein Werkzeugteil (18) so zu lagern, dass sich das Werkzeugteil (18) relativ zum Gehäuse (26) verschieben lässt, wobei das Werkzeugteil (18) eine Achse (22) aufweist und durch das Elektrowerkzeug für die Arbeit an einem Werkstück (W) angetrieben wird, wobei der Antriebsmechanismus (14) zur Realisierung einer Axialbewegung am Werkzeugteil (18) dient, wobei der Antriebsmechanismus (14) Folgendes umfasst: ein Antriebsmechanismusgehäuse (46), das sich mit dem Gehäuse (26) des Elektrowerkzeuges verbinden lässt; ein erstes Nockenelement (102), das durch das Antriebsmechanismusgehäuse (46) drehbar gelagert wird und das mindestens eine erste Nockenlauffläche (106) aufweist, wobei die erste Nockenlauffläche (106) dafür ausgelegt ist, in Bezug auf die Achse (22) des Werkzeugteils (18) in einem Winkel zwischen 30° und 60° ausgerichtet zu werden; ein zweites Nockenelement (114), das durch das Antriebsmechanismusgehäuse (46) drehbar gelagert wird und das mindestens eine zweite Nockenlauffläche (122) aufweist, die sich an der ersten Nockenlauffläche (106) in Eingriff bringen lässt, wobei die zweite Nockenlauffläche (122) in Bezug auf die Achse (22) des Werkzeugteils (18) in einem korrespondierenden Winkel zwischen 30° und 60° ausgerichtet ist und das zweite Nockenelement (114) eine Schlagfläche (130) umfasst, um zum Bereitstellen eines Schlages am Werkzeugteil (18) in Eingriff gebracht zu werden; und eine Getriebebaugruppe (54), die durch das Antriebsmechanismusgehäuse (46) gelagert wird und die zwischen die Antriebswelle (42) und das erste Nockenelement (102) und zwischen die Antriebswelle (42) und das zweite Nockenelement (114) so antreibbar geschaltet ist, dass sich das erste Nockenelement (102) und das zweite Nockenelement (114) relativ zueinander drehen können; wobei, in dem Maße, wie das erste Nockenelement (102) und das zweite Nockenelement (114) sich relativ zueinander drehen, die erste Nockenlauffläche (106) und die zweite Nockenlauffläche (122) so in Eingriff gebracht werden, dass das zweite Nockenelement (114) relativ zum ersten Nockenelement (102) axial in eine Richtung verschoben wird; und wobei, in dem Maße, wie das erste Nockenelement (102) und das zweite Nockenelement (114) sich relativ zueinander weiter drehen, die erste Nockenlauffläche (106) und die zweite Nockenlauffläche (114) so außer Eingriff gebracht werden, dass das zweite Nockenelement (114) relativ zum ersten Nockenelement (102) in einer entgegengesetzten Richtung axial verschoben wird, um einen Schlag auf das Werkzeugteil (18) bereitzustellen.
Antriebsmechanismus nach Anspruch 1, bei dem das erste Nockenelement (102) eine Vielzahl von ersten Nockenlaufflächen (106) umfasst, bei dem das zweite Nockenelement (114) eine Vielzahl von zweiten Nockenlaufflächen (122) umfasst, und bei dem es eine korrespondierende Anzahl von ersten Nockenlaufflächen (106) und zweiten Nockenlaufflächen (122) gibt.
Antriebsmechanismus nach Anspruch 2, bei dem jedes Nockenelement des ersten Nockenelementes (102) und des zweiten Nockenelementes (114) weniger als fünf komplementäre Nockenlaufflächen umfasst.
Antriebsmechanismus nach Anspruch 2, bei dem jedes Nockenelement des ersten Nockenelementes (102) und des zweiten Nockenelementes (114) zwei komplementäre Nockenlaufflächen umfasst.
Antriebsmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede Nockenlauffläche der ersten Nockenlauffläche (106) und der zweiten Nockenlauffläche (122) in Bezug auf die Achse (22) des Werkzeugteils (18) einen Winkel von mindestens ungefähr 35° aufweist.
Antriebsmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Nockenelement (106) und das zweite Nockenelement (122) in Bezug auf das Gehäuse gegenläufig gedreht werden.
Antriebsmechanismus nach Anspruch 6, bei dem die Getriebebaugruppe (54) Folgendes umfasst: ein erstes Getriebe, das mit dem ersten Nockenelement (102) antreibbar verbunden ist, wobei das erste Getriebe und die Antriebswelle (42) ein erstes Übersetzungsverhältnis aufweisen, und ein zweites Getriebe, das mit dem zweiten Nockenelement (114) antreibbar verbunden ist, wobei das zweite Getriebe und die Antriebswelle (42) ein zweites Übersetzungsverhältnis aufweisen.
Antriebsmechanismus nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem das erste Nockenelement (102) und das zweite Nockenelement (114) relativ zueinander mit einer Gegenlaufgeschwindigkeit gegenläufig gedreht werden, wobei das Werkzeugteil (18) einen Schneidezahn (24a, 24b) aufweist, wobei das Werkzeugteil (18) so in der Drehrichtung angetrieben wird, dass der Schneidezahn (24a, 24b) ein Schlagmuster im Werkstück (W) bereitstellt, und wobei die Gegenlaufgeschwindigkeit wählbar ist, um das Schlagmuster des Schneidezahns ( 24a, 24b) im Werkstück (W) zu ändern.
Antriebsmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Antriebsmechanismus (14) als eine modulare Baugruppe ausgebildet ist und bei dem die modulare Baugruppe mit dem Gehäuse (26) des Elektrowerkzeuges und dem Motor (34) verbunden ist.
Antriebsmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem Folgendes umfasst: eine Feder (134), um durch Vorspannen das erste Nockenelement (102) am zweiten Nockenelement (114) in Eingriff zu bringen; und ein Federgehäuse (98), das die Feder (134) und das zweite Nockenelement (114) lagert, wobei sich die Feder (134) zwischen dem Federgehäuse (98) und dem zweiten Nockenelement (114) befindet, wobei das Federgehäuse (98) durch das Gehäuse (46) drehbar gelagert wird und zwischen die Getriebebaugruppe (54) und das zweite Nockenelement geschaltet ist.
Antriebsmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem ein Stößelelement (138) umfasst, das durch das Antriebsmechanismusgehäuse (46) in einer Kraftübertragungsbeziehung zum Werkzeugteil (18) gelagert wird, wobei das Stößelelement (138) eine Schlagaufnahmefläche (152) aufweist, die sich mittels der Schlagfläche (130) des zweiten Nockenelementes (114) in Eingriff bringen lässt, wobei, bevor die Vielzahl der ersten Nockenlaufflächen (106) und der zweiten Nockenlaufflächen (122) wieder in Eingriff gebracht werden, die Schlagfläche (130) auf die Schlagaufnahmefläche (152) schlägt, um einen Schlag auf das Werkzeugteil (18) bereitzustellen.
Antriebsmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem einen Verhinderungsmechanismus umfasst, damit verhindert wird, dass der Antriebsmechanismus (14) eine Axialbewegung am Werkzeugteil (18) realisiert, wobei der Verhinderungsmechanismus betreibbar ist, um entweder selektiv das erste Nockenelement (102) von der Antriebswelle zu trennen oder selektiv das zweite Nockenelement (114) von der Antriebswelle (42) zu trennen.
Antriebsmechanismus nach Anspruch 12, bei dem der Verhinderungsmechanismus (154) betreibbar ist, um selektiv das erste Nockenelement (102) von der Antriebswelle (42) zu trennen, indem selektiv das erste Nockenelement (102) von der Getriebebaugruppe (54) getrennt wird.
Antriebsmechanismus nach Anspruch 12, bei dem die Getriebebaugruppe (54) Folgendes umfasst: ein Getriebe, das zwischen das erste Nockenelement (102) und die Antriebswelle (42) geschaltet ist, und ein zweites Getriebe, das zwischen das zweite Nockenelement (10) und die Antriebswelle geschaltet ist, wobei der Verhinderungsmechanismus betreibbar ist, um selektiv das zweite Nockenelement (114) von der Antriebswelle (42) zu trennen, indem das zweite Getriebe von dem zweiten Nockenelement (114) selektiv getrennt wird.
Elektrowerkzeug, umfassend: ein Gehäuse (26); einen Motor (34), der durch das Gehäuse (26) gelagert wird und sich mit einer Energiequelle verbinden lässt, wobei der Motor (34) eine in der Drehrichtung angetriebene Antriebswelle (42) umfasst; ein Lagerungselement, das durch das Gehäuse gelagert wird, wobei das Lagerungselement dafür ausgelegt ist, ein Werkzeugteil (18) so zu lagern, dass das Werkzeugteil (18) relativ zum Gehäuse (26) verschiebbar ist, wobei das Werkzeugteil (18) eine Achse (22) aufweist und durch das Elektrowerkzeug für die Arbeit an einem Werkstück (W) angetrieben wird; und einen Antriebsmechanismus (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren für den Betrieb eines Elektrowerkzeuges, das zum Antrieb eines Werkzeugelementes dient, wobei das Elektrowerkzeug Folgendes umfasst: ein Gehäuse; einen Motor, der durch das Gehäuse gelagert wird und sich mit einer Energiequelle verbinden lässt, wobei der Motor eine in der Drehrichtung angetriebene Antriebswelle umfasst; ein Lagerungselement, das durch das Gehäuse gelagert wird und dafür ausgelegt ist, ein Werkzeugteil so zu lagern, dass das Werkzeugteil relativ zum Gehäuse verschiebbar ist, wobei das Werkzeugteil eine Achse aufweist und einen Schneidezahn umfasst, wobei das Werkzeugteil durch das Elektrowerkzeug für die Arbeit an einem Werkstück angetrieben wird; sowie einen Antriebsmechanismus zur Realisierung einer Axialbewegung und einer Drehbewegung am Werkzeugteil, so dass der Schneidezahn ein Schlagmuster am Werkstück erzeugt, wobei der Antriebsmechanismus Folgendes umfasst: ein erstes Nockenelement, das durch das Gehäuse drehbar gelagert wird und mindestens eine erste Nockenlauffläche aufweist, die in Bezug auf die Achse des Werkzeugteils in einem Winkel zwischen 30° und 60° ausgerichtet ist; ein zweites Nockenelement, das durch das Gehäuse drehbar gelagert wird und mindestens eine zweite Nockenlauffläche aufweist, die in Bezug auf die Achse des Werkzeugteils in einem Winkel zwischen 30° und 60° ausgerichtet ist und sich an der ersten Nockenlauffläche in Eingriff bringen lässt, wobei das zweite Nockenelement eine Schlagfläche für den Eingriff am Werkzeugteil zum Bereitstellen eines Schlages umfasst; sowie eine Getriebebaugruppe, die durch das Gehäuse gelagert wird und betreibbar ist, um das erste Nockenelement und das zweite Nockenelement für die Relativdrehung anzutreiben, wobei die Getriebebaugruppe antreibbar zwischen das erste Nockenelement und die Antriebswelle und zwischen das zweite Nockenelement und die Antriebswelle geschaltet wird, wobei, in dem Maße, wie das erste Nockenelement und das zweite Nockenelement sich relativ zueinander drehen, die erste Nockenlauffläche an der zweiten Nockenlauffläche so in Eingriff gebracht wird, dass das zweite Nockenelement in Bezug auf das erste Nockenelement axial in eine Richtung verschoben wird, und wobei, in dem Maße, wie das erste Nockenelement und das zweite Nockenelement sich weiter gegenläufig drehen, die erste Nockenlauffläche und die zweite Nockenlauffläche so außer Eingriff gebracht werden, dass das zweite Nockenelement in Bezug auf das erste Nockenelement axial in eine entgegengesetzte Richtung verschoben wird, um einen Schlag am Werkzeugteil bereitzustellen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Auswählen eines ersten Übersetzungsverhältnisses zwischen dem ersten Nockenelement und der Antriebswelle; (b) Auswählen eines zweiten Übersetzungsverhältnisses zwischen dem zweiten Nockenelement und der Antriebswelle; und (c) Ändern des ersten Übersetzungsverhältnisses oder des zweiten Übersetzungsverhältnisses, um das vom Schneidezahn erzeugte Schlagmuster zu optimieren.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das erste und das zweite Nockenelement in Bezug auf das Gehäuse gegenläufig gedreht werden.