Die Erfindung betrifft eine Kupplung für eine Spindel einer
Werkzeugmaschine, insbesondere eines Akkuschraubers, einer
Bohrmaschine oder dergleichen mit den Merkmalen nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Kupplungen weisen in bekannten Ausführungen zwei
unter Drehspiel ineinandergreifende Kupplungsteile auf. Ein
erstes der beiden Kupplungsteile ist dabei drehbar auf der
Spindel geführt und das zweite Kupplungsteil drehfest an der
Spindel festgelegt. Die Kupplung ist für eine Drehmomentübertragung
von der Antriebsseite zur Abtriebsseite vorgesehen,
wobei sich die Spindel frei drehen soll. Beim Lösen bzw.
Spannen eines Werkzeuges in einem Bohrfutter oder dgl. ist
eine Arretierung der Spindel erwünscht, um von Hand ein entsprechendes
Drehmoment auf das Spannwerkzeug aufbringen zu
können. Dazu ist eine Klemmvorrichtung mit einem Freilauf
vorgesehen, die die Spindel bei Anlage eines motor- bzw. antriebsseitigen
Drehmomentes freigibt, während bei Anlage
eines durch einen Spannvorgang erzeugten abtriebsseitigen
Drehmomentes eine Drehbewegung der Spindel gesperrt wird. Zur
Betätigung der Sperreinrichtung bzw. des Freilaufes ist ein
Drehspiel zwischen den beiden ineinandergreifenden Kupplungsteilen
erforderlich.
Insbesondere bei Bohrschraubern, Bohrmaschinen oder vergleichbaren
Werkzeugmaschinen im Akku- oder Netzbetrieb kann
eine Bremsung der Spindel im Anschluß an einen Schraub- oder
Bohrvorgang zweckmäßig sein. Die auf die Spindel wirkende
Bremse führt zu einer erwünschten Verzögerung der Drehgeschwindigkeit
gegen die Massenträgheit der rotierenden Spannfutter-,
Werkzeug- und Spindelmassen. Dabei bewegen sich die
ineinandergreifenden Kupplungsteile relativ zueinander von
einer eingreifenden Position in eine zweite bei entgegengesetzter
Drehrichtung wirkende Eingreifposition. Zwischen beiden
Eingreifpositionen liegt das Drehspiel, welches beim
plötzlichen Abbremsen durchlaufen wird. Beim Anschlag der
beiden Kupplungsteile in der entgegengesetzten Eingriffsposition
entsteht nach dem Durchlaufen des Drehspieles ein unerwünschtes
Schlaggeräusch.
Zur Minderung des Schlaggeräusches beim plötzlichen Abbremsen
oder auch beim plötzlichen Beschleunigen sind entsprechende
Kupplungen bekannt, bei denen zwischen den beiden Kupplungsteilen
ein oder mehrere Dämpfungselemente angeordnet sind.
Eine derartige Anordnung kann zwar zu einer wirksamen Geräuschdämpfung
führen, ist jedoch kompliziert im Aufbau und
kostenintensiv. Eine entsprechende Kupplung erfordert zusätzliches
Bauvolumen und ist aufwendig bei der Montage. Beschädigte
Dämpfungselemente können nur nach Zerlegung der Kupplung
ausgetauscht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende
Kupplung einer Werkzeugmaschine mit guten Dämpfungseigenschaften
und vereinfachtem Aufbau bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Kupplung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Dazu wird eine Kupplung vorgeschlagen, deren erstes Kupplungsteil
mit einem Lagerbereich drehbar auf der Spindel geführt
ist und deren zweites Kupplungsteil drehfest an der
Spindel festgelegt ist. Ein erstes Dämpfungselement ist zwischen
dem ersten Kupplungsteil und der Spindel mit axialem
Versatz zum Lagerbereich angeordnet. Die Anordnung des Dämpfungselementes
direkt zwischen dem ersten Kupplungsteil und
der Spindel führt dazu, daß kein Bauraum zwischen den ineinandergreifenden
Kupplungsteilen in Anspruch genommen ist. Das
Drehspiel zwischen beiden Kupplungsteilen ist in diesem Bereich
nicht behindert. Beide Kupplungsteile können ohne Rücksichtnahme
auf das Dämpfungselement montiert werden. Auch
kann das Dämpfungselement ohne Zerlegung der beiden Kupplungsteile
demontiert bzw. ausgetauscht werden. Der axiale
Versatz zwischen dem Dämpfungselement und dem Lagerbereich
führt dazu, daß das Dämpfungselement entsprechend groß ausgebildet
sein kann. Auch bei größeren Verdrehwinkeln treten nur
vergleichsweise geringe Verformungen im Dämpfungselement auf.
Das Dämpfungselement unterliegt keinen Lagerkräften. Eine
Überlastung des Dämpfungselementes ist vermieden.
In vorteilhafter Weiterbildung ist das Dämpfungselement auf
einer dem zweiten Kupplungsteil abgewandten Seite des ersten
Kupplungsteiles angeordnet. Der Zugriff auf das Dämpfungselement
ist unabhängig vom Montagezustand der beiden Kupplungsteile
in einfacher Weise gegeben.
Das Dämpfungselement ist zweckmäßig formschlüssig am ersten
Kupplungsteil festgelegt. Es ist eine zuverlässige Kraftübertragung
auch nach vielen Lastwechseln gegeben. Montage oder
Austausch des Dämpfungselementes erfordern nur geringen Aufwand.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist die Spindel mindestens
eine und insbesondere zwei etwa parallel zueinander
verlaufende Mitnahmeflächen auf, an denen das Dämpfungselement
formschlüssig anliegt. Fertigungs-, Montage- und Austauschaufwand
sind gering.
Das Dämpfungselement ist vorteilhaft als elastischer Dämpfer
ausgebildet. Im Vergleich zu einem Reibdämpfer ergibt sich
eine hinsichtlich der erzielbaren Anzahl von Lastwechseln erhöhte
Lebensdauer. In einer vorteilhaften Variante hat sich
dabei eine Ausbildung des elastischen Dämpfers als elastische,
insbesondere aus Kunststoff gefertigte Scheibe herausgestellt.
In einer ebenfalls vorteilhaften Alternative ist
der elastische Dämpfer als elastische, insbesondere aus Federstahl
gefertigte Blattfeder ausgeführt. Beide Varianten
führen zu einer guten Dämpfungswirkung bei geringem Fertigungs-
und Montageaufwand.
Zur Vermeidung einer Überlastung des Dämpfungselementes ist
die drehbare Führung des ersten Kupplungsteiles an der Spindel
zweckmäßig auf ein Drehspiel begrenzt. Dabei ist das
Drehspiel insbesondere im Zusammenhang mit einer elastischen
Scheibe auf +/-12° und im Zusammenhang mit einer Blattfeder
auf etwa +/-30° begrenzt. Die genannten Zahlenwerte erlauben
eine hinreichende drehende Relativbewegung der beiden Kupplungsteile
gegeneinander, ohne daß eine Überlastung des jeweiligen
Dämpfungselementes auch nach einer Vielzahl von
Lastwechseln auftritt.
Eine wirkungsvolle und zuverlässige Begrenzung des Drehspiels
läßt sich zweckmäßig dadurch erreichen, daß die Spindel zwei
etwa parallel zueinander verlaufende, insbesondere durch die
Mitnahmeflächen gebildete Anlageflächen aufweist, die den Lagerbereich
des ersten Kupplungsteiles durchgreifen und dabei
Anschläge zur Begrenzung des Drehspiels bilden. Anlageflächen
und Mitnahmeflächen können in einem Arbeitsgang gefertigt
werden. In Verbindung mit einer Ausführung des ersten Kupplungsteiles,
bei der der Lagerbereich als Öffnung mit einer
entsprechenden Kontur ausgebildet ist, ergibt sich eine präzise
Drehführung des ersten Kupplungsteiles auf der Spindel
mit ebenso präzise definierten Anschlägen. Die Öffnung im ersten
Kupplungsteil weist dabei zweckmäßig eine Kontur auf,
die aus Kreissegmenten und im Bereich der Anlageflächen aus
nach innen hervorstehenden Seitenflächen zusammengesetzt ist.
Die Kreissegmente erzeugen eine präzise Zentrierung des ersten
Kupplungsteiles auf der Spindel. Die nach innen gewölbten
Anlageflächen bilden dabei die entsprechenden Anschläge
für die Anlageflächen der Spindel.
Insbesondere bei einem vergleichsweise kleinen Drehspiel von
etwa +/-12° haben sich ballig ausgebildete Seitenflächen der
Öffnung im ersten Kupplungsglied als zweckmäßig herausgestellt.
Die ebenen Anlageflächen können dabei im Bereich des
Drehspiels auf den balligen Flächen abrollen, wodurch der
Verschleiß verringert ist. Bei einem vergleichsweise großen
vorgesehenen Drehspiel von etwa +/-30° ist eine Ausbildung
der entsprechenden Seitenflächen mit ebenen, eine radiale
Richtungskomponente aufweisenden Teilflächen zweckmäßig. Die
ebenen Teilflächen bilden Anschläge, an denen die entsprechenden
Anlageflächen der Spindel flächig zur Anlage kommen
können. Die flächige Anlage führt zu geringen Flächenpressungen
und damit zu geringem Verschleiß.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand
der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- in einer perspektivischen Explosionsdarstellung die
Einzelteile einer erfindungsgemäßen Kupplung mit
einer elastischen Scheibe als Dämpfungselement;
- Fig. 2
- in einer Frontansicht das erste Kupplungsteil der
Anordnung nach Fig. 1 mit ballig ausgeführten Sei-
tenflächen des Lagerbereiches;
- Fig. 3
- das erste Kupplungsteil nach Fig. 2 mit eingelegter
Dämpfungsscheibe und hindurchgeführter Spindel;
- Fig. 4
- in perspektivischer Explosionsdarstellung eine Vari-
ante der Anordnung nach den Fig. 1 bis 3 mit einer
Blattfeder als Dämpfungselement;
- Fig. 5
- in einer Frontansicht das erste Kupplungsteil der
Anordnung nach Fig. 4 mit ebenen, eine radiale Rich-
tungskomponente aufweisenden Teilflächen im Lagerbe-
reich;
- Fig. 6
- das erste Kupplungsteil nach Fig. 5 mit montierter
Blattfeder und hindurchgeführter, relativ verdrehter
Spindel.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Explosionszeichnung
eine Kupplung 1 für eine Spindel 2 eines akkubetriebenen
Bohrschraubers. Es kann auch eine Bohrmaschine oder eine vergleichbare
Werkzeugmaschine mit Akku- oder Netzbetrieb vorgesehen
sein. Die Spindel 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel
eine Werkzeugspindel, an deren abtriebsseitigen Ende 19
eine Werkzeugaufnahme 18 vorgesehen ist. Die Kupplung 1 umfaßt
ein erstes und ein zweites Kupplungsteil 3, 4 sowie ein
Dämpfungselement 6. Die Kupplung 1 ist an der Spindel 2 im
Bereich ihres dem abtriebsseitigen Ende 19 gegenüberliegenden
antriebsseitigen Ende 20 angeordnet. Die Spindel 2 ist zusammen
mit der Kupplung 1 um eine Drehachse 17 drehbar.
Das erste Kupplungsteil 3 weist einen Lagerbereich 5 auf,
mittels dessen das erste Kupplungsteil 3 drehbar auf der
Spindel 2 geführt ist. Im Bereich des antriebsseitigen Endes
20 weist die Spindel 2 zwei parallel zueinander liegende Anlageflächen
12 auf. Das zweite Kupplungsteil 4 ist mittig mit
einer Öffnung 24 versehen, deren Kontur dem Querschnitt der
Spindel 2 im Bereich der Anlageflächen 12 entspricht. Im montierten
Zustand ist das zweite Kupplungsteil 4 mit seiner
Öffnung 24 auf die Anlageflächen 12 geschoben, woraus sich
eine formschlüssige drehfeste Verbindung zwischen der Spindel
2 und dem zweiten Kupplungsteil 4 ergibt. Das Dämpfungselement
6 ist zwischen dem ersten Kupplungsteil 3 und der Spindel
2 mit axialem Versatz zum Lagerbereich 5 angeordnet.
Es kann auch eine Ausführung zweckmäßig sein, bei der anstelle
der die Spindel 2 bildenden Werkzeugspindel eine Antriebsspindel
vorgesehen ist. Wegen der sich daraus ergebenden
umgekehrten Kraftschlußrichtung sind die Teile der Kupplung
1 dann in entsprechender Anordnung zu montieren.
Das erste Kupplungsteil 3 weist auf seiner dem zweiten Kupplungsteil
4 zugewandten Seite eine Anzahl von Klauen 25 auf.
Das zweite Kupplungsteil 4 ist aus einer Anzahl von Kupplungselementen
21 gebildet, die konzentrisch rings um ein Nabenteil
23 angeordnet sind. Die Kupplungselemente 21 weisen
auf ihrer dem ersten Kupplungsteil 3 zugewandten Seite jeweils
zwei Klauen 22 auf. Zwei benachbarte Klauen 22 jeweils
zweier benachbarter Kupplungselemente 21 greifen im montierten
Zustand in die stirnseitigen Zwischenräume zwischen den
Klauen 25 des ersten Kupplungsteiles 3. Die Erstreckung eines
Paares von Klauen 22 in Umfangsrichtung ist geringer als der
Freiraum zwischen zwei Klauen 25 des ersten Kupplungsteiles
3, woraus sich ein Drehspiel zwischen dem ersten und dem
zweiten Kupplungsteil 3, 4 ergibt.
Das erste Kupplungsteil 3 weist auf seiner dem zweiten Kupplungsteil
4 abgewandten Seite 7 eine etwa kreisförmige Vertiefung
26 auf, an deren Umfangswand sich Nasen 27 radial
nach innen erstrecken. Die Vertiefung 26 liegt dabei mit radialem
Versatz zum Lagerbereich 5. In der Vertiefung 26 ist
das Dämpfungselement 6 gehalten, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel
als elastischer Dämpfer 9 in Form einer elastischen,
aus Kunststoff gefertigten Scheibe 10 ausgeführt ist.
Die Scheibe 10 weist eine Anzahl von Aussparungen 28 auf, in
die die Nasen 27 eingreifen und damit die elastische Scheibe
10 formschlüssig halten. Die elastische Scheibe 10 ist mittig
mit einer Öffnung 29 versehen, deren Kontur dem Querschnittsverlauf
der Spindel 2 im Bereich der Anlageflächen 12 entspricht.
Im montierten Zustand durchgreift dabei die Spindel
2 mit ihrem Bereich der Anlageflächen 12 sowohl die Öffnung
24 im zweiten Kupplungsteil 4 als auch eine den Lagerbereich
5 bildende Öffnung 13 im ersten Kupplungsteil 3 und die Öffnung
29 in der elastischen Scheibe 10. Die Öffnung 29 der
elastischen Scheibe 10 umschließt dabei spielfrei die Spindel
2. Die Anlageflächen 12 bilden dabei zwei parallel zueinander
sich gegenüberliegende Mitnahmeflächen 8, an denen die elastische
Scheibe 10 formschlüssig anliegt.
Fig. 2 zeigt in einer antriebsseitigen Stirnansicht das erste
Kupplungsteil 3 nach Fig. 1 mit Einzelheiten zur mittigen
Öffnung 13. Die Öffnung 13 weist eine Kontur auf, die aus
Kreissegmenten 14 und im Bereich der Anlageflächen 12 (Fig.
1) aus nach innen hervorstehenden Seitenflächen 15 zusammengesetzt
ist. Die Seitenflächen 15 sind dabei ballig ausgebildet
und bilden zusammen mit den Anlageflächen 12 Anschläge
zur Begrenzung des Drehspieles zwischen dem ersten Kupplungsteil
3 und dem zweiten Kupplungsteil 4. Die ballige Form der
Seitenflächen 15 ist so gewählt, daß sich ein Drehspiel von
etwa +/-12° bezogen auf eine Mittellinie 30 ergibt.
Fig. 3 zeigt das erste Kupplungsteil 3 nach Fig. 2 mit in der
Vertiefung 26 (Fig. 2) formschlüssig gehaltenen elastischen
Scheibe 10, wobei die Spindel 2 durch die Öffnung 13 (Fig. 2)
und die Öffnung 29 hindurchgeführt ist. Die Spindel 2 liegt
dabei mittels ihrer Mitnahmeflächen 8 flächig, spielfrei und
in Drehrichtung formschlüssig in der Öffnung 29. Im unbelasteten
Zustand führt die elastische Federkraft der elastischen
Scheibe 10 zu einer Relativpositionierung des ersten
Kupplungsteiles 3 in einer durch die Mittellinie 30 (Fig. 2)
angedeuteten Mittelstellung relativ zum zweiten Kupplungsteil
4 (Fig. 1). In dieser Mittelstellung stehen die Klauen 22, 25
(Fig. 1) nicht im Eingriff. Ausgehend von dieser Mittelstellung
kann unabhängig von der Drehrichtung der Spindel 2 und
unabhängig von einem Beschleunigungs- oder Bremsvorgang eine
Relativbewegung zwischen den beiden Kupplungsteilen 3, 4 bis
zum Anschlag der Klauen 22, 25 erfolgen, wobei die elastische
Scheibe 10 in beide Drehrichtungen durch elastische Verformungen
zu einer Dämpfung des Anschlages der Klauen 22, 25 gegeneinander
führt.
Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Explosionsdarstellung
eine Variante der Anordnung nach den Fig. 1 bis 3, bei der
als elastischer Dämpfer 9 eine aus Federstahl gefertigte
Blattfeder 11 vorgesehen ist. Die Vertiefung 26 am ersten
Kupplungsteil 3 weist zwei Taschen 31 auf, in der die Blattfeder
11 mittels zweier gebogener Federenden 32 formschlüssig
gehalten ist. Die U-förmig gebogene Blattfeder 11 liegt mit
zwei etwa parallel zueinander verlaufenden Schenkeln 33 im
montierten Zustand flächig und formschlüssig an den Mitnahmeflächen
8 der Spindel 2 an.
Fig. 4 zeigt noch weitere Einzelheiten zum zweiten Kupplungsteil
4, demnach das Nabenteil 23 als fünfeckige Scheibe ausgeführt
ist, an deren Umfangsflächen fünf als Einzelteile
ausgebildete Kupplungselemente 21 im montierten Zustand anliegen.
Die Öffnung 13 im ersten Kupplungsteil 3 weist eine von der
in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Form abweichende Kontur
auf. Einzelheiten dazu sind im Zusammenhang mit Fig. 5 und
Fig. 6 beschrieben. In den übrigen Merkmalen und Bezugszeichen
stimmt die Anordnung nach Fig. 4 mit der Anordnung nach
den Fig. 1 bis 3 überein.
Fig. 5 zeigt in einer Stirnansicht das erste Kupplungsteil 3
nach Fig. 4. Die mittige Öffnung 13 im ersten Kupplungsteil 3
weist eine Kontur auf, die aus Kreissegmenten 14 und im Bereich
der Anlageflächen 12 bzw. der Mitnahmeflächen 8 aus
nach innen hervorstehenden Seitenflächen 15 zusammengesetzt
ist. Dabei weisen die Seitenflächen 15 ebene Teilflächen 16
mit einer radialen Richtungskomponente im Winkel von 30° zur
Mittellinie 30 auf.
Fig. 6 zeigt das erste Kupplungsteil 3 nach Fig. 5, bei dem
in den Vertiefungen 26 die Blattfeder 11 formschlüssig gehalten
ist. Die Spindel 2 durchgreift sowohl die Öffnung 13 als
auch den Zwischenraum zwischen den beiden Schenkeln 33 der
Blattfeder 11. Die Spindel 2 ist relativ zum ersten Kupplungsteil
um 30° verdreht gezeichnet, wobei die durch die
Mitnahmeflächen 8 gebildeten Anlageflächen 12 (Fig. 1) auf
Anschlag zu den Teilflächen 16 gehen. Die U-förmig angeordneten
Schenkel 33 sind dabei elastisch verformt. Aus der
elastischen Verformung und der Reibung an den Mitnahmeflächen
8 ergibt sich eine Dämpfung des Drehspieles zwischen dem ersten
Kupplungsteil 3 und dem zweiten Kupplungsteil 4 (Fig.
4). Das Drehspiel ist dabei durch die Mitnahmeflächen 8 bzw.
Anlageflächen 12 und die Teilflächen 16 auf +/-30° (Fig. 5)
begrenzt.
Anstelle der gezeigten Blattfeder 11 kann auch eine Drahtfeder
mit rundem Querschnitt oder eine Kunststoffeder vorgesehen
sein. Es kann auch zweckmäßig sein, anstelle der Dämpfungselemente
6 der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis
6 einen Reibungsdämpfer oder dgl. vorzusehen.