EP4353417A1

EP4353417A1 - Mobile werkzeugmaschine mit zuschaltbarer oder permanenter hemmstufe

Info

Publication number: EP4353417A1
Application number: EP22200745.2A
Authority: EP
Inventors: Andres Hernandez Gonzalez; Wolfgang Schubert
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2022-10-11
Filing date: 2022-10-11
Publication date: 2024-04-17

Abstract

Vorgestellt wird eine mobile Werkzeugmaschine (1), aufweisend ein mehrstufiges Getriebe (2), wobei eine Antriebswelle (3) des Getriebes (2) und eine Abtriebswelle (6) des Getriebes (2) konzentrisch zu einer Hauptachse (8) angeordnet sind,wobei das Getriebe (2) zumindest eine Untersetzungsstufe (4) aufweist, welche zum Untersetzen einer Drehzahl der Antriebswelle (3) in eine Drehzahl der Abtriebswelle (6) angeordnet ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas Getriebe (2) zumindest eine zumindest zuschaltbare Hemmstufe (5) aufweist, die zum Hemmen eines Drehmomentflusses von der Abtriebswelle (6) zu der Antriebswelle (3) angeordnet ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Werkzeugmaschine
Beispielsweise bei Bohrmaschinen, Schleifmaschinen und Sägemaschinen sind Werkzeugaufnahmen verbreitet, die zum Wechseln eines Werkzeugs auf einem Verdrehen eines Bedienteils der Werkzeugaufnahme zu einer Spindel oder Abtriebswelle der Werkzeugmaschine beruhen. Zum Aufbringen eines Gegenmoments wird häufig eine Arretierung, auch als Spindel-Lock bezeichnet, vorgesehen.
Die Arretierung schützt allgemein einen Antrieb, eine Antriebs-seitige Getriebestufe und/oder eine Elektronik vor den Auswirkungen eines von außen aufgebrachten Drehmoments bzw. einer von außen aufgebrachten Drehbewegung.
Die Arretierung ist meist kinematisch nahe dem Werkzeug bzw. der Werkzeugaufnahme angeordnet. Daher ist sie Erschütterungen und hohen Drehmomenten besonders ausgesetzt. Aus diesem Grund unterliegt sie einem hohen Verschleiß und hat großen Einfluss auf eine kinematische Haptik der Werkzeugmaschine.
Die EP 0 444 790 A2 offenbart eine Planetengetriebe-Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung vom innenverzahnten Typ, die aus Kunststoff gemacht ist, aufweisend eine Eingangswelle, welche einstückig mit einem Exzenterteil gebildet ist; ein Zahnrad mit Außenverzahnung, welches auf das Exzenterteil gepasst ist; innere Stifte, welche an und einstückig mit dem Zahnrad mit Außenverzahnung gebildet sind; ein Zahnrad mit Innenverzahnung, um mit dem Zahnrad mit Außenverzahnung zu kämmen; eine Abgabewelle, die an ihrem einen Ende mit einem Flansch versehen ist; und in dem Flansch gebildete Innenstift-Löcher zum Einfügen der inneren Stifte; wobei jeder innere Stift mit Aussparungen an inneren und äußeren Seiten davon versehen ist, wobei sich die inneren und äußeren Seiten zueinander gegenüberliegend erstrecken und in eine radiale Richtung des außenverzahnten Zahnrads weisen, und wobei nur die inneren Stifte, welche zum Übertragen eines Drehmoments dienen, angeordnet sind, um mit den Innenstift-Löchern an einem vorbestimmten Bereich eines Kontaktorts in Kontakt zu stehen.
Die DE 24 33 675 offenbart ein Planetengetriebe mit mindestens einem mit Hilfe eines Exzenters bewegten Planetenrad und mit wenigstens einem konzentrischen Sonnenrad, welche beiden Räder über eine an dem einen Rad ausgebildete geschlossene Kurvenscheibenzykloide und einen an dem anderen Rad ausgebildeten Rollenkranz in Eingriff stehen, dessen Berührungspunkte mit der Kurvenscheibenzykloide Punkte einer Bezugszykloide beschreiben.
Die EP 0 761 350 A1 offenbart eine Sperrvorrichtung zum Sperren einer Abtriebswelle einer Werkzeugmaschine, welche mit einer Antriebswelle rotierbar gekoppelt ist, so dass ein Spiel zwischen den Wellen ermöglicht ist. Die Vorrichtung weist einen ringförmigen Sperrring auf, welcher Klinken trägt, wobei der Ring zwischen einer konzentrischen und einer exzentrischen Position bezogen auf die Abtriebswelle bewegbar ist. Die Vorrichtung weist ferner ein Wirkverbindungsmittel auf, welches den Sperrring in die exzentrische Position drückt, in welchem die Klinke mit einem Mittel wirkverbindet, wodurch eine Rotation um die Abtriebswelle im Wesentlichen verhindert ist, wenn die Antriebswelle nicht angetrieben ist, und das Spiel zwischen den Wellen eliminiert ist.
Die DE 10 2014 222 253 A1 offenbart eine Handwerkzeugmaschinenvorrichtung mit zumindest einer Getriebeeinheit, die ein Antriebselement aufweist, das für eine reine Drehbewegung vorgesehen ist, die ein Abtriebselement aufweist, das für eine reine Drehbewegung vorgesehen ist, und die zu einer Drehzahl- und/oder Drehmomentwandlung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement vorgesehen ist, wobei die Getriebeeinheit ein Exzenterelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand eine reine Drehbewegung des Antriebselements in eine Exzenterbewegung zu einem Antrieb des Abtriebselements zu übersetzen. Die Getriebeeinheit ist dabei insbesondere als ein Zykloidgetriebe ausgebildet.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine mobile Werkzeugmaschine mit reduziertem Verschleiß bereitzustellen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß wird eine mobile Werkzeugmaschine vorgeschlagen, welche ein einstufiges oder mehrstufiges Getriebe aufweist. Das Getriebe enthält eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind konzentrisch zu einer Hauptachse angeordnet. Weiters hat das Getriebe zumindest eine Untersetzungsstufe, welche zum Untersetzen einer Drehzahl der Antriebswelle in eine Drehzahl der Abtriebswelle eingerichtet ist. Außerdem hat das Getriebe zumindest eine zumindest zuschaltbare Hemmstufe, die zum Hemmen einer Drehmomentübertragung bzw. eines Drehmomentflusses von der Abtriebswelle zu der Antriebswelle angeordnet ist. Durch die Hemmstufe kann die Arretierung weggelassen werden. Folglich kann keine Arretierung verschleißen, und daher ist ein Verschleiß der Werkzeugmaschine reduziert.
Die "zumindest zuschaltbare" Hemmstufe kann insbesondere eine zuschaltbare Hemmstufe und/oder eine permanent zwischen die Antriebswelle und die Abtriebswelle geschaltete Hemmstufe sein und/oder enthalten.
Unter einer "Stufe" wird eine Getriebestufe verstanden. Eine Stufe kann sich insbesondere durch eine Funktion auszeichnen, wie ein Unter- oder Übersetzen, ein Dämpfen, ein Federn, ein Tilgen, ein Ändern eines zeitlichen Verlaufs einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments, ein Wandeln einer Bewegung, ein Hemmen einer Bewegung, insbesondere ein Hemmen einer Drehmomentübertragung, und/oder eine Kombination daraus. Mehrere Stufen können Teile gemeinsam nutzen. Häufig ist eine Stufe an einem eigenen Abschnitt eines Kraftflusses oder Drehmomentflusses erkennbar.
Die Untersetzungsstufe hat die Wirkung, dass in einem Betriebszustand eine Drehzahl der Abtriebswelle kleiner als eine Drehzahl der Antriebswelle und vorzugsweise ein Drehmoment in der Abtriebswelle größer als ein Drehmoment in der Antriebswelle ist. Beispielsweise können die Antriebswelle und die Abtriebswelle anhand einer Untersetzung der Untersetzungswelle unterschieden werden.
Die Antriebswelle kann beispielsweise ein Teil einer Antriebseinrichtung, wie eines Elektromotors, insbesondere eines Gleichstrommotors, beispielsweise ein Rotor, sein. Die Antriebswelle kann beispielsweise ein Teil einer Antriebs-seitigen Stufe des Getriebes sein.
Die Abtriebswelle kann beispielsweise eine Spindel und/oder ein Teil einer Spindel sein. Die Abtriebswelle kann beispielsweise mit einer Spindel rotationsgekoppelt sein. Die Abtriebswelle kann beispielsweise ein Teil einer Werkzeugschnittstelle, insbesondere einer Werkzeugaufnahme, und/oder damit gekoppelt sein. Die Abtriebswelle kann beispielsweise ein Teil einer Abtriebs-seitigen Stufe des Getriebes sein. Die Abtriebswelle kann insbesondere ein Teil der Hemmstufe und/oder damit verbunden und/oder damit schaltend verbindbar sein.
Die Untersetzungsstufe und die Hemmstufe sind vorzugsweise in Reihe geschaltet. Somit wird eine Zuverlässigkeit des Hemmens sichergestellt.
Um eine Schutzfunktion der Hemmstufe zu verbessern, wird die Hemmstufe vorzugsweise so Abtriebs-seitig wie möglich in der Werkzeugmaschine, insbesondere in dem Getriebe vorgesehen.
Beispielsweise wird die Hemmstufe vorzugsweise Abtriebs-seitig der Untersetzungsstufe angeordnet. Dies hat den zusätzlichen Nutzen, dass die Untersetzungsstufe genutzt werden kann, um ein Drehmoment zu erhöhen, um eine Reibung oder dergleichen innerhalb der Hemmstufe zu überwinden.
Die Stufen des Getriebes weisen vorzugsweise jeweils ein Antriebs-seitiges Glied und ein Abtriebs-seitiges Glied auf, welche zu der Hauptachse konzentrisch sind. In Kombination mit der konzentrischen Antriebswelle und der konzentrischen Abtriebswelle wird ein insgesamt konzentrisches Getriebe erhalten. Dies kann beispielsweise für eine Balance handgeführter Werkzeugmaschinen vorteilhaft sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Hemmstufe eine Zykloidgetriebe-Stufe und/oder eine Spannungswellengetriebe-Stufe. Typischerweise enthält die Hemmstufe nur eine der beiden genannten Getriebestufen, um Gewicht zu sparen. Die Untersetzungsstufe enthält in bevorzugter Weise eine Planetengetriebe-Stufe, eine Zykloidgetriebe-Stufe und/oder eine Spannungswellengetriebe-Stufe. Sowohl gleichartige wie auch verschiedenartige Getriebestufen können - je nach konkretem Fall - für hohe Untersetzungen vorteilhaft sein.
Es wird kurz auf einen lediglich beispielhaften, bevorzugten Aufbau eines Zykloidgetriebes bzw. einer Zykloidgetriebe-Stufe eingegangen. Antriebsseitig befindet sich eine Welle, an der ein Exzenter bzw. eine Exzentrizität gebildet ist. Eine Zykloidscheibe bzw. Kurvenscheibe ist auf dem Exzenter drehbar gelagert, beispielswiese unter Zwischenfügen eines Wälzlagers oder Gleitlagers. Die Zykloidscheibe hat eine Außenverzahnung, welche mit einer Innenverzahnung eines radial außen angeordneten Hohlrads kämmt. Der Begriff "Verzahnung" ist in diesem Fall ein Überbegriff für ein Paar gegengleicher periodisch wechselseitig auskragender und ausgenommener Konturen. Es kommen verschiedene Verzahnungen in Betracht, wobei reibungsarm abrollende Verzahnungen von Vorteil sind. Die Innenverzahnung ist konzentrisch zu der Welle, und gleichzeitig sind die Verzahnung und der Exzenter derart bemessen, dass die Verzahnung in Verlängerung des Exzenters kämmt und sie auf der abgewandten Seite des Exzenters nicht radial im Eingriff sind. Eine Rotation der Welle bewirkt eine Rotation des Exzenters, welche wiederum ein kämmendes Abwälzen der Außenverzahnung in der Innenverzahnung bewirkt. Die Zykloidscheibe bildet mit einer Abtriebs-Scheibe und/oder -Welle üblicherweise einen Formschluss in Umfangsrichtung. Der Formschluss ermöglicht üblicherweise ein Ausgleichen einer exzentrischen Bewegung der Zykloidscheibe in radialer Richtung. Eine Rotationsbewegung der Zykloidscheibe um die Exzentrizität wird somit in eine Rotationsbewegung der der Abtriebs-Scheibe und/oder -Welle übertragen.
Der Begriff "Verzahnung" kann beispielsweise eine Wirkfläche oder Wirkflächenanordnung an einem Bauteil oder einer Baugruppe bezeichnen. Beispielsweise kann eine "Verzahnung" ein peripherer Abschnitt eines Zahnrads sein. Der Begriff "Verzahnung" kann beispielsweise ein geometrisches und/oder mechanisches Zusammenwirken zumindest zweier solcher Wirkflächen oder Wirkflächenanordnungen umfassen. Beispielsweise kann eine "Verzahnung" ein Kämmen zweier Zahnräder bezeichnen.
Ein Spannungswellengetriebe ist auch unter den Begriffen "Harmonic Drive", "Wellgetriebe", "Gleitkeilgetriebe" oder "strain wave gear" bekannt. Es wird kurz auf einen lediglich beispielhaften, bevorzugten Aufbau eines Spannungswellengetriebes bzw. einer Spannungswellengetriebe-Stufe eingegangen. Antriebs-seitig liegt eine elliptische Scheibe vor. Diese lagert darauf rotierbar eine zu der Hauptachse parallel biegeweiche, biegsame und/oder zumindest nicht biegesteife Hülse. Zwischen die elliptische Scheibe und die Hülse ist vorzugsweise eine biegsame, biegeweiche, zumindest nicht biegesteife und/oder verformbare Lagerung, wie eine angepasste Wälzlagerung und/oder Gleitlagerung geschaltet. Die Hülse hat eine Außenverzahnung, welche mit einer Innenverzahnung eines Hohlrads kämmt. Auch hier ist der Begriff "Verzahnung" breit auszulegen. Der Längenunterschied zwischen einer Hauptachse und einer Nebenachse der Ellipse und die Verzahnung sind so bemessen, dass die Verzahnung in Verlängerung der Hauptachse kämmt und die Verzahnung in Verlängerung der Nebenachse nicht in Eingriff kommt. Eine Rotation der elliptischen Scheibe bewirkt ein kämmendes Abwälzen der Außenverzahnung in der Innenverzahnung. Eine Abtriebs-Scheibe bildet in Umfangsrichtung einen Formschluss mit der Hülse, und sie weist einen Ausgleich des Längenunterschieds in radialer Richtung auf. Eine Rotation der Hülse wird so auf die Abtriebs-Scheibe übertragen.
Die vorstehenden Beschreibungen dienen nur dem Verständnis, und enthalten lediglich bevorzugte, teilweise optionale Merkmale.
Falls die Zykloidgetriebe-Stufe wenigstens zwei Zykloidscheiben bzw. Kurvenscheiben aufweist, die zueinander in Rotationsrichtung symmetrisch phasenversetzt sind, kann beispielsweise eine Unwucht ausgeglichen werden. Dies kann beispielsweise einen gleichmäßigen Lauf verbessern. "Symmetrisch phasenversetzt" ein Winkel gleich 360°/n, wobei n die Zahl der Zykloidscheiben der Stufe bzw. parallel geschalteter Zykloidscheiben bezeichnet.
Zur leichteren Montage weisen jeweilige Exzenter bzw. Exzenterscheiben, welche jeweils wenigstens eine der zumindest zwei Zykloidscheiben exzentrisch lagern, in einer Montagerichtung zunehmende Exzenterdurchmesser auf. Somit kann beispielsweise die zuerst zu montierende Zykloidscheibe leicht über den Exzenter für die andere Zykloidscheibe montiert werden.
Bei einer aus Effizienzgründen bevorzugten Ausführungsform kann die Untersetzung der Untersetzungsstufe von 1:2 bis 1:20 und vorzugsweise von 1:5 bis 1:15 betragen.
Das Getriebe hat vorzugsweise zusätzlich zu der Zuschaltbarkeit der Hemmstufe eine veränderliche Übersetzung, wobei insbesondere die Untersetzungsstufe schaltbar ist. Mittels der Veränderlichkeit bzw. Schaltung kann ein Verwender unterschiedliche Werkzeuge situationsangemessen einsetzen. Dies ermöglicht einen breiten Anwendungsbereich der vorgeschlagenen Werkzeugmaschine.
Die Werkzeugmaschine ist bevorzugt mit einer Werkzeugschnittstelle versehen, die zum wenigstens vorübergehenden Anbringen eines Werkzeugs eingerichtet ist. Vorzugsweise ist die Werkzeugschnittstelle mit der Abtriebswelle rotationsgekoppelt, sodass die Hemmung der Hemmstufe unmittelbar auf die Werkzeugschnittstelle wirkt. Die Werkzeugschnittstelle ist vorzugsweise als Werkzeugaufnahme gestaltet.
Die mobile Werkzeugmaschine kann eine Handwerkzeugmaschine, beispielsweise eine Bohrmaschine, eine Schraubmaschine, eine Meißelmaschine, eine Schleifmaschine, eine Sägemaschine oder dergleichen sein. Denkbar ist auch, dass die mobile Werkzeugmaschine ein Bauroboter ist oder einen Bauroboter umfasst. Die mobile Werkzeugmaschine kann einen Manipulator, insbesondere einen mehrachsigen Manipulator, aufweisen. Die mobile Werkzeugmaschine kann eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Werkzeugs, beispielsweise eines Bohrers, eines Meißels, eines Saugers oder dergleichen aufweisen.
Die mobile Werkzeugmaschine kann zur Bearbeitung von Beton und/oder Metall eingerichtet sein. Sie kann zum Bohren, Meißeln, Sägen und/oder Schleifen ausgebildet sein.
Allgemein kann die mobile Werkzeugmaschine zur Ausführung von Arbeiten im Hoch- und/oder Tiefbau eingerichtet sein. Denkbar ist, dass sie nicht für einen Einsatz im Bergbau eingerichtet ist.
Die mobile Werkzeugmaschine kann tragbar sein; sie kann beispielsweise ein Gewicht von weniger als 50 kg, insbesondere von weniger als 25 kg, aufweisen.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1: zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Getriebe einer mobilen Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2: zeigt eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung des Getriebes gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 3: zeigt eine schematische Draufsicht in axialer Richtung auf das Getriebe und eine Untersetzungsstufe dessen gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 4: zeigt eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung der Untersetzungsstufe gemäß der ersten Ausführungsform in größerem Maßstab als die Fig. 2;
Fig. 5: zeigt eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung einer zuschaltbaren Hemmstufe des Getriebes gemäß der ersten Ausführungsform in größerem Maßstab als die Fig. 2;
Fig. 6: zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Getriebe einer mobilen Werkzeugmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7: zeigt eine schematische perspektivische Explosionsansicht des Getriebes gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig. 8: zeigt eine schematische perspektivische Explosionsansicht ausgewählter Teile des Getriebes, insbesondere einer Untersetzungsstufe und einer Hemmstufe, gemäß der zweiten Ausführungsform in größerem Maßstab als die Fig. 7; und
Fig. 9: zeigt eine schematische perspektivische Explosionsansicht ausgewählter Teile des Getriebes, insbesondere ein Gehäuse mit Schaltbügeln, gemäß der zweiten Ausführungsform in ebenfalls größerem Maßstab als die Fig. 7.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Eine mobile Werkzeugmaschine 1 gemäß einer ersten Ausführungsform wird anhand der Fig. 1 bis 5 beschrieben. Die Werkzeugmaschine 1 ist beispielsweise eine tragbare Bohr- und Schraubmaschine mit einem Gewicht bis 15 kg.
Die Werkzeugmaschine 1 hat ein Getriebe 2. Das Getriebe 2 hat eine Antriebswelle 3, eine Untersetzungsstufe 4, eine Hemmstufe 5 und eine Abtriebswelle 6. Die Untersetzungsstufe 4 und die Hemmstufe 5 werden gemeinsam als Getriebestufen 4, 5 bezeichnet.
Das Getriebe 2 hat ein Getriebegehäuse 7, welches beispielhaft die Abtriebswelle 6 radial und/oder axial lagert. Außerdem haust das Getriebegehäuse 7 beispielsweise die Getriebestufen 4, 5 und zumindest abschnittsweise die Wellen 3, 6 ein.
Das Getriebe 2 hat eine Hauptachse 8. Die Antriebswelle 3 und die Abtriebswelle 6 sind konzentrisch zu der Hauptachse 8 angeordnet.
Weiters hat das Getriebe 2 eine Schaltung 9, die zum wahlweisen Zu- und Ausschalten der Hemmstufe 5 eingerichtet ist.
Die Antriebswelle 3 ist beispielsweise ein Teil eines (nicht dargestellten) Rotors eines (nicht dargestellten) Elektromotors, insbesondere der Bauart bürstenloser Gleichstrommotor.
Im Folgenden wird die Untersetzungsstufe 4 beschrieben, wobei insbesondere auf die Fig. 3 und 4 verwiesen wird.
Die Untersetzungsstufe 4 hat zwei Exzenter 10, die einstückig mit der Antriebswelle 3 gebildet sind. Die Exzenter 10 haben jeweils einen zylindrischen Umfang um eine jeweilige Exzenterachse 11. Die Exzenterachsen 11 sind parallel zu der Hauptachse 8 und in entgegengesetzter Richtung um denselben Abstand zu der Hauptachse 8 versetzt.
Jeder Exzenter 10 lagert radial eine Zykloidscheibe 12. Die jeweilige Zykloidscheibe 12 ist um den Exzenter 10 rotierbar. Eine zwischen den jeweiligen Exzenter 10 und die entsprechende Zykloidscheibe 12 radial zwischengefügte optionale Lagereinrichtung ist nicht dargestellt.
Wie aus der Fig. 4 zu erkennen ist, haben die Exzenter 10 jeweils einen unterschiedlichen Umfang. Der Durchmesser des entlang der Antriebswelle 4 axial innenliegenden Exzenters 10, der sich in der Fig. 4 rechts befindet, ist vorliegend um zumindest das Doppelte des Abstands der beiden Exzenterachsen 11 größer als der Durchmesser des entlang der Antriebswelle 4 axial außenliegenden Exzenters 10, der sich in der Fig. 4 links befindet. Dies ermöglicht beispielsweise, ohne Verkippen oder Verkratzen, mithin ohne Montage-bedingten Verschleiß, die jeweilige Zykloidscheibe 12 auf den entsprechenden Exzenter 10 zu montieren.
Radial außerhalb der Zykloidscheiben 12 ist ein mehrere Walzen 13 lagernder Walzenlagerring 14 angeordnet. Der Walzenlagerring 14 ist beispielsweise in dem Getriebegehäuse 7 gelagert. Der Walzenlagerring 14 hält jede Walze 13 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung zur Hauptachse 8. Vorzugsweise kann sich jede Walze 13 in dem Walzenlagerring 14 um ihre Längsachse drehen, um eine Reibung der Untersetzungsstufe 4 zu reduzieren.
Radial außen an den Zykloidscheiben 12 ist eine jeweilige Außenverzahnung 15 vorgesehen. Die Außenverzahnung 15 kämmt abschnittsweise in einem Abschnitt in Verlängerung einer Exzentrizität des jeweiligen Exzenters 10 mit den Walzen 13. Die Außenverzahnung 15 steht abschnittsweise in einem Abschnitt, welcher der Exzentrizität abgewandt ist, nicht in Eingriff mit den Walzen 13.
In den Zykloidscheiben 12 sind als Durchgriffe ausgeführte Mitnahmekonturen 17 gebildet. Die Mitnahmekonturen 17 erstrecken sich in axialer Richtung. In die Mitnahmekonturen 17 greift jeweils ein Mitnehmer 18 unter Ausgleichsspiel ein. Die Mitnehmer 18 sind als axial auskragende Zapfen an einer Scheibe 19 ausgeführt.
Im Falle der ersten Ausführungsform sind dreizehn Walzen 13 vorgesehen, und hat die Außenverzahnung 15 zwölf radial auskragende verrundete Nocken 16. Daraus ergibt sich ein Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsstufe 4 zu 12:1. Das bedeutet, dass zwölf Umdrehungen der Antriebswelle 3 eine Umdrehung der Scheibe 19 bewirken. Weiters wird ein Drehmoment in der Antriebswelle 4 in erster Näherung auf das zwölf-fache Drehmoment in der Scheibe 19 verstärkt. Wegen Verlusten beträgt ein reales Drehmoment in der Scheibe meist weniger als das rechnerische Drehmoment.
Die Komponenten Antriebswelle 3, Exzenter 10, Zykloidscheiben 12 mit Mitnahmekonturen 17 und Außenverzahnung 15 mit Nocken 16, Walzenlagerring 14 mit Walzen 13, und Scheibe 19 mit Mitnehmern 18 wirken als eine Zykloidgetriebe-Stufe 20 zusammen, welche die Untersetzungsstufe 4 bildet.
Im Folgenden wird die Hemmstufe 5 beschrieben. Die Hemmstufe 5 ist als eine weitere Zykloidgetriebe-Stufe 21 ausgeführt.
Die Zykloidgetriebe-Stufe 21 hat ebenfalls zwei Exzenter 22, die einstückig mit der Scheibe 19 ausgebildet sind.
Die Exzenter 22 lagern jeweils eine Zykloidscheibe 23. Jede Zykloidscheibe 23 hat eine Außenverzahnung 24 aufweisend verrundete Nocken 25. Die Nocken 25 kämmen abschnittsweise mit Walzen 26, die durch einen Walzenlagerring 27 gelagert sind. Jede Zykloidscheibe 23 hat Mitnahmekonturen 28, in die Mitnehmer 29 eingreifen, die axial von einer Scheibe 30 abstehen und mit diesem einstückig gebildet sind.
Die Scheibe 30 hat radial innen eine Polygonkontur 31, die zu einer Polygonkontur 32 außen an der Abtriebswelle 6 passend ist. Die Polygonkonturen 31, 32 sind eine Welle-Nabe-Verbindung, über welche eine Drehzahl und ein Drehmoment zwischen der Scheibe 30 und der Abtriebswelle 6 übertragbar sind.
Auch bei der Zykloidgetriebe-Stufe 21 sind Exzenterachsen 33 der Exzenter 22 in gleichem Abstand parallel zur Hauptachse 8 und um eine Phase von 180° versetzt angeordnet.
Die Zykloidgetriebe-Stufe 21 hat sieben Walzen 26 und zwölf Nocken 25 je Zykloidscheibe 23, sodass sich ein Untersetzungsverhältnis zu 12:5, also 2,4:1 ergibt. Mit anderen Worten bewirken 2,4 Umdrehungen der Antriebs-seitigen Scheibe 19 eine Umdrehung der Abtriebs-seitigen Scheibe 30 der Zykloidgetriebe-Stufe 21. Dementsprechend wird ein Drehmoment in der Antriebs-seitigen Scheibe 19 auf das bis zu 2,4-fache Drehmoment in der Abtriebseitigen Scheibe 30 verstärkt.
Im Übrigen wird zur Zykloidgetriebe-Stufe 21 auf die Beschreibung der Zykloidgetriebe-Stufe 20 verwiesen.
Zykloidgetriebe haben ein selbsthemmendes Verhalten: ein Drehmoment von der jeweiligen Abtriebsseite, hier den Scheiben 19 und 30, führt nicht zu einer Rotation der jeweiligen Exzenter um die jeweilige Hauptachse. Daher bewirkt die Zykloidgetriebe-Stufe 21 als die Hemmstufe 5 ein Hemmen einer Drehmomentübertragung von der Abtriebswelle 6 zu der Antriebswelle 3.
Im Folgenden wird die Schaltung 9 insbesondere anhand der Fig. 5, 2, 1 beschrieben.
Der Walzenlagerring 27 des Zykloidgetriebes 21 der Hemmstufe 5 hat radial außen eine Außenverzahnung 34. Auf der Außenverzahnung 34 ist axial verschieblich eine Schaltmuffe 35 gelagert, die radial innen liegend eine zu der Außenverzahnung 34 gegengleiche Innenverzahnung 36 hat. Die Scheibe 19, welche ein Antriebs-seitige Glied bzw. Eingangsglied der Zykloidgetriebe-Stufe 21 ist, hat ebenfalls radial außen liegend eine Außenverzahnung 37. Die Außenverzahnungen 34, 37 sind zueinander gleich, und sie bilden mit der Innenverzahnung 36 jeweils eine Spielpassung.
Die Schaltmuffe 35 hat eine Außenverzahnung 38, und das Getriebegehäuse hat eine dazu gegengleiche Innenverzahnung 39.
In einer ersten Schaltstellung der Schaltmuffe 35, die in der Fig. 1 im Schnitt gezeigt wird, greift die Innenverzahnung 36 gleichzeitig in beide Außenverzahnungen 34, 37 ein. Somit ist die Scheibe 19 mit dem Walzenlagerring 27 kurzgeschlossen. Die Hemmstufe 5 ist damit ausgeschaltet. In der ersten Schaltstellung greift die Außenverzahnung nicht in die Innenverzahnung 39 ein. Somit ist die Zykloidgetriebe-Stufe 21 als Paket um die Hauptachse 8 rotierbar.
In einer zweiten Schaltstellung der Schaltmuffe 35 greift die Innenverzahnung 36 der Schaltmuffe 35 nicht in die Außenverzahnung 37 der Scheibe 19, aber in die Außenverzahnung 34 des Walzenlagerrings 27 ein. Somit ist die Scheibe 19 zu dem Walzenlagerring 27 rotierbar. Außerdem greift die Außenverzahnung 38 der Schaltmuffe 35 in der zweiten Schaltstellung der Schaltmuffe 35 in die Innenverzahnung 39 des Getriebegehäuses 7 ein. Somit ist der Walzenlagerring 27 zu dem Getriebegehäuse 7 festgelegt. Eine Rotation der Scheibe 19 wird daher in eine Rotation der Scheibe 30 untersetzt. Befindet sich die Schaltmuffe 35 in der zweiten Schaltstellung, ist daher die Hemmstufe 5 zugeschaltet.
Die Schaltmuffe 35 ist zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung wahlweise verlagerbar.
Dazu weist die Schaltmuffe 35 beispielswese radial außen eine umlaufende Nut 40 auf, in welche radial eine Schaltbügel 41 eingreift. Ein Verschwenken des Schaltbügels 41 führt über einen axialen Formschluss mit der Nut 40 zu einem axialen Verlagern der Schaltmuffe 35 und damit zu einem Zuschalten oder einem Ausschalten der Hemmstufe 5.
Durch Zuschalten der Hemmstufe 5 kann ein Verwender verhindern, dass ein auf die Abtriebswelle 6 wirkendes äußeres Drehmoment auf die Untersetzungsstufe 4 übertragen wird.
Die Antriebswelle 3, welche die um die Hauptachse 8 rotierenden Exzenter 10 trägt, ist ein Antriebs-seitiges Glied der Untersetzungsstufe 4. Die Scheibe 19, welche die Mitnehmer 18 trägt, ist ein Abtriebs-seitiges Glied der Untersetzungsstufe 4. Die Scheibe 19, welche die Exzenter 22 trägt, ist auch ein Antriebs-seitiges Glied der Hemmstufe 5. Die Scheibe 30 ist ein Abtriebs-seitiges Glied der Hemmstufe 5. Indem diese Glieder zu der Hauptachse 8 konzentrisch sind, wird eine Balance der mobilen Werkzeugmaschine 1 für einen Verwender verbessert. Insbesondere wird ein "Ausschlagen" bzw. Reaktionsdrehmoment bei raschen Drehzahländerungen verbessert.
Die Fig. 6 bis 9 zeigen eine mobile Werkzeugmaschine 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Werkzeugmaschine 1 hat ebenfalls eine Antriebswelle 3, ein Getriebe 2 enthaltend eine Untersetzungsstufe 4 und eine Hemmstufe 5, sowie eine Abtriebswelle 6.
Die Getriebestufen 4, 5 werden durch ein Getriebegehäuse 7 eingehaust.
Die Antriebswelle 3, die Getriebestufen 4, 5 und die Abtriebswelle 6 sind konzentrisch zu einer Hauptachse 8.
Die Untersetzungsstufe 4 ist bei der zweiten Ausführungsform als eine schalbare abgestufte Planetengetriebe-Stufe 42 ausgeführt. Die Antriebswelle 3 ist als Sonnenrad 43 mit einer Verzahnung ausgeführt. Um das Sonnenrad 43 laufen drei abgestufte Planetenräder 44 um. Jedes abgestufte Planetenrad 44 hat eine Planetenstufe 45 mit großem Durchmesser und eine Planetenstufe 46 mit kleinem Durchmesser. Die Planetenräder 44 laufen auf Planetenachsen 47, die an einem Planetenträger 48 festgelegt sind. Jede der beiden Planetenstufen 45, 46 der Planetenräder 44 ist durch ein Hohlrad 49, 50 umfangen. Wegen der unterschiedlichen Durchmesser der Planetenstufen 45, 46 haben die beiden Hohlräder 49, 50 dementsprechend unterschiedliche Innendurchmesser.
Beide Hohlräder haben radial außen eine Sperrverzahnung 51. Eine Schaltmuffe 52 ist mittels Gleitstücken 53 in Umfangsrichtung in dem Getriebegehäuse 7 geführt. Mittels Verschwenkens eines Schaltbügels 54, der in eine abschnittsweise umlaufende Nut 55 der Schaltmuffe 52 axial formschlüssig eingreift, kann die Schaltmuffe 52 auswählend zwischen zwei Schaltstellungen hin und her geschaltet werden. In jeder der Schaltstellungen greift eine Sperrverzahnung 56 der Schaltmuffe in die Sperrverzahnung 51 nur eines der Hohlräder 49, 50.
Auf diese Weise wird in beiden Schaltstellungen jeweils genau eines der Hohlräder 49, 50 in Umfangsrichtung gegen das Getriebegehäuse 7 kurzgeschlossen, während das andere der Hohlräder 50, 49 in Umfangsrichtung frei drehbar ist. Wird von dem Sonnenrad 43 ein Drehmoment auf die Planetenräder 44 aufgebracht, wird dieses Drehmoment durch das mit dem Getriebegehäuse 7 kurzgeschlossene Hohlrad 49, 50 abgestützt, sodass die Planetenräder 44 gezwungen um das Sonnenrad 43 umlaufen und den Planetenträger 48 rotieren. Weil die Planetenstufen 45, 46 und die Hohlräder 49, 50 abgestuft sind, ergibt sich je nach Schaltstellung ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis. Somit kann beispielsweise eine besonders breite Übersetzungs-Spreizung erreicht werden.
Daher ist die Planetengetriebe-Stufe 42 dazu eingerichtet, eine schnelle Drehzahl der Antriebswelle 3 in eine langsamere Drehzahl des Planetenträgers zu untersetzen und vorzugsweise ein niedriges Drehmoment in der Antriebswelle 3 in ein hohes Drehmoment in dem Planetenträger 48 zu übersetzen.
Die Planetengetriebe-Stufe 42 ist somit eine Untersetzungsstufe 4 mit schalbarer Untersetzung.
Abtriebs-seitig der Untersetzungsstufe 4 ist die Hemmstufe 5 angeordnet.
Im Folgenden wird eine Spannungswellengetriebe-Stufe 57 beschrieben, die als die Hemmstufe 5 verwendet wird.
An dem Planetenträger 48 ist einstückig eine zu der Hauptachse 8 konzentrische Ellipse 58 gebildet, die sich axial erstreckt. Die Ellipse 58 bildet somit eine elliptische Wälzfläche. Auf der Ellipse 58 radial außen sind umlaufende Walzen 59 abgestützt, die ein Wälzlager bilden. Die Walzen 59 lagern eine radial außen umlaufende Hülse 60. Die Hülse 60 ist um die Hauptachse 8 herum vorzugsweise biegsam, um einen geschmeidigen elliptischen Umlauf mit geringen Verlusten zu erreichen.
Die Hülse 60 hat radial außen eine Außenverzahnung 61. Die Außenverzahnung 61 ist radial außen durch eine Innenverzahnung 62 einer Schaltmuffe 63 umgeben. In beidseitiger Verlängerung einer Hauptachse der Ellipse 58 kämmen abschnittsweise die Außenverzahnung 61 und die Innenverzahnung 62, und in beidseitiger Verlängerung einer Nebenachse der Ellipse 58 stehen die Außenverzahnung 61 und die Innenverzahnung 62 abschnittsweise nicht in Eingriff miteinander.
Die Hülse 60 ist außerdem einstückig mit axial abstehenden Klauen 64 gebildet. Diese Klauen 64 kämmen permanent mit radialen Vorsprüngen 65 bzw. Nocken, die von einer Abtriebsscheibe 66 nach radial außen abstehen. Die Abtriebsscheibe 66 hat ebenfalls eine radial innen liegende Polygonkontur 31, die mit einer Polygonkontur 32 der Abtriebswelle 6 eine Welle-Nabe-Verbindung bildet.
Die Schaltmuffe 63 hat eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut 67, in die ein Schaltbügel 68 in axialer Richtung formschlüssig eingreift. Durch ein Verschwenken des Schaltbügels 68 ist die Schaltmuffe 63 axial zwischen zwei Schaltstellungen auswählend verlagerbar.
In einer ersten Schaltstellung der Schaltmuffe 63 kämmt die Innenverzahnung 62 der Schaltmuffe 63 mit der Außenverzahnung 61 der Hülse 60 und gleichzeitig mit einer Außenverzahnung 69 des Planetenträgers 48, der ein Antriebs-seitiges Glied bzw. Eingangsglied der Spanungswellengetriebe-Stufe 57 ist. Dadurch wird die Spannungswellengetriebe-Stufe 57 kurzgeschlossen und ausgeschaltet.
In einer zweiten Schaltstellung der Schaltmuffe 63 kämmt eine radial außen an der Schaltmuffe 63 angeordnete Sperrverzahnung 70 mit einer gegengleichen Sperrverzahnung 71 innen an dem Getriebegehäuse 7. In dieser Schaltstellung ist die Innenverzahnung 62 der Schaltmuffe 63 zum Abstützen eines Drehmoments mit der Außenverzahnung 61 der Hülse 60 verschaltet. Somit wird eine schnelle Rotation der Ellipse 58 in eine langsame Rotation der Hülse 60 und der damit kämmenden Abtriebsscheibe 66 untersetzt. Ein niedriges Drehmoment in der Ellipse 58 bzw. dem Planetenträger 48 wird in ein hohes Drehmoment in der Abtriebsscheibe 66 übersetzt. Die Spannungswellengetriebe-Stufe 57 ist in dieser Schaltstellung zugeschaltet.
Die Spannungswellengetriebe-Stufe 57 hat eine bauartbedingte selbsthemmende Wirkung. Ist die Spannungswellengetriebe-Stufe 57 zugeschaltet, wird ein Übertragen eines Drehmoments von der Abtriebsscheibe 66 zu der Ellipse 58 bzw. dem Planetenträger 48 gehemmt bzw. unterbunden. Die Spannungswellengetriebe-Stufe 57 wirkt daher als eine zuschaltbare Hemmstufe 5. Somit kann ein Verwender durch Zuschalten der Hemmstufe verhindern, dass die Antriebswelle 3 mitdreht, falls ein äußeres Drehmoment von einer Werkzeugschnittstelle auf die Abtriebswelle übertragen wird.
Das Sonnenrad 43 ist ein Antriebs-seitiges Glied der Untersetzungsstufe 4. Der Planetenträger 48 ist ein Abtriebs-seitiges Glied der Untersetzungsstufe 4. Die Ellipse 58 ist ein Antriebs-seitiges Glied der Hemmstufe 5. Die Scheibe 66 ist ein Abtriebs-seitiges Glied der Hemmstufe 5. Indem diese Glieder zu der Hauptachse 8 konzentrische sind, wird eine Balance der mobilen Werkzeugmaschine 1 für einen Verwender verbessert. Insbesondere wird ein "Ausschlagen" bzw. Reaktionsdrehmoment bei raschen Drehzahländerungen verbessert.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Werkzeugmaschine
2: Getriebe
3: Antriebswelle
4: Untersetzungsstufe
5: Hemmstufe
6: Abtriebswelle
7: Getriebegehäuse
8: Hauptachse
9: Schaltung
10: Exzenter
11: Exzenterachse
12: Zykloidscheibe
13: Walzen
14: Walzenlagerring
15: Außenverzahnung
16: Nocken
17: Mitnahmekontur
18: Mitnehmer
19: Scheibe
20: Zykloidgetriebe-Stufe
21: Zykloidgetriebe-Stufe
22: Exzenter
23: Zykloidscheibe
24: Außenverzahnung
25: Nocken
26: Walze
27: Walzenlagerring
28: Mitnahmekontur
29: Mitnehmer
30: Scheibe
31: Polygonkontur
32: Polygonkontur
33: Exzenterachse
34: Außenverzahnung
35: Schaltmuffe
36: Innenverzahnung
37: Außenverzahnung
38: Außenverzahnung
39: Innenverzahnung
40: Nut
41: Schaltbügel
42: Planetengetriebe-Stufe
43: Sonnenrad
44: Planetenrad
45: Planetenstufe
46: Planetenstufe
47: Planetenachse
48: Planetenträger
49: Hohlrad
50: Hohlrad
51: Sperrverzahnung
52: Schaltmuffe
53: Gleitstück
54: Schaltbügel
55: Nut
56: Sperrverzahnung
57: Spannungswellengetriebe-Stufe
58: Ellipse
59: Walze
60: Hülse
61: Außenverzahnung
62: Innenverzahnung
63: Schaltmuffe
64: Klauen
65: Vorsprung
66: Abtriebsscheibe
67: Nut
68: Schaltbügel
69: Außenverzahnung
70: Sperrverzahnung
71: Sperrverzahnung

Claims

Mobile Werkzeugmaschine (1), aufweisend ein mehrstufiges Getriebe (2), wobei eine Antriebswelle (3) des Getriebes (2) und eine Abtriebswelle (6) des Getriebes (2) konzentrisch zu einer Hauptachse (8) angeordnet sind,
wobei das Getriebe (2) zumindest eine Untersetzungsstufe (4) aufweist, welche zum Untersetzen einer Drehzahl der Antriebswelle (3) in eine Drehzahl der Abtriebswelle (6) eingerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass

das Getriebe (2) zumindest eine zumindest zuschaltbare Hemmstufe (5) aufweist, die zum Hemmen einer Drehmomentübertragung von der Abtriebswelle (6) zu der Antriebswelle (3) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Hemmstufe (5) Abtriebs-seitig der Untersetzungsstufe (4) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Stufen (4, 5) des Getriebes (2) jeweils ein Antriebs-seitiges Glied (3, 19, 43, 48, 58) und ein Abtriebs-seitiges Glied (19, 30, 48, 66) aufweisen, welche zu der Hauptachse (8) konzentrisch sind.
Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei die Hemmstufe (5) eine Zykloidgetriebe-Stufe (21) und/oder eine Spannungswellengetriebe-Stufe (57) enthält.
Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei die Untersetzungsstufe (4) eine Planetengetriebe-Stufe (42), eine Zykloidgetriebe-Stufe (20) und/oder eine Spannungswellengetriebe-Stufe enthält.
Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Zykloidgetriebe-Stufe (21, 22) wenigstens zwei Zykloidscheiben (12, 23) aufweist, die zueinander in Rotationsrichtung symmetrisch phasenversetzt sind.
Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 6, wobei jeweilige Exzenter (10, 22), welche jeweils wenigstens eine der wenigstens zwei Zykloidscheiben (12, 23) exzentrisch lagern, in einer Montagerichtung zunehmende Exzenterdurchmesser aufweisen.
Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei eine Untersetzung der Untersetzungsstufe (4) von 1:2 bis 1:20 und vorzugsweise von 1:5 bis 1:15 beträgt.
Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei das Getriebe (2) zusätzlich zu der Zuschaltbarkeit der Hemmstufe (5) eine veränderliche Untersetzung aufweist, wobei vorzugsweise die Untersetzungsstufe (4) schaltbar ist.
Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 - 9, ferner aufweisend eine Werkzeugschnittstelle, die zum wenigstens vorübergehenden Anbringen eines Werkzeugs eingerichtet ist, wobei die Werkzeugschnittstelle mit der Abtriebswelle (6) rotationsgekoppelt ist.