JP5080635B2 - 手持ち式工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、手持ち式工作機械、特に電動手持ち式工作機械、有利にはドリル、ハンマドリル又は電動ドライバであって、駆動装置と工具軸と第１の過負荷クラッチと変速伝動装置とが設けられており、該変速伝動装置が１つの第１の歯車ユニットと少なくとも１つの第２の歯車ユニットとを備えており、両歯車ユニットが択一的に、トルクを伝達するように運転可能である形式のものに関する。

特に電動機として形成された駆動装置を備えた手持ち式工作機械は、良く知られている。種々様々な材料及び／又は工具、特にドリルを用いた作業のために、手持ち式工作機械が、特に２段式の平歯車伝動装置として形成された変速伝動装置を備えていることは公知である。手持ち式工作機械の大きな反動モーメントから使用者を保護するため、及び過負荷に対して変速伝動装置を保護するために、動力伝達系にトルク制限装置として過負荷クラッチを配置することが公知であり、この過負荷クラッチによって、工具軸及び／又は回転駆動される工具に伝達される最大トルクは制限される。最大トルク（リリースモーメント）の超過時に、駆動装置（電動機）と工具軸によって回転駆動される工具との間における力伝達経路は、可能な限り迅速に遮断され、これによって操作員、手持ち式工作機械、及び下降される工作物もしくは製品は保護される。このような公知の手持ち式工作機械における欠点としては、変速比の選択とは無関係に、常に等しい最大トルクが伝達されることである。過負荷クラッチが工具スピンドルに配置されている場合には、種々異なった変速比のために異なった最大トルクを選択することは不可能である。過負荷クラッチが前置軸に配置されている場合には、伝達されるトルクは変速比によって規定される。この場合リリースモーメントをこの変速比とは無関係に選択することは、不可能である。

調整不可能なただ１つの過負荷クラッチを備えた装置の手持ち式工作機械の他に、調節可能な過負荷クラッチを備えた手持ち式工作機械が公知であり、このような手持ち式工作機械では調節可能な過負荷クラッチを用いて、伝達可能な最大トルクを、処理すべき課題に合わせることができる。トルクを変化させるためには、過負荷クラッチ、特に形状結合式係止クラッチのクラッチ部分に作用する閉鎖ばねのばね力が変えられる。このような形式の手持ち式工作機械における欠点としては、一方では、調節可能な過負荷クラッチがその複雑な構成に基づいて故障しやすいことがあり、かつ他方では、変速比の操作のため及びリリースモーメントの選択のために、個別の切換えロッドを備えた異なった２つのスイッチを操作しなければならないことがある。

発明の開示
技術的な課題
ゆえに本発明の課題は、ただ１つのスイッチを用いて確実に、少なくとも２つの異なった伝達可能な最大トルクの間における選択が可能であり、しかも単純な構造を有する手持ち式工作機械を提供することである。

技術的な解決策
この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭に述べた形式の手持ち式工作機械において、少なくとも１つの第２の過負荷クラッチが設けられていて、該第２の過負荷クラッチが持続的にかつ、もっぱら第１の歯車ユニットと作用結合されているようにした。

本発明の思想は、第１の過負荷クラッチの他に、少なくとも１つの第２の過負荷クラッチを設けること、及びこの第２の過負荷クラッチをもっぱら第１の歯車ユニットに配属させることにあり、これによって第２の過負荷クラッチは、トルク伝達を目的とした動力伝達系への第１の歯車ユニットの接続時に、自動的に、アクティブになる、つまり働くようになる。言い換えれば、第２の過負荷クラッチは第１の歯車ユニットと共に、もっぱら全体として活性化もしくは不活性化され得る１つの機能ユニットを形成している。これによって、ただ１つのスイッチ、特に回転スイッチを用いて、第１の歯車ユニットに合わせられた特に調節不能な第２の過負荷クラッチを備えた、第１の歯車ユニットへの変化が可能になる。第１と第２の過負荷クラッチとの間における切換えのための別個のスイッチは、不要となり、有利である。第１の歯車ユニットからただ１つのスイッチを用いて第２の歯車ユニットに切り換えられる場合には、第２の過負荷クラッチは自動的に不活性に、つまり働かなくなり、動力伝達系から外れる。本発明の枠内において、第１及び第２の過負荷クラッチの他にさらに別の過負荷クラッチを設けることも可能であり、各過負荷クラッチが別個の歯車ユニットにそれぞれ配属されていると有利である。

本発明において歯車ユニットというのは、ただ１つの、特に平歯車として形成された伝動歯車のみならず、互いに回動不能に連結されていてもっぱら一緒に回転可能に配置された複数の歯車をも意味する。この場合１つの歯車ユニットの異なった歯車が互いに異なった直径を有していると有利であり、このようになっていると、１つの過負荷クラッチを異なった変速比において作用させることが可能である。

少なくとも２つの過負荷クラッチが異なった寸法で形成されていると有利であり、このようになっていると、異なった大きさの最大トルクを伝達することができる。第１の過負荷クラッチの伝達可能な最大トルク、つまり第１の過負荷クラッチのリリースモーメントが、第２の過負荷クラッチの最大トルクもしくはリリースモーメントに比べて大きいと有利である。

本発明の有利な構成では、第１の歯車ユニットの少なくとも２つの歯車が異なった大きさの直径を有しており、第２の歯車ユニットの少なくとも１つの歯車が、第１の歯車ユニットの歯車のうちの１つと、同じ直径を有している。このように構成されていると、等しい変速比を２つの歯車ユニットによって実現することができ、この場合それぞれ有効なリリースモーメントは異なっている。例えば一方では、工具軸における低い回転数と同時に小さなリリースモーメントとにおいて、大きな直径を有するダイヤモンドドリル工具を使用することができる。しかしながら他方では、アクティブなつまり働く歯車の直径を等しいままにして、歯車ユニットを交換することによって、同じ低い回転数を高いリリースモーメントと共に実現することができ、これによって例えば長い木ねじを問題なくねじ込むことが可能になる。

第１の過負荷クラッチの配置形式に関しては、種々様々な可能性が存在する。例えば、第１の過負荷クラッチが持続的にかつ、もっぱら第２の歯車ユニットと作用結合されている実施形態が可能である。このような配置形式では、両方の過負荷クラッチはもっぱら択一的に使用される。ただ１つのスイッチによって第１の歯車ユニットを選択した場合には、自動的に第２の過負荷クラッチが働き、この場合第２の歯車ユニットへの切換えによっては、第２の歯車ユニットと共に１つの機能ユニットを形成する第１の過負荷クラッチが、働く。

さらにまた、第１の過負荷クラッチを、すべての歯車ユニットに配属させること、つまり第１の過負荷クラッチを動力伝達系に配置させて、第１の過負荷クラッチが常にトルクを制限するように働くようにすることも、可能である。場合によってはまた、第１の過負荷クラッチのためのロックアップクラッチを設けることも可能である。すべての歯車ユニットに対して作用する第１の過負荷クラッチを備えた構成では、第１の過負荷クラッチが第２の過負荷クラッチに比べて堅く形成されていると有利である。このような構成では、例えば第１の過負荷クラッチを形状結合式係止クラッチとして形成し、第２の過負荷クラッチを摩擦結合クラッチとして形成することができる。

第１の過負荷クラッチが歯車ユニットのすべてのグループ又は１つのグループに配属されている場合には、第２の過負荷クラッチがトルクを伝達するように運転され、単に第１の過負荷クラッチだけが働くと、有利である。ただ１つのスイッチによって第１の歯車ユニットに切り換えられると、付加的にかつ自動的に、第１の歯車ユニットと作用結合された第２の過負荷クラッチが働き、その結果全体として単になお最大トルクとして、弱い第２の過負荷クラッチのリリースモーメントだけが伝達可能になる。上に述べた構成では、第２の歯車ユニットには過負荷クラッチは配属されていない。

しかしながらまた、第２の過負荷クラッチがすべての歯車ユニットに対してトルクを制限するように働き、複数の歯車ユニットがそれぞれ１つの固有の過負荷クラッチを備えて構成されているような、実施形態も可能である。

製造技術及び組立て技術的な理由に基づいて、種々異なった時間にトルクを伝達する歯車ユニットがモータ軸に又は、動力伝達系においてモータ軸と工具軸との間に配置された前置軸に、配置されていると、有利である。前置軸がモータ軸によって、平歯車伝動装置を介して駆動されると有利である。最後に述べた実施形態では、第１の歯車ユニットがこの平歯車伝動装置に配属されていると、つまり前置軸に配置されたすべての歯車ユニットに作用するようになっていると、有利である。

そのうちの少なくとも１つに持続的に１つの過負荷クラッチが配属されている、種々様々な歯車ユニットを活性化するためには、各歯車ユニットの工具軸に少なくとも１つの被駆動歯車ユニットと少なくとも各１つの被駆動歯車を配属することが可能であり、この場合軸方向移動可能なくさび体の移動によって、異なった被駆動歯車ユニットの間における選択、ひいては異なった歯車ユニットの間における選択が可能である。この場合くさび体を用いて、選択された被駆動歯車ユニットと工具軸との間における回動不能な結合が生ぜしめられる。選択されていない被駆動歯車ユニットは、工具軸に対して回転可能であり、ひいてはトルクを伝達することができず、つまり動力伝達系の外に配置されている。上のべた構成では、歯車ユニットは前置軸と回動不能に結合されている。同様に、被駆動歯車ユニットを工具軸と回動不能に配置すること、及び例えば軸方向移動可能なくさび体を用いて、軸方向において隣接した歯車ユニットの間における選択を直に行うことも可能である。

択一的な実施形態では、工具軸と回動不能に結合された、しかしながら軸方向で工具軸に対して移動可能な少なくとも１つの被駆動歯車ユニットを設けることも可能である。種々異なった大きさの複数の被駆動歯車が被駆動歯車ユニットとして互いに回動不能に連結されていると、有利である。このように形成された被駆動歯車ユニットの軸方向移動によって、種々異なった歯車ユニットの間における選択が可能であり、この場合これらの歯車ユニットのうちの少なくとも１つには過負荷クラッチが配属されている。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

１つの２段式変速伝動装置と２つの過負荷クラッチとを備えた手持ち式工作機械を示す概略図である。 図１ａに示された手持ち式工作機械のための、変速比と伝達される最大トルクとを同時に調節するスイッチを示す図である。 １つの変速伝動装置と２つの過負荷クラッチとを備えた択一的な手持ち式工作機械を示す概略図である。 図２ａに示された手持ち式工作機械の操作スイッチを示す図である。 １つの変速伝動装置と２つの過負荷クラッチとを備えた択一的な手持ち式工作機械を示す概略図である。 図３ａに示された手持ち式工作機械のスイッチを示す図である。

発明の実施形態
図面において、同じ部材及び同じ機能を有する部材は、同一符号で示されている。

図１には、例えばネットドリルのような手持ち式工作機械１が示されている。

手持ち式工作機械１の動力伝達系２は、工具軸３を有しており、この工具軸３は、図平面で見て左側の端部に工具、例えばドリル工具を備えたドリルチャック（図示せず）を有している。工具軸３に対して平行に、電動機として形成された駆動装置５のモータ軸４が配置されている。モータ軸４と工具軸３との間におけるトルク伝達は、変速伝動装置６を介して行われ、この変速伝動装置６は、ただ１つの歯車から成る第１の歯車ユニット７と、それに対して軸方向間隔をおいて位置する第２の歯車ユニット８とを備えている。第１の歯車ユニット７には、ただ１つの歯車から成る第１の被駆動歯車ユニット９が配属もしくは対応配置されており、第２の歯車ユニット８には、ただ１つの歯車からから成る第２の被駆動歯車ユニット１０が配属もしくは対応配置されている。

軸方向において移動可能なくさび体１１を用いて、第１の被駆動歯車ユニット９か又は第２の被駆動歯車ユニット１０が、工具軸３と回動不能に、つまりトルクを伝達するように結合可能である。くさび体１１を用いて、相応な連行ボール１２，１３を介して形状結合装置（Formschluss）が形成される。図１ａでは第２の被駆動歯車ユニット１０が工具軸３と回動不能に結合されており、これに対して第１の被駆動歯車ユニット９は工具軸３に対して回転可能である。

第２の歯車ユニット８には、摩擦クラッチとして形成された第１の過負荷クラッチ１４が配属されており、この過負荷クラッチ１４を用いてモータ軸から第２の歯車ユニット８へのトルクが伝達され、この場合第１の過負荷クラッチ１４は、伝達可能な最大トルクを制限する。第１の過負荷クラッチ１４は、軸方向においてモータ軸４に対して移動可能でかつモータ軸４と回動不能に結合された摩擦ディスク１５を有しており、この摩擦ディスク１５は、ばね１６を介して第２の歯車ユニット８に向かってばね力を負荷されている。第１の過負荷クラッチ１４は常に、第２の歯車ユニット８がトルクを伝達するように運転される場合にだけ、トルクを伝達するようにもしくはトルクを制限するように、働く。

第２の歯車ユニット８と第１の歯車ユニット７との間における切換えのために、回転スイッチとして形成されたスイッチ１７が設けられている（図１ｂ参照）。このスイッチ１７は、図示のスイッチ位置（Ｋ２，１４）、つまり第１の過負荷クラッチ１４がアクティブで力伝達経路Ｋ２が実現されている（アクティブな第２の歯車ユニット８）スイッチ位置（Ｋ２，１４）から、９０°だけ回動させられたスイッチ位置（Ｋ１，１８）に移動可能であり、これによって（図示されていない切換えロッドを用いて）くさび体１１は図平面において左に向かって移動させられる。このスイッチ位置においては単に第１の被駆動歯車ユニット９だけが、工具軸と回動不能に（形状結合式に）結合されており、その結果第１の歯車ユニット７は所属の第２の過負荷クラッチ１８と共にトルクを伝達するように働く。第２の過負荷クラッチ１８は同様に摩擦ディスク１９を備えており、この摩擦ディスク１９は、ばね２０によって軸方向で第１の歯車ユニット７に向かってばね力を負荷されている。択一的に第１の過負荷クラッチ１４か又は第２の過負荷クラッチ１８が例えば形状結合式係止クラッチ（Formschluss-Rat-Kupplung）として形成されていてもよい。第２のスイッチ位置において、工具軸３、摩擦ディスク１９、第１の歯車ユニット７、第１の被駆動歯車ユニット９及び工具軸３を介して工具（図示せず）に達するへと繋がる力伝達経路Ｋ１がアクティブである。

両過負荷クラッチ１４，１８はもっぱら択一的に、それぞれ所属の歯車ユニット７，８と一緒に働く。両歯車ユニット７，８の間における切換えによって、同時に、異なった２つの最大トルクの間における選択が行われ、この場合有利には第１の過負荷クラッチ１４を用いて、第２の過負荷クラッチ１８に比べて大きな最大トルクが伝達可能である。

図２ａには、手持ち式工作機械１の択一的な実施例が示されている。同様に電動機として形成された駆動装置５はモータ軸４を回転駆動する。モータ軸４には第１の平歯車２１が設けられており、この第１の平歯車２１は第２の平歯車２２とトルクを伝達するように共働する。第２の平歯車２２は前置軸（Vorlegewelle）２３に対して同軸的に配置されており、この場合トルクは第２の平歯車２２から、形状結合式係止クラッチとして形成された第１の過負荷クラッチ１４を介して、前置軸２３に伝達される。

前置軸２３には、ただ１つの歯車からから成る第２の歯車ユニット８と第１の歯車ユニット７とが、回動不能に配置されており、第１の歯車ユニット７は、互いに回動不能に連結された異なった大きさの２つの歯車７ａ，７ｂを備えている。第１の歯車ユニット７には第２の過負荷クラッチ（摩擦結合クラッチ（Reibschlusskupplung））１８が配属されている。

第１の歯車ユニット７の各歯車７ａ，７ｂにはそれぞれ、各１つの被駆動歯車から成る被駆動歯車ユニット９ａ，９ｂが配属されており、両被駆動歯車ユニット９ａ，９ｂは互いに無関係に独立してトルクを伝達するように運転されることができる。第２の歯車ユニット８には、ただ１つの被駆動歯車を備えた被駆動ユニット１０が配属されている。図示されていないくさび体の移動によって、択一的に３つの被駆動歯車ユニット９ａ，９ｂ，１０の間における選択が可能である。第１の過負荷クラッチ１４は、第２の過負荷クラッチ１８よりも堅く設計されている。

図２ｂに示されたスイッチ位置（Ｋ１，１８）においては、駆動装置５から平歯車２１，２２、第１の過負荷クラッチ１４、前置軸２３、歯車７ａ、被駆動歯車ユニット９ａ及び工具軸３を介した力伝達経路Ｋ１がアクティブである。図２ａから分かるように、第１の過負荷クラッチ１４は両歯車ユニット７，８に配属されており、つまり持続的にトルクを伝達するようにもしくはトルクを制限するように働く。

図示のスイッチ位置（Ｋ１，１８）においては、工具軸３の高い回転数が小さなリリースモーメント（第２の過負荷クラッチ１８）で実現される。この調節形式は、小さな直径から中位の直径を備えたダイヤモンドドリル工具による穿孔のために適している。

第１の歯車ユニット７の歯車７ａ又は７ｂが働く場合には、両過負荷クラッチ１４，１８が一緒に働き、その結果、弱い第２の過負荷クラッチ１８のリリースモーメントだけが有効になる。

第２の切換え位置（Ｋ１，１８）では、第１の歯車ユニット７の第２の歯車ユニット７ｂを介した第２の力伝達経路Ｋ２が実現されている。つまり、小さなリリースモーメントによる工具軸３の低い回転数が実現される。この調節形式は例えば、極めて大きな直径を有するダイヤモンドドリル工具を用いた穿孔のために適している。

第３の切換え位置（Ｋ３，１４）では、力伝達経路Ｋ３は第２の歯車ユニット８と被駆動歯車ユニット１０とを介して延びており、この場合第２の歯車ユニット８は過負荷クラッチなしに前置軸２３に回動不能に配置されている。この場合には、大きなリリースモーメントを有する第１の過負荷クラッチ１４だけが働く。第１の歯車ユニット７の歯車７ｂの直径は、第２の歯車ユニット８の歯車の直径に相当している。つまり工具軸３の低い回転数を大きなリリースモーメントで実現することができ、このことは例えば、極めて大きくて長い木ねじを回転させるために適している。

図３ａ，図３ｂに示された実施例では、工具軸３に、互いに回動不能に連結された２つの歯車２４，２５を備えたただ１つの被駆動歯車ユニット９が設けられている。この被駆動歯車ユニット９は、図３ｂに示されたスイッチ１７と図示されていない切換えロッドとを用いて、工具軸３に沿って軸方向移動可能であり、各移動ポジションにおいて工具軸３と回動不能に結合される。

前置軸２３には、固有の過負荷クラッチを備えていない第２の歯車ユニット８と、２つの歯車７ａ，７ｂを備えた第１の歯車ユニット７とが回動不能に配置されており、第１の歯車ユニット７の歯車７ａの直径は、第２の歯車ユニット８の歯車の直径に相当している。第１の歯車ユニット７には、摩擦結合クラッチとして形成された大２の過負荷クラッチ１８だけが配属されている。駆動装置５によって駆動されるモータ軸４からはトルクが、両平歯車２１，２２を介して、かつ第２の平歯車２２に配属された第１の過負荷クラッチ１４を介して、前置軸２３に伝達される。

図３ｂに示されたスイッチ位置（Ｋ１，１４）では、力伝達経路Ｋ１は初めに平歯車２１，２２と第１の過負荷クラッチ１４とを介して前置軸２３に延び、次いでこの前置軸２３から、該前置軸２３と回動不能に結合された第２の歯車ユニット８を介して、被駆動歯車ユニット９の大きな第１の歯車２４に延び、そこからさらに工具軸３に延びている。このスイッチ位置においては工具軸３の低い回転数が堅いリリースモーメント（第１の過負荷クラッチ１４）と組み合わされる。この調節形式は例えば、大きくて長い木ねじを回転させるのに適している。

歯車２４が歯車７ａと一緒に働く第２のスイッチ位置（Ｋ２，１８）では、同様に工具軸における低い回転数が、しかしながら柔らかいリリースモーメント（第２の過負荷クラッチ１８）によって実現される。この調節形式は例えば、極めて大きな直径を有するダイヤモンドドリル工具のために適している。

第３の切換え位置（Ｋ３，１８）においては工具軸３における高い回転数が、柔らかいリリースモーメントと組み合わされる。この調節形式は例えば、小さな直径から中位の直径を備えたダイヤモンドドリル工具のために適している。

Claims (9)

1. 駆動装置（５）と工具軸（３）と第１の過負荷クラッチ（１４）と変速伝動装置（６）とが設けられており、該変速伝動装置（６）が１つの第１の歯車ユニット（７）と少なくとも１つの第２の歯車ユニット（８）とを備えており、第１および第２の歯車ユニット（７，８）が択一的に、トルクを伝達するように運転可能である手持ち式工作機械（１）であって、
   少なくとも１つの第２の過負荷クラッチ（１８）が設けられていて、該第２の過負荷クラッチ（１８）が持続的に第１の歯車ユニット（７）と作用結合されており、
   第１の歯車ユニット（７）は、互いに異なる直径を持つ少なくとも２つの第１歯車（７ａ、７ｂ）を有し、
   第２の歯車ユニット（８）は、少なくとも１つの第２歯車（８ａ、８ｂ）を有し、
   第２歯車（８ａ、８ｂ）は、第１歯車（７ａ、７ｂ）の少なくとも１つと同一の直径を持つことを特徴とする手持ち式工作機械。
2. 第１及び第２の過負荷クラッチ（１４、１８）が、異なった大きさの最大トルクを伝達するように形成されている、請求項１記載の手持ち式工作機械。
3. 第１の過負荷クラッチ（１４）が持続的に第２の歯車ユニット（８）と作用結合されている、請求項１または２記載の手持ち式工作機械。
4. 第１の過負荷クラッチ（１４）が、第１および第２の歯車ユニット（７，８）の少なくとも一方に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の手持ち式工作機械。
5. 第１の過負荷クラッチ（１４）が動力伝達系（２）において、駆動装置（５）と工具軸（３）との間に、駆動装置（５）によって駆動されるモータ軸（４）と副軸（２３）との間に配置されている、請求項４記載の手持ち式工作機械。
6. 第２の歯車ユニット（８）が過負荷クラッチなしに形成されているか又は第３の過負荷クラッチを備えている、請求項４又は５記載の手持ち式工作機械。
7. 第１及び第２の歯車ユニット（７，８）が副軸（２３）に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の手持ち式工作機械。
8. 第１および第２の歯車ユニット（７，８）の各々に、軸方向移動可能なくさび体（１１）を用いて、工具軸（３）と回動不能に結合可能な少なくとも１つの被駆動歯車ユニット（９，９ａ，９ｂ，１０）が配置されている、請求項７記載の手持ち式工作機械。
9. 工具軸（３）と回動不能に結合されていて該工具軸（３）に対して軸方向移動可能な少なくとも１つの被駆動歯車ユニット（９，９ａ，９ｂ，１０）が設けられている、請求項７記載の手持ち式工作機械。

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