WO2012093010A1 - Planetengetriebe für eine werkzeugmaschine - Google Patents

Planetengetriebe für eine werkzeugmaschine Download PDF

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Andreas Heber
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Definitions

  • the invention relates to a planetary gear for a machine tool, in particular for an electrically operated hand tool, according to the preamble of claim 1.
  • a hand tool machine which is designed as a cordless screwdriver whose tool holder is driven to receive a tool via an electric drive motor and a drive motor downstream, multi-stage planetary gear.
  • Such planetary gears can usually be switched between two different gear ratios, wherein in the first gear, a slow rotational speed is generated with a high torque and in the second gear, a higher rotational speed with a lower torque. Switching is done manually using a slide switch, which adjusts a switching ring gear in the axial direction between a latching position and a non-latching position.
  • the invention is based on the object with simple structural measures, a planetary gear, which is used in a machine tool, in such a way that friction losses are minimized.
  • the planetary gear according to the invention is used in machine tools, preferably in hand tool machines, in particular in hand tool machines with electric drive motor.
  • the planetary gear has a plurality of gear stages, each comprising rotationally mounted planet gears on planet carriers.
  • the planet gears of at least one gear stage are mounted on rolling elements on a shaft which is held on the associated planet carrier.
  • the rolling elements ensure that the planet gears of the relevant stage rotate under reduced friction even under load, so that the friction losses are minimized, the friction-induced heat generation is reduced and the efficiency is increased.
  • At least the planet gears of a gear stage, which is associated with a movable ring gear, are mounted on rolling elements on a respective shaft.
  • the adjustable ring gear expediently part of a torque clutch or a gearshift.
  • the rolling elements are designed as needle sleeves, each seated on the shaft, the carrier of the respective planetary gear is.
  • a total of three gear stages are provided, wherein the planetary gears of each gear stage are advantageously mounted in the manner described above via rolling elements.
  • the planetary gear is expediently designed to set at least two different gear ratios.
  • the switching between the two gears is done by axially shifting a switching ring gear, which is adjustable between a locking position and a disengaged position.
  • the switching ring gear In the latching position, the switching ring gear is fixed to the housing, coupled in the non-latching position with a planet carrier of a gear stage, preferably the second gear stage. At least the planets on this planet carrier are mounted on the rollers via the rolling elements, wherein shifting under load is improved or facilitated by the design according to the invention.
  • a ring gear of the planetary gear preferably the ring gear third stage, which is adjacent to the tool spindle, part of a torque clutch for setting a maximum transmittable torque.
  • the ring gear of this stage is rotationally movable to the housing.
  • the planet gears of this gear stage are suitably mounted on rolling elements.
  • the switching ring gear via which the various gear ratios are set in the transmission, is advantageously coupled to a slide switch, which is arranged on the outside of the housing and can be adjusted by the operator.
  • a spring element between the slide switch and the switching ring gear in order not to abruptly perform coupling operations via the resilient properties but with a defined flexibility.
  • the inventive design of the planetary gear for a machine tool has the advantage that the transmission can be switched under load, the heat generation and load reduced and also the influence of manufacturing tolerances is reduced to gear functions.
  • At least the planet gears of a gear stage, preferably the shiftable gear stage, the ring gear of which is either axially or rotationally movable for setting the various gear ratios, are mounted on rolling elements. These rolling elements are advantageously needle-shaped and pushed onto shafts, which are arranged on the planet carrier of the respective gear stage.
  • the planetary gear stage can be mounted on rolling elements, which is part of a torque coupling.
  • the heat development is reduced both at idle and under load.
  • FIG. 1 shows a section in the longitudinal direction by a hand tool in the range of a switchable planetary gear with three gear stages, wherein for switching between two gears, a switching ring gear is to be adjusted axially,
  • Fig. 2 in exploded view, the components of the switchable gear stage.
  • the hand tool 1 illustrated in FIG. 1 is, for example, a cordless screwdriver or cordless drill.
  • the hand tool 1 has, in a housing 2, a suggestively illustrated electric drive motor 3 with a motor shaft 4, which drives a planetary gear 5 in the housing 2.
  • the planetary gear 5 is the output side coupled to a rotary spindle 6 and drives it.
  • the rotary spindle 6 is provided with a tool holder for receiving a tool.
  • the planetary gear 5 is designed in three stages and includes three gear stages 7, 8, 9, the first planetary carrier 10 with planetary gears 13, a
  • Planet carrier 11 second stage with planetary gears 14 and a planet carrier 12 third stage with planet wheels 15 include. All planet wheels 13, 14, 15 of the first, second and third gear stage are rotatably mounted on shafts 16, 17, 18 of the respective planet carrier 10, 11 and 12 respectively.
  • the bearing of the planetary gears 13, 14, 15 on the respective shafts 16, 17, 18 takes place via Rolling elements 19, 20, 21, whereby the friction is significantly reduced.
  • the rolling elements 19, 20, 21 are formed for example as needle sleeves.
  • the planetary gear 5 can be switched between a first speed slower speed but higher torque and a second speed higher speed but lower torque.
  • the change of the switching state takes place by means of a switching ring gear 23 which is assigned to the second gear stage 8.
  • the switching ring gear 23 surrounds a ring gear 22 second stage and is axially between a locking position in which the switching ring gear 23 is locked to a housing-side locking ring 24 and a non-latching position to adjust, in which the switching ring gear 23 with the ring gear 22 second stage and the planet carrier 10 first Step is connected and rotates with them.
  • the locking position in which the switching ring gear 23 is locked, the second gear stage is activated, this position corresponds to the first gear of the power tool with a slow rotational speed.
  • this position corresponds to the second gear of the machine with high rotational speed.
  • the ring gear 22 second stage is also designed as a switching ring gear, which is to be adjusted between a housing-fixed locking position and a non-latching position.
  • the adjusting movement for adjusting the switching ring gear 23 is carried out via a arranged on the outside of the housing slide switch, which is connected via a spring element with the switching ring gear 23.
  • a torque clutch for setting a maximum transmittable torque is realized.
  • various torques can be adjusted via an adjusting ring 25 in the front region of the power tool.
  • the bias of compression springs 26 is variable, wherein at lower spring preload, the torque clutch is released earlier by a ring gear 27 of the third gear stage 9 engages a latching disc 28 which is acted upon by the bias of the compression springs 26.
  • the various components of the second gear stage 8 are shown in exploded view. The components include the ring gear 22 second stage, the axially adjustable arranged Heidelbergthohlrad 23 and the planet gears 14 on the planet carrier 1 1 second stage.
  • For a low-friction storage are the
  • Planet wheels 14 mounted as a needle sleeves rolling elements 20 to 17 shafts on the planet carrier 1 1. Distributed over the circumference of several planetary gears 14 are mounted on the planet carrier 11.

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Abstract

Ein Planetengetriebe für eine Werkzeugmaschine, insbesondere für eine elektrisch betriebene Handwerkzeugmaschine, weist mehrere Getriebestufen auf, wobei zumindest die Planetenräder einer Getriebestufe, der ein bewegliches Hohlrad zugeordnet ist, über Wälzkörper auf Wellen gelagert sind, die an einem zugeordneten Planetenträger gehalten sind.

Description

Beschreibung Titel
Planetengetriebe für eine Werkzeugmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Planetengetriebe für eine Werkzeugmaschine, insbesondere für eine elektrisch betriebene Handwerkzeugmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2004 058 809 A1 ist eine Handwerkzeugmaschine bekannt, die als Akku-Schrauber ausgeführt ist, dessen Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Werkzeugs über einen elektrischen Antriebsmotor und ein dem Antriebsmotor nachgeschaltetes, mehrstufiges Planetengetriebe angetrieben wird.
Derartige Planetengetriebe können üblicherweise zwischen zwei verschiedenen Gangstufen umgeschaltet werden, wobei in der ersten Gangstufe eine langsame Umdrehungsgeschwindigkeit mit einem hohen Drehmoment und in der zweiten Gangstufe eine höhere Umdrehungsgeschwindigkeit mit einem geringeren Drehmoment erzeugt wird. Die Umschaltung erfolgt manuell mithilfe eines Schaltschiebers, der in Achsrichtung ein Schalthohlrad zwischen einer Rastposition und einer Außerrastposition verstellt.
Die hohen Motordrehzahlen werden über das Planetengetriebe in die Arbeitsdrehzahl der Werkzeugspindel untersetzt. Aus Effizienzgründen ist auf eine möglichst geringe Reibung in der Antriebseinrichtung mit dem Antriebsmotor und dem Planetengetriebe zu achten.
Offenbarung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Planetengetriebe, welches in einer Werkzeugmaschine eingesetzt wird, so auszubilden, dass Reibungsverluste minimiert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Planetengetriebe wird in Werkzeugmaschinen eingesetzt, vorzugsweise in Handwerkzeugmaschinen, insbesondere in Handwerkzeugmaschinen mit elektrischem Antriebsmotor. Das Planetengetriebe weist mehrere Getriebestufen auf, die jeweils rotierend gelagerte Planetenräder auf Planetenträgern umfassen. Die Planetenräder mindestens einer Getriebestufe sind über Wälzkörper auf einer Welle, die an dem zugeordneten Planetenträger gehalten ist, gelagert. Über die Wälzkörper ist sichergestellt, dass die Planetenräder der betreffenden Stufe auch unter Last mit reduzierter Reibung umlaufen, so dass die Reibungsverluste minimiert, die reibungsbedingte Wärmeerzeugung herabgesetzt und der Wirkungsgrad gesteigert ist.
Zumindest die Planetenräder einer Getriebestufe, der ein bewegliches Hohlrad zugeordnet ist, sind über Wälzkörper auf je einer Welle gelagert. Das verstellbare Hohlrad zweckmäßigerweise Teil einer Drehmomentkupplung oder einer Gangschaltung.
Grundsätzlich möglich ist es aber auch, die Planetenräder mehrerer Getriebestufen bzw. sämtlicher Getriebestufen über Wälzkörper zu lagern. Innerhalb einer Getriebestufe sind alle Planetenräder über Wälzkörper gelagert.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Wälzkörper als Nadelhülsen ausgebildet, die jeweils auf der Welle aufsitzen, die Träger des betreffenden Planetenrades ist.
Gemäß noch einer weiteren, vorteilhaften Ausführung sind insgesamt drei Getriebestufen vorgesehen, wobei die Planetenräder jeder Getriebestufe vorteilhaft in der vorbeschriebenen Weise über Wälzkörper gelagert sind. Das Planetengetriebe ist zweckmäßigerweise zur Einstellung von mindestens zwei verschiedenen Gangstufen schaltbar ausgebildet. Das Schalten zwischen den beiden Gängen erfolgt durch axiales Verschieben eines Schalthohlrades, das zwischen einer Rastposition und einer Außerrastposition verstellbar ist. In der Rastposition ist das Schalthohlrad gehäusefest gekoppelt, in der Außerrastposition mit einem Planetenträger einer Getriebestufe gekoppelt, vorzugsweise der zweiten Getriebestufe. Zumindest die Planeten an diesem Planetenträger sind über die Wälzkörper an den Wellen gelagert, wobei das Schalten unter Last durch die erfindungsgemäße Ausführung verbessert bzw. erleichtert ist.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist ein Hohlrad des Planetengetriebes, vorzugsweise das Hohlrad dritter Stufe, welches der Werkzeugspindel benachbart ist, Teil einer Drehmomentkupplung zur Einstellung eines maximal übertragbaren Drehmoments. Das Hohlrad dieser Stufe ist rotatorisch zum Gehäuse beweglich. Auch die Planetenräder dieser Getriebestufe sind zweckmäßigerweise über Wälzkörper gelagert.
Das Schalthohlrad, über das die verschiedenen Gangstufen im Getriebe eingestellt werden, ist vorteilhafterweise mit einem Schaltschieber gekoppelt, der au- ßen am Gehäuse angeordnet ist und von der Bedienperson verstellt werden kann. Zwischen dem Schaltschieber und dem Schalthohlrad befindet sich vorteilhafterweise ein Federelement, um über die federnden Eigenschaften Kopplungsvorgänge nicht schlagartig, sondern mit einer definierten Nachgiebigkeit durchzuführen.
Insgesamt weist die erfindungsgemäße Ausführung des Planetengetriebes für eine Werkzeugmaschine den Vorteil auf, dass das Getriebe unter Last geschaltet werden kann, die Wärmeerzeugung und Last herabgesetzt und außerdem der Einfluss von Fertigungstoleranzen auf Getriebefunktionen reduziert ist. Zumin- dest die Planetenräder einer Getriebestufe, vorzugsweise der schaltbaren Getriebestufe, deren Hohlrad zum Einstellen der verschiedenen Gangstufen entweder axial oder rotatorisch bewegbar ist, sind auf Wälzkörpern gelagert. Diese Wälzkörper sind vorteilhafterweise nadeiförmig und auf Wellen aufgeschoben, die an dem Planetenträger der betreffenden Getriebestufe angeordnet sind. Zu- sätzlich oder alternativ zu der Getriebestufe, welche die Gangschaltung über- nimmt, können auch die Planeten einer Getriebestufe auf Wälzkörpern gelagert sein, die Teil einer Drehmomentkupplung ist.
Die Wärmeentwicklung ist sowohl im Leerlauf als auch unter Last reduziert. Der Verschiebewiderstand bei Schaltvorgängen zum Umschalten zwischen den
Gangstufen ist herabgesetzt, außerdem ist die Varianz von Kupplungsauslöse- momenten reduziert.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt in Längsrichtung durch eine Handwerkzeugmaschine im Bereich eines schaltbaren Planetengetriebes mit drei Getriebestufen, wobei zum Schalten zwischen zwei Gängen ein Schalthohlrad axial zu verstellen ist,
Fig. 2 in Explosionsdarstellung die Bauteile der schaltbaren Getriebestufe.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Handwerkzeugmaschine 1 handelt es sich beispielsweise um einen Akku-Schrauber bzw. Akku-Bohrer. Die Handwerkzeugmaschine 1 weist in einem Gehäuse 2 einen andeutungsweise dargestellten elektrischen Antriebsmotor 3 mit einer Motorwelle 4, die ein Planetengetriebe 5 im Ge- häuse 2 antreibt. Das Planetengetriebe 5 ist ausgangsseitig mit einer Drehspindel 6 gekoppelt und treibt diese an. Die Drehspindel 6 ist mit einer Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Werkzeugs versehen.
Das Planetengetriebe 5 ist dreistufig ausgeführt und umfasst drei Getriebestufen 7, 8, 9, die einen Planetenträger 10 erster Stufe mit Planetenrädern 13, einen
Planetenträger 11 zweiter Stufe mit Planetenrädern 14 und einen Planetenträger 12 dritter Stufe mit Planetenrädern 15 umfassen. Sämtliche Planetenräder 13, 14, 15 der ersten, zweiten bzw. dritten Getriebestufe sind auf Wellen 16, 17, 18 der jeweiligen Planetenträger 10, 11 bzw. 12 drehbar gelagert. Die Lagerung der Planetenräder 13, 14, 15 an den jeweiligen Wellen 16, 17, 18 erfolgt jeweils über Wälzkörper 19, 20, 21 , wodurch die Reibung signifikant reduziert wird. Die Wälzkörper 19, 20, 21 sind beispielsweise als Nadelhülsen ausgebildet.
Das Planetengetriebe 5 kann zwischen einem ersten Gang mit langsamerer Umdrehungsgeschwindigkeit, jedoch höherem Drehmoment und einem zweiten Gang mit höherer Umdrehungsgeschwindigkeit, jedoch geringerem Drehmoment umgeschaltet werden. Die Änderung des Schaltzustandes erfolgt mithilfe eines Schalthohlrades 23, welches der zweiten Getriebestufe 8 zugeordnet ist. Das Schalthohlrad 23 umgreift ein Hohlrad 22 zweiter Stufe und ist axial zwischen einer Rastposition, in der das Schalthohlrad 23 mit einem gehäuseseitigen Rastring 24 verrastet ist und einer Außerrastposition zu verstellen, in der das Schalthohlrad 23 mit dem Hohlrad 22 zweiter Stufe und dem Planetenträger 10 1. Stufe verbunden ist und gemeinsam mit diesen umläuft. In der Rastposition, in welcher das Schalthohlrad 23 arretiert ist, ist die zweite Getriebestufe aktiviert, diese Position entspricht dem ersten Gang der Handwerkzeugmaschine mit langsamer Umdrehungsgeschwindigkeit. In der Außerrastposition, in der das Schalthohlrad 23 mit dem Hohlrad 22 der 2. Stufe und dem Planetenträger 10 der 1. Stufe verbunden ist, ist die zweite Getriebestufe stillgelegt, diese Position entspricht dem zweiten Gang der Maschine mit hoher Umdrehungsgeschwindigkeit.
In einer alternativen Ausführung ist das Hohlrad 22 zweiter Stufe zugleich als Schalthohlrad ausgeführt, das zwischen einer gehäusefesten Rastposition und einer Außerrastposition zu verstellen ist.
Die Stellbewegung zum Verstellen des Schalthohlrads 23 wird über einen an der Außenseite des Gehäuses angeordneten Schaltschieber durchgeführt, der über ein Federelement mit dem Schalthohlrad 23 verbunden ist.
Über die dritte Getriebestufe 9 ist eine Drehmomentkupplung zur Einstellung eines maximal übertragbaren Drehmoments realisiert. Hierzu können über einen Einstellring 25 im vorderen Bereich der Handwerkzeugmaschine verschiedene Drehmomente eingestellt werden. Über den Einstellring 25 ist die Vorspannung von Druckfedern 26 veränderbar, wobei bei geringerer Federvorspannung die Drehmomentkupplung früher gelöst wird, indem ein Hohlrad 27 der dritten Getriebestufe 9 an einer Rastscheibe 28 überrastet, die mit der Vorspannung der Druckfedern 26 beaufschlagt wird. In Fig. 2 sind die verschiedenen Bauteile der zweiten Getriebestufe 8 in Explosionsdarstellung gezeigt. Die Bauteile umfassen das Hohlrad 22 zweiter Stufe, das axial verstellbar angeordnete Schalthohlrad 23 sowie die Planetenräder 14 auf dem Planetenträger 1 1 zweiter Stufe. Für eine reibungsarme Lagerung sind die
Planetenräder 14 über als Nadelhülsen ausgeführte Wälzkörper 20 an Wellen 17 am Planetenträger 1 1 gelagert. Über den Umfang verteilt sind mehrere Planetenräder 14 am Planetenträger 11 gelagert.

Claims

Ansprüche
1. Planetengetriebe für eine Werkzeugmaschine, insbesondere für eine elektrisch betriebene Handwerkzeugmaschine (1), mit mehreren Getriebestufen (7, 8, 9), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Getriebestufe (8, 9) ein zum Gehäuse (2) bewegliches Hohlrad (23, 27) aufweist und Planetenräder (14, 15) besitzt, die über Wälzkörper (20, 21) auf jeweils einer Welle (17, 18) gelagert sind, wobei die Wellen (17, 18) an zugeordneten Planetenträgern (1 1 , 12) gehalten sind.
2. Planetengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (13, 14, 15) sämtlicher Getriebestufen (7, 8, 9) über Wälzkörper (19, 20, 21) auf Wellen (16, 17, 18), die an zugeordneten Planetenträgern (10, 1 1 , 12) gehalten sind, gelagert sind.
3. Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt drei Getriebestufen (7, 8, 9) vorgesehen sind.
4. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (19, 20, 21) als Nadelhülsen ausgebildet sind.
5. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (27) einer Getriebestufe (9), deren Planetenräder (15) wälzgelagert sind, Teil einer Drehmomentkupplung zur Einstellung eines maximal übertragbaren Drehmoments ist.
6. Planetengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (27) rotatorisch zum Gehäuse (2) beweglich ist.
7. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) zur Einstellung von mindestens zwei verschiedenen Gängen schaltbar ausgebildet ist. Planetengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalthohlrad (23) vorgesehen ist, das zwischen einer Rastposition und einer Außerrastposition verstellbar ist, wobei das Schalthohlrad (23) in der Rastposition gehäusefest gekoppelt und in der Außerrastposition mit einem Planetenträger (1 1) der benachbarten Stufe gekoppelt ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalthohlrad (23) über ein Federelement mit einem Schaltschieber gekoppelt ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalthohlrad (23) axial verstellbar ist.
1 1 Werkzeugmaschine, insbesondere Handwerkzeugmaschine, mit einem Planetengetriebe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1.
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