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Die
Erfindung betrifft eine Kupplung für ein handbetätigtes Elektrowerkzeug,
insbesondere für ein
Elektrohandgerät
mit einem rotierenden Werkzeug, wie eine Bohr- oder Schlagbohrmaschine,
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, sowie ein handbetätigtes Elektrowerkzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 10.
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Stand der
Technik
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Hochwertige
Schlagbohrmaschinen weisen in der Regel ein 2-Gang-Getriebe und eine Überlastkupplung
auf, die im Falle eines Blockierens des rotierenden Bohrwerkzeugs
selbsttätig
ausrückt,
um das auf das Gehäuse
der Schlagbohrmaschine und damit auf den Benutzer übertragene
maximale Drehmoment zu begrenzen. Damit wird vermieden, dass es
im Fall eines schlagartigen Stillstands des Bohrwerkzeugs zu einem
Verdrehen des Gehäuses
der Schlagbohrmaschine um die Drehachse des Bohrwerkzeugs oder zu
einer Überlastung
des Antriebsmotors kommt, wovon das erstere zu einer Verletzung
des Benutzers und das letztere zu einer Beschädigung der Schlagbohrmaschine
führen
kann. Die Überlastkupplung
ist gewöhnlich
in einem Antriebsstrang zwischen einem Antriebsmotor bzw. einem
Getriebe und einer zur Aufnahme eines Bohrwerkzeug dienenden Bohrspindel
der Schlagbohrmaschine angeordnet und umfasst zumeist zwei Kupplungselemente,
deren benachbarte Kupplungsflächen
mit Bremsbelägen,
Wellenkonturen oder Rätschenflächen versehen
sind und elastisch gegeneinander angepresst werden, so dass sie
sich in Bezug zueinander um ihre Drehachse verdrehen können, wenn
beim Blockieren der Bohrspindel das vom Antriebsmotor auf das benachbarte
Kupplungselement übertragene
Drehmoment das Ausrückdrehmoment übersteigt,
das heißt
das zwischen den Kupplungsflächen
maximal übertragbare
Drehmoment bis zum Durchrutschen. Die Überlastkupplung begrenzt darüber hinaus
auch das am Bohrwerkzeug maximal verfügbare Drehmoment in Abhängigkeit
vom eingelegten Gang.
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Vorteile
der Erfindung
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Die
Erfindung schlägt
daher vor, handbetätigte
Elektrowerkzeuge und insbesondere Elektrohandgeräte mit einem rotierenden Werkzeug,
wie eine Bohr- oder Schlagbohrmaschine, mit einer Kupplung zu versehen,
die bei Überschreiten
eines definierten Öffnungs-
oder Ausrückdrehmoments selbsttätig öffnet bzw.
ausrückt
und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kupplung zwischen zwei
Kupplungszuständen
umschaltbar ist, in denen das Öffnungs-
oder Ausrückdrehmoment
unterschiedlich hoch ist.
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Der
Begriff "ausrückt" oder "öffnet" soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung
nicht notwendigerweise als axiale Relativbewegung zweier Kupplungselemente
verstanden werden, da der Begriff "Kupplung" auch Reibkupplungen umfasst, bei deren Ausrücken oder Öffnen keine
Relativbewegung der Kupplungselemente erfolgt.
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Durch
die Möglichkeit,
die Kupplungseinstellung bzw. die Höhe des Ausrückdrehmoments zu verändern, kann
der Benutzer das Elektrowerkzeug besser auf seine Bedürfnisse
einstellen. Zum Beispiel kann er bei einer 2-Gang-Schlagbohrmaschine
mit einer zwischen zwei Kupplungszuständen umschaltbaren Kupplung
durch die Kombination der Verstellmöglichkeiten der Gangwahl und
der Kupplung insgesamt vier verschiedene Drehmomente einstellen, beispielsweise
im ersten Gang mit niedrigerer Drehzahl eine "weiche" Abstimmung mit 20 Nm und eine "harte" Abstimmung mit 70
Nm und im zweiten Gang mit höherer
Drehzahl eine "weiche" Abstimmung mit 12,5
Nm und eine "harte" Abstimmung mit 30
Nm.
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Die
Zahl der möglichen
Kombinationen kann bei Bedarf durch ein Getriebe mit mehr als zwei
Gängen
und/oder durch eine Kupplung mit mehr als zwei Kupplungszuständen mit
unterschiedlich hohen Ausrückdrehmomenten
weiter erhöht
werden. Alternativ kann die Anzahl der am Bohrwerkzeug einstellbaren Drehmomente
gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung jedoch auch dadurch erhöht werden,
dass die Kupplung in einen weiteren Kupplungszustand umschaltbar
ist, in dem sie blockiert ist, so dass am Bohrwerkzeug das maximale
Blockierdrehmoment des jeweiligen Gangs zur Verfügung steht.
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Die
Wahl der Einstellung des Kupplungszustands und des Gangs kann dabei
unter einem Sicherheitsaspekt getroffen werden, zum Beispiel eine Einstellung
mit maximaler Sicherheit für
einen ungeübten
Benutzer, oder eine Einstellung mit normaler Sicherheit für einen
geübteren
Benutzer, und/oder unter dem Aspekt des gewünschten oder benötigten Drehmoments
am rotierenden Werkzeug, wobei zum Beispiel im Bedarfsfall ein Drehmoment
in Höhe
des maximalen Blo ckiermoments am Bohrwerkzeug bereit gestellt werden
kann, indem die Kupplung durch Einstellung des weiteren Kupplungszustands
gezielt blockiert bzw. abgeschaltet wird.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kupplung
als Rutschkupplung ausgebildet ist und zwei Paare von zusammenwirkenden
Kupplungsflächen
umfasst, die sich bei unterschiedlich hohen Ausrückdrehmomenten unter Durchrutschen
der Kupplung selbsttätig
gegeneinander verdrehen, wobei in jedem der beiden Kupplungszustände jeweils
eines der beiden Paare von Kupplungsflächen gegen Verdrehen blockiert
ist, so dass sich nur die Kupplungsflächen des anderen Paars gegeneinander
verdrehen können.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die
Kupplungsflächen
von jedem der beiden Kupplungsflächenpaare
unterschiedliche Eingriffskonturen und/oder Oberflächenbeschaffenheiten
aufweisen, um die unterschiedlichen Ausrückdrehmomente zu erzielen,
jedoch im Wesentlichen mit derselben Kraft gegeneinander angepresst
werden, so dass die gegenseitige elastische Anpressung der gegenüberliegenden
Kupplungsflächen
beider Paare mit Hilfe einer einzigen Andruckeinrichtung, vorzugsweise
einem Tellerfederpaket, vorgenommen werden kann. Beispielsweise können die
gegenüberliegenden
Kupplungsflächen von
einem der beiden Paare Wellenkonturen aufweisen, die bei eingerückter Kupplung
derart miteinander im Eingriff stehen, dass die sanft gerundeten
flachen Wellenberge von einer Kupplungsfläche gegen die komplemetären Wellentäler der
anderen Kupplungsfläche
anliegen, während
die Kupplungsflächen des
anderen Paars Rätschenprofile
mit komplementären
Vorsprüngen
und Vertiefungen besitzen können,
die tiefer sind und steilere Flanken aufweisen und sich daher erst
bei einem höheren
Ausrückdrehmoment
gegeneinander verdrehen. Für
kleinere Ausrückdrehmomente
können
die beiden gegenüberliegenden
Kupplungsflächen
auch mit ebenen Bremsbelägen
mit hohem Haftreibungskoeffizienten versehen sein.
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Alternativ
dazu wäre
es jedoch auch denkbar, dass die Kupplungsflächen der beiden Paare gleiche
Eingriffskonturen aufweisen, aber mit unterschiedlichen Kräften gegeneinander
angepresst werden.
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Gemäß einer
noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bestehen die
beiden Paare von Kupplungsflächen
jeweils aus zwei sich gegenüberliegenden
axialen Stirnflächen
von drei in den Antriebsstrang des Elektrowerkzeugs integrierten
Kupplungselementen, die vorzugsweise hintereinander entlang einer
gemeinsamen Drehachse angeordnet sind, so dass die an den einander
zugewandten Innenseiten der beiden äußeren Kupplungselemente und
an den entgegengesetzten Außenseiten
des mittleren Kupplungselements angeordneten Kupplungsflächen in
Richtung der Drehachse durch Federkraft elastisch gegeneinander
angepresst werden können.
Eine derartige Anordnung der drei Kupplungselemente, vorzugsweise
auf einer um die Drehachse drehbaren Welle, ermöglicht es, die beiden Kupplungszustände mit
den unterschiedlich hohen Ausrückdrehmomenten
mittels eines in axialer Richtung der Welle beweglichen Schaltgliedes
einzustellen, indem man jeweils ein Paar von Kupplungselementen
mittels des Schaltgliedes drehfest miteinander verbindet, so dass
sich nur die Kupplungsflächen
des anderen Paars beim Erreichen des jeweiligen Ausrückdrehmoments
gegeneinander verdrehen können.
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Um
den weiteren Kupplungszustand einzustellen, in dem die Kupplung
blockiert ist, kann das Schaltglied vorzugsweise eine größere axiale
Erstreckung aufweisen als das mittlere Kupplungselement und so über das
mittlere Kupplungselement verschoben werden, dass es dieses überbrückt und
sich dabei über
beide Paare von Kupplungsflächen
hinweg erstreckt, so dass sämtliche
drei Kupplungselemente drehfest miteinander gekuppelt werden.
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Das
Schaltglied kann zweckmäßig als
Schaltring ausgebildet sein, der sich entlang der äußeren Umfangsflächen der
Kupplungselemente verschieben lässt,
wobei auf der inneren Umfangsfläche
des Schaltrings ausgebildete axiale Keilfedern formschlüssig mit
komplementären
axialen Keilnuten in den Umfangsflächen der jeweiligen Kupplungselemente
im Eingriff stehen. Zur Einstellung der beiden Kupplungszustände mit
den unterschiedlich hohen Ausrückdrehmomenten
werden mittels des Schaltrings jeweils zwei verschiedene Paare von
benachbarten Kupplungselementen formschlüssig miteinander verbunden,
während
zur Einstellung des weiteren Kupplungszustandes, in dem die Kupplung
blockiert oder "abgeschaltet" ist, sämtliche
drei Kupplungselemente formschlüssig
miteinander verbunden werden.
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Alternativ
kann das Schaltglied einen einzelnen größeren Ziehkeil umfassen, der
zu demselben Zweck in einer komplementären Keilnut der Kupplungselemente
verschiebbar ist.
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Grundsätzlich besteht
auch die Möglichkeit, die
zwei Paare von Kupplungsflächen
auf verschiedenen Wellen des Elektrogeräts vorzusehen, indem zum Beispiel
bei einer Schlagbohrmaschine mit Schaltgetriebe das eine Paar von
Kupplungsflächen mit
dem kleine ren Ausrückdrehmoment
in die Bohrspindel integriert und das andere Paar von Kupplungsflächen mit
dem größeren Ausrückdrehmoment auf
einer Vorgelegewelle des Getriebes eingebaut wird. Jedes Paar von
Kupplungsflächen
kann mittels eines Schaltgliedes blockiert werden, wodurch sich zum
einen zwei verschiedene Kupplungszustände mit unterschiedlichen Ausrückdrehmomenten
an den nicht blockierten Kupplungsflächen und darüber hinaus
durch Blockieren beider Paare von Kupplungsflächen ein zusätzlicher
weiterer Kupplungszustand, einstellen lassen, in dem die Kupplung
abgeschaltet ist.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend in zwei Ausführungsbeispielen anhand der
zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 bis 3 Seitenansichten
einer erfindungsgemäßen Kupplung
in verschiedenen Kupplungszuständen;
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4 bis 6 perspektivische
Ansichten der Kupplung in den verschiedenen Kupplungszuständen;
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7 eine
perspektivische Ansicht einer etwas modifizierten Kupplung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die
in der Zeichnung dargestellte schaltbare Rutsch- oder Schleifkupplung 2 für eine Schlagbohrmaschine
(nicht dargestellt) mit 2-Gang-Schaltgetriebe
ist auf einer Welle 4 angeordnet, die einen Teil eines
Antriebsstrangs zwischen einem elektrischen Antriebsmotor (nicht
dargestellt) und einer Bohrspindel (nicht dargestellt) der Schlagbohrmaschine
bildet.
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Die
parallel zur Drehachse des Antriebsmotors bzw. der Bohrspindel ausgerichtete
Welle 4 ist mit ihren beiden entgegengesetzten Stirnenden 6, 8 drehbar
in Wälzlagern
eines Gehäuses
der Schlagbohrmaschine gelagert. Die Welle 4 trägt in der
Nähe ihres
einen Stirnendes 6 zwei hintereinander entlang der Welle 4 angeordnete
Antriebszahnräder 10, 12 mit
Geradverzahnung und unterschiedlichen Durchmessern bzw. unterschiedlicher
Zähnezahl,
die beide durch Aufpressen auf die Welle 4 drehfest mit
der Welle 4 verbunden sind. Von den beiden Antriebszahnrädern 10, 12 kämmt das
größere 12 im
ersten Gang, d.h. bei niedrigerer Drehzahl der Bohrspindel, und
das kleinere im zweiten Gang, d.h. bei höherer Drehzahl der Bohrspindel,
mit einem vom Antriebsmotor angetriebenen Zahnrad (nicht dargestellt)
des Antriebsstrangs, das eine komplementäre Verzahnung aufweist und
sich um eine zur Drehachse 13 der Welle 4 parallele
Drehachse dreht. In der Nähe ihres
anderen Stirnendes 8 trägt
die Welle 4 ein Abtriebszahnrad 14 mit Schrägverzahnung,
das mit einem weiteren die Bohrspindel treibenden schrägverzahnten
Zahnrad im Antriebsstrang der Bohrmaschine kämmt. Das Abtriebszahnrad 14 ist
frei drehbar auf der Welle 4 gelagert und entgegen der
Kraft eines Tellerfederpakets 16 axial auf der Welle 4 verschiebbar.
Das Tellerfederpaket 16 ist zwischen dem Abtriebszahnrad 14 und
dem benachbarten Stirnende 8 der Welle 4 angeordnet
und stützt
sich gegen ein an das Stirnende 8 angrenzendes, frei drehbar
auf der Welle 4 gelagertes axial unverschiebbares Widerlager 18 ab.
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Die
zwischen den beiden Antriebszahnrädern 10, 12 einerseits
und dem Abtriebszahnrad 14 andererseits angeordnete schaltbare
Kupplung 2 umfasst ein erstes, im Wesentlichen ringförmiges Kupplungselement 20,
das an der zum Abtriebszahnrad 14 benachbarten Stirnseite
des größeren Antriebszahnrades 12 angeformt
und dadurch drehfest mit diesem verbunden ist, ein zweites, im Wesentlichen
ringförmiges
Kupplungselement 22, das an der zum größeren Antriebszahnrad 12 benachbarten Stirnseite
des Abtriebszahnrades 14 angeformt und dadurch mit diesem
drehfest verbunden und in Bezug zur Welle 4 frei drehbar
ist, sowie ein drittes im Wesentlichen ringförmiges Kupplungselement 24,
das zwischen den beiden Kupplungselementen 20, 22 frei
drehbar und wie das Abtriebszahnrad 14 und das Kupplungselement 24 entgegen
der Kraft des Tellerfederpakets 16 axial verschiebbar auf
der Welle 4 gelagert ist.
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Das
benachbarte erste und dritte Kupplungselement 20, 24 weisen
einander gegenüberliegende, als
Kupplungsflächen
dienende Stirnflächen 26 auf, die
mit komplementären
Rätschenkonturen
versehen sind, wie am besten in 1 sichtbar
ist, während
die ebenfalls als Kupplungsflächen
dienenden, einander gegenüberliegenden
Stirnflächen 28 des
benachbarten zweiten und dritten Kupplungselements 22, 24 mit
komplementären
Wellenkonturen versehen sind, wie am besten in 2 sichtbar
ist. Durch die unterschiedliche Profilierung der beiden Paare von
Kupplungsflächen 26 bzw. 28 weisen
diese unterschiedliche Ausrückdrehmomente
auf, bei denen die gegenüberliegenden
Kupplungsflächen 26 bzw. 28 beginnen,
sich gegeneinander verdrehen, wenn zum Beispiel die Bohrspindel
mit dem Bohrwerkzeug und damit das Abtriebszahnrad 14 blockiert.
Während
das Wellenprofil eine kleinere Profiltiefe und/oder sanft gerundete
Wellentäler
bzw. Wellenberge aufweist, besitzt das Rätschenprofil eine größere Profiltiefe und/oder
steifere Flanken, so dass das dem jeweiligen Ausrückdrehmoment
entsprechende maximal übertragbare
Drehmoment zwischen den Kupplungsflächen 26 bzw. 28 beim
Rätschenprofil
höher ist
als beim Wellenprofil.
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Die
Kupplung 2 umfasst weiter einen Schaltring 30,
der sich durch Betätigung
eines Schalters auf der Außenseite
des Gehäuses
der Schlagbohrmaschine zwischen dem Antriebszahnrad 12 und
dem Abtriebszahnrad 14 in axialer Richtung entlang der äußeren Umfangsflächen der
drei Kupplungselemente 20, 22, 24 verschieben
lässt.
Die Umfangsflächen besitzen
denselben Durchmesser und sind mit einander entsprechenden axialen
Keilbahnen oder Keilnuten 32 versehen, in die in entsprechenden
Winkelabständen über eine
innere Umfangsfläche
des Schaltrings überstehende
Keilfedern (nicht sichtbar) formschlüssig eingreifen. Die Breite
des Schaltrings 30 ist so an die axiale Länge der
drei Kupplungselemente 20, 22, 24 angepasst,
dass er in einem ersten, in den 1 und 4 dargestellten
Kupplungszustand die beiden gegenüberliegenden Kupplungsflächen 28 des
zweiten und des dritten Kupplungselements 22, 24 überbrückt und
diese letzteren drehfest miteinander verbindet, während die
gegenüberliegenden Kupplungsflächen 26 des
ersten und des dritten Kupplungselements 20, 24 frei
bleiben, so dass sie sich beim Überschreiten
eines durch das Rätschenprofil
und die Anpresskraft des Tellerfederpakets 16 vorgegebenen
ersten Ausrückdrehmoments
gegeneinander verdrehen können.
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In
einem zweiten, in den 2 und 5 dargestellten
Kupplungszustand überbrückt der Schaltring 30 hingegen
die beiden gegenüberliegenden
Kupplungsflächen 26 des
ersten und des dritten Kupplungselements 20, 24,
wodurch diese letzteren drehfest miteinander verbunden werden, während die
gegenüberliegenden
Kupplungsflächen 28 des zweiten
und des dritten Kupplungselements 22, 24 frei
bleiben, so dass sie sich beim Überschreiten
eines durch das Wellenprofil und die Anpresskraft des Tellerfederpakets 16 vorgegebenen
zweiten Ausrückdrehmoments
gegeneinander verdrehen können.
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In
einem dritten, in den 3 und 6 dargestellten
Kupplungszustand überbrückt der
Schaltring 30 beide Paare von gegenüberliegenden Kupplungsflächen 26 und 28,
wodurch die Kupplung 2 durch den Formschluss zwischen dem
Schaltring 30 und den beiden Kupplungselementen 20 und 22 und die
dadurch bewirkte drehfeste Verbindung zwischen dem Abtriebszahnrad 14 und
den Antriebszahnrädern 10, 12 bzw.
der Welle 4 blockiert wird.
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Bei
einer Schlagbohrmaschine mit der oben beschriebenen Kupplung 2 können somit
durch eine entsprechende Verschiebung des Schaltrings 30 unterschiedliche
maximale Drehmomente an der Bohrspindel bzw. am Bohrwerkzeug eingestellt
werden, die sich durch die zusätzliche
Möglichkeit
einer geeigneten Gangwahl mit feiner Abstufung aufeinander abstimmen
lassen. So sind durch die Kombination der drei Einstellmöglichkeiten
des Kupplungszustands und der beiden Einstellmöglichkeiten des Gangs insgesamt
sechs verschiedene Drehmomente wählbar,
zum Beispiel im Kupplungszustand der 2 und 5 mit
maximaler Sicherheit für
den Benutzer im ersten Gang ein Drehmoment von etwa 20 Nm und im
zweiten Gang ein Drehmoment von etwa 12,5 Nm, im Kupplungszustand
der 1 und 4 mit normaler Sicherheit für den Benutzer
im ersten Gang ein Drehmoment von etwa 70 Nm und im zweiten Gang
ein Drehmoment von etwa 30 Nm, sowie im Kupplungszustand der 3 und 6 ohne
jegliche Absicherung für
den Benutzer im ersten bzw. zweiten Gang das jeweilige maximale
Blockiermoment, wobei die angegebenen Werte vom maximalen Drehmoment
des Antriebsmotors und vom jeweiligen Übersetzungsverhältnis des
Getriebes abhängig
sind.
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Die
in 7 dargestellte Kupplung 2 unterscheidet
sich von der zuvor beschriebenen Kupplung 2 dadurch, dass
an Stelle des Schaltrings 30 ein Ziehkeil 36 vorgesehen
ist, der sich von der Außenseite
des Gehäuses
der Schlagbohrmaschine aus in einer axialen Keilnut 38 der
drei Kupplungselemente 20, 22, 24 verschieben
lässt.
Die Länge
des Ziehkeils 36 entspricht der Breite des Schaltrings 30,
so dass ebenfalls die drei in den 1 und 4, 2 und 5 sowie 3 und 6 dargestellten
Kupplungszustände
einstellbar sind.