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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine mit einer Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Handwerkzeugmaschine wird insbesondere als ein so genannter Trockenbauschrauber eingesetzt. Mit einem Tro-ckenbauschrauber können Schrauben gleichmäßig tief eingedreht werden. Hierzu weist die Kupplung eine motorseitige Antriebswelle und eine werkstückseitige Abtriebswelle auf, wobei die Kupplung unter Druck auf die Abtriebswelle einkuppelt und in Zusammenarbeit mit einem an der Handwerkzeugmaschine angeordneten Tiefenanschlag auskuppelt. Die zu versenkende Schraube wird mit der Abtriebswelle und einem zum Eingriff in die Schraube notwendigen Aufsatz oder Bit gegen die Wand gedrückt. Aufgrund des Gegendrucks auf die Abtriebswelle kuppelt die Kupplung ein. Die Abtriebswelle wird durch die Antriebswelle angetrieben. Die Schraube wird in die Wand versenkt. Erreicht die Schraube die eingestellte Tiefe, so wird der von der Handwerkzeugmaschine ausgeübte Druck auf die Schraube vom gegen die Wand drückenden Tiefenanschlag aufgenommen. Der Druck auf die Abtriebswelle lässt nach. Die Kupplung kuppelt aus. Die Abtriebswelle wird nicht mehr angetrieben.
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Ein Trockenbauschrauber arbeitet mit hohen Drehzahlen von bis zu 6000/min. Beim Einkupplungsvorgang muss also durch die Kupplung ein sich mit hoher Drehgeschwindigkeit drehendes Antriebsteil mit einem stehenden Abtriebsteil gekuppelt werden. Für einen Trockenbauschrauber sind Kupplungen bekannt, die durch eine Mitnahme kuppeln. Die Kupplung greift dann, wenn die Kupplungsteile einander nahe genug gekommen sind bzw. wenn auf die Kupplungsteile ein genügend hoher Druck ausgeübt wird.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Handwerkzeugmaschine mit einer Kupplung, einer motorseitigen Antriebswelle und einer werkstückseitigen Abtriebswelle, wobei Antriebswelle und Abtriebswelle mittels der bei Druck auf die Abtriebswelle einkuppelnden Kupplung kuppelbar sind.
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Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Kupplung ein Einkupplungshilfsmittel umfasst. Bei nur zögerlichem Druck auf die Abtriebswelle kann schnell und vollständig eingekuppelt werden. Eine unangenehme Geräuschbildung durch das Überrasten oder Aneinanderreiben der Kupplungsteile und ein damit einhergehender hoher Verschleiß können vermieden werden. Dabei wird unter einem Einkupplungshilfsmittel jede Ausgestaltung oder Vorrichtung mechanischer, elektrischer oder magnetischer Art verstanden, die den Einkuppelvorgang zusätzlich zum Druck durch die Abtriebswelle unterstützt und/oder beschleunigt. Beispielsweise kann der Druck auf die Kupplungsteile mechanisch, elektrisch oder magnetisch vergrößert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kupplung eine mit der Antriebswelle in Verbindung stehende erste und eine mit der Abtriebswelle in Verbindung stehende zweite Kupplungshälfte, und die Abtriebswelle ist durch beide Kupplungshälften hindurchgeführt. Die Kupplungshälften sind hierdurch mit wenigen Bauteilen stabil lagerbar. Vorteilhafterweise umfasst die Kupplung ein die Kupplungshälften antreibendes Zahnrad, wobei die Abtriebswelle ebenfalls durch das Zahnrad geführt ist. Zweckmäßigerweise sind beide Kupplungshälften und insbesondere auch das Zahnrad unmittelbar oder mittelbar auf der Abtriebswelle gelagert. Besonders preiswert und langlebig kann die Lagerung der Antriebswelle gehalten sein, wenn die Antriebswelle in zwei Lagern gelagert ist, die in axialer Richtung beidseitig der Kupplung angeordnet sind. Es tritt ein nur kleines Kippmoment auf, wodurch die Abtriebswelle in einfachen Gleitlagern gelagert werden kann.
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Eine besonders stabile und kompakte Kupplung kann erreicht werden, wenn die Kupplung ein Zahnrad aufweist und das Einkupplungshilfsmittel zwischen dem Zahnrad und einer mit der Antriebswelle in Verbindung stehenden ersten Kupplungshälfte angeordnet ist. Das Zahnrad ist hierbei vorteilhafterweise ein die Kupplungshälften antreibendes, mit der Antriebswelle verbundenes Zahnrad.
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Eine kompakte und kostengünstige Kupplung kann erreicht werden, wenn die Kupplung ein mit der Antriebswelle verbundenes Zahnrad aufweist, das relativ zur Abtriebswelle drehbar und um die Abtriebswelle herum angeordnet ist, insbesondere auf der Abtriebswelle gelagert ist.
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Vorteilhafterweise weist die Kupplung eine mit der Antriebswelle in Verbindung stehende erste und eine mit der Abtriebswelle in Verbindung stehende zweite Kupplungshälfte auf, wobei das Einkupplungshilfsmittel bei Druck auf die Abtriebswelle den Abstand der Kupplungshälften zusätzlich verkürzend ausgestaltet ist. Diese Lösung realisiert ein Einkupplungshilfsmittel, welches kostengünstig ist und sich leicht in Handwerkzeugmaschinen herkömmlicher Bauart realisieren lässt.
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Bei einem anfänglichen Einkuppeln kann das Einkupplungshilfsmittel den Kupplungsvorgang unterstützen, indem es die Kupplungshälften aufeinander zu bewegt, beispielsweise zusammenzieht oder ineinanderzieht. Außerdem kann bei Druck auf die Abtriebswelle beispielsweise die Einkupplung durch eine Annäherung der Kupplungshälften elektrisch oder magnetisch ausgelöst werden. Hierbei braucht die Abtriebswelle selbst nicht axial verschiebbar gelagert zu sein.
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Vorteilhafterweise setzt das Einkupplungshilfsmittel eine Drehbewegung in eine translatorische Bewegung um. Eine Differenz einer Rotationsbewegung der beiden Wellen kann in eine Kupplungsbewegung der Kupplung bzw. eine Annäherungsbewegung der beiden Kupplungshälften umgesetzt werden.
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In einer bevorzugten mechanischen Ausgestaltung ist die Abtriebswelle und mit ihr die zweite Kupplungshälfte axial verschiebbar gelagert. Die axial verschiebbare Abtriebswelle bewegt bei Druck auf diese die zweite Kupplungshälfte auf die erste zu. Das Einkupplungshilfsmittel bewirkt nun zusätzlich zu der Verschiebung durch die Abtriebswelle eine Verkürzung des Abstands der Kupplungshälften. Damit folgt der Einkuppelvorgang nicht mehr ausschließlich der Bewegung der Abtriebswelle, sondern die Kupplungsteile bewegen sich rascher aufeinander zu. Es wird' rascher und auch bereits bei zögerlichem Druck auf die Abtriebswelle eingekuppelt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kupplung eine mit der Antriebswelle in Verbindung stehende erste Kupplungshälfte und eine mit der Abtriebswelle in Verbindung stehende zweite Kupplungshälfte, wobei beim Einkuppeln eine anfängliche Drehmitnahme der zweiten Kupplungshälfte durch die erste Kupplungshälfte zu einem vollständigen Einkuppeln führt. Ein Einkupplungsvorgang kann zuverlässig und unabhängig von der Geometrie sich berührender Elemente der beiden Kupplungshälften erreicht werden.
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Zweckmäßigerweise weist die Kupplung eine mit der Antriebswelle in Verbindung stehende erste und eine mit der Abtriebswelle in Verbindung stehende zweite Kupplungshälfte auf, wobei als Einkupplungshilfsmittel mindestens eine der Kupplungshälften in ihrem Lager in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist und mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Rampenkontur eines Gegenstücks oder Getriebestücks der Antriebs- bzw. Abtriebswelle in Eingriff steht. In dieser Ausgestaltung bewegt sich die derart gelagerte Kupplungshälfte mit der Abtriebs- bzw. Antriebswelle. Dabei ist die Kupplungshälfte in einer Rampenkontur des Gegen- oder Getriebestücks in Eingriff. Durch die in Umfangsrichtung verlaufende Rampenkontur wird eine Relativdrehung der Kupplungshälfte zu der Antriebs- bzw. Abtriebswelle zugelassen. Wird die Kupplungshälfte relativ zu der Antriebs- bzw. Abtriebswelle gedreht, so läuft sie auf dem Gegen- oder Getriebestück entlang der Rampenkontur. Durch die Rampe wird hierdurch die Kupplungshälfte gegenüber dem Gegen- oder Getriebestück axial verschoben. Die Rampenkontur bewirkt eine zusätzliche Verkürzung des Abstands der Kupplungshälften, sobald eine Relativdrehung der derart gelagerten Kupplungshälfte gegenüber dem Gegen- oder Getriebestück auftritt. Diese Lösung ist einfach und mechanisch leicht zu verwirklichen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung steht die mindestens eine Kupplungshälfte mit drei Rampenkonturen des Gegen- oder Getriebestücks in Eingriff. Auf diese Weise kann die Kupplungshälfte an drei Punkten geführt sein, wodurch ein Wackeln der Kupplungshälfte, insbesondere beim Einkuppeln, gegenüber dem Gegen- oder Getriebestück vermieden ist.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn die mindestens eine Kupplungshälfte ebenfalls eine Anzahl von Rampenkonturen aufweist, so dass Kupplungshälfte und Gegen- oder Getriebestück gegenseitig über Rampenkonturen in Eingriff stehen. Diese Ausgestaltung ist besonders sicher und stabil.
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Vorteilhafterweise treibt die Antriebswelle als Getriebestück ein Zahnrad an, auf welchem über die mindestens eine Rampenkontur in Eingriff stehend die erste Kupplungshälfte axial verschiebbar gelagert ist. Dies ermöglicht eine sichere Lagerung der ersten Kupplungshälfte und nimmt Rücksicht auf bestehende Bauverhältnisse von Handwerkzeugmaschinen. über das angetriebene Zahnrad wird das gewünschte Übersetzungsverhältnis hinsichtlich des Antriebsmotors eingestellt.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Rampenkontur Bereiche verschiedener Steigung. Hierdurch kann ganz spezifisch geforderten Bedingungen für die Handwerkzeugmaschine Rechnung getragen werden. Beispielsweise kann über eine ansteigende Steigung entlang der Rampenkontur der Einkuppelvorgang sanft eingeleitet und letztendlich - am Ende der Rampenkontur mit hoher Steigung - rasch und stabil mit einem schnellen Einkuppeln abgeschlossen werden.
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Eine kostengünstige Herstellung der Kupplung kann erreicht werden, wenn die beiden Kupplungshälften identisch ausgestaltet sind.
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Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Erfindung nicht auf ein mechanisches Einkupplungshilfsmittel beschränkt. Vorteilhafterweise kann das Einkupplungshilfsmittel auch elektromechanisch ausgestaltet sein.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
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Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 in teilweise geöffneter Darstellung einen Trockenbauschrauber mit einer Kupplung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle,
- 2 in einem Schnitt die Kupplung des Trockenbauschraubers gemäß 1 in ausgekuppeltem Zustand,
- 3 die Kupplung aus 2 in eingekuppeltem Zustand,
- 4 ein von der Antriebswelle angetriebenes Zahnrad zur Aufnahme der ersten Kupplungshälfte in perspektivischer Darstellung und
- 5 die erste Kupplungshälfte in perspektivischer Darstellung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt in teilweise geöffneter Darstellung einen Trockenbauschrauber 10. Zur Illustration des Aufbaus ist dabei der Gerätekopf 12 geöffnet dargestellt. Vom restlichen Gerät ist das äußere Gehäuse 14 mit einem Handgriff 16 sowie einem Betätigungselement 18 gezeigt. In dem geöffneten Gerätekopf 12 sind die vom unter dem Gehäuse 14 liegenden und nicht sichtbaren Motor angetriebene Antriebswelle 20 und die mehrfach gelagerte Abtriebswelle 22 zu erkennen. Die Antriebswelle 20 treibt ein Zahnrad 24 an, das teilweise geschnitten und teilweise perspektivisch dargestellt ist. Antriebswelle 20 und Zahnrad 24 bilden ein Getriebe.
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Zwischen dem Zahnrad 24 und der Abtriebswelle 22 ist eine Kupplung 26 angeordnet, welche bei Druck auf die Abtriebswelle 22 die Antriebswelle 20 und die Abtriebswelle 22 miteinander kuppelt. Hierzu weist die Kupplung 26 eine erste Kupplungshälfte 28 und eine zweite Kupplungshälfte 30 auf. Beide Kupplungshälften 28, 30 sind identisch geformt. Die erste Kupplungshälfte 28 steht - als Einkupplungshilfsmittel relativ zum Zahnrad 24 axial und tangential verschiebbar - mit dem Zahnrad 24 in Eingriff. Die zweite Kupplungshälfte 30 ist mit der Abtriebswelle 22 kraftschlüssig verbunden. Die Abtriebswelle 22 und die zweite Kupplungshälfte 30 sind im Trockenbauschrauber 10 gemeinsam axial verschiebbar gelagert. Die Abtriebswelle 22 ist in zwei Lagern 31 gelagert, die in einer Axialrichtung 38 beidseitig der Kupplung 26 angeordnet sind, ein Lager 31 ist somit in Axialrichtung 38 vor und ein Lager 31 hinter der Kupplung 26 angeordnet. Durch diese Lagerung der Abtriebswelle 22 außerhalb der Kupplung 26 tritt ein nur kleines Kippmoment auf die Abtriebswelle 22 auf, wodurch auf Kugellager verzichtet werden kann und die Lager 31 als einfache Gleitlager ausgestaltet sind.
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Ein auf die Abtriebswelle 22 bei Versenken einer Schraube ausgeübter Druck wird mittels eines mechanischen Federelements 32 aufgenommen, welches zwischen den beiden Kupplungshälften 28 und 30 eingespannt ist.
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Bei Druck auf die Abtriebswelle 22 nähert sich die zweite Kupplungshälfte 30 der ersten Kupplungshälfte 28. Bei Berührung der beiden Kupplungshälften 28 und 30 erhält die erste Kupplungshälfte 28 gegenüber dem Zahnrad 24 eine Relativdrehung, die über eine in 1 nicht sichtbare Rampenkontur zu einer Bewegung der ersten Kupplungshälfte 28 auf die zweite Kupplungshälfte 30 hin führt. Aufgrund der zusätzlichen Bewegung der ersten Kupplungshälfte 28 führt auch ein zögerlicher Druck auf die Abtriebswelle 22 zu keinem Problem. Die Kupplung 26 kuppelt rasch und ohne Überrasten ein.
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Zum weiteren Verständnis der Funktionsweise der Kupplung 26 ist diese in den 2 und 3 in einem größeren Maßstab und detailliert dargestellt. Dabei ist die Kupplung 26 in 2 in ausgekuppeltem Zustand dargestellt. Man erkennt deutlich die beiden Kupplungshälften 28 und 30, die über das Federelement 32 voneinander beabstandet sind. Das Federelement 32 nimmt gleichzeitig den Druck der Abtriebswelle 22 auf und bewegt diese bei nachlassendem Druck, insbesondere wenn bei Erreichen der eingestellten Schraubtiefe der Druck des Handwerkers von einem Tiefenanschlag des Trockenbauschraubers aufgenommen wird, wieder in die Ausgangsstellung in Axialrichtung 38 nach vorn in Richtung zu einem Werkstück.
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Das Zahnrad 24, welches die erste Kupplungshälfte 28 trägt, ist gegenüber der Abtriebswelle 22 frei drehbar in einem Zahnradlager 40 gelagert. Man erkennt dies an einem Spalt 42 zwischen dem Zahnrad 24 und der Abtriebswelle 22. Über Zähne 44, die entlang des Umfangs diagonal verlaufen, wird das Zahnrad 24 von der Antriebswelle 20 angetrieben. Die erste Kupplungshälfte 28 ist in gewissem Umfang drehbar auf dem Zahnrad 24 gelagert. Hierzu steht die erste Kupplungshälfte 28 über eine Erhebung 46, die perspektivisch in 4 dargestellt ist, mit dem Zahnrad 24 in Eingriff. Dieser Eingriff erlaubt weiter eine axiale Verschiebung der ersten Kupplungshälfte 28 in Axialrichtung 38 zum Werkstück. Über Kupplungszähne 50 kuppelt die erste Kupplungshälfte 28 mit der zweiten Kupplungshälfte 30. Die zweite Kupplungshälfte 30 ist kraftschlüssig mit einem Gegenstück 52 verbunden, welches seinerseits fest mit der Abtriebswelle 22 verbunden ist.
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Im ausgekuppelten Zustand dreht sich die erste Kupplungshälfte 28 mit dem von der Antriebswelle 20 angetriebenen Zahnrad 24. Die Abtriebswelle 22 - und damit die zweite Kupplungshälfte 30 - steht still. Bewegt sich die Abtriebswelle 22 und mit dieser die zweite Kupplungshälfte 30 nun durch Druck des Handwerkers auf die einzudrehende Schraube auf die erste Kupplungshälfte 28 zu, so wird ein Zustand erreicht, in dem die zweite Kupplungshälfte 30 über die Kupplungszähne 50 von der ersten Kupplungshälfte 28 mitgenommen wird. Gleichzeitig dreht sich dadurch die erste Kupplungshälfte 28 relativ zu dem Zahnrad 24. Über eine Rampenkontur 60, 64 (4, 5) wird hierdurch die erste Kupplungshälfte 28 zusätzlich auf die zweite Kupplungshälfte 30 zu bewegt. Die Kupplung 26 kuppelt ein. Die Kupplungszähne 50 greifen ineinander.
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3 zeigt nun die Kupplung 26 in eingekuppeltem Zustand. Im Gegensatz zu 2 ist sichtbar, dass die erste Kupplungshälfte 28 gegenüber dem Zahnrad 24 nach vorn verschoben ist. Dies erkennt man an einem Axialspalt 54. Das Zahnrad 24 und die Kupplungshälften 28 und 30 sind gegenüber 2 weitergedreht. Es ist nun eine Erhöhung 56 der ersten Kupplungshälfte 28 sichtbar, die in eine Ausnehmung 58 des Zahnrads 24 eingreift. Eine hintere Kante der Ausnehmung 58 ist als Rampenkontur 60 ausgebildet. Auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Kupplungshälfte 28 ist in Draufsicht die Kante einer Rampenkontur 64 zu finden. Die erste Kupplungshälfte 28 und das Zahnrad 24 stehen wechselseitig jeweils über Rampenkonturen 60, 64 in Eingriff.
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Wie das Zahnrad 24 im Detail ausgebildet ist, ist der dreidimensionalen Darstellung gemäß 4 zu entnehmen. Die diagonal verlaufenden Zähne 44 sind deutlich sichtbar. Das Zahnrad 24 weist auf der der ersten Kupplungshälfte 28 zugewandten Seite insgesamt drei keilförmige Erhebungen 46 auf, die jeweils von Ausnehmungen 58 voneinander getrennt sind. Die Ausnehmungen 58 weisen in Umfangsrichtung auf beiden Seiten eine Rampenkontur 60 auf.
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Eine detaillierte dreidimensionale Darstellung der ersten Kupplungshälfte 28 zeigt 5. Die erste Kupplungshälfte 28 weist auf der dem Zahnrad 24 zugewandten Seite ebenfalls insgesamt drei Ausnehmungen 62 auf, die jeweils durch eine Erhöhung 56 voneinander beabstandet sind. Die drei Ausnehmungen 62 weisen ebenfalls - in Umfangsrichtung betrachtet - auf beiden Seiten eine Rampenkontur 64 auf. Auf der gegenüberliegenden Seite weist die erste Kupplungshälfte 28 weiter drei Kupplungszähne 50 auf. Die gezeigte Ausgestaltung der ersten Kupplungshälfte 28 kann auch identisch als zweite Kupplungshälfte 30 eingesetzt werden. Dabei greifen die beiden gleich gefertigten Kupplungshälften 28 und 30 über die Kupplungszähne 50 ineinander.
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Liegen die erste Kupplungshälfte 28 und das Zahnrad 24 aufeinander, so greifen die Erhebungen 46 und die Erhöhungen 56 des Zahnrads 24 bzw. der ersten Kupplungshälfte 28 wechselseitig in die Ausnehmungen 62 und 58 der ersten Kupplungshälfte 28 bzw. des Zahnrads 24. Bei einer Relativbewegung zwischen dem Zahnrad 24 und der ersten Kupplungshälfte 28 bewegen sich beide aufgrund der Rampenkonturen 60 und 64 voneinander weg. Die Begrenzung der Ausnehmungen 62 und 58 dient dabei als Endanschlag.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Trockenbauschrauber
- 12
- Gerätekopf
- 14
- Gehäuse
- 16
- Handgriff
- 18
- Betätigungselement
- 20
- Antriebswelle
- 22
- Abtriebswelle
- 24
- Zahnrad
- 26
- Kupplung
- 28
- Kupplungshälfte
- 30
- Kupplungshälfte
- 31
- Lager
- 32
- Federelement
- 38
- Axialrichtung
- 40
- Zahnradlager
- 42
- Spalt
- 44
- Zahn
- 46
- Erhebung
- 50
- Kupplungszahn
- 52
- Gegenstück
- 54
- Axialspalt
- 56
- Erhöhung
- 58
- Ausnehmung
- 60
- Rampenkontur
- 62
- Ausnehmung
- 64
- Rampenkontur
