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Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für eine angetriebene Werkzeugmaschine mit einem sich drehenden Werkzeug. Eine solche Werkzeugmaschine kann insbesondere eine Bohr- oder Schlagbohrmaschine oder einen Bohrhammer mit oder ohne Meißelfunktion umfassen.
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Bei bekannten Werkzeugmaschinen dieser Art, insbesondere bei Bohrhämmern, ragt eine von einer Antriebseinheit der Werkzeugmaschine angetriebene Welle (Motorwelle) mit ihrem vorderen Ende in die Getriebeanordnung und treibt über ein Antriebsritzel eine Zwischenwelle an. So offenbart beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift
DE 196 51 828 A1 einen solchen Bohrhammer, dessen Zwischenwelle parallel zur Bohrwerkzeugachse, jedoch in einem Abstand neben dieser, angeordnet ist. Der Bohrhammer umfasst ferner ein Luftpolsterschlagwerk sowie eine sich in Richtung der Bohrwerkzeugachse hin- und herbewegende Taumeltriebvorrichtung, deren Taumellager bzw. Taumelscheibe auf der rotierend antreibbaren Zwischenwelle gelagert ist.
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Unter der Bezeichnung Taumeltriebvorrichtung wird eine Rotations-/Translationswandler-Vorrichtung verstanden, bei der die Rotationsbewegung eines antriebsseitigen Elements in eine lineare Translationsbewegung eines abtriebsseitigen Elements umgewandelt wird. Hierbei wirkt ein Rotationselement derart auf ein im Folgenden als Taumellager bezeichnetes Taumelelement ein, dass dieses hin- und herkippend angetrieben wird und dabei ein weiteres Element in lineare Translationsbewegung versetzen kann.
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Beispielsweise wird, wie in der
DE 196 51 828 A1 offenbart, eine Translationsbewegung auf einen Schlagbolzen des Luftpolsterschlagwerks übertragen, welches wiederum eine schlagende Bewegung des Werkzeugs bewirkt. Zusätzlich dient die Zwischenwelle dazu, das Antriebsdrehmoment von der angetriebenen Welle auf das Werkzeug zu übertragen. Hierzu umfasst eine Antriebsspindel der Werkzeugmaschine, an der das zu drehende Werkzeug aufgenommen werden kann, eine Bohrhülse, welche mit einem außenseitigen Zahnkranz in Eingriff mit der Außenverzahnung eines auf der Zwischenwelle sitzenden Stirnrades der Zwischenwelle steht.
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Die Baulänge der Getriebeanordnung wird somit wesentlich durch die Länge und die Position des Schlagwerks beeinflusst. So muss sichergestellt werden, dass das Taumellager nicht mit der angetriebenen Welle und/oder dem Stirnrad der Zwischenwelle kollidiert. Der zu diesem Zweck vorzusehende Abstand zwischen der angetriebenen Welle, dem Taumellager und dem Stirnrad der Zwischenwelle führt dazu, dass die Getriebeanordnung insgesamt einen verhältnismäßig großen Bauraum in Anspruch nimmt, ohne dass dieser vollständig ausgenutzt werden kann.
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Demgegenüber besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Getriebeanordnung bereitzustellen, welche eine bessere Ausnutzung des vorhandenen Bauraums ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass eine Getriebeanordnung für eine angetriebene Werkzeugmaschine mit einem sich drehenden Werkzeug vorgeschlagen wird, die eine Antriebsspindel zum Drehantrieb eines Werkzeugs umfasst, einen mit der Antriebsspindel koppelbaren koaxialen Zahnkranz sowie eine Zwischenwelle, welche ein Antriebsdrehmoment von einer angetriebenen Welle auf die Antriebsspindel zu übertragen vermag, wobei die Zwischenwelle ein Zahnrad aufweist, das in Eingriff mit dem koaxialen Zahnkranz der Antriebsspindel steht. Ferner ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung zusätzlich eine Vorgelegewelle mit einem Zahnrad umfasst, das je nach Betriebsart der Werkzeugmaschine in Eingriff mit dem koaxialen Zahnkranz der Antriebsspindel oder außer Eingriff mit dem koaxialen Zahnkranz der Antriebsspindel bringbar ist.
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Durch Vorsehen einer Zwischenwelle sowie einer Vorgelegewelle können beispielsweise eine Taumeltriebvorrichtung und die Drehmomentübertragung über das Stirnrad der Zwischenwelle auf die Antriebsspindel räumlich voneinander getrennt werden, wodurch die gesamte Getriebeanordnung in Richtung der Bohrwerkzeugachse kürzer baut.
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Die angetriebene Welle wird von einer Antriebseinheit, beispielsweise von einem Elektromotor oder einer pneumatischen Antriebseinheit, angetrieben und überträgt ihr Antriebsdrehmoment in üblicher Weise auf die Zwischenwelle der Getriebeanordnung. Die Antriebsspindel dient zum Drehantrieb eines an der Werkzeugmaschine aufnehmbaren Werkzeugs, wobei die Zwischenwelle über einen mit der Antriebsspindel koppelbaren koaxialen Zahnkranz das Antriebsdrehmoment auf die Antriebsspindel zu übertragen vermag. Dadurch, dass die Vorgelegewelle mit ihrem Zahnrad in Eingriff mit dem koaxialen Zahnkranz der Antriebsspindel bringbar ist, kann das Antriebsdrehmoment von der angetriebenen Welle über die Zwischenwelle und den koaxialen Zahnkranz auch auf die Vorgelegewelle übertragen werden. Dadurch, dass das Zahnrad der Vorgelegewelle jedoch auch außer Eingriff mit dem koaxialen Zahnkranz der Antriebsspindel bringbar ist, kann diese Drehmomentübertragung je nach Bedarf unterbrochen werden.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der koaxiale Zahnkranz relativ zu der Antriebsspindel zwischen wenigstens zwei Stellungen verschiebbar auf der Antriebsspindel drehbar gelagert ist. Der verschiebbare koaxiale Zahnkranz dient bei dieser Ausführungsform folglich nicht nur der Drehmomentübertragung, sondern wird auch zum Umschalten zwischen wenigstens zwei Betriebsarten der Werkzeugmaschine genutzt. Dabei wird bei wenigstens einer der wenigstens zwei Betriebsarten die Vorgelegewelle mitangetrieben, während sie bei der wenigstens zweiten der wenigstens zwei Betriebsarten stillsteht.
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Dadurch dass der koaxiale Zahnkranz zum Umschalten zwischen den wenigstens zwei Betriebsarten genutzt wird, ergibt sich eine vergleichsweise einfache Schaltmimik, die ebenfalls Bauraum und Gewicht einsparen kann.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Vorgelegewelle parallel zur Zwischenwelle angeordnet ist.
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Weiterhin kann die Antriebsspindel eine Bohrhülse aufweisen, welche einen Koppelabschnitt umfasst, der mit dem koaxialen Zahnkranz der Antriebsspindel in Eingriff bringbar ist. Ein solcher Koppelabschnitt kann beispielsweise einen koaxialen Flansch mit einer Innenverzahnung oder einer Außenverzahnung umfassen, die mit dem koaxialen Zahnkranz koppelbar ist. In letzterem Fall kann der koaxiale Zahnkranz sowohl einen ersten Abschnitt mit einer Außenverzahnung als auch einen zweiten Abschnitt mit einer Innenverzahnung umfassen. Der erste Abschnitt dient bei dieser speziellen Ausführungsform zur Koppelung mit der Zwischenwelle und der zweite zur Koppelung mit der Bohrhülse.
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Bei einer Ausführungsform, bei der die Antriebsspindel eine Bohrhülse aufweist, kann der koaxiale Zahnkranz ferner auf dem Außenumfang der Bohrhülse relativ verschiebbar zu dem Koppelabschnitt drehbar gelagert sein.
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Weiterhin kann unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Antriebsspindel ein Stellglied vorgesehen sein, das mit einem Betätigungselement verbunden ist und den koaxialen Zahnkranz relativ zu der Antriebsspindel zu verschieben vermag. Das Betätigungselement kann beispielsweise einen Schiebeschalter umfassen, der von einem Bediener manuell zwischen unterschiedlichen Betriebsstellungen verschiebbar ist und infolge seiner Verschiebung das Stellglied ebenfalls in der Weise verschiebt, dass eine Relativverschiebung des koaxialen Zahnkranzes zu der Antriebsspindel erfolgt.
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Bei einer Ausführungsform kann ein Luftpolsterschlagwerk mit einer Taumeltriebvorrichtung vorgesehen sein, wobei die Taumeltriebvorrichtung mit der Vorgelegewelle drehfest verbunden ist und eine Rotationsbewegung der Vorgelegewelle in eine Translationsbewegung umzuwandeln und an das Schlagwerk zu übertragen vermag.
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Insbesondere kann die Taumeltriebvorrichtung ein Taumellager umfassen, das auf der Vorgelegewelle aufgenommen ist.
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Dadurch, dass die Taumeltriebvorrichtung mit dem Taumellager auf der Vorgelegewelle angeordnet ist, können das Stirnrad zur Übertragung des Drehmoments von der Zwischenwelle auf die Antriebsspindel und das Taumellager im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet werden. Hierdurch ist es bereits möglich, in Richtung der Bohrwerkzeugachse Bauraum einzusparen. Weiterhin erfolgt die Drehmomentübertragung nicht von der angetriebenen Welle unmittelbar auf diejenige Welle, auf der die Taumeltriebvorrichtung angeordnet ist, sondern über eine separate Welle, nämlich die Zwischenwelle. Somit kann die Taumeltriebvorrichtung, insbesondere das Taumellager, näher in Richtung zu der Antriebseinheit gebaut werden, da eine Kollision mit der angetriebenen Welle nicht zu befürchten steht.
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Insgesamt wird somit ein gegenüber dem Stand der Technik in der Länge deutlich verringertes Getriebe bereitgestellt, das den verfügbaren Bauraum optimal ausnutzt. Die Getriebeanordnung wird somit kürzer und durch Einsparung von Teilen bei der Schaltmimik auch leichter im Vergleich zum Stand der Technik.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Werkzeugmaschine mit einem sich drehenden Werkzeug, die ferner eine Antriebseinheit zum Antrieb einer angetriebenen Welle sowie eine Getriebeanordnung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen umfasst.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, die schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Merkmale der Erfindung in Kombination miteinander dargestellt. Der Fachmann wird jedoch diese losgelöst voneinander betrachten und gegebenenfalls zu weiteren sinnvollen Unterkombinationen miteinander verbinden können.
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Die Figuren zeigen schematisch:
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1A eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung in einer teilgeschnittenen Seitenansicht;
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1B eine quergeschnittene Ansicht gemäß der Schnittebene B-B der 1A;
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2–4 schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung der 1A und 1B in unterschiedlichen Betriebsarten.
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Die 1A zeigt eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Getriebeanordnung 10 umfasst eine angetriebene Welle 12, welche von einer nicht dargestellten Antriebseinheit angetrieben ist, eine Antriebsspindel 14 sowie eine Zwischenwelle 20 und eine Vorgelegewelle 30. Die Antriebsspindel 14 weist an ihrem freien von der angetriebenen Welle 12 abgewandten Ende 16 eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Werkzeugs, beispielsweise eines Bohrers oder Meißels, auf. Ferner umfasst die Antriebsspindel 14 eine Bohrhülse 18, die diese abschnittsweise umgreift. Die Antriebsspindel 14 erstreckt sich in einer Längsrichtung L, welche mit einer Werkzeugachse (Bohrwerkzeugachse) zusammenfällt.
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Parallel zu der Antriebsspindel 14 erstrecken sich die Zwischenwelle 20 und die Vorgelegewelle 30. Die jeweiligen Drehachsen sind mit dem Bezugszeichen Z für die Drehachse der Zwischenwelle 20 und V für die Drehachse der Vorgelegewelle 30 bezeichnet.
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Die Zwischenwelle 20 dient bei der vorliegenden Getriebeanordnung 10 zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments von der angetriebenen Welle 12 auf die Antriebsspindel 14. Hierzu weist die Zwischenwelle 20 einen ersten Zahnkranz 22 auf, der mit einer Außenverzahnung 12a der angetriebenen Welle 12 in Eingriff steht. Das Antriebsdrehmoment wird über die Außenverzahnung 12a und den ersten Zahnkranz 22 auf die Zwischenwelle 20 übertragen. Die Zwischenwelle 20 weist ferner einen zweiten Zahnkranz 24 auf, der in Eingriff mit einem Zahnkranz 28 steht, welcher koaxial zu der Bohrhülse 18 und der Antriebsspindel 14 an dieser drehbar gelagert ist.
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Der koaxiale Zahnkranz 28 umgreift, wie in der 1A zu erkennen ist, die Bohrhülse 18. Er ist an ihrem Außenumfang drehbar und relativ zu der Bohrhülse 18 in Richtung der Längsachse L verschiebbar (vgl. auch 2 bis 4) gelagert. In der gezeigten Ausführungsform sind insbesondere drei unterschiedliche Stellungen des koaxialen Zahnkranzes 28 gezeigt, durch welche dieser, wie nachfolgend erläutert wird, unterschiedliche Betriebsarten der Getriebeanordnung 10 und einer zugehörigen Werkzeugmaschine vorgeben kann.
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An der Vorgelegewelle 30, welche sich parallel zu der Zwischenwelle 20 erstreckt und mit einem vorgegebenen Abstand zu dieser angeordnet ist (vgl. auch 1B), ist eine Taumeltriebvorrichtung 32 angeordnet. Diese umfasst ein Taumellager 34, welches drehfest mit der Zwischenwelle 20 verbunden ist, sowie ein Verbindungsmittel 36, das in der Art eines Kugelgelenks in einer entsprechenden Aufnahme 38a eines Hubkolbens bzw einer Erregerhülse 38 aufgenommen ist. Die Taumeltriebvorrichtung 32 dient in bekannter Weise dazu, eine Rotationsbewegung der Vorgelegewelle 30 in eine Translationsbewegung T (vgl. 3 und 4) umzuwandeln und diese über eine Luftfeder auf die Erregerhülse 38 zu übertragen.
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Ferner umfasst die Vorgelegewelle 30 einen Zahnkranz 26, der je nach Stellung des koaxialen Zahnkranzes 28 der Bohrhülse 18 in Eingriff mit dem koaxialen Zahnkranz 28 stehen kann oder nicht. Somit kann in wenigstens einer Betriebsart, bei der gezeigten Ausführungsform in zwei Betriebsarten (gezeigt in den 3 und 4), das Antriebsdrehmoment von der angetriebenen Welle 12 über die Zwischenwelle 20 und den koaxialen Zahnkranz 28 auf die Vorgelegewelle 30 übertragen werden.
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Die Getriebeanordnung 10 umfasst schließlich ein Schlagwerk, in der gezeigten Ausführungsform ein Luftpolsterschlagwerk 40, das einen Schlagkolben (nicht dargestellt), einen Döpper (nicht dargestellt) sowie eine Erregerhülse 38 und eine Bohrhülse 42 umfasst, wobei die Erregerhülse 38 innerhalb der Bohrhülse 42 verschiebbar aufgenommen ist und mit dieser einen das Luftpolster aufnehmenden Raum 42a bildet. In bekannter Weise wird innerhalb des Raums 42a mittels der Erregerhülse 38 der Schlagkolben und in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt, welche über den Döpper auf ein in der Werkzeugaufnahme der Antriebsspindel 14 aufgenommene Werkzeug übertragen wird. Wird folglich die Vorgelegewelle 30 über den koaxialen Zahnkranz 28 angetrieben, so wandelt die Taumeltriebvorrichtung 32 diese Drehbewegung in eine translatorische Bewegung T um, welche mit Hilfe des Schlagwerks 40 eine schlagende Bewegung des aufgenommenen Werkzeugs erzeugt.
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Die Getriebeanordnung 10 ist zumindest abschnittsweise in einem Gehäuse G aufgenommen und somit gegen äußere Einflüsse, wie beispielsweise Staub und Verschmutzung, gesichert. Sowohl die Zwischenwelle 20 als auch die Vorgelegewelle 30 sind in üblicher Weise drehbar gelagert und über Befestigungseinrichtungen 44 und 46 an dem Gehäuse G angebracht.
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Anhand der 2 bis 4 werden nun nachfolgend die unterschiedlichen Betriebsarten der Getriebeanordnung 10 und somit einer mit dieser Getriebeanordnung 10 ausgestatteten Werkzeugmaschine erläutert. Die 2 zeigt dabei eine erste Betriebsart (Bohren), bei der das Werkzeug nur in eine rotatorische Bewegung versetzt werden soll. Hierfür nimmt der koaxiale Zahnkranz 28 eine erste Betriebsstellung (Bohrstellung) ein, in der er in Eingriff mit dem Zahnkranz 24 der Zwischenwelle 20 steht und über einen Koppelabschnitt 48 mit der Bohrhülse 18 in drehendem Eingriff verbunden ist. Die Bohrhülse 18 wird in dieser Betriebsart folglich von dem koaxialen Zahnkranz 28 mitgedreht und überträgt diese Drehbewegung in üblicher Weise auf ein in der Werkzeugaufnahme aufgenommenes Werkzeug. Weiterhin steht der koaxiale Zahnkranz 28 in seiner ersten Betriebsstellung außer Eingriff mit dem Zahnkranz 26 der Vorgelegewelle 30, so dass auf diese kein Drehmoment übertragen wird. Die Taumeltriebvorrichtung steht folglich still, so dass das Schlagwerk 40 ebenfalls inaktiv ist.
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Wird nun, wie in der 3 gezeigt, der koaxiale Zahnkranz 28 durch eine Verstellbewegung S1 in seine zweite Betriebsstellung (Hammerbohrstellung) überführt, so bleibt dieser weiterhin in Eingriff mit dem Koppelabschnitt 48 der Bohrhülse 18, so dass das Werkzeug weiterhin eine Drehbewegung ausführt. Zusätzlich gelangt jedoch der koaxiale Zahnkranz 28 in Eingriff mit dem Zahnkranz 26 der Vorgelegewelle 30, wodurch diese in eine Drehbewegung versetzt wird. Infolgedessen wandelt die Taumeltriebvorrichtung 32 die Drehbewegung in eine Translationsbewegung T um und überträgt diese auf das Schlagwerk 40. Das Werkzeug erfährt somit zusätzlich zu einer Drehbewegung noch eine Schlagbewegung (Hammerbohrbetrieb).
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Wird der koaxiale Zahnkranz 28 durch eine zweite Verschiebung S2 entlang der Längsachse L in seine dritte Betriebsstellung (Meißelstellung) bewegt, so gelangt er außer Eingriff mit dem Koppelabschnitt 48, wodurch keine Drehbewegung mehr auf die Bohrhülse 18 übertragen wird. Ein von der Werkzeugaufnahme aufgenommenes Werkzeug wird folglich nicht mehr durch das Drehmoment der angetriebenen Welle 12 mit einer Drehbewegung beaufschlagt. Der koaxiale Zahnkranz 28 verbleibt jedoch in Eingriff mit dem Zahnkranz 26 der Vorgelegewelle 30, so dass über die Taumeltriebvorrichtung 32 und das Schlagwerk 40 weiterhin eine schlagende Bewegung auf ein an der Werkzeugaufnahme aufgenommenes Werkzeug übertragen wird (Hammerbetrieb bzw. Meißelbetrieb).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19651828 A1 [0002, 0004]
