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Die Erfindung betrifft ein als Zange
oder Schere ausgebildetes Werkzeug mit ersten und zweiten Wirkelementen,
welche über
ein oder mehrere Dreh- und Verbindungselemente eine schwenkbewegliche
Verbindung bilden. Die so entstehende Verbindung zeichnet sich durch
höchste
Bewegungsgüte
und Verschleißfestigkeit
aus und weist hohe Stabilität
gegen Querkräfte
auf.
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Bei der Herstellung von Zangen und
Scheren werden verschiedene Gelenkarten unterschieden. Die drei
wichtigsten sind das aufgelegte, das eingelegte und das durchgesteckte
Gelenk. Der Begriff Gewerbe ist anstelle des Begriffs Gelenk bei
Zangen ebenfalls üblich.
Alle Gelenkarten haben charakteristische Besonderheiten und voneinander
abweichende Gebrauchseigenschaften, denen gleichzeitig deutliche
Unterschiede bei den Fertigungskosten zugeordnet werden müssen.
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Grundsätzlich sind bei der auf- und
eingelegten Zange die beiden Flachseiten der das Gewerbe bildenden
Gleitflächen
einander zugekehrt und die beiden Zangenteile werden üblicherweise über Nieten,
in selteneren Fällen über Schrauben,
miteinander schwenkbeweglich verbunden, wobei die Niet- oder Schraubenachse
den Drehpunkt zwischen Hand- und Wirkseite einer Zange oder Schere
darstellen. Der durchgesteckte Gelenktyp zeichnet sich vor allem
dadurch aus, dass der durchgesteckte Zangen- oder Scherenschenkel
im Gewerbebereich von beiden Seiten vom anderen Schenkel umschlossen wird,
der Drehachsenbolzen die Scher- und Querkräfte also auf zwei Lagerstellen
verteilt und somit die Lebensdauer und die Funktion der Werkzeuge über lange
Zeiträume
sichert.
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Von der Passgenauigkeit der Gleit-
und Führungsflächen, ihrer
Oberflächengüte und -gestaltung, sowie
der Qualität
der Gelenkverbindung sind die Qualität und die Gebrauchseigenschaften
des jeweiligen Zangengelenkes abhängig. Neben der Gängigkeit
von handbetätigten
Zangen oder Scheren ist vor allem die Gelenkstabilität ein entscheidendes
Qualitätsmerkmal.
Die Hauptbeanspruchung von Zangen- und Scherengelenken liegt in
Kräften,
die zum einen senkrecht und zum anderen quer zur Gelenkachse wirken,
wobei je nach Zangentyp alle Kombinationsrichtungen rund um den
Teilkreis denkbar und wirksam sind. Diese kombinierte Beanspruchung
der Zangen- und Scherengelenke führt
zwangsläufig zum
Verschleiß in
der Gelenkverbindung und beeinträchtigt
die Funktion der Zange entsprechend der fortschreitenden
Abnutzung und Deformation.
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Die Nachteile auf- und eingelegter
Gewerbe bei der Gängigkeit
und Verschleißfestigkeit
sind bekannt und eine Vielzahl technischer Lösungen zielen auf die Verbesserung
der Gängigkeit
bei gleichzeitiger Stabilisierung der Gelenkverbindung durch Gleitbuchsen
und -scheiben, durch die Kombination derartiger Funktionen, gepaart
mit einer Schraubverbindung, um Zangen oder Scheren auf diesem Wege
in ihrer Einstellbarkeit und ihrer Widerstandsfähigkeit gegen die genannten
Scher- und Querkräfte
besser auszustatten. Die in dem
US-Patent 2.611.288 und die in der
deutschen Patentschrift Nr. 924434 dargelegten Lösungen sind als Beispiele für Lösungen mit dem
Ziel einer besseren Gelenkstabilität zu werten. Diese und ähnliche
Lösungen
versuchen, die Eigenschaften der dritten Gelenkart, des durchgesteckten Zangen-
oder Scherengewerbes, über
entsprechende Modifikationen zu realisieren. Dies wird vor allem deshalb
angestrebt, weil ein durchgestecktes Gewerbe die vorher beschriebenen
Nachteile in Bezug auf Gängigkeit
und Gelenkstabilität
am wenigsten aufweist und somit eine hohe Lebensdauer der so gefertigten
Werkzeuge sichert. Trotzdem bleibt auch dieser Gelenktyp in Bezug
auf Gängigkeit
unvollkommen und es ist ein hoher Fertigungs- und Kostenaufwand
zu treiben, um gut gehende Zangen herzustellen. Insbesondere müssen qualitativ
hochwertige Zangen mit durchgestecktem Gewerbe manuell von hockqualifizierten
Arbeitskräften
gerichtet werden.
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Eine weitere Entwicklungsrichtung
zur Verbesserung der Zangenund Scherenfunktion, insbesondere für die Verbesserung
der Gängigkeit,
aber auch der Stabiliät
der Gelenkverbindung, wird in der deutschen Patentschrift
DE 2826021 dargestellt.
Hier wird die Gängigkeit
der Gelenkverbindung durch eine Lösung unter Einsatz eines über Federringe
bzw. über
eine Schraubverbindung einstellbaren Axialwälzlagers realisiert. Die Wahl
des Verbindungselementes als Kombination Schraube – Mutter
sichert eine gute, einstellbare Gängigkeit der so gefertigten Werkzeuge;
es wird aber auch der relativ hohe Fertigungs- und Montageaufwand
und der damit verbundene hohe Kostenaufwand, vor allem bei der Montage,
deutlich.
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Ein weiterer allgemein festzustellender Nachteil
ist die Variantenvielfalt von Zangen und Scheren. Dies trifft insbesondere
für die
für Zangen übliche DIN-
bzw. ISO-Normung zu und zeigt sich vor allem in der großen Anzahl
von Gewerbedurchmessern, unterschiedlichsten, oft widersinnigen
Grifflängen
und damit verbunden nicht optimalen Kräfteverhältnissen zwischen der Hand-
und der Wirkseite dieser Werkzeuge. Diese nachteilige Situation
ist weiterhin gekennzeichnet durch schlechte, nicht den Gegebenheiten
der menschlichen Hand entsprechenden Ergonomie; sie ist weiterhin
gekennzeichnet durch Verletzungsgefahren durch Klemmen und Quetschen der
Arbeitshand durch schlechte Gestaltung der Handseite an Zangen und
Scheren. Die Variantenvielfalt führt
außerdem
unweigerlich zu hohen Werkzeugkosten bei der Fertigung der notwendigen Schmiedegesenke,
Abgratschnitte, Fräswerkzeuge für den Schloss
und Gewerbebereich und nicht zuletzt für die Werkzeuge zur Herstellung
der Wirkelemente.
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Die
US-Patentschrift
4.934.222 greift
die Problematik einer ergonomischen Handhaltung in Bezug auf die
Wirkstelle auf (ähnliche
Lösungen
sind bei Wasserpumpenzangen zu beobachten). Hier wird durch die
Abwinkelung von Hand- zu Wirkseite der Ergonomie der menschlichen
Hand Rechnung getragen. Da aber zwei verschiedene Schmiederohlinge erforderlich
sind, wurden aus Kostengründen
derartige Lösungen
nur in Ausnahmefällen
realisiert. Eine weitere Lösung
dieses Problems wird in der
DE
82 35 455 U1 beschrieben, wobei hier die Arbeitslage der Wirkstelle
und ihre Funktion (Schneiden von Flachbandkabel) die abgewinkelte
Werkzeugform bestimmt. Beide Lösungen
verhindern eine Verletzung durch Quetschen und Klemmen der Arbeitshand nicht,
weil die beiden Zangenschenkel der Handseite offen aufeinander zubewegt
werden können.
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Diesem Nachteil begegnen andere Lösungen dadurch,
dass beide Zangen- oder Scherenschenkel ergonomisch geformte Griffe
mit Abgleitschutz für
die Arbeitshand aufweisen (vgl. Katalog 115 ERDI' der Firma Keller&Kalmbach München); auch die Möglichkeit
des Wechselns der Griffhüllen
je nach Einsatzfall der Zangen und Scheren, wie in dem
E 299 13 515 U1 vorgestellt,
ist ein Weg zu größerer Handhabungssicherheit.
Trotzdem bleibt auch bei derartigen, letztlich offenen Wirkmechanismen
die Verletzungsgefahr bestehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
ein als Zange oder Schere ausgebildetes Werkzeug zu entwickeln,
bei dem die Gelenkverbindung in Bezug auf Gängigkeit und Gelenkstabilität optimal
gestaltet ist. Des weiteren sollen auf der Hand- bzw. Griffseite
der Zangen und Scheren ergonomisch und anatomisch optimale, ermüdungsarme
Arbeitshaltungen ermöglicht
werden und es soll keine Verletzungsgefahr an der Arbeitshand bestehen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die
im Patentanspruch 1 aufgeführten
Merkmale gelöst.
Die Unteransprüche 2 und 3 betreffen
bevorzugte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Werkzeugs.
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Erfindungsgemäß können aufbauend auf einem für alle Zangen
weitgehend gleichen äußeren Schenkel
verschiedenste Funktionen für
Zangen und Scheren realisiert und über die Gestaltung der Zangengelenke
und ihre kinematischen Ketten unterschiedlichste Zangentypen optimal
gestaltet werden. Dadurch können
sowohl die klassische Zange oder Schere mit sich kreuzenden Wirkstellen,
als auch weitere hebelübersetzte
Zangen- oder Scherentypen realisiert werden, gleichzeitig wird dabei
die Variantenvielfalt über
eine Verstärkung
der Handkräfte
reduziert. Während
ein erster Zangentyp mit einfacher Hebelübersetzung für feinfühliges Arbeiten
ausgelegt wird, sind die höher
hebelübersetzten
Zangen oder Scheren für
Zangenfunktionen mit höherem
Kraftbedarf an der Wirkstelle vorgesehen.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile
bestehen insbesondere darin, dass durch den Einsatz von Radialwälzlagern
das Aneinanderliegen bzw. Aufeinanderliegen der Gewerbeflächen ausgeschlossen
ist. Die Anordnung der Radialwälzlager
als Dreh- und Verbindungselement zur Fixierung der beiden Wirkelemente
garantiert eine völlig
freie Bewegung zueinander und erreicht somit die höchstmögliche Gängigkeit,
die zur Zeit technisch möglich
ist. Die Anordnung des äußeren Griffschenkels
zum inneren Griffschenkel in der Art, dass diese beiden Griffelemente
beim Gebrauch der Zangen oder Scheren ineinander aufgenommen werden,
sichern ein unfallfreies Arbeiten, ohne dass die Gefahr des Klemmens oder
Quetschens von Fingern oder Händen
besteht. Die Abwinkelung der Handseite gegenüber der Wirkseite der Zangen
oder Scheren bewirkt freie Sicht auf das Arbeitsfeld und unterstützt durch
seine damit verbundene ergonomische konstruktive Gestaltung der
Zangen und Scheren eine günstige
Arbeitshaltung der Hand ohne anatomische Beeinträchtigungen, was zu einem ermüdungsarmen
Arbeiten beiträgt.
Das auswechselbare Griffelement im äußeren Griffschenkel aus verschiedenen
Materialien gepaart mit unterschiedlichen Oberflächen und/oder Materialien ermöglichen
die Realisierung anforderungsgerechter Grifffunktionen entsprechend dem
jeweiligen Einsatzzweck der Zangen oder Scheren. Die Griffweite
vom äußeren zum
inneren Schenkel von 48 bis 52 mm ist, bezogen auf die Durchschnittshand,
ergonomisch optimal und gewährleistet dadurch
maximale direkte Krafteinleitung in das jeweilige Getriebesystem
der Zangen oder Scheren. Die in diesem Zusammenhang stehenden Öffnungsweiten
und Wirkwinkel an der Wirkstelle der Zangen und Scheren sind von
der jeweils gewählten
kinematischen Kette abhängig.
Das Zeigefingerelement an der Innenseite des inneren Griffschenkels
garantiert über
die Zeigefingerfunktion ein feinfühliges Arbeiten. Der Abgleitschutz
unterhalb des Zeigefingerbereiches der Arbeitshand an der Außenseite
des inneren Griffschenkels in Verbindung mit der völlig homogenen
Gestaltung des äußeren Griffschenkels
dient dazu, dass derartige Zangen und Scheren sowohl von Links-
als auch Rechtshändern
ohne Einschränkung
genutzt werden können.
Wenn es wegen der Sicht auf die Wirkstelle Forderungen von Links-
oder Rechtshändern
nach Unterschiedlichkeit gibt, dann werden diese über eine
entsprechende Gestaltung der Wirkelemente realisiert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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- 1 eine
knie- und winkelhebelübersetzte
Zange mit einem Radiallager als Zangengelenk, einer kreisbogenförmig arbeitenden
Wirkstelle und der dazugehörigen
Kinematik;
- 2 eine knie- und
winkelhebelübersetzte
Zange mit zwei Radiallagern als Zangengelenk, einer parallel arbeitenden
Wirkstelle und der dazugehörigen
Kinematik;
- 3 eine einfach hebelübersetzte
Zange mit einem Radiallager als Zangengelenk;
- 4 Darstellung der
Zeigefingerfunktion und Ansicht der Zange im geöffneten Zustand;
- 5 Darstellung der
Zange in Endstellung und damit in geschlossenem Zustand.
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Die in 1, 2 und 3 dargestellten Zangen umfassen ein erstes
Wirkelement (1), ein zweites Wirkelement (2) sowie
ein oder mehrere Dreh- und Verbindungselemente (3) (in 2 finden zwei Dreh- und
Verbindungselemente Anwendung). Diese Dreh- und Verbindungselemente
sind als Radialwälzlager
ausgeführt.
Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen
finden modifizierte Radialrillenkugellager Verwendung.
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Die in 1 bis 5 vorgestellten Ausführungsbeispiele
umfassen weiterhin einen inneren (5) sowie einen äußeren Griffschenkel
(4), welche so gestaltet sind, dass der äußere Griffschenkel
(4) den inneren Griffschenkel (5) in sich aufnimmt
und dabei insbesondere der innere Griffschenkel (5) vielfältige Funktionen
realisiert. Diese bestehen im Einzelnen darin, dass der innere Griffschenkel
(5) bei den, entsprechend 1 und 2 knie- und winkelhebelübersetzten
Kraftzangen Koppelfunktionen in der kinematischen Kette übernimmt,
dass über
das Zeigefingerelement (8) feinfühliges Arbeiten bei allen Zangen ermöglicht wird,
und dass durch die Anordnung des Abgleitschutzes (9) am
inneren Griffschenkel (5) die Zangen für den links- und rechtshändigen Gebrauch geeignet
sind. Als besonderer Vorzug wird hervorgehoben, dass der äußere Griffschenkel
(4) für
alle Zangentypen entsprechend 1 bis 3 die gleichen Ausgangsmaße besitzt.
Somit ist sichergestellt, dass für
eine Vielzahl von Zangensortimenten der gleiche Grundaufbau Anwendung
finden kann, was dazu führt,
dass die Werkzeug- und Fertigungskosten schon in der Entwicklungsphase
minimiert werden. Des weiteren ist die Funktion des äußeren Griffschenkels
(4) bei allen Zangentypen durch das wechselbare Griffelement
(7) gekennzeichnet, welches ebenfalls einen Beitrag zur
Vereinheitlichung der Zangensortimente leistet und gleichzeitig
vielfältige funktionelle
Aufgaben übernimmt.
Das auswechselbare Griffelement (7) ist entsprechend der
Funktion und der Arbeitsaufgabe aus unterschiedlichen Materialien
gefertigt und umfasst entsprechende unterschiedliche Oberflächengestaltungen.
Eine Unterstützung
der Wirkungsweise und der Handhabung der Zangen durch eine Öffnungsfeder
und eine Arretierung der Zangen im geschlossenen Zustand ist möglich, in
den Figuren aber nicht dargestellt.
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1 zeigt
eine knie- und winkelhebelübersetzte
Zange mit einem Radialrillenkugellager, einer kreisbogenförmig arbeitenden
Wirkstelle und die dazugehörige
kinematische Kette. Es wird deutlich, dass neben dem Koppelelement
(6) der innere Griffschenkel (5) ebenfalls Koppelfunktion
besitzt und die beiden Wirkelemente (1),(2), über das
eingesetzte Radialrillenkugellager verbunden werden.
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Das zweite Wirkelement (2)
weist im Bereich des Drehpunktes einen Lagerzapfen für den Innenring
des Radialrillenkugellagers auf. Das erste (1) und zweite Wirkelement
(2) werden über
das Dreh- und Verbindungselement (3) fest miteinander über eine
Press- oder Klebeverbindung gefügt.
Diese Verbindung erfolgt in Achsrichtung des Lagerzapfens des zweiten
Wirkelementes (2), an dessen unterem Ende eine Ringstruktur
dafür sorgt,
dass nur der Innenring des Radialrillenkugellagers fest anliegt,
während
der Bereich des Außenrings
und damit die erste Wirkstelle (1) völlig ohne Berührung und
damit freilaufend gegeneinander bewegt werden kann.
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Danach erfolgt die Montage der Gesamtbaugruppe über den
seitlich überstehenden
Außenring des
Dreh- und Verbindungselementes (3) in der Drehachse der äußeren Griffschenkelhälfte und
einer dort vorgesehenen Freimachung für den überstehenden Außenring
des Radialrillenkugellagers. Am Boden der Freimachung ist ebenfalls
eine Ringstruktur so gestaltet, dass nur der Außenring bis auf Anschlag eingepresst
bzw. eingeklebt werden kann. Der Innenringbereich bleibt analog der
Zapfenseite für
den Außenring
frei. Diese Art der Montage sichert die volle Ausnutzung der eingesetzten
Lagerparameter hinsichtlich ihrer Leichtgängigkeit, ihrer Stabilität und ihrer
Bewegungsgüte.
Anschließend
werden der äußere Griffschenkel
(4) bzw. der innere Griffschenkel (5) fertig montiert
und dabei die erwähnten
Funktionselemente Öffnungsfeder
und Ruhestellungsarretierung eingesetzt. Die Fixierung des Koppelelementes
(6) erfolgt über
Nieten oder Schrauben. Dabei werden die den äußeren (4) bzw. den inneren
Griffschenkel (5) bildenden Halbschalen mit dem die Grifffläche bildenden
auswechselbaren Griffelement (7) verbunden.
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2 zeigt
eine knie- und winkelhebelübersetzte
Zange mit zwei Radialrillenkugellagern, welche das Zangengelenk
für eine
parallel arbeitende Wirkstelle mit der dazugehörigen Kinematik bilden. In diesem
Fall wird der Lagerzapfen für
die beiden Radialrillenkugellager und die beschriebene Ringstruktur
in Halbschalen des äußeren Griffschenkels
(4) realisiert. Das erste (1) und zweite Wirkelement (2) sind
räumlich
durch die beiden Lagerstellen voneinander getrennt und treffen sich
in der Wirkstelle zur Erfüllung
der jeweiligen Zangenfunktion. Dabei übernimmt eine Halbschale des äußeren Griffschenkels die
Zapfenfunktion zur Befestigung der Innenringe und die andere Halbschale
weist die Freimachung in der beschriebenen Weise für die Außenringe
auf. Das Koppelelement (6) und der innere Griffschenkel (5) übernehmen
wieder das Schließen
der kinematischen Kette.
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3 zeigt
eine einfach hebelübersetzte Zange
mit sich im Dreh- und Verbindungselement (3) kreuzender
ersten (1) und zweiten Wirkstelle (2). Auch hier sind die übrigen Verhältnisse
analog der Ausführungen
zu 1.
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4 zeigt
eine Zange während
der Betätigung
im geöffneten
Zustand und stellt sowohl die Zeigefingerfunktion zum feinfühligen Arbeiten
als auch die Möglichkeit
des rechts- und linkshändigen
Gebrauches vor (in diesem Fall linkshändig). Außerdem ist zu erkennen, dass
eine Klemm- und Quetschgefahr vermieden wird.
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5 zeigt
eine Zange im geschlossenen Zustand und ist ein Beispiel für die Art
der gewählten Form.
Sie zeigt weiterhin die Abwinkelung der Hand- zur Wirkseite und
die damit verbundenen besseren Sichtverhältnisse auf die jeweilige Zangenwirkstelle.
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- 1
- erstes
Wirkelement
- 2
- zweites
Wirkelement
- 3
- Dreh-
und Verbindungselement
- 4
- äußerer Griffschenkel
- 5
- innerer
Griffschenkel
- 6
- Koppelelement
- 7
- auswechselbares
Griffelement
- 8
- Zeigefingerelement
- 9
- Abgleitschutz
- GW
- Griffweite
- ÖW
- Öffnungsweite
- WW
- Wirkwinkel