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Die
Erfindung betrifft ein Mehrganggetriebe für eine elektrische Werkzeug-
oder Küchenmaschine,
insbesondere Bohrmaschine oder Rührwerkmaschine,
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
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Bei
einem bekannten Zweiganggetriebe dieser Art für eine elektromotorisch angetriebene Schlagbohrmaschine
(
DE 19 57 235 C1 )
ist die Schaltwelle selbst als Antriebswelle ausgebildet und trägt endseitig
drehfest ein Abtriebsritzel, das mit einem drehfest auf der Antriebsspindel
sitzenden Zahnkranz kämmt.
Der in der Durchgangsbohrung der Schalt- oder Antriebswelle festgesetzte
Kupplungsstift steht mit zwei Stiftenden an der Abtriebswelle diametral
um ein Maß vor,
daß wenig
kleiner ist als die Zahnhöhe
einer an den Getrieberädern
ausgebildeten Innenverzahnung. Die Abtriebswelle wird über den
Werkzeugandruck gegen die Rückstellkraft einer
auf die Abtriebswelle wirkenden Rückstellfeder mehr oder weniger
verschoben, wodurch der Kupplungsstift in der einen Stellung in
die Innenverzahnung des einen Getrieberads und in der anderen Stellung
in die Innenverzahnung des anderen Getrieberads eingreift und dort
das jeweilige Getrieberad auf der Antriebswelle undrehbar festsetzt.
Beim Gangumschalten im Stillstand des Getriebes findet der Kupplungsstift
in 50% aller Fälle
keine Zahnlücke
in der Innenverzahnung des jeweiligen Getrieberades vor, sondern
stößt gegen
einen Zahn der Innenverzahnung und kann ohne manuelles Verdrehen
der Getrieberäder,
was über
die Arbeitsspindel bewirkt werden kann, nicht in die Innverzahnung
einrücken.
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Aus
der
DE 38 03 726 A1 ist
ein schaltbares Getriebe bekannt, dessen Getrieberäder axiale
Ausnehmungen aufweist, in die durch Axialverschiebung ein Kupplungsstift
eingreift und damit ein Formschluss zwischen Getrieberädern und
einer Abtriebswelle bewirkt wird.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Mehrganggetriebe mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den
Vorteil, dass eine Gangumschaltung in allen Fällen, sowohl bei drehendem
Getriebe als auch im Stillstand möglich ist. Durch die Ausbildung
der Ausnehmungen in den Getrieberädern und die freifliegende
oder schwimmende Lagerung des Kupplungsstiftes in der Durchgangsbohrung
der Schaltwelle so, dass er sich stets quer ur Schalt- und Abtriebswelle
verschieben kann, wird sichergestellt, dass in jeder Drehstellung
der Getrieberäder
der Kupplungsstift beim Verschieben der Schaltwelle in jedem Getrieberad
eine Ausnehmung vorfindet. Trifft dabei der stets nur mit einem
Vorstehende aus der Antriebswelle herausragende Kupplungsstift keine
Ausnehmung in dem jeweiligen Getrieberad an, verschiebt er sich
radial, so dass er an dieser Stelle hinter die Umfangsfläche der
Abtriebswelle zurücktritt
und an diametraler Stelle wieder aus der Umfangsfläche der
Abtriebswelle austaucht, wobei dann das dortige Vorstehende eine
Ausnehmung in dem Getrieberad vorfindet. Die Umschaltung der erfindungsgemäßen Kupplung
ist leichtgängig
und verschleißarm,
so dass hohe Standzeiten des Getriebes erzielt werden.
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Das
erfindungsgemäße Mehrganggetriebe ist
konstruktiv einfach und aus wenigen Teilen zusammengesetzt und ermöglicht eine
schnelle und kostensparende Montage. Da keine hochpräzisen Teile
erforderlich sind und die Getrieberäder kostengünstig als Sinter- oder Fließpreßteile hergestellt werden
können,
ist der Fertigungsaufwand insgesamt recht niedrig.
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Durch
die in den weiteren Ansprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen Mehrganggetriebes möglich.
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Zeichnung
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Die
Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
eines Zweiganggetriebes in einer ausschnittweise dargestellten Bohrmaschine,
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2 einen
Schnitt längs
der Linie II-II in 1,
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3 eine
Draufsicht eines Zahnrads des Getriebes in 1 und 2,
vergrößert dargestellt,
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4 einen
Schnitt längs
der Linie IV-IV in 3,
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5 ausschnittweise
einen Längsschnitt eines
Zweiganggetriebes gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Das
in 1 und 2 in zwei verschiedenen Schnittdarstellungen
skizzierte Mehrganggetriebe, das bevorzugt – wie hier – als Zweiganggetriebe ausgeführt ist,
ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
im Gehäuse 10 einer
Bohrmaschine angeordnet und im Kraftfluß zwischen der Rotorwelle eines
Elektromotors und einer ein Spannfutter für einen Bohrer rotierend antreibenden
Antriebsspindel 11 eingeschaltet.
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Das
Zweiganggetriebe umfaßt
eine im Gehäuse 10 drehend
gelagerte Zwischenwelle 12, auf der ein Zahnrad 13 sowie
zwei Zwischenräder 14, 15 jeweils
drehfest und axial unverschieblich gehalten sind (2),
eine dazu parallel ausgerichtete im Gehäuse 10 drehbar gelagerte
Abtriebswelle 16 mit einem am Wellenende ausgebildeten
Abtriebsritzel 17, zwei auf der Abtriebswelle 16 freidrehende,
axial unverschieblich festgelegte Getrieberäder 18, 19 sowie eine
Kupplung 20. Das Zahnrad 13 wird von einem hier
nicht dargestellten Zahnritzel auf der Rotorwelle des Elektromotors
angetrieben, und das Abtriebsritzel 17 auf der parallel
zur Arbeitsspindel 11 angeordneten Abtriebswelle 16 steht
im ständigen
Eingriff mit einem auf der Arbeitsspindel 11 drehfest und
axial unverschieblich gehaltenen Zahnrad 21 (1).
Die beiden Getrieberäder 18, 19,
die unterschiedliche Durchmesser und unterschiedliche Zahnteilungen aufweisen,
kämmen
mit je einem Zwischenrad 14, 15 gleicher Zahnteilung,
sodaß bei
rotierender Zwischenwelle 12 die beiden Getrieberäder 18, 19 mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten auf der Abtriebswelle 16 rotieren. Mittel
der Kupplung 20, die mittels einer Gangumschaltvorrichtung 22 ein-
und ausgerückt
werden kann, wird entweder das Getrieberad 18 oder das
Getrieberad 19 auf der Abtriebswelle 16 festgesetzt,
so daß die
Abtriebswelle 16 von dem jeweiligen Getrieberad 18, 19 mitgenommen wird
und über
das Abtriebsritzel 17 und das Zahnrad 21 die Arbeitsspindel 11 mit
daran gehaltenem Bohrfutter und eingespanntem Bohrer mit zwei unterschiedlichen
Drehzahlen antreibt.
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Die
Kupplung 20 umfaßt
eine axial verschiebbare Schaltwelle 23, einen in einer
diametralen Querbohrung 25 in der Schaltwelle 23 freifliegend oder
schwimmend einliegenden Kupplungsstift 24 und in den Getrieberädern 18, 19 angeordneten
Ausnehmungen 26, 27. In dem in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird die Schaltwelle 23 von der Abtriebswelle 16 selbst
gebildet, die hierzu im Gehäuse 10 nicht
nur drehbar, sondern auch axial verschiebbar gelagert ist. Die axialen
Ausnehmungen 26, 27 in den Getrieberädern 18, 19 sind
in die beiden einander zugekehrten Stirnseiten 181, 191 der
Getrieberäder 18, 19 eingebracht
und identisch ausgebildet. In 3 und 4 sind
die Ausnehmungen 26 im Getrieberad 18 im einzelnen
dargestellt und werden nachfolgend beschrieben, wobei die Beschreibung
in gleicher Weise auf die Ausnehmungen 27 im Getrieberad 19 zutrifft.
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Die
axialen Ausnehmungen 26 gehen von der Stirnfläche 181 des
Getrieberads 18 aus, sind kreisbogenförmig ausgebildet und zur Innenringfläche 182 des
Getrieberads 18 hin offen. Die axiale Tiefe der Ausnehmung 26 ist
in 4 mit a und die radiale Tiefe der Ausnehmung 26 ist
in 3 mit r bezeichnet. Die Anzahl der über den
Innenumfang vorzugsweise um gleiche Umfangswinkel verteilt angeordneten
Ausnehmungen 26 und deren in Umfangsrichtung sich erstreckende
Länge,
die in 3 mit 1 bezeichnet ist, sind nunmehr
so aufeinander abgestimmt, daß der
in der Querbohrung 25 der Schaltwelle 23 freifliegend
einliegende Kupplungsstift 24, der immer nur mit einem
Vorstehende aus der Abtriebswelle 16 bzw. hier aus der
Schaltwelle 23 vorsteht, beim Eindringen in das Getrieberad 18 infolge der
Verschiebung der Schaltwelle 23 immer eine Ausnehmung 26 vorfindet.
Die Länge
des Kupplungsstiftes 24 ist dabei so bemessen, daß sie um
etwas weniger als die radiale Tiefe r der Ausnehmungen 26 größer ist
als der Innendurchmesser des Getrieberads 18, der in 3 mit
di bezeichnet ist.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 sind insgesamt drei Ausnehmungen 26 im
Getrieberad 18 vorgesehen, die um jeweils 120° Umfangswinkel
zueinander versetztangeordnet sind. Die Länge 1 der Ausnehmungen 26 überdeckt
dabei jeweils einen Winkelsektor von ca. 75°, so daß die zwischen den Ausnehmungen 26 verbleibenden
segmentförmigen Stege 28 jeweils
einen Winkelsektor von 45° überdecken.
Zur zeichnerischen Hervorhebung der Stege 28 in der Darstellung
der 3 sind die Stege 28 dort mit einer Kreuzschraffur
belegt. Die axialen Seitenkanten der Stege 28 bilden Anlageschultern 281, 282 für den Kupplungsstift 24 und
sind so geformt, daß letzterer
jeweils plan an diesen anliegt. Der an diesen Anlageschultern 281 nach
Eindringen in eine der drei Ausnehmungen 26 anliegende
Kupplungstift 24 ist in 3 in drei
verschiedenen Drehstellungen strichpunktiert eingezeichnet. Um bei
bestimmten Drehlagen ein Verkanten des Kupplungsstiftes 24 zu
vermeiden, sind an den Stegen 28 seitliche Schrägen 283 ausgebildet,
die in 3 durch parallele Querstriche hervorgehoben sind.
Zusätzlich
ist jeder Steg 28 mit einer über die gesamte Stegbreite
sich erstreckenden, radialen Einlaufschräge 284 versehen, die das
Einrücken
des Kupplungsstiftes 24 in die Ausnehmungen 26 bei
dessen Axialverschiebung erleichtert.
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Beim
Einrücken
der Kupplung 20, was durch Verschieben ihrer Schaltwelle 23 mittels
der Gangumschaltvorrichtung 22 bewirkt wird, dringt der Kupplungsstift 24 in
das Getrieberad 18 ein, und sein aus der Schaltwelle 23 bzw.
Abtriebswelle 16 herausragendes Vorstehende legt sich in
eine der drei Ausnehmungen 26 ein. Stößt zufälligerweise das Vorstehende
auf einen der drei Stege 28, so verschiebt sich der Kupplungsstift 24 infolge
der radialen Einlauf schräge
284 an dem Steg 28 innerhalb der Querbohrung 25 in
der Schaltwelle 23, wobei sein an dem Steg 28 anstehendes
Vorstehende hinter die Innenringfläche 182 des Getrieberads 18 zurücktritt
und der Schaltstift nunmehr mit seinem anderen Vorstehende an diametraler
Stelle der Schaltwelle 23 bzw. der Abtriebswelle 16 über diese
vorsteht. Dieses Vorstehende findet dann zwangsläufig eine Ausnehmung 26 vor,
wie dies durch die in
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3 strichpunktiert
angedeuteten verschiedenen Positionen des Kupplungsstiftes 24 illustriert ist.
Der gleiche Vorgang findet statt, wenn die Schaltwelle 23 in
die andere Richtung verschoben wird und dann der Kupplungsstift 24 in
das Getrieberad 19 eindringt. Das Einrücken ist somit in jeder Drehlage
des Kupplungsstiftes 24 möglich.
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Zur
Realisierung einer Leerlaufstellung, in welcher die beiden Getrieberäder 18, 19 auf
der Abtriebswelle 16 frei drehen, ist in jeder der einander
zugekehrten Stirnseiten der beiden Getrieberäder 18, 19 eine über 360° umlaufende
axiale Einsenkung 29 eingebracht, die den Ausnehmungen 26, 27 vorgelagert
ist. Diese Einsenkung 29 ist für das Getrieberad 18 in 4 zu
sehen. Eine gleiche Einsenkung hat auch das Getrieberad 19.
Die radiale Tiefe der Einsenkung 29 entspricht der radialen
Tiefe r der Ausnehmungn 26 und die axiale Tiefe der Einsenkung 29,
die in 4 mit t bezeichnet ist, ist größer bemessen als der Radius
des Kupplungsstiftes 24, so daß zwischen den mit ihren Stirnseiten 181, 191 aneinanderliegenden
Getrieberädern 18, 19 eine
umlaufende Ringnut von etwas größerer Breite
als der Durchmesser des Kupplungsstiftes 24 entsteht, in
der der Kupplungsstift 24 bei Rotation der Getrieberäder 18, 19 umlaufen
kann, ohne mit den Stegen 28 in den Getrieberädern 18, 19 in
Berührung
zu gelangen.
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Die
Gangumschaltvorrichtung 22 weist einen Schalthebel 30 auf,
der mit einem zylindrischen Schaft 301 im Gehäuse 10 drehbar
gelagert ist und mit einem Knebel 302 aus dem Gehäuse 10 zur
manuellen Bedienung vorsteht. Am stirnseitigen Ende des Schaftes 301 sind
im Radialabstand zur Schaftachse 301 ein axial vorstehender
Schaltstift 31 angeordnet, der einen an der Schaltwelle 23 ausgebildeten
Schaltbund 33 übergreift.
Beim manuellen Drehen des Knebels 302 durchläuft der
Schaltstift 31 einen Kreisbogen, wobei er den Schaltbund 33 mitnimmt
und dadurch die Schaltwelle 23 axial in die eine oder andere
Richtung verschiebt.
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Das
in 5 ausschnittweise dargestellte Zweiganggetriebe
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
ist gegenüber
dem in 1 bis 4 dargestellten und vorstehend
beschriebenen Zweiganggetriebe insoweit modifiziert, als Abtriebswelle 16 und
Schaltwellen 23 getrennte Bauteile darstellen. Die Abtriebswelle 16 weist
eine zentrale Axialbohrung auf, die im Ausführungsbeispiel als eine Sackbohrung 34 ausgeführt ist,
die von dem von dem Abtriebsritzel 17 abgekehrten Ende
der Abtriebswelle 16 her eingebracht ist. Die Schaltwelle 23 liegt
zusammen mit einer Druckfeder 35 in der Sackbohrung 34 ein,
wobei die Druckfeder 35 sich zwischen dem Bohrungsgrund 341 und
der diesen zugekehrten Stirnseite 231 der Schaltwelle 23 abstützt. Der
Kupplungsstift 24, der in gleicher Weise bemessen ist wie zu 1 bis 4 beschrieben,
ragt mit beiden Enden aus der Schaltwelle 23 heraus und
tritt mit beiden Vorstehenden in zwei diametral in der Abtriebswelle 16 eingebrachte,
bis in die Sackbohrung 34 reichende Axialschlitze 36, 37 ein.
Die Länge
der Axialschlitze 36, 37 ist entsprechend dem
Verschiebeweg des Kupplungstiftes 24 beim Umschalten der
Gänge bemessen.
Die Getrieberäder 18, 19 und
ihre Ausnehmungen 26, 27 sind in gleicher Weise
ausgeführt,
wie in 1 bis 4 dargestellt und beschrieben.
Auch ist die Wirkungsweise der Kupplung 20 mit dem nach wie
vor aus der Abtriebswelle 16 jeweils immer nur mit einem
Vorstehende herausragenden Kupplungsstift 24 die gleiche,
so daß insoweit
auf die vorstehenden Ausführungen
verwiesen wird. Die nur ausschnittweise dargestellte Umschaltvorrichtung 22 weist
einen manuell zu betätigenden
Schwenkhebel 38 auf, der um eine quer zur Achse der Schaltwelle 16 ausgerichtete
Schwenkachse schwenkbar im Gehäuse 10 gelagert
ist und mit einem entsprechenden Griff aus dem Gehäuse zur
manuellen Betätigung vorsteht.
Das Ende des Schwenkhebels 38 liegt über eine in der Stirnseite 232 der
Schaltwelle 23 gelagerten Kugel 39 unter Federkraft
an der Schaltwelle 23 an. Die Druckfeder 35 ist
so bemessen, daß die Schaltwelle 23 bei
freigegebenem Schwenkhebel 38 immer die in 5 dargestellte Schiebestellung
einnimmt, in welcher der Kupplungsstift 24 das Getrieberad 19 starr
mit der Abtriebswelle 16 verbindet. Zum Umschalten des
Zweiganggetriebes in den Leerlauf oder in die andere Gangzahl ist
der Schwenkhebel 38 in zwei weitere Verriegelungsstellungen
zu schwenken, wobei das Hebelende die Schaltwelle 23 gegen
die Kraft der Druckfeder 35 verschiebt, bis der Kupplungsstift 24 entweder
in den aneinanderliegenden Einsenkungen 29 in den Getrieberädern 18, 19 einliegt
(Leerlauf) oder in eine Ausnehmung 26 im Getrieberad 18 eindringt
und dieses drehfest mit der Abtriebswelle 16 verbindet.
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In
Abwandlung des in 5 dargestellten Ausführungsbeispiels
kann die Abtriebswelle 16 unmittelbar die Arbeitsspindel 11 der
Bohrmaschine bilden, so daß anstelle
des Abtriebsritzels 17 in 5 das Bohrfutter
der Bohrmaschine tritt.
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Die
Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt.
So kann das Zweiganggetriebe in allen Handwerkzeugmaschinen oder
Küchenmaschinen
eingesetzt werden. Ein bevorzugter Anwendungsfall für das beschriebene
Zweiganggetriebe ist auch eine Rührwerkmaschine
für den.
Küchenbedarf.
Darüber
hinaus kann das beschriebene Mehrganggetriebe auch als Dreiganggetriebe
ausgeführt
werden, bei dem entsprechend der Gangzahl insgesamt drei Getrieberäder auf
der Abtriebswelle sitzen und wie beschrieben ausgebildet sind. Die
Ausnehmungen im mittleren Getrieberad erstrecken sich dann über die
gesamte Breite der Innenringfläche
des mittleren Getrieberads, und dieses weist zur Realisierung zweier Leerlaufstellungen
zwischen den drei Gängen
auf beiden Stirnseiten jeweils eine den Ausnehmungen vorgelagerte
Einsenkung auf. Die Getrieberäder
stehen dann selbstverständlich
mit insgesamt drei Zwischenrädern
in ständigem
Eingriff, die über
die Zwischenwelle angetrieben werden.