DE4105405C2 - Zweiganggetriebe für ein motorisch angetriebenes Werkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweiganggetriebe für ein motorisch angetriebenes Werkzeug wie z. B. einen Motorschrauber zum Festziehen von Schraubenverbindungen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweiganggetriebe für ein solches Werkzeug mit einem Gehäuse, einer Eingangswelle, ei­ ner Ausgangswelle, einem Planetengetriebe und einem drehmo­ mentabhängigen Schaltmechanismus zur Umschaltung des Plane­ tengetriebes zwischen einem Direktgang und einem das motori­ sche Drehmoment übersetzenden Langsamgang, wobei zu dem Pla­ netengetriebe ein mit der Eingangswelle verbundenes Sonnen­ rad, ein am Gehäuse festgelegtes Ringrad und ein Planetenrad­ träger gehören und der Schaltmechanismus ein mit dem Sonnen­ rad des Planetengetriebes verbundenes Antriebsglied, ein mit der Ausgangswelle verbundenes Abtriebsglied und eine Anzahl von Kupplungselementen aufweist, durch welche in einer ersten Stellung das Antriebsglied mit dem Abtriebsglied und in einer zweiten Stellung der Planetenradträger mit dem Abtriebsglied kuppelbar sind.

Ein derartiges Zweiganggetriebe ist in der EP-B1-0136991 be­ schrieben. Ein Mangel der bekannten Vorrichtung besteht dar­ in, daß der Schaltmechanismus radial wirkende Kupplungsele­ mente hat. Dieses Merkmal ist in zweierlei Hinsicht nachtei­ lig, denn es bedingt einerseits eine unerwünschte Vergröße­ rung des Außendurchmessers des Werkzeugs, und es verursacht andererseits eine Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit, da nicht nur das Drehmoment, sondern auch die Fliehkraft die radialen Schaltbewegungen der Kupplungselemente und damit auch den Schaltpunkt des Umschaltens zwischen den beiden Gän­ gen des Getriebes beeinflußt.

Ferner ist der DE 32 14 842 A1 ein Drehwerkzeug beschrieben, das ein lastabhängig zwischen zwei Getriebestufen schaltbares Getriebeteil aufweist. Der Schaltvorgang wird mit Hilfe einer Rutschkupplung und einer Überholkupplung erreicht, jedoch ar­ beitet die Kupplung nur in einer Drehrichtung.

Weiterhin ist aus der DE 38 18 924 A1 ein Schraubwerkzeug be­ kannt, das über ein mit Nocken arbeitendes Kupplungselement verfügt. Allerdings ist kein Planetengetriebe vorgesehen, so daß ein Schalten zwischen mehreren Übersetzungen nicht mög­ lich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorge­ nannten Mängel zu beseitigen und ein verbessertes Zweigangge­ triebe der eingangs genannten Art zu schaffen, welches im Durchmesser kleiner sein kann und bei dem der Schaltpunkt un­ abhängig von der Drehzahl ist.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patent­ anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Winkelschrauber in Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, mit einem Zweigang­ getriebe, welches gezeigt ist, im Direkt­ gang;

Fig. 2 das Getriebe des Werkzeugs nach Fig. 1 in größerem Maßstab und in der Stellung der Getriebeteile, welche sie im Langsamgang einnehmen, um das motorische Drehmoment zu übersetzen, d. h. zu verstärken;

Fig. 3 eine Teilansicht eines Kupplungselements des Getriebes nach Fig. 1 und 2 in der Stellung, welches es im Direktgang ein­ nimmt;

Fig. 4 in einer Fig. 3 entsprechenden Ansicht das dort gezeigte Kupplungselement in seiner während des Langsamgangs eingenom­ menen Stellung;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die inneren Ge­ triebeteile des Getriebes nach Fig. 1 und 2 im Bereich der Kupplungselemente.

Das beispielhaft in Fig. 1 gezeigte, motorisch angetriebene Werkzeug ist ein pneumatischer Winkelschrauber mit einem Ge­ häuse 10, welches in einem Teil 11 den nicht gezeigten An­ triebsmotor und bei 12 ein Drosselventil enthält, einem Druckluftanschluß 13 und einem Winkelkopf 14 mit einer Ab­ triebswelle 15 in Form eines Vierkants. Hinter dem Antriebs­ motor sitzt im Gehäuse 10 ein mit seinen Einzelteilen gezeig­ tes Zweiganggetriebe, auf welches nachstehend näher eingegan­ gen wird.

Das Getriebe des Werkzeugs kann ein oder mehrere Planetenge­ triebe enthalten, von denen eines, welches in der Zeichnung mit 18 bezeichnet ist, ein automatisch schaltendes Zweigang­ getriebe ist. Es hat eine Eingangswelle 20, die auch das Son­ nenrad 21 des Planetengetriebes 18 bildet. Zu letzterem gehö­ ren weiterhin ein fest im Gehäuse montiertes Ringrad 22 und drei an einem Planetenradträger 24 gelagerte Planetenräder 23, von denen nur eines dargestellt ist.

Am vorderen Ende der Eingangswelle 20 ist ein Ringelement 26 befestigt, welches das Antriebsglied eines insgesamt mit 19 bezeichneten Schaltmechanismus zum Umschalten der Gangstufen des Getriebes darstellt. Zu dem Schaltmechanismus gehören weiterhin ein mit der Ausgangswelle 15 verbundenes Abtriebs­ glied 27, eine einstückig mit dem Planetenradträger 24 ausge­ bildete Kupplungsbuchse 28, drei Kupplungselemente in Form von Kugeln 30 sowie eine als Druckfeder eingesetzte Schrau­ benfeder 31, die über einen flachen Ring 32 (siehe Fig. 2) auf die Kugeln 30 wirkt. Die Feder 31 stützt sich an einem auf dem Abtriebsglied 27 des Schaltmechanismus fest montier­ ten Sicherungsring 33 ab.

Das Antriebsglied 26 ist mit drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Aussparungen geformt, welche die Kugeln 30 in ei­ ner ersten axialen Stellung der letzteren aufnehmen und mit ihren Begrenzungswänden Nocken 35 bilden. Auch das Abtriebs­ glied 27 ist mit drei gleichmäßig über den Umfang verteilten, stirnseitig offenen Kanälen bzw. Nuten 36 versehen, die sich von ihrer stirnseitigen Öffnung axial erstrecken. Jede dieser Nuten 36 hat einen ersten Bereich 36a mit parallelen Seiten und einer Weite, die nur geringfügig größer ist als der Durchmesser der Kugeln 30, um eine Führung für diese zu bil­ den. An den Bereich 36a schließt sich ein weiterer Bereich 36b mit divergierenden Seiten an, siehe Fig. 3 und 4. Um aus­ reichende tiefe Nuten 36 zu erhalten, d. h. eine Tiefe, die größer ist als der halbe Durchmesser der Kugeln 30, ist das Abtriebsglied 27 mit einem radialen Flansch 38 versehen. Er hat eine axiale Länge, die kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln 30, so daß diese immer an dem federbelasteten Ring 32 anliegen, selbst dann, wenn die Kugeln im Ruhezustand und Direktgang, also bei Übertragung eines verhältnismäßig nied­ rigen Drehmoments mit hoher Drehzahl, in den durch die Nocken 35 begrenzten Aussparungen im Antriebsglied 26 aufgenommen sind.

Zum Schaltmechanismus 19 gehören weiterhin an der inneren Um­ fangsfläche der Kupplungsbuchse 28 ausgebildete Zähne 37. Diese Zähne sind so angeordnet, daß die Kugeln 30 in einer zweiten von ihnen einzunehmenden axialen Stellung zwischen sie eingreifen. Zu diesem Zweck muß die Anzahl der Zähne 37 der Zahl der Kugeln oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entsprechen. Im Ausführungsbeispiel sind drei Zähne 37 vor­ handen, siehe Fig. 5.

Während des Betriebs ist das Werkzeug über den Anschluß 13 mit einer Druckluftquelle verbunden, und die Abtriebswelle 15 ist über einen passenden Schraubsockel mit einer festzuzie­ henden Schraube oder Mutter in Eingriff gebracht worden. Das Festziehen der Schraubverbindung beginnt, sobald das Drossel­ ventil 12 betätigt wird und der Antriebsmotor über das ge­ zeigte Getriebe ein Drehmoment abgibt. In einer ersten Phase nimmt der Schaltmechanismus die Stellung für den Direktgang des Getriebes ein, wobei die Kugeln 30 in den von den Nocken 35 begrenzten Aussparungen im Antriebsglied 26 sitzen. In dieser Getriebestellung wird das vom Antriebsmotor über die Eingangswelle 20 auf das Antriebsglied 26 übertragene Drehmo­ ment von den Nocken 35 über die Kugeln 30 und die Nuten 36 weitergeleitet auf das Abtriebsglied 27. Das Drehmoment wird also direkt, d. h. ohne Übersetzung (Verstärkung) durch das Planetengetriebe 18 vom Antriebsglied 26 auf das Abtriebs­ glied 27 übertragen. Der Planetenradträger 24 rotiert frei im Gehäuse 10.

Wenn im weiteren Verlauf des Festziehens der Schraubverbin­ dung der dort zu überwindende Drehwiderstand wächst, üben die Schrägflächen der Nocken 35 eine zunehmend stärkere Axial­ kraft auf die Kugeln 30 aus, und wenn ein vorbestimmter Grenzwert des Drehmoments erreicht wird, übersteigt die von den Nocken erzeugte Axialkraft die Vorbelastung durch die Fe­ der 31. Daraufhin werden die Kugeln 30 längs der Nuten 36 axial verschoben, und wenn die Querebene durch die Mittel­ punkte aller Kugeln 30 den axial geraden Bereich 36a der Nu­ ten 36 verläßt und in den divergierenden Bereich 36b kommt, üben dessen schräge Seitenwände eine zusätzliche Axialkraft auf die Kugeln 30 aus. Dadurch wird die Kraft der Feder 31 weiter überwunden, so daß die Kugeln 30 ihre axiale Bewegung in die zweite axiale Stellung vollenden und außer Eingriff kommen mit den Nocken 35 des Antriebsglieds 26. Stattdessen kommen die Kugeln 30 in ihrer zweiten axialen Stellung in Eingriff mit den Zähnen 37 der Kupplungsbuchse 28.

Nunmehr hat der Schaltmechanismus 19 das Getriebe in den Langsamgang umgeschaltet, in welchem eine Drehmomentverviel­ fachung dadurch stattfindet, daß das Drehmoment vom Sonnenrad 21 über die Planetenräder 23, den Planetenradträger 24, die Kupplungsbuchse 28, die Zähne 37, die Kugeln 30 und die Nuten 36 auf das Abtriebsglied 27 übertragen wird.

Das Getriebe bleibt im Langsamgang, solange infolge eines ho­ hen Drehmoments die von den Schrägflächen des divergierenden Nutenbereichs 36b auf die Kugeln ausgeübte Axialkraft größer ist als die Belastung durch die Feder 31. Wenn sich das Dreh­ moment unter einen vorbestimmten Grenzwert verringert, d. h. der vorbestimmte Schaltpunkt erreicht wird, überwiegt die durch die divergierenden Nutenbereiche 36b erzeugte axiale Kraft bzw. Nockenwirkung nicht mehr die Federkraft, so daß die Kugeln 30 in ihre erste axiale Stellung zurückgeschoben werden, in welcher sie in die durch die Nocken 35 begrenzten Aussparungen im Antriebsglied 26 eingreifen. Bevor jedoch die Übertragung des Drehmoments direkt vom Antriebsglied 26 auf das Abtriebsglied 27 beginnt, sind die Kugeln 30 außer Ein­ griff mit den Zähnen 37 gekommen, so daß die Kupplungsbuchse 28 und der Planetenradträger 24 frei rotieren können.

Es ist festzustellen, daß die Kupplungsbuchse 28 eine stän­ dige radiale Abstützung für die Kugeln 30 bildet. Deshalb ha­ ben die insbesondere im Direktgang auf die Kugeln 30 wirken­ den Zentrifugalkräfte keinen Einfluß auf ihre Schaltbewegung.

Obgleich in der Zeichnung nicht dargestellt, versteht es sich, daß das erfindungsgemäße Getriebe mit Mitteln zum Ein­ stellen der Vorspannung der Feder 31 versehen sein kann. Auf diese Weise läßt sich der vorbestimmte Grenzwert des Drehmo­ ments, bei dem zwischen dem Direktgang und dem Langsamgang umgeschaltet wird, an die im Einzelfall vorliegende Art und Größe der festzuziehenden Schraubverbindung anpassen.

Es versteht sich weiterhin, daß die Anzahl der Kugeln 30 nicht auf drei beschränkt ist, sondern frei gewählt werden kann. Es könnte im Einzelfall eine einzige Kugel genügen. Vorgezogen werden jedoch mehrere Kugeln, z. B. auch vier, fünf, sechs oder sogar noch mehr Kugeln, wenn dies bei größe­ ren Werkzeugen geometrisch möglich ist.

Claims (5)

1. Zweiganggetriebe für ein motorisch angetriebenes Werk­ zeug, mit einem Gehäuse (10), einer Eingangswelle (20), einer Ausgangswelle (15), einem Planetengetriebe (18) und einem drehmomentabhängigen Schaltmechanismus (19) zur Um­ schaltung des Planetengetriebes (18) zwischen einem Di­ rektgang und einem das motorische Drehmoment übersetzen­ den Langsamgang, wobei zu dem Planetengetriebe (18) ein mit der Eingangswelle (20) verbundenes Sonnenrad (21), ein am Gehäuse (10) festgelegtes Ringrad (22) und ein Planetenradträger (24) gehören und der Schaltmechanismus (19) ein mit dem Sonnenrad (21) des Planetengetriebes (18) verbundenes Antriebsglied (26), ein mit der Aus­ gangswelle (15) verbundenes Abtriebsglied und eine Anzahl von Kupplungselementen (30) aufweist, durch welche in ei­ ner ersten Stellung das Antriebsglied (26) mit dem Ab­ triebsglied (27) und in einer zweiten Stellung der Plane­ tenradträger (24) mit dem Abtriebsglied (27) kuppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß
das Abtriebsglied (27) eine Anzahl von sich axial er­ streckenden Nuten (36) aufweist, deren jede eines der Kupplungselemente (30) axial zwischen der ersten und der zweiten Stellung beweglich aufnimmt,
das Antriebsglied (26) in der ersten Stellung der Kupp­ lungselemente (30) axial auf diese wirkende erste Nocken (35) hat,
der Planetenradträger (24) mit einer Kupplungsbuchse (28) verbunden ist, welche für die Kupplungselemente (30) in deren beiden axialen Stellungen eine radiale Abstützung bildet und mit einer Anzahl von Zähnen (37) zum Zusammen­ wirken mit den Kupplungselementen (30) in deren zweiter Stellung versehen ist,
ein axial wirkendes Federglied (31) zur Belastung der Kupplungselemente (30) zu deren erster Stellung hin vor­ handen ist, wobei die Wirkung des Federglieds (31) der von den ersten Nocken (35) auf die Kupplungselemente (30) ausgeübten Axialkraft entgegengerichtet ist, so daß die letzteren bei Drehmomenten unterhalb eines vorbestimmten Grenzwerts in der ersten Stellung gehalten, aber bei Drehmomenten über dem Grenzwert durch die ersten Nocken (35) aus der ersten Stellung verdrängbar sind,
und das Abtriebsglied (27) zweite, axial wirkende Nocken (36b) aufweist, durch welche gegen die Belastung durch das Federglied (31) eine axiale Umschaltkraft auf die Kupplungselemente (30) zu deren zweiter Stellung hin ausübbar ist, wenn sie bei Drehmomenten über dem vorbe­ stimmten Grenzwert die erste Stellung verlassen haben.

2. Zweiganggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente (30) gleichgroße Kugeln sind und daß die radiale Tiefe der Nuten (36) größer ist als der halbe Durchmesser der Kugeln (30).

3. Zweiganggetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebsglied (27) einen radialen Flansch (28) hat, durch welchen sich die Nuten (36) axial erstrecken und welcher in seiner axialen Länge kürzer ist als der Durchmesser der Kugeln (30).

4. Zweiganggetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (31) eine Schraubenfeder aufweist, die koaxial zum Abtriebsglied (27) angeordnet ist und über einen flachen Ring (32), welcher ständig an den Kugeln (30) anliegt, eine Vorbelastung auf diese ausübt.

5. Zweiganggetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des Federglieds (31) einstellbar ist.