EP3789162A1 - Drehantrieb für eine handwerkzeugmaschine - Google Patents

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EP3789162A1
EP3789162A1 EP19195363.7A EP19195363A EP3789162A1 EP 3789162 A1 EP3789162 A1 EP 3789162A1 EP 19195363 A EP19195363 A EP 19195363A EP 3789162 A1 EP3789162 A1 EP 3789162A1
Authority
EP
European Patent Office
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rotary drive
track body
tool
rotary
ball cage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19195363.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian Knyrim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
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Priority to EP20186377.6A priority patent/EP3845340A1/de
Priority to EP20186380.0A priority patent/EP3854532A1/de
Priority to PCT/EP2020/073621 priority patent/WO2021043612A1/de
Priority to CN202080041865.6A priority patent/CN113950392A/zh
Priority to EP20757920.2A priority patent/EP4025800A1/de
Priority to US17/637,360 priority patent/US20220288760A1/en
Priority to US18/005,427 priority patent/US20230278182A1/en
Priority to EP21705567.2A priority patent/EP4182123A1/de
Priority to PCT/EP2021/054287 priority patent/WO2022012786A1/de
Priority to EP21705568.0A priority patent/EP4182124A1/de
Priority to US18/014,100 priority patent/US20230311289A1/en
Priority to PCT/EP2021/054285 priority patent/WO2022012785A1/de
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    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/321—Use of balls

Definitions

  • the present invention relates to a rotary drive for driving a tool holder of a handheld power tool, in particular a combination hammer or hammer drill.
  • the rotary drive is designed to convert a thrust input movement into a rotary output movement in relation to a working axis of the tool holder.
  • Such a rotary drive is for example from the EP 3 181 302 A1 known.
  • the object is achieved in that the rotary drive is designed as a link mechanism with a free-running track body and a ball cage arranged coaxially to the track body, with at least one ball of the ball cage in one on an outer surface when the ball cage is acted upon by the thrust input movement of the track body formed endless track contour slides and thus causes a rotation of the freely mounted track body.
  • the ball cage can have one or more balls.
  • the ball is not rigidly connected to either the track body or the ball cage.
  • the invention includes the knowledge that when the drilling tool (striking and rotating tool) is varied, other drill diameters or types of drill sometimes require a slower speed of the tool holder for the best possible drilling behavior. This makes a comparatively more step-down gear necessary, which - at least in the case of the handheld power tools of the prior art - disadvantageously increases the space requirement, the costs, the number of components, the complexity and the weight of these machines.
  • a link mechanism is used.
  • spur gears and / or bevel gears which are exclusively or at least predominantly used in hand machine tools of the prior art come into use.
  • a comparatively compact and robust rotary drive can be provided.
  • the continuous web contour is designed to be wavy and / or continuous.
  • the continuous path contour is free of path sections which are oriented parallel to the working axis of the tool holder.
  • the rotary drive has a sleeve carrying the ball cage, the sleeve encompassing the track body at least in sections.
  • the track body is freely supported by a form-fitting or force-fitting freewheel. In this way it can be ensured that the initial rotary movement is only carried out in one direction of rotation.
  • the track body preferably has only one degree of freedom, preferably only one rotational degree of freedom about the working axis.
  • the web body consists of plastic or has such a material.
  • the rotary drive can be free of metal gears.
  • a handheld power tool in particular a rotary hammer or combination hammer, with a tool holder for holding a striking and rotating tool on a working axis and with an electric motor.
  • the handheld power tool is equipped with a rotary drive of the type described above, the electric motor being coupled to the rotary drive for generating the thrust input movement and the rotary drive being arranged to drive a spindle carrying the tool holder to rotate about the working axis.
  • the handheld power tool is equipped with an impact mechanism which has a hammer that is periodically moved along the working axis, the electric motor being coupled to the impact mechanism.
  • the electric motor is particularly preferably coupled to the hammer mechanism via a gear component, which can have an impact mechanism eccentric wheel or a swash plate.
  • the hammer mechanism is arranged at least in sections within the track body and / or within the sleeve carrying the ball cage. In this way, the handheld power tool can be designed to be particularly compact.
  • the spindle performs an uneven, swelling rotary output movement.
  • a looping movement and a rotary movement of the tool holder can be offset in phase, for example with a phase offset of 180 degrees.
  • FIG Fig. 1 A first preferred embodiment of a rotary drive 70 is shown in FIG Fig. 1 shown.
  • the rotary drive 70 is used to drive a tool holder 2 (only shown schematically here) of a handheld power tool 100 (cf. Fig. 4 ).
  • the rotary drive 70 is designed to convert a thrust input movement SE into a rotary output movement DA in relation to a working axis 3 of the tool holder 2.
  • the rotary drive 70 is designed as a link mechanism 71 with a freely supported track body 75 and a ball cage 77 arranged coaxially to the track body, wherein when the ball cage 77 is acted upon by the thrust input movement SE, at least one ball 76 of the ball cage 77 in an on an outer surface OF of the track body 75 slides along the endless track contour 78 and thus causes a rotation of the freely supported track body 75 about the working axis 3.
  • the rotary drive 70 has a sleeve 79 carrying the ball cage 77, the sleeve 79 encompassing the track body 75 at least in sections.
  • the sleeve 79 is connected via a gear component 17, which has a connecting rod 7 and an impact mechanism eccentric wheel 21, to an electric motor, which is only shown schematically here.
  • the cyclic thrust input movement SE of the sleeve 79 is generated by means of the gear component 17.
  • the rotary drive designed as a link drive 71 has, for example, a transmission ratio of 1:25, ie 25 strokes of the thrust input movement SE are required in order to offset the track body 75 by 360 degrees about the working axis 3.
  • the track body 75 is mounted free-wheeling in a freewheel 72 embodied here as a form-fitting example.
  • the freewheel 72 can ensure that the rotary output movement DA is only carried out in one direction of rotation (indicated by the arrowhead at DA).
  • the rotary drive 70 preferably has an anti-rotation device 73 for the sleeve 79, here, for example, in the form of a groove-pin pairing 73 '.
  • the track body 75 is mounted immovably with respect to the machine housing 10 in the direction of the working axis 3, here for example by means of a fixed bearing 69.
  • a preferred track body 75 should now be referenced with reference to FIG Fig. 2 to be discribed. It shows Figure 2A the track body 75 in a perspective view. An enlarged portion of the outer surface OF of the sheet body 75 is shown in FIG Figure 2B shown.
  • the web body 75 which is made of plastic, for example, has an undulating continuous web contour 78 in the circumferential direction U.
  • the endless web contour 78 extends over the entire circumferential direction U.
  • the endless web contour 78 is free of web sections that are parallel to the Working axis 3 are oriented. This favors a continuous sliding and / or rolling of one or more balls 76 of the ball cage, which is now with reference to FIG Fig. 3 should be described in more detail.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of the endless web contour 78 of FIG Fig. 2 .
  • a guide body in the form of a ball 5 (in Fig. 2 shown in several positions) runs in the endless web contour 78, more precisely, slides and / or rolls in this.
  • the ball 5 is driven by a cyclical translational movement SE (which is defined by the stroke distance HD of the connecting rod 7), with the arrows PR oriented to the right each indicating a "pulling" of the connecting rod 7 (cf. Fig. 1 ) Show.
  • the arrows LR which are oriented to the left here, each show a "pushing" of the connecting rod 7 (cf. Fig. 1 ) at.
  • the ball Due to the path geometry shown, the ball always slides and / or rolls in the same path direction BR.
  • the endless web contour 78 is arranged on an outer surface OF of the cylindrical web body 75 in the circumferential direction U.
  • the only remaining degree of freedom of the cylindrical track body 75 is the initial rotational movement DA about the cylinder axis, which here coincides with the working axis 3.
  • the endless track contour 78 is so pronounced that the ball 76 can always move freely.
  • the corners of the path contour of the ball 76 of the ball cage 77 always travel reliably in the same path direction BR.
  • the endless path contour 78 produces an initial rotary movement DA.
  • the initial rotary movement DA takes place equally with every forward stroke (left-oriented arrows LR) and backward stroke (right-oriented arrows PR).
  • the speed VDA of the initial rotary movement DA is physically due to the path contour unevenly (similar to a swelling behavior).
  • the ball 76 Due to the comparatively large (here, for example, greater than 60 degrees) of the helix angle SW in the respective corner areas EB of the continuous web contour 78, the ball 76 is located in its reversal points UP clearly below a singular point SP of the continuous web contour 78 and is during the return movement (right-hand arrows PR) reliably detected by the catch funnel FT, ie a comparative widening of the continuous web contour 78, which makes it easier for the ball 76 to be “caught”. It was recognized that when the driven tool 4 (cf. Fig. 4 ) acts like an elastic torsion spring, with a corresponding torque there is a risk of the ball 76 moving back in the continuous web contour 78 (ie against the web direction BR). To this behavior too avoid, a freewheel 72 is provided according to the invention (cf. Fig. 1 ) the counter-rotation movement (in the opposite direction to the initial rotation movement DA).
  • FIG. 4 shows a hammer drill 101 as an example of a percussive hand-held power tool 100.
  • the hammer drill 101 has a tool holder 2, in which a drill, chisel or other percussive tool 4 can be inserted and locked coaxially to a working axis 3.
  • the hammer drill 101 has a pneumatic hammer mechanism 50 which can periodically exert blows in an impact direction 6 on the tool 4.
  • a rotary drive 70 according to the invention can rotate the tool holder 2 about the working axis 3.
  • the pneumatic hammer mechanism 50 and the rotary drive 7 ⁇ are driven by an electric motor 8, which is fed with electrical current from a battery 9 or a power line.
  • the striking mechanism 50 and the rotary drive 70 are arranged in a machine housing 10.
  • a handle 11 is typically arranged on a side of the machine housing 10 facing away from the tool holder 2.
  • the user can hold and guide the hammer drill 101 in operation by means of the handle 11.
  • An additional auxiliary handle can be attached near the tool holder 2.
  • An operating button 12 is arranged on or in the vicinity of the handle 11, which the user can actuate preferably with the holding hand.
  • the electric motor 8 is switched on by pressing the operating button 12. Typically, the electric motor 8 rotates as long as the operating button 12 is held down.
  • the tool 4 is movable in the tool holder 2 along the working axis 3.
  • the tool 4 has an elongated groove into which a locking ball 5 or another locking body of the tool holder 2 engages. The user holds the tool 4 in a working position in that the user presses the tool 4 indirectly against a substrate using the hammer drill 101.
  • the tool holder 2 is fastened to a spindle 13 of the rotary drive 70, the spindle 13 here being formed in one piece with the track body 75 of the rotary drive.
  • the tool holder 2 can move around the working axis 3 with respect to the machine housing 10 rotate.
  • At least one claw 1 or other suitable means in the tool holder 2 transmit a torque from the tool holder 2 to the tool 4.
  • the rotary drive 70 is designed as a link mechanism 71 with a free-running 75 track body and a ball cage 77 arranged coaxially to the track body 75.
  • a ball 76 of the ball cage 77 slides in an endless track contour 78 formed on an outer surface of the track body 75, causing a rotation (about the working axis 3 in the direction of the arrow of the rotary output movement DA) of the freely supported (here is brought about, for example, by a form-fitting freewheel 72) track body 75.
  • the pneumatic hammer mechanism 50 has an exciter 14, a striker 15 and an anvil 16 along the impact direction 6.
  • the exciter 14 is forced to periodically move along the working axis 3 by means of the electric motor 8.
  • the exciter 14 is connected via a gear component 17 for converting the rotary movement of the electric motor 8 into a periodic, translational movement along the working axis 3.
  • An exemplary transmission component 17 includes an impact mechanism eccentric wheel 21 or a swash plate.
  • a period of the translatory movement of the exciter 14 is specified by the speed of the electric motor 8 and possibly a reduction ratio in the transmission component 17.
  • the connecting rod 7, which is fastened to a sleeve 79 of the rotary drive 70 by means of a connecting pin 80, can be clearly seen.
  • the sleeve 79 carries the ball cage 76 and the sleeve 79 engages around the track body in sections, ie in particular in the area of the ball cage 76.
  • Both the rotary drive 70 and the hammer mechanism 50 are coupled to the electric motor of the handheld power tool 100 via the transmission component 17.
  • the hammer mechanism 50 is arranged at least in sections within the track body 75 and in sections within the sleeve 79 carrying the ball cage 77.
  • the striker 15 couples to the movement of the exciter 14 via an air spring.
  • the air spring is formed by a pneumatic chamber 18 closed off between the exciter 14 and the striker 15.
  • the striker 15 moves in the striking direction 6 until the striker 15 strikes the striker 16.
  • the striker 16 rests against the tool 4 in the striking direction 6 and transfers the impact to the tool 4.
  • the period of the movement of the striker 15 is identical to the period of the movement of the exciter 14.
  • the striker 15 thus strikes with a number of strikes is equal to the inverse of the period.
  • the optimum number of strokes is predetermined by the mass of the racket 15 and the geometric dimensions of the pneumatic chamber 18.
  • An optimal number of beats can be in the range between 25 Hz and 100 Hz.
  • the exemplary hammer mechanism 50 has a piston-shaped exciter 14 and a piston-shaped hammer 15, which are guided by a guide tube 19 along the working axis 3.
  • the outer surfaces of the exciter 14 and the striker 15 rest on the inner surface of the guide tube 19.
  • the pneumatic chamber 18 is closed off by the exciter 14 and the beater 15 along the working axis 3 and by the guide tube 19 in the radial direction. Sealing rings in the lateral surfaces of exciter 14 and hammer 15 can improve the airtight seal of the pneumatic chamber 18.
  • the rotary drive 70 contains the spindle 13, which is arranged coaxially to the working axis 3.
  • the spindle 13 is hollow, for example, and the hammer mechanism 50 is arranged inside the spindle.
  • the tool holder 2 is placed on the spindle 13.
  • the tool holder 2 can be detachably or permanently connected to the spindle 13 via a locking mechanism.
  • the spindle 13 preferably rotates periodically.
  • the spindle 13 is preferably rotated continuously but at a speed that is dependent on the rotational position (due to the rotary drive 70 designed as a link mechanism 71).
  • the spindle 13 therefore performs an uneven, swelling rotary output movement Da.
  • the rotary drive 70 is synchronized with the striking mechanism 50, it being possible for the striking movement and rotary movement to be out of phase, for example by 180 degrees.

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Abstract

Drehantrieb zum Antrieb einer Werkzeugaufnahme einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere eines Kombihammers oder Bohrhammers, wobei der Drehantrieb ausgebildet ist, bezogen auf eine Arbeitsachse der Werkzeugaufnahme, eine Schubeingangsbewegung in eine Drehausgangsbewegung umzuwandeln, wobei der Drehantrieb als Kulissengetriebe mit einem freilaufgelagerten Bahnkörper und einen koaxial zum Bahnkörper angeordneten Kugelkäfig ausgebildet ist, wobei, wenn der Kugelkäfig mit der Schubeingangsbewegung beaufschlagt wird, wenigstens eine Kugel des Kugelkäfigs in einer an einer äußeren Oberfläche des Bahnkörpers ausgebildeten Endlosbahnkontur entlanggleitet und somit eine Rotation des freilaufgelagerten Bahnkörpers bewirkt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehantrieb zum Antrieb einer Werkzeugaufnahme einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere eines Kombihammers oder Bohrhammers. Der Drehantrieb ist ausgebildet, bezogen auf eine Arbeitsachse der Werkzeugaufnahme, eine Schubeingangsbewegung in eine Drehausgangsbewegung umzuwandeln.
  • Eine solcher Drehantrieb ist beispielweise aus der EP 3 181 302 A1 bekannt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen vergleichsweise kompakten und robusten Drehantrieb bereitzustellen. Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Handwerkzeugmaschine mit einem solchen Drehantrieb anzugeben.
  • Bezüglich des Drehantriebs wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Drehantrieb als Kulissengetriebe mit einem freilaufgelagerten Bahnkörper und einen koaxial zum Bahnkörper angeordneten Kugelkäfig ausgebildet ist, wobei, wenn der Kugelkäfig mit der Schubeingangsbewegung beaufschlagt wird, wenigstens eine Kugel des Kugelkäfigs in einer an einer äußeren Oberfläche des Bahnkörpers ausgebildeten Endlosbahnkontur entlanggleitet und somit eine Rotation des freilaufgelagerten Bahnkörpers bewirkt. Der Kugelkäfig kann ein oder mehrere Kugeln aufweisen. Insbesondere ist die Kugel ist als Kopplungselement zwischen dem Bahnkörper und dem Kugelkäfig weder mit dem Bahnkörper noch mit dem Kugelkäfig starr verbunden.
  • Die Erfindung schliesst die Erkenntnis ein, dass, wenn das Bohrwerkzeug (schlagendes und drehendes Werkzeug) variiert wird, andere Bohrerdurchmesser oder Bohrerarten mitunter eine langsamere Drehzahl der Werkzeugaufnahme für ein bestmögliches Bohrverhalten erfordern. Dies macht ein vergleichsweise stärker untersetzendes Getriebe erforderlich, welches - zumindest bei den Handwerkzeugmaschinen des Standes der Technik - den Platzbedarf, die Kosten, die Komponentenanzahl, die Komplexität und das Gewicht dieser Maschinen nachteiligerweise erhöht.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Drehantrieb, der vorzugsweise in einen als Bohrhammer oder Kombihammer ausgebildete Handwerkzeugmaschine integriert ist, kommt ein Kulissengetriebe zum Einsatz. Dies anstatt von Stirnrädern und/oder Kegelrädern, die bei Handwerkzeugmaschinen des Standes der Technik ausschließlich oder zumindest überwiegend zum Einsatz kommen. Dadurch kann ein vergleichsweise kompakter und robuster Drehantrieb bereitgestellt werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Endlosbahnkontur wellenförmig und/oder stetig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Endlosbahnkontur frei von Bahnabschnitten, die parallel zur Arbeitsachse der Werkzeugaufnahme orientiert sind.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Drehantrieb eine den Kugelkäfig tragende Hülse aufweist, wobei die Hülse den Bahnkörper zumindest abschnittsweise umgreift. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Bahnkörper durch einen formschlüssigen oder kraftschlüssigen Freilauf freilaufgelagert. Derart kann sichergestellt werden, dass Drehausgangsbewegung lediglich in einer Drehrichtung vollführt wird. Bevorzugt weist der Bahnkörper lediglich einen Freiheitsgrad auf, bevorzugt lediglich einen rotatorisch Freiheitsgrad um die Arbeitsachse.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der als Kulissenantrieb ausgebildete Drehantrieb ein Übersetzungsverhältnis von 1:25 aufweist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besteht der Bahnkörper aus Kunststoff oder weist einen solchen auf. Der Drehantrieb kann frei von metallischen Zahnrädern sein.
  • Bezüglich des Handwerkzeugmaschine wird die Aufgabe gelöst durch eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere einen Bohrhammer oder Kombihammer, mit einer Werkzeugaufnahme zum Halten eines schlagenden und drehenden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse und mit einem Elektromotor. Die Handwerkzeugmaschine ist ausgestattet mit einen Drehantrieb der vorbeschriebenen Art, wobei der Elektromotor zum Erzeugen der Schubeingangsbewegung mit dem Drehantrieb gekoppelt ist und der Drehantrieb angeordnet ist eine die Werkzeugaufnahme tragende Spindel um die Arbeitsachse drehend anzutreiben.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Handwerkzeugmaschine ausgestattet mit einem Schlagwerk, das einen längs der Arbeitsachse periodisch bewegten Schläger aufweist, wobei der Elektromotor mit dem Schlagwerk gekoppelt ist. Besonders bevorzugt ist der Elektromotor über eine Getriebekomponente, die einen Schlagwerks-Exzenterrad oder eine Taumelscheibe aufweisen kann, mit dem Schlagwerk gekoppelt.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Schlagwerk zumindest abschnittsweise innerhalb des Bahnkörpers und/oder innerhalb der den Kugelkäfig tragende Hülse angeordnet ist. Derart kann die Handwerkzeugmaschine besonders kompakt ausgeführt sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung vollführt die Spindel, bei konstanter Drehzahl des Elektromotors, eine ungleichmäßige, schwellende Drehausgangsbewegung. Insbesondere können eine Schlingbewegung und eine Drehbewegung der Werkzeugaufnahme um phasenversetzt sein, beispielsweise mit einem Phasenversatz von 180 Grad.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • In den Figuren sind gleiche und gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Drehantriebs;
    Fig. 2
    ein Bahnkörper des Drehantriebs der Fig. 1;
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung einer Endlosbahnkontur; und
    Fig. 4
    ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Handwerkzeugmaschine mit Drehantrieb.
    Ausführungsbeispiele:
  • Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Drehantriebs 70 ist in Fig. 1 dargestellt. Der Drehantrieb 70 dient zum Antrieb einer Werkzeugaufnahme 2 (hier lediglich schematisch dargestellt) einer Handwerkzeugmaschine 100 (vgl. Fig. 4). Der Drehantrieb 70 ist ausgebildet, bezogen auf eine Arbeitsachse 3 der Werkzeugaufnahme 2, eine Schubeingangsbewegung SE in eine Drehausgangsbewegung DA umzuwandeln.
  • Der Drehantrieb 70 ist als Kulissengetriebe 71 mit einem freilaufgelagerten Bahnkörper 75 und einen koaxial zum Bahnkörper angeordneten Kugelkäfig 77 ausgebildet ist, wobei, wenn der Kugelkäfig 77 mit der Schubeingangsbewegung SE beaufschlagt wird, wenigstens eine Kugel 76 des Kugelkäfigs 77 in einer an einer äußeren Oberfläche OF des Bahnkörpers 75 ausgebildeten Endlosbahnkontur 78 entlanggleitet und somit eine Rotation des freilaufgelagerten Bahnkörpers 75 um die Arbeitsachse 3 bewirkt.
  • Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, weist der Drehantrieb 70 eine den Kugelkäfig 77 tragende Hülse 79 aufweist, wobei die Hülse 79 den Bahnkörper 75 zumindest abschnittsweise umgreift. Die Hülse 79 ist über eine Getriebekomponente 17, die einen Pleuel 7 und ein Schlagwerks-Exzenterrad 21, mit einem hier lediglich schematisch dargestellten Elektromotor verbunden. Mittels der Getriebekomponente 17 wird die zyklische Schubeingangsbewegung SE der Hülse 79 erzeugt. Der als Kulissenantrieb 71 ausgebildete Drehantrieb weist beispielhaft ein Übersetzungsverhältnis von 1:25 aufweist, d.h. es sind 25 Hübe der Schubeingangsbewegung SE erforderlich um den Bahnkörper 75 um 360 Grad um die Arbeitsachse 3 zu versetzen.
  • Auf der der Werkzeugaufnahme 2 zugewandten Seite des Drehantriebs 70 ist der Bahnkörper 75 in einem hier beispielhaft formschlüssig ausgebildeten Freilauf 72 freilaufgelagert. Durch den Freilauf 72 kann sichergestellt werden, dass Drehausgangsbewegung DA lediglich in einer Drehrichtung (angedeutet durch die Pfeilspitze bei DA) vollführt wird. Vorzugsweise weist der Drehantrieb 70 eine Verdrehsicherung 73 für die Hülse 79 auf, hier beispielhaft in Form einer Nut-Stift-Paarung 73'. Der Bahnkörper 75 ist in Richtung der Arbeitsachse 3 unbeweglich bezüglich des Maschinengehäuses 10 gelagert, hier beispielhaft mittels eines Festlagers 69.
  • Ein bevorzugter Bahnkörper 75 soll nun mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben werden. Dabei zeigt Fig. 2A den Bahnkörper 75 in perspektivischer Darstellung. Ein vergrößerter Abschnitt der äußeren Oberfläche OF des Bahnkörpers 75 ist in Fig. 2B dargestellt. Der Bahnkörper 75, der beispielhaft aus Kunststoff besteht, weist in Umfangsrichtung U eine wellenförmige Endlosbahnkontur 78 auf. Die Endlosbahnkontur 78 erstreckt sich über die gesamte Umfangsrichtung U. Die Endlosbahnkontur 78 ist frei von Bahnabschnitten, die parallel zur Arbeitsachse 3 orientiert sind. Dies begünstigt ein kontinuierliches Gleiten und/oder Wälzen einer oder mehrerer Kugeln 76 des Kugelkäfigs, was nun mit Bezug auf Fig. 3 genauer beschrieben werden soll.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Endlosbahnkontur 78 der Fig. 2. Ein Führungskörper in Form einer Kugel 5 (in Fig. 2 in mehreren Positionen dargestellt) läuft in Endlosbahnkontur 78 genauer gesagt gleitet und/oder wälzt in dieser. Angetrieben wird die Kugel 5 durch eine zyklische Translationsbewegung SE (die durch die Hubdistanz HD des Pleuels 7 definiert ist), wobei die nach rechts orientierten Pfeile PR jeweils ein "Ziehen" des Pleuels 7 (vgl. Fig. 1) anzeigen. Die hier nach links orientierten Pfeile LR zeigen jeweils ein "Drücken" des Pleuels 7 (vgl. Fig. 1) an.
  • Durch die gezeigte Bahngeometrie gleitet und/oder wälzt die Kugel stets in dieselbe Bahnrichtung BR. Wie bereits erwähnt ist ist die Endlosbahnkontur 78 auf einer äußeren Oberfläche OF des zylindrischen Bahnkörpers 75 in Umfangsrichtung U angeordnet. Der einzige verbleibende Freiheitsgrad des zylindrischen Bahnkörpers 75 ist die Drehausgangsbewegung DA um die Zylinderachse, die hier mit der Arbeitsachse 3 zusammenfällt. Die Endlosbahnkontur 78 ist derart ausgeprägt, dass sich die Kugel 76 stets frei bewegen kann. Die Ecken der Bahnkontur von der Kugel 76 des Kugelkäfigs 77 zuverlässig stets in der derselben Bahnrichtung BR durchfahren. Da der Bahnkörper 75 als einziger Freiheitsgrad rotieren kann (Rotation um die Arbeitsachse 3) und die Kugel 76 entlang Arbeitsachse 3 zyklisch translatorisch bewegt wird, entsteht durch die Endlosbahnkontur 78 eine Drehausgangsbewegung DA. Die Drehausgangsbewegung DA erfolgt bei jedem Vorwärtshub (linksorientiere Pfeile LR) und Rückwärtshub (rechtsorientiere Pfeile PR) gleichermaßen. Die Geschwindigkeit VDA der Drehausgangsbewegung DA ist physikalisch bedingt durch die Bahnkontur ungleichmäßig (ähnlich einem schwellenden Verhalten).
  • Durch die vergleichsweise groß (hier beispielhaft größer als 60 Grad) ausgebildeten Schrägungswinkels SW in den jeweiligen Eckbereichen EB der Endlosbahnkontur 78, befindet sich die Kugel 76 in ihren Umkehrpunkten UP deutlich unter einem singulären Punkt SP der Endlosbahnkontur 78 und wird bei der Rückbewegung (rechtsorientiere Pfeile PR) zuverlässig vom den Fangtrichter FT, d.h. eine vergleichsweise Aufweitung der Endlosbahnkontur 78 erfasst, die ein "Einfangen" der Kugel 76 erleichtert. Es wurde erkannt, dass wenn das angetriebene Werkzeug 4 (vgl. Fig. 4) wie eine elastische Torsionsfeder wirkt, bei einem entsprechenden Drehmoment die Gefahr einer Rückbewegung des Kugel 76 in der Endlosbahnkontur 78 (d.h. entgegen der Bahnrichtung BR) besteht. Um diese Verhalten zu vermeiden, wird ist erfindungsgemäß ein Freilauf 72 vorgesehen (vgl. Fig.1) der die Gegendrehbewegung (gegensinnig zur Drehausgangsbewegung DA).
  • Im unteren Bereich der Fig. 3 ist schließlich der Verlauf der Geschwindigkeit VPL der Schubeingangsbewegung SE (Geschwindigkeit des Pleuels 7 über der Zeit) sowie der Verlauf der Geschwindigkeit VDA der Drehausgangsbewegung DA (Geschwindigkeit des rotierenden Bahnkörpers 75 über der Zeit) dargestellt.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine 100 mit Drehantrieb 70 ist in Fig. 4 dargestellt. Fig. 4 zeigt einen Bohrhammer 101 als Beispiel für eine schlagende handgehaltene Handwerkzeugmaschine 100. Der Bohrhammer 101 hat eine Werkzeugaufnahme 2, in welchen koaxial zu einer Arbeitsachse 3 ein Bohrer, Meißel oder anderes schlagendes Werkzeug 4 eingesetzt und verriegelt werden kann. Der Bohrhammer 101 hat ein pneumatisches Schlagwerk 50, welches periodisch Schläge in einer Schlagrichtung 6 auf das Werkzeug 4 ausüben kann. Ein erfindungsgemäßer Drehantrieb 70 kann die Werkzeugaufnahme 2 um die Arbeitsachse 3 drehen. Das pneumatische Schlagwerk 50 und der Drehantrieb 7β sind von einem Elektromotor 8 angetrieben, welcher aus einem Akku 9 oder einer Netzleitung mit elektrischem Strom gespeist wird.
  • Das Schlagwerk 50 und der Drehantrieb 70 sind in einem Maschinengehäuse 10 angeordnet. Ein Handgriff 11 ist typischerweise an einer der Werkzeugaufnahme 2 abgewandten Seite des Maschinengehäuses 10 angeordnet. Der Anwender kann den Bohrhammer 101 mittels des Handgriffs 11 im Betrieb halten und führen. Ein zusätzlicher Hilfsgriff kann nahe der Werkzeugaufnahme 2 befestigt werden. An oder in der Nähe des Handgriffs 11 ist ein Betriebstaster 12 angeordnet, welchen der Anwender vorzugsweise mit der haltenden Hand betätigen kann. Der Elektromotor 8 wird durch Betätigen des Betriebstasters 12 eingeschaltet. Typischerweise dreht sich der Elektromotor 8 solange, wie der Betriebstaster 12 gedrückt gehalten ist.
  • Das Werkzeug 4 ist in der Werkzeugaufnahme 2 längs der Arbeitsachse 3 beweglich. Beispielsweise hat das Werkzeug 4 eine längliche Nut, in welche eine Sperrkugel 5 oder ein anderer Sperrkörper der Werkzeugaufnahme 2 eingreift. Der Anwender hält das Werkzeug 4 in einer Arbeitsstellung, indem der Anwender das Werkzeug 4 mittelbar durch den Bohrhammer 101 an einen Untergrund anpresst.
  • Die Werkzeugaufnahme 2 ist an einer Spindel 13 des Drehantriebs 70 befestigt, wobei die Spindel 13 hier einstückig mit dem Bahnkörper 75 des Drehantriebs ausgebildet ist. Die Werkzeugaufnahme 2 kann sich gegenüber dem Maschinengehäuse 10 um die Arbeitsachse 3 drehen. Wenigstens eine Klaue 1 oder andere geeignete Mittel in der Werkzeugaufnahme 2 übertragen ein Drehmoment von der Werkzeugaufnahme 2 auf das Werkzeug 4.
  • Erfindungsgemäß ist der Drehantrieb 70 als Kulissengetriebe 71 mit einem freilaufgelagerten 75 Bahnkörper und einen koaxial zum Bahnkörper 75 angeordneten Kugelkäfig 77 ausgebildet. Wenn der Kugelkäfig 77 mit der Schubeingangsbewegung SE beaufschlagt wird, gleitet eine Kugel 76 des Kugelkäfigs 77 in einer an einer äußeren Oberfläche des Bahnkörpers 75 ausgebildeten Endlosbahnkontur 78 entlang, wodurch eine Rotation (um die Arbeitsachse 3 in Pfeilrichtung der Drehausgangsbewegung DA) des freilaufgelagerten (hier beispielhaft durch einen formschlüssigen Freilauf 72) Bahnkörpers 75 bewirkt wird.
  • Das pneumatische Schlagwerk 50 hat längs der Schlagrichtung 6 einen Erreger 14, einen Schläger 15 und einen Döpper 16. Der Erreger 14 wird mittels des Elektromotors 8 zu einer periodischen Bewegung längs der Arbeitsachse 3 gezwungen. Der Erreger 14 ist über eine Getriebekomponente 17 zum Wandeln der Drehbewegung des Elektromotors 8 in eine periodische, translatorische Bewegung entlang der Arbeitsachse 3 angebunden. Eine beispielhafte Getriebekomponente 17 beinhaltet ein Schlagwerks-Exzenterrad 21 oder eine Taumelscheibe. Eine Periode der translatorischen Bewegung des Erregers 14 ist durch die Drehzahl des Elektromotors 8 und ggf. ein Untersetzungsverhältnis in der Getriebekomponente 17 vorgeben. Gut zu erkennen ist der Pleuel 7, der mittels eines Verbindungsstifts 80 an einer Hülse 79 des Drehantriebs 70 befestigt ist. Gut zu erkennen ist, dass die Hülse 79 den Kugelkäfig 76 trägt und die Hülse 79 den Bahnkörper abschnittsweise umgreift, d.h. insbesondere im Bereich des Kugelkäfigs 76 umgreift. Über die Getriebekomponente 17 ist sowohl der Drehantrieb 70 als auch das Schlagwerk 50 mit dem Elektromotor der Handwerkzeugmaschine 100 gekoppelt. Wie der Fig. 4 entnommen werden kann, ist das Schlagwerk 50 zumindest abschnittsweise innerhalb des Bahnkörpers 75 und abschnittsweise innerhalb der den Kugelkäfig 77 tragenden Hülse 79 angeordnet.
  • Der Schläger 15 koppelt über eine Luftfeder an die Bewegung des Erregers 14 an. Die Luftfeder ist durch eine zwischen dem Erreger 14 und dem Schläger 15 abgeschlossene pneumatische Kammer 18 gebildet. Der Schläger 15 bewegt sich in die Schlagrichtung 6 bis der Schläger 15 auf den Döpper 16 aufschlägt. Der Döpper 16 liegt in der Schlagrichtung 6 an dem Werkzeug 4 an und überträgt den Schlag auf das Werkzeug 4. Die Periode der Bewegung des Schlägers 15 ist identisch zu der Periode der Bewegung des Erregers 14. Der Schläger 15 schlägt somit mit einer Schlagzahl, die gleich dem Inversen der Periode ist. Die optimale Schlagzahl ist durch die Masse des Schlägers 15 und die geometrischen Abmessungen der pneumatischen Kammer 18 vorgegeben. Eine optimale Schlagzahl kann im Bereich zwischen 25 Hz und 100 Hz liegen.
  • Das beispielhafte Schlagwerk 50 hat einen kolbenförmigen Erreger 14 und einen kolbenförmigen Schläger 15, die durch ein Führungsrohr 19 längs der Arbeitsachse 3 geführt sind. Der Erreger 14 und der Schläger 15 liegen mit ihren Mantelflächen an der Innenfläche des Führungsrohrs 19 an. Die pneumatische Kammer 18 ist durch den Erreger 14 und den Schläger 15 längs der Arbeitsachse 3 und durch das Führungsrohr 19 in radialer Richtung abgeschlossen. Dichtungsringe in den Mantelflächen von Erreger 14 und Schläger 15 können den luftdichten Abschluss der pneumatischen Kammer 18 verbessern.
  • Der Drehantrieb 70 beinhaltet die Spindel 13, welche koaxial zu der Arbeitsachse 3 angeordnet ist. Die Spindel 13 ist beispielsweise hohl, und das Schlagwerk 50 ist innerhalb der Spindel angeordnet. Die Werkzeugaufnahme 2 ist auf der Spindel 13 aufgesetzt. Die Werkzeugaufnahme 2 kann über einen Verschlussmechanismus lösbar oder dauerhaft mit der Spindel 13 verbunden sein.
  • Die Spindel 13 dreht sich vorzugsweise periodisch. Vorzugsweise wird die Spindel 13 kontinuierlich aber mit drehlageabhängiger Geschwindigkeit (bedingt durch den als Kulissengetriebe 71 ausgebildeten Drehantrieb 70) gedreht. Die Spindel 13 vollführt also, bei konstanter Drehzahl des Elektromotors 8, eine ungleichmäßige, schwellende Drehausgangsbewegung Da. Der Drehantrieb 70 ist mit dem Schlagwerk 50 synchronisiert, wobei Schlagbewegung und Drehbewegung phasenverschoben sein können, beispielsweise um 180 Grad.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Klaue
    2
    Werkzeugaufnahme
    3
    Arbeitsachse
    4
    schlagendes Werkzeug
    5
    Sperrkugel
    6
    Schlagrichtung
    7
    Pleuel
    8
    Elektromotor
    9
    Akku
    10
    Maschinengehäuse
    11
    Handgriff
    12
    Betriebstaster
    13
    Spindel
    14
    Erreger
    15
    Schläger
    16
    Döpper
    17
    Getriebekomponente
    18
    pneumatische Kammer
    19
    Führungsrohr
    21
    Schlagwerks-Exzenterrad
    50
    Schlagwerk
    69
    Festlager
    70
    Drehantrieb
    71
    Kulissengetriebe
    72
    Freilauf
    73
    Verdrehsicherung
    75
    Bahnkörper
    76
    Kugel
    77
    Kugelkäfig
    78
    Endlosbahnkontur
    79
    Hülse
    80
    Verbindungsstift
    100
    Handwerkzeugmaschine
    101
    Bohrhammer
    BR
    Bahnrichtung
    DA
    Drehausgangsbewegung
    EB
    Eckbereich
    HD
    Hubdistanz des Pleuels
    FT
    Fangtrichter
    LR
    linksorientiere Pfeile
    OF
    Oberfläche
    PR
    rechtsorientiere Pfeile
    SE
    Schubeingangsbewegung
    SP
    singulärer Punkt
    SW
    Schrägungswinkel
    U
    Umfangsrichtung
    UP
    Umkehrpunkt
    VPL
    Geschwindigkeit der Schubeingangsbewegung
    VDA
    Geschwindigkeit der Drehausgangsbewegung

Claims (10)

  1. Drehantrieb (70) zum Antrieb einer Werkzeugaufnahme (2) einer Handwerkzeugmaschine (100), insbesondere eines Kombihammers oder Bohrhammers (101), wobei der Drehantrieb (70) ausgebildet ist, bezogen auf eine Arbeitsachse (3) der Werkzeugaufnahme (2), eine Schubeingangsbewegung (SE) in eine Drehausgangsbewegung (DA) umzuwandeln,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (70) als Kulissengetriebe (71) mit einem freilaufgelagerten Bahnkörper (75) und einen koaxial zum Bahnkörper (75) angeordneten Kugelkäfig (77) ausgebildet ist, wobei, wenn der Kugelkäfig (77) mit der Schubeingangsbewegung (SE) beaufschlagt wird, wenigstens eine Kugel (76) des Kugelkäfigs in einer an einer äußeren Oberfläche (OF) des Bahnkörpers (75) ausgebildeten Endlosbahnkontur (78) entlanggleitet und somit eine Rotation des freilaufgelagerten Bahnkörpers (75) bewirkt.
  2. Drehantrieb (70) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosbahnkontur (78) wellenförmig und/oder stetig ausgebildet ist.
  3. Drehantrieb (70) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (70) eine den Kugelkäfig (77) tragende Hülse (79) aufweist, wobei die Hülse (79) den Bahnkörper (75) zumindest abschnittsweise umgreift.
  4. Drehantrieb (70) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnkörper (75) durch einen formschlüssigen oder kraftschlüssigen Freilauf (72) freilaufgelagert ist.
  5. Drehantrieb (70) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der als Kulissenantrieb (71) ausgebildete Drehantrieb (72) ein Übersetzungsverhältnis von 1:25 aufweist.
  6. Drehantrieb (70) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnkörper (75) aus Kunststoff besteht.
  7. Handwerkzeugmaschine (100), insbesondere Bohrhammer (101), mit einer Werkzeugaufnahme (2) zum Halten eines schlagenden und drehenden Werkzeugs (4) auf einer Arbeitsachse (3), und mit einem Elektromotor (8),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Handwerkzeugmaschine (100) einen Drehantrieb (70) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist, wobei der Elektromotor (8) zum Erzeugen der Schubeingangsbewegung (SE) mit dem Drehantrieb (70) gekoppelt ist und der Drehantrieb (70) angeordnet ist eine die Werkzeugaufnahme (2) tragende Spindel (13) um die Arbeitsachse (3) drehend anzutreiben.
  8. Handwerkzeugmaschine (100) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Handwerkzeugmaschine (100) ausgestattet ist mit einem Schlagwerk (50), das einen längs der Arbeitsachse (3) periodisch bewegten Schläger (15) aufweist, wobei der Elektromotor (8) mit dem Schlagwerk (50) gekoppelt ist.
  9. Handwerkzeugmaschine (100) nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagwerk (50) zumindest abschnittsweise innerhalb des Bahnkörpers (75) und/oder innerhalb der den Kugelkäfig (77) tragenden Hülse (79) angeordnet ist.
  10. Handwerkzeugmaschine (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (13), bei konstanter Drehzahl des Elektromotors (8), eine ungleichmäßige, schwellende Drehausgangsbewegung vollführt.
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