EP1207018A1 - Elektrohandwerkzeug mit Sicherheitskupplung - Google Patents

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EP1207018A1
EP1207018A1 EP01811069A EP01811069A EP1207018A1 EP 1207018 A1 EP1207018 A1 EP 1207018A1 EP 01811069 A EP01811069 A EP 01811069A EP 01811069 A EP01811069 A EP 01811069A EP 1207018 A1 EP1207018 A1 EP 1207018A1
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EP
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hand tool
electric hand
bearing
tool according
shaft
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Bernd Ziegler
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Hilti AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D16/00—Portable percussive machines with superimposed rotation, the rotational movement of the output shaft of a motor being modified to generate axial impacts on the tool bit
    • B25D16/003—Clutches specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2211/00—Details of portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D2211/003—Crossed drill and motor spindles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/165—Overload clutches, torque limiters

Definitions

  • the invention relates to an electric hand tool for rotating tools Safety clutch, which in critical operating conditions the much rotational energy separating electric motor from the rest of the power transmission chain, in particular with a hammer drill.
  • Electric hand tools such as rotary hammers are usually made by a rapidly rotating one and thereby conveys a lot of rotational energy storing via its moment of inertia Electric motor driven.
  • the drive energy decay sufficiently quickly or the power transmission chain between the rotational energy storing electric motor and the tool can be separated sufficiently quickly. at Electric hand tools of greater power sound the drive energy without additional measures not going off fast enough.
  • clutches are interposed, which in are known in many different ways.
  • to Power transmission in the engaged state mostly serve radially outside of the two Coupling coaxial shafts arranged coupling means, which have static friction mediated by the contact force cause a frictional connection.
  • the Slip clutch according to EP694706 can be rotated radially outside by two coaxially interlocking hollow shafts arranged around non-positive coupling means, which slide along each other when an adjustable static friction is exceeded.
  • the object of the invention is to implement a safety coupling directly on the high-speed rotor shaft, advantageously only a small axial extension the height is due to the integration of the safety coupling.
  • Another aspect consists in actively braking the rotor.
  • the safety clutch is a slip-free one in normal operation Co-rotating and guaranteeing free rotation of both shafts in critical operating conditions, formed between the rotor shaft and the pinion shaft.
  • the rotor shaft engages axially into a, coaxially rotatably mounted on this, pinion shaft, this inner bearing is advantageously designed as a plain bearing, which is further advantageously with a central ball centered with respect to the common axis of rotation and with sufficiently long axial Sliding surfaces for tilt-free takeover of those picked up by the pinion Transverse forces is provided.
  • the safety clutch is advantageously designed as an electromagnetic clutch, at which the, in each case at least in the radially outer side of the mutually facing end faces made of ferromagnetic material, rotor disc rotatably on the pinion shaft and the armature disk is arranged in a rotationally fixed manner on the rotor shaft and in normal operation by means of a, advantageously arranged in the radially outer on the housing, current-carrying magnetic coil generates magnetic flux against a spring force axially pulled against each other and with respect to the rotational movement against each other be positively connected.
  • the most non-ferromagnetic Bearing plate of the housing mounted hollow cylindrical magnet coil which in turn for Coupling of the magnetic flux usually with respect to three free sides of the Rotor disk is surrounded, inside the outer bearing of the pinion and the rotor shaft, whereby a nesting of this outer bearing of the pinion and the rotor shaft, the armature disk and the solenoid coil are formed in a narrow axial area and thus only a small axial extension of the overall height through the integration of the Safety clutch is due.
  • the armature disk which is designed as a cup-shaped clutch cover, further advantageously has facing, axial counter surface of the armature plate in the radially outer region Friction lining, which mediates in critical operating conditions, via the spring force axially biased by the electromagnetic clutch inside the armature plate Spring comes into frictional contact with the rotating armature disk and thus over the electric motor brakes the armature disk to a standstill and thereby its high rotational energy dissipated.
  • the solenoid can be attached to the end shield of the housing and together with the The rotor disk and the pinion shaft are preassembled. This will be in a next one Work step the rotor shaft together with the armature disk and also as dust protection serving housing cover inserted.
  • Fig. 1 shows a schematically marked in its entirety Electric hand tool 1 an electric motor 2 in a housing 3, the first one Gear stage of a gear driving pinion 4 and one, between this and the Electric motor 2 arranged, safety clutch 5.
  • Safety clutch 5 advantageously designed as an electromagnetic clutch with a Magnetic coil 6, with an aborting clutch disk designated as a rotor disk 7 and a driving clutch disk designated as armature disk 8.
  • the Hollow cylindrical magnet coil 6 includes a radial outer bearing 9 with the Pinion 4 integrally connected pinion shaft 10, the inside of which on the part of the side opposite the pinion 4 is connected in a rotationally fixed manner to the electric motor 2 Receives rotor shaft 11 and coaxially rotatable in an inner bearing 12, which as Plain bearing designed with a centering ball and with sufficiently long axial Sliding surfaces for tilt-free takeover of those picked up by the pinion 4 Transverse forces is provided.
  • an inner bearing 12 as Plain bearing designed with a centering ball and with sufficiently long axial Sliding surfaces for tilt-free takeover of those picked up by the pinion 4 Transverse forces is provided.
  • the outer bearing 9 arranged in the axial engagement area are both the rotor shaft 11 and, mediated via the inner bearing 12, the Pinion shaft 10 rotatably mounted in the housing 3, one with respect to the electric motor 2 opposite rotor bearing 13 absorbs the transverse forces.
  • the rotor disk 7 or the armature disk 8 is surrounded inside External bearing 9 of the pinion shaft 10 and the rotor shaft 11, whereby a Nesting of this outer bearing 9 of the pinion shaft 10 and the rotor shaft 11, the rotor disk 7 and the magnet coil 6 in a narrowly defined axial area arises.
  • the Rotor shaft 11 with the armature disk 8 and that designed as a clutch cover Counter surface 16 is in the magnet coil 6 fastened to the end shield 14 of the housing 3 as well as in the inner bearing 12 of the pinion shaft 10 and the rotor disk 7 attached thereto insertable in the direction of the end shield 14.

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Abstract

Ein Elektrohandwerkzeug (1) mit einem Elektromotor (2), dessen drehfest verbundene Rotorwelle (11) über ein drehfest mit einer Ritzelwelle (10) verbundenes Ritzel (4) ein Getriebe antreibt, weist zwischen der Rotorwelle (11) und der Ritzelwelle (10) eine Sicherheitskupplung (5) auf, wobei in einer Innenfagerung (12) die Rotorwelle (11) axial in die, koaxial drehbar auf dieser gelagerten, Ritzelwelle (10) eingreift. Die Sicherheitskupplung (5) ist vorteilhaft als elektromagnetische Kupplung ausgeführt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezeichnet ein Elektrohandwerkzeug für rotierende Werkzeuge mit einer Sicherheitskupplung, welche bei kritischen Betriebszuständen den viel Rotationsenergie speichernden Elektromotor von der restlichen Kraftübertragungskette trennt, insbesondere bei einem Bohrhammer.
Elektrohandwerkzeuge wie Bohrhämmer werden üblicherweise von einem schnell rotierenden und dadurch vermittelt über ihr Massenträgheitsmoment viel Rotationsenergie speichernden Elektromotor angetrieben. Um den Anwender bei kritischen Betriebszuständen, insbesondere bei einer Verhakung des Werkzeuges, vor unzulässigen Auslenkungen des handgeführten Elektrohandwerkzeuges zu schützen, muss entweder die Antriebsenergie hinreichend schnell abklingen oder die Kraftübertragungskette zwischen dem Rotationsenergie speichernden Elektromotor und dem Werkzeug hinreichend schnell getrennt werden. Bei Elektrohandwerkzeug grösserer Leistung klingt ohne zusätzliche Massnahmen die Antriebsenergie nicht hinreichend schnell ab.
Zum Trennen der Kraftübertragungskette werden Kupplungen zwischengeschaltet, welche in vielfältiger Art vorbekannt sind. Üblich sind als Sicherheitskupplungen ausgebildete, bei Überschreitung eines bestimmten Drehmoments ansprechende, rein mechanische Schlupfkupplungen, bspw. nach der Druckschrift DE4036912 oder elektrisch gesteuerte elektromagnetische Kupplungen, bspw. nach der Druckschrift EP486842. Zur Kraftübertragung im eingekuppelten Zustand dienen zumeist radial ausserhalb der beiden zu kuppelnden koaxialen Wellen angeordnete Kupplungsmittel, welche über die Haftreibung vermittelt durch die Anpresskraft einen Kraftschluss bewirken. So weist bspw. die Schlupfkupplung nach der Druckschrift EP694706 radial ausserhalb um zwei koaxial drehbar ineinandergreifende Hohlwellen herum angeordnete kraftschlüssige Kupplungsmittel auf, welche bei Überschreitung einer einstellbaren Haftreibung aneinander entlanggleiten.
Bei Elektrohandwerkzeugen mit quer zur Werkzeugachse angeordnetem Elektromotor wird die Drehbewegung zumeist über Kegelgetriebe von der Rotorachse in die Werkzeugachse transformiert, wobei ein kegelförmiges Ritzel bezüglich seiner Drehachse auf der Rotorwelle, bspw. nach der Druckschrift DE-DM9208407, oder parallel zu dieser angeordnet ist. Für eine möglichst kurze Bauform quer zur Werkzeugachse werden in der Kraftübertragungskette zwischengeschaltete Sicherheitskupplungen häufig axial parallel versetzt angeordnet und baulich in Zwischengetriebestufen integriert, bspw. nach der Druckschrift US4346767. Nachteilig bei derart zwischengeschalteten Sicherheitskupplungen sind die für deren Lagerung benötigten zusätzlichen Lager in der Kraftübertragungskette sowie das beanspruchte Gehäusevolumen bei axialer oder versetzter Anordnung. Mehr als zwei Lagerstellen je Welle führen bereits bei geringen Verschiebungen zu nachteiligen Verspannungen im Antriebsstrang.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer Sicherheitskupplung unmittelbar an der schnelllaufenden Rotorwelle, wobei vorteilhaft nur eine geringe axiale Verlängerung der Bauhöhe durch die Integration der Sicherheitskupplung bedingt ist. Ein weiterer Aspekt besteht in der aktiven Abbremsung des Rotors.
Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im wesentlichen ist die Sicherheitskupplung, welche im Normalbetrieb ein schlupffreies Mitdrehen und bei kritischen Betriebszuständen ein freies Drehen beider Wellen gewährleistet, zwischen der Rotorwelle und der Ritzelwelle ausgebildet. Die Rotorwelle greift axial in eine, koaxial drehbar auf dieser gelagerten, Ritzelwelle ein, wobei diese Innenlagerung vorteilhaft als Gleitlager ausgebildet ist, welches weiter vorteilhaft mit einer zentralen Kugel bezüglich der gemeinsamen Drehachse zentriert und mit hinreichend langen axialen Gleitflächen zur verkantungsfreien Übernahme der durch das Ritzel aufgenommenen Querkräfte versehen ist. Über eine im axialen Eingriffsbereich angeordnete radiale Aussenlagerung werden sowohl die Rotorwelle als auch, vermittelt über die Innenlagerung, die Ritzelwelle drehbar im Gehäuse gelagert, wobei das bezüglich des Elektromotors gegenüberliegende Rotorlager die Querkräfte aufnimmt.
Vorteilhaft ist die Sicherheitskupplung als elektromagnetische Kupplung ausgeführt, bei welcher die, jeweils zumindest im radial Äusseren der einander zugewandten Stirnflächen aus ferromagnetischem Material bestehende, Läuferscheibe drehfest auf der Ritzelwelle sowie die Ankerscheibe drehfest auf der Rotorwelle angeordnet ist und im Normalbetrieb durch den über eine, vorteilhaft im radial Äusseren am Gehäuse angeordnete, stromdurchflossene Magnetspule erzeugten magnetischen Fluss gegen eine Federkraft axial aneinander gezogen und bezüglich der Drehbewegung gegeneinander kraft- oder formschlüssig verbunden werden. Vorteilhaft umfasst die am nicht ferromagnetischen Lagerschild des Gehäuses montierte hohlzylinderförmige Magnetspule, welche ihrerseits zur Einkopplung des magnetischen Flusses üblicherweise bezüglich drei freier Seiten von der Läuferscheibe umgeben ist, im Inneren die Aussenlagerung der Ritzel- und der Rotorwelle, wodurch eine Ineinanderschachtelung dieser Aussenlagerung der Ritzel- und der Rotorwelle, der Läuferscheibe und der Magnetspule in einem eng begrenzten axialen Bereich entsteht und somit nur eine geringe axiale Verlängerung der Bauhöhe durch die Integration der Sicherheitskupplung bedingt ist.
Bei einer Trennung der Kraftübertragung durch die elektromagnetische Kupplung gelangt die über das Werkzeug sowie das Getriebe mit hoher Reibung gebremste Ritzelwelle relativ schnell zum Stillstand. Die Verbindung der relativ massearmen Ankerscheibe mit der Rotorwelle erhöht deren bei kritischen Betriebszuständen zu berücksichtigende Rotationsenergie nur unwesentlich, wodurch der Elektromotor wie üblich ausläuft. Vorteilhaft wird die elektromagnetische Kupplung erst wieder bestromt, nachdem der Elektromotor zum Stillstand gekommen ist, wodurch eine unbeabsichtigte Kraftübertragung zum Werkzeug sicher ausgeschlossen ist.
Weiter vorteilhaft weist die als topfförmiger Kupplungsdeckel ausgebildete, der Ankerscheibe zugewandte, axiale Gegenfläche der Ankerscheibe im radial äusseren Bereich einen Reibbelag auf, welcher bei kritischen Betriebszuständen, vermittelt über die Federkraft einer durch die elektromagnetische Kupplung innerhalb der Ankerscheibe axial vorgespannten Feder, mit der rotierenden Ankerscheibe in Reibkontakt tritt und somit den Elektromotor über die Ankerscheibe bis zum Stillstand abbremst und dabei dessen hohe Rotationsenergie dissipiert.
Die Magnetspule kann am Lagerschild des Gehäuses befestigt und zusammen mit der Läuferscheibe und der Ritzelwelle vormontiert werden. In diese wird in einem nächsten Arbeitsschritt die Rotorwelle mitsamt der Ankerscheibe und dem auch als Staubschutz dienenden Gehäusedeckel eingeschoben.
Die Erfindung wird nachfolgend als Ausführungsbeispiel näher erläutert anhand von
  • Fig. 1 als Elektrohandwerkzeug und
  • Fig. 2 als Einzelheit mit Sicherheitskupplung.
    • Nach Fig. 1 weist ein in seiner Gesamtheit schematisch gekennzeichnetes Elektrohandwerkzeug 1 einen Elektromotor 2 in einem Gehäuse 3, ein die erste Getriebestufe eines Getriebes antreibendes Ritzel 4 und eine, zwischen diesem und dem Elektromotor 2 angeordnete, Sicherheitskupplung 5 auf.
    Nach Fig. 2 ist innerhalb der Kraftübertragungskette von dem Elektromotor 2 zu dem, die erste Getriebestufe eines Getriebes antreibenden, geradeverzahnten Ritzel 4 die Sicherheitskupplung 5, vorteilhaft ausgeführt als elektromagnetische Kupplung mit einer Magnetspule 6, mit einer als Läuferscheibe 7 bezeichneten abtreibenden Kupplungsscheibe und einer als Ankerscheibe 8 bezeichneten antreibenden Kupplungsscheibe angeordnet. Die hohlzylinderförmige Magnetspule 6 umfasst eine radiale Aussenlagerung 9 einer mit dem Ritzel 4 einstückig verbundenen Ritzelwelle 10, wobei diese in ihrem Inneren seitens der dem Ritzel 4 gegenüberliegenden Seite eine mit dem Elektromotor 2 drehfest verbundene Rotorwelle 11 aufnimmt und koaxial drehbar in einer Innenlagerung 12 lagert, welche als Gleitlager ausgebildet, mit einer Zentrierkugel und mit hinreichend langen axialen Gleitflächen zur verkantungsfreien Übernahme der durch das Ritzel 4 aufgenommenen Querkräfte versehen ist. Über die im axialen Eingriffsbereich angeordnete Aussenlagerung 9 werden sowohl die Rotorwelle 11 als auch, vermittelt über die Innenlagerung 12, die Ritzelwelle 10 drehbar im Gehäuse 3 gelagert, wobei ein bezüglich des Elektromotors 2 gegenüberliegendes Rotorlager 13 die Querkräfte aufnimmt. Sowohl die drehfest auf der Ritzelwelle 10 angeordnete Läuferscheibe 7 als auch die drehfest auf der Rotorwelle 11 angeordnet Ankerscheibe 8 bestehen, zumindest im radial Äusseren der einander zugewandten Stirnflächen, aus ferromagnetischem Material. Durch einen, von der im radial Äusseren angeordneten, stromdurchflossenen Magnetspule 6 erzeugten, magnetischen Fluss wird die Ankerscheibe 8 gegen eine Federkraft axial an die Läuferscheibe 7 gezogen und mit dieser bezüglich der Drehbewegung gegeneinander kraft- oder formschlüssig verbunden. Die an einem nicht ferromagnetischen Lagerschild 14 für die Befestigung der Aussenlagerung 9 am Gehäuse 3 montierte hohlzylinderförmige Magnetspule 6, welche ihrerseits zur Einkopplung des magnetischen Flusses bezüglich drei freier Seiten von der Läuferscheibe 7 bzw. der Ankerscheibe 8 umgeben ist, umfasst im Inneren die Aussenlagerung 9 der Ritzelwelle 10 und der Rotorwelle 11, wodurch eine Ineinanderschachtelung dieser Aussenlagerung 9 der Ritzelwelle 10 und der Rotorwelle 11, der Läuferscheibe 7 und der Magnetspule 6 in einem eng begrenzten axialen Bereich entsteht. Ein Reibbelag 15, welcher auf der, der Ankerscheibe 8 zugewandten, ruhenden axialen Gegenfläche 16 des Kupplungsdeckels im radial äusseren Bereich angeordnet ist, tritt über die Federkraft einer als Blattfeder ausgeführten, axial vorgespannten Feder 17 mit der, der Läuferscheibe 7 abgewandten, Stirnfläche der Ankerscheibe 8 in Reibkontakt. Die Rotorwelle 11 mit der Ankerscheibe 8 und der als Kupplungsdeckel ausgeführten Gegenfläche 16 ist in die am Lagerschild 14 des Gehäuses 3 befestigte Magnetspule 6 sowie in die Innenlagerung 12 der Ritzelwelle 10 und der daran befestigten Läuferscheibe 7 in Richtung des Lagerschildes 14 einführbar.

    Claims (8)

    1. Elektrohandwerkzeug (1) mit einem Elektromotor (2), dessen drehfest verbundene Rotorwelle (11) über ein drehfest mit einer Ritzelwelle (10) verbundenes Ritzel (4) ein Getriebe antreibt, wobei zwischen der Rotorwelle (11) und der Ritzelwelle (10) eine Sicherheitskupplung (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Innenlagerung (12) die Rotorwelle (11) axial in die, koaxial drehbar auf dieser gelagerten, Ritzelwelle (10) eingreift.
    2. Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale Aussenlagerung (9) im axialen Eingriffsbereich der Innenlagerung (12) angeordnet ist.
    3. Elektrohandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlagerung (12) als Gleitlager mit hinreichend langen axialen Gleitflächen ausgebildet ist.
    4. Elektrohandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Läuferscheibe (7) auf der Ritzelwelle (10) und eine Ankerscheibe (8) auf der Rotorwelle (11) jeweils drehfest befestigt ist.
    5. Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die der Läuferscheibe (7) abgewandte Stirnfläche der Ankerscheibe (8) im radial Äusseren einen Reibbelag (15) aufweist.
    6. Elektrohandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitskupplung (5) als elektromagnetische Kupplung ausgeführt ist.
    7. Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine hohlzylinderförmige Magnetspule (6) im Inneren die Aussenlagerung (9) umfasst.
    8. Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (6) an einem Lagerschild (14) für die Aussenlagerung (9) befestigt ist.
    EP01811069A 2000-11-17 2001-11-06 Elektrohandwerkzeug mit Sicherheitskupplung Expired - Lifetime EP1207018B1 (de)

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    Publication Number Publication Date
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    US (1) US6705410B2 (de)
    EP (1) EP1207018B1 (de)
    JP (1) JP4063527B2 (de)
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