DE3720633A1 - Motorisch angetriebenes werkzeug, insbesondere schraub- oder bohrwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein bei Erreichen eines bestimmten Drehmoments selbsttätig von einer höheren auf eine niedri­ gere Drehgeschwindigkeit umschaltbares, motorisch angetrie­ benes Werkzeug, insbesondere Schraub- oder Bohrwerkzeug, mit wenigstens zwei in einem Gehäuse zwischen einer An­ triebs- und einer Abtriebswelle in Reihe angeordneten, die Antriebsdrehzahl reduzierenden Planetenrad-Getriebe­ stufen, wobei in der einen Getriebestufe das Ringrad dreh­ bar im Gehäuse gelagert und durch eine Kupplung in einer ersten Schaltstellung am Planetenradträger und in einer zweiten Schaltstellung am Gehäuse festlegbar ist.

Ein derartiges Werkzeug ist z. B. in der US-PS 36 10 343 beschrieben. Dabei erfolgt das Umschalten des Ringrads durch einen pneumatisch betätigten Kolben, der durch ein Ventilsystem gesteuert wird. Diese pneumatische Steuer­ vorrichtung funktioniert in Abhängigkeit vom Rückdruck des Motors in der Weise, daß bei Erreichen eines bestimmten Rück­ drucks der Pneumatikzylinder mit Druckluft beaufschlagt wird und das Ringrad der Planetenrad-Getriebestufe von der Schalt­ stellung mit höherer Drehgeschwindigkeit in die Schaltstellung mit niedrigerer Drehgeschwindigkeit umschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der eingangs genannten Art dahingehend zu vereinfachen, daß die bisher notwendige Steuervorrichtung mit Steuerventilen ent­ fällt.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kupplung und/oder das Ringrad der einen Getriebestufe unter Drehmomentbelastung durch mit dem Ringrad einer ande­ ren Getriebestufe zusammenwirkende Nocken und Gegennocken mit schräg zur Umfangsrichtung angeordneten Nockenflächen gegen eine Vorspannkraft von der ersten zur zweiten Schaltstellung axial verschieblich sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Getriebe eines Motorschraubers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schaltnockens des Getriebes nach Fig. 1.

Das gezeigte Werkzeug zum Festziehen von Schraubverbindungen besteht aus einem Gehäuse 10, einem darin gelagerten, aber nicht gezeigten Drehantriebsmotor, der auf eine Antriebswel­ le 11 wirkt, und einem dreistufigen Planetenradgetriebe, dessen Abtriebswelle mit 12 bezeichnet ist und welches als Untersetzungsgetriebe zur Reduzierung der Motordrehzahl dient. Die drei Planetenrad-Getriebestufen sind in Reihe angeordnet. Die erste besteht aus einem Sonnenrad 14, einer Anzahl von Planetenrädern 15, einem Planetenradträger 16 und einem Ring­ rad 17. Das Sonnenrad 14 ist mit der Antriebswelle 11 verbun­ den. Eine zweite Planetenrad-Getriebstufe 19 am Getriebeaus­ gang besteht aus einem Planetenradträger 20, der einstückig ausgebildet oder verbunden ist mit der Abtriebswelle 12, einer Anzahl von Planetenrädern 21, einem Ringrad 22 und einem Sonnenrad 23. Das letztere ist direkt verbunden mit dem Planetenradträger einer dritten, zwischen der ersten und zweiten angeordneten Planetenrad-Getriebstufe 25. Zu dieser gehören außerdem eine Anzahl von Planetenrädern 26, ein Ringrad 27 und ein Sonnenrad 24, das mit dem Planeten­ radträger 16 der ersten Getriebstufe 13 verbunden ist.

Die Ringräder 17, 22, 27 aller drei Planetenrad-Getriebestufen 13, 19 und 25 sind axial verschieblich im Gehäuse 10 gelagert. Das Ringrad 17 der ersten Getriebestufe 13 und das Ringrad 22 der zweiten Getriebestufe 19 sind außerdem drehbar im Gehäuse gelagert, während das Ringrad 27 der mittleren Getriebestufe 25 durch radiale Bolzen 28, die sich durch Öffnungen 29 im Gehäuse erstrecken, drehfest gehalten ist. Die Bohrungen 29 lassen die erwähnte begrenzte axiale Verschieblichkeit des Ringrads 27 zu. Die sich radial erstreckenden Bolzen 28 sind mit einem Ring 30 verbunden, der axial verschieblich auf einer zylindrischen Gehäusefläche sitzt. Eine Feder 32 ist zwischen dem Ring 30 einerseits und einem weiteren Ring 33 andererseits eingespannt. Der letztere stützt sich axial am äußeren Ende von zweiarmigen Hebeln 37 ab, die sich ihrerseits mit ihrer Mitte axial am Gehäuse 10 abstützen und mit ihren inneren En­ den an einem Kugellager 36 anliegen. Dieses Kugellager ist fest am Ringrad 17 angebracht und überträgt eine axiale Vor­ spannkraft auf dieses. An seinem linken Ende liegt das Ring­ rad 17 an einem Reibring 37 an, der seinerseits an einem Flansch 38 anliegt, welcher fest mit dem Planetenradträger 16 verbunden ist. Der Reibring 37 kann zur Drehmomentüber­ tragung entweder ebene oder mit einer Zahnung versehene Kontaktflächen haben.

Das Ringrad 22 der zweiten Planetenrad-Getriebstufe 19 ist an seinem linken Ende mit axial vorspringenden Nocken 40 ausge­ bildet, die mit daran angreifenden Kugeln 41 zusammenwirken. Die letzteren werden durch sich axial erstreckende Bolzen 42 und eine vorgespannte Druckfeder 43 abgestützt. Dieses ist zwischen einer axial einstellbaren Buchse 44 und einem an einer axialen Schulterfläche des Gehäuses 10 anliegenden Ring 45 eingespannt. Zwischen den Ringrädern 22 und 27 ist als Axialdrucklager ein Kugellager 50 angeordnet, um die auf das Ringrad 22 während seiner Schalt- und Durchrutschbewegun­ gen wirkenden Reibungskräfte zu minimieren. Die Nocken 40 sind symmetrisch ausgebildet. Sie haben auf jeder Seite eine erste Nockenfläche 46 von verhältnismäßig schwacher Neigung und dann zur Spitze hin eine zweite Nockenfläche 47, die in axialer Richtung steiler ist, siehe Fig. 2.

Wenn während des Betriebs das Werkzeug z. B. eine Mutter oder Schraube, die festgezogen werden soll, zunächst längs des Ge­ windes niederschraubt und die Reibungskräfte im Gewinde noch sehr niedrig sind, haben die als Gegennocken wirkenden Kugeln 41 noch nicht die Tendenz, sich längs der Nockenflächen 46 der Nocken 40 zu bewegen, weil die durch die Feder 32 über die Bolzen 28, das Ringrad 27 und das Axialdrucklager 50 auf das Ringrad 22 ausgeübte axiale Vorspannung noch stark genug ist, um eine axiale Bewegung des letzteren zu verhindern. Dies bedeutet, daß, so lange die Reibungskraft in der festzuziehen­ den Schraubverbindung unterhalb eines bestimmten Niveaus bleibt, üben die Kugeln 41 im Zusammenwirken mit den ersten Nockenflä­ chen 46 eine Bremskraft auf das Ringrad 22 aus, die stark ge­ nug ist, dieses am Drehen zu hindern. Die Feder 32 wirkt aus­ serdem mit einer axialen Vorspannkraft über die Hebel 34 und das Kugellager 36 auf das Ringrad 17, so daß dieses gegen den Reibring 37 und den Flansch 38 des Planetenradträgers 16 ge­ drückt wird. Wenn also das Widerstandsmoment an der Abtriebs­ welle unterhalb eines bestimmten Niveaus bleibt, ist das Ring­ rad 17 der ersten Planetenrad-Getriebestufe 13 reibschlüssig am Planetenradträger 16 festgelegt und rotiert zusammen mit diesem mit derselben Drehgeschwindigkeit. Dies bedeutet wiederum, daß die erste Planetenrad-Getriebstufe 13 unwirk­ sam ist, d. h. zur Drehzahlreduzierung nicht beiträgt, und somit das Werkzeug mit einer hohen Abtriebsdrehzahl arbei­ tet.

Wenn sich der Drehwiderstand in der Schraubverbindung über ein bestimmtes Niveau erhöht, bewegen sich die Kugeln 41 ent­ lang der ersten Nockenflächen 46, und dadurch werden das Ring­ rad 22, das Axialdrucklager 50 und das Ringrad 27 axial ver­ schoben. Daraus folgt, daß der Reibring 37 zwischen dem Ring­ rad 27 der mittleren Getriebestufe 25 und dem Ringrad 17 der ersten Getriebestufe 13 eingeklemmt wird und daß die Klemmkraft zwischen dem Reibring 37 und dem Flansch 38 des Planetenradträgers 16 aufhört. Stattdessen wird das Ringrad 17 jetzt gegen Drehung relativ zum Gehäuse 10 blockiert. Dadurch wird diejenige Schaltstellung des Ring­ rads 17 erreicht, in welcher das Getriebe die niedrigere Abtriebsdrehzahl erzeugt.

Soweit der Vorgang des Festziehens einer Schraubverbindung bis hierher beschrieben worden ist, befinden sich die als Gegennocken fungierenden Kugeln 41, die Bolzen 42 und die Feder 43 noch in ihrer Ausgangsstellung. Wenn jedoch das Widerstandsmoment der sich festziehenden Schraubverbindung einen bestimmten Maximalwert erreicht, bewegen sich die Kugeln 41 entgegen der durch die Feder 43 erzeugten Vorspann­ kraft entlang der steilen Nockenflächen 47 der Nocken 40, und wenn die Kugeln 41 die Spitzen der Nocken 40 erreichen und darüber hinweglaufen, wird die Drehmomentübertragung auf die Schraubverbindung unterbrochen. Das maximale Drehmoment, bei welchem die Unterbrechung im Antriebsstrang auftritt, wird bei einem bestimmten Neigungswinkel der Nockenflächen 47 durch die Vorspannung der Feder 43 bestimmt. Diese Vorspannung kann durch Justierung der Buchse 44 relativ zum Gehäuse 10 eingestellt werden.

Vorstehend ist als detailliert beschriebenes Ausführungsbei­ spiel ein Motorschrauber gewählt worden. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch bei anderen Arten von moto­ risch angetriebenen Werkzeugen, wie z.B. Bohrmaschinen, An­ wendung finden kann. Insbesondere kommen hierfür batterie­ betriebene Bohrmaschinen in Frage, deren Funktion und Hand­ habung durch die Erfindung wesentlich verbessert werden können.

Claims (10)

1. Bei Erreichen eines bestimmten Drehmoments selbsttätig von einer höheren auf eine niedrigere Drehgeschwindigkeit umschaltbares, motorisch angetriebenes Werkzeug, insbeson­ dere Schraub- oder Bohrwerkzeug, mit wenigstens zwei in einem Gehäuse zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebs­ welle in Reihe angeordneten, die Antriebsdrehzahl redu­ zierenden Planetenrad-Getriebestufen, wobei in der einen Getriebestufe das Ringrad drehbar im Gehäuse gelagert und durch eine Kupplung in einer ersten Schaltstellung am Planetenradträger und in einer zweiten Schaltstellung am Gehäuse festlegbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplung (37) und/oder das Ringrad (17) der einen Getriebestufe (13) unter Dreh­ momentbelastung durch mit dem Ringrad (22) einer anderen Getriebestufe (19) zusammenwirkende Nocken (40) und Gegen­ nocken (41) mit schräg zur Umfangsrichtung angeordneten Nockenflächen (46, 47) gegen eine Vorspannkraft (32) von der ersten zur zweiten Schaltstellung axial verschieblich sind.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplung (37) in drehfester Verbindung mit dem Ringrad (17) der einen Getriebestufe (13) durch eine erste axial wirkende Feder (32) in dreh­ festen Eingriff mit dem Planetenradträger (16, 38) dieser Getriebestufe (13) bewegbar und durch die der Federkraft (32) entgegen gerichtete, durch Nocken (40) und Gegennocken (41) bewirkte axiale Bewegung des Ringrads (22) der anderen Getriebestufe (19) mit einem drehfesten Teil (27) kuppelbar und aus dem Eingriff mit dem Planetenradträger (16, 38) ausrückbar ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung ein Reibelement (37) ist, das in der ersten Schaltstellung durch die gegen das axial verschieblich gelagerte Ring­ rad (17) der einen Getriebestufe (13) drückende erste Feder (32) zwischen dem Ringrad (17) und dem axial ge­ haltenen Planetenradträger (16, 38) einspannbar ist, und das durch die von den Nocken (40) und Gegennocken (41) bewirkte axiale Verschiebung des Ringrads (22) der an­ deren Getriebestufe (19) unter Einspannung zwischen den Ringrädern (17, 22) von der Reibfläche des Planetenrad­ trägers (16, 38) abhebbar ist.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei Planetenrad-Getriebestufen (13, 19, 25) die Kupplung (37) mit dem einen und die Nocken (40) und Gegennocken (41) mit dem anderen der beiden Ringräder (17, 22) der Getriebestufen (13, 19) am Getriebein- und -ausgang zusammenwirken und wenigstens ein Ringrad (27) einer weiteren Planetenrad-Getriebestufe (25) dreh­ fest, aber axial verschieblich im Gehäuse gelagert ist und ein Zwischenglied für die Übertragung der Schaltkraft von den Nocken (40) auf die Kupplung (37) bildet.

5. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Nocken (40) zu ihrem freien axialen Ende hin zunächst eine flache und dann eine steiler ansteigende Nockenfläche (46, 47) aufweisen und im Zusammenwirken mit den Gegen­ nocken (41) und einer zweiten, stärker als die erste dimensionierten Feder (43) eine Rutschkupplung bilden, die bei einem bestimmten maximalen Drehmoment, welches größer ist als das die axiale Schaltbewegung auslösende Drehmoment, durchrutscht.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gegennocken (41) an einem durch die zweite Feder (43) gegen einen Festanschlag angedrückten ersten Federlager (45) auf dessen der Feder axial gegen­ überliegenden Seite abgestützt sind.

7. Werkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federlager (44) der zweiten Feder (43) axial verstellbar ist.

8. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gegennocken (41) mit Bezug auf die Längsachse der Abtriebs­ welle (12) undrehbar angeordnete Kugeln (41) sind.

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mit Nocken (40) und Gegennocken (41) zusammenwirkenden Ringrad (22) und dem Ringrad (27) der weiteren Getriebestufe (25) ein Axialdrucklager (50) vorgesehen ist.

10. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das mit Nocken (40) und Gegennocken (41) zusammenwirkende Ring­ rad (22) am Getriebeausgang angeordnet ist.