EP1207018A1 - Electric hand tool with safety coupling - Google Patents

Abstract

The tool has an electric motor (2) whose rotor shaft (11), which is attached so as to rotate with it, drives a gearbox pinion (4) attached to a pinion shaft so as to rotate with the pinion shaft and a safety coupling (5) between the rotor shaft and the pinion shaft. The rotor shaft engages in an inner bearing of the pinion shaft, which is coaxially mounted on its so as to rotate.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung bezeichnet ein Elektrohandwerkzeug für rotierende Werkzeuge mit einerSicherheitskupplung, welche bei kritischen Betriebszuständen den viel Rotationsenergiespeichernden Elektromotor von der restlichen Kraftübertragungskette trennt, insbesonderebei einem Bohrhammer.The invention relates to an electric hand tool for rotating toolsSafety clutch, which in critical operating conditions the much rotational energyseparating electric motor from the rest of the power transmission chain, in particularwith a hammer drill.

Elektrohandwerkzeuge wie Bohrhämmer werden üblicherweise von einem schnell rotierendenund dadurch vermittelt über ihr Massenträgheitsmoment viel Rotationsenergie speicherndenElektromotor angetrieben. Um den Anwender bei kritischen Betriebszuständen,insbesondere bei einer Verhakung des Werkzeuges, vor unzulässigen Auslenkungen deshandgeführten Elektrohandwerkzeuges zu schützen, muss entweder die Antriebsenergiehinreichend schnell abklingen oder die Kraftübertragungskette zwischen dem Rotationsenergiespeichernden Elektromotor und dem Werkzeug hinreichend schnell getrennt werden. BeiElektrohandwerkzeug grösserer Leistung klingt ohne zusätzliche Massnahmen die Antriebsenergienicht hinreichend schnell ab.Electric hand tools such as rotary hammers are usually made by a rapidly rotating oneand thereby conveys a lot of rotational energy storing via its moment of inertiaElectric motor driven. To help the user with critical operating conditions,especially when the tool gets caught, against inadmissible deflections of theTo protect hand-held electrical hand tools, either the drive energydecay sufficiently quickly or the power transmission chain between the rotational energystoring electric motor and the tool can be separated sufficiently quickly. atElectric hand tools of greater power sound the drive energy without additional measuresnot going off fast enough.

Zum Trennen der Kraftübertragungskette werden Kupplungen zwischengeschaltet, welche invielfältiger Art vorbekannt sind. Üblich sind als Sicherheitskupplungen ausgebildete, beiÜberschreitung eines bestimmten Drehmoments ansprechende, rein mechanische Schlupfkupplungen,bspw. nach der Druckschrift DE4036912 oder elektrisch gesteuerteelektromagnetische Kupplungen, bspw. nach der Druckschrift EP486842. ZurKraftübertragung im eingekuppelten Zustand dienen zumeist radial ausserhalb der beiden zukuppelnden koaxialen Wellen angeordnete Kupplungsmittel, welche über die Haftreibungvermittelt durch die Anpresskraft einen Kraftschluss bewirken. So weist bspw. dieSchlupfkupplung nach der Druckschrift EP694706 radial ausserhalb um zwei koaxial drehbarineinandergreifende Hohlwellen herum angeordnete kraftschlüssige Kupplungsmittel auf,welche bei Überschreitung einer einstellbaren Haftreibung aneinander entlanggleiten.To disconnect the power transmission chain, clutches are interposed, which inare known in many different ways. Are trained as safety clutches, atExceeding a certain torque responsive, purely mechanical slip clutches,For example, according to DE4036912 or electrically controlledelectromagnetic clutches, for example according to EP486842. toPower transmission in the engaged state mostly serve radially outside of the twoCoupling coaxial shafts arranged coupling means, which have static frictionmediated by the contact force cause a frictional connection. For example, theSlip clutch according to EP694706 can be rotated radially outside by two coaxiallyinterlocking hollow shafts arranged around non-positive coupling means,which slide along each other when an adjustable static friction is exceeded.

Bei Elektrohandwerkzeugen mit quer zur Werkzeugachse angeordnetem Elektromotor wirddie Drehbewegung zumeist über Kegelgetriebe von der Rotorachse in die Werkzeugachsetransformiert, wobei ein kegelförmiges Ritzel bezüglich seiner Drehachse auf der Rotorwelle,bspw. nach der Druckschrift DE-DM9208407, oder parallel zu dieser angeordnet ist. Für einemöglichst kurze Bauform quer zur Werkzeugachse werden in der Kraftübertragungskettezwischengeschaltete Sicherheitskupplungen häufig axial parallel versetzt angeordnet undbaulich in Zwischengetriebestufen integriert, bspw. nach der Druckschrift US4346767.Nachteilig bei derart zwischengeschalteten Sicherheitskupplungen sind die für derenLagerung benötigten zusätzlichen Lager in der Kraftübertragungskette sowie das beanspruchteGehäusevolumen bei axialer oder versetzter Anordnung. Mehr als zwei Lagerstellenje Welle führen bereits bei geringen Verschiebungen zu nachteiligen Verspannungen imAntriebsstrang.In electric hand tools with an electric motor arranged transversely to the tool axisthe rotary movement mostly from bevel gear from the rotor axis into the tool axistransformed, with a conical pinion with respect to its axis of rotation on the rotor shaft,for example according to the document DE-DM9208407, or is arranged parallel to this. For oneThe shortest possible design across the tool axis is in the power transmission chainintermediate safety clutches are often arranged axially offset in parallel andstructurally integrated in intermediate gear stages, for example according to the publication US4346767.A disadvantage of such interposed safety clutches are those for themStorage required additional bearings in the power transmission chain as well as the claimedHousing volume with axial or offset arrangement. More than two storage locationsper shaft lead to disadvantageous tension in the shaft even with slight displacementsPowertrain.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer Sicherheitskupplung unmittelbaran der schnelllaufenden Rotorwelle, wobei vorteilhaft nur eine geringe axiale Verlängerungder Bauhöhe durch die Integration der Sicherheitskupplung bedingt ist. Ein weiterer Aspektbesteht in der aktiven Abbremsung des Rotors.The object of the invention is to implement a safety coupling directlyon the high-speed rotor shaft, advantageously only a small axial extensionthe height is due to the integration of the safety coupling. Another aspectconsists in actively braking the rotor.

Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The task is essentially solved by the features of the independent claims.Advantageous further developments result from the subclaims.

Im wesentlichen ist die Sicherheitskupplung, welche im Normalbetrieb ein schlupffreiesMitdrehen und bei kritischen Betriebszuständen ein freies Drehen beider Wellen gewährleistet,zwischen der Rotorwelle und der Ritzelwelle ausgebildet. Die Rotorwelle greift axialin eine, koaxial drehbar auf dieser gelagerten, Ritzelwelle ein, wobei diese Innenlagerungvorteilhaft als Gleitlager ausgebildet ist, welches weiter vorteilhaft mit einer zentralen Kugelbezüglich der gemeinsamen Drehachse zentriert und mit hinreichend langen axialenGleitflächen zur verkantungsfreien Übernahme der durch das Ritzel aufgenommenenQuerkräfte versehen ist. Über eine im axialen Eingriffsbereich angeordnete radiale Aussenlagerungwerden sowohl die Rotorwelle als auch, vermittelt über die Innenlagerung, dieRitzelwelle drehbar im Gehäuse gelagert, wobei das bezüglich des Elektromotors gegenüberliegendeRotorlager die Querkräfte aufnimmt.Essentially the safety clutch is a slip-free one in normal operationCo-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 axiallyinto a, coaxially rotatably mounted on this, pinion shaft, this inner bearingis advantageously designed as a plain bearing, which is further advantageously with a central ballcentered with respect to the common axis of rotation and with sufficiently long axialSliding surfaces for tilt-free takeover of those picked up by the pinionTransverse forces is provided. Via a radial outer bearing arranged in the axial engagement areaare both the rotor shaft and, mediated via the inner bearing, thePinion shaft rotatably mounted in the housing, the opposite with respect to the electric motorRotor bearing absorbs the lateral forces.

Vorteilhaft ist die Sicherheitskupplung als elektromagnetische Kupplung ausgeführt, beiwelcher die, jeweils zumindest im radial Äusseren der einander zugewandten Stirnflächenaus ferromagnetischem Material bestehende, Läuferscheibe drehfest auf der Ritzelwelle sowie die Ankerscheibe drehfest auf der Rotorwelle angeordnet ist und im Normalbetriebdurch den über eine, vorteilhaft im radial Äusseren am Gehäuse angeordnete,stromdurchflossene Magnetspule erzeugten magnetischen Fluss gegen eine Federkraft axialaneinander gezogen und bezüglich der Drehbewegung gegeneinander kraft- oderformschlüssig verbunden werden. Vorteilhaft umfasst die am nicht ferromagnetischenLagerschild des Gehäuses montierte hohlzylinderförmige Magnetspule, welche ihrerseits zurEinkopplung des magnetischen Flusses üblicherweise bezüglich drei freier Seiten von derLäuferscheibe 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 entstehtund somit nur eine geringe axiale Verlängerung der Bauhöhe durch die Integration derSicherheitskupplung bedingt ist.The safety clutch is advantageously designed as an electromagnetic clutch, atwhich the, in each case at least in the radially outer side of the mutually facing end facesmade of ferromagnetic material, rotor disc rotatably on the pinion shaftand the armature disk is arranged in a rotationally fixed manner on the rotor shaft and in normal operationby means of a, advantageously arranged in the radially outer on the housing,current-carrying magnetic coil generates magnetic flux against a spring force axiallypulled against each other and with respect to the rotational movement against each otherbe positively connected. Advantageously includes the most non-ferromagneticBearing plate of the housing mounted hollow cylindrical magnet coil, which in turn forCoupling of the magnetic flux usually with respect to three free sides of theRotor 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 areaand thus only a small axial extension of the overall height through the integration of theSafety clutch is due.

Bei einer Trennung der Kraftübertragung durch die elektromagnetische Kupplung gelangt dieüber das Werkzeug sowie das Getriebe mit hoher Reibung gebremste Ritzelwelle relativschnell zum Stillstand. Die Verbindung der relativ massearmen Ankerscheibe mit derRotorwelle erhöht deren bei kritischen Betriebszuständen zu berücksichtigendeRotationsenergie nur unwesentlich, wodurch der Elektromotor wie üblich ausläuft. Vorteilhaftwird die elektromagnetische Kupplung erst wieder bestromt, nachdem der Elektromotor zumStillstand gekommen ist, wodurch eine unbeabsichtigte Kraftübertragung zum Werkzeugsicher ausgeschlossen ist.When the power transmission is separated by the electromagnetic clutch, theRelatively braked pinion shaft via the tool and the gear with high frictionquickly to a standstill. The connection of the relatively low-mass armature plate with theThe rotor shaft increases the one to be taken into account in critical operating statesRotational energy is only insignificant, which causes the electric motor to run down as usual. Advantageousthe electromagnetic clutch is only energized again after the electric motor toHas come to a standstill, causing an unintentional power transmission to the toolis certainly excluded.

Weiter vorteilhaft weist die als topfförmiger Kupplungsdeckel ausgebildete, der Ankerscheibezugewandte, axiale Gegenfläche der Ankerscheibe im radial äusseren Bereich einenReibbelag auf, welcher bei kritischen Betriebszuständen, vermittelt über die Federkraft einerdurch die elektromagnetische Kupplung innerhalb der Ankerscheibe axial vorgespanntenFeder, mit der rotierenden Ankerscheibe in Reibkontakt tritt und somit den Elektromotor überdie Ankerscheibe bis zum Stillstand abbremst und dabei dessen hohe Rotationsenergiedissipiert.The armature disk, which is designed as a cup-shaped clutch cover, further advantageously hasfacing, axial counter surface of the armature plate in the radially outer regionFriction lining, which mediates in critical operating conditions, via the spring forceaxially biased by the electromagnetic clutch inside the armature plateSpring comes into frictional contact with the rotating armature disk and thus over the electric motorbrakes the armature disk to a standstill and thereby its high rotational energydissipated.

Die Magnetspule kann am Lagerschild des Gehäuses befestigt und zusammen mit derLäuferscheibe und der Ritzelwelle vormontiert werden. In diese wird in einem nächstenArbeitsschritt die Rotorwelle mitsamt der Ankerscheibe und dem auch als Staubschutzdienenden Gehäusedeckel eingeschoben.The solenoid can be attached to the end shield of the housing and together with theThe rotor disk and the pinion shaft are preassembled. This will be in a next oneWork step the rotor shaft together with the armature disk and also as dust protectionserving housing cover inserted.

Die Erfindung wird nachfolgend als Ausführungsbeispiel näher erläutert anhand von

Fig. 1 als Elektrohandwerkzeug und

Fig. 2 als Einzelheit mit Sicherheitskupplung.

The invention is explained in more detail below as an exemplary embodiment with reference to

Fig. 1 as an electric hand tool and

Fig. 2 as a detail with a safety clutch.

Nach Fig. 1 weist ein in seiner Gesamtheit schematisch gekennzeichnetesElektrohandwerkzeug 1 einen Elektromotor 2 in einem Gehäuse 3, ein die ersteGetriebestufe eines Getriebes antreibendes Ritzel 4 und eine, zwischen diesem und demElektromotor 2 angeordnete, Sicherheitskupplung 5 auf.According to Fig. 1 shows a schematically marked in its entiretyElectric hand tool 1 an electric motor 2 in ahousing 3, the first oneGear stage of a gear driving pinion 4 and one, between this and theElectric motor 2 arranged,safety clutch 5.

Nach Fig. 2 ist innerhalb der Kraftübertragungskette von dem Elektromotor 2 zu dem, dieerste Getriebestufe eines Getriebes antreibenden, geradeverzahnten Ritzel 4 dieSicherheitskupplung 5, vorteilhaft ausgeführt als elektromagnetische Kupplung mit einerMagnetspule 6, mit einer als Läuferscheibe 7 bezeichneten abtreibenden Kupplungsscheibeund einer als Ankerscheibe 8 bezeichneten antreibenden Kupplungsscheibe angeordnet. Diehohlzylinderförmige Magnetspule 6 umfasst eine radiale Aussenlagerung 9 einer mit demRitzel 4 einstückig verbundenen Ritzelwelle 10, wobei diese in ihrem Inneren seitens derdem Ritzel 4 gegenüberliegenden Seite eine mit dem Elektromotor 2 drehfest verbundeneRotorwelle 11 aufnimmt und koaxial drehbar in einer Innenlagerung 12 lagert, welche alsGleitlager ausgebildet, mit einer Zentrierkugel und mit hinreichend langen axialenGleitflächen zur verkantungsfreien Übernahme der durch das Ritzel 4 aufgenommenenQuerkräfte versehen ist. Über die im axialen Eingriffsbereich angeordnete Aussenlagerung 9werden sowohl die Rotorwelle 11 als auch, vermittelt über die Innenlagerung 12, dieRitzelwelle 10 drehbar im Gehäuse 3 gelagert, wobei ein bezüglich des Elektromotors 2gegenüberliegendes Rotorlager 13 die Querkräfte aufnimmt. Sowohl die drehfest auf derRitzelwelle 10 angeordnete Läuferscheibe 7 als auch die drehfest auf der Rotorwelle 11angeordnet Ankerscheibe 8 bestehen, zumindest im radial Äusseren der einander zugewandtenStirnflächen, aus ferromagnetischem Material. Durch einen, von der im radialÄusseren angeordneten, stromdurchflossenen Magnetspule 6 erzeugten, magnetischenFluss wird die Ankerscheibe 8 gegen eine Federkraft axial an die Läuferscheibe 7 gezogenund mit dieser bezüglich der Drehbewegung gegeneinander kraft- oder formschlüssigverbunden. Die an einem nicht ferromagnetischen Lagerschild 14 für die Befestigung derAussenlagerung 9 am Gehäuse 3 montierte hohlzylinderförmige Magnetspule 6, welcheihrerseits zur Einkopplung des magnetischen Flusses bezüglich drei freier Seiten von derLäuferscheibe 7 bzw. der Ankerscheibe 8 umgeben ist, umfasst im Inneren dieAussenlagerung 9 der Ritzelwelle 10 und der Rotorwelle 11, wodurch eineIneinanderschachtelung 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, ruhendenaxialen Gegenfläche 16 des Kupplungsdeckels im radial äusseren Bereich angeordnet ist,tritt über die Federkraft einer als Blattfeder ausgeführten, axial vorgespannten Feder 17 mitder, der Läuferscheibe 7 abgewandten, Stirnfläche der Ankerscheibe 8 in Reibkontakt. DieRotorwelle 11 mit der Ankerscheibe 8 und der als Kupplungsdeckel ausgeführtenGegenfläche 16 ist in die am Lagerschild 14 des Gehäuses 3 befestigte Magnetspule 6sowie in die Innenlagerung 12 der Ritzelwelle 10 und der daran befestigten Läuferscheibe 7in Richtung des Lagerschildes 14 einführbar.2 is within the power transmission chain from the electric motor 2 to thatfirst gear stage of a gear driving, straight-toothed pinion 4Safety clutch 5, advantageously designed as an electromagnetic clutch with aMagnetic coil 6, with an aborting clutch disk designated as a rotor disk 7and a driving clutch disk designated asarmature disk 8. TheHollowcylindrical magnet coil 6 includes a radialouter bearing 9 with thePinion 4 integrally connected pinion shaft 10, the inside of which on the part ofthe side opposite the pinion 4 is connected in a rotationally fixed manner to the electric motor 2Receives rotor shaft 11 and coaxially rotatable in an inner bearing 12, which asPlain bearing designed with a centering ball and with sufficiently long axialSliding surfaces for tilt-free takeover of those picked up by the pinion 4Transverse forces is provided. Via theouter bearing 9 arranged in the axial engagement areaare both therotor shaft 11 and, mediated via the inner bearing 12, thePinion shaft 10 rotatably mounted in thehousing 3, one with respect to the electric motor 2opposite rotor bearing 13 absorbs the transverse forces. Both the rotatable on thePinion shaft 10 arranged rotor disk 7 as well as the rotationally fixed on therotor shaft 11arrangedarmature disk 8 exist, at least in the radially outer side of the facingEnd faces, made of ferromagnetic material. By one, of which in the radialMagnetic coil 6, which is arranged on the outside and is supplied with currentThearmature disk 8 is drawn axially against the spring disk 7 against a spring forceand with this with respect to the rotational movement against one another in a positive or positive mannerconnected. The on anon-ferromagnetic end shield 14 for the attachment of theExternal bearing 9 on thehousing 3 mounted hollowcylindrical magnet coil 6, whichin turn to couple the magnetic flux with respect to three free sides of theThe rotor disk 7 or thearmature disk 8 is surrounded insideExternal bearing 9 of the pinion shaft 10 and therotor shaft 11, whereby aNesting of this outer bearing 9 of the pinion shaft 10 and therotor shaft 11,the rotor disk 7 and themagnet coil 6 in a narrowly defined axial areaarises. Afriction lining 15, which rests on thearmature disk 8 facingaxial counter surface 16 of the clutch cover is arranged in the radially outer region,occurs with the spring force of an axially preloadedspring 17 designed as a leaf springthe end face of thearmature disk 8 facing away from the rotor disk 7 in frictional contact. TheRotor shaft 11 with thearmature disk 8 and that designed as a clutchcoverCounter surface 16 is in themagnet coil 6 fastened to theend shield 14 of thehousing 3as well as in the inner bearing 12 of the pinion shaft 10 and the rotor disk 7 attached theretoinsertable in the direction of theend shield 14.

Claims (8)

Translated fromGerman

Elektrohandwerkzeug (1) mit einem Elektromotor (2), dessen drehfest verbundeneRotorwelle (11) über ein drehfest mit einer Ritzelwelle (10) verbundenes Ritzel (4) einGetriebe 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.Electric hand tool (1) with an electric motor (2), the rotor shaft (11) of which is connected in a rotationally fixed manner drives a gear via a pinion (4) connected in a rotationally fixed manner to a pinion shaft (10), one between the rotor shaft (11) and the pinion shaft (10) Safety clutch (5) is arranged,characterized in that in an inner bearing (12) the rotor shaft (11) engages axially in the pinion shaft (10) which is rotatably mounted coaxially thereon.Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass eine radialeAussenlagerung (9) im axialen Eingriffsbereich der Innenlagerung (12) angeordnet ist.Electric hand tool according to claim 1,characterized in that a radial outer bearing (9) is arranged in the axial engagement area of the inner bearing (12).Elektrohandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,dass die Innenlagerung (12) als Gleitlager mit hinreichend langen axialen Gleitflächenausgebildet ist.Electric hand tool according to one of the preceding claims,characterized in that the inner bearing (12) is designed as a sliding bearing with sufficiently long axial sliding surfaces.Elektrohandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,dass eine Läuferscheibe (7) auf der Ritzelwelle (10) und eine Ankerscheibe (8) auf derRotorwelle (11) jeweils drehfest befestigt ist.Electric hand tool according to one of the preceding claims,characterized in that a rotor disk (7) on the pinion shaft (10) and an armature disk (8) on the rotor shaft (11) are each fixed in a manner fixed against relative rotation.Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass die derLäuferscheibe (7) abgewandte Stirnfläche der Ankerscheibe (8) im radial Äusseren einenReibbelag (15) aufweist.Electric hand tool according to claim 4,characterized in that the end face of the armature disk (8) facing away from the rotor disk (7) has a friction lining (15) in the radially outer side.Elektrohandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,dass die Sicherheitskupplung (5) als elektromagnetische Kupplung ausgeführt ist.Electric hand tool according to one of the preceding claims,characterized in that the safety clutch (5) is designed as an electromagnetic clutch.Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, dass einehohlzylinderförmige Magnetspule (6) im Inneren die Aussenlagerung (9) umfasst.Electric hand tool according to claim 6,characterized in that a hollow cylindrical magnet coil (6) comprises the outer bearing (9) inside.Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 6 oder Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, dassdie Magnetspule (6) an einem Lagerschild (14) für die Aussenlagerung (9) befestigt ist.Electric hand tool according to claim 6 or claim 7,characterized in that the magnetic coil (6) is attached to a bearing plate (14) for the external bearing (9).

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