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EP 1 207 018 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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30.05.2007 Patentblatt 2007/22 |
(22) |
Anmeldetag: 06.11.2001 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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Elektrohandwerkzeug mit Sicherheitskupplung
Electric hand tool with safety coupling
Outil électrique à main avec accouplement de sécurité
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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CH DE FR GB LI SE |
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Priorität: |
17.11.2000 DE 10057139
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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22.05.2002 Patentblatt 2002/21 |
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Patentinhaber: HILTI Aktiengesellschaft |
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9494 Schaan (LI) |
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Erfinder: |
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- Ziegler, Bernd
86856 Hiltenfingen (DE)
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(74) |
Vertreter: Wildi, Roland et al |
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Hilti Aktiengesellschaft,
Feldkircherstrasse 100,
Postfach 333 9494 Schaan 9494 Schaan (LI) |
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Entgegenhaltungen: :
FR-A- 1 239 679 US-A- 5 711 380
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US-A- 5 346 023 US-A- 5 996 707
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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. 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] Die Erfindung wird nachfolgend als Ausführungsbeispiel näher erläutert anhand von
Fig. 1 als Elektrohandwerkzeug und
Fig. 2 als Einzelheit mit Sicherheitskupplung.
[0013] 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.
[0014] 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.
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
zur verkantungsfreien Übernahme der durch das Ritzel aufgenommenen Querkräfte 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 ein Reibbelag (15) auf einer, der Ankerscheibe zugewandten, ruhenden axialen Gegenfläche
eines Kupplungsdeckels (16) im radial Äusseren Bereich angeordnet ist.
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.
1. An electric hand tool (1) with an electric motor (2), of which the rotor shaft (11)
- which is rigidly attached, i.e. so as to be incapable of independent rotation -
drives a gear via a pinion (4) rigidly attached to a pinion shaft (10), a safety coupling
(5) being provided between the rotor shaft (11) and pinion shaft (10), characterized in that, in an inner bearing arrangement (12), the rotor shaft (11) axially engages in the
pinion shaft (10) which is mounted on said rotor shaft (11) so as to be coaxially
rotatable.
2. An electric hand tool according to Claim 1, characterized in that a radial outer bearing arrangement (9) is provided in the axial area of contact of
the inner bearing arrangement (12).
3. An electric hand tool according to one of the preceding claims, characterized in that the inner bearing arrangement (12) takes the form of a sliding bearing having sufficiently
long axial sliding surfaces for the tilt-free taking-up of the transverse forces transmitted
to the pinion.
4. An electric hand tool according to one of the preceding claims, characterized in that a rotor disc (7) is rigidly fixed to the pinion shaft (10) and an armature disc (8)
is rigidly fixed to the rotor shaft (11).
5. An electric hand tool according to Claim 4, characterized in that, in the radial outer region, a friction lining (15) is provided on a static, axial
mating surface - facing the armature disc (8) - of a clutch cover (16).
6. An electric hand tool according to one of the preceding claims, characterized in that the safety coupling (5) takes the form of an electromagnetic clutch.
7. An electric hand tool according to Claim 6, characterized in that the outer bearing arrangement (9) is disposed inside a surrounding hollow cylindrical
magnet coil (6).
8. An electric hand tool according to Claim 6 or Claim 7, characterized in that the magnet coil (6) is fixed to a bearing plate (14) for the outer bearing arrangement
(9).
1. Outil électrique à main (1) avec un moteur électrique (2) dont l'arbre de rotor solidaire
en rotation (11) entraîne une transmission par l'intermédiaire d'un pignon (4) solidaire
en rotation d'un arbre de pignon (10), un embrayage de sécurité (5) étant disposé
entre l'arbre de rotor (11) et l'arbre de pignon (10), caractérisé en ce que, dans un palier intérieur (12), l'arbre de rotor (11) pénètre axialement dans l'arbre
de pignon (10) monté coaxialement à rotation sur ledit palier intérieur.
2. Outil électrique à main selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un palier extérieur (9) est disposé dans la zone d'emprise axiale du palier intérieur
(12).
3. Outil électrique à main selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le palier intérieur (12) est conformé en palier lisse avec des surfaces axiales de
glissement suffisamment longues pour absorber sans coincement les forces transversales
supportées par le pignon.
4. Outil électrique à main selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un disque rotorique (7) et un disque d'induit (8) sont fixés de manière solidaire
en rotation respectivement sur l'arbre de pignon (10) et sur l'arbre de rotor (11).
5. Outil électrique à main selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une garniture de friction (15) est disposée, dans la zone radialement extérieure,
sur une surface antagoniste axiale fixe, tournée vers le disque d'induit, d'un couvercle
d'embrayage (16).
6. Outil électrique à main selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embrayage de sécurité (5) est conformé en embrayage électromagnétique.
7. Outil électrique à main selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une bobine magnétique en forme de cylindre creux (6) reçoit intérieurement le palier
extérieur (9).
8. Outil électrique à main selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que la bobine magnétique (6) est fixée à un flasque-palier (14) destiné au palier extérieur
(9).