Drehendes Elektrowerkzeug, insbesondere Winkelschleifer

Abstract

 Bei einem drehenden Elektrowerkzeug, insbesondere Winkel­schleifer, mit einem in einer elektromotorischen Abtriebs­welle (14) stirnseitig eingeschraubten Schaftritzel (17) zur Übertragung der Drehbewegung auf eine Arbeitswelle (15) ist zwecks Erzielung eines möglichst großen Ver­hältnisses zwischen Kern- und Außendurchmesser der Ge­windeverbindung (19,20) zwischen Schaftritzel (17) und Abtriebswelle (14) bei gleichzeitiger Optimierung der Werkstoffbelastung die Gewindeverbindung (19,20) mehr­gängig mit vorzugsweise Dreiecksprofil ausgeführt.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem drehenden Elektrowerk­zeug, insbesondere Winkelschleifer, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

[0002] Bei Winkelschleifern sind die Abtriebswelle des Elektro­motors und die die Schleifscheibe tragende Arbeitswelle senkrecht zueinander ausgerichtet und stehen über das als Schaftritzel ausgebildete Koppelglied miteinander in Eingriff, so daß die Rotationsbewegung der Abtriebs­welle auf die Arbeitswelle übertragen wird. Das Schaft­ritzel ist hierzu in der Abtriebswelle eingeschraubt und kämmt mit einem Zahnkranz in einem auf der Arbeitswelle drehfest sitzenden Gegenkranz.

[0003] Zum Einschrauben des Schaftritzels muß die Abtriebs­welle einen ausreichend großen Durchmesser aufweisen.

[0004] Um diesen nicht unnötig groß bemessen zu müssen - was wiederum Rückwirkungen auf die Lagerung von Abtriebs­welle und Schaftritzel hat - ist man bestrebt, im Ein­schraubbereich den Durchmesser des Schaftritzels mög­lichst klein zu halten, jedoch einen für die Drehmoment­übertragung ausreichend großen Kernquerschnitt in der Gewindeverbindung beizubehalten.

[0005] Von den üblichen Befestigungsgewinden würde sich hierzu ein Feingewinde anbieten, das im Vergleich zu einem Regelgewinde bei gleichem Außendurchmesser einen größe­ren Kerndurchmesser aufweist und damit größeren Längs­kräften standhält. Die üblichen Befestigungsgewinde dienen dabei dem Zweck, mit geringem Anzugsdrehmoment eine hohe Längskraft in der Schraube zu bewirken. Bei drehenden Elektrowerkzeugen muß die Gewindeverbindung zwischen Abtriebswelle und Schaftritzel jedoch ein hohes Anzugsdrehmoment übertragen können. Bei der Verwendung eines Feingewindes würde die größere Längskraft zwar die Gewindekopfreibung erhöhen, woraus wiederum ein etwas größeres Anzugsdrehmoment resultiert, jedoch sinkt wegen der geringen Steigung des Feingewindes der im Gewinde zu übertragende Anteil des Drehmomentes, wodurch die Schub- ­oder Torsionsspannung zu Lasten der Zugspannung im Kern der Gewindeverbindung verringert wird. Der Werkstoff wird damit nicht optimal ausgenutzt. Ein Feingewinde ist daher trotz des Vorteils eines größeren Kerndurchmessers bei gleichem Außendurchmesser nicht brauchbar.

Vorteile der Erfindung

[0006] Das erfindungsgemäße Elektrowerkzeug mit den kennzeich­nenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Gewindeverbindung zwischen Abtriebswelle und Koppel­glied ein hohes Anzugsdrehmoment bei optimal ausgenutz­tem Werkstoff überträgt. Optimale Ausnutzung des Werk­stoffs bedeutet, daß die im Kernmaterial der Gewinde­verbindung auftretende Vergleichsspannung σ_r, die sich aus der Schub- oder Torsionsspannung τ und aus der Zugspannung σ_z gemäß

berechnet, wobei a = 1,43 für Stahl zu setzen ist, ein Minimum annimmt. Da die Schub- bzw. Torsionsspannung τ gemäß

mit α = Steigungswinkel, ρ = Reibwinkel, d₂ = Flanken- ­oder mittlerer Durchmesser, d₁ = Kerndurchmesser, von der Zugspannung σ_z und vom Steigungswinkel α des Gewindes ab­hängig ist, läßt sich durch entsprechende Wahl des Stei­gungswinkels α das Verhältnis von Zugspannung σ_z und Torsionsspannung τ hinsichtlich einer Minimierung der Vergleichsspannung σ_z optimieren. Durch die Mehrgängig­keit des Gewindes kann dabei die Steigungα beliebig ein­gestellt werden, ohne daß dies eine Verringerung des Kern­durchmessers nach sich zieht, wie dies bei Regelgewinden der Fall ist. Will man das Verhältnis von Kern- zum Außendurch­messer - das dem günstigen Verhältnis eines Feingewindes entspricht - konstant halten, so muß mit zunehmender Stei­gung α die Gangzahl des Gewindes entsprechend erhöht wer­den.

[0007] Bei dem erfindungsgemäßen Elektrowerkzeug wird durch das mehrgängige Gewinde zwischen Abtriebswelle und Koppelglied eine Gewindeverbindung mit einem eine geringe Gewindetiefe aufweisenden Feingewindeprofil aber mit einem gegenüber einem metrischen Feingewinde wesentlich größeren Steigungswinkel α erzielt. Damit werden die vorteilhaften Eigenschaften eines Feinge­windes - nämlich dessen größerer Kerndurchmesser im Verhältnis zum Außendurchmesser - nutzbar gemacht, ohne dessen für den vorliegenden Anwendungsfall nach­teiligen Eigenschaften - nämlich der kleine Steigungs­winkel α - in Kauf zu nehmen. Durch die Wahl der Gang­zahl läßt sich ein beliebiger Steigungswinkel α ohne Rückwirkung auf den Kerndurchmesser einstellen, der in Hinblick auf eine Optimierung des Verhältnisses zwischen Zugspannung σ_z und Torsionsspannung τ im Werkstoff des Kerns des Gewindes im Koppelglied und der Abtriebswelle zu wählen ist.

[0008] Mehrgängige Schraubengewinde wurden bislang nur bei Bewegungsgewinden verwendet, die zur Umsetzung von Dreh- in Längsbewegung und umgekehrt dienen, z.B. bei Antriebsspindeln. Bei diesen Bewegungsgewinden bewirkt die mit der Mehrgängigkeit erzielte Erhöhung des Stei­gungswinkels eine Verbesserung des Wirkungsgrades.

Zeichnung

[0009] Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge­stellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Be­schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Winkelschleifers,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstel­lung des Abschnittes A in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0010] Der in Fig. 1 als Beispiel eines drehenden Elektrowerk­zeuges im Längsschnitt und nur ausschnittweise darge­stellte Winkelschleifer enthält in einem Kunststoffge­häuse 10 einen Elektromotor 11, dessen Stator mit 12, dessen Rotor mit 13 und dessen mit dem Rotor 13 starr verbundene Abtriebswelle mit 14 bezeichnet ist. Senk­recht zur Abtriebswelle 14 ist im Gehäuse 10 eine Arbeits­welle 15 gelagert, auf welcher das Schleifblatt befestigt wird. Auf der Arbeitswelle 15 sitzt drehfest ein Zahnrad 16, das mit einem Schaftritzel 17 kämmt. Das Schaftritzel 17 ist drehfest mit der Abtriebswelle 14 des Elektromo­tors 11 verbunden, wozu eine axiale Sackbohrung 18 in der Abtriebswelle 14 ein Innengewinde 19 trägt, in wel­ches das Schaftritzel 17 mit einem auf einem Längsab­schnitt angeordneten Außengewinde 20 eingeschraubt ist. Die aus Außen- und Innengewinde 19,20 bestehende Gewinde­verbindung ist als mehrgängiges Gewinde mit einem bei metrischen Feingewinden zu findenden Dreiecksprofil aus­geführt.

[0011] In Fig. 2 ist das Außengewinde 20 des Schaftritzels 17 im Bereich des Ausschnittes A perspektivisch dargestellt. Das Außengewinde 20 ist hier als viergängiges Gewinde ausgeführt, wobei zur vereinfachten Darstellung ein Rechteckprofil des Gewindes angenommen worden ist. Vor­zugsweise wird aber ein Dreiecksprofil verwendet, wie es im Querschnitt in Fig. 2 links zu sehen ist. Die Gangzahl des Außengewindes 20 ist von dem gewünschten Steigungswinkel α abhängig, der wiederum in Hinblick auf eine Optimierung des Verhältnisses zwischen Zugspannung σ _z und Schub- bzw. Torsionsspannung τ im Kernquerschnitt des Schaftritzels 17 gewählt wird. Im einzelnen ist dies eingangs unter Abschnitt "Vorteile der Erfindung" dargelegt. Im allgemeinen wird zur Erzielung eines großen Kerndurchmessers bei von dem Durchmesser der Abtriebswelle 14 vorgegebenem Außendurchmesser des Außengewindes 20 des Schaftritzels 17 bei Übertragung eines hohen Anzugsdrehmomentes und einer optimierten Materialausnutzung ein zweigängiges Gewinde genügen. In speziellen Fällen kann durch Erhöhung der Gangzahl jedoch jeder Steigungswinkel α eingestellt und damit eine sehr genaue Optimierung in Hinblick auf ein Mini­mum der Vergleichsspannung σ_r im Material des Schaft­ritzels 17 erreicht werden. Die Erhöhung der Gangzahl findet nur dort eine Grenze, wo das Gewinde die Selbst­hemmung verliert.

[0012] In Fig. 2 ist lediglich das Außengewinde 20 des Schaft­ritzels 17 dargestellt. Es versteht sich von selbst, daß das Innengewinde 19 der Sackbohrung 18 in der Abtriebs­welle 14 in gleicher Weise auszubilden ist.

Ansprüche

1. Drehendes Elektrowerkzeug, insbesondere Winkel­schleifer, mit einem eine Abtriebswelle aufweisen­den Elektromotor und mit einem die Rotationsbewe­gung der Abtriebswelle auf eine Arbeitswelle über­tragenden Koppelglied, insbesondere Schaftritzel, das mittels eines Außengewindes in eine mit einem entsprechenden Innengewinde versehene axiale Sack­bohrung in der Abtriebswelle eingeschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, daß Außen- und Innengewinde (19,20) als mehrgängiges Gewinde ausgebildet sind.

2. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrgängige Gewinde (19,20) Dreiecksprofil aufweist.

Zeichnung