Fürstentum Liechtenstein

Drehantrieb für eine Handwerkzeugmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehantrieb zum Antrieb einer Werkzeugaufnahme einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere eines Kombihammers oder Bohrhammers. Der Drehantrieb ist ausgebildet, bezogen auf eine Arbeitsachse der Werkzeugaufnahme, eine Schubeingangsbewegung in eine Drehausgangsbewegung umzuwandeln.

Eine solcher Drehantrieb ist beispielweise aus der EP 3 181 302 A1 bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen vergleichsweise kompakten und robusten Drehantrieb bereitzustellen. Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Handwerkzeugmaschine mit einem solchen Drehantrieb anzugeben. Bezüglich des Drehantriebs wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Drehantrieb als Kulissengetriebe mit einem freilaufgelagerten Bahnkörper und einen koaxial zum Bahnkörper angeordneten Kugelkäfig ausgebildet ist, wobei, wenn der Kugelkäfig mit der Schubeingangsbewegung beaufschlagt wird, wenigstens eine Kugel des Kugelkäfigs in einer an

zum Einsatz kommen. Dadurch kann ein vergleichsweise kompakter und robuster Drehantrieb bereitgestellt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Endlosbahnkontur wellenförmig und/oder stetig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Endlosbahnkontur frei von Bahnabschnitten, die parallel zur Arbeitsachse der Werkzeugaufnahme orientiert sind.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Drehantrieb eine den Kugelkäfig tragende Hülse aufweist, wobei die Hülse den Bahnkörper zumindest abschnittsweise umgreift. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Bahnkörper durch einen formschlüssigen oder kraftschlüssigen Freilauf freilaufgelagert. Derart kann sichergestellt werden, dass Drehausgangsbewegung lediglich in einer Drehrichtung vollführt wird. Bevorzugt weist der Bahnkörper lediglich einen Freiheitsgrad auf, bevorzugt lediglich einen rotatorisch Freiheitsgrad um die Arbeitsachse.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der als Kulissenantrieb ausgebildete Drehantrieb ein Übersetzungsverhältnis von 1 :25 aufweist.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besteht der Bahnkörper aus Kunststoff oder weist einen solchen auf. Der Drehantrieb kann frei von metallischen Zahnrädern sein.

Bezüglich des Handwerkzeugmaschine wird die Aufgabe gelöst durch eine Handwerkzeug maschine, insbesondere einen Bohrhammer oder Kombihammer, mit einer Werkzeugaufnahme zum Halten eines schlagenden und drehenden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse und mit einem Elektromotor. Die Handwerkzeugmaschine ist ausgestattet mit einen Drehantrieb der vorbeschriebenen Art, wobei der Elektromotor zum Erzeugen der Schubeingangsbewegung mit dem Drehantrieb gekoppelt ist und der Drehantrieb angeordnet ist eine die Werkzeugaufnahme tragende Spindel um die Arbeitsachse drehend anzutreiben.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Handwerkzeugmaschine ausgestattet mit einem Schlagwerk, das einen längs der Arbeitsachse periodisch bewegten Schläger aufweist, wobei der Elektromotor mit dem Schlagwerk gekoppelt ist. Besonders bevorzugt ist der Elektromotor über eine Getriebekomponente, die einen Schlagwerks-Exzenterrad oder eine Taumelscheibe aufweisen kann, mit dem Schlagwerk gekoppelt.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Schlagwerk zumindest abschnittsweise innerhalb des Bahnkörpers und/oder innerhalb der den Kugelkäfig tragende Hülse angeordnet ist. Derart kann die Handwerkzeugmaschine besonders kompakt ausgeführt sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung vollführt die Spindel, bei konstanter Drehzahl des Elektromotors, eine ungleichmäßige, schwellende Drehausgangsbewegung. Insbesondere können eine Schlingbewegung und eine Drehbewegung der Werkzeugaufnahme um phasenversetzt sein, beispielsweise mit einem Phasenversatz von 180 Grad.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

In den Figuren sind gleiche und gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Drehantriebs;

Fig. 2 ein Bahnkörper des Drehantriebs der Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Endlosbahnkontur; und

Fig. 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Handwerkzeugmaschine mit Drehantrieb.

AusführunasbeisDiele:

Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Drehantriebs 70 ist in Fig. 1 dargestellt. Der Drehantrieb 70 dient zum Antrieb einer Werkzeugaufnahme 2 (hier lediglich schematisch dargestellt) einer Handwerkzeugmaschine 100 (vgl. Fig. 4). Der Drehantrieb 70 ist ausgebildet, bezogen auf eine Arbeitsachse 3 der Werkzeugaufnahme 2, eine Schubeingangsbewegung SE in eine Drehausgangsbewegung DA umzuwandeln.

Der Drehantrieb 70 ist als Kulissengetriebe 71 mit einem freilaufgelagerten Bahnkörper 75 und einen koaxial zum Bahnkörper angeordneten Kugelkäfig 77 ausgebildet ist, wobei, wenn der Kugelkäfig 77 mit der Schubeingangsbewegung SE beaufschlagt wird, wenigstens eine Kugel 76 des Kugelkäfigs 77 in einer an einer äußeren Oberfläche OF des Bahnkörpers 75 ausgebildeten Endlosbahnkontur 78 entlanggleitet und somit eine Rotation des freilaufgelagerten Bahnkörpers 75 um die Arbeitsachse 3 bewirkt.

Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, weist der Drehantrieb 70 eine den Kugelkäfig 77 tragende Hülse 79 aufweist, wobei die Hülse 79 den Bahnkörper 75 zumindest abschnittsweise umgreift. Die Hülse 79 ist über eine Getriebekomponente 17, die einen Pleuel 7 und ein Schlagwerks-Exzenterrad 21 , mit einem hier lediglich schematisch dargestellten Elektromotor verbunden. Mittels der Getriebekomponente 17 wird die zyklische Schubeingangsbewegung SE der Hülse 79 erzeugt. Der als Kulissenantrieb 71 ausgebildete Drehantrieb weist beispielhaft ein Übersetzungsverhältnis von 1 :25 aufweist, d.h. es sind 25 Hübe der Schubeingangsbewegung SE erforderlich um den Bahnkörper 75 um 360 Grad um die Arbeitsachse 3 zu versetzen.

Auf der der Werkzeugaufnahme 2 zugewandten Seite des Drehantriebs 70 ist der Bahnkörper 75 in einem hier beispielhaft formschlüssig ausgebildeten Freilauf 72 freilaufgelagert. Durch den Freilauf 72 kann sichergestellt werden, dass Drehausgangsbewegung DA lediglich in einer Drehrichtung (angedeutet durch die Pfeilspitze bei DA) vollführt wird. Vorzugsweise weist der Drehantrieb 70 eine Verdrehsicherung 73 für die Hülse 79 auf, hier beispielhaft in Form einer Nut-Stift-Paarung 73‘. Der Bahnkörper 75 ist in Richtung der Arbeitsachse 3 unbeweglich bezüglich des Maschinengehäuses 10 gelagert, hier beispielhaft mittels eines Festlagers 69.

Ein bevorzugter Bahnkörper 75 soll nun mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben werden. Dabei zeigt Fig. 2A den Bahnkörper 75 in perspektivischer Darstellung. Ein vergrößerter Abschnitt der äußeren Oberfläche OF des Bahnkörpers 75 ist in Fig. 2B dargestellt. Der Bahnkörper 75, der beispielhaft aus Kunststoff besteht, weist in Umfangsrichtung U eine wellenförmige Endlosbahnkontur 78 auf. Die Endlosbahnkontur 78 erstreckt sich über die gesamte Umfangsrichtung U. Die Endlosbahnkontur 78 ist frei von Bahnabschnitten, die parallel zur Arbeitsachse 3 orientiert sind. Dies begünstigt ein kontinuierliches Gleiten und/oder Wälzen einer oder mehrerer Kugeln 76 des Kugelkäfigs, was nun mit Bezug auf Fig. 3 genauer beschrieben werden soll.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Endlosbahnkontur 78 der Fig. 2. Ein Führungskörper in Form einer Kugel 5 (in Fig. 2 in mehreren Positionen dargestellt) läuft in Endlosbahnkontur 78 genauer gesagt gleitet und/oder wälzt in dieser. Angetrieben wird die Kugel 5 durch eine zyklische Translationsbewegung SE (die durch die Hubdistanz HD des Pleuels 7 definiert ist), wobei die nach rechts orientierten Pfeile PR jeweils ein „Ziehen“ des Pleuels 7 (vgl. Fig. 1 ) anzeigen. Die hier nach links orientierten Pfeile LR zeigen jeweils ein „Drücken“ des Pleuels 7 (vgl. Fig. 1) an.

Durch die gezeigte Bahngeometrie gleitet und/oder wälzt die Kugel stets in dieselbe Bahnrichtung BR. Wie bereits erwähnt ist ist die Endlosbahnkontur 78 auf einer äußeren Oberfläche OF des zylindrischen Bahnkörpers 75 in Umfangsrichtung U angeordnet. Der einzige verbleibende Freiheitsgrad des zylindrischen Bahnkörpers 75 ist die Drehausgangsbewegung DA um die Zylinderachse, die hier mit der Arbeitsachse 3 zusammenfällt. Die Endlosbahnkontur 78 ist derart ausgeprägt, dass sich die Kugel 76 stets frei bewegen kann. Die Ecken der Bahnkontur von der Kugel 76 des Kugelkäfigs 77 zuverlässig stets in der derselben Bahnrichtung BR durchfahren. Da der Bahnkörper 75 als einziger Freiheitsgrad rotieren kann (Rotation um die Arbeitsachse 3) und die Kugel 76 entlang Arbeitsachse 3 zyklisch translatorisch bewegt wird, entsteht durch die Endlosbahnkontur 78 eine Drehausgangsbewegung DA. Die Drehausgangsbewegung DA erfolgt bei jedem Vorwärtshub (linksorientiere Pfeile LR) und Rückwärtshub (rechtsorientiere Pfeile PR) gleichermaßen. Die Geschwindigkeit VDA der Drehausgangsbewegung DA ist physikalisch bedingt durch die Bahnkontur ungleichmäßig (ähnlich einem schwellenden Verhalten).

Durch die vergleichsweise groß (hier beispielhaft größer als 60 Grad) ausgebildeten Schrägungswinkels SW in den jeweiligen Eckbereichen EB der Endlosbahnkontur 78, befindet sich die Kugel 76 in ihren Umkehrpunkten UP deutlich unter einem singulären Punkt SP der Endlosbahnkontur 78 und wird bei der Rückbewegung (rechtsorientiere Pfeile PR) zuverlässig vom den Fangtrichter FT, d.h. eine vergleichsweise Aufweitung der Endlosbahnkontur 78 erfasst, die ein „Einfangen“ der Kugel 76 erleichtert. Es wurde erkannt, dass wenn das angetriebene Werkzeug 4 (vgl. Fig. 4) wie eine elastische Torsionsfeder wirkt, bei einem entsprechenden Drehmoment die Gefahr einer Rückbewegung des Kugel 76 in der Endlosbahnkontur 78 (d.h. entgegen der Bahnrichtung BR) besteht. Um diese Verhalten zu vermeiden, wird ist erfindungsgemäß ein Freilauf 72 vorgesehen (vgl. Fig.1 ) der die Gegendrehbewegung (gegensinnig zur Drehausgangsbewegung DA).

Im unteren Bereich der Fig. 3 ist schließlich der Verlauf der Geschwindigkeit VPL der Schubeingangsbewegung SE (Geschwindigkeit des Pleuels 7 über der Zeit) sowie der Verlauf der Geschwindigkeit VDA der Drehausgangsbewegung DA (Geschwindigkeit des rotierenden Bahnkörpers 75 über der Zeit) dargestellt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine 100 mit Drehantrieb 70 ist in Fig. 4 dargestellt. Fig. 4 zeigt einen Bohrhammer 101 als Beispiel für eine schlagende handgehaltene Handwerkzeugmaschine 100. Der Bohrhammer 101 hat eine Werkzeugaufnahme 2, in welchen koaxial zu einer Arbeitsachse 3 ein Bohrer, Meißel oder anderes schlagendes Werkzeug 4 eingesetzt und verriegelt werden kann. Der Bohrhammer 101 hat ein pneumatisches Schlagwerk 50, welches periodisch Schläge in einer Schlagrichtung 6 auf das Werkzeug 4 ausüben kann. Ein erfindungsgemäßer Drehantrieb 70 kann die Werkzeugaufnahme 2 um die Arbeitsachse 3 drehen. Das pneumatische Schlagwerk 50 und der Drehantrieb 7ß sind von einem Elektromotor 8 angetrieben, welcher aus einem Akku 9 oder einer Netzleitung mit elektrischem Strom gespeist wird.

Das Schlagwerk 50 und der Drehantrieb 70 sind in einem Maschinengehäuse 10 angeordnet. Ein Handgriff 11 ist typischerweise an einer der Werkzeugaufnahme 2 abgewandten Seite des Maschinengehäuses 10 angeordnet. Der Anwender kann den Bohrhammer 101 mittels des Handgriffs 11 im Betrieb halten und führen. Ein zusätzlicher Hilfsgriff kann nahe der Werkzeugaufnahme 2 befestigt werden. An oder in der Nähe des Handgriffs 11 ist ein Betriebstaster 12 angeordnet, welchen der Anwender vorzugsweise mit der haltenden Hand betätigen kann. Der Elektromotor 8 wird durch Betätigen des Betriebstasters 12 eingeschaltet. Typischerweise dreht sich der Elektromotor 8 solange, wie der Betriebstaster 12 gedrückt gehalten ist.

Das Werkzeug 4 ist in der Werkzeugaufnahme 2 längs der Arbeitsachse 3 beweglich. Beispielsweise hat das Werkzeug 4 eine längliche Nut, in welche eine Sperrkugel 5 oder ein anderer Sperrkörper der Werkzeugaufnahme 2 eingreift. Der Anwender hält das Werkzeug 4 in einer Arbeitsstellung, indem der Anwender das Werkzeug 4 mittelbar durch den Bohrhammer 101 an einen Untergrund anpresst.

Die Werkzeugaufnahme 2 ist an einer Spindel 13 des Drehantriebs 70 befestigt, wobei die Spindel 13 hier einstückig mit dem Bahnkörper 75 des Drehantriebs ausgebildet ist. Die Werkzeugaufnahme 2 kann sich gegenüber dem Maschinengehäuse 10 um die Arbeitsachse 3 drehen. Wenigstens eine Klaue 1 oder andere geeignete Mittel in der Werkzeugaufnahme 2 übertragen ein Drehmoment von der Werkzeugaufnahme 2 auf das Werkzeug 4.

Erfindungsgemäß ist der Drehantrieb 70 als Kulissengetriebe 71 mit einem freilaufgelagerten 75 Bahnkörper und einen koaxial zum Bahnkörper 75 angeordneten Kugelkäfig 77 ausgebildet. Wenn der Kugelkäfig 77 mit der Schubeingangsbewegung SE beaufschlagt wird, gleitet eine Kugel 76 des Kugelkäfigs 77 in einer an einer äußeren Oberfläche des Bahnkörpers 75 ausgebildeten Endlosbahnkontur 78 entlang, wodurch eine Rotation (um die Arbeitsachse 3 in Pfeilrichtung der Drehausgangsbewegung DA) des freilaufgelagerten (hier beispielhaft durch einen formschlüssigen Freilauf 72) Bahnkörpers 75 bewirkt wird.

Das pneumatische Schlagwerk 50 hat längs der Schlagrichtung 6 einen Erreger 14, einen Schläger 15 und einen Döpper 16. Der Erreger 14 wird mittels des Elektromotors 8 zu einer periodischen Bewegung längs der Arbeitsachse 3 gezwungen. Der Erreger 14 ist über eine Getriebekomponente 17 zum Wandeln der Drehbewegung des Elektromotors 8 in eine periodische, translatorische Bewegung entlang der Arbeitsachse 3 angebunden. Eine beispielhafte Getriebekomponente 17 beinhaltet ein Schlagwerks-Exzenterrad 21 oder eine Taumelscheibe. Eine Periode der translatorischen Bewegung des Erregers 14 ist durch die Drehzahl des Elektromotors 8 und ggf. ein Untersetzungsverhältnis in der Getriebekomponente 17 vorgeben. Gut zu erkennen ist der Pleuel 7, der mittels eines Verbindungsstifts 80 an einer Hülse 79 des Drehantriebs 70 befestigt ist. Gut zu erkennen ist, dass die Hülse 79 den Kugelkäfig 76 trägt und die Hülse 79 den Bahnkörper abschnittsweise umgreift, d.h. insbesondere im Bereich des Kugelkäfigs 76 umgreift. Über die Getriebekomponente 17 ist sowohl der Drehantrieb 70 als auch das Schlagwerk 50 mit dem Elektromotor der Handwerkzeugmaschine 100 gekoppelt. Wie der Fig. 4 entnommen werden kann, ist das Schlagwerk 50 zumindest abschnittsweise innerhalb des Bahnkörpers 75 und abschnittsweise innerhalb der den Kugelkäfig 77 tragenden Hülse 79 angeordnet.

Der Schläger 15 koppelt über eine Luftfeder an die Bewegung des Erregers 14 an. Die Luftfeder ist durch eine zwischen dem Erreger 14 und dem Schläger 15 abgeschlossene pneumatische Kammer 18 gebildet. Der Schläger 15 bewegt sich in die Schlagrichtung 6 bis der Schläger 15 auf den Döpper 16 aufschlägt. Der Döpper 16 liegt in der Schlagrichtung 6 an dem Werkzeug 4 an und überträgt den Schlag auf das Werkzeug 4. Die Periode der Bewegung des Schlägers 15 ist identisch zu der Periode der Bewegung des Erregers 14. Der Schläger 15 schlägt somit mit einer Schlagzahl, die gleich dem Inversen der Periode ist. Die optimale Schlagzahl ist durch die Masse des Schlägers 15 und die geometrischen Abmessungen der pneumatischen Kammer 18 vorgegeben. Eine optimale Schlagzahl kann im Bereich zwischen 25 Hz und 100 Hz liegen. Das beispielhafte Schlagwerk 50 hat einen kolbenförmigen Erreger 14 und einen kolbenförmigen Schläger 15, die durch ein Führungsrohr 19 längs der Arbeitsachse 3 geführt sind. Der Erreger 14 und der Schläger 15 liegen mit ihren Mantelflächen an der Innenfläche des Führungsrohrs 19 an. Die pneumatische Kammer 18 ist durch den Erreger 14 und den Schläger 15 längs der Arbeitsachse 3 und durch das Führungsrohr 19 in radialer Richtung abgeschlossen. Dichtungsringe in den Mantelflächen von Erreger 14 und Schläger 15 können den luftdichten Abschluss der pneumatischen Kammer 18 verbessern.

Der Drehantrieb 70 beinhaltet die Spindel 13, welche koaxial zu der Arbeitsachse 3 angeordnet ist. Die Spindel 13 ist beispielsweise hohl, und das Schlagwerk 50 ist innerhalb der Spindel angeordnet. Die Werkzeugaufnahme 2 ist auf der Spindel 13 aufgesetzt. Die

Werkzeugaufnahme 2 kann über einen Verschlussmechanismus lösbar oder dauerhaft mit der Spindel 13 verbunden sein.

Die Spindel 13 dreht sich vorzugsweise periodisch. Vorzugsweise wird die Spindel 13 kontinuierlich aber mit drehlageabhängiger Geschwindigkeit (bedingt durch den als Kulissengetriebe 71 ausgebildeten Drehantrieb 70) gedreht. Die Spindel 13 vollführt also, bei konstanter Drehzahl des Elektromotors 8, eine ungleichmäßige, schwellende Drehausgangsbewegung Da. Der Drehantrieb 70 ist mit dem Schlagwerk 50 synchronisiert, wobei Schlagbewegung und Drehbewegung phasenverschoben sein können, beispielsweise um 180 Grad.

Bezuaszeichenliste

1 Klaue

2 Werkzeugaufnahme

3 Arbeitsachse

4 schlagendes Werkzeug

5 Sperrkugel

6 Schlagrichtung

7 Pleuel

8 Elektromotor

9 Akku

10 Maschinengehäuse

11 Handgriff

12 Betriebstaster

13 Spindel

14 Erreger

15 Schläger

16 Döpper

17 Getriebekomponente

18 pneumatische Kammer

19 Führungsrohr

21 Schlagwerks-Exzenterrad

50 Schlagwerk

69 Festlager

70 Drehantrieb

71 Kulissengetriebe

72 Freilauf

73 Verdrehsicherung

75 Bahnkörper

76 Kugel

77 Kugelkäfig

78 Endlosbahnkontur

79 Hülse 80 Verbindungsstift

100 Handwerkzeugmaschine

101 Bohrhammer BR Bahnrichtung

DA Drehausgangsbewegung EB Eckbereich HD Hubdistanz des Pleuels FT Fangtrichter LR linksorientiere Pfeile

OF Oberfläche PR rechtsorientiere Pfeile SE Schubeingangsbewegung SP singulärer Punkt SW Schrägungswinkel

U Umfangsrichtung

UP Umkehrpunkt

VPL Geschwindigkeit der Schubeingangsbewegung VDA Geschwindigkeit der Drehausgangsbewegung