EP0474651B1

EP0474651B1 - Bohr- oder schlaghammer mit kupplung im schlagwerksantrieb

Info

Publication number: EP0474651B1
Application number: EP90906878A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Schmid; Jörg Faelchle; Walter Laubengaier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1990-05-12
Publication date: 1994-08-24
Anticipated expiration: 2010-05-12
Also published as: DE3931329C1; WO1990014929A1; DE59006913D1; JP2930711B2; US5277259A; JPH04506036A; EP0474651A1; BR9007403A

Abstract

Bohr- oder Schlaghammer. Ein Motorhammer mit pneumatischem Schlagwerk, das durch Andruck des Hammers an die Bearbeitungsstelle zuschaltbar ist, soll die Wirksamkeit der Schalteinrichtung verbessern und die von der Bedienungsperson aufzubringende Andrückkraft vermindern. Dies wird durch eine selbstverstärkende Kupplung (12/20) erreicht, deren Kupplungskraft hauptsächlich von der Zwischenwelle (8) über eine Steuerscheibe (28) bereitgestellt wird. Steuerflächen (27) an der Steuerscheibe (28) und (24) an dem verschieblichen Kupplungsteil (20) wandeln die Drehbewegung in eine axiale Kupplungskraft um.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Bohr- oder Schlaghammer nach der Gattung des Anspruchs 1. Aus der DE-A-35 06 695 (= US-A-4 719 976) ist bereits ein motorisch angetriebener Bohrhammer bekannt, dessen Schlagwerk mittels einer Kupplung zwischen einer vom Motor angetriebenen Zwischenwelle und dem Bewegungswandlungsgetriebe zur Erzeugung der hin- und hergehenden Kolbenbewegung abschaltbar ist. Die Kupplungskraft wird dabei von einem Hebel verstärkt, der von den Reaktionskräften des Schlagwerks beaufschlagt ist. Die auf die Kupplung ausgeübte Verstärkungskraft wird dabei von einem Stift im Gehäuse und einem Lager der Zwischenwelle aufgenommen, das in einer besonderen Lagerbrücke aus Metall abgestützt ist. Die Wirksamkeit der Kraftverstärkung kann durch Toleranzen des Hebels, des Lagerstifts und der Lagerbrücke vermindert werden. Im Betrieb kann es unter sehr ungünstigen Bedingungen bei Hitzeentwicklung zum Fließen des Kunststoffgehäuses und damit zu einer Lageveränderung des Stiftes kommen. Außerdem führt eine erwünschte Verringerung der Anpreßkraft bei derartigen Hebelkonstruktionen zu einer Verlängerung des Einrückweges.
Der erfindungsgemäße Bohr- oder Schlaghammer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sowohl Anpreßkraft als auch Anpreßweg zum Einschalten des Schlagwerks verringert werden. Dies wird durch eine selbstverstärkende Kupplung erreicht, die zur Erhöhung der Kupplungskraft die Motorkraft des Hammers ausnutzt.
Durch die in den Unteransprüchen 2ff aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen Hammers möglich. Getriebeverbindungen mit in Axialrichtung schräg verlaufenden Steuerflächen- oder kurven ermöglichen eine Umwandlung der Drehbewegung der vom Motor angetriebenen Welle in eine Axialverschiebung einer Steuerhülse, solange diese eine Differenzdrehzahl zu der Welle aufweist. Das Merkmal in Anspruch 3 ermöglicht ein gezieltes Einkuppeln der Kupplung dann, wenn das Schlagwerk tatsächlich gebraucht wird.
Die Ausbildung des Hammers nach den Ansprüchen 5ff hat den Vorteil, daß die Wirksamkeit der Kupplungskraftverstärkung unabhängig von Rückwirkungen nicht zugehöriger Bauteile, wie Gehäuse usw. ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Zwischenwelle nach außen hin frei von Kupplungskräften ist. Damit entfallen alle von außerhalb, also von Gehäuseteilen, Hebeln oder dgl. herrührenden Toleranzen, die die Funktion beeinträchtigen. Das Kunststoffgehäuse nimmt keinerlei Kräfte aus der Kupplungskraftverstärkung auf. Die Maßnahmen der Ansprüche 13 bis 15 betreffen ein weiter Ausführungsbeispiel, das zum schnelleren Auskuppeln zusätzlich eine Bremseinrichtung aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel einen Längsschnitt durch den vorderen Teil eines Bohrhammers, Figur 2 zeigt in einem zweiten Ausführungsbeispiel einen Längsschnitt durch ein Schlagwerk eines Bohrhammers.
Der Bohrhammer 2 ist von einem Gehäuse 3 aus Kunststoff umgeben und weist vorne eine Werkzeughalterung 4 auf, in die ein Werkzeug 5 einsetzbar ist. Innerhalb des Gehäuses 3 befindet sich ein nicht gezeigte Motor, von dem nur das Mototrritzel 7 sichtbar ist. Das Ritzel 7 kämmt mit einem fest mit einer Welle 8 verbundenen Zahnrad 9. Die auch als Zwischenwelle bezeichnete Welle 8 ist beidseitig in Lagern 10,11 in dem Gehäuse 3 gelagert. Im Anschluß an das Zahnrad 9 sitzt auf der Zwischenwelle frei drehbar aber axial fest ein Kupplungsteil 12, auf dem als Antriebsglied 13 eines Bewegungswandlungsgetriebes 14 eine Taumelscheibe angeordnet ist. Die Ausbildung des Taumelscheiben-Getriebes 14 und des davon angetriebenen Schlagwerks 15 ist in der DE-A-35 06 695 (US-A-4 719 976) ausführlich beschrieben.
Das Kupplungsteil 12 hat auf der dem Zahnrad 9 abgekehrten Seite einen Innenkonus 17 mit einer in spitzem Winkel zur Wellenachse stehenden Kegelmantelfläche. Das Kupplungsteil 12 ist mit einem Sprengring 18 an der Zwischenwelle 8 axial fixiert. Mit dem Kupplungsteil 12 ist ein auf der Welle 8 drehbares und axial verschiebbares Kupplungsteil 20 mit Außenkonus 21 kuppelbar. Der Außenkonus 21 weist eine dem Innenkonus 17 entsprechende Kegelmantelfläche auf und ist mit diesem kraftschlüssig kuppelbar. Das Kupplungsteil 20 hat eine von dem festen Kupplungsteil 12 wegweisende, radiale ringförmige Anschlagfläche 22, die zum Angriff eines Betätigungsgliedes für die Kupplung vorgesehen ist.
Das Kupplungsteil 20 weist weiter eine trommelförmige, die Welle 8 umgebende Steuerhülse 23 auf, die an ihrer der Konusfläche 21 abgewandten Stirnseite eine im wesentlichen schraubenförmige Steuerfläche 24 hat. Die Steigung der Steuerfläche 24 ist nicht selbsthemmend. Die Steuerfläche weist einen Sprung mit einem kurzem axial gerichteten Abschnitt 25 auf. An dem Kupplungteil 20 greift eine im Sinne einer Öffnung der Kupplung wirkende Trennfeder 26 an, die gegen den Sprengring 18 abgestützt ist.
An der Steuerfläche 24 liegt eine korrespondierende Steuerfläche 27 einer Steuerscheibe 28, fest oder auch einstückig mit der Welle 8 verbunden ist. Die Steuerfläche 27 weist ebenfalls einen Sprung mit kurzem axial gerichteten Abschnitt 29 auf. Die Steuerscheibe 28 ist einstückig mit einem Stirnrad 30 verbunden, das in ein Zahnrad 31 an der Werkzeugspindel 32 des Motorhammers eingreift und diese permanent drehend antreibt. Neben dem Zahnrad 31 ist an der Hauptspindel ein mit Wälzkörpern versehenes Axiallager 33 angeordnet, das gegen die Anschlagfläche 22 des Kupplungsteils 20 preßbar ist. Die Hauptspindel 32 ist über die Werkzeughalterung 4 mit dem Werkzeug 5 verbunden und axial in Grenzen verschieblich. Innerhalb der Hauptspindel ist das Schlagwerk 15 untergebracht.
Zu Beginn eines Bohrvorganges wird der Motor eingeschaltet, der über die Zahnräder 7, 9, 30 und 31 die Werkzeugspindel antreibt. Das Kupplungsteil 20 wird von der Feder 26 gegen die Steuerscheibe 28 gedrängt, so daß die Steuerflächen 24 und 27 spaltfrei aneinander und die Abschnitte 25 und 29 einander gegenüber liegen. In dieser Stellung wird das Kupplungsteil 20 von der Steuerscheibe 28 drehend mitgenommen und verschiebt sich axial nicht gegenüber der Steuerscheibe 28.
Sobald das Werkzeug 5 gegen die Bearbeitungsstelle gedrückt wird, verschiebt es die Werkzeugspindel 32 entsprechend ihrem Axialspiel nach innen. Dabei drängt das Axiallager 33 das verschiebliche Kupplungsteil 20 gegen das feste Kupplungsteil 12. Gleichzeitig entsteht ein Spalt zwischen den Steuerflachen 24 und 27. Sobald dieser Spalt breiter als die Länge der Axialabschnitte 25 bzw. 29 wird und die Konusflächen 17 und 21 sich berühren, wird das Kupplungsteil 20 von dem stillstehenden Kupplungsteil 12 abgebremst und die Getriebeverbindung 23, 24, 27, 28 wird zum Einrücken der Kupplung und zur Verstärkung der Kupplungskraft wirksam. Dabei verdrehen sich die Teile 20 und 28 gegeneinander, sodaß nun die über die Abschnitte 25 und 29 axial hinausstehenden Teile der Steuerflächen 24 und 27 einander berühren, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Das Kupplungsteil 20 wird kraftschlüssig über die Steuerflächen 24 und 27 von der Steuerscheibe 28 drehend angetrieben und gleichzeitig entgegen der Kraft der Feder 26 axial gegen das Kupplungsteil 12 gepreßt. Dabei verkeilt sich das Kupplungsteil 20 zwischen dem festen Kupplungsteil 12 und der Steuerscheibe 28, womit eine Selbstverstärkung der Kupplungskraft eintritt. Bei geschlossener Kupplung 12, 20 wird die Drehbewegung der Zwischenwelle 8 über das Stirnrad 30 und das Kupplungsteil 20 auf das zum Taumelgetriebe 14 gehörige Kupplungsteil 12 übertragen und das Schlagwerk 15 in Gang gesetzt.
Beim Abheben des Werkzeugs 5 von der Bearbeitungsstelle entfällt der Andruck des Axiallagers 33 auf das Kupplungsteil 12. Wenn sich nun das Schlagwerk 15 in der Schubphase befindet, also nicht von der Zwischenwelle 8 aktiv angetrieben wird, sondern beim Rückhub seinerseits kurzzeitig die Zwischenwelle treibt, fällt kurzzeitig auch die Selbstverstärkungswirkung der Steuerflächen 24 und 27 weg. In diesem Moment reicht die Kraft der Feder 26, die Kupplungsteile 12 und 20 auseinanderzutreiben und damit die Kupplung zu lösen, was zu dem erwünschten Stillstand des Schlagwerks 15 führt.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Teile, die denen im ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, mit um 100 erhöhten Bezugsziffern versehen. Die Drehung des Motorritzels 107 wird auf die Welle 108 über ein fest mit dieser verbundenes, zum Beispiel aufgeschweißtes Zahnrad 109 übertragen. Die Welle 108 ist in zwei Lagern 110 und 111 parallel zur Achse des Motorritzel 107 gelagert. Das Zahnrad 109 bildet gleichzeitig ein axial feststehendes Kupplungsteil 112 mit einem als Kupplungsfläche dienenden Innenkonus 117. Mit dem Innenkonus 117 wirkt ein Außenkonus 121 an einem axial beweglichen Kupplungsteil 120 zusammen. An dem Kupplungsteil 120 ist ein Antriebsglied 113 des Bewegungswandlungsgetriebes 114 angeordnet, mit dem das Schlagwerk 115 angetrieben wird. Das Kupplungsteil 120 ist drehbar in einem Nadellager 140 und einem Axiallager 141 auf einer Steuerhülse 123 gelagert. Das Kupplungsteil 120 trägt eine Nase 142 die in ausgekuppeltem Zustand der Kupplung mit einem axial feststehenden Bremsblech 143 zusammenwirken kann.
Die Steuerhülse 123 weist in ihrer inneren Bohrung 119 eine Steuerkurve 124 in Form einer schraubenlinienförmigen Rille auf. Eine dazu korrespondierende Rille ist als Steuerkurve 127 in der Welle 108 angeordnet. In den Rillen 124, 127 sind Kugeln 144 gehalten so daß sich ein Kugelgewinde bildet. An der Stirnfläche 122 der Steuerhülse 123 liegt ein Andruckbügel 145 an, der über ein Axiallager 133 mit einer axial verschieblichen Werkzeugspindel 132 in Verbindung steht. Auf der Werkzeugspindel 132 ist ein Zahnrad 131 befestigt, das mit einem Stirnrad 130 auf der Welle 108 kämmt.
Die Funktion der Kupplung 112/120 im zweiten Ausführungsbeispiel entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels. Sobald die Werkzeugspindel 132 durch Andruck eines Werkzeugs gegen eine Bearbeitungsstelle entsprechend ihrem Axialspiel nach innen verschoben wird, drückt der Andruckhebel 145 gegen die Steuerhülse 123 und verschiebt sie in Richtung auf das Kupplungsteil 112. Unter Wirksamwerden der Getriebeverbindung 123, 124, 127, 144 gelangt dann das Kupplungsteil 112 in eine Stellung wie dies in Figur 2 gezeigt ist. Dabei wird die Steuerhülse 123 gegenüber der Welle 108 abgebremst und wegen der Differenzdrehzahl in Folge des Kugelgewindes 124, 127, 144 in Richtung auf das feststehende Kupplungsteil 112 bewegt.
Beim Abheben des Werkzeugs vom Gestein wird auch der Andrückhebel 145 von der Stirnfläche 122 abgehoben und die Trennfeder 126 sowie die Gaskräfte des Schlagwerks 115 die phasenweise Zugkräfte auf das Antriebsglied ausüben, führen zu einem Lösen der Kupplung 112/120. Bei gelöster Kupplung dreht sich nur noch die Steuerhülse 123 mit der Welle 108 mit; das Kupplungsteil 120 dreht sich über die Lager 140, 141 relativ zur Steuerhülse 123 und steht gegenüber dem Schlagwerk 115. Das Abschalten des Schlagwerks wird erleichtert durch das Bremsblech 143 an dem das Kupplungsteil 120 durch Streifen mit seiner Nase 142 abgebremst wird.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Ausführungsbeispiele. Vielmehr sind die einzelnen Merkmale aus den Ausführungsbeispielen auch in anderer Weise miteinander oder mit Merkmalen aus dem zitierten Stand der Technik kombinierbar, wie z.B. die Anordnung eines Nadellagers auf der Zwischenwelle zur Lagerung des Kupplungsteils 12.
Die Kupplung 12/20 bzw. 112/120 kann auch statt rein kraftschlüssig formschlüssig z. B. mit mehr oder weniger flachen Klauen in Axialrichtung ausgebildet werden.
Die Trennfeder 26 kann auch in eines der Kupplungsteile 12, 20 integriert sein, z.B. derart, daß dieses aus Federstahl besteht oder Federstahleinlagen aufweist.
Die Erfindung ist auch für reine Schlaghämmer geeignet. Dazu brauchten z.B. nur die Zahnräder 30 und 31 bzw. 130 und 131 fortgelassen zu werden.

Claims

Bohr- oder Schlaghammer (2) mit einer Werkzeugspindel (32) und einem darin untergebrachten vorzugsweise pneumatischem Schlagwerk, das über eine zwischen dem Motor und einem Bewegungswandlungsgetriebe (14) zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Kolbenbewegung angeordneten lösbaren Kupplung (20, 12) zuschaltbar ist, die zwei von einer Trennfeder (26) auseinander gehaltene Kupplungsteile (12, 20) aufweist, wovon eines (12) axial fest und das andere Kupplungsteil (20) axial verschiebbar und auf einer vom Motor angetriebenen Welle (8) gegenüber dieser Welle (8) drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das axial verschiebliche Kupplungsteil (20, 120) mit der Welle (8, 108) über eine Getriebeverbindung (23, 24, 27, 28; 123, 124, 127, 144) in Verbindung steht, die Anteile des Drehmoments der Welle (8, 108) in Form einer axial gerichteten Schließkraft auf das Kupplungsteil (20, 120) überträgt.
Bohr- oder Schlaghammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Welle (8, 108) eine in Axialrichtung schräg verlaufende Steuerfläche (27, 127) fest verbunden ist, die mit einer korrespondierenden, ebenfalls schräg verlaufenden, mit dem axial verschiebbaren Kupplungsteil (20, 120) in Verbindung stehenden Steuerfläche (24, 124) an einer Steuerhülse (23, 123) zusammenwirkt und die Kupplung (12/20, 112/120) durch schraubenlinienförmige Verschiebung der Steuerhülse (23, 123) entlang der Steuerkurven (24, 27, 124, 127) in Eingriff bringbar ist.
Bohr- oder Schlaghammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Steuerhülse (23, 123) von der axial verschiebbaren Werkzeugspindel (32 132) des Hammers in Schließrichtung bewegbar ist.
Bohr- oder Schlaghammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Werkzeugspindel (32, 132) und der Steuerhülse (23, 123) ein reibungsminderndes Axiallager (33, 133) angeordnet ist.
Bohr- oder Schlaghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das axial feststehende Kupplungsteil (12) gegenüber der Welle (8) drehbar ist und die Steuerfläche (27) an einer Steuerscheibe (28) angeordnet ist.
Bohr- oder Schlaghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Drehen des axial verschiebbaren Kupplungsteils (20) gegenüber der Steuerscheibe (28) das Kupplungsteil (20) sowohl mit dem axial festen Kupplungsteil (12) als auch mit der Steuerscheibe (28) zur Übertragung eines Drehmomentes in Wirkanlage kommt.
Bohr- oder Schlaghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Kupplungsteil (20) unter Wirkung der Trennfeder (26) gegen die Steuerfläche (24) angepreßt wird.
Bohr- oder Schlaghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das axial feste Kupplungsteil (12) an dem Antriebsglied (13) des Bewegungswandlungsgetriebes (14) angeordnet ist.
Bohr- oder Schlaghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (28) mit einem Stirnrad zum Drehantrieb der Werkzeugspindel (32) des Hammers verbunden ist.
Bohr- oder Schlaghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflächen (24, 27) jeweils Sprünge mit axial verlaufenden Abschnitten (25, 29) zur Drehmitnahme aufweisen, die bei ausgekuppelter Kupplung (12, 20) einander gegenüber liegen.
Bohr- oder Schlaghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kupplungsteilen (12, 20) eine diese auseinanderdrängende Feder (26) angeordnet ist.
Bohr- oder Schlaghammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Kupplungsteile (12, 20) in Axialrichtung elastisch ist oder elastische Bereiche aufweist, die bei geschlossener Kupplung eine Öffnungskraft entfalten.
Bohr- oder Schlaghammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen axial feststehendes Kupplungsteil auch radial fest mit der Welle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das axial verschiebbare Kupplungsteil (120) gegenüber der Steuerhülse (123) drehbar ist.
Bohr- oder Schlaghammer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (108) und die Steuerhülse (123) jeweils spiralförmige Rillen als Steuerkurven (124, 127) aufweisen, in denen Kugeln (144) gehalten sind.
Bohr- oder Schlaghammer nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine Bremseinrichtung mit einem feststehenden Bremsblech (143), an dem das Kupplungsteil (120) in entkuppelter Axialstellung zur Anlage kommt und abgebremst wird.