MOTOR-DRIVEN HAND TOOL

Abstract: 1. A motor-operated hand tool with a housing (1), a motor (5) arranged therein, a driving shaft (14) which is set rotating by the motor (5) and a gearing with torque measuring device arranged between the motor (5) and the driving shaft (14), characterised in that the torque measuring device comprises a gear shaft (11), a toothed wheel (6, 7a) which meshes with the gear shaft (11) and which is connected securely to a crankshaft (7) and a bearing block (9) which is mounted rotatably about the crankshaft which extends parallel to the gear shaft (11) as well as stands coaxially with the axis of rotation of the toothed wheel (6, 7a) and meshes with a motor pinion (5a), the gear shaft (11) and the crankshaft (7) being mounted in the bearing block (9) and the bearing block (9) being supported on the housing (1) by way of electrical force-measuring elements (23) made of piezoceramics.

Description: Motorisch betriebenes Handwerkzeug Die Erfindung betrifft ein motorisch betriebenes Handwerkzeug mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten Motor, einer vom Motor in Drehung versetzten Antriebswelle und einem zwischen dem Motor und der Antriebswelle angeordneten Getriebe. Motorisch betriebene Handwerkzeuge werden für unterschiedliche Zwecke, wie Bohren, Schleifen, Sägen, Fräsen und dgl eingesetzt. Beim Arbeiten mit solchen Geräten von Hand muss das auftretende Reaktionsmoment von der Bedienungsperson aufgebracht werden. Unter normalen Umständen ist dies ohne weiteres möglich. In besonderen Situationen, wie beispielsweise bei einem plötzlich auftretenden Klemmen oder Blokkieren des Werkzeuges, kann dieses Reaktionsmoment sehr rasch und sehr stark ansteigen. Ist die Bedienungsperson darauf nicht vorbereitet, so kann dies zu Unfällen mit mehr oder weniger schweren Folgen führen. Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, die Handwerkzeuge mit Sicherheitskupplungen zu versehen, welche bei einem vorbe sir nuten Wert die Drehmomentübertragung vom Motor auf das Werkzeug unterbrechen. Diese bei Ueberlast schaltenden Kupplungen sind meist relativ träge und können Unfälle somit sehr oft nicht wirksam verhüten. Ausserdem sind die meisten Kupplungen auf ein bestimmtes Auslösemoment ausgelegt, das den unterschiedlichen Arbeitsverhältnis sen der Werkzeuge nicht angepasst werden kann. Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, am Gehäuse bzw am Handgriff des Handwerkzeuges Schwächungsstellen vorzu- sehen, deren Verformung beispielsweise mittels Dehnmessstreifens gemessen wird. Es wird somit nicht das Drehmoment, sondern die sich daraus ergebende Verformung des Gehäuses bzw des Handgriffes gemessen. Die Resultate solcher Messungen können beispielsweise dadurch verfälscht werden, dass die Bedienungsperson das Handwerkzeug nicht nur an den Handgriffen, sondern am Gehäuse hält und führt. Damit ermöglicht auch diese Methode keine genaue Bestimmung der auftretenden Kräfte und Momente. Bei einem weiteren bekannten Elektrowerkzeug ist der Motor im Gehäuse beweglich gelagert und über wenigstens ein das Reaktionsdrehmoment des Elektromotors aufnehmendes Stützlager im Gehäuse abgestützt. Das Stützlager enthält dabei einen Drucksensor aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial, dessen elektrischer Widerstand sich abhängig vom ausge übten Druck ändert. Bei dieser Lösung wird somit im Prinzip das am Motor auftretende Reaktionsmoment gemessen. Da bei Handwerkzeugen die erforderliche Leistung hauptsächlich aus Cewichtsgründen aufgrund einer sehr hohen Motordrehzahl erzielt wird, ist das an der Motorwelle auftretende Drehmoment meist sehr klein. Somit sind auch die am Motor auftretenden Reaktionskräfte relativ gering. Infolge Reibung, Massenträgheit der zu beschleunigenden Massen und dgl treten derartige Störeinflüsse auf, dass an dieser Stelle das effektiv am Werkzeug auftretende Reaktionsmoment nicht genau bestimmt werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Handwerkzeug das am Werkzeug auftretende Reaktionsmoment genau und ohne zeitliche Verzögerung zu erfassen. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens eine Getriebewelle in einem im Gehäuse begrenzt beweglichen, in Richtung der durch die Drehmoment übertragung auftretenden Reaktionskräfte über elektrische Kraftmesselemente am Gehäuse abgestützten Lagerbock gelagert ist. Je näher sich diese Getriebewelle in der Antriebskette des Getriebes an der Arbeitsspindel befindet, desto genauer und rascher kann das an der Arbeitsspindel auftretende Drehmoment erfasst werden. Im Prinzip genügt es, ein einziges Kraftmesselement vorzusehen. Falls das Handwerkzeug jedoch eine Möglichkeit zur Drehrichtungsumkehr aufweist, sind vorzugsweise zwei Kraftmesselemente vorzusehen, die beispielsweise paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sein können. Für gewisse Anwendungen genügt es, Bewegungen des Lagerbockes durch Vorsehen von Betriebs spiel zu ermöglichen. Da es dabei nicht möglich ist, den Lagerbock genau zu führen, ist zweckmässigerweise der Lagerbock um eine parallel zur Getriebewelle verlaufende Schwenkachse drehbar gelagert. Durch eine parallel zur Getriebewelle verlaufende Schwenkachse wird ein Schiefstellen der Getriebewelle bei deren Verschieben praktisch vermieden. Die im Lagerbock gelagerte Getriebewelle steht zumindest mit einer weiteren Welle über Verzahnungen im Eingriff. Um durch das Schwenken des Lagerbockes die Eingriffsverhältnisse an den Zahnflanken nicht zu verändern, verläuft vorteilhafterweise die Schwenkachse des Lagerbockes koaxial zur Drehachse eines mit der Getriebewelle in Eingriff stehenden Zahnrades. Die Bewegung des Lagerbockes entspricht somit im Prinzip derjenigen des Steges eines Planetengetrie b;. Der effektive Verschiebeweg bzw Schwenkweg im Bereich de- Kraftmesselemente kann sehr gering sein und meistens nur einige Zehntelsmillimeter betragen. Für eine genaue Erfassung der auftretenden Kräfte bestehen die Kraftmesselemente zweckmässigerweise aus Piezokeramik. In solchen aus Piezokeramik bestehenden Kraftmesselemente entsteht bei Verformung durch äussere Krafteinwirkung eine elektrische Ladung. Diese Ladung ist proporticnal zur Ver formung bzw zur auftretenden Kraft und kann durch geeignete Verstärker in eine Spannung umgesetzt werden. Der Verformungsweg solcher Elemente beträgt einige / m. Je nach den an den Bedienungskomfort des Handwerkzeuges gestellten Ansprüchen kann das Signal der Kraftmesselemente unterschiedlich ausgewertet werden. So genügt es beispielsweise für gewisse Anwendungen, bei Ueberschreiten eines bestimmten Wertes ein optisches oder akustisches Signal abzugeben. Vorzugsweise dient das Signal der Kraftmesselemente der Erzeugung von Steuerfunktionen des Handwerkzeuges. Dabei kann beispielsweise eine die Drehmomentübertragung unterbrechende Kupplung oder eine die noch vorhandene Rotationsenergie der Getriebewellen in Wärme umwandelnde Bremse betätigt werden. Die Erfindung soll nachstehend anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemässes Handwerkzeug, teil weise aufgeschnitten dargestellt; Fig. 2 einen Querschnitt durch das in Fig. 1 dar gestellte Handwerkzeug entlang der Linie II-II, in vergrössertem Masstab. Das aus den Fig. 1 und 2 ersichtliche Handwerkzeug weist ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Gehäuse auf, mit dem ein Handgriff 2 lösbar verbunden ist. Der Handgriff 2 weist einen Drücker 3 zum Ein- und Ausschalten des Handwerkzeuges sowie eine Zuleitung 4 zur elektrischen Stromversorgung des Hanb7elezenges auf. Im unteren Teil des Gehäuses 1 ist ein insgesamt mit 5 bezeichneter Motor angeordnet. Ein Motorritzel 5a set mit einer. Zahnrad 6 im Eingriff. Das Zahnrad 6 ist ri; einer insgesamt mit 7 bezeichneten Kur belwelle fest zwei bundenç Die Kurbelwelle 7 ist einerseits in einem Radiallager 8 und andererseits in einem Lagerschild 5b des Motors 5 gelagert. Das Radiallager 8 ist in einem insgesamt mit 9 bezeichneten Lagerbock angeordnet, der mittels eines Ansatzes 9a in einer Bohrung la des Gehäuses schwenkbar gelagert ist. Die Kurbelwelle 7 ist mit einer Verzahnung 7a versehen, die mit einem Stirnrad 10 in Eingriff steht. Das Stirnrad 10 ist mit einer insgesamt mit 11 bezeichneten Ritzelwelle fest verbunden. Die Ritzelwelle 11 ist über ein Schrägkugellager 12 ebenfalls im Lagerbock 9 abgesetzt. Da der Lagerbock 9 um die Achse der Kurbelwelle 7 schwenkbar gelagert ist, bleiben das Stirnrad 10 und die Verzahnung 7a bei einer allfälligen Schwenkbewegung des Lagerbockes 9 unverändert in Eingriff. Die Ritzelwelle 11 trägt ein Kegelritzel lla, das mit einem Kegelrad 13 in Eingriff steht. Das Kegelrad 13 ist mit einem Zylinder i4 drehfest verbunden und mittels eines Sicherungsringes 15 gegen axiales Verschieben gesichert. Der Zylinder 14 ist über das Kegelrad 13 mittels eines Nadellagers 16 im Gehäuse 1 gelagert. Im Zylinder 14 ist ein Erregerkolben 17 axial verschiebbar geführt. Der Erregerkolben 17 ist mittels eines Pleuels 18 mit einem Kurbelzapfen 7b der Kurbelwelle 7 verbunden und wird beim Drehen der Kurbelwelle 7 in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt. Im Zylinder 14 ist ebenfalls ein Schlagkolben 19 axial verschiebbar geführt. Zwischen dem Erregerkolben 17 und dem Schlagkolben 19 befindet sich ein Luftpolster 20, das zur Uebertragung der Schlagenergie vom Erregerkolben 17 auf den Schlagkolben 19 dient. In einen Werkzeughalter 21 ist ein Bohrer 22 eingesetzt, der vom Schlagkolben 19 beaufschlagt wird. Die Uebertragung der Drehbewegung auf den Bohrer 22 erfolgt über den Zylinder 14. Der in Fig. 2 dargestellte, vergrösserte Querschnitt zeigt den Ansatz 9a des Lagerbockes, der in der Bohrung la des Gehäuses 1 schwenkbar gelagert ist. Da die Kurbelwelle 7 koaxial im Lagerbock 9 gelagert ist, wird durch das Schwenken des Lagerbockes 9 die Lage des Radiallagers 8 nicht verändert. Der das Schrägkugellager 12 aufnehmende Teil des Lagerbockes 9 ist mit zwei einander gegenüberliegenden Stützflächen 9b versehen. In Ausnehmungen Ib des Gehäuses 1 angeordnete Kraftmesselemente 23 werden durch die bei der Drehmomentübertragung von der Kurbelwelle 7 auf die Ritzelwelle 11 entstehenden Reaktionskräfte beansprucht. Das Signal der Kraftmesselemente 23 dient der Erzeugung von Steuer funktionen des Handwerkzeuges und kann beispielsweise zum Abschalten der Energiezufuhr, zum Betätigen einer Kupplung oder Bremse und dgl verwendet werden. Die Kraftmesselemente 23 bestehen vorzugsweise aus Piezokeramik. Solche Elemente erzeugen bei Druckbeanspruchung eine elektrische Ladung, die in eine Spannung umgesetzt werden kann. Durch das Anordnen von zwei einander gegenüberliegenden Kraftmesselementen 23 können bei einer allfälligen Drehrichtungsumkehr des Motors 5 die auftretenden Kräfte in beiden Drehrichtungen erfasst werden.

Claims: Patentansprüche 1. Motorisch betriebenes Handwerkzeug mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten Motor, einer vom Motor in Drehung versetzten Antriebswelle und einem zwischen dem Motor und der Antriebswelle angeordneten Getriebe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass we nigstens eine Getriebewelle (11) in einem im Gehäuse (1) begrenzt beweglichen, in Richtung der durch die Drehmomentübertragung auftretenden Reaktionskräfte über elektrische Kraftmesselemente (23) am Gehäuse (1) abgestützten Lagerbock (9) gelagert ist. 2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock (9) um eine parallel zur Getriebe welle (11) verlaufende Schwenkachse drehbar gelagert ist. 3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse des Lagerbocks (9) koaxial zur Drehachse eines mit der Getriebewelle (11) in Ein griff stehenden Zahnrades (6) verläuft. 4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kraftmesselemente (23) aus Piezokeramik bestehen. 5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das Signal der Kraftmesselemente (23) der Erzeugung von Steuerfunktionen des Handwerk zeuges dient.

Inventors: HOERETH, HANS-JURGEN, KLINGENBECK, WERNER, NEUMAIER, ANTON, Hoereth, Hans-Jürgen
Applicants: HILTI AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: B25B23
IPC codes: B25D11, B25F5, B23B45, B25B23