ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ МАШИНА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
ELECTRICALLY DRIVEN PROCESSING MACHINE

Настоящее изобретение относится к технологической машине с электрическим приводом, в частности к ручной электрической машине (ручному электроинструменту) согласно ограничительной части пункта 1 формулы.
Ручные электрические машины, такие как резьбозавертывающие машины, например (аккумуляторные) шуруповерты/винтоверты, (аккумуляторные) дрели-шуруповерты или (аккумуляторные) ударные дрели содержат коробку передач для снижения числа оборотов двигателя, составляющего около 20000 об/мин, до приемлемого диапазона числа оборотов рабочего шпинделя (приблизительно 150-2000 об/мин). Коробка передач известных ручных электрических машин обычно выполняется в виде планетарного редуктора с двумя или более передачами, так что оператор может выбирать по меньшей мере между быстрой второй передачей с низким вращающим моментом и медленной первой передачей с высоким вращающим моментом.
Если во время работы, например при завинчивании, требуется переключить передачу, то оператору приходится прерывать рабочий процесс, отпустив элемент привода выключателя двигателя (клавишу), после чего он может осуществить переключение передач редуктора с помощью отдельного переключателя передач. Вслед за этим рабочий процесс может быть продолжен на вновь выбранной передаче, когда оператор опять задействует элемент привода выключателя. Это требующее усилий и затрат времени переключение передач создает неудобства. Особенно неудобным является то, что для переключения с одной передачи на другую необходимо полностью прервать рабочий процесс.
В публикации DE 19754165 А1 описана электрическая ручная машина вращательного действия с двумя передачами (ступенями), имеющая переключающее кольцо, установленное в корпусе машины с фиксацией от проворачивания и с возможностью перемещения между первым и вторым положениями, в которых оно сцепеляется, соответственно с кольцевыми зубчатыми колесами первой и второй ступеней коробки передачи. При включении машины с помощью элемента привода выключателя переключающее кольцо сначала находится во втором положении. При достижении определенного момента нагрузки переключающее кольцо автоматически перемещается в первое положение, что соответствует переключению со второй передачи на первую. Обратное переключение с первой передачи на вторую происходит при отпускании элемента привода выключателя.
Поэтому в основу изобретения была положена задача разработки технологической машины с электрическим приводом, прежде всего ручной электрической машины (ручного электроинструмента), в которой переключение передач может осуществляться быстро и просто, в частности, без прерывания начатого рабочего процесса.
Эта задача решается в технологической машине с электрическим приводом, охарактеризованной в пункте 1 формулы изобретения. Целесообразные усовершенствования настоящего изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. В объем изобретения входят все комбинации по меньшей мере двух признаков изобретения, раскрытых в описании, формуле изобретения и/или на чертежах.
В основу изобретения положена идея соединить элемент привода выключателя (орган управления), который предназначен для включения рабочего двигателя и воздействие на который, в частности механическое воздействие, прикладывается непосредственно оператором, с коробкой передач, в частности с механизмом переключения коробки передач, в предпочтительном варианте выполненной в виде планетарного редуктора, таким образом, чтобы при воздействии на элемент привода выключателя в коробке передач происходило переключение по меньшей мере между двумя передачами. Благодаря этому впервые появляется возможность переключения между двумя ступенями передаточного числа без использования для этого отдельного органа ручного управления. Появляется даже возможность переключения по меньшей мере между двумя передачами коробки передач без прерывания начатого рабочего процесса (в частности сверления или завинчивания). В предпочтительном варианте элемент привода выключателя (орган ручного управления) соединен с коробкой передач таким образом, что переключение между двумя передачами осуществляется лишь после перемещения на предварительно заданную длину хода. Этим обеспечивается возможность включения и выключения, известным образом, приводного двигателя посредством выключателя без осуществления процесса переключения. В случае выключателя двигателя, связанного с элементом привода выключателя и задействуемого последним, речь может идти, например, о контакторе, выполняющем исключительно функции включения и выключения для размыкания и замыкания токового контура двигателя. В альтернативном варианте выключателю двигателя может быть придана функция регулировки числа оборотов двигателя таким образом, что обеспечивается возможность регулирования числа оборотов двигателя, в частности, в зависимости от длины хода (перемещения) элемента привода выключателя. Наряду с упрощенным и быстрым переключением по меньшей мере между двумя передачами, настоящее изобретение позволяет отказаться, в случае необходимости, от отдельного элемента переключения передач (дополнительного органа ручного управления, отдельного от элемента привода выключателя), благодаря чему можно минимизировать угловой размер технологической машины с электрическим приводом. Как будет еще упомянуто ниже, существует - дополнительно к описанному элементу привода выключателя, - альтернативная возможность переключения по меньшей мере между двумя передачами в коробке передач посредством добавления отдельного элемента переключения передач либо придания этому отдельному элементу переключения передач функции включения/выключения (главного выключателя) технологической машины с электрическим приводом.
В соответствии с изобретением с помощью элемента привода выключателя можно выполнять не только переключение со второй передачи на первую, но обратное переключение, то есть с первой передачи обратно на вторую. Как упоминается ниже, в предпочтительном варианте это обратное переключение осуществляется автоматически при уменьшении усилия, прикладываемого оператором вручную к элементу привода выключателя.
Особенно предпочтительным является вариант осуществления изобретения, в котором передаточное отношение между первой и второй передачами выбирается таким образом, что на первой передаче могут быть реализованы меньшее число оборотов и больший вращающий момент, чем на второй передаче, причем это передаточное отношение может быть реализовано и в обратном направлении. В случае конструктивного исполнения с очень медленной первой передачей могут быть реализованы более легкие и компактные технологические машины с электрическим приводом, в которых при тех же характеристиках используются электрические приводные двигатели меньших размеров (менее мощные).
В частности, для случаев применения, когда посредством технологической машины с электрическим приводом, в частности ручной машины, требуется выполнить завинчивание, предпочтительной является медленная первая передача с повышенным вращающим моментом. Подобное передаточное распределение предоставляет оператору возможность начать, посредством задействования элемента привода выключателя, процесс завинчивания на второй передаче с высоким числом оборотов и низким вращающим моментом, а к концу процесса завинчивания переключиться, не прерывая этот процесс, со второй передачи на первую посредством вторичного задействования элемента привода выключателя, после чего процесс завинчивания доводится до конца с высоким вращающим моментом. До сих пор оператору приходилось либо проводить весь процесс завинчивания на медленной первой передаче, либо прерывать этот процесс ближе к его завершению для переключения со второй передачи на первую.
Особенно предпочтительным является вариант осуществления изобретения, в котором элемент привода выключателя выполнен в виде клавиши нажимного выключателя. При этом в предпочтительном варианте нажимной выключатель непосредственно связан с механизмом переключения коробки передач, в частности таким образом, что после перемещения нажимного выключателя на определенную длину хода происходит переключение между двумя передачами, в предпочтительном варианте - со второй на первую передачу.
Особенно предпочтительным является вариант осуществления изобретения, в котором элемент привода выключателя перед запуском процесса переключения испытывает повышенное сопротивление перемещению, которое оператор должен преодолеть для переключения между двумя передачами. Тем самым можно очень просто избежать непредвиденного переключения между двумя передачами. Возможно также, что элемент привода выключателя в процессе своего перемещения несколько раз испытывает сопротивление различной силы. Такой вариант осуществления является, в частности, целесообразным для случая, когда можно реализовать несколько процессов переключения посредством лишь однократного воздействия на элемент привода выключателя.
Повышенное сопротивление перемещению, которое требуется преодолеть оператору, в усовершенствованном варианте изобретения предпочтительным образом достигается посредством по меньшей мере одной пружины, исполнение и расположение которой таковы, что она действует в направлении, противоположном направлению переключения со второй передачи на первую.
Особенно предпочтительным является вариант осуществления изобретения, в котором пружина, повышающая сопротивление перемещению, стремится таким образом сместить элемент привода выключателя, чтобы отменить предпринятое переключение передач. Иными словами, для переключения со второй передачи на первую в предпочтительном варианте элемент привода выключателя перемещается против действия силы упругости пружины, так что при уменьшении оператором усилия нажатия пружина перемещает элемент привода выключателя и/или воздействует на коробку передач таким образом, что коробка передач переключается с первой передачи на вторую. Для этого элемент привода выключателя в предпочтительном варианте возвращается в свое положение, предшествовавшее переключению передач.
Особенно предпочтительным является вариант осуществления изобретения, в котором элемент привода выключателя механически связан с механизмом переключения коробки передач, прежде всего с рычагом этого механизма переключения, в предпочтительном варианте выполненным как поворотный рычаг. В предпочтительном варианте пружина, повышающая сопротивление перемещению, воздействует непосредственно на этот рычаг, который, в свою очередь, прикладывает к элементу привода выключателя возвращающую силу.
Как уже упоминалось в начале, возможна реализация варианта осуществления изобретения, в котором дополнительно к элементу привода выключателя, обеспечивающему переключение передач, предусмотрен отдельный элемент переключения передач (дополнительный орган управления). В предпочтительном варианте этот элемент переключения передач является подчиненным элементу привода выключателя применительно к функции переключения передач. Иными словами, предпочтительным является вариант осуществления изобретения, в котором посредством элемента привода выключателя можно произвести переключение на первую передачу, в частности в конце хода (перемещения) этого элемента, несмотря на то, что переключатель передач вручную установлен на вторую передачу.
Прочие преимущества, отличительные признаки и особенности изобретения представлены в приведенном ниже описании примера осуществления изобретения, а также на приложенном чертеже, где показан вид в разрезе ручной электрической машины, выполненной в виде аккумуляторной дрели-шуруповерта.
На чертеже показана ручная электрическая машина 1, выполненная в виде аккумуляторной дрели-шуруповерта. Она содержит электрический приводной двигатель 2, соединенный с двухступенчатой коробкой 3 передач, выполненной в виде планетарного редуктора, и передающий ей вращающий момент. От коробки 3 передач, в свою очередь, приводится во вращение не показанный на чертеже рабочий шпиндель, приводящий во вращение держатель 4 инструмента. В зависимости от назначения, держатель 4 инструмента может быть выполнен, например, в виде зажимного патрона или многогранного, в частности шестигранного, гнезда под сменный инструмент.
Для снабжения приводного двигателя 2 электрической энергией предусмотрен сменный выполненный в виде опоры машины аккумулятор 5 с возможностью крепления к пластмассовому корпусу 6 ручной машины 1.
Для включения электрического приводного двигателя 2, т.е. для снабжения приводного двигателя 2 электрической энергией от аккумулятора 5 предусмотрен выключатель 7, в исполнении которого могут быть заложены только функции включения и выключения либо, в случае необходимости, регулирования числа оборотов, например посредством подключения изменяемого электрического сопротивления. Выключатель 7 может приводиться в действие посредством элемента 8 привода выключателя, выполненного в виде клавиши нажимного выключателя. Элемент 8 привода выключателя расположен в верхней части рукоятки 9, на нижнем конце которой крепится аккумулятор 5, а верхний конец переходит в рабочий отсек 10 корпуса, располагающийся в верхней части плоскости чертежа в основном перпендикулярно рукоятке 9. В альтернативном (не показанном) варианте осуществления изобретения элемент 8 привода выключателя воздействует на генератор сигналов для блока электроники, осуществляющего переключение тока двигателя или регулирование числа оборотов.
В показанной ручной машине 1 в качестве основного установочного положения коробки 3 передач выбрана вторая передача, посредством которой можно реализовать большее число оборотов, но меньший вращающий момент для приведения во вращение держателя 4 инструмента, чем на первой передаче. Для включения приводного двигателя 2 оператор должен надавить на элемент 8 привода выключателя в направлении стрелки 11, то есть внутрь корпуса 6, в результате чего на выключатель 7 приводного двигателя 2 подается электрическая энергия. Элемент 8 привода выключателя имеет выступ 12, составляющий с ним одно целое и направленный вверх в плоскости чертежа. После того как элемент 8 привода выключателя сместится внутрь корпуса 6 настолько, что выступ 12 пройдет отрезок s, выступ 12 окажется прилегающим к установленному с возможностью поворота рычагу 13 механизма переключения передач коробки 3 передач. В предпочтительном варианте выключатель 7 выполнен таким известным образом, что ток двигателя повышается с увеличением длины хода элемента 8 привода выключателя. Если процесс переключения должен проводиться как переход с более быстрой второй передачи на более медленную первую, необходимо сместить элемент 8 привода выключателя дальше внутрь корпуса 6, чтобы выступ 12 прошел больший путь, чем отмеченный на чертеже отрезок s. При таком увеличении длины хода элемент 8 привода выключателя испытывает большее сопротивление перемещению, чем в начале движения. Это обеспечивается с помощью пружины 14, выполненной в виде винтовой пружины сжатия и оказывающей нажим слева направо (в плоскости чертежа), то есть по существу против направления стрелки 11, на участок свободного конца рычага 13, стремясь, тем самым, оставить рычаг 13 в его исходном положении переключения (вторая передача) или сместить его обратно в это положение. Иными словами, сила нажатия, прикладываемая оператором, возрастает, как только элемент 8 привода выключателя касается рычага 13, выполненного как поворотный рычаг, и приводит его в движение, поскольку должно происходить сжатие пружины 14, оказывающей дополнительное воздействие на участок свободного конца рычага 13. Если элемент 8 привода выключателя продолжит движение, вследствие чего составляющий с ним одно целое выступ 12 смещает рычаг 13 в направлении, противоположном направлению действия силы упругости пружины 14, то в коробке 3 передач происходит, известным образом, переключение с первоначальной второй передачи на первую, а положение включения первой передачи сохраняется до тех пор, пока оператор нажимает на элемент 8 привода выключателя с достаточным усилием, а значит, рычаг 13 остается, несмотря на воздействие силы упругости пружины 14, в левом относительно плоскости чертежа и не показанном на чертеже положении.
Если оператор уменьшает силу нажатия на элемент 8 привода выключателя, и она становится меньше силы упругости пружины 14, то пружина 14 перемещает рычаг 13 обратно в его исходное положение (показанное на чертеже), в результате чего в коробке 3 передач происходит переключение с первой передачи обратно на вторую.
Дополнительно к показанному элементу 8 привода выключателя может быть предусмотрен (например, на верхней стороне рабочего отсека 10 корпуса) отдельный переключатель передач, в предпочтительном варианте подчиненный элементу 8 привода выключателя применительно к функции переключения передач. Можно также предусмотреть, наряду с элементом 8 привода выключателя, дополнительный главный электрический выключатель, который может быть расположен, например, в верхней части (относительно плоскости чертежа) рабочего отсека 10 корпуса. Отказ от отдельного элемента переключения передач и дополнительного главного выключателя позволяет уменьшить - благодаря исключению отдельного органа управления, - угловой размер показанной ручной машины 1 по сравнению с известными машинами.