РУЧНАЯ МАШИНА С ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫМ МЕХАНИЗМОМ
HAND-HELD TOOL WITH SWITCHABLE MECHANISM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к ручной машине с переключаемым механизмом согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Из DE 102004058809 А1 известен аккумуляторный шуруповерт, содержащий электрический приводной двигатель, посредством которого держатель для установки инструмента, установленный в корпусе с возможностью вращения, приводится в движение через многоступенчатый планетарный редуктор.
Подобные аккумуляторные шуруповерты в большинстве случаев оснащаются переключаемым планетарным редуктором, который может переключаться между первой передачей с низкой скоростью вращения и высоким крутящим моментом и второй передачей с высокой скоростью вращения и низким крутящим моментом. Переключение осуществляется с помощью переключателя передач в форме сдвижного элемента, расположенного на внешней стороне корпуса и сдвигаемого вручную в осевом направлении, в результате чего происходит перемещение переключающего кольцевого зубчатого колеса между двумя положениями переключения. Переключающее кольцевое зубчатое колесо воздействует на зубчатое колесо планетарного редуктора, которое в первом положении переключения соединяется с корпусом, а во втором положении переключения - с водилом планетарного редуктора.
При этом следует отметить, что вход переключающего кольцевого зубчатого колеса в зацепление при переключении между передачами может быть затруднен, в частности, из-за нагрузки, возникающей вследствие разницы в скорости вращения. Поэтому могут быть предусмотрены пружинные элементы, которые после соответствующего задействования переключателя передач с силой воздействуют на переключающее кольцевое зубчатое колесо, переводя его в требуемое положение переключения, так что оно входит в зацепление в этом положении лишь после отключения и повторного включения приводного двигателя. Однако сила воздействия этих пружинных элементов должна быть согласована с силой воздействия еще одного пружинного элемента, посредством которого переключатель передач надежно удерживается в своих положениях переключения во избежание ошибочного перемещения. С другой стороны, сила пружины, действующая на переключатель передач, должна быть не слишком большой, чтобы переключатель передач был удобным в обращении.
Раскрытие изобретения
В основу настоящего изобретения положена задача разработать, посредством простых конструктивных решений, такую ручную машину с механизмом, переключаемым по меньшей мере между двумя рабочими положениями, в которой в различных рабочих режимах, в частности под нагрузкой, обеспечивается надежное и удобное переключение между рабочими положениями и снижение нагрузки на конструктивные элементы.
Согласно изобретению, данная задача решается в соответствии с отличительными признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения. Целесообразные усовершенствования приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предлагаемая в настоящем изобретении ручная машина оснащена переключаемым механизмом, имеющим по меньшей мере два рабочих положения, устанавливаемых посредством элемента управления. Этот элемент управления связан посредством соединительного элемента с перемещаемым переключающим элементом, воздействующим по меньшей мере на одну деталь переключаемого механизма.
Согласно изобретению соединительный элемент, передающий движение элемента управления, при переводе последнего из одного положения переключения в другое, на расположенный в корпусе механизма переключающий элемент, выполнен в виде соединительной пружины с двумя устойчивыми состояниями, которая в обоих положениях переключения элемента управления находится в устойчивом состоянии, а в промежуточном положении, которое соединительная пружина проходит между положениями переключения, - в неустойчивом состоянии.
Эта конструкция обеспечивает достижение различных преимуществ. Соединительная пружина выполняет двойную функцию: во-первых, передает движение на переключающий элемент и, во-вторых, оказывает силовое воздействие в соответствующем положении переключения, благодаря чему можно отказаться от одного или нескольких дополнительных пружинных элементов, посредством которых устройство переключения переводится в соответствующее положение переключения. В целом, таким путем достигается упрощение конструкции и уменьшение числа деталей.
Это упрощение конструкции достигается посредством реализации простых решений, а именно путем выполнения соединительной пружины в виде пружинной шайбы, которая в предпочтительном варианте устанавливается с возможностью поворота относительно поперечной оси, проходящей перпендикулярно продольной оси двигателя ручной машины. Наличие двух устойчивых состояний (бистабильность) в предпочтительном варианте достигается, или по меньшей мере поддерживается, путем предварительного напряжения пружинной шайбы, благодаря чему последняя находится в устойчивом состоянии в обоих положениях поворота и в неустойчивом состоянии - в промежуточном положении. Неустойчивость в промежуточном положении обеспечивает достижение другого положения переключения, в котором состояние пружинной шайбы вновь становится устойчивым.
Предварительное напряжение пружинной шайбы представляет собой просто реализуемое решение, обеспечивающее устойчивость пружинного элемента в соответствующем положении переключения. Этим также достигается высокая степень надежности в отношении ошибочного перемещения элемента управления в процессе работы ручной машины в другое положение переключения, соответствующее другому рабочему положению.
Кроме того, для соединения пружинной шайбы с переключающим элементом, т.е. обеспечения их взаимодействия, пружинная шайба имеет по меньшей мере одну лапку, которая в предпочтительном варианте выполнена, аналогично возможно преждусмотренным поворотным элементам с поводком, за одно целое с пружинной шайбой. Реализация вышеупомянутого соединения посредством по меньшей мере одной лапки, преимущественно - нескольких лапок, выступающих на пружинной шайбе радиально внутрь, обеспечивает преимущество, заключающееся в создании посредством по меньшей мере одной лапки, преимущественно - нескольких лапок еще одного пружинного эффекта, имеющего место между пружинной шайбой и переключающим элементом. Этот пружинный эффект (эффект пружинения) можно использовать для выбора передачи, в частности, в том случае, когда переключение передач осуществляется в процессе работы ручной машины, причем перевод переключающего элемента или детали редуктора, связанной с переключающим элементом, в требуемое положение зацепления не может быть выполнен из-за разности скоростей вращения. В этом случае требуемую передачу можно выбрать, переместив переключатель передач, причем благодаря пружинному эффекту, обеспечиваемому лапкой или лапками пружинной шайбы, переключающий элемент перемещается без повреждения деталей в направлении требуемого положения переключения, которое, однако, достигается лишь после остановки или повторного включения приводного двигателя. Лапки на пружинной шайбе обеспечивают, таким образом, дополнительный пружинный эффект без использования для этого дополнительного конструктивного элемента. Таким образом, соответствующие технические результаты заключаются в повышении надежности переключения и упрощении конструкции за счет уменьшения числа деталей.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения ручная машина оснащена механизмом в виде переключаемого многоступенчатого редуктора, имеющего по меньшей мере две передачи, включаемые посредством переключателя передач, выступающим в качестве элемента управления. Переключатель передач связан посредством соединительного элемента с перемещаемым переключающим элементом, воздействующим по меньшей мере на одну деталь переключаемого редуктора. Если редуктор представляет собой планетарный редуктор, то перемещаемый переключающий элемент целесообразно выполнять в виде переключающего кольцевого зубчатого колеса, установленного с возможностью осевого перемещения в корпусе редуктора между положением фиксации относительно корпуса и положением фиксации относительно звена редуктора, причем в положении фиксации относительно корпуса переключающее кольцевое зубчатое колесо стопорится в зацеплении с последним, а в положении фиксации относительно звена редуктора переключающее кольцевое зубчатое колесо неподвижно соединяется с водилом планетарного редуктора и вращается вместе с ним.
Возможность поворота пружинной шайбы в предпочтительном варианте реализуется посредством того, что на пружинной шайбе выполнены поворотные элементы, установленные в соответствующих выемках в корпусе ручной машины и определяющие ось поворота, проходящую перпендикулярно продольной оси ручной машины. В предпочтительном варианте эти поворотные элементы выполнены в виде шарнирных выступов на радиально внутренней стороне пружинной шайбы, причем возможно также исполнение на радиально наружной стороне пружинной шайбы. Кроме того, возможно также и обратное исполнение, когда шарнирные выступы располагаются на корпусе и входят в предназначенные для них шарнирные выемки на пружинной шайбе, расположенные на ее радиально внутренней или радиально наружной стороне.
Контакт между пружинной шайбой и переключателем передач целесообразным образом достигается через выступающий наружу поводок на пружинной шайбе, на который в предпочтительном варианте переключатель передач воздействует в обоих направлениях вдоль оси, параллельной продольной оси ручной машины. Вследствие установки пружинной шайбы с возможностью поворота установочное движение переключателя передач преобразуется во вращательное, или поворотное, движение пружинной шайбы, связанной с переключающим элементом, который в предпочтительном варианте расположен, как и переключатель передач, вдоль оси корпуса редуктора и может совершать установочное движение в осевом направлении.
Пружинная шайба может быть выполнена в виде полукруга или же круга. В случае полукруглого исполнения поворотные элементы целесообразным образом располагаются между лапками, обеспечивающими соединение с переключающим элементом, и поводком, управляемым переключателем передач. В предпочтительном варианте лапки находятся на свободных концах полукруглой пружинной шайбы и выступают радиально внутрь.
В случае же исполнения в виде полного круга целесообразным является диаметрально противоположное размещение поворотных элементов относительно поводка, при этом лапки располагаются относительно поворотных элементов и поводка со смещением на 90°. В данном исполнении ось вращения проходит по касательной рядом с внутренней стороной пружинной шайбы. Ввиду предварительно напряженного состояния пружинная шайба, выполненная в виде полного круга, принимает в обоих своих положениях переключения приблизительно конусообразную форму.
Соединительную пружину целесообразно изготавливать в виде металлической детали, в частности из листового металла.
Прочие преимущества и целесообразные варианты осуществления изобретения представлены на чертежах, в их описании и в формуле изобретения. На чертежах показано:
на фиг.1 - ручная машина в виде аккумуляторного шуруповерта или аккумуляторной дрели с возможностью переключения редуктора между первой и второй передачами, причем для переключения между передачами предусмотрен расположенный снаружи переключатель, связанный посредством соединительной пружины с переключающим элементом для управления редуктором,
на фиг.2 - соединительная пружина в полукруглом исполнении,
на фиг.3 - соединительная пружина в виде полного круга.
Изображенная на фиг.1 ручная машина 1 выполнена в виде аккумуляторного шуруповерта или дрели-шуруповерта и содержит корпус 2 двигателя, одновременно представляющий собой рукоятку и имеющий сменный аккумулятор 3, расположенный на его нижней стороне и предназначенный для питания электрического приводного двигателя 4. Приводной двигатель 4 приводит в действие расположенный в своем корпусе 5 планетарный редуктор 6, связанный со шпинделем, представляющим собой держатель 7 для установки рабочего инструмента. Для включения приводного двигателя 4 в корпусе двигателя предусмотрен выключатель, задействуемый пользователем через гашетку, или клавишу 9. Направление вращения вала приводного двигателя устанавливается посредством реверсирующего переключателя 10.
Планетарный редуктор 6 выполнен по меньшей мере одноступенчатым, но в предпочтительном варианте имеет две и более ступени. Две различные передачи в планетарном редукторе 6 могут устанавливаться одним переключающим устройством, причем на первой передаче от приводного двигателя передается на шпиндель и держатель рабочего инструмента вращение с низкой скоростью и высоким крутящим моментом, а на второй передаче - с высокой скоростью и низким крутящим моментом. Переключающее устройство для переключения между передачами содержит переключатель 11 передач, выполненный в виде сдвижного элемента и расположенный на наружной стороне корпуса 5 редуктора, соединительную пружину 12, а также расположенный внутри корпуса 5 редуктора переключающий элемент 13, посредством которого осуществляется перемещение детали редуктора между различными положениями переключения. Пользователь может перемещать переключатель 11 передач между обоими положениями переключения вдоль оси приводного двигателя. Через расположенную в корпусе 5 редуктора с возможностью поворота соединительную пружину 12, в предпочтительном варианте выполненную в виде пружинной шайбы, движение перевода переключателя 11 передач между положениями переключения передается на установленный внутри корпуса редуктора с возможностью осевого перемещения переключающий элемент 13, движение которого оказывает действие на упомянутую деталь редуктора. Эта деталь редуктора выполнена, в частности, в виде кольцевого зубчатого колеса, переводимого между положением фиксации относительно корпуса и положением сцепления с водилом планетарного редуктора с их фиксацией от проворачивания относительно друг друга. Переключающий элемент 13 и кольцевое зубчатое колесо могут быть выполнены в виде единой детали.
На фиг.2 представлен первый пример осуществления соединительной пружины. Соединительная пружина 12 выполнена в виде полукруглой пружинной шайбы, изготовленной из металла, в частности листового металла. На радиально наружной стороне в середине полукруга находится направленный радиально наружу прямоугольный поводок 14, на который в собранном состоянии воздействует переключатель 11 передач. На свободных концах пружинной шайбы выполнены направленные радиально внутрь лапки 16, которые в собранном состоянии оказывают воздействие на переключающий элемент 13 (фиг.1). Кроме этого, примерно посередине между поводком 14 и лапками 16 на пружинной шайбе имеются направленные радиально внутрь и выполненные в виде выступов поворотные элементы 15, посредством которых пружинный элемент установлен с возможностью поворота в корпусе редуктора ручной машины. Оба выполненных в виде выступов поворотных элемента 15 на радиально внутренней стороне вщелкиваются в соответствующие выемки в корпусе, определяя ось 17 поворота, относительно которой происходит поворот соединительной пружины 12. Ось 17 поворота проходит перпендикулярно продольной оси (оси двигателя), вокруг которой вращаются шпиндель и патрон инструмента.
Поводок 14, поворотные элементы 15 и лапки 16 выполнены как единое целое с соединительной пружиной 12. Лапки 16 выступают радиально наружу дальше, чем поворотные элементы 15, благодаря чему лапки 16 могут обеспечить упругий эффект в направлении оси ручной машины, так что лапки 16 выполняют в осевом направлении функцию пружинного элемента, посредством которого оказывается пружинно-упругое воздействие на переключающий элемент (фиг.1). Лапки 16 смещены по окружности относительно направленного радиально наружу поводка 14 на угол примерно 90°, а поворотные элементы 15 на внутренней стороне пружинной шайбы находятся примерно посередине между поводком 14 и лапками 16.
В собранном положении соединительная пружина 12 находится в предварительно напряженном состоянии, вследствие чего в обоих положениях переключения она находится в устойчивом состоянии и имеет неплоскую форму. В промежутке между обоими положениями переключения, представляющими собой крайние положения, соединительная пружина 12 проходит положение неустойчивости. После прохождения положения неустойчивости соединительная пружина стремится оказаться в противоположном крайнем положении, или положении переключения, в котором она будет зафиксирована из-за подпружинивающего эффекта.
На фиг.3 представлен еще один пример осуществления соединительной пружины 12. Соединительная пружина 12 имеет вид полного круга, причем выступающий радиально наружу поводок 14 расположен диаметрально противоположно выполненным в виде выступов поворотным элементам 15, направленным радиально внутрь. Обе лапки 16 также выступают радиально внутрь и смещены по окружности относительно как поводка 14, так и обоих поворотных элементов 15 на угол 90°. Поворотные элементы 15, определяющие ось 17 поворота, расположены в непосредственной близости друг от друга в месте разрыва пружинной шайбы. Ось 17 поворота проходит приблизительно по касательной к внутренней стороне пружинной шайбы. После сборки соединительная пружина 12 находится в предварительно напряженном состоянии, при этом поворотные элементы 15 перекрывают друг друга.