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Dokumentenidentifikation DE3804414A1 24.08.1989
Titel Bohrhammer mit Kugelrastkupplung
Anmelder Hilti AG, Schaan, LI
Erfinder Neumaier, Anton, 8080 Fürstenfeldbruck, DE
Vertreter Wirsing, G., Dr., Rechtsanw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 12.02.1988
DE-Aktenzeichen 3804414
Offenlegungstag 24.08.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.1989
IPC-Hauptklasse E21C 3/34
IPC-Nebenklasse B28D 1/14   
Zusammenfassung Der Bohrhammer verfügt über eine Kugelrastkupplung, mit der ein vorbestimmtes Drehmoment von einer angetriebenen Hohlwelle (14) an eine Abtriebswelle (6) übertragen werden kann. Zum Einkuppeln werden die Kugeln (15) von einem kegeligen Bereich (16a) der Stützschulter eines von einer Druckfeder (17) beaufschlagten Zustellringes (16) in Rastvertiefungen (6b) der Abtriebswelle (6) eingerückt. Beim Ausrücken der Kugeln (15) als Folge eines überhöhten Drehmomentes gelangen diese in den Wirkbereich eines in einer Normalebene zur Achse des Zustellringes (16) liegenden äußeren Bereichs (16b) und werden so zur Vermeidung nachteiliger Drehmomentübertragung und Verschleißes von der die Rastvertiefungen (6b) tragenden Abtriebswelle (6) ferngehalten. Zur Rückstellung der Kugeln (15) zwecks Einkuppelns ist eine auf diese einwirkende Kegelschulter (22a) vorgesehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Bohrhammer mit Kugelrastkupplung zur Übertragung einer Drehbewegung von einer angetriebenen Hohlwelle auf eine mit Werkzeugen in Verbindung stehende Abtriebswelle, wobei in radialen Durchbrüchen der Hohlwelle in Rastvertiefungen der Abtriebswelle eingreifende Kugeln gelagert sind, die gegen die Kraft eines federbelasteten Zustellringes mit auf die Kugeln einwirkender Stützschulter radial nach außen ausweichen.

Bei Bohrhämmern, die im Arbeitseinsatz den in diesen eingesetzten Werkzeugen Drehbewegung vermitteln, ist aus Gründen der Sicherheit für den Handhabenden eine Überlastkupplung erforderlich.

Ein aus der DE-B2-22 42 944 bekannter Bohrhammer verfügt über eine beispielsweise als Kugelrastkupplung ausgebildete Überlastkupplung. Bei Überschreiten eines im Arbeitseinsatz auftretenden, durch die Kupplungskräfte vorbestimmten Drehmomentes zwischen einer angetriebenen Hohlwelle und einer Abtriebswelle werden die Kugeln aus Rastvertiefungen der Abtriebswelle radial ausgerückt. An den Kugeln stützt sich ein federbelasteter Zustellring mit einer Stützschulter axial ab. Die Kugeln sind zum Zwecke des Einrückens in die Rastvertiefungen stets mit Federkraft radial beaufschlagt.

Das Auskuppeln kommt beispielsweise durch Verklemmen des Werkzeuges im Bohreinsatz zustande. Der Handhabende hat dabei das für das Auskuppeln erforderliche Drehmoment als Gegenmoment aufzunehmen. In ausgekuppeltem Zustand bleibt bei weiterdrehendem Antrieb der Hohlwelle ein auf den Handhabenden einwirkendes hohes Moment bestehen.

Dieses hohe Moment tritt auf, da die Kugeln unter Federkraft stehen und schrittweise in die Rastvertiefungen der Abtriebswelle springen. Das hohe Moment stellt einerseits ein Sicherheitsrisiko für den Handhabenden dar und führt andererseits zu starker Belastung des Handhabenden. Ein weiterer Nachteil ist der hohe Verschleiß der Kupplungsteile als Folge des Überspringens der Rastvertiefungen durch die federbelasteten Kugeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrhammer mit dem Drehantrieb von Werkzeugen dienender Kugelrastkupplung zu schaffen, die in ausgekuppeltem Zustand kein den Handhabenden gefährdendes und belastendes Moment abgibt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stützschulter des Zustellringes einen kegeligen Bereich und radial nach außen anschließend einen in einer Normalebene zur Achse des Zustellringes verlaufenden Bereich aufweist, dessen Axialprojektion zumindest teilweise von einer axial verschiebbaren, radial von außen auf die Kugeln einwirkenden Kegelschulter überlappt ist.

Beim Auskuppeln im Arbeitseinsatz des Bohrhammers werden die Kugeln gegen die den Zustellring beaufschlagende Federkraft mit hoher Geschwindigkeit radial aus den Rastvertiefungen ausgerückt. Dabei treten die Kugeln in den in einer Normalebene zur Achse des Zustellringes verlaufenden Bereich der Stützschulter über. Die Radialbewegung mit hoher Geschwindigkeit tritt auf, indem die Kugeln bei plötzlich stillstehendem Werkzeug von den Wandungen der Rastvertiefungen radial nach außen beschleunigt werden. Die in den Durchbrüchen der weiterdrehenden Hohlwelle gelagerten Kugeln unterliegen zudem der Zentrifugalkraft, welche das Ausrücken unterstützt.

Die von außen auf die Kugeln einwirkende Kegelschulter dient dazu, die Kugeln für das Einkuppeln aus dem in Normalebene zur Achse des Zustellringes verlaufenden Bereich der Stützschulter radial in den kegeligen Bereich zu verschieben. Der kegelige Bereich der Stützschulter bewerkstelligt unter Federkraft ein Einrasten der Kugeln in die Rastvertiefungen. Zweckmäßig erfolgt das Einkuppeln bei anlaufendem Drehantrieb der Hohlwelle.

Der Handhabende hat die Möglichkeit, zu beliebigem Zeitpunkt das Einkuppeln einzuleiten. Beispielsweise kann dies für das Lösen eines im Bohrloch steckengebliebenen Werkzeuges erforderlich sein, so daß bei Einschalten des Antriebs die Kugeln in die Rastvertiefungen einrücken und ein ausreichendes Drehmoment zum Lösen des Werkzeuges übertragen. Das Einkuppeln kann aber auch erst nach dem Entfernen des Werkzeuges aus dem Bohrloch eingeleitet werden.

Mit Vorteil liegt die Kegelschulter in der Axialprojektion der Stützschulter gegenüber. Die an den Kugeln angreifende Kegelschulter vermag so die Kugeln außenseitig radial abzustützen und gleichzeitig gegen die Sützschulter zu halten.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kegelschulter an einem in Achsrichtung der Hohlwelle verschiebbaren Schieber angeordnet. Der Schieber kann beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein und mit der von einer Stirnseite gebildeten Kegelschulter auf mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Kugeln zum Verschieben in einkupplungsbereite Lage einwirken.

Zweckmäßigerweise ist ein die Kegelschulter von den Kugeln wegtreibendes Federmittel vorgesehen. Das Federmittel bringt den Schieber nach dem Rückstellen der Kugeln in einkupplungsbereite Position automatisch in die Ausgangslage zurück und gibt so den radialen Ausrückweg für die Kugeln frei. Zur Betätigung des Schiebers ist zweckmäßig eine von außen betätigbare Handhabe vorgesehen.

Der das Ausrücken der Kugeln bewerkstelligende radiale Verschiebeweg ist nach außen zweckmäßig begrenzt, um zu verhindern, daß die Kugeln außer Eingriff mit den Durchbrüchen der Hohlwelle gelangen. Mit Vorteil schließt sich hierzu radial nach außen an den in einer Normalebene zur Achse des Zustellringes verlaufenden Bereich ein die Radialprojektion der Kugeln überdeckender Ringfortsatz an. Der Ringfortsatz bildet mit seiner Innenseite eine Stützkontur für die Kugeln.

Der Zustellring kann auf der angetriebenen Hohlwelle sitzen und mit dieser mitdrehen, so daß zwischen den ausgerückten Kugeln und dem Ringfortsatz keine Verschleiß hervorrufende Bewegung stattfindet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel wiedergeben, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Bohrhammer teilweise im Längsschnitt, mit eingekuppelter Kugelrastkupplung;

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch den Bohrhammer nach Fig. 1, gemäß Schnittverlauf II-II;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus der unteren Schnitthälfte der Fig. 1, in vergrößerter Darstellung;

Fig. 4 den Ausschnitt analog Fig. 3, mit ausgekuppelter Kugelrastkupplung;

Fig. 5 den Ausschnitt analog Fig. 3, mit einkupplungsbereiter Kugelrastkupplung.

Der Bohrhammer nach Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 mit einem Handgriff 2 auf. Der Handgriff 2 trägt einen Betätigungsschalter 3 für einen nicht näher dargestellten, im Gehäuse 1 gelagerten, elektrischen Antriebsmotor. Ein Stromzuführungskabel 4 mündet in den Handgriff 2. In Bohrrichtung schließt an das Gehäuse 1 ein Werkzeughalter 5 an, der in bekannter Bauweise ausgeführt ist.

Im Gehäuse 1 ist eine Abtriebswelle 6 unverschiebbar und über Wälzlager 7, 8 drehbar gelagert. Ein bohrrichtungsseitiger Boden 6a der Abtriebswelle 6 wird von einem Döpper 9 verschiebbar durchragt. Der Döpper 9 dient der Übertragung von Schlägen an ein in den Werkzeughalter 5 eingesetztes Werkzeug und ragt hierzu in den Schlagbereich eines in der Bohrung der Abtriebswelle 6 verschiebbaren Schlagkolbens 11. Letzterer wird unter Zwischenschaltung eines Luftpolsters von einem Antriebskolben 12 in hin- und hergehende Bewegung versetzt. Der Schlagkolben 11 und der Antriebskolben 12 tragen Dichtungsringe 11a bzw 12a. Am Antriebskolben 12 greift ein motorisch in Bewegung versetzbarer Pleuel 13 an.

Auf der Abtriebswelle 6 ist eine Hohlwelle 14 unverschiebbar und drehbar gelagert. Die Hohlwelle 14 weist an dem der Bohrrichtung abgewandten Ende einen Kegelzahnkranz 14a auf. Ferner weist die Hohlwelle 14 mehrere über deren Umfang verteilt angeordnete Durchbrüche 14b auf, wie dies die Fig. 2 und 3 verdeutlichen. In gleicher Umfangsverteilung wie die Durchbrüche 14b ist eine gleiche Zahl Rastvertiefungen 6b auf der Außenseite der Abtriebswelle 6 vorgesehen. In jedem Durchbruch 14b sitzt eine Kugel 15.

Die Kugeln 15 greifen zur Übertragung eines Drehmomentes von der Hohlwelle 14 an die Abtriebswelle 6 in die Rastvertiefungen 6b ein. Dem Einrücken der Kugeln 15 in die Rastvertiefungen 6b dient ein Zustellring 16, der sich mit einen kegeligen Bereich 16a einer Stützschulter unter der Kraft einer Druckfeder 17 an den Kugeln 15 abstützt. Der Kegelzahnkranz 14a kämmt mit einem motorseitigen Ritzel 18. Das Ritzel 18 ist in einem Wälzlager 19 drehbar gelagert, wobei das Wälzlager 19 durch eine Hülse 21 axial abgestützt ist. Auf der Abtriebswelle 6 ist weiters ein rotationssymmetrischer Schieber 22 gegen die Kraft einer Feder 23 verschiebbar gelagert. Der axialen Abstützung des Schiebers 22 dient ein Ring 24, während zur axialen Abstützung der Feder 23 ein weiterer Ring 25 vorgesehen ist.

Im Gehäuses 1 ist in der Darstellung nach Fig. 1 unterseitig eine Handhabe 26 zur Betätigung des Schiebers 22 vorgesehen. Die Handhabe 26 besteht aus einem Drehbolzen 27 mit einem in die Verschiebebahn des Schiebers 22 einschwenkbaren Exzenterzapfen 27a. Der Drehbolzen 27 wird durch einen Sicherungsring 28 im Gehäuse 1 abgestützt. Mittels einer Schraube 29 ist am Drehbolzen 27 ein asymmetrischer Drehknopf 31 verbunden, wobei der Drehbolzen 27 formschlüssig und dadurch drehfest in den Drehknopf 31 eingreift.

Tritt im Arbeitseinsatz des Gerätes, beispielsweise durch Verklemmen des Werkzeuges in einem Bohrloch, ein Drehmoment auf, welches die die Kugeln 15 in Eingriff mit den Rastvertiefungen 6b treibende Kraft übersteigt, so werden die Kugeln 15 impulsartig aus den Rastvertiefungen 6b ausgerückt. Wie die Fig. 4 zeigt, verlassen die Kugeln 15 dabei den kegeligen Bereich 16a und treten in die Axialprojektion eines Bereichs 16b der Stützschulter des Zustellringes 16, welcher in einer Normalebene zur Achse des Zustellringes 16 liegt. Ein in Bohrrichtung weisender Ringfortsatz 16c mit zylindrischer, innenseitiger Stützkontur 16d begrenzt den radialen Ausrückweg der Kugeln 15. Die Kugeln 15 können so nicht außer Eingriff mit den Durchbrüchen 14b gelangen. In dieser ausgerückten Stellung werden die Kugeln 15 nicht in radialer Richtung zur Abtriebswelle 6 hin beaufschlagt, so daß bei weiterdrehender Hohlwelle 14 trotz Festsitzen des Werkzeuges im Bohrloch kein Drehmoment an den Handhabenden übertragen wird. In der Folge wird der Handhabende den wirkungslos drehenden Antriebsmotor abschalten.

Soll zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen Hohlwelle 14 und Abtriebswelle 6 neuerlich eingekuppelt werden, so wird die Handhabe 26 verdreht, wodurch deren Exzenterzapfen 27a den Schieber 22 gegen die Kraft der Feder 23 verschiebt. Wie die Fig. 5 verdeutlicht, untergreift der Schieber 22 mit einer innenseitigen Kegelschulter 22a dabei die ausgerückten Kugeln 15 und verschiebt diese radial von dem in einer Normalebene zur Achse des Zustellringes 16 verlaufenden Bereich 16b zu dem kegeligen Bereich 16a der Stützschulter. Der kegelige Bereich 16a des von der Druckfeder 17 in Bohrrichtung beaufschlagten Zustellringes 16 hält die Kugeln 15 nunmehr gegen die Mantelfläche der Abtriebswelle 6. Die Handhabe 26 wird sodann wieder in Ausgangsstellung gemäß Fig. 1 bis 4 rückgeführt, so daß auch der Schieber 22 durch die Feder 23 in die Ausgangsstellung gelangt. Bei anschließendem Antrieb der Hohlwelle 14 gelangen die unter Federkraft stehenden Kugeln 15 in die mit diesen in Deckung tretenden Rastvertiefungen 6b, wodurch die den Fig. 1 bis 3 entnehmbare eingekuppelte Stellung wieder erreicht ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Bohrhammer mit Kugelrastkupplung zur Übertragung einer Drehbewegung von einer angetriebenen Hohlwelle (14) auf eine mit Werkzeugen in Verbindung stehende Abtriebswelle (6), wobei in radialen Durchbrüchen (14b) der Hohlwelle (14) in Rastvertiefungen (6b) der Abtriebswelle (6) eingreifende Kugeln (15) gelagert sind, die gegen die Kraft eines federbelasteten Zustellringes (16) mit auf die Kugeln (15) einwirkender Stützschulter radial nach außen ausweichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützschulter des Zustellringes (16) einen kegeligen Bereich (16a) und radial nach außen anschließend einen in einer Normalebene zur Achse des Zustellringes (16) verlaufenden Bereich (16b) aufweist, dessen Axialprojektion zumindest teilweise von einer axial verschiebbaren, radial von außen auf die Kugeln (15) einwirkenden Kegelschulter (22a) überlappt ist.
  2. 2. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelschulter (22a) in der Axialprojektion der Stützschulter gegenüberliegt.
  3. 3. Bohrhammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelschulter (22a) an einem in Achsrichtung der Hohlwelle verschiebbaren Schieber (22) angeordnet ist.
  4. 4. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Kegelschulter (22a) von den Kugeln (15) wegtreibendes Federmittel (23) vorgesehen ist.
  5. 5. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich radial nach außen an den in einer Normalebene zur Achse des Zustellringes (16) verlaufenden Bereich (16b) ein die Radialprojektion der Kugeln (15) überdeckender Ringfortsatz (16c) anschließt.






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