用于電動工具的齒輪箱和具有這種齒輪箱的電動工具的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于電動工具、例如電鉆等的齒輪箱。本發(fā)明還涉及這樣一種包 括齒輪箱的電動工具以及一種在電動工具中實現(xiàn)齒輪傳動的方法。
[0002] 特別是，本發(fā)明涉及一種具有行星齒輪箱的電動工具以及這種行星齒輪箱，包 括：
[0003]一第一齒圈（3)，連接以驅動工具端部，并且能夠繞主軸線旋轉；
[0004] 一第二齒圈（2)，鎖定或部分鎖定到框架并且與主軸線同心；
[0005]-太陽輪（8)，由馬達驅動并且能夠繞主軸線旋轉；
[0006]-第一組行星輪（4)，與第一齒圈和太陽輪（8)相互作用并且旋轉固定到能夠繞 主軸線旋轉的第一托架結構；
[0007] -至少一組第二組行星輪，該至少一組第二組行星輪中的一組與第二齒圈和太陽 輪相互作用，并且旋轉固定到能夠繞主軸線旋轉的第二托架結構。
【背景技術】
[0008] 齒輪箱存在已久，特別是應用于各種手持電動工具。
[0009] 手動操作的電動工具一般具有：馬達，典型地是電動機；以及傳動系統(tǒng)，將高速低 扭矩的馬達輸出轉換成低速高扭矩的工具輸入。典型地，設計標準涉及低制造成本以及低 重量、零維護和1000-10000操作小時范圍內的壽命。
[0010] 特別是，在與電鉆和其它低重量的手動操作電動工具的組合中，進一步的設計標 準是要減小馬達和工具之間的距離，從而提供緊湊的電動工具。
[0011] 行星齒輪箱經常用于電動工具，特別是無繩的緊湊電鉆。行星齒輪箱由于其緊湊 性及其多齒輪而為人們所知，該多個齒輪分擔在將來自電動機的機械動力傳遞和轉換為例 如電鉆的高扭矩輸出時的負載。
[0012] 由于電鉆必須執(zhí)行不同的工作，因此在齒輪箱中通常存在兩個以上的齒輪箱設 置，提供不同的扭矩/速度轉換比率。這些設置在底盤外部的檔位轉換上是可選的，從而用 戶可以手動地選擇合適的設置。
[0013]-種設置典型地提供馬達速度的中等降低（例如1 :16)，僅具有很小的可用扭矩 但具有高速。另一種設置典型地是馬達速度的較高降低（例如1:60)，給出很高的扭矩但 較低的工具速度。
[0014] 兩種設置都用于不同的目的。高速模式用于鉆出小洞以及將小的螺釘擰進例如木 頭。具有高的可用速度有助于工人提高性能。低速模式用于鉆出大洞以及任何需要高扭矩 的情況。具有這一模式允許用戶或工人完成要求高扭矩的困難工作，即使這可能會花費更 長的時間來完成該工作。
[0015] 在很多專業(yè)的電鉆中，為用戶提供了更多的設置以精確地得到完成工作所需的速 度和扭矩。
[0016]傳統(tǒng)地，這種齒輪箱是通過串聯(lián)連接3個獨立的行星齒輪箱來制作的，從而來自 第一個的輸出是下一個的輸入等。這被稱為多級行星齒輪箱。通過將一個行星級短路，例 如，通過將級數(shù)1的輸出直接與級數(shù)3的輸入連接，很容易改變傳動比。3種甚至4種設置、 從而3級甚至4級的期望使得結構復雜，通常難以滿足。原因在于，由于物理尺寸和每級串 聯(lián)連接到下一級的結構，更多的級會引入復雜的短路結構，速度的選擇與各級中的不同傳 動比相關，不是自由選擇的。因此，復雜性和尺寸對于這種齒輪系來說可能會不希望地變 尚。
[0017] 另外，多級行星齒輪箱通常非常復雜，具有大量要組裝的部件，并且由于很多部件 堆疊在齒輪箱內部，質量也要求很高。
[0018] 對于電動工具內的新的齒輪箱的一些重要的特性或期望包括小尺寸、低重量和低 成本。另外，耐用性和可靠性也是重要的，但這一般通過完成測試和滿足制造要求來處理。 例如通過增加更多的材料和重新設計關鍵部件來提高耐用性。
[0019] 從而，用于齒輪箱的新概念的規(guī)范包括對于尺寸、重量和成本的考慮一，只要相信 所需的可靠性和耐用性可以實現(xiàn)以及這種概念的制造是可能的。
[0020] 在這種智能齒輪箱的檢索中，有很多不同的提案。最近，焦點集中于復合齒輪箱， 例如專利申請W02011135076中提及的復合齒輪箱，其中，行星托架相對于復合齒輪的鎖定 提供了傳動比的變化。在另一個專利申請W02006102906中，描述了一種通過將不同的太陽 輪耦合到輸入或者通過鎖定不同的齒圈來改變傳動比的復合齒輪。上述齒輪都在如下方面 顯著不同于傳統(tǒng)的行星齒輪箱的齒輪：輸出被連接到一個齒圈，而不是作為使用行星齒輪 的通常方式的行星托架。
[0021] 如上所述的復合齒輪引入了一些主要優(yōu)點。一個優(yōu)點是，復合齒輪在一個單級中 提供了非常高的傳動比。至少對于中高傳動比，這與具有高的或者合理的效率是不沖突的。 盡管上述專利所描述的復合齒輪必須具有兩個齒圈（一個用于輸出，一個用于參考），它們 均承載最大扭矩，人們仍然相信，例如制作1 :60的傳動比，能夠節(jié)省很多的空間和復雜度。 特別是，通過集成行星輪的兩個輪段，能夠制造可以與兩個齒圈都相互作用的僅一種類型 的行星輪。
[0022] 從而，這也是復合齒輪的限制。所參考的專利中所描述的復合齒輪必須具有如下 功能：行星輪的兩個輪段旋轉地聯(lián)結以傳遞扭矩。如果這一點不滿足，則齒輪箱不會工作。 因此兩個輪段必須放置在相同軸上，限制了設計可能性。
[0023] 進而，所描述的復合齒輪箱的特性是，如果期望更小的傳動比，則行星輪的兩個輪 段的尺寸差異必須較大。結果是，一個齒圈會比另一個明顯小。結果，最小的齒圈的整體尺 寸必須大于其它齒圈，因為它們被施加了在齒輪箱箱的中心軸上測量的幾乎相同的扭矩。
[0024] 已知行星齒輪箱可以用作差動齒輪箱，其中，通過具有兩個輸入，例如太陽輪上的 一個輸入和行星托架上的另一個輸入，來形成輸出。這種情況下，輸出是在齒圈上。

【發(fā)明內容】

[0025] 本發(fā)明的目的在于創(chuàng)造一種簡單可靠的差動齒輪箱的概念，該差動齒輪箱與普通 的堆疊行星齒輪箱相比，占用更少的空間，更易于制造。
[0026] 根據(jù)該目的，本發(fā)明提供一種根據(jù)權利要求1的電動工具和根據(jù)權利要求2的用 于電動工具的齒輪箱。由于第一和第二托架結構的連接，齒輪箱可以占用更少的空間，比普 通的堆疊行星齒輪箱更易于制造。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，第一和第二托架結構被連接或可連接，從而它們繞主軸線以相同的 速度旋轉。第一和第二托架結構可以由同一元件構成，即，它們可以一體地形成在一個相同 的單元中，或者它們可以形成兩個不同的結構，這兩個結構相連接從而以相同的速度旋轉。 相應地，第一托架結構僅僅是為了繞主軸線的周轉式旋轉而保持第一組行星輪的行星輪的 實體，第二托架結構僅僅是為了繞主軸線的周轉式旋轉而保持第二組行星輪的行星輪的實 體。
[0028] 對于具有固定的托架和太陽輪上的輸入的簡單行星齒輪箱來說，輸出的速度、即 齒圈的速度僅僅是齒圈上的齒數(shù)Za與太陽輪的齒數(shù)Zs之間關系的反轉。輸出速度~可 以如下得到：
[0030] 解鎖托架結構并且增加差分速度nin2。這給出我們用于齒輪箱的輸出Iiciut的方程：
[0032] 如果nin2輸入由傳統(tǒng)的行星預先級（也由輸入ninl驅動）產生，我們發(fā)現(xiàn)預先級中 nin2與n ini的關系：
[0034] 在此，Za2是預先級中的齒圈上的齒數(shù)，類似的Zs2是指預先級的太陽輪上的齒數(shù)。
[0035] 結合前面我們發(fā)現(xiàn)：
[0037] 如果齒圈和太陽輪是幾乎相同的直徑，則我們得到非常高的傳動比。對于實際的 使用來說，這樣高的傳動比并非一直是期望的，因為差動齒輪箱產生"功率循環(huán)"，該"功率 循環(huán)"是沒有在輸出上使用而在內部循環(huán)的功率。
[0038] 然而，對于電動工具、例如電鉆來說，使用是很有趣的，因為這種設備的傳動比通 常在僅具有一個傳動比的1 :40和具有兩個傳動比的I:16/1 :60的范圍內。
[0039] 特別是，使用這種不同于"【背景技術】"中介紹的復合齒輪箱的齒輪箱是很有趣的。 如上所述，具有更小的傳動比的挑戰(zhàn)性在于，由于復合齒輪箱的特性，為了得到中等的或者 較低的傳動比，行星輪上的一個輪段必須比其它輪段小。結果，兩個齒圈當中的一個同樣必 須小。這對于齒輪箱的強度來說是個挑戰(zhàn)。
[0040] 例如，設計具有I:16的傳動比的復合齒輪箱要求行星輪上的一個輪段的直徑幾 乎是另一個輪段的一半。這會在復合齒輪箱的該部分中導致更大的齒應力，必須增加更多 的材料。一種方式可以是引入附加的行星輪，因為它們很小。但這是不可行的