DE102010040173A1

DE102010040173A1 - Handwerkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102010040173A1
Application number: DE201010040173
Authority: DE
Inventors: Michael Wierer; Fabian MARTIN; Adrian SCHERRER; Josef ALTHAUS
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2012-03-08
Also published as: US20120055689A1; CN102380854A; EP2425937A1; ES2532738T3; CN102380854B; US8985236B2; EP2425937B1

Abstract

Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat einen längs einer Arbeitsachse oszillierenden Antrieb und einen Tilger. Der Tilger weist einen in einer Federeinrichtung aufgehängten Massekörper auf. Die Federeinrichtung wirkt bei einer Auslenkung des Massenkörpers aus einer Grundstellung in eine erste Richtung parallel zu der Arbeitsachse mit einer ersten Federsteifigkeit und bei einer Auslenkung aus der Grundstellung in eine der ersten Richtung entgegengesetzten, zweiten Richtung mit einer zweiten Federsteifigkeit entgegen. Die erste Federsteifigkeit ist von der zweiten Federsteifigkeit verschieden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat einen längs einer Arbeitsachse oszillierenden Antrieb und einen Tilger. Der Tilger weist einen in einer Federeinrichtung aufgehängten Massekörper auf. Die Federeinrichtung wirkt bei einer Auslenkung des Massenkörpers aus einer Grundstellung in eine erste Richtung parallel zu der Arbeitsachse mit einer ersten Federsteifigkeit und bei einer Auslenkung aus der Grundstellung in eine der ersten Richtung entgegengesetzten, zweiten Richtung mit einer zweiten Federsteifigkeit entgegen. Die erste Federsteifigkeit ist von der zweiten Federsteifigkeit verschieden.
Die Handwerkzeugmaschine, z. B. ein Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk, übt auf den Anwender periodisch einen Rückschlag aus. Deren Amplitude kann durch den Tilger abgeschwächt werden. Ein asymmetrisch aufgebauter Tilger kann eine höhere Dämpfwirkung bei der Handwerkzeugmaschine bewirken. Die Federsteifigkeit kann eine Diskontinuität oder sehr starke Änderung bezogen auf die Grundstellung aufweisen. Die Diskontinuität führt zu einer stark nicht-harmonischen Bewegung des Massekörpers und nicht-harmonischen Kräften, welche geeigneter sein können das Maschinengehäuse zu dämpfen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Federsteifigkeit zwischen dem fünf und zehnfachen der zweiten Federsteifigkeit beträgt. Das Verhältnis der Federsteifigkeiten kann genutzt werden, um die Dämpfung des Tilgers an das Rückschlagverhalten der Handwerkzeugmaschine anzupassen. Je höher das Verhältnis ist, um so kürzer und stärker wird der Massenkörper durch die steifere Seite beschleunigt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Massekörper in der zweiten Richtung ausgelenkt aus der Grundstellung von wenigstens einer Feder kraftfrei und in der ersten Richtung ausgelenkt aus der Grundstellung von der wenigstens einen Feder kraftbeaufschlagt ist. Die sich je nach Stellung des Massekörpers ankoppelnde und lösende Feder bewirkt die Asymmetrie des Tilgers.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Massekörper in der Grundstellung an der Feder anliegt. Tilger mit Reibung erweisen sich als ineffizient für den Einsatz in Handwerkzeugmaschinen. Die Ankopplung und Abkopplung der Feder und die dabei entstehenden Verluste sollen weitgehend minimiert sein. In der Grundstellung heben sich die sonstigen Kräfte der Federeinrichtung auf. Der Massekörper kann in der Grundstellung zwischen zwei vorgespannten Federn angeordnet sein. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zwei vorgespannten Federn mit dem Massekörper fest verbunden sind. Aufgrund der festen Anbindung ergeben sich geringe Verluste in den Federn aufgrund plastischer Deformation oder aufgrund von Reibung.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Massekörper an einer Biegefeder befestigt ist, die geneigt zu der Arbeitsrichtung angeordnet ist. Die Biegefeder ist entspannt, wenn der Massekörper in der Grundstellung ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:
1 eine Handwerkzeugmaschine,
2 ein Tilger,
3 und 4 ein weiterer Tilger.
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt als eine Ausführungsform einen Bohrhammer 1bz. Der Bohrhammer 1bz hat eine Werkzeugaufnahme 2bz zur Aufnahme eines Bohrmeißel 3bz. Ein Schlagwerk 4bz des Bohrhammers 1bz schlägt periodisch längs einer Arbeitsachse 5bz auf den in der Werkzeugaufnahme 2bz eingesetzten Bohrmeißel 3bz und treibt diesen dadurch in einen Untergrund. Ein Drehantrieb 6bz kann den Bohrmeißel 3bz währenddessen um die Arbeitsachse 5bz drehen.
Das Schlagwerk 4bz und der Drehantrieb 6bz können von einem gemeinsamen Motor 7bz, z. B. einem Elektromotor, angetrieben werden. Ein Maschinengehäuse 8bz umgibt das Schlagwerk 4bz, den Drehantrieb 6bz und den gegebenenfalls gemeinsamen Motor 7bz.
Das Schlagwerk 4bz ist beispielsweise ein pneumatisches Schlagwerk. Ein Erreger 9bz und ein Schläger 10bz sind in dem pneumatischen Schlagwerk 4bz längs der Arbeitsachse 5bz beweglich geführt. Der Erreger 9bz ist über einen Exzenter 11bz oder einen Taumelfinger an den Motor 7bz angekoppelt und zu einer periodischen, linearen Bewegung gezwungen. Eine Luftfeder gebildet durch eine pneumatische Kammer 12bz zwischen Erreger 9bz und Schläger 10bz koppelt eine Bewegung des Schlägers 10bz an die Bewegung des Erregers 9bz an. Der Schläger 10bz kann direkt auf ein hinteres Ende des Bohrmeißels 3bz aufschlagen oder mittelbar über einen im Wesentlichen ruhenden Zwischenschläger 13bz einen Teil seines Impuls auf den Bohrmeißel 3bz übertragen.
Die Werkzeugaufnahme 2bz hat beispielsweise eine Hülse 14bz, in welche der Bohrmeißel 3bz eingesetzt werden kann. Ein oder mehrere Verriegelungselemente 15bz, z. B. Kugeln, ragen in die Hülse 14bz und greifen in längs geschlossene Nuten des Bohrmeißels 3bz ein. Der Bohrmeißel 3bz kann entsprechend der Länge seiner Nuten in der Werkzeugaufnahme 2bz längs der Arbeitsachse 5bz gleiten. Der Drehantrieb 6bz dreht die Hülse 14bz um die Arbeitsachse 5bz.
Der Anwender kann den Bohrhammer 1bz per Hand mittels eines Handgriffs 16bz führen. Der Handgriff 16bz ist an einer der Werkzeugaufnahme 2bz abgewandten Seite des Maschinengehäuses 8bz befestigt. Eine Längsachse 17bz des Handgriffs 16bz verläuft schräg oder senkrecht zu der Arbeitsachse 5bz. Der Bohrhammer 1bz ist z. B. spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene (entspricht der Ebene der Zeichnung), die durch die Arbeitsachse 5bz und die Längsachse 17bz des Handgriffs 16bz aufgespannt wird. Eine Achse senkrecht zur der Symmetrieebene wird nachfolgend als x-Achse bezeichnet. Die y-Achse ist senkrecht zur x-Achse und zu der Arbeitsachse 5bz.
Das periodisch arbeitende Schlagwerk 4bz führt zu Schwingungen oder Vibrationen in dem Maschinengehäuse 8bz. Federnde Aufhängungen 20Cz, 21bz des Handgriffs 16bz an dem Maschinengehäuse 8bz unterdrücken teilweise eine Übertragung der Schwingungen auf den Handgriff 16bz, um die physiologischen Belastungen des Anwenders zu verringern.
Eine weitere Verringerung der Belastungen für den Anwender wird durch einen Tilger 30Cz erreicht, welche in dem Maschinengehäuse 8bz angeordnet ist. Der Tilger 30Cz hat einen Massekörper 31bz, der mittels eine Federeinrichtung 32bz an dem Maschinengehäuse 8bz angebunden ist. Das schwingende Maschinengehäuses 8bz regt den Massekörper 31bz des Tilgers 30Cz zum Mitschwingen an. Das System aus Massekörper 31bz und einer Federeinrichtung 32bz ist auf eine Eigenfrequenz abgestimmt, die etwas größer als die Anregungsfrequenz durch Maschinengehäuse 8bz, d. h. die Repetitionsrate des Schlagwerks 4bz ist. Der Tilger 30Cz kann der Schwingung des Maschinengehäuses 8bz nicht ganz folgen und stabilisiert sich in einer gegenphasigen Schwingung. Die Abweichung der Eigenfrequenz zur Anregungsfrequenz ist vorzugsweise gering, z. B. geringer als 10%, wodurch eine effiziente Energieübertragung zwischen Maschinengehäuse 8bz und Tilger 30Cz erreicht wird.
2 zeigt im Detail eine Ausführungsform des Tilgers 30Cz. Der Tilger 30Cz hat ein Gehäuse 33bz, in dem der Massekörper 31bz längs zu einer Schwingungsachse 34bz gelagert ist. Ein beispielhaftes Lager 35bz beinhaltet Rundstäbe 36bz, welche parallel zu der Schwingungsachse 34bz ausgerichtet in dem Gehäuse 33bz befestigt sind. Der Massekörper 31bz hat Längsbohrung 37bz oder Längsnuten durch die Rundstäbe 36bz verlaufen. Das Lager 35bz ist vorzugsweise reibungsarm. Andere Ausgestaltungen von Linearlagern, z. B. mit Rollkörpern können ebenfalls verwendet werden.
Der Massekörper 31bz kann von einer Grundstellung 38bz (in 2 dargestellt) aus längs der Schwingungsachse 34bz in eine erste Richtung 39bz zu einem ersten Ende 40bz des Tilgers 30Cz und längs der Schwingungsachse 34bz in eine gegenläufige, zweite Richtung 41bz zu einem zweiten Ende 42bz des Tilgers 30Cz verschoben werden. Die Federeinrichtung 32bz bewirkt eine Rückstellkraft auf den Massekörper 31bz, sobald dieser aus der Grundstellung 38bz ausgelenkt ist. Die Federeinrichtung 32bz ist asymmetrisch zu der Grundstellung 38bz aufgebaut. In dem dargestellten Beispiel fällt die Grundstellung 38bz mit einer geometrischen Mitte der Federeinrichtung 32bz oder des Tilgers 30Cz zusammen. und somit ist die Federeinrichtung 32bz asymmetrisch zu einer Ebene 43bz, die senkrecht zur Arbeitsachse 5bz ist und durch die geometrische Mitte der Federeinrichtung 32bz verläuft. Auf den Massekörper 31bz wirkt größere Rückstellkraft, wenn dieser um einen Hub in die erste Richtung 39bz aus der Grundstellung 38bz ausgelenkt, als wenn der Massekörper 31bz um den selben Hub in die entgegengesetzte zweite Richtung 41bz aus der Grundstellung 38bz ausgelenkt ist.
Die beispielhafte Federeinrichtung 32bz hat erste Federn 44bz, zweite Federn 45bz und eine dritte Feder 46bz. Die ersten Federn 44bz sind an dem ersten Ende 40bz des Gehäuses 33bz und an dem Massekörper 31bz befestigt, z. B. durch Klemmelemente 47bz, 48bz. Die ersten Federn 44bz drücken den Massekörper 31bz ausgelenkt aus der Grundstellung 38bz in die zweite Richtung 41bz. Die zweiten Federn 45bz sind an dem zweiten Ende 42bz des Gehäuses 33bz und an dem Massekörper 31bz befestigt. Durch die zweiten Federn 45bz ist der Massekörper 31bz ausgelenkt aus der Grundstellung 38bz in die erste Richtung 39bz kraftbeaufschlagt. Die ersten Federn 44bz und zweiten Federn 45bz können gleich ausgebildet, z. B. mit gleicher Länge und gleicher Federsteifigkeit, sein. Die ersten Federn 44bz und zweiten Federn 45bz können vorgespannt sein, wenn der Massekörper 31bz in der Grundstellung 38bz ist. Weiters können die ersten Federn 44bz und zweiten Federn 45bz auch vorgespannt sein, wenn der Massekörper 31bz in die eine oder andere Richtung 39bz, 41bz maximal ausgelenkt sind. Hierdurch kann ein Lastwechsel von Druckbelastung auf Zugbelastung der Federn 44bz, 45bz vermieden werden.
Die dritte Feder 46bz ist nur auf einer Seite des Massekörpers 31bz angeordnet, beispielhaft zwischen dem ersten Ende 40bz des Gehäuses 33bz und dem Massekörper 31bz. Die dritte Feder 46bz ist fest mit dem Gehäuse 33bz verbunden, jedoch nur an den Massekörper 31bz in dessen Grundstellung 38bz angelegt. Wenn sich der Massekörper 31bz von der Grundstellung 38bz aus in die erste Richtung 39bz bewegt wird die dritte Feder 46bz komprimiert. Bei einer Bewegung in die zweite Richtung 41bz löst sich die dritte Feder 46bz von dem Massekörper 31bz sobald dieser die Grundstellung 38bz überschreitet. Alternativ ist die dritte Feder 46bz mit dem Massekörper 31bz fest verbunden und löst sich aus einem Sitz 49bz an dem Gehäuse 33bz. Die Länge der dritten Feder 46bz ist gleich dem Abstand des Massekörpers 31bz bis zu dem Sitz 49bz gewählt. Die dritte Feder 46bz ist ohne Vorspannung, wenn der Massekörper 31bz in der Grundstellung 38bz ist.
Die Federsteifigkeit der Federeinrichtung 32bz auf der ersten Seite 50bz des Massekörpers 31bz, d. h. in die erste Richtung 39bz, kann fünf bis zehnmal so groß gewählt werden die sein wie die Federsteifigkeit der Federeinrichtung 32bz auf der zweiten Seite 51bz. In dem gezeigten Beispiel mit zwei ersten Federn 44bz und einer dritten Feder 46bz auf der ersten Seite 50bz und zwei zweiten Federn 45bz auf der zweiten Seite 50bz kann die dritte Feder 46bz mit der drei bis achtfachen Steifigkeit wie die gleichen ersten und zweite Federn 45bz, 42bz gewählt werden.
Bei dem vorgestellten Bohrhammer 1bz ist der Tilger 30Cz mit der ersten Richtung 39bz auf das Werkzeug 3bz, d. h. in Schlagrichtung 25, weisend angeordnet. Beim Schlag des Schlägers 10bz auf das Werkzeug 3bz und dessen Eintreiben in den Untergrund ergibt sich ein kurzer Rückstoss mit hoher Amplitude, welche besser an die steifere Seite des Tilgers 30Cz ankoppelt. Ein zweiter schwächerer und zeitlich länger wirkender Rückschlag ergibt sich, wenn der Schläger 10bz von dem Erreger 9bz über das Luftpolster abgestoßen wird. Dieser weichere Rückschlag koppelt besser an die weichere Seite des Tilgers 30Cz an.
Die Federn 44bz, 45bz, 46bz sind beispielsweise Schraubenfedern aus Stahl. Die ersten Federn 44bz und die zweiten Federn 45bz können koaxial zu den Rundstäben 36bz angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Federeinrichtung 32bz mit nur einer Feder auf jeder Seite 50bz, 51bz des Massekörpers 31bz ausgebildet sein, wobei die Federn 45bz, 46bz eine verschieden Federsteifigkeit aufweisen. Die weichere Feder 45bz ist vorzugsweise soweit vorgespannt, dass sie in jeder Stellung des Massekörpers 31bz an diesem anliegt. Die härtere Feder 46bz löst sich von dem Massekörper 31bz, wenn sich dieser aus der Grundstellung entgegen die weichere Feder 45bz bewegt.
Die Schwingachse 34bz ist parallel oder unter einem Winkel von weniger als 5 Grad zur Arbeitsachse 5bz der Handwerkzeugmaschine 1bz geneigt.
3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform. Die Federeinrichtung 32bz hat eine Biegefeder 60Cz, z. B. Blattfeder, welche senkrecht zur Schwingachse 34bz ausgerichtet ist. Die Biegefeder 60Cz ist mit einem Ende 61bz an einem Sitz 62bz in dem Gehäuse 33bz des Tilgers 63bz befestigt. An dem anderen Ende 64bz ist der Massekörper 31bz befestigt. Der Massekörper 31bz pendelt längs der Schwingachse 34bz, wobei die Biegefeder 60Cz entlang ihrer Längsausdehnung verbogen wird. Eine Grundstellung 38bz des Massekörpers 31bz ergibt sich bei entspannter, unverbogener Biegefeder 60Cz.
Eine Schraubenfeder 65bz ist parallel zu der Schwingachse 34bz einseitig zu dem Massekörper 31bz angeordnet. Die Schraubenfeder 65bz berührt den Massekörper 31bz, wenn dieser in der Grundstellung ist. Bei einer Auslenkung des Massekörpers 31bz in die erste Richtung 39bz wird die Schraubenfeder 65bz komprimiert. Auf den Massekörper 31bz wirken die Rückstellkräfte der Biegefeder 60Cz und der Schraubenfeder 65bz. Bei einer Auslenkung des Massekörpers 31bz in die gegenläufige zweite Richtung 41bz (4) löst sich der Massekörper 31bz von der Schraubenfeder 65bz. Es wirkt nur die Rückstellkraft der Biegefeder 60Cz auf den Massekörper 31bz.

Claims

Handwerkzeugmaschine mit einem längs einer Arbeitsachse oszillierenden Antrieb und einem Tilger (30Cz), der einen in einer Federeinrichtung (32bz) aufgehängten Massekörper (31bz) aufweist, wobei die Federeinrichtung (32bz) bei einer Auslenkung des Massenkörpers (31bz) aus einer Grundstellung in eine erste Richtung (39bz) parallel zu der Arbeitsachse (5bz) mit einer ersten Federsteifigkeit und bei einer Auslenkung aus der Grundstellung in eine der ersten Richtung (39bz) entgegengesetzten, zweiten Richtung (41bz) mit einer zweiten Federsteifigkeit entgegenwirkt und die erste Federsteifigkeit von der zweiten Federsteifigkeit verschieden ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Federsteifigkeit zwischen dem fünf und zehnfachen der zweiten Federsteifigkeit beträgt.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (31bz) in der zweiten Richtung (41bz) ausgelenkt aus der Grundstellung von wenigstens einer Feder (46bz; 65bz) kraftfrei und in der ersten Richtung (39bz) ausgelenkt aus der Grundstellung von der wenigstens einen Feder (46bz; 65bz) kraftbeaufschlagt ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (31bz) in der Grundstellung an der Feder (46bz, 65bz) anliegt.
Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (31bz) in der Grundstellung zwischen zwei vorgespannten Federn (44bz, 45bz) angeordnet ist.
Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die zwei vorgespannten Federn (44bz, 46bz) mit dem Massekörper (31bz) fest verbunden sind.
Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (31bz) an einer Biegefeder (60Cz) befestigt ist, die geneigt zu der Arbeitsrichtung (5bz) angeordnet ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (60Cz) entspannt ist, wenn der Massekörper (31bz) in der Grundstellung ist.