DE10052447B4

DE10052447B4 - Schlagendes Elektrohandwerkzeuggerät mit Vibrationsverringerung am Handgriff

Info

Publication number: DE10052447B4
Application number: DE2000152447
Authority: DE
Inventors: Harald Schmitzer; Roland Schaer
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2020-10-24
Also published as: DE10052447A1

Abstract

Elektrohandwerkzeuggerät (2) für ein längs einer Werkzeugachse (A) schlagendes Werkzeug mit einem Vibrationserzeugungsmittel (6) und einem Handgriff (3), welcher bezüglich eines das Vibrationserzeugungsmittel (6) beinhaltenden Gehäuses (1) längs der Vibrationsrichtung (z) begrenzt beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Handgriff (3) in Kontakt mit einer eine Längsbewegung als Gegenbewegung zur Kompensation der Vibrationen (11) ausführenden Kontaktfläche (4) einer rotierenden Kurvenscheibe (5) steht.

Description

Die Erfindung bezeichnet ein zumindest teilweise schlagendes Elektrohandwerkzeuggerät wie einen Meisselhammer mit einer Baugruppe zur Vibrationsverringerung am Handgriff, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Durch die zweckentsprechende Wechselwirkung mit einem Werkstück eines durch die Gravitation und den Nutzer über den Handgriff druckseitig vorbelasteten und vom Elektrohandwerkzeuggerät axial überlagernd, schlagend angetriebenen Werkzeugs führt der Handgriff axiale Schwingungen aus, die möglichst vollständig zu unterbinden sind. Diese setzen sich aus dem Rücksprung des Werkzeugs, dem Rückstoss des Schlagwerkes und der Vibration der unausgewuchteten Exzentermasse zusammen, welche jeweils periodisch zur Schlagfrequenz sind.
Nach der DE 38 39 207 A1 ist ein drehbar beweglicher Handgriff eines Meisselhammers federnd druckbelastet vorgespannt, wodurch passiv kraftgesteuert die Vibrationsamplituden im Handgriff reduziert werden.
Nach der DE 35 05 181 A1 , von der die Erfindung ausgeht, weist ein Meisselhammer einen begrenzt beweglich federnd druckbelastet vorgespannten Handgriff auf, wobei der Handgriff mit einer mit dem Antrieb verbundenen Kontaktfläche, welche durch Federn passiv druckgesteuert gelagert ist, in Kontakt steht.
Nach der US 4,616,716 A wird die Vibration eines Meisselhammers durch die Trägheit synchron rotierender, exzentrischer Massen aktiv dynamisch reduziert.
Nach der DE 35 21 808 A1 wird in dem beweglichen Bereich über mit Gleichstrom geregelte Tauchspulen eine nahezu konstante Gegenkraft auf den begrenzt beweglichen, druckbelasteten Handgriff elektromagnetisch erzeugt, damit im Resultat eine konstante Kraft am Handgriff angreift. Zum Lageausgleich des Handgriffs des Handwerkzeuggerätes erfolgt eine integrale Regelung des Abstands, welcher über Sensoren gemessen wird, vom Handgriff zum Gehäuse. Somit werden auch Führungskräfte des Nutzers abgeschwächt auf das Handwerkzeuggerät übertragen.
Nach der DE 196 46 622 A1 wird die Gegenkraft auf den druckbelasteten Handgriff oder die Position von diesem mikrocontrollergesteuert elektromagnetisch über krafterzeugende Tauchspulen geregelt, wodurch die über Sensoren ermittelte Vibration des Handgriffs durch direkt erregte Gegenschwingungen kompensiert und somit aktiv ausgeregelt werden. Derartige servoelektronische Regelungen zur Simulierung einer hinreichend feinen Wegsteuerung sind konstruktiv sehr aufwändig und somit kostenintensiv.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer einfachen Realisierung einer Baugruppe zur aktiven Vibrationsverringerung am Handgriff.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im wesentlichen steht der in Vibrationsrichtung längs der Werkzeugachse bezüglich des Gehäuses eines zumindest schlagenden Elektrohandwerkzeuggerätes begrenzt bewegliche Handgriff in Kontakt mit einer längs eine Gegenbewegung zur Kompensation der Vibration ausführenden Kontaktfläche einer rotierenden Kurvenscheibe.
Alle drei wesentlichen Ursachen für die Vibrationen des Handgriffs sind im wesentlichen frequenz- und phasenstarr mit der Rotationsfrequenz des Vibrationserzeugungsmittels verbunden. Somit wird die relative Lage des Handgriffs zum Gehäuse über die Kontaktfläche geführt, wodurch bei geeigneter, periodisch fixierter, Wegsteuerfunktion der rotierenden Kurvenscheibe zum Ausgleich der Vibrationen der Handgriff bezüglich des Nutzers in Ruhe bleibt. Führungskräfte des Nutzers werden somit direkt und ohne Abschwächung auf das Handwerkzeuggerät übertragen.
Vorteilhaft ist die Wegsteuerfunktion als Funktion des radialen Abstands der Kontaktfläche von der Drehachse der Kurvenscheibe bezüglich des Drehwinkels kodiert.
Vorteilhaft entspricht eine Schlagperiode einer Umdrehung der Kurvenscheibe, wodurch auf dessen Umfang die Wegsteuerfunktion mit maximaler Genauigkeit eingeschrieben werden kann.
Vorteilhaft ist die Rotation der Kurvenscheibe mit einem als Vibrationserzeugungsmittel ausgebildeten Exzenter zum Antrieb eines Erregerkolbens über ein Pleuel synchronisiert, wobei der Exzenter weiter vorteilhaft koaxial mit dieser gelagert ist und weiter vorteilhaft mit dieser eine starre Einheit ausbildet.
Alternativ vorteilhaft wird an einer beliebigen Stelle im Antriebsstrang der Kurvenscheibe ein Phasenkorrekturmittel zwischengeschaltet, wodurch regelbar die Phase zum Vibrationserzeugungsmittel korrigierbar ist, indem das Phasenkorrekturmittel elektronisch von einem Mikrocontroller angesteuert wird, welcher die im Gehäuse des Vibrationserzeugungsmittels und/oder am Handgriff gemessene, resultierende Vibration über einen Regelkreis minimiert. Das Phasenkorrekturmittel selbst ist weiter vorteilhaft als steuerbare mechanische Rutschkupplung oder als elektrische Rotationsschwingspule ausgeführt.
Alternativ vorteilhaft wird die Kurvenscheibe unabhängig vom Vibrationserzeugungsmittel über einen elektrischen Kurvenscheibenantrieb angetrieben, welcher vom regelnden Mikrocontroller gesteuert wird.
Vorteilhaft ist der zur Wegsteuerung über die Kontaktfläche notwendige ständige Kontakt über eine Feder sichergestellt, welche den Handgriff zur Kurvenscheibe zugbelastet vorspannt.
Vorteilhaft wird der Kontakt des Handgriffs mit der Kontaktfläche der Kurvenscheibe als Linienkontakt über ein drehbares Abtastrad ausgeführt, dessen Achse mit dem Handgriff fest verbunden ist. Weiter vorteilhaft ist das Abtastrad als Wälzlager ausgeführt.
Vorteilhaft ist der Handgriff nur in Schlagrichtung linear oder mittels einer von der Schlagachse radial versetzten Handgriffdrehachse schwenkbar beweglich gelagert, wodurch vermittelt über den in Schlagrichtung axialen Zwang prinzipiell eine Kurvenscheibe zur Erzielung der Wegsteuerung ausreicht. Weiter vorteilhaft sind zwei Kurvenscheiben vorhanden, welche jeweils einem der beiden Krafteinleitungspunkte eines im wesentlichen U-förmigen Handgriffs zugeordnet sind.
Vorteilhaft sind weitere übliche Massnahmen zur passiven Vibrationsreduzierung am Handgriff, bspw. die Verwendung von viscoelastischen Materialen bei der Befestigung und/oder dem Aufbau des Handgriffs zur passiven Schwingungsdämpfung mit der erfinderischen Lösung kombiniert.
Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
1 als schlagendes Elektrohandwerkzeuggerät
2 als Funktionsprinzip
3 als geregelte Variante mit Phasenkorrekturmittel
4 als geregelte Variante mit Kurvenscheibenantrieb
Nach 1 steht ein in Vibrationsrichtung z längs einer Werkzeugachse A begrenzt bezüglich eines Gehäuses 1 eines zumindest schlagenden Elektrohandwerkzeuggerätes 2 beweglicher Handgriff 3 in Kontakt mit einer eine Längsbewegung als Gegenbewegung zur Kompensation der Vibration ausführenden Kontaktfläche 4 einer rotierenden Kurvenscheibe 5, welche mit einem Vibrationserzeugungsmittels 6 in Form eines Exzenters synchronisiert ist, welcher koaxial mit dieser gelagert ist und mit dieser eine starre Einheit als Welle ausbildet. Der zur Wegsteuerung über die Kontaktfläche 4 notwendige ständige Kontakt ist über eine Feder 7 sichergestellt, welche den Handgriff 3 zur Kurvenscheibe 5 zugbelastet vorspannt. Der Kontakt des Handgriffs 3 mit der Kontaktfläche 4 der Kurvenscheibe 5 ist als Linienkontakt über ein parallel drehbares Abtastrad 8 in Form eines Wälzlagers ausgeführt, dessen Achse mit dem Handgriff 3 fest verbunden ist. Der Handgriff 3 ist über Führungen 9 nur in Schlagrichtung linear beweglich gelagert. Zwei Kurvenscheiben 5, 5' sind jeweils einem der beiden Krafteinleitungspunkte 10, 10' des im wesentlichen U-förmigen, mit viscoelastischem Material verbundenen, Handgriffs 3 zugeordnet.
Nach 2 führt das Gehäuses 1 mit der Rotationsfrequenz des Vibrationserzeugungsmittels 6 frequenz- und phasenstarr verbundene Vibrationen 11 aus. Die relative Lage des Handgriffs 3 zum Gehäuse 1 ist über den radialen Abstand der Kontaktfläche 4 der Kurvenscheibe 5 bestimmt. Zur Kompensation der Vibrationen 11 ist deren über viele Schlagperioden gemittelter Kurvenverlauf als geeignet gewählte Wegsteuerfunktion der rotierenden Kurvenscheibe 5 periodisch fixiert kodiert. Die Wegsteuerfunktion ist als Funktion des radialen Abstands der Kontaktfläche 4 von der Drehachse der Kurvenscheibe 5 bezüglich des Drehwinkels α kodiert. Eine Schlagperiode entspricht einer Umdrehung der Kurvenscheibe 5. Der über das Abtastrad 8 mit der Kontaktfläche 4 der Kurvenscheibe 5 in Kontakt stehende Handgriff 3 bleibt somit bezüglich des nicht dargestellten Nutzers in Ruhe.
Nach 3 ist im Antriebsstrang zwischen Vibrationserzeugungsmittel 6 und Kurvenscheibe 5 ein als steuerbare mechanische Rutschkupplung ausgeführtes Phasenkorrekturmittel 12 zwischengeschaltet, welches steuerbar mit einem Mikrocontroller 13 verbunden ist, welcher signalübertragend mit zugeordneten Sensoren 14 im Gehäuse 1 verbunden ist.
Nach 4 ist unabhängig vom Antriebsstrang des Vibrationserzeugungsmittels 6 die Kurvenscheibe 5 über eine Getriebestufe mit einem elektrischen Kurvenscheibenantrieb 15 verbunden, welcher steuerbar mit dem Mikrocontroller 13 verbunden ist, welcher signalübertragend mit den zugeordneten Sensoren 14 im Gehäuse 1 verbunden ist.

Claims

Elektrohandwerkzeuggerät (2) für ein längs einer Werkzeugachse (A) schlagendes Werkzeug mit einem Vibrationserzeugungsmittel (6) und einem Handgriff (3), welcher bezüglich eines das Vibrationserzeugungsmittel (6) beinhaltenden Gehäuses (1) längs der Vibrationsrichtung (z) begrenzt beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Handgriff (3) in Kontakt mit einer eine Längsbewegung als Gegenbewegung zur Kompensation der Vibrationen (11) ausführenden Kontaktfläche (4) einer rotierenden Kurvenscheibe (5) steht.
Elektrohandwerkzeuggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegsteuerfunktion als Funktion des radialen Abstands der Kontaktfläche (4) abhängig vom Drehwinkel (α) der Kurvenscheibe (5) von der Drehachse der Kurvenscheibe (5) kodiert ist, wobei optional eine Schlagperiode einer Umdrehung der Kurvenscheibe (5) entspricht.
Elektrohandwerkzeuggerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation der Kurvenscheibe (5) mit dem Vibrationserzeugungsmittel (6) synchronisiert verbunden ist, welches optional als Exzenter ausgebildet ist.
Elektrohandwerkzeuggerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (5) mit einem elektrischen Kurvenscheibenantrieb (15) oder über ein Phasenkorrekturmittel (12) mit dem Vibrationserzeugungsmittel (6) verbunden ist.
Elektrohandwerkzeuggerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenkorrekturmittel (12) oder der Kurvenscheibenantrieb (15) elektronisch mit einem Mikrocontroller (13) verbunden ist, welcher mit einem Sensor (14) verbunden ist.
Elektrohandwerkzeuggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (7) vorhanden ist, welche den Handgriff (3) zur Kurvenscheibe (5) zugbelastet vorspannt.
Elektrohandwerkzeuggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt des Handgriffs (3) mit der Kontaktfläche (4) der Kurvenscheibe (5) als Linienkontakt über ein drehbares Abtastrad (8) ausgeführt ist.
Elektrohandwerkzeuggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Handgriff (3) nur in Richtung der Werkzeugachse (A) linear oder schwenkbar beweglich gelagert ist.
Elektrohandwerkzeuggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kurvenscheiben (5, 5') vorhanden sind.
Elektrohandwerkzeuggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass passive Vibrationsreduzierungsmittel am Handgriff (3) angeordnet sind.