-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Vibrationsdämpfung
eines Handgriffs einer Werkzeugmaschine, wobei der Handgriff über mindestens
eine Feder mit dem Gehäuse
der Werkzeugmaschine verbunden ist.
-
Insbesondere bei Werkzeugmaschinen
mit einem schlagenden Antrieb, zum Beispiel Bohrhämmer, Meißelhämmer und
dergleichen, entstehen recht starke Vibrationen in der Maschine,
die auf den Handgriff der Maschine übertragen werden und für den Bediener
nicht nur unangenehm sind, sondern auch gesundheitsschädlich sein
können.
Aus dem Stand der Technik sind bereits passiv und aktiv wirkende
Vorrichtungen bekannt, mit denen der Handgriff einer Werkzeugmaschine
gegenüber
Vibrationen der Werkzeug mehr oder weniger stark entkoppelt werden
kann.
-
Bei passiv wirkenden Vorrichtungen
werden, wie zum Beispiel aus der
DE 41 24 574 A1 hervorgeht, zwischen dem
Handgriff und dem Gehäuse
der Werkzeugmaschine einzelne Federn oder Federsysteme eingesetzt.
Eine gute Entkopplung erfordert eine möglichst weiche Feder. Eine
Variation der von einem Bediener auf den Handgriff ausgeübten Andruckkraft
führt damit
zu besonders großen
Unterschieden des Abstandes zwischen dem Handgriff und dem Gehäuse der
Werkzeugmaschine. Es kommt daher häufig zu Aufschlägen des
Handgriffs auf einen Anschlag am Gehäuse. In solchen Situationen
ist die Entkopplung zwischen dem Handgriff und dem Gehäuse vollständig aufgehoben.
-
Eine sehr weitgehende Unabhängigkeit
der Vibrationsentkopplung von der auf den Handgriff aufgebrachten
Betätigungskraft
kann man durch aktive Vorrichtungen erreichen. Eine derartige aktive
Vorrichtung zur Vibrationsentkopplung des Handgriffs einer Werkzeugmaschine
ist beispielsweise in der
EP 0
206 981 A2 beschrieben. Die aus dieser Druckschrift hervorgehende
aktive Vorrichtung zur Vibrationsentkopplung besteht aus einem den
Handgriff mit dem Gehäuse
der Werkzeugmaschine verbindenden Aktor in Form eines Elektromagneten,
dessen Kraft in Abhängigkeit
von der Stellung des Handgriffs gegenüber dem Gehäuse der Werkzeugmaschine regelbar
ist. Dabei ist ein Regelkreis vorgesehen, der beispielsweise über ein
Signal eines Wegmesssystems des Handgriffs gegenüber dem Gehäuse gesteuert wird. So kann
zwischen dem Handgriff und dem Gehäuse bei geringer Anpresskraft
ein großer
Abstand und bei hoher Anpresskraft ein kleiner Abstand eingestellt
werden.
-
Eine aktive Entkopplung zwischen
dem Handgriff und dem Gehäuse
einer Werkzeugmaschine geht auch aus der als nächstliegender Stand der Technik
zu betrachtenden
WO 98/21014 A1 hervor. Hierbei wird die von
einem Aktor ausgeübte
Kraft in Abhängigkeit
von der Beschleunigung des Gehäuses so
geregelt, dass sich der Handgriff unabhängig von den Schwingungen des
Gehäuses
nicht bewegt. Dabei ist ein Regelkreis vorgesehen, der über einem Beschleuigungssensor
im Handgriff gesteuert wird, und die Anpresskraft des Bedieners
auf den Handgriff wird über
eine starke Feder ausgeglichen.
-
Die zuvor erwähnten Einrichtungen, bei denen
die Vibrationsentkopplung mittels Aktoren erfolgt, benötigen für den elektrischen
Antrieb der Aktoren eine relativ hohe elektrische Leistung. Ausserdem
sind solche Vibrationsdämpfungseinrichtungen wegen
einer gewissen Trägheit
der Aktoren nur in einem sehr beschränkten Vibrationsfrequenzband wirksam.
Auch benötigen
diese rein aktiven, elektrisch betriebenen Vibrationsdämpfungseinrichtungen
einen relativ hohen regelungstechnischen Schaltungsaufwand.
-
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Vibrationsdämpfung
eines Handgriff einer Werkzeugmaschine besteht gemäß den Merkmälen des
Anspruchs 1 darin, dass der Handgriff über mindestens eine Feder mit
dem Gehäuse
der Werkzeugmaschine verbunden ist und dass ein auf die Feder einwirkender
Aktor vorhanden ist, mit dem die Vorspannung der Feder so einstellbar
ist, dass der Abstand zwischen dem Handgriff und dem Gehäuse der Werkzeugmaschine
unabhängig
von der auf den Handgriff ausgeübten
Betätigungskraft
nahezu konstant bleibt.
-
Im Gegensatz zu bekannten Aktoren,
die den Abstand zwischen dem Handgriff und dem Gehäuse der
Werkzeugmaschine vibrationsdämpfend
regulieren, ist der erfindungsgemäß eingesetzte Aktor, der lediglich
die Vorspannung einer Feder einstellt, mit erheblich geringerem
technischen Aufwand realisierbar, und er benötigt auch für seinen Betrieb nur eine geringe
elektrische Leistung. Durch die Einstellung der Federvorspannung
mittels eines Aktors lässt
sich der Abstand zwischen dem Handgriff und der Werkzeugmaschine
bei wechselnder, auf den Handgriff ausgeübter Betätigungskraft weitgehend konstant halten,
wodurch eine sehr hohe Vibrationsentkopplung des Handgriffs gegenüber dem
Gehäuse
der Werkzeugmaschine erreicht wird. Der regelungstechnische Aufwand
der erfindungsgemässen
Einrichtung ist sehr gering.
-
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen
der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Um den Abstand zwischen dem Handgriff und
dem Gehäuse
der Werkzeugmaschine, abhängig
von der auf den Handgriff ausgeübten
Betätigungskraft,
nahezu konstant halten zu können,
ist es zweckmäßig, Mittel
vorzusehen, welche eine vom Aktor auf die Feder ausgeübte, deren
Vorspannung einstellende Kraft in Abhängigkeit vom Abstand zwischen
dem Handgriff und dem Gehäuse
der Werkzeugmaschine beziehungsweise in Abhängigkeit von der zwischen dem
Handgriff und dem Gehäuse
der Werkzeugmaschine herrschenden Andruckkraft steuern beziehungsweise
regeln.
-
Eine vorteilhafte Ausführung des
Aktors besteht darin, dass er einen auf die Feder wirkenden Stößel aufweist,
der mittels eines elektromagnetischen oder hydraulischen oder pneumatischen
Antriebes verschiebbar ist.
-
Der Aktor kann entweder am beziehungsweise
im Handgriff oder am beziehungsweise im Gehäuse der Werkzeugmaschine angeordnet
sein.
-
Anhand mehrerer in der Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele
wird nachfolgend die Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
Prinzipdarstellung einer Vorrichtung, welche den Handgriff einer
Werkzeugmaschine gegenüber
der Werkzeugmaschine vibrationsdämpfend
entkoppelt,
-
2 eine
Vorrichtung zur Vibrationsdämpfung,
deren Aktor im Handgriff angeordnet ist, wobei der Aktor von einem
Wegsensor-Signal angesteuert wird,
-
3 eine
Vorrichtung zur Vibrationsdämpfung,
deren Aktor im Gehäuse
der Werkzeugmaschine angeordnet ist, wobei der Aktor von einem Wegsensor-Signal
angesteuert wird und
-
4 eine
Vorrichtung zur Vibrationsdämpfung,
deren Aktor von einem Kraftsensor-Signal angesteuert wird.
-
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
Die 1 ist
eine Prinzipdarstellung einer Werkzeugmaschine 1, zum Beispiel
eines Bohrhammers oder Meißelhammers
etc., mit einem einen Antrieb für
das Werkzeug aufnehmenden Gehäuse 2 und
einem mit dem Gehäuse 2 gekoppelten
Handgriff 3. Während
des Arbeitsvorgangs wird das Gehäuse 2 unter
Umständen
in sehr starke Vibration versetzt, die ohne vibrationsdämpfende
Maßnahmen
auf den Handgriff 3 übertragen
werden. Die in der 1 dargestellte
Vorrichtung soll eine möglichst
weitgehende Vibrationsentkopplung des Handgriffs 3 vom
Gehäuse 2 der
Werkzeugmaschine 1 bewirken. Diese Vibrationsentkopplungs-Vorrichtung weist
eine zwischen dem Gehäuse 2 und
dem Handgriff 3 angeordnete Feder 4 beziehungsweise
ein aus mehreren Federn 4 bestehendes Federsystem auf.
Desweiteren gehört zu
dieser Vorrichtung ein Aktor 5, mit dem die Vorspannung
der Feder 4 variabel einstellbar ist. Ziel ist es, den
Aktor 5 so anzusteuern, dass er die Vorspannung der Feder 4 so
einstellt, dass der Abstand zwischen dem Gehäuse 2 der Werkzeugmaschine 1 und dem
Handgriff 3, unabhängig
von einer auf den Handgriff 3 ausgeübten Betätigungskraft 6, nahezu konstant
bleibt. Um den Aktor 5 dementsprechend anzusteuern, ist
ein Regler 7 vorgesehen, der aus einer von einem Sensor 8 gelieferten
Regelgröße x und einem
im Regler 7 vorgegebenen Sollwert xs eine Stellgröße y für den Aktor 5 herleitet.
Der Sollwert xs ist ein zwischen dem Gehäuse 2 der Werkzeugmaschine 1 und
dem Handgriff 3 einzuhaltender Abstand.
-
Der Sensor 8 ist entweder
ein Wegsensor, der den Ist-Abstand x zwischen dem Gehäuse 2 und dem
Handgriff 3 erfasst. Auch kann der Sensor 8 ein Drucksensor
sein, mit dem die Betätigungskraft 6 gemessen
werden kann, mit der der Handgriff 3 in Richtung auf das
Gehäuse 2 bewegt
wird.
-
Aus der Abweichung zwischen dem Istwert
x der Betätigungskraft 6 und
dem vorgegebenen Sollwert xs wird eine Stellgröße y vom Regler 7 für den Aktor 5 hergeleitet,
so dass dieser die Vorspannung der Feder 4 so einstellt,
dass der Abstand zwischen dem Gehäuse 2 und dem Handgriff 3 nahezu
konstant bleibt. Zum Regler 7 gehört ein Tiefpassfilter 9 und
ein Regelverstärker 10.
Das Tiefpassfilter 9 ist auf einen Durchlassbereich für die Frequenz
der variierenden Betätigungskraft 6 abgestimmt.
Bei einer üblicherweise
vorkommenden Schlagfrequenz von 50 Hz
bei einer Schlagbohrmaschine beziehungsweise bei einem Bohrhammer
sollte die obere Eckfrequenz des Tiefpassfilters 9 bei ca. 15 Hz
liegen.
-
Gerade die Frequenzen der sich ändernden Betätigungskraft 6 sollen
durch den die Vorspannung der Feder 4 einstellenden Aktor 5 ausgeregelt
werden. Die darüberliegenden Vibrationsfrequenzen werden
durch die Feder 4 weitgehend aufgenommen.
-
Anhand der 2, 3 und 4 werden
nun einige konkrete Ausführungsbeispiele
für die
Anordnung und Ausführung
des Aktors 5 und Ausführungen
des Sensors 8 beschrieben. In den 2 bis 4 sind
diejenigen bereits im Zusammenhang mit der 1 erwähnten
Elemente der Vibrationsdämpfungs-Vorrichtung mit den
gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1.
-
Die 2,
wie auch die später
beschriebenen 3 und 4, zeigt ausschnittweise
das Gehäuse 2 einer
Werkzeugmaschine 1 und des damit gekoppelten Handgriffs 3.
Der die Vorspannung der Feder 4 einstellende Aktor 5 befindet
sich im Handgriff 3. Der Aktor 5 weist einen Stößel 11 auf,
der mittels eines elektromagnetischen oder hydraulischen oder pneumatischen
Antriebes verschiebbar ist. Die Feder 4 ist beispielsweise
eine Schraubenfeder, die einerseits auf einen am Gehäuse 2 angeordneten
Zapfen 12 aufgesteckt und mit diesem fixiert ist. Auf der
anderen Seite ist die Schraubenfeder auf den Stößel 11 des Aktors 5 aufgesetzt
und liegt dort an einem Anschlag 13 an. Durch Bewegung
des Stößels 11 des Aktors 5 wird
die Schraubenfeder mehr oder weniger stark zusammengedrückt, wodurch
sich deren Vorspannung ändert.
Anstelle einer Schraubenfeder kann auch eine am Gehäuse 2 und
am Stößel 11 des Aktors 5 befestigte
Tellerfeder oder Blattfeder eingesetzt werden. Auch ist es möglich, statt
nur einer Feder 4 ein Federsystem, bestehend aus mehreren
Federn 4, vorzusehen. Ebenso kann der Handgriff 3 über mehrere
Federn 4 und mehrere darauf einwirkende Aktoren 5 mit
dem Gehäuse 2 vibrationsdämpfend gekoppelt
werden.
-
Zwischen dem Handgriff 3 und
dem Gehäuse 2 ist
ein Wegsensor 14 eingefügt,
der als Regelgröße x den
Abstand zwischen dem Handgriff 3 und dem Gehäuse 2 erfasst.
Der Wegsensor 14 kann beispielsweise auf dem Prinzip basieren,
dass ein Tastfinger 15 entsprechend dem Abstand zwischen
dem Handgriff 3 und dem Gehäuse 2 verschoben wird
und diese Verschiebung zum Beispiel induktiv gemessen wird. Für die Messung
des Abstandes zwischen dem Handgriff 3 und dem Gehäuse 2 kann
aber auch jede andere bekannte Art von Wegsensoren verwendet werden.
-
Das in der 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich gegenüber
dem von 2 dadurch, dass
der Aktor 5 mit dem daran angeschlossenen Regler 7 im
Gehäuse 2 und
nicht im Handgriff 3 der Werkzeugmaschine 1 angeordnet
ist.
-
Wie bereits oben beschrieben, kann
anstelle eines Wegsensors 14 auch ein Kraftsensor verwendet
werden, der die Andruckkraft zwischen dem Handgriff 3 und
dem Gehäuse 2 erfasst.
Eine Ausführung
des Kraftsensors kann zum Beispiel darin bestehen, dass der Anschlag 13 am
Stößel 11 des
Aktors 5 auf den Druck der daran anliegenden Feder 4 reagiert.
Zum Beispiel könnte
der Anschlag 13 aus einem Material bestehen, dessen elektrischer
Widerstand sich in Abhängigkeit
einer auf ihn wirkenden Kraft verändert. Die druckabhängige Widerstandsänderung
des Anschlages 13 wird als Regelgröße x erfasst und dem Regler 7 zugeführt.
-
Der Aktor 5 zur Einstellung
der Federvorspannung kann beispielsweise auch aus dem in der Wekzeugmaschine 1 vorhandenen
Motor und einer von diesem angetriebenen Spindel bestehen, welche auf
die Feder 4 einwirkt. Und zwar ist die Spindel über den
Motor in Richtung der Federachse vor und zurück bewegbar. Dazu kann eine
Kupplung vorgesehen werden, welche die Drehung der Motorwelle in eine
Längsbewegung
der Spindel umsetzt. Die Kupplung lässt sich so steuern, dass sie
in Abhängigkeit vom
Abstand zwischen dem Handgriff 3 und dem Gehäuse 2 die
Spindel in eine Rechts- oder Linksdrehung versetzt, je nachdem ob
die Spindel vor oder zurück
bewegt werden soll.