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Die
Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1 eine Vorrichtung zur Schwingungsisolation eines
Handgriffs bei einem Arbeitsgerät.
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Arbeitsgeräte, insbesondere
Schlaghämmer, Bohrhämmer, Stampfer
o. Ä.,
weisen üblicherweise eine
Einrichtung auf, mit der Schwingungen, Stöße oder Schläge erzeugt
werden können.
Bei Schlaghämmern
wird z. B. ein Schlagwerk durch einen Antrieb angeregt, um ein Werkzeug,
z. B. einen Meißel, mit
Schlägen
zu beaufschlagen. Derartige Einrichtungen werden nachfolgend zusammenfassend
als "Schwingungserreger" bezeichnet.
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Viele
dieser Arbeitsgeräte
sind handgeführt, so
dass entsprechende Handgriffe bereitgestellt werden, an denen ein
Bediener das Arbeitsgerät
greifen und halten kann. Die in dem Schwingungserreger des Arbeitsgerät für die Erfüllung der
technischen Funktion erzeugten Vibrationen oder Stöße werden über die
Handgriffe auf den Bediener übertragen, was
nicht nur unangenehm, sondern auf die Dauer auch gesundheitsschädlich ist.
Dementsprechend ist es anzustreben, die Schwingungen des Handgriffs möglichst
gering zu halten.
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Hierzu
ist es bekannt, eine Schwingungsentkopplungseinrichtung zwischen
dem Handgriff und dem Schwingungserreger vorzusehen. Üblicherweise
wird eine derartige Schwingungsentkopplungseinrichtung mit Hilfe
von passiven Feder-Dämpferelementen
realisiert. Zum Beispiel können
zwischen dem Handgriff und dem Schwingungserreger Gummielemente
eingesetzt werden, um eine gewisse Schwingungsentkopplung zu erreichen.
Aufgrund des begrenzten Bauraums können die Federelemente nur
geringe Federwege aufweisen, was ihre Eignung zur Schwingungsisolation
des Handgriffs begrenzt. Andererseits können die Federelemente nicht zu
weich ausgeführt
werden, um eine präzise
Führung
des Arbeitsgeräts
durch den Bediener zu ermöglichen.
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Aus
der
DE 196 46 622
A1 ist ein aktiv schwingungsgedämpfter Handgriff bekannt, der über ein
einer Vibrationsübertragung
auf ihn entgegenwirkendes, aktiv gesteuertes Kompensationsglied
mit dem Schwingungserreger verbunden ist. Das Kompensationsglied
erzeugt in Abhängigkeit
von der im Arbeitsgerät
entstehenden Vibration eine kompensierende Kraft oder Bewegung,
so dass der Handgriff im Wesentlichen in Ruhe bleibt. Die beschriebene Lösung führt zu einer
sehr wirkungsvollen Schwingungsisolierung des Handgriffs, ist jedoch
mit einigem technischen Aufwand verbunden.
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In
der
EP 0 206 981 A2 wird
ein Handwerkzeug mit einer Schwingungen erzeugenden Antriebseinrichtung
beschrieben. An einem die Antriebseinrichtung aufnehmenden Gehäuse ist
ein parallel zur Hauptschwingungsachse zwischen zwei Anschlägen begrenzt
verschiebbarer Handgriff vorgesehen. Der in Vorschubrichtung des
Handwerkzeuges angeordnete Anschlag des Handgriffes ist als Elektromagnet ausgebildet,
der unabhängig
von der Stellung des Handgriffes gegenüber dem Gehäuse eine konstante, regelbare
Kraft sowohl auf den Handgriff als auch auf das Gehäuse ausübt. Dadurch
soll eine Schwingungsisolation erreicht werden können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Schwingungsisolation
eines Handgriffs bei einem Arbeitsgerät anzugeben, womit einerseits
eine zuverlässige
Schwingungsentkopplung des Handgriffs, auch in verschiedenen Betriebszuständen, gewährleistet
wird, und andererseits ein insbesondere bei handgehaltenen Arbeitsgeräten sinnvoller
Bauaufwand nicht übertrieben
wird.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch
1. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die
Vorrichtung zur Schwingungsisolation weist einen Schwingungserreger
und eine relativ zu dem Schwingungserreger entlang einer Hauptrichtung,
z. B. der Arbeitsrichtung des Arbeitsgeräts, bewegliche Griffeinrichtung
auf. Zwischen dem Schwingungserreger und der Griffeinrichtung ist
eine Schwingungsentkopplungseinrichtung vorgesehen, die eine Federeinrichtung
aufweist, über
die ein wesentlicher Teil der zwischen der Griffeinrichtung und dem
Schwingungserreger wirkenden Kräfte übertragen
werden. Die Schwingungsentkopplungseinrichtung weist weiterhin eine
Feder-Regelungseinrichtung auf, zum Verändern der Federsteifigkeit und/oder
der Vorspannung der Federeinrichtung in Abhängigkeit von einer in der Hauptrichtung
zwischen der Griffeinrichtung und dem Schwingungserreger wirkenden
Kraft, insbesondere der von dem Bediener auf die Griffeinrichtung
in der Hauptrichtung ausgeübten
Haltekraft.
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Um
eine möglichst
gute Schwingungsisolation zu erreichen, ist grundsätzlich eine
möglichst
weiche Feder, also eine Federeinrichtung mit niedriger Federsteifigkeit,
anzustreben. Eine weiche Feder hat jedoch den Nachteil, dass bereits
geringe Kräfte
einen erheblichen Verformungsweg der Feder nach sich ziehen können. Bezogen
auf das Arbeitsgerät bedeutet
das, dass die Griffeinrichtung relativ zu dem Schwingungserreger über größere Strecken
bewegbar ist, wenn die dazwischen angeordnete Federeinrichtung eine
weiche Kennlinie aufweist. Dies kann jedoch Nachteile bei der Führung mit
sich bringen und erfordert einen oft nicht zur Verfügung stehenden Bauraum.
Insbesondere wird die Baulänge
in der Hauptrichtung des Arbeitsgeräts deutlich vergrößert.
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Eine
Federeinrichtung mit harter Kennlinie, also eine steife Feder, erlaubt
zwar eine Minimierung des Bauraums. Gleichzeitig werden jedoch die Schwingungen
des Schwingungserregers nur unvollständig von dem Handgriff abgehalten.
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Bisher
war es im Stand der Technik nur möglich, für die Federeinrichtung einen
Kompromiss zwischen harter und weicher Kennlinie zu finden. Die
Erfindung ermöglicht
es jetzt, mit Hilfe der Feder-Regelungseinrichtung die Federsteifigkeit
bzw. gegebenenfalls alternativ oder ergänzend auch die Vorspannung
der Federeinrichtung den jeweiligen äußeren Bedingungen, insbesondere
der wirksamen Kraft, anzupassen und die Fdereigenschaften so einzustellen,
dass der zulässige
Federweg und die zulässige Relativverschiebung
zwischen Griffeinrichtung und Schwingungserreger ausgenutzt werden
können.
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Die
vom Bediener aufgebrachte Kraft ändert sich – wenn überhaupt – nur relativ
langsam in einem niederfrequenten Bereich. Selbst eine stoßartige
Belastung durch den Bediener erfolgt mit niedriger Frequenz.
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Im
Gegensatz dazu sind die von dem Schwingungserreger im Arbeitsgerät erzeugten Schwingungen
höherfrequent.
Die durch die Schwingungen bewirkten Kraftänderungen zwischen der Griffeinrichtung
und dem Schwingungserreger werden von der Feder-Regelungseinrichtung
nicht erfasst. Die Feder-Regelungseinrichtung reagiert somit lediglich
auf die vom Bediener durch das Halten bzw. Andrücken des Arbeitsgeräts aufgebrachten
Kräfte.
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Damit
ist es möglich,
die Federeinrichtung grundsätzlich
auf eine möglichst
weiche Kennlinie oder eine niedrige Vorspannkraft einzustellen.
Die konstruktiv vorgegebene zulässige
Beweglichkeit zwischen der Griffeinrichtung und dem Schwingungserreger
kann dann als Schwingungsweg voll ausgeschöpft werden, um die Schwingungen
auszugleichen. Je nach Ausgestaltung der Federeinrichtung kann die
Federsteifigkeit in dem relevanten Arbeitspunkt durch Verändern der
Vorspannung oder der Federkennlinie (Ändern der Luftmenge bei einer
Luftfeder) beeinflusst werden.
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Wenn
jedoch der Bediener mit stärkerer
Haltekraft gegen die Griffeinrichtung und damit das Arbeitsgerät drückt, würde die
Gefahr bestehen, dass die Griffeinrichtung den Schwingungserreger
berührt. Jedenfalls
würde – bei unveränderter
Federsteifigkeit der Federeinrichtung – der zur Schwingungsisolation zur
Verfügung
stehende Schwingungsweg immer mehr eingeschränkt. Dies wird durch die Feder-Regelungseinrichtung
dadurch kompensiert, dass bei statisch wirkender Haltekraft des
Bedieners und somit einer Nulllage der Schwingung eine Verschiebung
der Griffeinrichtung relativ zu dem Schwingungserreger derart bewirkt
wird, dass die Griffeinrichtung in einer vorbestimmten Sollstellung
steht.
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Wenn
der Bediener mit größerer Kraft
gegen die Griffeinrichtung drückt,
erhöht
die Feder-Regelungseinrichtung die Federsteifigkeit, um mit ausreichender
Federkraft die Bedienerkraft zu kompensieren. Die Griffeinrichtung
verbleibt somit – statisch
gesehen – in
der vorgegebenen Sollstellung. Beim Beaufschlagen mit der Schwingung
kann sich die Griffeinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs
relativ zu dem Schwingungserreger bewegen, weil die durch die Schwingung
bedingten, höherfrequenten
Kraftänderungen
nicht ausgeregelt werden.
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Vorteilhafterweise
wird die Relativstellung der Griffeinrichtung zu dem Schwingungserreger durch
die Feder-Regelungseinrichtung im Zusammenspiel mit der wirkenden
Kraft in dem vorbestimmten Arbeitsbereich gehalten. Die Feder-Rege
lungseinrichtung stellt somit sicher, dass die Relativstellung stets
innerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs verbleibt. Auf diese
Weise können
Extremstellungen und somit z. B. ein Festkörperkontakt zwischen Griffeinrichtung
und Schwingungserreger durch Berühren
vermieden werden, bei dem die Schwingungen vollständig auf
die Griffeinrichtung übertragen
würden.
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Vorzugsweise
strebt die Feder-Regelungseinrichtung an, dass die Griffeinrichtung
auch bei einer sich ändernden
Haltekraft im Wesentlichen in einer Sollstel lung in dem Arbeitsbereich
gehalten wird, die einer vorbestimmten Relativstellung zwischen Griffeinrichtung
und Schwingungserreger entspricht.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Sollstellung gleichzeitig einer Mittelstellung
des Arbeitsbereichs entspricht, so dass die Griffeinrichtung von der
Mittelstellung aus über
im Wesentlichen gleich lange Bewegungsstrecken zu jeweiligen Grenz-
bzw. Endstellungen entlang der Hauptrichtung vorwärts und
rückwärts bewegbar
ist. Auf diese Weise kann die Griffeinrichtung symmetrisch um die
Mittelstellung schwingen und dadurch die vom Schwingungserreger
erzeugte Schwingung kompensieren.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die Federeinrichtung durch die Feder-Regelungseinrichtung derart
ansteuerbar, dass die Federeinrichtung in einem Leerlaufbetrieb,
in dem die zwischen der Griffeinrichtung und dem Schwingungserreger
wirkende Kraft unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt, eine erhöhte Steifigkeit
aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere Hämmer beim
Ansetzen an eine neue Bohrstelle die Neigung haben, von der Ansetzstelle wegzuspringen.
Wenn die Federeinrichtung eine weiche Kennlinie aufweist, ist prinzipiell
die Führbarkeit des
Arbeitsgeräts
erschwert, was das Wegspringen noch fördert. Wenn jedoch die Federeinrichtung
eine erhöhte
Steifigkeit aufweist, lässt
sich das Arbeitsgerät
beim Ansetzen, wenn der Bediener das Gerät noch nicht mit voller, also
unter dem vorgegebenen Grenzwert liegender Kraft andrückt, besonders
sicher führen.
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Sobald
jedoch das Arbeitsgerät
in den normalen Arbeitsbetrieb übergeht
und vom Bediener mit entsprechend höherer Haltekraft gehalten wird,
die über
einem vorgegebenen Grenzwert liegt, ist die Steifigkeit der Federeinrichtung
durch die Feder-Regelungseinrichtung derart reduzierbar, dass die
Griffeinrichtung in der gewünschten
Sollstellung des Arbeitsbereichs stehen kann.
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Beim
Starten des Arbeitsvorgangs, in dem sich das Arbeitsgerät noch im
Leerlaufbetrieb befindet, ist somit die Federeinrichtung steif,
um eine gute Führbarkeit
zu ermöglichen.
In dem Moment, in dem der Bediener gegen das Arbeitsgerät drückt und
einen Übergang
aus dem Leerlaufbetrieb in den Arbeitsbetrieb wünscht, wird die Federsteifigkeit
herabgesetzt, um die verbesserte Schwingungsisolation zu erreichen.
Die Federsteifigkeit wird dann zwangsläufig nicht zu niedrig sein,
da die Andrückkraft
vom Bediener kompensiert werden muss.
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Dementsprechend
ist im Arbeitsbetrieb eine gute Führbarkeit des Arbeitsgeräts gewährleistet.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
die Federeinrichung eine zwischen der Griffeinrichtung und dem Schwingungserreger
wirkende Luftfeder auf, die vorzugsweise Luft von einer Luftpumpe
erhält.
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Die
Luftpumpe kann von einem Antriebsmotor des Arbeitsgeräts betrieben
werden. Zum Beispiel kann die Luftpumpe mit einem Lüfterrad
für den
Antriebsmotor gekoppelt sein oder als zusätzliches Pumpelement angeordnet
werden.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird
die Luftpumpe durch die oszillierende Relativbewegung zwischen der
Griffeinrichtung und dem Schwingungserreger betrieben. Aufgrund
der für
die Schwingungsisolation erforderlichen Relativbeweglichkeit der
Griffeinrichtung ist eine Antriebsbewegung vorhanden, die für die Luftpumpe
in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden kann.
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So
weist z. B. die Luftpumpe eine zwischen der Griffeinrichtung und
dem Schwingungserreger vorgesehene Pumpkammer auf, deren Volumen
sich in Folge der oszillierenden Relativbewegung ständig ändert. Über ein
erstes Rückschlagventil
kann Luft aus der Umgebung in die Pumpkammer einströmen, wenn
sich das Volumen der Pumpkammer vergrößert. Die Luft ist über ein
zweites Rückschlagventil aus
der Pumpkammer in eine Luftfederkammer förderbar, in der sich die Luftfeder
ausbildet, wenn sich das Volumen der Pumpkammer bei entsprechender Gegenbewegung
der Griffeinrichtung verringert. Durch das Wechselspiel zwischen
dem ersten und dem zweiten Rückschlagventil
wird ein über
die Zeit gemittelt im Wesentlichen konstanter Zuluftstrom von der
Luftpumpe zur Luftfeder sichergestellt.
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Die
Feder-Regelungseinrichtung weist eine Ventileinrichtung auf, durch
die der Abluftstrom aus der Luftfeder in Abhängigkeit von der Relativstellung der
Griffeinrichtung regelbar ist. Die Steifigkeit der Federeinrichtung
lässt sich
somit durch die Regelung des Abluftstroms einstellen. Wenn mehr
Luft aus der Luftfeder ausströmt,
als durch die Luftpumpe zugeführt
wird, wird die Federsteifigkeit vermindert. Umgekehrt kann die Federsteifigkeit
dadurch erhöht werden,
dass der Abluftstrom niedriger eingestellt wird als der Zuluftstrom,
so dass in der Summe mehr Luft in die Luftfeder einströmt.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
die Ventileinrichtung eine Ventilöffnung auf, die öffenbar
ist, wenn die Griffeinrichtung von dem Schwingungserreger weiter entfernt
ist. Dadurch kann Luft aus der Luftfeder ausströmen, so dass die Federsteifigkeit
sinkt. Bei unverändert
starker Andrückkraft
des Bedieners führt
das dazu, dass sich die Griffeinrichtung näher zu dem Schwingungserreger
hinbewegt. Wenn die Griffeinrichtung sich dabei über die Soll- oder Mittelstellung des
Arbeitsbereichs hinaus dem Schwingungserreger angenähert hat,
ist die Ventilöffnung
wenigstens teilweise wieder verschließbar. Dadurch erhöht sich der
Luftdruck in der Luftfeder und die Luftfeder wird steifer. Dementsprechend
kann sich die Griffeinrichtung dem Schwingungserreger nicht mehr
annähern. Gegebenenfalls
wird die Griffeinrichtung sogar durch den immer mehr erhöhten Luftdruck
in der Luftfeder zurückgedrückt, so
dass sie die gewünschte
Sollstellung einnimmt.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist die Feder-Regelungseinrichtung eine Ventileinrichtung
auf, durch die der Zuluftstrom zu der Luftfeder in Abhängigkeit
von der Relativstellung der Griffeinrichtung regelbar ist. Der Abluftstrom
aus der Luftfeder ist dabei im Wesentlichen konstant. Im Ergebnis
lässt sich
der Luftdruck in der Luftfeder somit in ähnlicher Weise regeln, wie
dies oben bereits beschrieben wurde.
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Selbstverständlich ist
auch eine Kombinationslösung
möglich,
bei der sowohl der Zuluftstrom als auch der Abluftstrom geregelt
werden. Hierbei ist jedoch eine Abstimmung der beiden Luftströme zweckmäßig, was
unter Umständen
den Regelungsaufwand erhöht.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist die Federeinrichtung eine Gasfeder oder eine
mechanische Feder, z. B. eine Schraubenfeder, auf, deren Vorspannung
durch eine Vorspannungseinrichtung veränderbar ist. Die Federkennlinie der
Gasfeder oder der mechanischen Feder lässt sich nicht verändern, sie
ist konstant. Jedoch kann durch das Verändern der Vorspannung der Arbeitspunkt
auf der Federkennlinie verändert
werden, um die erforderliche Federsteifigkeit und den gewünschten
Effekt zu erhalten, d. h., um sicherzustellen, dass die Griffeinrichtung
im Wesentlichen in der Sollstellung steht.
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Als
Vorspannungseinrichtung eignet sich ein elektrisches Stellglied
oder – insbesondere
für die Gasfeder – ein unter
Druck stehendes Fluid. Der Fluiddruck muss in ähnlicher Weise veränderbar
sein, wie dies oben in Zusammenhang mit der Luftfeder beschrieben
wurde.
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Die
Griffeinrichtung kann wenigstens einen, aber auch zwei oder mehrere
Handgriffe aufweisen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist zwischen der Griffeinrichtung und dem Schwingungserreger
ein elastischer Anschlag vorgesehen. Wenigstens ein Teil der zwischen
der Griffeinrichtung und dem Schwingungserreger wirkenden Kraft
kann über
den Anschlag übertragen
werden, wenn die Federsteifigkeit der Federeinrichtung nicht ausreicht,
um die gesamte Kraft zu übertragen.
Der Anschlag entspricht somit einem klassischen Federelement (z.
B. einer Gummifeder oder einem Schaumelement). Er überträgt jedoch
nur Kräfte
in einer Richtung. Damit kann sichergestellt werden, dass z. B.
die Andrück- bzw. Haltekraft
des Bedieners notfalls von der Griffeinrichtung direkt über den
Anschlag auf den Schwingungserreger übertragen werden kann. Der
elastische Anschlag stellt sicher, dass auch in diesem Fall eine – wenn auch
geringere – Schwingungsentkopplung
möglich
ist. Selbstverständlich
kanna auch ein zweiter Anschlag vorgesehen werden, zur Aufnahme
von Kräften
in der Gegenrichtung.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Luft für
die Luftfeder aus einem Luftspeicher zuführbar. Besonders vorteilhaft
ist es dabei, wenn die aus der Luftfeder abgelassene Luft in den
Luftspeicher rückführbar ist.
Das bedeutet, dass die Luft in dem als Zwischenreservoir dienenden
Luftspeicher gepuffert werden kann, bevor sie wieder über die
Luftpumpe unter Druck in die Luftfeder eingeblasen wird. Auf diese
Weise ist es möglich,
den Austausch der für
die Luftfeder vorgesehenen Luft mit der Umgebungsluft gering zu
halten, um so eine Verunreinigung, z. B. durch Staub, zu minimieren.
Es wird somit ein im Wesentlichen geschlossener Luftkreislauf erreicht,
bei dem lediglich die meist unvermeidbaren Leckverluste durch Frischluft
von außen kompensiert
werden müssen.
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Als
Luftspeicher bzw. Zwischenreservoir eignet sich z. B. ein Hohlraum,
insbesondere ein Balg oder ein Ballon, der sein Volumen der erforderlichen Luftmenge
anpassen kann.
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Diese
und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend
anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figur
näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Arbeitsgerät mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Schwingungsisolation eines Handgriffs.
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In
der Figur wird ein Schnitt durch einen oberen bzw. hinteren, von
einem Werkzeug abgewandten Teil eines als Arbeitsgerät dienenden
Schlaghammers gezeigt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
eignet sich besonders für
handgehaltene Arbeitsgeräte,
bei denen Schwingungen oder Stöße erzeugt
werden, um die gewünschte
Arbeitswirkung zu erreichen. Hierbei kommt es darauf an, dass der
das Arbeitsgerät
führende
bzw. haltende Bediener vor den Schwingungen und Stößen geschützt wird.
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Ein
Schwingungserreger 1 ist in der Figur lediglich schematisch
als Gehäusekasten
dargestellt. Er weist unter anderem z. B. einen Antrieb, wie einen Elektro- oder Verbrennungsmotor,
sowie eine Bewegungswandeleinrichtung auf. Die Bewegungswandeleinrichtung
wandelt die üblicherweise
als Drehbewegung vom Antrieb erzeugte Bewegung in eine für den jeweiligen
Anwendungszweck geeignete langsamere Drehbewegung oder auch oszillierende
Hin- und Herbewegung um. So ist es z. B. üblich, die Bewegungswandeleinrichtung
als Getriebe mit einem Kurbeltrieb auszuführen, der ein Schlagwerk antreibt.
Von dem Schlagwerk werden mit Hilfe eines Schlagkolbens Stöße erzeugt,
die auf ein Werkzeug, z. B. einen Meißel, geleitet werden.
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Außer dem
in der Figur gezeigten Schlaghammer eignet sich die Erfindung typischerweise auch
für Bohrhämmer oder
Stampfer oder andere Arbeitsgeräte,
bei denen eine Schwingungsentkopplung des Handgriffs sinnvoll ist.
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Als
Schwingungserreger 1 wird somit der Teil des Arbeitsgeräts bezeichnet,
in dem Vibrationen oder Stöße generiert
werden. Der Begriff steht stellvertretend für verschiedene Konstellationen,
die je nach Typ des Arbeitsgeräts
vom Fachmann gewählt werden
können.
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Der
Schwingungserreger 1 ist mit einer in der Figur als Griffhaube
ausgeführten
Griffeinrichtung 2 gekoppelt. Die Griffeinrichtung 2 kann
den Schwingungserre ger 1 teilweise umgeben, wie in der
Figur gezeigt. Sie kann aber auch räumlich getrennt von dem Schwingungserreger 1 vorgesehen
sein.
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Die
Griffeinrichtung 2 ist relativ zu dem Schwingungserreger 1 wenigstens
entlang einer Hauptrichtung A beweglich. Hierfür ist eine in der Figur nicht
gezeigte, an sich bekannte Führung
(z. B. mittels Parallelschwingen) zwischen der Griffeinrichtung 2 an
dem Schwingungserreger 1 vorgesehen. Darüber hinaus
kann die Griffeinrichtung 2 auch in anderen, von der Hauptrichtung
A abweichenden Richtungen relativ zu dem Schwingungserreger 1 beweglich
sein, wenn dies technisch nicht verhinderbar oder gar gewünscht ist.
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An
der Griffeinrichtung 2 sind zwei Handgriffe 3 vorgesehen,
an denen der Bediener das Arbeitsgerät halten und führen kann.
Für die
Gestaltung der Handgriffe 3 sind ebenfalls zahlreiche Varianten
bekannt. Bei einem Bohrhammer z. B. kann statt den beiden Handgriffen 3 ein
einzelner Handgriff in Form eines Pistolen- oder Spatenhandgriffs
zum Einsatz kommen.
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An
dem Schwingungserreger 1 ist ein Luftfederkolben 4 befestigt.
Der Luftfederkolben wird von einem durch einen Teil der Wandung
der Griffeinrichtung 2 gebildeten Federzylinder 5 umschlossen,
so dass sich in einem Hohlraum zwischen dem Luftfederkolben 4 und
dem Federzylinder 5 eine Luftfederkammer 6 ausbildet,
die die eigentliche Luftfeder 7 aufnimmt. Es ist erkennbar,
dass der Luftdruck in der Luftfeder 7 steigt, wenn die
Griffeinrichtung 2 in Richtung A näher an den Schwingungserreger 1 angedrückt wird.
Der Luftfederkolben 4, der Federzylinder 5, die
Luftfederkammer 6 und die Luftfeder 7 bilden zusammen
eine Federeinrichtung 8.
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Auf
der Oberseite des Luftfederkolbens 4 ist ein elastischer
Anschlag 9 vorgesehen, gegen den die Griffeinrichtung 2 anschlagen
kann, wenn die in Richtung A ausgeübte Kraft so groß ist, dass
die Luftfeder 7 vollständig
komprimiert wird bzw. wenn die Luftfeder 7 zu wenig Luft
enthält,
um eine ausreichende Federwirkung zu gewährleisten. Der elastische Anschlag 9 stellt
sicher, dass eine gewisse Schwingungsisolation der Griffeinrichtung 2 auch dann
gewährleistet
ist, wenn die Griffeinrichtung 2 über den Anschlag 9 in
direktem Kontakt mit dem Luftfederkolben 4 und damit dem
Schwingungserreger 1 steht.
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An
dem Schwingungserreger 1 ist weiterhin ein Pumpkolben 10 vorgesehen,
der von einem als Pumpzylinder 11 dienenden Teil der Wandung
der Griffeinrichtung 2 umschlossen ist. Der Pumpzylinder 11 umschließt dem Pumpkolben 10 derart,
dass eine Pumpkammer 12 ausgebildet wird. Dadurch wird eine
Luftpumpe 13 gebildet.
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Über ein
Einwegventil bzw. erstes Rückschlagventil 14 kann
Luft aus der Umgebung des Arbeitsgeräts in die Pumpkammer 12 einströmen, wenn sich
die Griffeinrichtung 2 von dem Schwingungserreger 1 wegbewegt
und sich dadurch das Volumen der Pumpkammer 12 vergrößert. Der
dabei entstehende Unterdruck saugt die Luft über das erste Rückschlagventil 14 in
die Pumpkammer 12.
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Wenn
hingegen die Griffeinrichtung 2 in Richtung A gegen den
Schwingungserreger 1 bewegt wird, verkleinert sich das
Volumen der Pumpkammer 12, so dass die unter Druck stehende
Luft über
ein zweites Rückschlagventil 15 und
eine Einlassöffnung 16 in
die Luftfederkammer 6 einströmen kann. Eine Rückströmung der
Luft in die Umgebung wird durch das erste Rückschlagventil 14 verhindert. Dadurch
wird der Luftdruck in der Luftfederkammer 6 vergrößert und
die Steifigkeit der Luftfeder 7 erhöht.
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Da
der Schwingungserreger 1 im Wesentlichen kontinuierliche
Schwingungen oder kontinuierlich wiederkehrende Stöße und daraus
resultierende Schwingungen erzeugt, hat der Schwingungserreger 1 die
Neigung, sich ständig
hin- und herzubewegen. Die vom Bediener gehaltene Griffeinrichtung 2 hingegen
sollte möglichst
ortsfest bleiben. Dadurch entsteht im Betrieb des Arbeitsgeräts eine
kontinuierliche Relativbewegung zwischen der Griffeinrichtung 2 und
dem Schwingungserreger 1, die mit Hilfe der Luftpumpe 13 einen über einen
gewissen Zeitraum gemittelt konstanten Luftstrom erzeugt.
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Der
Zuluftstrom in die Luftfederkammer 6 kommt dann zum Erliegen,
wenn der von der Luftpumpe 13 erzeugte Luftdruck nicht
höher ist
als der in der Luftfederkammer 6 herrschende Druck. Dann allerdings
hat die Luftfeder 7 ihre maximal mögliche Steifigkeit erreicht.
Die Luftpumpe 13 und die Federeinrichtung 8 sind
dementsprechend so auszulegen, dass auch bei theoretischer Maximalbeanspruchung (maximale,
vom Bediener in Richtung A aufgebrachte Kraft) eine Trennung zwischen
der Griffeinrichtung 2 und dem Schwingungserreger 1 gewährleistet
ist, so dass die im Schwingungserreger 1 entstehenden Schwingun gen
nur über
die Luftfeder 7, jedoch nicht über weitere Festkörperkontakte,
auch nicht über den
Anschlag 9, auf die Griffeinrichtung 2 übertragen werden
können.
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In
der Wandung der Griffeinrichtung 2 ist eine Auslassöffnung 17 ausgebildet.
Die Auslassöffnung 17 ist
derart positioniert, dass sie je nach Relativstellung zwischen der
Griffeinrichtung 2 und dem Schwingungserreger 1 von
dem als Schieber dienenden Luftfederkolben 4 abgedeckt
oder nicht abgedeckt wird. Wie in der Figur erkennbar, deckt der
Luftfederkolben 4 die als Ventilöffnung dienende Auslassöffnung 17 dann
ab, wenn die Griffeinrichtung 2 über einen bestimmten Punkt
an den Schwingungserreger 1 angenähert wurde. Dies wird insbesondere
dann der Fall sein, wenn der Bediener mit entsprechend großer Halte-
bzw. Andrückkraft
in Richtung A drückt.
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In
diesem Fall wird der Luftdruck in der Luftfeder 7 durch
die kontinuierliche Zuluft aus der Luftpumpe 13 so lange
erhöht,
bis die Luftfeder 7 stark genug ist, die Griffeinrichtung 2 gegen
die Andrückkraft
des Bedieners und damit gegen die Richtung A zurückzudrücken. Dabei wird die Griffeinrichtung 2 so lange
zurückbewegt,
bis der Luftfederkolben 4 die Auslassöffnung 17 zumindest
teilweise wieder freigibt. Dann nämlich kann Luft aus der Luftfeder 7 über die
Auslassöffnung 17 in
die Umgebung ausströmen, so
dass sich der Luftdruck in der Luftfeder 7 wieder vermindert.
Durch das Reduzieren des Luftdrucks in der Luftfeder 7 wiederum
kann sich die Griffeinrichtung 2 wieder näher zu dem
Schwingungserreger 1 bewegen.
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Auf
diese Weise wird eine als Feder-Regelungseinrichtung dienende Regelung
gewährleistet, aufgrund
der die Relativstellung zwischen der Griffeinrichtung 2 und
dem Schwingungserreger 1 auch bei sich ändernden ändernden, im Wesentlichen statischen
Kräften,
wie z. B. der Haltekraft des Bedieners, stets in einem definierten
Arbeitsbereich, vorzugsweise sogar in einer Sollstellung, gehalten
wird. Die Sollstellung wird meist einer Stellung entsprechen, bei
der der Luftfederkolben 4 in der in der Figur gezeigten
Weise die Auslassöffnung 17 teilweise
abdeckt. Dann wird sich ein Gleichgewicht zwischen dem Zuluftstrom
aus der Luftpumpe 13 und dem Abluftstrom über die
Auslassöffnung 17 einstellen,
so dass die von der Luftfeder 7 erzeugte Federkraft der von
außen
einwirkenden Kraft entspricht.
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Als
Sollstellung für
die Regelung der Luftfeder 7 eignet sich besonders eine
Mittelstellung, in der etwa gleiche Bewegungswege der Griffeinrichtung 2 zu
dem Schwingungserreger 1 hin und von dem Schwingungserreger 1 weg
gewährleistet
sind. Dadurch kann der Schwingungserreger 1 gut relativ
zu der Griffeinrichtung 2 schwingen.
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Die
Regelung der Luftfeder 7 weist eine gewisse, gewollte Trägheit auf.
Insbesondere sind die Schwingungsfrequenzen des Schwingungserregers deutlich
größer als
die Frequenzen der Regelungsgeschwindigkeit, so dass die Schwingungen
keine oder eine nur vernachlässigbare Änderung
der Federsteifigkeit der Luftfeder 7 bewirken. Die Federeigenschaften
werden somit vorwiegend bzw. ausschließlich durch die von außen auf
die Griffeinrichtung 2 und damit den Schwingungserreger 1 wirkende
Kraft, vor allem durch die Haltekraft des Bedieners, verändert.
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Dementsprechend
kompensiert die Luftfeder 7 die höherfrequenten Schwingungen
des Schwingungserregers 1, so dass eine wirkungsvolle Schwingungsisolation
der Griffeinrichtung 2 stattfindet.
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Bei
einer anderen, in der Figur nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist
der Abluftstrom aus der Luftfeder 7 konstant, während der
Zuluftstrom von der Luftpumpe entsprechend gesteuert bzw. geregelt
ist, um die gewünschte
Veränderung der
Federeigenschaften der Luftfeder 7 zu erreichen.
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Bei
einer wiederum anderen Ausführungsform
ist es möglich,
sowohl den Zuluftstrom als auch den Abluftstrom zu regeln.
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Anstelle
der oben beschriebenen Luftpumpe sind auch andere Lösungen denkbar,
mit denen Luft mit einem bestimmten Druckwert erzeugt werden kann.
So ist es z. B. möglich,
die Druckluft direkt im Schwingungserreger 1, z. B. von
dem dort vorgesehenen Antrieb, zu erzeugen. Dazu eigenen sich z.
B. entsprechende Lüfterräder.
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Bei
einer anderen Variante ist zwischen dem Schwingungserreger 1 und
der Griffeinrichtung 2 ein beweglicher Massenschwinger
angeordnet, der durch die Schwingungen des Schwingungserregers hin-
und herbewegt wird.
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Selbstverständlich kann
die Zuordnung der zu der Federeinrichtung 8 und der Luftpumpe 13 gehörenden Bauelemente
zu der Griffeinrichtung 2 und dem Schwingungserreger 1 auch
einfach vertauscht werden. Die erzielbare Wirkung bleibt unverändert.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Luftfeder 7 im Leerlauf des
Arbeitsgeräts
eine erhöhte
Steifigkeit aufweist. Insbesondere bei dem in der Figur gezeigten
Hammer besteht beim Ansetzen an eine neue Bohrstelle die Gefahr,
dass der Hammer von der Ansetzstelle wegspringt. Wenn die Luftfeder 7 im Leerlaufbetrieb
entsprechend steif ist, kann der Bediener den Hammer besser führen und
die Anbohrung vornehmen. Dazu kann z. B. der Luftfederkolben 4 so
gestaltet werden, dass er in einer Relativstellung, bei der die
Griffeinrichtung 2 weit entfernt, also zurückgeschoben
zu dem Schwingungserreger 1 steht, die Auslassöffnung 17 abdeckt.
Erst beim Andrücken
der Griffeinrichtung 2 gegen den Schwingungserreger 1 gibt
der Luftfederkolben 4 die Auslassöffnung 17 frei, so
dass die Steifigkeit der Luftfeder 7 zunächst deutlich
reduziert wird. Dadurch kann die Griffeinrichtung 2 in
die gewünschte
Sollstellung (z. B. Mittelstellung) gelangen, bevor der Luftfederkolben 4 die
Auslassöffnung 17 wieder
in der oben beschriebenen Weise verschließt. Um diese Ansteuerung zu
realisieren, können
in Seitenwänden
des Luftfederkolbens 4 entsprechende Steuernuten vorgesehen
sein, die je nach Relativstellung die Luftfeder 7 mit der
Auslassöffnung 17 verbinden.
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Dadurch,
dass die Haltekraft des Bedieners, insbesondere die Andrückkraft
und die vom Arbeitsgerät
verursachte und vom Bediener zu haltende Gewichtskraft ausgeregelt
werden, kann der Arbeitspunkt der Federkennlinie der Luftfeder 7 stets
in einem Bereich gehalten werden, der ein größtmögliches Schwingen des Schwingungserregers 1 relativ zu
der Griffeinrichtung 2 zulässt. Dadurch werden die Schwingungen
und Stöße wirksam
von der Griffeinrichtung 2 isoliert.
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Generell
besteht das Problem, dass bei einer Frischluftzufuhr über das
Rückschlagventil 14 Staub und
Verschmutzungen in das Innere des Geräts, insbesondere in die Luftpumpe 13,
eine entsprechende alternative Luftdruckerzeugungseinrichtung oder
in die Luftfeder 7 selbst gelangen kann. Um dies zu vermeiden,
ist es anzustreben, die Luft, die die Luftfeder 7 über die
Auslassöffnung 17 verlassen
hat, in einem geschlossenen Kreislauf der Luftpumpe 13 bzw.
einer anderen Luftdruckerzeugungseinrichtung zuzuführen, wodurch
die Luft dann wieder in die Luftfeder 7 gepumpt werden
kann. Auf diese Weise wird eine Luftrückführung erreicht, bei der lediglich
die durch Leckverluste entwichene Luft ersetzt werden muss. Im Wesentlichen
kann aber durch die Rückführung immer
wieder die gleiche Luft für
die Luftfeder 7 verwendet werden.