DE102007000270A1

DE102007000270A1 - Vibrierende Handwerkzeugmaschine mit Antivibrationselement

Info

Publication number: DE102007000270A1
Application number: DE102007000270A
Authority: DE
Inventors: Franz Mössnang
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-11-20
Also published as: EP1990147A2; DE502008001685D1; US8511658B2; CN101301747A; US20080277846A1; EP1990147B1; EP1990147A3

Abstract

Eine Handwerkzeugmaschine (12) mit einer längs einer Vibrationsachse (A) vibrierenden Baugruppe (5) und einer Handgriffbaugruppe (6), die über ein Antivibrationselement (1) schwingungsentkoppelt ist, welches eine längs der Vibrationsachse (A) orientierte Federdrahtspirale (7) mit mehreren Windungen (2) aufweist, die teilweise auf einen Gewindedom (3) mit einem sich längs erstreckenden Außengewinde (4) aufgeschraubt ist, wobei am unbelasteten Antivibrationselement (1) die sich über einen Vorspannbereich (V) längs erstreckenden Windungen (2) axial druckvorgespannt auf das Außengewinde (4) aufgeschraubt sind, welches eine Zwischengangweite (Z) aufweist, die größer als der Federdrahtdurchmesser (D) der Federdrahtspirale (7) ist.

Description

Aufgabe der Erfindung
Die Erfindung bezeichnet eine Handwerkzeugmaschine mit einer längs einer Vibrationsachse vibrierenden Baugruppe und einer Handgriffbaugruppe, die über ein Antivibrationselement schwingungsentkoppelt ist, insbesondere einen Bohr- oder Meisselhammer.
Üblicherweise wird bei vibrierenden Handwerkzeugmaschinen der Handgriff bezüglich der Übertragung von Vibrationen weitgehend entkoppelt, indem dieser über ein Antivibrationselement mit der vibrierenden Baugruppe verbunden ist. Dabei kann das Antivibrationselement sowohl Feder- als auch Dämpfereigenschaften aufweisen.
Bei infinitesimalen Dehnungen ist jede Federkennlinie linear, was für gering belastete Schraubenfedern typisch ist. Bei grösseren Dehnungen wird die Federkennlinie auf Grund der Materialeigenschaften zunehmend nichtlinear, insbesondere bei Verwendung von Elastomeren. Zudem kann durch geeignete Federgeometrien wie Blattfedern oder weitere konstruktive Merkmale wie einseitige Kontaktzwänge eine Feder mit nichtlinearer Federkennlinie realisiert werden.
Nach der WO9416864 wird bei einer axial schlagenden Handwerkzeugmaschine zur Entkopplung des Handgriffs von der axial vibrierenden Baugruppe ein Antivibrationselement mit einer nichtlinearen Federkennlinie eingesetzt, die beidseitig eines linear flachen mittleren Belastungsbereiches glatt in einen progressiven Verlauf übergeht. Dazu ist das Antivibrationselement entweder komplett als ein Elastomerhohlzylinder oder alternativ als ein Blattfederhohlzylinder realisiert. Nachteilig bei einem Elastomerhohlzylinder zur Verwendung bei der Vibrationsdämpfung von Handwerkzeugmaschinen ist dessen ausgeprägte Temperatur- und Feuchtigkeitsabhängigkeit sowie die Alterungsproblematik. Der metallische Blattfederhohlzylinder hingegen ist ein aufwendig herzustellendes, komplexes Bauteil.
Nach der DE 10 2004 831 866 ist zur Vibrationsdämpfung des Handgriffs einer vibrierenden Handwerkzeugmaschine ein Antivibrationselement mit einer axial nichtlinearen Federkennlinie vorbekannt, das aus einer Federdrahtspirale besteht, deren beide Spiralenden jeweils auf einen Gewindedom gewickelt sind, wobei die Windungen sich teilweise ausschliesslich an einer Seite am Aussengewinde anlegen, dessen Zwischengangweite grösser als der Federdrahtdurchmesser ist. Die sich daraus ergebende axiale nichtlineare Federkennlinie geht nach einem linear flachen Belastungsbereich glatt in einen progressiv wachsenden Verlauf und danach glatt in einen steileren linearen Verlauf über. Der Kern des Gewindedoms ist ausgehend vom Spiralinnendurchmesser axial federseitig kokav verjüngt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer Handwerkzeugmaschine mit einem Antivibrationselement mit einer axial nichtlinearen Federkennlinie, die beidseitig eines linear flachen mittleren Belastungsbereiches einen steileren Verlauf aufweist. Ein weiterer Aspekt besteht in der Realisierung einer ebenfalls nichtlinearen Federkennlinie bei Querbelastung.
Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
So weist eine Handwerkzeugmaschine eine längs einer Vibrationsachse vibrierende Baugruppe und eine Handgriffbaugruppe auf, die über ein Antivibrationselement schwingungsentkoppelt ist, welches eine längs der Vibrationsachse orientierte Federdrahtspirale mit mehreren Windungen aufweist, die am unbelasteten Antivibrationselement teilweise auf einen Gewindedom mit einem sich über einen Vorspannbereich längs ersteckenden Aussengewinde, dessen Zwischengangweite grösser als der Federdrahtdurchmesser der Federdrahtspirale ist, axial druckvorgespannt aufgeschraubt sind.
Durch die Druckvorspannung eines Teils der Federdrahtspirale sowie dem Aussengewinde ergibt sich in der Federkennlinie beidseitig eines linear flachen Mittenbereiches, bei welchem alle Windungen frei liegen, jeweils ein Randbereich mit steilerer Kennlinie, bei welchem ein Teil der Windungen am Aussengewinde anliegen und somit nicht mehr federwirksam sind. Im niedrigen Belastungsbereich, bei dem ein Teil der Windungen über den Vorspannbereich druckvorgespannt sind, ist die Federkennlinie linear steil, da nur noch die freiliegenden Windungen federnd wirken. Im hohen Belastungsbereich, bei dem ein zunehmender Teil der Windungen innerhalb des Vorspannbereiches federseitig an Teilen des Aussengewindes anliegen, ist die Federkennlinie progressiv ansteigend, da zunehmend weniger Windungen federnd wirken. Im höchsten Belastungsbereich, bei dem die Windungen innerhalb des Vorspannbereiches federseitig vollständig am Aussengewinde anliegen, ist die Federkennlinie linear steil, da nur noch die freiliegenden Windungen federnd wirken.
Zur Erzielung der Druckvorspannung muss der an den Gewindeenden des Aussengewindes innenseitig begrenzte Vorspannbereich axial kürzer als der windungsgleiche aussenseitig begrenzte Teil der unbelasteten Federdrahtspirale sein. Letztere liegt somit aussenseitig an den innenseitigen Kontaktflächen der Gewindeenden an und spannt so die Federdrahtspirale druckseitig vor, bis ab dem mittleren Belastungsbereich diese sich selbst hinreichend verkürzt hat und somit von einer Kontaktfläche löst.
Vorteilhaft ist die Federdrahtspirale zylinderförmig sowie mit gleichmässiger Steigung der Windungen ausgebildet, wodurch Standardfedern verwendbar sind.
Vorteilhaft weist die federseitige Kontaktfläche des Aussengewindes eine nichtlineare Steigung auf, wodurch die Federkennlinie im hohen Belastungsbereich bezüglich des progressiven Verlaufs variierbar ist.
Vorteilhaft ist das Aussengewinde ein Rechteckgewinde, wodurch die Kontaktflächen (im Längsschnitt) axial orientiert sind.
Vorteilhaft ist die radiale Höhe des Aussengewindes zumindest so gross wie der Federdrahtdurchmesser, wodurch das Aussengewinde auch bei kombinierter Querbelastung axiale Kontaktflächen bildet.
Vorteilhaft ist der Kern des Gewindedoms ausgehend vom Spiralinnendurchmesser axial federseitig konvex verjüngt, wodurch bei einer Querbelastung sich einige Windungen radial an den Kern des Gewindedoms anlegen und somit zu einer Querprogression führen.
Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
1 einem Detail einer Handwerkzeugmaschine zur Vibrationsentkopplung
2 einem unbelasteten Antivibrationselement im Längsschnitt
3 einer Federkennlinie bei Axialbelastung
4 einer Federkennlinie bei Querbelastung
Nach 1 weist eine nur ausschnittsweise dargestellte Handwerkzeugmaschine 12 in Form eines Meisselhammers ein Antivibrationselement 1 auf, welches zwischen einer längs einer Vibrationsachse A vibrierenden Baugruppe 5 und einer vibrationsentkoppelten Handgriffbaugruppe 6 angeordnet ist. Das Antivibrationselement 1 weist eine längs der Vibrationsachse A orientierte Federdrahtspirale 7 mit mehreren Windungen 2 auf, welche an einem Spiralende auf einen Gewindedom 3 mit einem Aussengewinde 4 aufgewickelt sind. Die Antivibrationselement 1 ist zylinderförmig sowie mit gleichmässiger Steigung der Windungen 2 ausgebildet.
Nach 2 liegen im dargestellten Belastungsfall des Antivibrationselements 1 ohne axiale Druckbelastung verschiedene Windungen 2 axial sowohl federseitig als auch domseitig in einem Vorspannbereich V am Aussengewinde 4 mit axial beidseitigen Kontaktflächen 14 an, dessen Zwischengangweite Z grösser als der Federdrahtdurchmesser D der Federdrahtspirale 7 ist. Dabei liegt die Federdrahtspirale 7 mit verschiedenen Windungen 7 an beiden Kontaktflächen 14 des Aussengewindes 4 an. Das als Rechteckgewinde ausgebildete Aussengewinde 4 weist bezüglich seiner federseitigen Kontaktfläche 14 eine gleichmässige Steigung auf (analog ist auch eine nichtlineare Steigung möglich, was nicht explizit dargestellt ist). Die radiale Höhe H des Aussengewindes 4 ist grösser als der Federdrahtdurchmesser D. Der koaxial innenliegende Kern des Gewindedoms 3 ist ausgehend vom Spiralinnendurchmesser S axial federseitig konvex verjüngt.
Nach 3 weist die Federkennlinie 13 (Axialdehnung X, Axialkraft Fa) beidseitig eines linear flachen Mittenbereiches 9, bei welchem alle Windungen 2 (2) frei liegen, jeweils einen Randbereich 8, 10 mit steilerer Kennlinie auf, bei welchem die Windungen 2 (2) nur teilweise am Aussengewinde 4 (2) axial anliegen. Im unbelasteten Randbereich 8 ist der im Vorspannbereich V (2) vorgespannte Teil der Windungen 2 (2) unwirksam, so dass sich bis zur Überwindung der Vorspannung eine lineare, steilere Kennlinie ergibt. Der Übergang zum Mittenbereich 9 bildet einen Knick in der Kennlinie aus. Im hochbelasteten Randbereich 10 lagert sich stetig ein Teil der Windungen 2 (2) axial an das Aussengewinde 4 (2) an, so dass sich eine progressiv ansteigende Federkennlinie ergibt. Im höchsten Belastungsbereich 11, bei dem die Windungen 2 (2) im Vorspannbereich V (2) vollständig an der federseitigen Kontaktfläche 13 des Aussengewindes 4 (2) anliegen, ist die Federkennlinie linear steil, da nur noch der freiliegende Teil der Windungen 2 (2) federnd wirkt.
Nach 4 weist die Federkennlinie 13' (Querdehnung Y, Querkraft Fq) mit wachsender Querbelastung eine Querprogression auf, indem sich einige Windungen 2 (2) unter radial an den konvexen Kern des Gewindedoms 3 (2) anlegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 9416864 [0004]
- DE 102004831866 [0005]

Claims

Handwerkzeugmaschine mit einer längs einer Vibrationsachse (A) vibrierenden Baugruppe (5) und einer Handgriffbaugruppe (6), die über ein Antivibrationselement (1) schwingungsentkoppelt ist, welches eine längs der Vibrationsachse (A) orientierte Federdrahtspirale (7) mit mehreren Windungen (2) aufweist, die teilweise auf einen Gewindedom (3) mit einem sich längs ersteckenden Aussengewinde (4) aufgeschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Antivibrationselement (1) die sich über einen Vorspannbereich (V) längs ersteckenden Windungen (2) axial druckvorgespannt auf das Aussengewinde (4) aufgeschraubt sind, wobei das Aussengewinde (4) eine Zwischengangweite (Z) aufweist, die grösser als der Federdrahtdurchmesser (D) der Federdrahtspirale (7) ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federdrahtspirale (7) zylinderförmig sowie mit gleichmässiger Steigung der Windungen (2) ausgebildet ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die federseitige Kontaktfläche (14) des Aussengewindes (4) eine nichtlineare Steigung aufweist.
Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussengewinde (4) ein Rechteckgewinde ist.
Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Höhe (H) des Aussengewindes (4) zumindest so gross wie der Federdrahtdurchmesser (D) ist.
Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des Gewindedoms (3) ausgehend von einem Spiralinnendurchmesser (S) axial federseitig konvex verjüngt ist.