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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Schlagwerk nach Anspruch 1 für eine
Werkzeugmaschine sowie eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine
Handwerkzeugmaschine, speziell einen elektrischen Bohrhammer oder
einen Schlagschrauber, nach Anspruch 10.
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Aus
der Praxis sind Handwerkzeugmaschinen, beispielsweise elektrisch
angetriebene Bohrhämmer, bekannt, bei deren Betrieb der
drehenden Bewegung einer Bohrspindel eine schlagende Bewegung in
Richtung einer Achse der Bohrspindel überlagert wird, wobei
die schlagende Bewegung durch ein Schlagwerk vermittelt wird.
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Aus
der Praxis ist die Forderung bekannt, die Schlagstärke
des Schlagwerkes beispielsweise des Bohrhammers möglichst
unabhängig von der Drehzahl und auch möglichst
stufenlos verstellen zu können, um die Schlagenergie auf
unterschiedliche Materialien anpassen zu können. Es ist
beispiels weise erwünscht, bei spröden Materialien
oder nahe einer Kante die Schlagenergie des Schlagwerkes herabsetzen
zu können, um ein Abplatzen oder ein Zerspringen des Materials,
auf das der Bohrhammer bzw. die Werkzeugmaschine einwirkt, verhindern
zu können.
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Bei
pneumatischen Schlagwerken ist eine zweistufige Verstellung möglich,
die eine nur grobe Anpassung der Schlagstärke ermöglicht.
Dabei bleibt jedoch die Schlagstärke von der Drehzahl,
mit der das Schlagwerk angetrieben ist, abhängig.
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EP 1 584 420 A1 beschreibt
ein elektropneumatisches Schlagwerk mit einstellbarer Schlagstärke,
allerdings kein Schlagwerk mit einer mechanischen Feder.
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DE 40 30 027 A1 beschreibt
ein Schlagwerk für eine elektrische Bohrmaschine, wobei
das Schlagwerk eine als Schraubendruckfeder ausgebildete mechanisch
spannbare Feder umfasst. Das Schlagwerk wird von einem auf einer
Nockenwelle abrollenden Stift angetrieben. Aufgrund einer Profilierung
einer Kurvenbahn der Nockenwelle, die einen von der Schraubendruckfeder
umgebenen Schläger antreibt, ist die Schlagstärke
des Schlagwerkes in engen Grenzen einstellbar. Die Profilierung
der Nockenwelle ist so ausgebildet, dass mit steigender Drehzahl
der Stift auf der Profilierung eine immer höhere Falldistanz
durchläuft, so dass mit steigender Drehzahl auch die Schlagstärke
zunimmt. Die Stärke eines Einzelschlages ist von der Drehzahl
abhängig, so dass eine Einstellbarkeit der Einzelschlagstärke unabhängig
von der Drehzahl nicht möglich ist.
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Die
nachveröffentliche Anmeldung
DE 10 2008 005 831.9 vom 24.
Januar 2008 beschreibt ein Schlagwerk für eine Werkzeugmaschine,
insbesondere für eine Handwerkzeugmaschine wie einen Bohrhammer,
wobei das Schlagwerk einen Schläger umfasst, der durch
ein Spannen einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten mechanischen
Feder angetrieben ist.
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Die
Schraubendruckfeder ist abschnittsweise in einer Hülse
aufgenommen, so dass nur die außerhalb der Hülse
befindlichen Windungen der Schraubendruckfeder zu der Schlagenergie
beitragen. Die Hülse ist entlang der Achse der Schraubendruckfeder
verschieblich, so dass die Anzahl der außerhalb der Hülse
befindlichen Windungen der Schraubendruckfeder und damit die Schlagenergie eines
Einzelschlages einstellbar ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Schlagwerk anzugeben,
das insbesondere auch eine leichte Einstellbarkeit der Schlagstärke
ermöglicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine
Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 durch ein Schlagwerk nach Anspruch
1 dadurch gelöst, dass die mechanische Feder eine Torsionsfeder
umfasst.
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Bei
der mechanischen Feder kann die Torsionsfeder zusätzlich
zu einer weiteren Feder, beispielsweise einer Schraubendruckfeder,
vorgesehen sein. Alternativ hierzu kann die mechanische Feder die
mindestens eine Torsionsfeder als einzige Feder umfassen. In beiden
Fällen ermöglicht die Torsionsfeder eine einfache
Einstellbarkeit der Schlagstärke des Schlagwerkes. Weiter
ist die Torsionsfeder einfach anzubringen und nimmt nur einen geringen
axialen Bauraum in Anspruch, so dass bereits bestehende Schlagwerke
mittels einer Torsionsfeder nachrüstbar sind. Im Vergleich
zu Schraubendruckfedern weist eine Torsionsfeder nur einen geringen
Bauraum auf. Weiter bietet sich die Möglichkeit, die Schlägermasse
zu reduzieren, insbesondere, wenn zwei oder mehr Torsionsfedern
parallel geschaltet werden.
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Eine
bekannte Torsionsfeder umfasst beispielsweise einen Drehstab, in
dessen Korpus zwischen zwei drehfest eingespannten Abschnitten ein Drehmoment
eingeleitet wird, so dass die beiden fest eingespannten Abschnitte
relativ zueinander verdreht werden. Verschwindet das Drehmoment, übt der
Drehstab ein Rückstellmoment aus, das beispielsweise von
dem Abstand der beiden drehfest eingespannten Abschnitte abhängt.
Die Federlänge der Torsionsfeder bzw. des Drehstabes entspricht
dabei dem Abstand der beiden fest eingespannten Abschnitte. Eines
der beiden Enden der Torsionsfeder ist dabei durch einen der beiden
fest eingespannten Abschnitte des Korpus des beispielhaft genannten Drehstabes
gebildet.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Federlänge der Torsionsfeder einstellbar
ist. Dabei lässt sich eine Änderung der elastischen
Eigenschaften der Torsionsfeder durch eine Änderung des
Abstandes der beiden fest eingespannten Abschnitte der Torsionsfeder
erzielen.
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Hinsichtlich
der Einstellbarkeit der Federlänge der Torsionsfeder ist
vorzugsweise vorgesehen, dass ein Einstellmechanismus vorgesehen
ist, der ein radial verstellbares Verstellelement umfasst, und dass
ein Ende der Torsionsfeder in dem Verstellelement geführt
ist. Der Einstellmechanismus bewirkt, dass eines der Enden der Torsionsfeder
um die Achse der Torsionsfeder undrehbar, allerdings entlang der
Achse der Torsionsfeder verschieblich geführt ist. Insbesondere
kann die Führung des Endes der Torsionsfeder als Stift-Nut-Führung
ausgebildet sein.
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Alternativ
oder ergänzend zu der Ausbildung der Führung des
Endes der Torsionsfeder als Stift-Nut-Führung ist vorzugsweise
vorgesehen, dass das Ende der Torsionsfeder drehfest in einer Bohrung in
dem Verstellelement aufgenommen ist. Insbesondere ist vorzugsweise
vorgesehen, dass die Torsionsfeder im Bereich des Endes eine von
der Kreisform abweichende Querschnittskontur aufweist, und dass
die Bohrung eine zu der Querschnittskontur komplementäre
Berandung aufweist. Das Ende der Torsions feder ist um die Achse
der Torsionsfeder undrehbar in der Bohrung des Verstellelementes
aufgenommen, aber innerhalb der Bohrung verschieblich gelagert,
so dass durch die gegenseitige Verschiebung der Torsionsfeder zu
der Bohrung eine Einstellung der Federlänge der Torsionsfeder
möglich ist.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass ein Ende der Torsionsfeder fest an einer Gabel
angeordnet ist, wobei die Gabel fest an dem Korpus des Schlägers angeordnet
ist. Das fest an der Gabel angeordnete Ende bildet das ein erstes
der beiden Enden der Torsionsfeder aus, wobei das zweite Ende der
Torsionsfeder verschieblich ausgebildet ist, so dass sich die Federlänge
der Torsionsfeder einstellen lässt. Die Gabel hält
die Torsionsfeder in einem Abstand zu dem Korpus des Schlägers,
so dass eine Längsverschiebung des Korpus des Schlägers
nicht nur eine Verbiegung, sondern auch ein Drehmoment in dem Korpus
der Torsionsfeder erzeugt.
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Das
Schlagwerk ist insbesondere für den Fall vorgesehen, dass
ein Nockenscheibenantrieb vorgesehen ist, der den Schläger
periodisch beaufschlagt. Dabei tritt eine periodische Längsverschiebung
des Schlägers auf, die in der an dem Korpus des Schlägers
mindestens mittelbar fest angebrachten Torsionsfeder ein Drehmoment über
die Federlänge der Torsionsfeder erzeugt.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
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Die
Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Schlagwerks für
ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Werkzeugmaschine,
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2 zeigt
das Ausführungsbeispiel aus 1 in einer
ersten teilweise geschnittenen Ansicht, und
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3 zeigt
das Ausführungsbeispiel aus 1 und 2 in
einer zweiten teilweise geschnittenen Ansicht.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Schlagwerks 1 für
ein nicht weiter dargestelltes Handwerkzeug, speziell für
einen Bohrhammer, wobei das Schlagwerk 1 in einem Gehäuse 2 aufgenommen
ist.
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2 zeigt
das Schlagwerk 1, das einen Schläger 3 umfasst.
Der Schläger 3 ist entlang einer Schlägerachse 4 längsverschieblich
angeordnet. Mit einem Endabschnitt trifft der Schläger 3 periodisch auf
einen Döpper 5, der wiederum das Werkzeug beaufschlagt.
Es versteht sich, dass der Schläger 3 auch unmittelbar
auf das Werkzeug treffen kann.
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Zum
Antreiben des Schlägers 3 ist ein Nockenscheibenantrieb 6 vorgesehen,
der eine drehend angetriebene Nockenscheibe 7 mit einer
vorstehenden Kontur 8 aufweist, wobei auf der Nockenscheibe 7,
speziell auch auf dem Oberflächenabschnitt der Nockenscheibe 7 mit
der vorstehenden Kontur 8, ein Drehstift 9 abrollt.
Der Drehstift 9 ist um Drehstiftachse 10 drehbar
und in Richtung der Schlägerachse 4 unverschieblich
an dem Schläger 3 angeordnet. Bei der Drehung
der Nockenscheibe 7 rollt der Drehstift 9 über
die vorstehende Kontur 8 derart, dass dabei der Schläger 3 entlang
der Schlägerachse 4 um einen bestimmten Betrag,
nämlich den axialen Verschiebeweg, verschoben wird.
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Das
Schlagwerk 1 umfasst weiter eine spannbare mechanische
Feder, die den Schläger 3 beaufschlagt, so dass
der Schläger 3, wenn dieser durch den Drehstift 9 in
eine Richtung verlagert wird, in die Gegenrichtung, also auf den
Döpper 5, beschleunigt zurückgeführt
wird.
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Die
mechanische Feder umfasst als einziges Federelement eine erste Torsionsfeder 11 und
eine zweite Torsionsfeder 12, die axial, in Richtung der Schlägerachse 4 voneinander
beabstandet und unabhängig voneinander einstellbar vorgesehen
sind. Beide Torsionsfedern sind an zwei axial beabstandeten Drehstäben
ausgebildet.
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Im
folgenden wird nur die erste Torsionsfeder 11 näher
beschrieben. Die erste Torsionsfeder 11 ist als Abschnitt
des ersten Drehstabes 13 (3) ausgebildet,
wobei der Drehstab 13 im wesentlichen senkrecht zu dem
Korpus des Schlägers 3 an dem Schläger 3 befestigt
ist. Der Drehstab 13 ist bezogen auf die Schlägerachse 4 symmetrisch
angeordnet, so dass im weiteren nur ein Teilabschnitt, der in 2 und 3 jeweils
unterhalb der Schlägerachse 4 dargestellte, näher
erläutert wird.
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Das
Korpus des Drehstabes 13 weist einen im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt auf und ist mit seinem mittleren Abschnitt an dem Schläger 3 angeordnet.
Zur Befestigung der Torsionsfeder 11 an dem Schläger 3 ist
eine Gabel 14 vorgesehen, deren beide Gabelarme beidseits
des Schlägers 3 vorgesehen sind und die die Torsionsfeder 11 bzw.
den Drehstab 13 in einem Abstand zu der Schlägerachse 4 hält.
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Wird
der Schläger 3 entlang der Schlägerachse 4 durch
den Nockenscheibenantrieb 6 periodisch bewegt, wird in
den Drehstab 13 ein Moment eingeleitet, das eine Drehung
des Drehstabes 13 um dessen Drehstabachse 15 (3)
hervorruft. Dabei wird der als Torsionsfeder 11 ausgebildete
Abschnitt des Drehstabes 13 elastisch gespannt.
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Die
Torsionsfeder 11 wird zwischen einem ersten Ende 16,
an dem die Torsionsfeder 11 und der Drehstab 13 fest
an der Gabel 14 eingespannt ist, und einem zweiten Ende 17 ausgebildet
(3). An den beiden Enden 16, 17 ist
eine Drehung des Drehstabes 13 um die Drehstabachse 15 unterdrückt, nämlich
an dem ersten Ende 16 durch die Befestigung des Drehstabes 13 an
der Gabel 14 und an dem zweiten Ende 17 durch
einen Stift 18, der in eine Nut 19 greift, die
sich entlang des Drehstabes 13 im wesentlichen parallel
zu der Drehstabachse 15 erstreckt. Der Stift 18 ist
an dem Gehäuse 2 angeordnet, so dass das zweite
Ende 17 der Torsionsfeder 11 indirekt drehfest
an dem Gehäuse 2 abgestützt ist. Das
zweite Ende 17 der Torsionsfeder 11 ist mittels einer
den Stift 18 und die Nut 19 umfassenden Nut-Stift-Führung
in einem Verstellelement 20 geführt.
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Eine
zur Ausbildung der elastischen Energie zur Verfügung stehende
Federlänge ist durch den Abstand der beiden Enden 16, 17 der
Torsionsfeder 11 gebildet.
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Der
Stift 18 lässt sich entlang der Nut 19 radial,
also in Richtung auf die Schlägerachse 4, verschieben,
so dass die Federlänge der Torsionsfeder 11 einstellbar
ist. Hierzu ist ein Einstellmechanismus vorgesehen, der das Verstellelement 20 umfasst,
an dem der Stift 18 der Nut-Stift-Führung befestigt
ist. Das Verstellelement 20 ist als Platte ausgebildet, durch
deren Bohrung der Drehstab 13 geführt wird, wobei
der Stift 18 so an der Platte befestigt ist, dass der Stift 18 in
die Nut 19 reicht. Die Platte des Verstellelementes 20 ist
an dem Gehäuse 2 radial verschieblich, bezogen
auf die Schlägerachse 4, aufgenommen.
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Zur
radialen Verschiebung des Verstellelementes 20 ist eine
Betätigungsvorrichtung vorgesehen, die eine Gewindestange 20 umfasst,
die auf der einen Seite bezogen auf die Schlägerachse 4 ein Rechtsgewinde 21 und
auf der anderen Seite ein Linksgewinde 22 aufweist. Das
Rechtsgewinde 21 steht in Eingriff mit dem Verstellelement 20,
während das Linksgewinde 22 mit einem weiteren
Verstellelement 23 in Eingriff steht, wobei das weitere
Verstellelement 23 entsprechend dem Verstellelement 20 ausgebildet
ist und bezogen auf die Schlägerachse 4 dem Verstellelement 20 gegenüberliegend
angeordnet ist. Durch Betätigen der Gewindestange 20 durch einen
Bediener werden beide Verstellelemente 20, 23 synchron
entweder auf die Schlägerachse 4 hin oder von
der Schlägerachse 4 wegbewegt. Entsprechend ändert
sich die freie Federlänge der beiden als Torsionsfedern 11 ausgebildeten
Abschnitte des Drehstabs 13. Beide Verstellelemente 20, 23 wirken mit
beiden Torsionsfedern 11, 12 zusammen, so dass sich
beide Torsionsfedern 11, 12 gemeinsam einstellen
lassen.
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Für
beide Torsionsfedern 11, 12 lässt sich
die Federlänge einstellen, ohne den axialen Verschiebeweg
des Schlägers 3 bzw. die Periode, mit der der Nockenscheibenantrieb 6 den
Schläger 3 beaufschlagt, ändern zu müssen.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war die
Führung des zweiten Endes 17 der Torsionsfedern 11, 12 als
Nut-Stift-Führung in dem Verstellelement 20 (bzw.
dem weiteren Verstellelement 23) ausgebildet. Hierzu war
der Stift 18 an dem Verstellelement 20, 23 befestigt,
und die Nut 19 an dem Korpus des Drehstabes 13 angeordnet,
als dessen Abschnitt die Torsionsfeder 11 ausgebildet war.
Es versteht sich, dass die Nut ebenfalls in dem Verstellelement 20, 23 vorgesehen
sein kann, und dass der Stift an dem Korpus des Drehstabes vorgesehen
ist. Der Stift kann dabei als Rippe ausgebildet sein, die sich entlang
des Drehstabes erstreckt, sofern die Erstreckung des Verstellelementes
in radialer Richtung, bezogen auf die Schlägerachse 4,
nicht dem gesamten vorgesehenen Verstellweg entspricht.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wies der
Drehstab 13 und damit die beiden Torsionsfedern 11, 12 ein
Korpus mit im wesentlichen drehrunden, kreisförmigen Querschnitt auf.
Es versteht sich, dass mindestens eine der Torsionsfedern 11, 12 zumindest
im Bereich des zweiten Endes 17 eine von der Kreisform
abweichende Querschnittskontur aufweisen kann, und dass die Bohrung
in dem Verstellelement 20, 23 eine zu der Querschnittskontur
komplementäre Berandung aufweist. Damit ist das zweite
Ende 17 der Torsionsfeder 11, 12 gegenüber
einer Drehung um die Drehstabachse 15 formschlüssig
gesichert, während das Verstellelement 20, 23 gegenüber
dem Drehstab 13 verschieblich ist. Beispielsweise kann
die Torsionsfeder 11, 12 im Bereich des zweiten
Endes 17 einen quadratischen Querschnitt aufweisen, und
die Bohrung in dem Verstellelement 20, 23 einen
quadratischen Umriss, so dass das zweite Ende 17 der Torsionsfeder 11, 12 durch
einen Formschluss an einer Drehung um die Drehstabachse 15 gehindert
ist, allerdings entlang der Drehstabachse 15 verschieblich
bleibt. Es versteht sich weiter, dass die Abmessungen des Drehstabes 13 mit
dem Abstand von der Schlägerachse 4 veränderlich
sein können, beispielsweise kann der Durchmesser des Drehstabes 13 mit
zunehmenden Abstand von der Schlägerachse 4 zunehmen.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war der
Drehstab 13 als ein bis auf die Nut 19 im wesentlichen
vollzylindrischer Stab ausgebildet, dessen Mitte an dem Schläger 3 mittels
der Gabel 14 befestigt ist. Es versteht sich, dass der Drehstab
auch eine von der Stabform abweichende Gestalt aufweisen kann, insbesondere
kann der Drehstab auch U-förmig ausgebildet sein, wobei
die Schenkel des U im wesentlichen parallel zu der Schlägerachse 4 angeordnet
sind. Ein Verstellmechanismus ist in diesem Fall nicht mehr im wesentlichen
radial, also in einer Richtung senkrecht zu der Schlägerachse 4,
sondern parallel zu der Schlägerachse 4 verschieblich
an dem Gehäuse 2 abgestützt.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war der
Drehstab 13 als ein bis auf die Nut 19 im wesentlichen
vollzylindrischer Stab ausgebildet. Es versteht sich, dass der Drehstab 13 auch als
Hohlzylinder ausgebildet sein kann, in dessen Innern ein Verschiebeelement
beispielweise mittels einer Nutführung verstellbar aufgenommen
ist. Durch Verstellen des Verschiebeelementes in dem Hohlzylinder
lässt sich das Rückstellmoment einstellen, wobei
ausgenutzt wird, dass der hohlzylindrische Abschnitt ein anderes
Rückstellmoment aufweist als der Abschnitt, in dem das
Verschiebeelement vorgesehen ist.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel waren
zwei Torsionsfedern 11, 12 vorgesehen, die an
zwei in Richtung der Schlägerachse 4 beabstandeten
Drehstäben ausgebildet waren. Es versteht sich, dass nur
ein Drehstab vorgesehen sein kann. Es versteht sich weiter, dass
zwei oder mehr Drehstäbe vorgesehen sein können,
die entlang des Umfangs des Schlägers 3 etwa um
180° oder um 90° versetzt angeordnet sind.
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Bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel war die Nut 19 so
angeordnet, dass der Stift 18 nicht aus der Nut 19 greifen
kann. Es versteht sich, dass auch vorgesehen sein kann, den Stift 18 mit
der Nut 19 außer Eingriff zu setzen, um die betreffende
Torsionsfeder 11 zu dem Schlagwerk 1 zu- oder
ausschalten zu können.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel waren
die beiden Torsionsfedern 11, 12 der beiden Drehstäbe
als einzige Bestandteile der mechanischen Feder vorgesehen. Es versteht
sich, dass das Schlagwerk 1 die Torsionsfedern nicht als einzige
Feder zu umfassen braucht. Es kann insbesondere vorgesehen sein,
dass zusätzlich zu der mindestens einen Torsionsfeder 11, 12 eine
weitere Feder, beispielsweise eine Schraubendruckfeder vorgesehen
ist, die mit der Torsionsfeder 11, 12 bei dem
Spannen des Schlägers 3 zusammenwirkt.
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- 1
- Schlagwerk
- 2
- Gehäuse
- 3
- Schläger
- 4
- Schlägerachse
- 5
- Döpper
- 6
- Nockenscheibenantrieb
- 7
- Nockenscheibe
- 8
- vorstehende
Kontur
- 9
- Drehstift
- 10
- Drehstiftachse
- 11
- erste
Torsionsfeder
- 12
- zweite
Torsionsfeder
- 13
- Drehstab
- 14
- Gabel
- 15
- Drehstabachse
- 16
- erstes
Ende der Torsionsfeder 11, 12
- 17
- zweites
Ende der Torsionsfeder 11, 12
- 18
- Stift
- 19
- Nut
- 20
- Gewindestange
- 21
- Rechtsgewinde
- 22
- Linksgewinde
- 23
- weiteres
Verstellelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1584420
A1 [0005]
- - DE 4030027 A1 [0006]
- - DE 102008005831 [0007]