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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Schlagwerk nach Anspruch 1 bzw. nach Anspruch
10 für eine Werkzeugmaschine sowie eine Werkzeugmaschine,
insbesondere eine Handwerkzeugmaschine, speziell einen elektrischen
Bohrhammer oder einen Schlagschrauber, nach Anspruch 13 oder 14.
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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 einzige 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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DE 103 56 928 A1 beschreibt
ein Schlagwerk für eine Werkzeugmaschine, das einen Schläger
umfasst. Der Schläger wird von einem Luftpolster angetrieben,
wobei das Luftpolster über einen Kolben beaufschlagt ist.
Der Kolben wiederum ist mittels eines Pleuels an einem Antrieb befestigt.
Zwischen einem Ende der Pleuelstange und dem Kolben ist ein Entkopplungselement
vorgesehen, das als Schraubenfeder, als Blattfeder oder als Federpaket
ausgebildet sein kann. Das Entkopplungselement dient nur dazu, den
Kolben von der Pleuelstange so zu entkoppeln, dass ein Rückstoß über
die Pleuelstange in den Antrieb unterdrückt wird. Die Druckschrift
zeigt damit ein pneumatisches Schlagwerk mit einer Rückschlagunterdrückung.
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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 für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 13
oder 14 erfindungsgemäß durch ein Schlagwerk nach
Anspruch 1 oder 10 gelöst.
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Weil
die mechanische Feder eine erste Teilfeder und eine zweite Teilfeder
umfasst, und die beiden Teilfedern durch ein entlang der Schlägerachse verschiebliches
Zwischenelement getrennt sind, ist es möglich, wahlweise nur
eine der beiden Teilfedern oder beide Teilfedern gemeinsam den Schläger spannen
zu lassen. Insbesondere lassen sich bereits bestehende Schlagwerke
mit nur einer einzigen mechanischen Feder um eine weitere Feder
ergänzen, so dass das entstehende Schlagwerk zwei Teilfedern umfasst.
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Es
bietet sich an, mindestens eine der beiden Teilfedern als Tellerfeder,
insbesondere als Tellerfederpaket, auszubilden. Derartige Tellerfedern, insbesondere
Tellerfederpakete, lassen sich mit geringen Toleranzen und in hohen
Stückzahlen mit hoher Reproduzierbarkeit preiswert herstellen
und platzsparend, insbesondere auch nachträglich, einbauen.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls den Fall, dass die mechanische Feder,
auch wenn sie als einzige mechanische Feder ausgebildet ist, eine
Tellerfeder umfasst, insbesondere ein Tellerfederpaket umfasst. Innerhalb
des Tellerfederpaketes lässt sich ein entlang der Schlägerachse
verschiebliches Zwischenelement zwischen einzelnen der Tellerfedern
anordnen, so dass wahlweise alle Tellerfedern oder nur eine bzw.
wenige der Tellerfedern als mechanische Feder wirken, die den Schläger
spannt. Tellerfedern bieten sich als mechanische Federn an, weil
diese leicht stapelbar und damit platzsparend anzuordnen sind.
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Die
Tellerfeder ist einfach gebaut, preiswert in hoher Stückzahl
erhältlich und lässt sich nachträglich
in ein Schlagwerk einbauen. Im Vergleich zu einer Schraubendruckfeder
als einziger mechanischer Feder erfordern Tellerfedern einen geringeren
Bauraum. Da eine hohe Schlagstärke durch eine einfache
Parallelschaltung oder Reihenschaltung von mehreren Tellerfedern,
beispielsweise in einem Tellerfederpaket, erzielen lässt,
bietet sich die Möglichkeit, die Masse des Schlägers
zu reduzieren.
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Umfasst
die mechanische Feder mindestens zwei Teilfedern, ist eine der beiden
Teilfedern als Schraubendruckfeder und die andere der beiden Teil federn
als Tellerfeder bzw. als Tellerfederpaket ausgebildet. Es versteht
sich, dass auch vorgesehen sein kann, dass beide Teilfedern als
Schraubendruckfedern ausgebildet sind.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass das Zwischenelement axial lösbar festlegbar
ist. Damit kann der Bediener wählen, ob beide Teilfedern
oder nur eine der beiden Teilfedern den Schläger beaufschlagt.
Bei einer mechanischen Feder, die zwei Tellerfedern bzw. Tellerfederpakete
umfassen, die durch ein entlang einer Schlägerachse verschiebliches
Zwischenelement getrennt sind, besteht die Möglichkeit, durch
die Anzahl der Tellerfedern pro Tellerfederpaket die elastische
Energie des jeweiligen Tellerfederpaketes einzustellen, sowie durch
die axiale lösbare Festlegung des Zwischenelementes auszuwählen, ob
beide Tellerfederpakete oder nur eines der Tellerfederpakete den
Schläger beaufschlagen soll.
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Insbesondere
ist es möglich, durch Einstellung der mechanischen Feder
die Schlagstärke des Schlägers einstellen zu können,
ohne den Verschiebeweg des Schlägers bzw. die Periode,
mit der der Schläger beaufschlagt wird, ändern
zu müssen.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass ein Feststellmechanismus das Zwischenelement
festlegt. Der Bediener kann den Feststellmechanismus betätigen
bzw. lösen, um die Schlagstärke des Schlägers einstellen
zu können.
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Hinsichtlich
der Ausbildung des Feststellmechanismus ist vorzugsweise vorgesehen,
dass der Feststellmechanismus eine Gabel umfasst, die einen Rand
der Scheibe des Zwischenelementes abschnittsweise festlegt. Es bietet
sich insbesondere an, das Zwischenelement als Scheibe auszubilden, die
die Schlägerachse umgibt, wobei die Scheibe entlang der
Schlägerachse beweglich, aber lösbar festlegbar
ist, und den Rand der Scheibe durch die Gabel des Feststellmechanismus
festlegen bzw. freigeben zu lassen. Die Gabel ist dabei radial,
bezogen auf die Schlägerachse, in dem Feststellmechanismus
geführt.
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Vorzugweise
ist hinsichtlich der Ausbildung des die Gabel umfassenden Feststellmechanismus vorgesehen,
dass die Gabel mittels einer Nockenstange betätigbar ist.
Die Nockenstange weist an der äußeren Mantelfläche
eine Kontur auf, so dass durch ein Drehen der Nockenstange der die
Kontur aufweisende Abschnitt die Gabel radial auf die Scheibe so drückt,
dass die Scheibe nicht mehr entlang der Richtung der Schlägerachse
verschiebbar ist. Damit beaufschlagt nur diejenige Teilfeder, speziell
nur diejenige Tellerfeder bzw. dasjenige Tellerfederpaket, das zwischen
der axial festgelegten Scheibe und dem Döpper bzw. dem
Werkzeug angeordnet ist, den Döpper bzw. das Werkzeug.
Es versteht sich, dass das Schlagwerk mehrere axial, also in Richtung
der Schlägerachse, beabstandete Scheiben oder Zwischenelemente
umfassen kann, die durch ein gemeinsames Betätigungsmittel,
insbesondere durch eine einzige Nockenstange mit axial unterschiedlicher
Außenkontur, festgestellt bzw. freigegeben werden können.
Legt die Nockenstange eine bestimmte Scheibe fest, indem die Kontur
der Nockenscheibe mittels der Gabel den Rand der Scheibe radial
andrückt, und wird die Nockenstange gedreht, so dass die
Gabel den Rand der Scheibe freigibt, ist vorgesehen, dass die Gabel
von der Schlägerachse fort weisend vorgespannt ist, um
ein sicheres Ausgreifen der Gabel aus dem Rand der Scheibe und damit
ein sicheres Freigeben der Scheibe zu ermöglichen.
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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 in einem Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Handwerkzeugs,
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2 zeigt
eine Schnittansicht des Schlagwerks aus 1 entlang
einer Ebene, die die Schlägerachse enthält,
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3 zeigt
den Schnitt entlang A-A aus 2, und
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4 zeigt
den Schnitt entlang B-B aus 2.
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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 eine Drehstiftachse 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 10, 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 10 umfasst eine erste Teilfeder 11,
eine zweite Teilfeder 12 und eine dritte Teilfeder, wobei
die jeweiligen Teilfedern 11, 12 als Tellerfederpakete
ausgebildet sind. Jedes der Tellerfederpakete umfasst ca. fünf
Tellerfedern die jeweils in einer Reihenschaltung vorliegen. Die
erste Teilfeder 11 und die zweite Teilfeder 12 sind
durch ein erstes Zwischenelement 13 getrennt. Die zweite
Teilfeder 12 und die dritte Teilfeder sind durch ein zweites Zwischenelement 14 getrennt.
Beide Zwischenelemente 13, 14 sind entlang der
Schlägerachse 4 verschieblich, aber bezogen auf
die Schlägerachse 4 und damit axial lösbar
festlegbar.
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Im
folgenden wird insbesondere das die erste Teilfeder 11 und
die zweite Teilfeder 12 trennende erste Zwischenelement 13 beschrieben
mit dem Verständnis, dass das die zweite Teilfeder 12 von
der dritten Teilfeder trennende zweite Zwischenelement 14 analog
aufgebaut und ausgestaltet ist. Das Zwischenelement 13 umfasst
eine ringförmige Scheibe 16, die die Schlägerachse 4 umgibt
und deren Scheibenachse mit der Schlägerachse 4 fluchtet.
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Zum
wahlweisen lösbaren Festlegen des Zwischenelementes 13, 14 ist
ein in 3, 4 näher dargestellter
Feststellmechanismus 15 vorgesehen. Der Feststellmechanismus 15 umfasst
eine Gabel 17, die einen Endabschnitt mit einer kreisbogenförmigen
Kontur aufweist, wobei im Bereich der kreisbogenförmigen
Kontur eine Nut 18 angeordnet ist (4). Die
kreisbogenförmige Kontur ist bezogen auf die Scheibe 16 so
ausgebildet, dass ein Rand 19 der Scheibe in der Nut 18 der
Gabel 17 abschnittsweise aufgenommen werden kann (3).
Die Gabel 17 ist an dem Gehäuse 2 (1)
abgestützt und bezüglich des Gehäuses 2 auf
die Schlägerachse 4 hin radial verschieblich angeordnet.
Der Feststellmechanismus 15 umfasst weiter ein Spannelement 20, das
die Gabel 17 in radialer Richtung weg von der Schlägerachse 4 mechanisch
beaufschlagt.
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Das
in 3 dargestellte erste Zwischenelement 13 ist
ein einer Stellung dargestellt, bei der die Scheibe 16 mittels
der Gabel 17 gehalten, also an dem Gehäuse 2 abgestützt
ist, so dass die Scheibe 16 des ersten Zwischenelementes 13 axial
nicht mehr beweglich ist.
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Das
in 4 dargestellte zweite Zwischenelement 14 ist
in einer Stellung dargestellt, bei der die Gabel 17 außer
Eingriff mit der Scheibe 16 des zweiten Zwischenelementes 14 ist,
so dass das zweite Zwischenelement 14 axial, also entlang
der Schlägerachse 4, verschieblich ist.
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3 und 4 zusammengenommen
zeigen dabei eine Situation, bei der nur die Tellerfedern des ersten
Tellerfederpaketes 11, also der zwischen dem ersten Zwischenelementes 11 und
dem Döpper 5 angeordneten ersten Teilfeder 11,
gespannt werden, wenn der Drehstift 9 die Kontur 8 aufläuft.
Die Tellerfedern des zweiten und des dritten Tellerfederpaketes
werden dabei nicht gespannt. Auf den Döpper 5 wird
dabei nur die in den Tellerfedern der ersten Teilfeder 11 gespeicherte
elastische Energie übertragen, wenn der Drehstift 9 die
Kontur 8 verlässt.
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Wäre
das in 4 dargestellte zweite Zwischenelement 14 axial
festgelegt, wie es in 3 für das erste Zwischenelement 13 gezeigt
ist, und gleichzeitig das erste Zwischenelement 13 axial
verschieblich, wie es in 4 für das zweite Zwischenelement 14 dargestellt
ist, würden die Tellerfedern sowohl der ersten Teilfeder 11 als
auch der zweiten Teilfeder 12 gespannt, wenn der Drehstift 9 die
Kontur 8 auf der Nockenscheibe 7 hinaufläuft.
Verlässt der Drehstift 9 die Kontur 8,
tragen die Tellerfedern sowohl der ersten Teilfeder 11 als
auch der zweiten Teilfeder 12 zur mechanischen Beaufschlagung
des Schlägers 3 gegenüber dem Döpper 5 bei.
Die axiale Verschieblichkeit des ersten Zwischenelementes 13 trägt
in diesem Fall dazu bei, dass die elastische Energie der Tellerfedern
der zweiten, mittleren Teilfeder 12 nicht an dem ersten
Zwischenelement 13 absorbiert wird, sondern an den Döpper 5 übertragen
wird.
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Durch
das axiale Festlegen eines der Zwischenelemente 13, 14 lässt
sich die Schlagstärke des Schlägers 3 derart
festlegen, dass die auf den Döpper 5 übertragene
Schlagenergie durch das dem Döpper 5 nächstliegende,
axial festgelegte, also nicht mehr in Richtung der Schlägerachse 4 verschiebliche
Zwischenelement bestimmt ist.
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Zur
synchronen Betätigung beider Zwischenelemente 13, 14,
insbesondere beider Gabeln 17 der beiden Zwischenelemente 13, 14,
ist eine Nockenstange 21 vorgesehen, deren Betätigung
die Gabel 17 des einen Zwischenelementes freigibt und zugleich
die Gabel 17 des anderen Zwischenelementes axial festlegt.
Die Nockenstange 21 ist innerhalb des Gehäuses 2 (1)
im wesentlichen parallel zu der Schlägerachse 4 angeordnet
und weist im Bereich der Gabel 17 des ersten Zwischenelementes
eine erste Konturierung 22 und im Bereich der Gabel 17 des
zweiten Zwischenelementes 14 eine zweite Konturierung 23 auf.
Die jeweilige Konturierung 22, 23 bewirkt, dass
die Gabel 17 entgegen der Wirkung des Spannelementes 20 so
gegen die Scheibe 16 des betreffenden Zwischenelementes 13, 14 gedrückt
wird, dass der Rand 19 der Scheibe 16 in der Nut 18 an
der Gabel 17 aufgenommen wird.
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Die
beiden Konturierungen 22, 23 der Nockenstange 21 sind
in Umfangsrichtung der Nockenstange 21 so versetzt, dass
nur jeweils eine der beiden Konturierungen 22 die Scheibe 16 des
Zwischenelementes 12 in der Gabel 17 festgelegt
werden lässt (3), während die andere
der beiden Konturierungen 23 einen Abstand zu der Gabel 17 einhält.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel waren
alle drei Teilfedern 11, 12 jeweils als Tellerfederpaket
ausgebildet. Es versteht sich, dass mindestens eine oder sämtliche
der Teilfedern auch einem anderen Federtyp angehören können; insbesondere
kann mindestens eine der Teilfedern als Schraubendruckfeder ausgebildet
sein.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war für
beide Zwischenelemente 13, 14 ein gemeinsamer,
die Nockenstange 21 umfassender Feststellmechanismus 15 vorgesehen.
Es versteht sich, dass jedes der beiden Zwischenelemente 13, 14 einen
eigenen Feststellmechanismus aufweisen kann. Beispielsweise kann
für jede der Gabeln 17 der beiden Scheiben 16 der
Zwischenelemente 13, 14 eine eigene Nockenstange
vorgesehen sein.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel waren
die Tellerfedern eines jeden der drei Tellerfederpakete der Teilfedern 11, 12 jeweils
in Reihenschaltung angeordnet. Es versteht sich, dass die Tellerfedern
mindestens eines der Tellerfederpakete auch in Parallelschaltung
angeordnet sein können. Es versteht sich ferner, dass die
Tellerfederpakete eine unterschiedliche Anzahl von Tellerfedern pro
Tellerfederpaket aufweisen können, eingeschlossen den Fall,
dass mindestens eines der Tellerfederpakete nur eine einzige Tellerfeder
umfasst.
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- 1
- Schlagwerk
- 2
- Gehäuse
- 3
- Schläger
- 4
- Schlägerachse
- 5
- Döpper
- 6
- Nockenscheibenantrieb
- 7
- Nockenscheibe
- 8
- Kontur
der Nockenscheibe 7
- 9
- Drehstift
- 10
- mechanische
Feder
- 11
- erste
Teilfeder
- 12
- zweite
Teilfeder
- 13
- erstes
Zwischenelement
- 14
- zweites
Zwischenelement
- 15
- Feststellmechanismus
- 16
- Scheibe
- 17
- Gabel
- 18
- Nut
- 19
- Rand
der Scheibe 16
- 20
- Spannelement
- 21
- Nockenstange
- 22
- erste
Konturierung
- 23
- zweite
Konturierung
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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]
- - DE 10356928 A1 [0009]