DE102009046348A1

DE102009046348A1 - Dämpfungsvorrichtung, Werkzeugmaschine mit einer Dämpfungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Dämpfungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009046348A1
Application number: DE200910046348
Authority: DE
Inventors: Gerd Schlesak; Gerhard Meixner; Christian Köpf; Patrick Heinen; Michael Weiss; Roger Hahn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2011-05-05
Also published as: EP2496855A1; CN102597566A; WO2011054579A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen, insbesondere in Handwerkzeugmaschinen, mit einem Federelement (100, 101, 102, 103, 104). Es wird vorgeschlagen, dass das Federelement (100, 101, 102, 103, 104) mindestens zwei Bereiche (130, 140, 230, 240, 330, 340, 430, 440) aufweist, welche sich in mindestens einer Elementkenngröße und/oder einer Materialkenngröße unterscheiden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung von Vibrationen und ein Verfahren zur Herstellung einer Dämpfungsvorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Zur Dämpfung von Vibrationen in Werkzeugmaschinen, insbesondere in Handwerkzeugmaschinen ist es bekannt, mindestens einen Massekörper derart beweglich und durch eine Antriebsvorrichtung der Werkzeugmaschine zu einer periodischen Bewegung antreibbar in und/oder an einem Gehäuse der Werkzeugmaschine anzuordnen, dass durch die bei der periodische Bewegung am Massekörper auftretenden Trägheitskräfte eine auf die Vibrationen dämpfend wirkende Gegenkraft erzeugt wird.
Darüber hinaus ist es bekannt, dass ein in und/oder an Gehäuse der Werkzeugmaschine beweglich angeordnetes Masse-Feder-System, welches mindestens einen zum Gehäuse relativ beweglich gelagerten Massekörper aufweist, wobei der Massekörper über mindestens ein elastisches Element, vorzugsweise ein Federelement am Gehäuse abgestützt ist. Das Masse-Feder-System weist dabei ein im Wesentlich durch eine Masse m des Massekörpers und eine Federsteifigkeit k des elastischen Elements bestimmte Resonanzfrequenz f_R auf. Auf das Gehäuse einwirkende Vibrationen mit einer Schwingungsfrequenz nahe der Resonanzfrequenz oder Oberschwingungen davon regen das Masse-Feder-System zu Schwingungen an. Diese Schwingungsanregung des Masse-Feder-Systems entzieht den Vibrationen Energie, woraus ein Dämpfungseffekt resultiert. Derartig Dämpfungsvorrichtungen werden auch als Tilger oder Resonanzdämpfer bezeichnet, da ihre dämpfende Wirkung auf Vibrationen ein signifikantes Resonanzverhalten zeigt.
Aus EP 1 415 768 A1 ist ein Tilger mit einer Tilgermasse und mindestens einer Feder bekannt, wobei die Feder vorzugsweise als Schraubenfeder zwischen der Tilgermasse und einer Anlagefläche angeordnet ist. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, dass insbesondere zwischen der Tilgermasse und der Feder eine geeignete Verbindung geschaffen werden muss. Dabei wirkt bei einer Auslegung des Tilgers eine innere Reibung insbesondere in den Verbindungsbereichen des Federelements nachteilig. Weiters ist im Allgemeinen eine geeignete Lagerung der Tilgermasse vorzusehen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass sie besonders kostengünstig herstellbar ist, da sie möglichst wenige Teile umfasst. Das Federelement der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung weist dazu mindestens zwei Bereiche auf, welche sich in mindestens einer Elementkenngröße und/oder einer Materialkenngröße unterscheiden. Dabei wird unter einer Elementkenngröße insbesondere eine geometrische Eigenschaft der Ausführung des Federelements verstanden. Eine Materialkenngröße meint dabei insbesondere eine Materialeigenschaft, beispielsweise eine Elastizität, und/oder eine geometrische Größe des Ausgangsmaterials, zum Beispiel eine Materialstärke.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
In einer bevorzugten, einfach herzustellenden Ausführung ist das Federelement der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung als eine Schraubenfeder mit Federwindungen ausgebildet. Unter einer Federwindung wird dabei ein Abschnitt, insbesondere eine Schleife, vorzugsweise eine Drahtschleife verstanden, welche sich im Wesentlichen mit einem Windungsdurchmesser um eine Haupterstreckungsachse, vorzugsweise um 360° umlaufend um die Haupterstreckungsachse der Schraubenfeder erstreckt und axial eine im Wesentlichen in Richtung der Haupterstreckungsachse orientierte Windungssteigung aufweist. Unter einer Windungssteigung wird dabei insbesondere ein axialer Abstand zwischen einem Anfang der Federwindung und einem Ende der Federwindung entlang der Haupterstreckungsachse, d. h. ein axialer Abstand über eine volle Umdrehung der Federwindung verstanden. Insbesondere wird das Federelement durch eine Aneinanderreihung insbesondere aneinandergereihte Verbindung einer Mehrzahl von Federwindungen bzw. Abschnitten entlang der Haupterstreckungsachse gebildet.
Die Federwindungen der zwei Bereiche unterscheiden sich dabei in mindestens einer Elementkenngröße und/oder Materialkenngröße. Eine Elementkenngröße einer Federwindung meint dabei insbesondere den Windungsdurchmesser, die Windungssteigung und/oder eine Windungsstärke. Unter einer Windungsstärke wird hierbei insbesondere eine Querschnittsfläche und/oder ein Querschnittsdurchmesser der Schleife – beispielsweise eine Drahtstärke bei einer Drahtschleife – in einer Schnittfläche senkrecht zur Schleife verstanden. Weiters wird unter einer Materialkenngröße bei einer Schraubenfeder insbesondere eine Elastizität, ein Elastizitätsmodul, eine Bruch-Dehnung und/oder andere Materialkenngrößen eines Materials der Schleife bzw. Federwindung verstanden.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung ist das Federelement eine Evolutfeder. Die Evolutfeder weist dabei Windungen einen Wickeldurchmesser, eine Windungsbreite und/oder eine Windungsstärke als bevorzugte Elementkenngrößen auf. Unter einer Evolutfeder wird dabei ein Federelement verstanden, welches vorzugsweise durch Aufwickeln eines zuvor beispielsweise durch Stanzen hergestellten Blechabschnitts um eine Federachse entsteht. Der Wickeldurchmesser ist dabei vorzugsweise im Wesentlichen analog zum Windungsdurchmesser einer Schraubenfeder zu verstehen. Unter einer Windungsbreite wird insbesondere eine Breite des Blechabschnitts der Windung parallel zur Federachse verstanden. Die Windungsstärke entspricht vorzugsweise einer Dicke des Blechabschnitts.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung ist das Federelement eine Teller-, Blatt- oder Wellfeder mit Segmenten. Unter einem Segment wird dabei insbesondere ein Abschnitt der Teller-, Blatt- oder Wellfeder verstanden, welcher durch Aneinanderreihung insbesondere aneinandergereihte Verbindung einer Mehrzahl dieser Abschnitte entlang einer Federrichtung oder -achse das Federelement bildet. Die bevorzugten Elementkenngrößen sind dabei insbesondere ein Blatt- oder Segmentabstand, eine Segmentperiodenspanne und/oder eine Segmentdimension – beispielsweise eine Segmentbreite, -dicke und/oder – fläche. Unter einer Segmentperiodenspanne wird dabei insbesondere der Abstand zwischen einem Segmentanfang und einem Segmentende entlang einer Federachse verstanden.
In einer besonders einfachen und zu gleich wirkungsvollen Ausführung der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung ist ein erster Bereich des Federelements als ein Federbereich ausgebildet, während ein zweiter Bereich als ein Massebereich ausgebildet ist. Der Federbereich zeichnet sich insbesondere durch eine Elastizität aus. Der Massebereich weist vorzugsweise einen Hauptteil einer Gesamtmasse des Federelements, vorzugsweise mehr als 50% der Gesamtmasse, insbesondere mehr als 75% der Gesamtmasse auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Massebereich gegenüber dem Federbereich eine dichtere Volumenpackung der Federwindungen oder Segmente auf. Unter einer Volumenpackung wird dabei insbesondere die Anzahl der Federwindungen oder Segmente pro Volumeneinheit bezogen auf ein Gesamtvolumen der Dämpfungsvorrichtung, insbesondere des Federelements verstanden. In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung nehmen die Windungen oder Segmente des Massebereichs einen größeren Volumenanteil als diejenigen des Federbereichs. Hierbei meint der Volumenanteil insbesondere einen Bruchteil von Windungen oder Segmenten am Gesamtvolumen der Dämpfungsvorrichtung, insbesondere des Federelements.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung ist vorgesehen, dass das Federelement einen dritten Bereich mit mindestens einer gegenüber den beiden anderen Bereichen geänderten Elementkenngröße und/oder Materialkenngröße aufweist. Vorzugsweise bildet der dritte Bereich einen Befestigungsbereich, mit welchem das Federelement gegenüber einem Gehäuse und/oder einer Einspannvorrichtung einspannbar ist. Unter einer Einspannvorrichtung wird dabei insbesondere eine Anordnung verstanden, die so ausgestaltet ist, dass das Federelement gegenüber einem äußeren Koordinatensystem festlegbar, vorzugsweise vorgespannt festlegbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Federelement symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch um eine Mittelebene ausgebildet ist, so dass mindestens auf zwei Seiten des Massebereichs ein Federbereich, insbesondere eine Federbereich und ein Spannbereich vorgesehen ist. Unter einer Mittelebene wird dabei insbesondere eine Ebene senkrecht zu der Federachse verstanden. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt vorzugsweise ein zweiseitiges Einspannen des Federelements in einer Einspannvorrichtung.
In einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung ist vorgesehen, dass an dem Massebereich mindestens ein Massekörper angeordnet ist. Hierbei meint „an dem Massebereich angeordnet” insbesondere, mit dem Massebereich verbunden und/oder in dem Massebereich aufgenommen und/oder an dem Massebereich befestigt, insbesondere im Sinne von Schrauben, Klipsen, Klemmen, Pressen und/oder Kleben. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass auf einfache Weise eine Gesamtmasse des Massebereichs erhöht werde kann, um eine weitere Anpassung einer Resonanzfrequenz und/oder der bei einer Oszillation des Masse-Feder-Systems auftretenden Trägheitskräfte des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems an die in einem Einsatz notwendigen Erfordernisse zu optimieren.
Wird das mindestens eine Federelement der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung in einem Dämpfergehäuse aufgenommen, so kann die Dämpfungsvorrichtung besonders einfach als vormontierte und/oder vorabgestimmte Baugruppe in eine Werkzeugmaschine, insbesondere in eine handgeführte Werkzeugmaschine integriert werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine handgeführte Werkzeugmaschine mit mindestens einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung von Vibrationen. Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung dabei insbesondere in Werkzeugmaschinen mit mindestens einer Antriebsvorrichtung, welche mindestens für einen axial oszillierenden, insbesondere schlagenden Antrieb eines Werkzeugs ausgebildet ist, zu einer Dämpfung der in dieser Antriebsvorrichtung auftretenden Vibrationen eingesetzt werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verfahren zur Herstellung einer Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung von Vibrationen, insbesondere zur Herstellung eines Vibrationstilgers oder Resonanzdämpfers, mit einem Federelement, wobei erfindungsgemäß ein Federbereich und ein Massebereich in einem ersten Herstellungsschritt durch eine Variation mindestens einer Elementkenngröße und/oder einer Materialkenngröße des Federelements hergestellt wird. Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren kann eine Dämpfungsvorrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden.
In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens ist weiters vorgesehen, dass während oder nach dem ersten Herstellungsschritt an und/oder in dem Massebereich eine Zusatzmasse angeordnet, vorzugsweise angebracht wird. Dabei wird unter „angebracht” insbesondere „verbinden” mit dem Massebereich, vorzugsweise durch Einpressen, Aufpressen, Ein- oder Aufschrauben, Kleben, Löten, Schweißen mit dem Massebereich verbinden verstanden.
Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
6 eine Weiterbildung des fünften Ausführungsbeispiels gemäß 5
7 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
8 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
9 ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
10 einen Bohr- und/oder Schlaghammer als Beispiel einer handgeführten Werkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
11 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Herstellverfahrens
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Schraubenfeder 101 als ein erstes Ausführungsbeispiel eines Federelements 100 einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99. Die Schraubenfeder 101 weist drei sich entlang einer Haupterstreckungsachse 110 erstreckende Bereiche 120, 130, 140 auf. Im vorliegenden Beispiel nach 1 sind dabei die Bereiche 120, 130 in symmetrischer Weise entlang der Haupterstreckungsachse 110 zu beiden Seiten des Bereichs 140 vorgesehen.
Die drei Bereiche 120, 130, 140 der Schraubenfeder 101 unterscheiden sich dabei in mindestens einer Elementkenngröße ihrer Federwindungen 122, 132, 142. Dabei haben die Federwindungen 122 des Bereichs 120 einen Windungsdurchmesser D1, welcher kleiner ist als ein Windungsdurchmesser D2 der Federwindungen 132 des Bereichs 130, welcher wiederum kleiner ist als ein dritter Windungsdurchmesser D3 der Federwindungen 142 des Bereichs 140.
Weiters weisen die Federwindungen 122, 132, 142 zumindest teilweise unter den Bereichen 120, 130, 140 abweichende Windungssteigungen 124, 134, 144 auf. In den Bereichen 120, 140 ist die Windungssteigung 124, 144 dabei gemäß 1 so gewählt, dass die Federwindungen 122, 142 in jedem der Bereiche 120, 140 dicht an dicht liegen. Vorzugsweise ist die Schraubenfeder 101 in den Bereichen 120, 140 auf Block gewickelt. Dabei wir unter „auf Block gewickelt” insbesondere verstanden, dass die Schraubenfeder 101 in diesem Bereich 120, 140 im Wesentlichen keine Elastizität entlang der Haupterstreckungsachse 110 aufweist.
Der Bereich 120 ist ein Befestigungsbereich vorgesehen, welcher ein Einspannen des Federelements 100, 101 in geeigneten Aufnahmen erlaubt.
Der Bereich 140 umfasst auf Grund seines großen Windungsdurchmessers D3 und seiner dichten Abfolge der Federwindungen 142 entlang der Haupterstreckungsachse 110 einen Hauptanteil an einer Gesamtmasse M der Schraubenfeder 101 auf. Mit einer Masse m, welche insbesondere mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 75% der Gesamtmasse M der Schraubenfeder 101 umfasst, bildet der Bereich 140 einen Massebereich des erfindungsgemäßen Federelements 100, 101.
Die Federwindungen 132 weisen dabei wiederum eine Windungssteigung 134 auf, welche dem Bereich 130 eine federnde Elastizität entlang der Haupterstreckungsachse 110 gewährt. Andererseits umfasst der Bereich 140 als Massebereich eine dichtere Volumenpackung der Windungen 142 als der Bereich 130 als Federbereich. Der Bereich 130 weist daher elastische Eigenschaften auf, welche die Zuordnung einer endlichen Federkonstanten k zu diesem Bereich gestatten. Der Bereich 130 bildet so einen Federbereich der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung. Für die Eigen- oder Resonanzfrequenz w0 der Dämpfungsvorrichtung gilt im Wesentlichen:
Da sich die unterschiedlichen Bereiche 120, 130, 140 des erfindungsgemäßen Federelements 100 nur durch veränderte Parameter unterscheiden, kann das Federelement 100 durch entsprechende Variation der Wickelparameter beim Wickeln der Schraubenfeder 101 aus einem Ausgangsrohling, vorzugsweise Draht in einem Herstellungsschritt erzeugt werden.
2 zeigt eine Weiterbildung der Schraubenfeder 101 als zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99. Die Schraubenfeder 101 gemäß 2 weist drei Bereiche 120, 130, 140 analog zu 1 auf, wobei sich die Bereiche 120, 130 in diesem Beispiel nur hinsichtlich ihrer Windungssteigung 124, 134, nicht jedoch hinsichtlich ihres Windungsdurchmessers D1 und D2 unterscheiden.
Der als Massebereich ausgebildete Bereich 140 der Schraubenfeder 101 gemäß 2 erfährt an dieser Stelle eine Weiterbildung dahingehend, dass in einem Innenraum 146 des Bereichs 140 innenliegend angeordnete Windungen 148 vorgesehen sind, welche durch die Federwindungen 142 umschlossen sind.
Diese Windungen 148 erhöhen eine Dichte des Bereichs 140 und insbesondere einen Anteil der Masse m des Bereichs 140 an der Gesamtmasse M der Schraubenfeder 101 sowie die Gesamtmasse M der Schraubenfeder 101. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass die Masse m des Massebereichs 140 bei der Herstellung über einen größeren Bereich variiert werden kann, was eine verbesserte Anpassung der Eigen- oder Resonanzfrequenz w0 an die Erfordernisse für eine Dämpfungsvorrichtung 99 sowie einer Steigerung der im Resonanzfall aufgenommenen Vibrationsenergie vorteilhaft zu Gute kommt.
3 zeigt eine zu 2 alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99 als drittes Ausführungsbeispiel. In dieser Ausführung ist im Innenraum 146 des als Massebereich ausgebildeten Bereichs 140 ein Massekörpers 150 vorgesehen. Der Massekörper 150 ist dabei von den Federwindungen 142 umgeben, insbesondere umwickelt, vorzugsweise derart umwickelt, dass der Massekörper 150 gegenüber den Federwindungen 142 im Wesentlichen starr ist.
Gegenüber der hier gezeigten sehr einfachen Ausführung des Massekörpers 150 kann der Massekörper 150 auch aus mehreren Teilen bestehen und/oder eine abweichende Struktur aufweisen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der Massekörper 150 auf einer Mantelfläche Aufnahme- und/oder Führungsstrukturen zur Anordnung der Federwindungen 142 aufweist. Beispielsweise können Nutstrukturen zur Führung der Federwindungen 142 auf der Mantelfläche vorgesehen sein.
Eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99 ist in 4 gezeigt. Dabei unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel von der Ausführung nach 3 dadurch, dass die drei Bereiche 120, 130, 140 der Schraubenfeder 101 im wesentliche identische Wicklungsdurchmesser D1, D2, D3 aufweisen. Weiters ist nur die Windungssteigung 134 so gewählt, dass der entsprechende Bereich 130 als Federbereich ausgebildet ist.
Um den als Massebereich ausgebildeten Bereich 140 der Schraubenfeder 101 ist gemäß 4 ein Massekörper 152 angeordnet. Der Massekörper 152 weist dazu eine Bohrung 154 auf, welche im vorliegenden Beispiel durchgehend ausgebildet ist. Die Bohrung 154 dient der Aufnahme der Schraubenfeder 101, wobei der Massekörper 152 in einem montierten Zustand die Schraubenfeder 101 nur im Bereich 140 berührt. Vorteilhafterweise ist der Massekörper 152 mit dem Bereich 140 der Schraubenfeder verbunden, vorzugsweise starr verbunden. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Bohrung 154 so ausgebildet ist, dass die Schraubenfeder 101 mit ihrem Bereich 140 in die Bohrung eingeschraubt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann der Massekörper 152 an und/oder mit dem Bereich 140 der Schraubenfeder 101 auch derart befestigt sein, dass die Schraubenfeder 101 mit dem Bereich 140 in die Bohrung 154 eingepresst, eingeclipst, eingeklebt ist oder anders stoff-, kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist.
5 zeigt eine weitere Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99, wobei vorgesehen ist, dass das Federelement 100, 101 innerhalb eines Dämpfergehäuses 160 angeordnet, insbesondere in dem Dämpfergehäuse 160 aufgenommen ist. In einer bevorzugten Ausführung besteht das Dämpfergehäuse 160 aus zwei Gehäuseschalen 162, 164. In einer Trennebene 166 der Gehäuseschalen 162, 164 sind dabei vorzugsweise um die Haupterstreckungsachse 110 der Schraubenfeder 101 in jeder Gehäuseschale 162, 164 Fixierausnehmungen 168, 170 vorgesehen, die zur Aufnahme und Fixierung des als Befestigungsbereich ausgebildeten Bereichs 120 der Schraubenfeder 101 dienen. Mit einer derartigen Ausgestaltung kann die Herstellung einer vormontierten, voreingestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 100 erreicht werden. Dem Fachmann sind dazu weitere Abwandlungen der Ausführung eines Dämpfergehäuses 160 bekannt, welche einsatzabhängig vorteilhaft eingesetzt werden können. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Befestigung der Schraubenfeder 101 im Dämpfergehäuse innenliegend und/oder über alternative Befestigungen ausgeführt ist. Auch kann ein vom Beispiel gemäß 5 abweichender Aufbau des Dämpfergehäuses 160 vorteilhaft sein.
In 6 ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99 nach 5 gezeigt. Dabei ist vorgesehen, dass in dem Dämpfergehäuse zwei oder auch mehrere Federelemente 100a, 100b, 101a, 101b angeordnet sind. In der Ausführung nach 6 verlaufen die Haupterstreckungsachsen 110a, 110b der Schraubenfedern 101a, 101b im Wesentlichen parallel zu einander. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die Haupterstreckungsachse 110b mindestens einer Schraubenfeder 101b unter einem von Null verschiedenen Winkel W zur Haupterstreckungsachse 110a einer ersten Schraubenfeder 101a, vorzugsweise senkrecht zur Haupterstreckungsachse 110a der ersten Schraubenfeder 101a ausgerichtet ist. Auf diese Weise wird eine erfindungsgemäße, vorteilhaft zwei- oder mehrachsige Dämpfungsvorrichtung 99 erreicht. Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn sich die mindestens zwei Schraubenfedern 101a, 101b in mindestens einem Parameter – wie beispielsweise einer Windungssteigung 134a, 134b der Federbereiche 130a, 130b und/oder einem Windungsdurchmesser und/oder eine Masse ma, mb der Bereiche 140a, 140b – unterscheiden. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung 99 zwei oder mehrere Eigen- bzw. Resonanzfrequenzen aufweist.
Eine alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99 ist in 7 gezeigt. Das Federelement 100 der Dämpfungsvorrichtung 99 ist dabei als eine Evolutfeder 102 ausgebildet. Die Evolutfeder 102 nach 2 ist entlang der Haupterstreckungsachse 110 symmetrisch ausgebildet und weist entlang der Haupterstreckungsachse 110 eine zu einer Mittelebene hin steigenden Windungsdurchmesser auf. Die Evolutfeder 102 wird dabei durch Ausstanzen und/oder Ausschneiden aus einem ebenen Rohling, vorzugsweise Blech und nachfolgendem Winkeln um die Haupterstreckungsachse 110 erhalten. Ein den mittlerer Bereich 240 bildenden Abschnitt des ebenen Rohlings weist dabei erfindungsgemäß beispielsweise eine größere Materialstärke oder Material dicke auf als die übrigen Anteile des ebenen Rohlings. Dadurch wird der Bereich 240 mit einer Zusatzmasse versehen und bildet so einen Massebereich der Dämpfungsvorrichtung 99. Ergänzend kann vorgesehen sein, dass der Rohling derart um einen Massekörper 250 gewickelt wird, dass dieser im mittleren Bereich 240 fixiert wird und die Masse m dieses Bereichs erhöht.
Eine weitere alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99 ist in 8 schematisch dargestellt. In dieser Ausführung ist vorgesehen, dass das Federelement 100 als eine Wellfeder 103 ausgeführt ist. Unter einer Wellfeder 103 wird dabei insbesondere ein senkrecht zu der Haupterstreckungsachse 110 ebene Wellen als Segmente 332, 342 aufweisendes Element verstanden, welches elastische Eigenschaften insbesondere in Richtung der Haupterstreckungsachse 110 aufweist. Erfindungsgemäß weist die Wellfeder 103 bezüglich der Segmente 332, 342 mindestens zwei Bereiche 330, 340 auf, wobei sich die Segmente 332, 342 der Bereiche 330, 340 in mindestens einer Element- und/oder Materialkenngröße unterscheiden. In einer einfach Ausführung, wie sie in 8 angedeutet ist, weisen die Segmente 342 des Bereichs 340 entlang der Haupterstreckungsachse 110 einen geringeren Abstand auf als die Segmente 332 des Bereichs 330. Der Bereich 330 bildet so einen Federbereich und der Bereich 340 einen Massebereich des Federelements 100, 103. In einer Fortbildung kann zu dem vorgesehen sein, einen Massekörper 350 innerhalb des Bereich 340 anzuordnen und vorzugsweise zumindest teilweise mit den Segmenten 342 zu verbinden.
9 zeigt eine andere Ausbildung einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99, wobei das Federelement 100, 105 als ein Stapel von Well- oder Tellerfederringen 432, 442 als Segmente ausgebildet ist. Auch hier unterscheiden sich erfindungsgemäß mindestens zwei Bereiche 430, 440 durch mindestens eine Element- und/oder Materialkenngröße ihrer Segmente 432, 442. Analog zu den im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungen kann auch hier im Bereich 440 ein zusätzlicher Massekörper 450 angeordnet und vorzugsweise mit den Segmenten 442 verbunden sein.
Ausgehend von den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Fachmann insbesondere durch Kombination der beschriebenen Merkmale leicht weitere vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99 finden können.
10 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bohr- und/oder Meißelhammers 10 als Beispiel einer Werkzeugmaschine, insbesondere eines handgeführten Werkzeugmaschine. Der Bohr- und/oder Meisselhammer 10 weist ein Gehäuse 12 sowie eine am Gehäuse 12 angeordnete Handgriffvorrichtung 14 auf. Die Handgriffvorrichtung 14 kann dabei mit dem Gehäuse 12 verbunden, insbesondere elastisch verbunden sein, oder aber einteilig mit dem Gehäuse 12 ausgeführt sein. An einer der Handgriffvorrichtung 14 gegenüberliegenden Stirnseite 16 des Gehäuses 12 ist weiters ein Werkzeughalter 18 vorgesehen. Der Werkzeughalter 18 ist insbesondere drehbar an dem Gehäuse 12 angeordnet. In alternativen Ausführungen kann der Werkzeughalter 18 insbesondere auch zumindest teilweise im Gehäuse aufgenommen sein. Der Werkzeughalter 18 dient weiters zur Aufnahme, insbesondere zur wechselbaren Aufnahme eines Werkzeugs 20. Das Werkzeug 20 weist im vorliegenden Beispiel eine Längserstreckung 22 auf.
An einem von der Handgriffsvorrichtung 14 entfernten Endbereich des Gehäuses 12 ist weiters eine dem Fachmann bekannte Zusatzhandgriffvorrichtung 24 vorgesehen. Die Zusatzhandgriffvorrichtung 24 dient dabei einer Verbesserung einer Handhabbarkeit des Bohrhammers 10.
Im Gehäuse 12 des Bohrhammers 10 ist weiters eine Antriebsvorrichtung 26 aufgenommen, welche bekannter Maßen in einem Betrieb Vibrationen verursacht, die über das Gehäuse 12 und die Handgriffvorrichtung 14 sowie die Zusatzhandgriffvorrichtung 24 auf einen Benutzer übertragen werden können. Die Antriebsvorrichtung 26 weist eine Antriebseinheit 28, eine Übersetzungseinheit 30 sowie eine Abtriebseinheit 32 auf. Im vorliegenden Beispiel nach 1 ist die Antriebseinheit 28 durch einen Motor 34, insbesondere einen Elektromotor 35 gebildet. Die Übersetzungseinheit 30 ist dazu vorgesehen, eine Bewegung, insbesondere eine Drehbewegung der Abtriebseinheit 32, 34, 35 in eine für den Antrieb des Werkzeugs 20 notwendige Bewegung zu übersetzen. Im Falle des hier geschilderten Bohrhammers 10 umfasst die Übersetzungseinheit 30 dabei ein Drehantriebsgetriebe 36 sowie ein Axialantriebsgetriebe 38. Die Abtriebseinheit 32 des Bohrhammers 10 umfasst einen Drehabtrieb 40 zum Drehantrieb des Werkzeughalters 18, welcher mit dem Drehantriebsgetriebe 36 wirkverbunden ist, sowie ein Schlagwerk 42 zur Übertragung von Schlagimpulsen auf das Werkzeug 20, welches wiederum mit dem Axialantriebsgetriebe 38 wirkverbunden ist.
In einem Betrieb der Antriebsvorrichtung 26 wird das im Werkzeughalter 18 aufgenommene Werkzeug 20 zu einer Arbeits- oder Nutzbewegung entlang seiner Arbeitsrichtung 44 angetrieben, wobei die auftretenden Kräfte Vibrationen in der Antriebsvorrichtung 26 hervorrufen. Diese Vibrationen können auf das Gehäuse 12 und/oder die Handvorrichtung 14 und/oder die Zusatzhandgriffvorrichtung 24 übertragen werden. Um die auftretenden Vibrationen zu dämpfen ist, in dem Bohr- und/oder Meißelhammer 10 mindestens eine erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung 99 vorgesehen. Ist die Eigenfrequenz der Dämpfungsvorrichtung 99 auf die dominanten Frequenzen der Vibrationen günstig abgestimmt, wirkt die Dämpfungsvorrichtung 99 in bekannter Weise als Tilger auf die Vibrationen.
Wie bereits in der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels angedeutet, besteht ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 99 darin, dass das Federelement mit mindestens einem Feder- und mindestens einem Massebereich in einem ersten Herstellungsschritt 502 durch eine Variation mindestens einer Elementkenngröße und/oder Materialkenngröße als Fertigungsparameter hergestellt werden kann. 11 zeigt dazu einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens 500. Das dem ersten Herstellungsschritt 502 zugestellte Rohmaterial, welches entweder im Wesentlichen homogene und isotrope Materialeigenschaften oder aber ein geeignetes Eigenschaftsprofil in mindestens einer Materialkenngröße – beispielsweise Blechdicke oder Drahtdurchmesser – aufweist, wird zu einem Federelement 100, 101, 102, 103, 104 mit mindestens zwei Bereichen 130, 140, 230, 240, 330, 340, 430, 440 geformt – beispielsweise gewickelt, gezogen, umgeformt oder ähnliches, wobei sich diese Bereiche 130, 140, 230, 240, 330, 340, 430, 440 in mindestens einer Element- und/oder Materialkenngröße durch entsprechende Prozessführung herbeigeführte Variation der Prozessparameter unterscheiden. In einer Erweiterung des Verfahrens ist vorgesehen, dass dem Herstellungsschritt 502 weiters ein Massekörper 150, 152, 250, 350, 450 zugeführt wird, welcher bei der Herstellung des Federelements 100, 101, 102, 103, 104 im Bereich 140, 240, 340, 440 angeordnet und vorzugsweise zumindest teilweise mit den Windungen, Elementen oder Segmenten 142, 242, 342, 442 des Bereichs 140, 240, 340, 440 verbunden wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Massekörper 152 in einem nachfolgenden Prozessschritt an oder auf dem Bereich 140, 240, 340, 440 angeordnet, vorzugsweise befestigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1415768 A1 [0004]

Claims

Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen, insbesondere in Handwerkzeugmaschinen, mit einem Federelement (100, 101, 102, 103, 104), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (100, 101, 102, 103, 104) mindestens zwei Bereiche (130, 140, 230, 240, 330, 340, 430, 440) aufweist, welche sich in mindestens einer Elementkenngröße und/oder einer Materialkenngröße unterscheiden.
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (100) als eine Schraubenfeder (101) mit Federwindungen (122, 132, 142) ausgebildet ist, und die Elementkenngröße ein Windungsdurchmesser D1, D2, D3, eine Windungssteigung (124, 134, 144) und/oder ein Windungsabstand der Windungen der Bereiche ist.
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (100) eine Evolutfeder (102) mit Windungen ist, und die Elementkenngröße ein Wickeldurchmesser, eine Windungsbreite und/oder eine Windungsstärke ist
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (100) eine Teller-, Blatt- oder Wellfeder (103, 104) mit Segmenten (330, 340, 430, 440) ist.
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich (130, 230, 330, 430) des Federelements (100, 101, 102, 103, 104) als ein Federbereich (130, 230, 330, 430) ausgebildet ist, während ein zweiter Bereich (140, 240, 340, 440) als ein Massebereich (140, 240, 340, 440) ausgebildet ist.
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Massebereich (140, 240, 340, 440) gegenüber dem Federbereich (130, 230, 330, 430) eine dichtere Volumenpackung der Windungen (132, 142, 232, 242) oder Segmente (332, 342, 432, 442) aufweist und/oder, dass die Windungen (132, 142, 232, 242) oder Segmente (332, 342, 432, 442) des Massebereichs (140, 240, 340, 440) einen größeren Volumenanteil einnehmen als diejenigen des Federbereichs (130, 230, 330, 430).
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Massebereich (140, 240, 340, 440) des Federelements (100, 101, 102, 103, 104) einen Hauptteil einer Gesamtmasse M des Federelements (100, 101, 102, 103, 104) ausmacht.
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (100, 101, 102, 103, 104) einen dritten Bereich (120) mit mindestens einer gegenüber den beiden anderen Bereichen (130, 140, 230, 240, 330, 340, 430, 440) geänderten Elementkenngröße und/oder Materialkenngröße aufweist.
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Bereich einen Befestigungsbereich bildet, mit welcher das Federelement (100, 101, 102, 103, 104) gegenüber einem Gehäuse (160) und/oder einer Einspannvorrichtung einspannbar ist.
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (100, 101, 102, 103, 104) symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch um eine Mittelebene ausgebildet ist, so dass mindestens auf zwei Seiten des Massebereichs (140, 240, 340, 440) ein Federbereich (130, 230, 330, 430), insbesondere eine Federbereich (130) und ein Befestigungsbereich (120) vorgesehen ist.
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Massebereich (140, 240, 340, 440) mindestens ein Massekörper (150, 152, 250, 350, 450) angeordnet ist.
Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federelement (100, 101, 102, 103, 104) in einem Dämpfergehäuse (160) aufgenommen ist.
Werkzeugmaschine, insbesondere handgeführte Werkzeugmaschine, mit mindestens einer Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren (500) zur Herstellung einer Dämpfungsvorrichtung (99) zur Dämpfung von Vibrationen mit einem Federelement (100, 101, 102, 103, 104), dadurch gekennzeichnet, dass ein Federbereich (130, 230, 330, 430) und ein Massebereich (140, 240, 340, 440) in einem ersten Herstellungsschritt (502) durch eine Variation mindestens einer Elementkenngröße und/oder Materialkenngröße des Federelements (100, 101, 102, 103, 104) hergestellt werden.
Verfahren (500) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt an dem Massebereich (140, 240, 340, 440) ein Massekörper (152) angebracht wird.