DE102009047107A1

DE102009047107A1 - Elektrowerkzeug mit adaptivem Schwingungsreduzierer

Info

Publication number: DE102009047107A1
Application number: DE102009047107A
Authority: DE
Inventors: Carsten Diem; Willy Braun; Hardy Schmid; Holger Ruebsaamen; Jan Koalick; Peter Loehnert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-05-26
Also published as: WO2011064027A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug mit einer Masse, die zur Ausübung einer gegen eine Gehäuseschwingung des Elektrowerkzeugs wirkenden Gegenschwingung vorgesehen ist, und mit einem Steuerungsmittel, mit dem die Amplitude, die Phasenlage und/oder die Frequenz der Gegenschwingung der Masse in Abhängigkeit von vibrationsrelevanten Größen des Elektrowerkzeugs veränderbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Kompensation von Gehäuseschwingungen eines Elektrowerkzeugs, wobei während des Betriebes des Elektrowerkzeugs vibrationsrelevante Daten des Elektrowerkzeugs erfasst, und eine Amplitude, Phasenlage und/oder Frequenz einer Gegenschwingung einer Masse des Elektrowerkzeugs während des Betriebes des Elektrowerkzeugs in Abhängigkeit von den vibrationsrelevanten Daten eingestellt werden.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug mit einer Masse, die zum Ausgleich von Gehäuseschwingungen in dem Elektrowerkzeug angeordnet ist, sowie ein Verfahren zur Kompensation von Gehäuseschwingungen des Elektrowerkzeugs.
Durch Inkrafttreten der gesetzlichen Forderung, bei Verwendung von Elektrowerkzeugen das täglich zulässige Arbeitspensum an die auf den Bediener einwirkende, körperliche Belastung zu koppeln, findet bei Elektrowerkzeugen, vor allem bei Bohr- und Schlaghämmern, das Thema Vibrationen eine immer größer werdende Bedeutung.
Beim Schlagbohren und Meißeln eines Hammers geht eine sehr große körperliche Belastung für den Bediener von der durch das Schlagwerk erzeugten Gehäuseschwingung aus. Gerade bei großen Bohr- und Schlaghämmern sind aufgrund der hohen Schlagenergie die Vibrationen sehr ausgeprägt. Für Bediener solcher Maschinen reduziert sich die erlaubte Arbeitszeit deshalb ohne weitere Maßnahmen zum Teil erheblich. In Folge dessen wird bei der Entwicklung zunehmend an Lösungen gearbeitet, bei denen Vibrationen von Elektrowerkzeugen reduziert sind. Dadurch kann sichergestellt werden, dass auch weiterhin uneingeschränkt mit diesen Geräten gearbeitet werden kann.
7 zeigt eine typische Gehäuseschwingung 100, die bei Vibrationen des Gehäuses von Bohr- und Schlaghammern 7 entsteht, welche durch eine Schlagwerksbaugruppe 8 verursacht ist, bei der der Schläger 121 durch einen exzentrischen Kolbentrieb 12 angetrieben wird. Auf der horizontalen Achse 101 ist der Umdrehungswinkel [in °] dargestellt, auf der vertikalen Achse 102 die Auslenkung [in mm] des Gehäuses. Die vibrationsgenerierende Gehäuseschwingung 100 ist aus mehreren Frequenzanteilen zusammengesetzt. Die Hauptfrequenz ist aus der periodischen Beschleunigung des Schlägers 121 abgeleitet. Die 7 zeigt jedoch, dass der Auslenkung, die durch die periodische Beschleunigung des Schlägers 121 verursacht ist, noch weitere Frequenzanteile aus anderen Vibrationsquellen, z. B. aus den Stoß- und Rückstoßvorgängen der Schlagkette sowie von unausgeglichenen Massenkräften des Antriebes, überlagert sind. Denn die Gehäuseschwingung 100 verläuft nicht im Wesentlichen sinusförmig mit der Hauptfrequenz, sondern dem sinusförmigen Verlauf mit Hauptfrequenz sind weitere Frequenzanteile überlagert.
Da nichtlineare Systeme mit nur bedingt harmonischen Bewegungsabläufen wirken, überlagern sich die einzelnen Vibrationsanteile in komplexer Weise. Durch Spiel zwischen den einzelnen Bauteilen, durch nichtlineare Elastizitätsverläufe, durch die nichtlinearen Stoßvorgänge und durch die nur angenähert harmonischen Reaktionskräfte aus dem Schlagwerk ergeben sich unharmonische Gehäuseschwingungen komplexer Ordnung.
Eine optimale Reduzierung der Gehäuseschwingung wird erreicht, wenn ein Schwingungsreduktionssystem der in 7 dargestellten Gehäuseschwingung möglichst exakt entgegenwirkt.
In der Praxis erfolgt die Erzeugung von Gegenkräften, die den Gehäusevibrationen entgegenwirken, beispielsweise mit Hilfe von Tilgern.
Ein Tilger ist ein Feder-Masse-System mit festgelegter Resonanzfrequenz, durch den eine signifikante Schwingungsreduktion nur in einem kleinen Bereich nahe der Resonanzfrequenz erreicht werden kann.
Bei Tilgern mit einem Freiheitsgrad werden die Masse und die Federsteifigkeit des Tilgers so gewählt, dass die resultierende Tilgereigenfrequenz in der Nähe der größten störenden Vibrationsfrequenz des Gehäuses liegt. Dann wirkt die Schwingungstilgung je nach Größe und Tilgerdämpfung und dem Verhältnis zwischen Tilger- und Gerätemasse aber nur in einem relativ schmalen Frequenzbereich effektiv. Außerhalb dieses Wirkbereiches kann es sogar zu einer Erhöhung der Schwingungsamplituden kommen.
Um einen breiteren Frequenzbereich abzudecken und die Tilgungswirkung zu verstärken, werden daher auch Tilgersysteme mit mehreren Freiheitsgraden, d. h. mit mehreren gekoppelten Feder-Masse-Systemen eingesetzt.
Die Druckschrift EP 1 415 768 A1 offenbart einen solchen Schwingungstilger für ein Elektrowerkzeug, der mindestens eine Masse umfasst, die in mindestens eine Raumrichtung beweglich ist. Die Masse ist an einer Feder angeordnet, deren Federkonstante auf die Schwingungen des Werkzeugs in dieser Raumrichtung abgestimmt ist.
Um die Tilgerfrequenz besser an die Hauptvibrationsfrequenz anzupassen, sind auch aktive Tilgersysteme bekannt. Beispielsweise ist bei Elektrowerkzeugen mit Schlagwerksbaugruppe die Hauptvibrationsfrequenz die Schlagfrequenz des Schlagwerkes. Bei solchen Elektrowerkzeugen werden die Schwingungstilger beispielsweise zusätzlich vom Exzentertrieb oder, wie die Druckschrift EP 1 464 449 A1 offenbart, von einer vom Schlagwerk verursachten Druckdifferenz angetrieben.
Den bisher bekannten Schwingungstilgern ist jedoch gemein, dass ihre Masse-Federsysteme nur in ihrem begrenzten Frequenzbereich effektiv wirksam sind. Bei einer Änderung der Betriebsparameter eines Elektrowerkzeugs, beispielsweise der Drehzahl des Antriebsmotors des Elektrowerkzeugs, die während des Betriebes des Elektrowerkzeugs und insbesondere während der Bearbeitung eines Werkstücks zwangsläufig stattfindet, kann der Wirkbereich der Schwingungstilger jedoch überschritten werden und die Tilgung daher uneffektiv sein.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Elektrowerkzeug zu schaffen, bei dem die Gehäuseschwingung eines Elektrowerkzeugs besser reduzierbar ist, und das besser an die dynamischen Erfordernisse im Elektrowerkzeug angepasst ist, sowie ein Verfahren zur Reduktion der Gehäuseschwingung des Elektrowerkzeugs.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Elektrowerkzeug mit

• einer Masse, die zur Ausübung einer gegen eine Gehäuseschwingung des Elektrowerkzeugs wirkenden Gegenschwingung vorgesehen ist,
• einem ersten Erfassungsmittel zur Erfassung von vibrationsrelevanten Größen des Elektrowerkzeugs, und
• einem Steuerungsmittel,

Dadurch ist die Gegenschwingung der Masse dynamisch anpassbar. Durch dynamische Anpassung der Amplitude, Phasenlage und/oder Frequenz der Gegenschwingung der Masse ist der effektive Frequehzbereich der Masse vergrößert. Außerdem ist mittels des Steuerungsmittels die Gegenschwingung der Masse dynamisch an den augenblicklichen Betriebszustand des Elektrowerkzeugs anpassbar, oder das Vibrationsniveau ist unabhängig vom Betriebspunkt der Maschine reduzierbar. Dabei werden in Abhängigkeit von der Anwendung des Elektrowerkzeugs vorzugsweise verschiedene vibrationsrelevante Größen berücksichtigt.
Das erste Erfassungsmittel erfasst bevorzugt die Gehäuseschwingung des Elektrowerkzeugs. Dafür werden beispielsweise Beschleunigungssensoren und/oder Wegmesssensoren verwendet. Die Masse ist daher in Abhängigkeit von der Gehäuseschwingung steuer- oder regelbar.
Ebenfalls bevorzugt erfasst das erste Erfassungsmittel oder weitere Erfassungsmittel die Drehzahl und/oder die Drehgeschwindigkeit eines Antriebsmotors des Elektrowerkzeugs, die aktuelle Bewegung der Masse, durch den Bediener am Elektrowerkzeug veränderbare Einstellungen und/oder weitere vibrationsrelevante Größen. Die Masse ist daher, insbesondere zusätzlich, in Abhängigkeit von einer Vielzahl weiterer vibrationsrelevanter Größen steuer- oder regelbar. Insbesondere ist zwischen verschiedenen Betriebsmodi des Elektrowerkzeugs differenzierbar.
Das Elektrowerkzeug umfasst bevorzugt eine Auswerteeinheit, die mit dem Erfassungsmittel verbunden ist, um die vibrationsrelevanten Größen auszuwerten, und um dem Steuerungsmittel ein von den vibrationsrelevanten Größen abhängiges Ausgangssignal bereitzustellen. Dafür umfasst die Auswerteeinheit eine Logik, mit der die vibrationsrelevanten Größen in das Ausgangssignal wandelbar sind. Vorzugsweise erfolgt die Analyse der vibrationsrelevanten Größen durch Vergleich mit Standard-Größen. Als Logik ist aber ebenfalls bevorzugt eine intelligente Steuerung oder Regelung einsetzbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht die Auswerteeinheit eine adaptive Regelung der Gegenschwingung. Dies ist beispielsweise mittels einer Fuzzicontrol-Logik möglich. Dadurch kann nicht nur bekanntes dynamisches Verhalten des Elektrowerkzeugs in den verschiedenen Betriebsmodi, sondern auch das Verhalten eines Bedieners oder die Bearbeitung von Werkstücken unterschiedlicher Materialien berücksichtigt werden.
Um die für die Logik benötigten Daten zu speichern, umfasst die Auswerteeinheit bevorzugt eine Speichereinheit. Weiterhin bevorzugt umfasst sie eine Datenein- und -Ausgabeschnittstelle, so dass die Speichereinheit auch für andere Daten, beispielsweise für das Elektrowerkzeug selbst betreffende Daten nutzbar ist.
Die Auswerteeinheit ist beispielsweise eine prozessorgesteuerte Einheit. Sie kann aber auch als elektrische Schaltung, insbesondere integrierte Schaltung, beispielsweise als ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Masse an einem elastischen Kraftmittel, insbesondere einer Feder, angeordnet. In dieser Ausführungsform ist die Masse eine steuer- oder regelbare Tilgermasse. Das Kraftmittel ist beispielsweise eine Spiralfeder, eine Schraubendruckfeder oder eine Blattfeder.
Das Steuerungsmittel wirkt vorzugsweise mit der Masse und/oder dem Kraftmittel zusammen. Besonders bevorzugt wirkt das Steuerungsmittel unmittelbar mit der Masse und/oder dem Kraftmittel zusammen. Oder es wirkt ebenfalls besonders bevorzugt mittelbar mit der Masse und/oder dem Kraftmittel zusammen, beispielsweise indem es ein Wirkmittel aktiviert oder betätigt, welches mit der Masse und/oder dem Kraftmittel unmittelbar zusammenwirkt.
Als Ausgangssignal stellt die Auswerteeinheit dem Steuerungsmittel bevorzugt ein Signal zur Verfügung, welches bei Zusammenwirken des Steuerungsmittels mit der Masse und/oder dem Kraftmittel die Gegenschwingung der angetriebenen Masse, und zwar erfindungsgemäß die Amplitude, die Phasenlage und/oder die Frequenz der Gegenschwingung, so beeinflusst, dass die durch die angetriebene Masse resultierende Kraft der Gehäuseschwingung möglichst exakt entgegen wirkt und diese somit weitestgehend kompensiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mittels des Steuerungsmittels ein Lagerpunkt des Kraftmittels verschiebbar, so dass eine Vorspannung des Kraftmittels veränderbar ist. Durch die Änderung der Vorspannung ändert sich die Eigenfrequenz des Masse-Kraftmittel-Systems, so dass die Gegenschwingung der Masse in Abhängigkeit von den betriebsrelevanten Größen optimierbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Masse eine erste Teilmasse und eine zweite Teilmasse, wobei mittels des Steuerungsmittels die erste Teilmasse und die zweite Teilmasse reversibel miteinander koppelbar sind, so dass das Gewicht der Masse veränderbar ist. Eine Vergrößerung des Gewichtes der Masse führt zu einer Verschiebung der Eigenfrequenz des Masse-Kraftmittel-Systems zu tieferen Frequenzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Masse und/oder das Kraftmittel magnetisch, wobei mittels des Steuerungsmittels die Richtung und/oder der Betrag eines Magnetfeldes, welches auf die Masse und/oder das Kraftmittel wirkt, veränderbar ist. Dabei sind die Masse und/oder das Kraftmittel bevorzugt dauermagnetisch. Das auf die Masse und/oder das Kraftmittel wirkende Magnetfeld überlagert sich mit dem Magnetfeld der Masse und/oder des Kraftmittels. Durch Änderung der Richtung und/oder des Betrages des auf die Masse und/oder das Kraftmittel wirkenden Magnetfeldes ist daher die Amplitude, die Phasenlage und/oder die Frequenz der Gegenschwingung der Masse veränderbar.
Das Steuerungsmittel ist bevorzugt ein Aktuator, oder ebenfalls bevorzugt umfasst das Steuerungsmittel einen Aktuator, insbesondere einen Stellmotor, einen Linearmotor oder einen Elektromagneten.
In einer bevorzugten Ausführungsform, in der das Steuerungsmittel ein Aktuator ist, insbesondere ein Linearmotor, ist die Masse unmittelbar an dem Aktuator angeordnet. Die Masse wird dann unmittelbar durch den Linearmotor angetrieben.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zur Kompensation von Gehäuseschwingungen, insbesondere eines erfindungsgemäßen Elektrowerkzeugs, mit einer Masse, die zur Ausübung einer gegen eine Gehäuseschwingung des Elektrowerkzeugs wirkenden Gegenschwingung vorgesehen ist, wobei die Gehäuseschwingung und/oder weitere vibrationsrelevante Größen während des Betriebes des Elektrowerkzeugs erfasst werden, und wobei ein Steuerungsmittel im Elektrowerkzeug vorgesehen ist, mittels dem die Amplitude, die Phasenlage und/oder die Frequenz der Gegenschwingung in Abhängigkeit von den vibrationsrelevanten Größen während des Betriebes des Elektrowerkzeugs eingestellt werden.
Das Einstellen der Amplitude, Phasenlage und/oder Frequenz der Gegenschwingung ermöglicht eine Optimierung der Gegenschwingung, so dass die Gegenschwingung der Gehäuseschwingung möglichst exakt entgegen wirkt und diese somit weitestgehend kompensiert. Außerdem ist dadurch der effektive Frequenzbereich der Masse vergrößerbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
1–6 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Elektrowerkzeugs, und
7 zeigt eine Gehäuseschwingung eines Elektrowerkzeugs sowie eine Gegenschwingung einer Masse.
1–6 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Elektrowerkzeugs 1.
Als Elektrowerkzeug 1 ist hier beispielhaft ein Bohrhammer gezeigt, der eine Schlagwerksbaugruppe 3 umfasst.
In der Schlagwerksbaugruppe 3 ist ein Schläger 121 vorgesehen, der über ein Pleuel 12, welches mittels eines Exzenterpins 11 exzentrisch an einer Exzenterscheibe 10 gelagert ist, die sich um eine Exzenterachse 9 dreht, linear angetrieben ist.
Die Exzenterscheibe 10 ist mittels eines ebenfalls um die Exzenterachse 9 drehbaren Zahnrades 23 antreibbar, welches mit einem Antriebsritzel 22 in Eingriff ist, das drehfest an einer Antriebswelle 21 eines Antriebsmotors 20 des Elektrowerkzeugs 1 angeordnet ist.
Bei Drehung der Exzenterscheibe 10 in eine Drehrichtung 8 um die Exzenterachse 9 wird der Schläger 121 der Schlagwerksbaugruppe 3 in einer Längsrichtung 4 hin und her bewegt.
Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf Elektrowerkzeuge 1 mit Schlagwerksbaugruppe 3 beschränkt, sondern auch für andere Elektrowerkzeuge 1 verwendbar, beispielsweise auf Bohrmaschinen, Stichsägen oder ähnlich.
Im Folgenden wird der Begriff Bohrhammer synonym für das Elektrowerkzeug 1 verwendet.
Der Bohrhammer 1 weist ein erstes Erfassungsmittel 61 zur Erfassung erster vibrationsrelevanter Größen E1 auf, mit dem als erste vibrationsrelevante Größe E1 die Gehäuseschwingung 100 des Bohrhammer 1 erfassbar ist. Das erste Erfassungsmittel 61 ist daher beispielsweise eine Beschleunigungssensor oder ein Wegmesssensor. Weiterhin weist der Bohrhammer 1 ein zweites Erfassungsmittel 62 auf, mit dem als zweite vibrationsrelevante Größe E2 die Drehzahl und/oder der Drehwinkel des Antriebsmotors 20 des Bohrhammers 1 erfassbar ist. Als zweites Erfassungsmittel 62 sind dabei herkömmliche Drehzahl und/oder Drehwinkel-Geber verwendbar, beispielsweise Kommutierungsgeber, Drehzahlgeber, Resolver, Lagegeber und weitere.
Die erfassten ersten und zweiten vibrationsrelevanten Größen E1, E2, sowie weitere erfasste vibrationsrelevante Größen E3, werden einer Auswerteeinheit 7, die mit den Erfassungsmitteln 61, 62 verbunden ist, zur Auswertung übermittelt. Weitere vibrationsrelevante Größen E3 sind dabei beispielsweise die aktuelle Bewegung der Masse 51 und/oder vom Bediener veränderbare Einstellungen.
Die Auswerteeinheit 7 umfasst eine Logik, mit der die vibrationsrelevanten Größen E1, E2 in ein Ausgangssignal A wandelbar sind, welches einem Steuermittel 54 bereitgestellt wird.
In den in 1–3 gezeigten Ausführungsformen ist als Steuermittel 54 ein Stellmotor vorgesehen. Daher werden in diesen 1–3 die Begriffe Steuermittel 54 und Stellmotor synonym verwendet.
In den in 4–5 gezeigten Ausführungsformen ist als Steuermittel 55 ein Elektromagnet vorgesehen. Daher werden in diesen 4–5 die Begriffe Steuermittel 55 und Elektromagnet synonym verwendet.
In der in 6 gezeigten Ausführungsform ist als Steuermittel 541 ein Linearmotor vorgesehen. Daher werden in dieser 6 die Begriffe Steuermittel 541 und Linearmotor synonym verwendet.
In der 1 ist mittels des Stellmotors 54 ein Lagerpunkt 90 eines Kraftmittels 52, hier ein Einspannpunkt 90 einer Blattfeder 52, verschiebbar. In der 1 werden daher die Begriffe Lagerpunkt 90 und Einspannpunkt 90 sowie Kraftmittel 52 und Blattfeder 52 jeweils synonym verwendet. An einem Ende der Blattfeder 52 ist eine Masse 51 angeordnet. Die Blattfeder 52 ist mit ihrem anderen Ende am Gehäuse 33 des Elektrowerkzeugs 1 gelagert. Die Masse 51 ist daher so vorgesehen, dass mit ihr eine Gegenschwingung 103, die der Gehäuseschwingung 100 entgegenwirkt und diese zumindest teilweise kompensiert, ausführbar ist.
Der Stellmotor 54 treibt ein Zahnrad 531 an, das mit einem gezahnten Schieber 53, zusammenwirkt. Beim Drehen des Zahnrades 531 wird der Schieber 53 entlang einer Erstreckungsrichtung 91 der Blattfeder 52 verschoben. Am Schieber 53 ist ein Einspannmittel 532 angeordnet, das den Einspannpunkt 90 für die Blattfeder 52 bildet, so dass sich beim Verschieben des Schiebers 53 der Einspannpunkt 90 der Blattfeder 52 verschiebt.
In der Ausführungsform der 1 wirkt daher der Stellmotor 54 nicht unmittelbar mit der Masse 51 und/oder der Blattfeder 52 zusammen, sondern es sind Wirkmittel vorgesehen, hier ein Zahnrad 531, ein Schieber 53 sowie ein Einspannmittel 532, die mit der Blattfeder 52 zusammenwirken.
Durch Verändern des Einspannpunktes 90 ändert sich die Federkonstante der Blattfeder 52, so dass sich sowohl die Amplitude 104 als auch die Phasenlage φ der Gegenschwingung 103 der Masse 51 ändert.
In der Ausführungsform der 2 ist im Gegensatz zur Ausführungsform der 1 die Masse zwischen einer ersten Spiralfeder 521 und einer zweiten Spiralfeder 522 aufgehängt, wobei die erste Spiralfeder 521 an einem ersten Lagermittel 901 und die zweite Spiralfeder 522 an einem zweiten Lagermittel 902 gelagert ist. Das erste Lagermittel 901 sowie das zweite Lagermittel 902 sind entlang einer Spindel 99 in der Erstreckungsrichtung 91 der ersten und zweiten Spiralfeder 521, 522 hin und her verschieblich.
Mittels des Stellmotors 54 ist die Spindel 99 drehbar, so dass sich das erste sowie das zweite Lagermittel 901, 902 entlang der Erstreckungsrichtung 91 verschiebt. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen das erste und das zweite Lagermittel 901, 902 getrennt voneinander verschieblich sind.
Durch das Verschieben der Lagermittel 901, 902 ändert sich die Federvorspannung der Spiralfedern 521, 522. Dadurch ändert sich insbesondere die Amplitude 104 der Gegenschwingung 103 der Masse 51.
In der Ausführungsform der 3 ist die Masse 51 ebenfalls zwischen einer ersten Spiralfeder 521 und einer zweiten Spiralfeder 522 angeordnet. Jedoch ist hier lediglich der erste Lagerpunkt 90 der ersten Spiralfeder 521 in der Erstreckungsrichtung 91 verschieblich vorgesehen. Dafür ist hier beispielhaft eine Kulisse 98 vorgesehen und der Lagerpunkt 90 durch einen Verschieber 90 gebildet, der in der Kulisse 98 und entgegen der Kraft der ersten Spiralfeder 521 verschieblich ist.
Der Verschieber 90 wirkt mit einer Fliehkraftgewichtsanordnung 56 zusammen, die mit dem Stellmotor 54 antreibbar ist. Auch hier bewirkt das Verschieben des Lagerpunktes eine Änderung der Amplitude 104 der Gegenschwingung 103 der Masse 51.
In der Ausführungsform der 4 ist eine erste Teilmasse 511 zwischen einer ersten Spiralfeder 521 und einer zweiten Spiralfeder 522 aufgehängt. Weiterhin ist eine zweite Teilmasse 512 vorgesehen, die im Bereich der ersten Teilmasse 511 angeordnet ist. Die zweite Teilmasse 512 erstreckt sich beispielsweise zumindest teilweise entlang der ersten Teilmasse 511 oder ist beispielsweise um diese herum angeordnet. Zwischen der ersten Teilmasse 511 und der zweiten Teilmasse 512 ist, beispielsweise in einem Spalt (hier nicht gezeigt), eine magnetorheologische Flüssigkeit 57 angeordnet.
Im Bereich der Teilmassen 511, 512 ist ein Elektromagnet 55 als Stellmittel 55 so angeordnet, dass beim Einschalten des Elektromagneten 55 die magnetorheologische Flüssigkeit 57 ein Ankoppeln der zweiten Teilmasse 512 an die erste Teilmasse 511 bewirkt, so dass sich das Gewicht der die Gegenschwingung 103 ausübenden Masse 51 ändert. Nämlich das Gewicht ist bei nicht eingeschaltetem Elektromagneten 55 im Wesentlichen das Gewicht der ersten Teilmasse 511, und bei eingeschaltetem Elektromagneten 55 im Wesentlichen das Gewicht der ersten Teilmasse 511 zuzüglich dem Gewicht der zweiten Teilmasse 512, so dass die Masse 51 im ersten Fall die erste Teilmasse 511 ist, und so dass die Masse 51 im zweiten Fall aus der ersten Teilmasse 511 und der zweiten Teilmasse 512 gebildet ist.
Das größere Gewicht verursacht eine Verschiebung der Eigenfrequenz der Masse 51 zu tieferen Frequenzen, so dass sich sowohl die Amplitude 104 als auch die Phasenlage φ der Gegenschwingung 103 der Masse 51 ändern.
In der Ausführungsform der 5 ist die Masse 51 analog zur 4 zwischen einer ersten und einer zweiten Spiralfeder 521, 522 aufgehängt, und es wird ein Elektromagnet 55 als Steuerungsmittel 55 verwendet. Jedoch ist die Masse 51 hier magnetisch, und zwar beispielhaft durch in der Masse 51 angeordnete Dauermagnete 513. Bei Einschalten des Elektromagneten 55 überlagern sich die Magnetfelder des Elektromagneten 55 und der Masse 51. Dadurch ist die Gegenschwingung 103 der Masse 51 sowohl in Bezug auf ihre Amplitude 104, als auch in Bezug auf ihre Frequenz 1/T, als auch in Bezug auf ihre Phasenlage φ durch Ansteuerung des Elektromagneten 55 mit einem entsprechenden Ausgabesignal A der Auswerteeinheit 7 sehr genau auf die Gehäuseschwingung 103 abstimmbar, so dass eine sehr gute Kompensation der Gehäuseschwingung 103 erreichbar ist.
Es sind auch Ausführungsformen mit anderen elektromagnetischen Kupplungen verwendbar.
Die Gegenschwingung 103 der Masse 51 ist als vibrationsrelevante Größe E1, E2, E3 verwendbar. Zur Erfassung der Gegenschwingung 103 ist eine Hilfswicklung 551 im Elektromagnet 55 anordbar, die beispielhaft in 5 schematisch gezeigt ist, wobei die Gegenschwingung 103 der Masse 51 in der Hilfswicklung 551 einen Strom induziert, aus dessen Verlauf die Amplitude 104 und die Frequenz 1/T der Gegenschwingung 103 ableitbar ist.
In der Ausführungsform der 6 ist zum Antrieb der Masse 51 ein Linearmotor 541 vorgesehen. Die Masse 51 ist unmittelbar am Linearmotor 541 angeordnet, so dass hier der Linearmotor 541 als Steuerungsmittel 541 unmittelbar mit der Masse 51 zusammenwirkt. Durch ein entsprechendes Ausgabesignal A ist mit dieser Ausführungsform sowohl die Amplitude 104, als auch die Frequenz 1/T, als auch die Phasenlage φ der Gegenschwingung 103 an die Gehäuseschwingung 100 anpassbar. Daher ist auch mit dieser Ausführungsform eine sehr gute Kompensation der Gehäuseschwingung 100 des Elektrowerkzeugs 1 möglich.
7 zeigt eine Gehäuseschwingung 100 eines Elektrowerkzeugs 1 sowie eine Gegenschwingung 103 einer Masse 51, die im Elektrowerkzeug 1 zur Kompensation der Gehäuseschwingung 100 vorgesehen ist.
Da eine Gehäuseschwingung 100 durch eine Vielzahl von Vibrationsquellen verursacht ist, z. B. durch den Schlag einer Schlagwerksbaugruppe 3, aus den Stoß- und Rückstoßvorgängen der Schlagkette, durch unausgeglichene Massenkräfte des Antriebes und weitere, verläuft die Gehäuseschwingung 100 nicht im Wesentlichen sinusförmig. Sondern die Gehäuseschwingung 100 setzt sich, wie 7 zeigt, aus einer Vielzahl von sinusförmigen Schwingungen verschiedener Amplituden, Phasenlagen und Frequenzen zusammen.
Durch eine im Wesentlichen sinusförmige Gegenschwingung 103 lässt sich daher die Gehäuseschwingung 100 nur teilweise kompensieren.
Die 7 zeigt beispielhaft eine sinusförmige Gegenschwingung 103, die beispielsweise von einer an einer Feder 52 aufgehängten Masse 51 (s. 1) ausgeführt wird.
In 7 sind die Amplitude 104 der Gegenschwingung 103, ihre Frequenz 1/T durch ihre Periodendauer T sowie ihre Phasenlage φ relativ zur Gehäuseschwingung 100 gezeigt.
Die erfindungsgemäßen Elektrowerkzeuge 1 sehen eine Steuerung oder Regelung der zur Kompensation der Gehäuseschwingung 100 vorgesehenen Masse 51 mittels eines Steuerungsmittels 54, 55, 541 vor, und zwar in Abhängigkeit von vibrationsrelevanten Größen E1, E2, E3.
Dadurch ist bei Steuerung beziehungsweise Regelung eines erfindungsgemäßen Elektrowerkzeugs 1, insbesondere mit Masse-Federsystem, der effektive Frequenzbereich größer.
Ferner ist die Gegenschwingung 103 der Masse 51 dynamisch anpassbar an den augenblicklichen Betriebszustand des Elektrowerkzeugs 1, oder wahlweise kann das Vibrationsniveau auch unabhängig vom Betriebspunkt des Elektrowerkzeugs 1 reduziert werden.
Insgesamt ist dadurch die Kompensation der Gehäuseschwingung 100 des Elektrowerkzeugs 1 effektiver möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1415768 A1 [0011]
EP 1464449 A1 [0012]

Claims

Elektrowerkzeug (1) mit • einer Masse (51, 511, 512), die zur Ausübung einer gegen eine Gehäuseschwingung (100) des Elektrowerkzeugs (1) wirkenden Gegenschwingung (103) vorgesehen ist, • einem ersten Erfassungsmittel (61) zur Erfassung von vibrationsrelevanten Größen (E1, E2, E3) des Elektrowerkzeugs (1), und • einem Steuerungsmittel (54, 55, 541), dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Steuerungsmittels (54, 55, 541) die Amplitude (104), die Phasenlage (φ) und/oder die Frequenz (1/T) der Gegenschwingung (103) der Masse (51) in Abhängigkeit von den vibrationsrelevanten Größen (E1, E2, E3) des Elektrowerkzeugs (1) veränderbar ist.
Elektrowerkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Auswerteeinheit (7) umfasst, die mit dem ersten Erfassungsmittel (61) verbunden ist, um die vibrationsrelevanten Größen (E1, E2, E3) auszuwerten, und um dem Steuerungsmittel (7) ein von den vibrationsrelevanten Größen (E1, E2, E3) abhängiges Ausgangssignal (A) bereitzustellen.
Elektrowerkzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) eine adaptive Regelung der Gegenschwingung (103) ermöglicht.
Elektrowerkzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Erfassungsmittel (61) die Gehäuseschwingung (100) des Elektrowerkzeugs (1) erfasst.
Elektrowerkzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Erfassungsmittel (61) oder weitere Erfassungsmittel (62) die Drehzahl und/oder die Drehgeschwindigkeit eines Antriebsmotors (20) des Elektrowerkzeugs (1), die Gegenschwingung (103) der Masse (51), und/oder weitere vibrationsrelevante Größen (E1, E2, E3) erfasst.
Elektrowerkzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (51) an einem elastischen Kraftmittel (52), insbesondere einer Feder, angeordnet ist.
Elektrowerkzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel (54, 55, 541) mit der Masse (51) und/oder dem Kraftmittel (52) zusammenwirkt.
Elektrowerkzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Steuerungsmittels (54) ein Lagerpunkt (90, 901, 902) des Kraftmittels (52) verschiebbar ist, so dass eine Vorspannung des Kraftmittels (52) veränderbar ist.
Elektrowerkzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (51) eine erste Teilmasse (511) und eine zweite Teilmasse (512) umfasst, und dass mittels des Steuerungsmittels (55) die erste Teilmasse (511) und die zweite Teilmasse (512) reversibel miteinander koppelbar sind, so dass das Gewicht der Masse (51) veränderbar ist.
Elektrowerkzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (51) und/oder das Kraftmittel (52) magnetisch sind, und dass mittels des Steuerungsmittels (55) die Richtung und/oder der Betrag eines Magnetfeldes, welches auf die Masse (51) und/oder das Kraftmittel (52) wirkt, veränderbar ist, so dass die Gegenschwingung (103) der Masse (51) veränderbar ist.
Elektrowerkzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel (54, 55, 541) ein Aktuator (54, 55, 541) ist, oder dass das Steuerungsmittel (54, 55, 541) einen Aktuator (54, 55, 541) umfasst, insbesondere ein Stellmotor, ein Linearmotor oder ein Elektromagnet.
Verfahren zur Kompensation von Gehäuseschwingungen (100), insbesondere des Elektrowerkzeugs (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Masse (51), die zur Ausübung einer gegen eine Gehäuseschwingung (100) des Elektrowerkzeugs (1) wirkenden Gegenschwingung (103) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseschwingung (100) und/oder weitere vibrationsrelevante Größen (E1, E2, E3) während des Betriebes des Elektrowerkzeugs (1) erfasst werden, und dass ein Steuerungsmittel (54, 55, 541) im Elektrowerkzeug (1) vorgesehen ist, mittels dem die Amplitude (104), die Phasenlage (φ) und/oder die Frequenz (1/T) der Gegenschwingung (103) in Abhängigkeit von den vibrationsrelevanten Größen (E1, E2, E3) während des Betriebes des Elektrowerkzeugs (1) eingestellt werden.