DE102010027205A1

DE102010027205A1 - Handwerkzeug

Info

Publication number: DE102010027205A1
Application number: DE201010027205
Authority: DE
Inventors: Joachim Clabunde; Mark Heilig
Original assignee: C&E Fein GmbH and Co
Current assignee: C&E Fein GmbH and Co
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-01-12
Also published as: US20120037391A1; US9085058B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Handwerkzeug, insbesond einem Gehäuse (12) mit einem Getriebekopf (14), mit einer durch einen Motor (70) rotatorisch antreibbaren Antriebswelle (80), die über einen Koppeltrieb mit einer Werkzeugspindel (24) zu deren Antrieb koppelbar ist, wobei die Werkzeugspindel (24) um ihre Längsachse (60) drehoszillatorisch antreibbar und zur Aufnahme eines Werkzeugs (16) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Werkzeugspindel (24) ein Schwingungstilger (26) vorgesehen ist, der eine Tilgermasse (28) aufweist, die die Werkzeugspindel (24) umgreift. Dabei ist die Tilgermasse (28) vorzugsweise im Wesentlichen ringsegmentförmig ausgebildet und umgreift die Werkzeugspindel (24) zu mindestens 180°, vorzugsweise zu mindestens 270°, weiter bevorzugt zu 360° (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Handwerkzeug, insbesondere ein Werkzeug zum Schleifen oder Schneiden, mit einem Gehäuse mit einem Getriebekopf, mit einer durch einen Motor rotatorisch antreibbaren Antriebswelle, die über einen Koppeltrieb mit einer Werkzeugspindel zu deren Antrieb koppelbar ist, wobei die Werkzeugspindel um ihre Längsachse drehoszillatorisch antreibbar und zur Aufnahme eines Werkzeugs ausgebildet ist.
Ein derartiges Handwerkzeug ist aus der WO 2008/128804 A1 bekannt.
Bei dem bekannten Handwerkzeug ist eine Exzenterkoppeleinrichtung vorgesehen, die eine Drehbewegung einer durch einen Motor angetriebenen Antriebswelle auf eine Abtriebswelle überträgt. Es ist dabei eine Massenausgleichseinrichtung zum Schwingungsausgleich vorgesehen, die eine der Exzenterkoppelbewegung der Exzenterkoppeleinrichtung entgegengesetzte Ausgleichsbewegung ausführt.
Damit kann grundsätzlich eine Reduzierung von durch die Exzenterkoppeleinrichtung bewirkten Vibrationen ermöglicht werden.
Handwerkzeuge mit einer oszillatorischen Abtriebsbewegung weisen regelmäßig Exzenteranordnungen auf, mit deren Hilfe eine rotatorische Antriebsbewegung etwa in eine drehoszillatorische Abtriebsbewegung überführt werden soll. Auch wenn die von diesen Exzenteranordnungen erzeugten Schwingungen durch entgegengesetzte Masseanordnungen in gewissem Maße kompensiert werden können, hat sich gezeigt, dass beim Betrieb der Handwerkzeuge weitere vibrationsverursachende und vibrationserhöhende Faktoren auftreten können. Daher können für einen Anwender auch weiterhin beträchtliche Schwingungen spürbar sein, welche die Leistungsfähigkeit des Handwerkzeugs herabsetzen können.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Handwerkzeug mit einem Oszillationsantrieb anzugeben, das ein verbessertes Vibrationsniveau aufweist, eine hohe Leistungsfähigkeit aufbieten kann und dabei ein möglichst ergonomisches, ermüdungsfreies Arbeiten ermöglichen soll. Dies soll bei möglichst einfachem Aufbau des Handwerkzeugs erfolgen können.
Diese Aufgabe wird bei einem Handwerkzeug gemäß der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei der Werkzeugspindel ein Schwingungstilger vorgesehen ist, der eine Tilgermasse aufweist, die die Werkzeugspindel umgreift.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise gelöst.
Erfindungsgemäß wird nämlich durch den Schwingungstilger auch eine Kompensation von durch montierte Werkzeuge verursachten Schwingungen ermöglicht. Hierzu weist der Schwingungstilger eine eigene Schwungmasse, die Tilgermasse, auf, welche gegenläufig zum oszillierenden Werkzeug schwingen kann und somit dazu beitragen kann, das Vibrationsniveau bei üblichen Anwendungen nachhaltig zu senken.
Nunmehr können auch in der Praxis geläufige Anwendungsbedingungen beim Vibrationsausgleich berücksichtigt werden. Dabei kann insbesondere der Umstand berücksichtigt werden, dass nicht nur der umlaufende Koppeltrieb zur Erzeugung einer Oszillationsbewegung, sondern auch andere Faktoren, insbesondere das jeweils verwendete Werkzeug, zur Vibrationsentstehung beitragen.
Gerade bei Werkzeugen mit großen Abmessungen und damit einhergehenden hohen Massen kann sich ein großes Trägheitsmoment ergeben, das in bestimmten Frequenzbereichen maßgeblich für die von einem Bediener spürbaren Vibrationen verantwortlich sein kann.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Tilgermasse im Wesentlichen ringsegmentförmig ausgebildet und umgreift die Werkzeugspindel zu mindestens 180°, vorzugsweise zu mindestens 270°, weiter bevorzugt zu 360°.
Auf diese Weise kann die Tilgermasse möglichst bauraumschonend um die Werkzeugspindel herum ausgebildet sein. Dabei kann die Tilgermasse etwa zwischen zwei ohnehin an der Werkzeugspindel vorgesehenen Lagerstellen angeordnet sein, welche naturgemäß einen bestimmten axialen Abstand voneinander einnehmen, um hohe Lagerbelastungen durch außerhalb des Lagerabstands radial an die Werkzeugspindel angreifende Kräfte vermeiden zu können.
Ein ringförmiges Massestück kann gegenüber einem scheibenförmigen Massestück ein günstigeres Massenträgheits-/Gewichtsverhältnis aufweisen.
Somit kann die Verbesserung der Vibrationsreduzierung bei einem vertretbaren geringen Masseaufwand erfolgen.
Weist die Tilgermasse eine Aussparung auf, umgreift die Werkzeugspindel also etwa zu mindestens 180° oder zu mindestens 270°, so kann im ausgesparten Bereich Bauraum für weitere Komponenten oder Funktionalitäten des Handwerkzeugs vorgehalten werden, gleichwohl die Arbeitsergonomie durch den Schwingungstilger verbessert wird. Der vorhandene Bauraum kann etwa für Absaugeinrichtungen zum Abführen von Schleifstaub oder Spänen oder aber für weitere Kraftübertragungsglieder im Getriebekopf des Handwerkzeugs genutzt werden. So kann sich insgesamt eine kompakte, einfach handhabbare Bauform ergeben.
Eine Tilgermasse mit einer Aussparung, die etwa kreisringsegmentförmig oder aber hufeisenförmig ausgebildet ist, kann beispielsweise auch dann zur Anwendung gelangen, wenn das Handwerkzeug mit einem nicht rotationssymmetrischen Werkzeug, das folglich einen von der Werkzeugspindel beabstandeten Massenschwerpunkt aufweisen kann, zur Anwendung kommt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Schwingungstilger zum Ausgleichen von Vibrationen des oszillierend angetriebenen Werkzeugs ausgebildet und weist die Tilgermasse einen Massenschwerpunkt auf, der bei dem dem Werkzeug zugewandten Ende der Werkzeugspindel angeordnet ist.
Durch diese Anordnung kann ein möglichst geringer Abstand zwischen dem Massenschwerpunkt der Tilgermasse und dem Massenschwerpunkt des Werkzeugs bewirkt werden. Somit können Kippmomente oder weitere Einflüsse, die sich nachteilig auf das Vibrationsverhalten des Handwerkzeugs auswirken können, reduziert werden.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die Tilgermasse bzw. das Trägheitsmoment der Tilgermasse an das zu verwendende Werkzeug angepasst ist. Ist beispielsweise die Verwendung verschiedener Werkzeuge mit verschiedenen Abmessungen bzw. Trägheitsmomenten vorgesehen, so kann es vorteilhaft sein, die Tilgermasse an dasjenige Werkzeug anzupassen, das erwartungsgemäß die höchste Vibrationsexposition des Handwerkzeugs zur Folge hätte.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung fällt der Massenschwerpunkt der Tilgermasse im Wesentlichen mit der Längsachse der Werkzeugspindel zusammen.
Hierdurch kann insbesondere bei rotationssymmetrischen Werkzeugen, deren Schwerpunkt im Allgemeinen folglich ebenso mit der Längsachse der Werkzeugspindel zusammenfällt, eine besonders effektive Vibrationsreduzierung erfolgen.
Auch bei einer nicht vollständig geschlossenen Tilgermasse, die die Werkzeugspindel nicht vollständig umgreift, kann etwa durch bewusste Materialanhäufung oder Materialaussparung eine Anordnung des Massenschwerpunkts auf der Längsachse der Werkzeugspindel bewirkt werden.
Daneben ist es bevorzugt, wenn die Tilgermasse eine Hauptträgheitsachse aufweist, die parallel zur Längsachse angeordnet ist und vorzugsweise mit dieser zusammenfällt.
Somit können bei der Ausgleichsbewegung der Tilgermasse Kippmomente in Bezug auf die Längsachse vermieden werden. Bei Rotationsbewegungen bzw. Schwenkbewegungen um die Hauptträgheitsachse lassen sich unerwünschte Zentrifugalmomente verringern oder gänzlich vermeiden. Im Regelfall liegt dabei der Massenschwerpunkt der Tilgermasse ebenso auf der Hauptträgheitsachse.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Tilgermasse einen Massenschwerpunkt auf, der von der Längsachse der Werkzeugspindel entgegengesetzt zu einem von der Längsachse radial beabstandeten Massenschwerpunkt des Werkzeugs versetzt angeordnet ist.
Auf diese Weise kann etwa auch bei nicht rotationssymmetrisch ausgebildeten Werkzeugen eine deutliche Schwingungsdämpfung bewirkt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Sägewerkzeuge in Kreissegmentform handeln. Sägewerkzeuge können ferner die Form eines länglichen Flachstücks, an dessen einem Ende eine Werkzeugaufnahme vorgesehen ist und an dessen anderem Ende sich ein Verzahnungsabschnitt befindet, aufweisen. Auch gekröpfte Werkzeuge sind denkbar. Solche und andere Werkzeuge weisen einen Massenschwerpunkt auf, der nicht genau auf der Längsachse der Werkzeugspindel liegt. Wird nun diesem Massenschwerpunkt des Werkzeugs auf der gegenüberliegenden Seite der Längsachse der Massenschwerpunkt der Tilgermasse gegengeordnet, so kann die Kompensationsschwingung des Schwingungstilgers die Erregerschwingung besonders effektiv dämpfen.
Diese Maßnahme kann dadurch weitergebildet sein, dass der Massenschwerpunkt der Tilgermasse und der Massenschwerpunkt des Werkzeugs bezogen auf die Längsachse im Wesentlichen diametral zueinander angeordnet sind.
Dabei liegen sich der Massenschwerpunkt der Tilgermasse und der Massenschwerpunkt des Werkzeugs auf gleicher Höhe der Längsachse genau auf gegenüberliegenden Seiten mit gleichem Abstand gegenüber. Ist dabei das Trägheitsmoment der Tilgermasse genau auf das Trägheitsmoment des Werkzeugs abgestimmt, so kann zumindest in einem Frequenzbereich eine nahezu vollständige ”Auslöschung” der für den Bediener spürbaren Erregerschwingungen erzielt werden.
Sollten sich dabei die Abstände der Massenschwerpunkte von der Längsachse nicht entsprechen, so ist es bevorzugt, die Tilgermasse anzupassen, so dass insgesamt eine zumindest weitgehende Übereinstimmung der Trägheitsmomente in Bezug auf die Längsachse bewirkt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Tilgermasse über ein Tilgerlager verschwenkbar an der Werkzeugspindel oder dem Gehäuse aufgenommen.
Durch diese Maßnahme kann sich eine ausgezeichnete Führung und Definition möglicher Verschwenkwege der Tilgermasse, die dabei im Wesentlichen als Drehschwinger oszilliert, ergeben. Infolgedessen sind etwaige Federsysteme bzw. Dämpfersysteme des Schwingungstilgers von Führungsaufgaben befreit. Die Funktionstrennung vermeidet eine Verfälschung der Charakteristik des Schwingungsdämpfers durch sich etwa bei einer ”freien Aufhängung” der Tilgermasse ergebende Bewegungen in anderen Freiheitsgraden.
Somit kann sichergestellt werden, dass die Maßnahmen zur Vibrationsreduzierung auch bei ungewöhnlichen Arbeitspositionen, nicht nachteilig beeinflusst werden. Dies gilt etwa bei Über-Kopf-Betrieb, wo beispielsweise Schwerkraft bedingte Versatzbewegungen der Tilgermasse auftreten können, die nicht zur Kompensation der Erregerschwingung beitragen.
Eine innere Lagerung an der Werkzeugspindel kann in einfacher Weise bei geringem Aufwand erfolgen, da dabei das Tilgerlager klein und kompakt gestaltet sein kann. Hingegen bedingt eine äußere Lagerung am Gehäuse grundsätzlich ein größeres Tilgerlager. Dabei kann jedoch eine wirksame Entkopplung des Schwingungstilgers von der Werkzeugspindel bewirkt werden, so dass kein unmittelbarer Kontakt mehr besteht. Auf diese Weise kann die Ausgleichsbewegung ohne direkte Wechselwirkungen zwischen der Werkzeugspindel und dem Schwingungstilger eingeleitet werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Schwingungstilger zumindest ein mit dem Gehäuse gekoppeltes Federelement auf, das an die Tilgermasse angreift.
Auf diese Weise ergibt sich ein grundsätzlich schwingungsfähiges Feder-Masse-System, das durch die Erregerschwingung angeregt werden kann und dabei zur Kompensation der Erregerschwingung beitragen kann.
Das Federelement kann etwa als Druckfeder, Zugfeder, Torsionsfeder oder Biegefeder, beispielsweise aus Rundmaterial oder Flachmaterial, ausgebildet sein. Dabei können Federstähle zur Anwendung kommen. Ebenso ist die Verwendung von Kunststoff- oder Gummifedern denkbar.
Durch Variation von Kennwerten des Federelements, etwa der Federkonstante, sowie des Trägheitsmoments, des Schwerpunkts bzw. der Masse der Tilgermasse kann der Schwingungstilger derart beeinflusst werden, dass seine Eigenfrequenz im Verhältnis zur zu eliminierenden bzw. zu dämpfenden Schwingfrequenz ein bestimmtes Verhältnis aufweist.
In vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist eine Mehrzahl von Federelementen vorgesehen, die insgesamt eine richtungsabhängige Steifigkeit aufweisen, die im Wesentlichen eine Oszillationsbewegung der Tilgermasse um die Längsachse erlaubt.
Vorzugsweise gelangen dabei etwa drei Federelemente zur Anwendung, die entlang eines Umfangs der Tilgermasse verteilt sind.
Hierdurch können die Federelemente selbst zur Führung der Tilgermasse beitragen, indem sie einerseits hinreichend weich sind, um ein Verschwenken der Tilgermasse um die Längsachse zu erlauben, andererseits eine hohe Steifigkeit aufweisen, die Verlagerungen der Tilgermasse in anderen Richtungen vermeidet.
Mit dieser Anordnung kann ein Schwingungstilger besonders einfach bei niedrigem Materialaufwand und Gewichtsbedarf realisiert werden. Dabei kann insbesondere auf eine separate Lagerung der Tilgermasse verzichtet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Schwingungstilger zumindest ein Dämpfungsglied auf.
Es versteht sich dabei, dass bereits eine Eigendämpfung etwa der Federelemente dazu beitragen kann, im Resonanzfall übertriebene Auslenkungen der oszillierenden Tilgermasse zu vermeiden. Es kann jedoch von Vorteil sein, zusätzlich Dämpfungsglieder vorzusehen, die etwa Reibbeläge zur Hemmung der Bewegung der Tilgermasse aufweisen oder aber als Fluiddämpfer ausgebildet sein können.
Ein Dämpfungsglied und ein Federelement können dabei ohne Weiteres kombiniert sein, etwa als mehrlagige Blattfeder ausgebildet sein. Dabei können die Federlagen sowohl eine Elastizität als auch bei während der Auslenkung der Feder auftretenden Relativbewegungen einzelner Blattfederlagen zueinander eine Dämpfung bewirken, um die Dämpfung noch wirksamer gestalten zu können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass zumindest ein Stellelement zur Verstellung der Federcharakteristik des zumindest einen Federelements oder der Dämpfungscharakteristik des zumindest einen Dämpfungsglieds vorgesehen ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine adaptive Anpassung des Schwingungstilgers an jeweils vorherrschende Betriebsbedingungen beim Einsatz des Handwerkzeugs ermöglicht ist.
So ist es vorstellbar, etwa bei Schwankungen der Betriebsfrequenz des Handwerkzeugs, die beispielsweise durch Verwendung besonders leichter oder aber besonders großer und schwerer Werkzeuge bedingt sein können, die Federsteifigkeit zu beeinflussen, um die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers anzupassen.
Ebenso kann abhängig von Gestalt, Trägheitsmoment und Eigengewicht der zu verwendenden Werkzeuge die Dämpfungswirkung des Feder-Masse-Systems erhöht oder verringert werden.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist das zumindest eine Stellelement zur mechanischen Verstellung oder zur elektromechanischen Verstellung ausgebildet und weist insbesondere ein Piezoelement auf.
Somit kann etwa bei mechanischen Verstellelementen ein Bediener vor oder nach Inbetriebnahme des Handwerkzeugs durch Betätigung von Verstellrädern oder Verstellschrauben die Steifigkeit oder die Dämpfungscharakteristik des Schwingungstilgers gezielt beeinflussen. So kann sich im Betrieb ein für das jeweilige Werkzeug optimales Schwingungsverhalten ergeben.
Bei Verwendung zumindest eines Piezoelements kann die Verstellung automatisiert und kontinuierlich während des Betriebs mit hoher Tastfrequenz unmittelbar abgeleitet von momentanen Betriebszuständen des Handwerkzeugs erfolgen. Piezoelemente können bei einem Anlegen einer Spannung mit hoher Geschwindigkeit Längenänderungen bzw. Dickenänderungen vollziehen.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist ein Sensor, insbesondere ein Vibrationssensor, zur Erfassung einer Betriebsfrequenz des Handwerkzeugs vorgesehen, der über eine Steuereinrichtung mit dem zumindest einen Stellelement zu dessen Ansteuerung gekoppelt ist.
Auf diese Weise kann sowohl das Erfassen des Betriebszustands als auch die Verstelloperation kontinuierlich während des Betriebs des Handwerkzeugs automatisiert erfolgen, ohne dass der Bediener hierzu gesondert eingreifen muss. Ein Vibrationssensor eignet sich dabei insbesondere zur Zustandserfassung, da er sowohl zur Ermittlung der Betriebsfrequenz als auch zur Erfassung von Schwingungsamplituden genutzt werden kann.
Vorteilhaft ist der Sensor dazu ausgebildet, die tatsächlich auf den Bediener einwirkenden Vibrationen mittelbar oder unmittelbar zu erfassen. Dabei ist es bevorzugt, wenn der Beschleunigungssensor am Handwerkzeug bei einem Griffbereich, an dem der Anwender bei Nutzung des Handwerkzeugs angreift, angeordnet ist.
Übliche Anwendungsfrequenzen für Handwerkzeuge mit drehoszillatorisch angetriebenen Werkzeugen liegen etwa in Bereichen zwischen 6000 und 13.000 min^–1, vorzugsweise im Bereich zwischen 10.000 und 12.000 min^–1, weiter bevorzugt etwa bei 11.000 min^–1. Auch wenn die Betriebsfrequenz des Handwerkzeugs im Regelfall durch eine Nenndrehzahl des Antriebsmotors vorbestimmt ist, so ist jedoch abhängig vom Trägheitsmoment des anzutreibenden Werkzeugs und von beispielsweise beim Eingriff in ein Werkstück auftretenden Schnittkräften bzw. Schleifkräften mit Drehzahlveränderungen zu rechnen.
Es ist von besonderem Vorteil, auch diese, wenn auch geringen, Abweichungen zu ermitteln und ggf. die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers darauf abzustimmen. Anderenfalls könnte sich bei Abweichungen zwischen der Erregerfrequenz, üblicherweise der Betriebsfrequenz des Handwerkzeugs, und der Eigenfrequenz des Schwingungstilgers statt einer gegenseitigen Auslöschung sogar eine Kombination bzw. Überlagerung zu neuen Eigenfrequenzen ergeben, welche in für den Bediener spürbaren Vibrationsbelastungen resultieren kann. Eine kontinuierliche Überwachung der Betriebsfrequenz und davon abgeleitete Anpassung der Eigenfrequenz des Schwingungstilgers kann somit eine spürbare Reduktion des Vibrationsniveaus über einen weiten Drehzahlbereich ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, wenn der Schwingungstilger eine Schwingfrequenz aufweist, die auf die Betriebsfrequenz des Handwerkzeugs abgestimmt ist.
Es versteht sich dabei, dass die Schwingfrequenz des Schwingungstilgers etwa auch ein Vielfaches der Eigenfrequenz des Schwingungstilgers sein kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Tilgermasse ringsegmentförmig, insbesondere hufeisenförmig, ausgebildet und weist einen mittig angeordneten Tilgerarm auf, der sich radial nach Innen in Richtung auf die Werkzeugspindel erstreckt und der über ein Tilgerlager an der Werkzeugspindel aufgenommen ist, wobei sich vom Tilgerarm zwei im Wesentlichen symmetrische Ringsegmentabschnitte erstrecken, die an ihren Enden Wangen aufweisen, die eine Massenanhäufung bewirken.
Die Ausgestaltung der Tilgermasse ermöglicht dabei eine zentrale Anordnung des Massenschwerpunkts der Tilgermasse, auch wenn die Tilgermasse die Werkzeugspindel nicht geschlossen umgreift. Somit kann genügend Bauraum für benachbarte Bauteile und weitere Funktionalitäten, etwa eine Staubabsaugung, gewahrt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Tilgerlager zwischen einem antriebsseitigen Lager und einem abtriebsseitigen Lager der Werkzeugspindel angeordnet, und die Tilgermasse weist einen Massenschwerpunkt auf, der vom Tilgerlager in Richtung auf das werkzeugseitige Ende der Werkzeugspindel axial verlagert ist.
Durch diese besondere Gestaltung wird dem Umstand Rechnung getragen, dass einerseits Bauteile zur Realisierung weiterer Funktionen, etwa einer Staubabsaugung, unmittelbar hinter dem Werkzeug angeordnet sein sollten, andererseits für eine optimale Vibrationsreduzierung ein möglichst geringer axialer Versatz der Massenschwerpunkte des Werkzeugs und der Tilgermasse gewünscht ist.
Dabei können bei der Betrachtung des Massenschwerpunkts des Werkzeugs neben dem Werkzeug durchaus auch andere gemeinsam mit dem Werkzeug oszillierende Komponenten berücksichtigt werden. Dies betrifft insbesondere die Gestaltung der Werkzeugspindel im Bereich der Tilgermasse sowie einer Werkzeugaufnahme und Elemente zur Befestigung des Werkzeugs an der Werkzeugspindel. Insofern kann sich ein summierter Massenschwerpunkt ergeben, der deutlich näher am Massenschwerpunkt der Tilgermasse liegt als der für sich betrachtete Massenschwerpunkt des Werkzeugs.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist an der Tilgermasse eine mittige Federaufnahme angeordnet, die mit einer Blattfederanordnung gekoppelt ist, wobei die Blattfederanordnung zwei im Wesentlichen symmetrische Federelemente aufweist und jedes Federelement ein inneres Ende und ein äußeres Ende aufweist, wobei das jeweils innere Ende über eine Koppelfläche an der gemeinsamen mittigen Federaufnahme angreift und das jeweils äußere Ende über eine Aufnahmefläche an einer entsprechenden gehäuseseitig aufgenommenen Federaufnahme angreift, und die Federelemente jeweils einen radial nach außen gewölbten, der Werkzeugspindel abgewandten Bogen aufweisen.
Auf diese Weise können auch die Federelemente in einem Bereich angeordnet sein, in dem sich die Tilgermasse erstreckt, so dass von der Tilgermasse ausgesparte Bereiche nicht von der Blattfederanordnung beansprucht werden müssen.
Blattfedern eignen sich grundsätzlich zur Verwendung bei einem Feder-Masse-System und können darüber hinaus besonders einfach mit Befestigungsgeometrien versehen und montiert werden. Bevorzugt sind dabei die Befestigungsgeometrien in die Federelemente integriert bzw. gemeinsam mit diesen einstückig ausgeführt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Tilgermasse und dem werkzeugseitigen Ende der Werkzeugspindel eine Absaugeinrichtung zwischengelagert, die einen Abführkanal aufweist, der eine Ebene durchgreift, in der die Tilgermasse angeordnet ist, und sich dabei in einem Bereich erstreckt, der vom Umgriff der Tilgermasse um die Werkzeugspindel ausgespart ist.
Auf diese Weise kann insbesondere bei einem Handwerkzeug, das zum drehoszillatorischen Antrieb eines Schleifwerkzeugs ausgebildet ist, eine signifikante Reduzierung der Schwingungsbelastung erzielt und gleichzeitig eine hochwirksame Absaugung von Schleifstäuben ermöglicht werden.
Bei einem Handwerkzeug, das darüber hinaus an der Antriebswelle und der Werkzeugspindel einen Massenausgleich zum Ausgleich der durch den Koppeltrieb zur Überführung der rotatorischen Antriebsbewegung in eine drehoszillatorische Abtriebsbewegung verursachten Vibrationen aufweist, kann sich somit insgesamt eine noch stärkere Reduzierung des Vibrationsniveaus und damit einhergehend eine deutlich spürbare Verbesserung der Arbeitsergonomie für den Bediener ergeben.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Handwerkzeugs;
2 eine perspektivische Ansicht eines Getriebekopfes des Handwerkzeugs gemäß 1 mit einem Schwingungstilger;
3 eine geschnittene Seitenansicht des Handwerkzeugs gemäß 1 im Bereich des Getriebekopfes;
4 eine Aufsicht des Schwingungstilgers gemäß 2 und 3;
5 eine perspektivische Ansicht des Schwingungstilgers gemäß 4;
6 eine vereinfachte Aufsicht mehrerer gegenüber 4 abgewandelter Schwingungstilger; und
7 eine schematische Darstellung eines Federelements zur Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Schwingungstilger mit einem Stellelement in Form eines Piezoelements.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Handwerkzeug dargestellt und insgesamt mit 10 bezeichnet.
Das Handwerkzeug 10 weist ein Gehäuse 12 sowie in seinem vorderen Bereich einen Getriebekopf 14 auf, an dem ein Werkzeug 16, vorliegend ein Schleifwerkzeug, befestigt ist.
Handwerkzeuge mit Oszillationsantrieb können ebenso mit Schneidwerkzeugen, Spachtelwerkzeugen oder Trennwerkzeugen betrieben werden. Schleifwerkzeuge können einerseits zum Flachschleifen, wie das Werkzeug 16, ebenso abhängig von der Gestalt des Werkzeugs auch zum Schleifen von Nuten oder Ähnlichem, allgemein auch zum Schleifen von Freiformflächen ausgebildet sein. Abhängig vom Einsatzzweck können Schleifwerkzeuge dabei etwa tellerförmig oder dreieckförmig ausgebildet sein und bei Bedarf auch umfangseitig mit Schleifmitteln versehen sein.
Eine dem Schleifen verwandte Anwendung stellt das Polieren von Oberflächen mit geeigneten Polierwerkzeugen dar.
Für Schneidanwendungen oder Sägeanwendungen kann das Handwerkzeug 10 mit entsprechenden Werkzeugen versehen sein, die geometrisch bestimmte Schneidkonturen oder Sägekonturen aufweisen. Dabei kann es sich um rotationssymmetrische Werkzeuge, etwa Kreissägeblätter, oder aber um Werkzeuge in Form von Kreissegmenten bzw. um solche mit geraden Verzahnungsabschnitten handeln.
Handwerkzeuge mit drehoszillatorisch betriebenem Werkzeug weisen üblicherweise Verschwenkfrequenzen im Bereich von etwa 5000 bis 25.000 min^–1 und typische Verschwenkwinkel zwischen etwa 0,5° und 7° auf. Sie eignen sich damit für vielerlei Anwendungen und ermöglichen ein präzises und sicheres Arbeiten bei hoher Leistungsfähigkeit.
Das Gehäuse 12 des Handwerkzeugs 10 erstreckt sich ausgehend vom Getriebekopf 14 in Längsrichtung und geht in einen Griffbereich über. Zur Inbetriebnahme des Handwerkzeugs 10 ist ein Schalter 18 vorgesehen. Mit 20 ist eine Versorgungsleitung zur Bereitstellung elektrischer Energie angedeutet. Es versteht sich dabei, dass das Handwerkzeug 10 ohne Weiteres auch mit einer integrierten Energieversorgungseinrichtung, etwa einem Akkumulator, versehen sein kann oder aber mittels Druckluft angetrieben werden kann.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Getriebekopfs 14, wobei zur Veranschaulichung auf die Darstellung außen liegender Teile des Gehäuses 12 verzichtet wurde. Der Getriebekopf 14 weist ein Getriebegehäuse 22 auf, das dem Gehäuse 12 zugehörig oder aber mit diesem gekoppelt sein kann.
Zur Vibrationsreduzierung ist ein Schwingungstilger 26 vorgesehen, der im Bereich einer Werkzeugspindel 24 (vgl. auch 3) angeordnet ist und eine Tilgermasse 28 aufweist, die die Werkzeugspindel 24 umgreift. Der Schwingungstilger 26 und insbesondere die Tilgermasse 28 sind dabei möglichst nahe beim Werkzeug 16 angeordnet.
Anhand der 2 bis 5 wird der Aufbau des Schwingungstilgers 26 erläutert. Die Tilgermasse 28 des Schwingungstilgers 26 ist schwingfähig ausgebildet und soll während des Betriebs des Handwerkzeugs 10 vorrangig Schwingungen entgegenwirken, die durch die Bewegung des Werkzeugs 16 bedingt sind. Der Schwingungstilger 26 weist dabei Federelemente 30a, 30b auf, vgl. auch 5. Die Federelemente 30a, 30b sind am Getriebegehäuse 22 bzw. mittelbar oder unmittelbar am Gehäuse 12 des Handwerkzeugs 10 festgelegt und bilden gemeinsam mit der Tilgermasse 28 ein schwingfähiges Feder-Masse-System.
Die Tilgermasse 28 ist mit einem Tilgerarm 32 versehen, der ein Tilgerlager 34 aufnimmt, über das der Schwingungstilger 26 an der Werkzeugspindel 24 gelagert ist.
4 und 5 verdeutlichen eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Schwingungstilgers 26, die sich insbesondere zur Verwendung beim Handwerkzeug 10 mit einem Schleifwerkzeug eignet. Die Tilgermasse 28 des Schwingungstilgers 26 ist dabei im Wesentlichen ringsegmentförmig bzw. hufeisenförmig ausgebildet. Die Tilgermasse 28 weist ferner einen mittigen Tilgerarm 32 auf, der über zwei Stege 36a, 36b an der Tilgermasse 28 angekoppelt ist. Der Tilgerarm 32 umgreift das Tilgerlager 34. Die Stege 36a, 36b des Tilgerarms 32 sind ferner über einen Quersteg 38 verbunden, an dem mittig eine Federaufnahme 40 in Form eines Aufnahmestifts angeordnet ist. An der Federaufnahme 40 greifen die Federelemente 30a, 30b an.
Die Federelemente 30a, 30b sind hierbei in Form von Blattfedern ausgebildet. An ihrem der Federaufnahme 40 zugewandten Ende weisen die Federelemente 30a, 30b Koppelflächen 42a, 42b auf, über die der Angriff an der Federaufnahme 40 gewährleistet ist. Die Koppelflächen 42a, 42b sind vorliegend gabelförmig ausgestaltet und weisen jeweils zwei Schenkel auf, die mit der beidseitig über den Quersteg 38 hinausragenden Federaufnahme 40 zusammenwirken.
Die gehäuseseitige Abstützung erfahren die Federelemente 30a, 30b über Lagerbolzen 46a, 46b, an denen am jeweils anderen Ende der Federelemente 30a, 30b vorgesehene Aufnahmeflächen 44a, 44b in Form von Ösen angeordnet sind.
Zwischen der Federaufnahme 40 und den Lagerbolzen 46a, 46b sind die Federelemente 30a, 30b jeweils bogenförmig mit einer nach außen gerichteten, vom Tilgerarm 32 abgewandten Wölbung versehen. In einer Neutrallage, etwa gemäß 4, bei der die Tilgermasse 28 nicht gegenüber dem Getriebegehäuse 22 bzw. dem Gehäuse 12 des Handwerkzeugs 10, also gegenüber den gehäuseseitig aufgenommenen Lagerbolzen 46a, 46b, verschwenkt ist, können die Federelemente 30a, 30b eine leichte Vorspannung aufweisen. Damit kann ein Klappern sowie ein übertrieben sensibles Ansprechverhalten des Schwingungstilgers 26 vermieden werden.
Auch wenn die Tilgermasse 28 die Werkzeugspindel 24 nicht vollständig umgreift, so ist es gerade bei rotationssymmetrischen Werkzeugen von Vorteil, die Tilgermasse 28 derart zu gestalten, dass sich ein Massenschwerpunkt 58 der Tilgermasse 28 ergibt, der möglichst im Bereich der Werkzeugspindel 24, vorzugsweise auf einer Längsachse 60 der Werkzeugspindel 24, angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung kann sich bei einer geschlossenen rotationssymmetrischen Tilgermasse ohne Weiteres ergeben.
Jedoch ermöglicht die Gestaltung der in 4 gezeigten Tilgermasse 28 auch bei einer geöffneten Tilgermasse, die die Werkzeugspindel 24 nicht vollends umgreift, eine zentrale Anordnung des Massenschwerpunkts 58. Die Tilgermasse 28 weist einen flachen Profilabschnitt 48 auf, der sich etwa über ungefähr 180° erstrecken kann. Der Profilabschnitt 48 weist nach außen hin einen versteifenden Randbereich 50 auf. An den beiden Enden des Profilabschnitts 48 schließen sich Wangen 52a, 52b an, welche in abgerundete Endbereiche 54a, 54b übergehen. Die Wangen 52a, 52b sind, verglichen mit dem Profilabschnitt 48, relativ massiv ausgeführt und tragen dazu bei, den Massenschwerpunkt 58 möglichst zentral anzuordnen.
Grundsätzlich kann der Schwingungstilger 26 symmetrisch ausgeführt sein. Vorliegend ist in 4 eine Symmetrieebene III-III angedeutet, welche der Schnittebene der Darstellung in 3 entspricht.
Aus Bauraumerwägungen ist am Tilgerarm 32 der Tilgermasse 28 eine Aussparung 56 vorgesehen, die die Freigängigkeit des Tilgerarms 32 gegenüber weiteren an der Werkzeugspindel 24 aufgenommenen Bauteilen gewährleistet. Es versteht sich dabei, dass die geringe Aussparung im Zentralbereich der Tilgermasse keine signifikante Verlagerung des Massenschwerpunkts von der Längsachse 60 bewirkt.
3 zeigt einen Schwingungstilger 26 im eingebauten Zustand. Daran anknüpfend wird das Zusammenwirken des Schwingungstilgers mit weiteren Bauteilen des Getriebekopfes 14 erläutert.
Wie vorstehend erwähnt, wird angestrebt, den Massenschwerpunkt 58 des Schwingungstilgers 26 axial betrachtet möglichst nahe bei einem Massenschwerpunkt 65 des Werkzeugs 16 anzuordnen. Vorliegend ist das Werkzeug 16 in Form eines Schleiftellers rotationssymmetrisch ausgebildet, so dass sich der Massenschwerpunkt 65 des Werkzeugs 16 auf der Längsachse 60 der Werkzeugspindel 24 befindet. Demnach ergibt sich das konstruktive Bestreben, auch den Massenschwerpunkt 58 des Schwingungstilgers 26 möglichst nahe bei oder direkt auf der Längsachse 60 zu platzieren.
Mit 67 ist in den 3 und 5 eine Hauptträgheitsachse der Tilgermasse 28 angedeutet. Diese fällt in 3 mit der Längsachse 60 der Werkzeugspindel 24 zusammen. Vollzieht nun die Tilgermasse 28 die Ausgleichsbewegung um die Werkzeugspindel 24, genauer um die Hauptträgheitsachse 67 sowie die Längsachse 60, so lassen sich durch diese Ausgestaltung mit der Gestaltung der Tilgermasse 28 verbundene Zentrifugalkräfte vermeiden, die ihrerseits Vibrationen verursachen können.
Wie vorstehend erwähnt, können bei Handwerkzeugen mit drehoszillatorischem Abtrieb auch Werkzeuge zur Verwendung kommen, welche nicht bezüglich der Längsachse 60 symmetrisch oder rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Dabei kann es sich etwa um segmentierte Sägewerkzeuge handeln, welche sich ausgehend von der Werkzeugspindel 24 im Wesentlichen nur radial in eine Richtung erstrecken. Demzufolge liegt bei derartigen Werkzeugen der Massenschwerpunkt 65 von der Längsachse 60 entfernt. Sollen beim Handwerkzeug 10 vorrangig derartige Werkzeuge zur Verwendung kommen, so kann die konstruktive Gestaltung des Schwingungstilgers 26 und insbesondere der Tilgermasse 28 darauf abzielen, den Massenschwerpunkt 58 ebenso wie den Massenschwerpunkt 65 von der Längsachse 60 zu beabstanden, wobei der Massenschwerpunkt 58 und der Massenschwerpunkt 65 dabei auf entgegengesetzten Seiten von der Längsachse 60 anzuordnen sind.
Ergibt sich beispielsweise in 3 eine Gestaltung, bei der ein Werkzeug benutzt wird, bei dem der Massenschwerpunkt 65 nach links von der Längsachse 60 verlagert ist, so empfiehlt es sich, den Massenschwerpunkt 58 abhängig von der tatsächlichen Masse der Tilgermasse 28 etwa um denselben Betrag nach rechts von der Längsachse 60 zu verlagern. Damit kann auch bei derartigen Anwendungen eine wirksame Schwingungskompensation erfolgen.
Zum Antrieb des Handwerkzeugs 10 ist ein Motor 70 vorgesehen, der eine Motorwelle 72 rotatorisch antreibt, vgl. 3. Die Motorwelle 72 ist über zumindest ein Motorlager 74 im Gehäuse 12 des Handwerkzeugs aufgenommen. Am Ende der Motorwelle 72 ist ein Ritzel 76 vorgesehen. Das Ritzel 76 kämmt mit einem Rad 78, das auf einer Antriebswelle 80 aufgenommen ist. Das Ritzel 76 und das Rad 78 sind als Kegelradstufe ausgeführt und bewirken eine Übertragung der Antriebsbewegung der Motorwelle 72 auf die zu dieser etwa um 90° gekippte Antriebswelle 80. Die Antriebswelle 80 führt dabei weiterhin eine rotatorische Bewegung um ihre Antriebsachse 82 aus. Die Antriebsbewegung ist durch einen mit 84 bezeichneten Pfeil angedeutet.
Die Antriebswelle 80 ist über ein erstes Lager 86 sowie ein zweites Lager 88 im Getriebegehäuse 22 aufgenommen. Zwischen dem ersten Lager 86 und dem zweiten Lager 88 liegt ein Exzenterabschnitt 90, der einem Koppeltrieb 93 zugehörig ist. Der Koppeltrieb 93 bewirkt im Wesentlichen eine Umwandlung der rotatorischen Antriebsbewegung, vgl. Pfeil 84, in eine drehoszillatorische Abtriebsbewegung der Werkzeugspindel 24, wie durch einen mit 62 bezeichneten Pfeil angedeutet.
Der Koppeltrieb 93 weist ferner ein Exzenterlager 92 auf, über das ein Koppelglied 94 (in 3 nur teilweise dargestellt) auf dem Exzenterabschnitt 90 umläuft. Der Exzenterabschnitt 90 ist zwischen zwei Exzenterwangen 96a, 96b angeordnet, welche auch dazu ausgebildet sein können, die durch den Exzenterabschnitt 90 bedingte Massenverlagerung auf der Antriebswelle 80 zu kompensieren. Mit Hilfe dieser Ausgleichsmasse kann vor allem eine Reduzierung der mit der Erzeugung der Oszillationsbewegung einhergehenden Vibrationen bewirkt werden.
Das Koppelglied 94 ist mit einer drehfest mit der Werkzeugspindel verbundenen Schwinge 98 (in 3 nur teilweise dargestellt) gekoppelt. Der Koppeltrieb 93 weist demnach die Form einer Kurbelschwinge mit Antrieb an der Kurbel, dem Exzenterabschnitt 90, und Abtrieb an der Schwinge 98 auf. Es versteht sich, dass andere Mechanismen zur Umwandlung der rotatorischen Antriebsbewegung in die drehoszillatorische Abtriebsbewegung zur Verwendung kommen können. An der Schwinge 98 ist mit 100 ein Massenausgleich in Form eines Gegengewichts angedeutet. Der Massenausgleich 100 wirkt der durch die Gestaltung der Schwinge 98 bedingten Massenverlagerung entgegen. Auch damit kann das mit der Erzeugung der oszillierenden Abtriebsbewegung einhergehende Vibrationsniveau reduziert werden.
Die Werkzeugspindel 24 ist zwischen einem antriebsseitigen Lager 102 sowie einem abtriebsseitigen Lager 104 im Getriebegehäuse 22 aufgenommen.
Zwischen dem antriebsseitigen Lager 102 und dem abtriebsseitigen Lager 104 sind sowohl die dem Koppeltrieb 93 zugehörige Schwinge 98 als auch der Schwingungstilger 26 angeordnet. An ihrem werkzeugseitigen Ende weist die Werkzeugspindel 24 eine Werkzeugaufnahme 64 auf, an der das Werkzeug 16 mittels einer Werkzeugbefestigung 106 festgelegt ist. Die Werkzeugaufnahme 64 kann zum kraftschlüssigen und/oder zum formschlüssigen Halten des Werkzeugs 16 ausgebildet sein.
Zwischen dem abtriebsseitigen Lager 104 und dem Werkzeug 16 ist eine Absaugeinrichtung 107 vorgesehen. Die Absaugeinrichtung 107 weist einen Absaugboden 108 auf, der sich rückwärtig an das Werkzeug 16 anschließt. Mit dem Absaugboden 108 ist ein Absaugkanal 110 verbunden, über den abzusaugende Partikel, etwa Schleifstäube oder Werkzeugabrieb, abgeführt werden können. Hierzu befinden sich im Werkzeug 16 Absaugöffnungen 114a, 114b. Beim Anlegen eines Unterdrucks an den Absaugkanal 110, etwa durch Anschließen eines separaten Saugers, erfolgt das Abführen der Partikel wie anhand von mit 112a, 112b, 112c bezeichneten Pfeilen angedeutet.
Gerade bei Werkzeugen zum Schleifen können sich so Randbedingungen ergeben, bei denen keine vollständige Übereinstimmung der Axiallage des Massenschwerpunkts 58 des Schwingungstilgers 26 und des Massenschwerpunkts 65 des Werkzeugs 16 bewirkt werden kann. Gleichwohl zeigt die Ausgestaltung gemäß der 3, dass es ermöglicht ist, den Massenschwerpunkt 58 der Tilgermasse 28 axial zumindest deutlich in Richtung auf den Massenschwerpunkt 65 des Werkzeugs 16 zu verlagern.
Der Massenschwerpunkt 65 kann grundsätzlich auch die Gestaltung weiterer gemeinsam mit dem Werkzeug 16 oszillierender Komponenten des Handwerkzeugs 10 berücksichtigen. Dabei kann es sich insbesondere um einen Abschnitt der Werkzeugspindel 24 im Bereich der Werkzeugaufnahme 64 sowie um die Werkzeugbefestigung 106 handeln. Zusammen mit dem Werkzeug 16 sind diese zu einem beträchtlichen Teil an der mit der Erzeugung der Oszillationsbewegung einhergehenden Vibrationsbelastung beteiligt. Es bietet sich folglich an, auch diese bei der Auslegung des Schwingungstilgers 26 zu betrachten.
Gerade die aus den 4 und 5 ersichtliche offene Gestaltung der Tilgermasse 28 ermöglicht dabei einen guten Kompromiss zwischen funktionellen Anforderungen, welche sich in Bauraumbedingungen niederschlagen, und einer möglichst effektiven Vibrationskompensation. Im ausgesparten, nicht von der Tilgermasse 28 beanspruchten Bereich sind sowohl das zweite Lager 88 der Antriebswelle 80 als auch der Absaugkanal 110 der Absaugeinrichtung 107 angeordnet. Bei einer Tilgermasse, die die Werkzeugspindel 24 vollständig umgreifen würde, wäre zur Integration dieser Baugruppen ein deutlich größerer axialer Bauraumbedarf erforderlich. Dies würde sich jedoch auch ferner in einem größeren axialen Abstand zwischen dem Massenschwerpunkt 58 der Tilgermasse 28 und dem Massenschwerpunkt 65 des Werkzeugs 16 niederschlagen.
Gleichwohl ist es vorstellbar, die Tilgermasse 28 etwa bei einem Handwerkzeug, das vorwiegend zum Schneiden oder Sägen eingesetzt wird und keine Absaugeinrichtung aufweist, als geschlossenen Ring auszuführen. Insbesondere dann, wenn die Antriebsbewegung von einem Antriebsmotor ohne Zwischenwelle direkt auf einen Koppeltrieb übertragen wird, kann sich dabei auch eine vorteilhafte, kompakte Gestaltung ergeben, die bei geringem Aufwand die durch das oszillierende Werkzeug verursachte Schwingungsexposition in hohem Maße kompensieren und den Arbeitskomfort für den Anwender deutlich verbessern kann.
Hierzu besonders geeignete, gleichwohl auch für eine alternative Verwendung beim Handwerkzeug 10 gemäß 3 denkbare Ausgestaltungen eines Schwingungstilgers zeigt 6.
In 6 sind schematisch vereinfacht insgesamt drei Varianten einer Ankopplung der Tilgermasse 28 an das Getriebegehäuse 22 dargestellt. Im Gegensatz zur Gestaltung des Schwingungstilgers 26 gemäß der 4 und 5 wurde vorliegend auf eine separate Lagerung der Tilgermasse 28a, 28b, 28c verzichtet. Die Führung der Tilgermasse 28a, 28b, 28c wird dabei über Federelemente 30c, 30d, 30e, 30f bewirkt, die nunmehr auch die axiale Abstützung der Tilgermasse 28a, 28b, 28c gewährleisten. Hierdurch kann ein Tilgerlager, welches zusätzlichen Masseaufwand und Bauraumbedarf mit sich brächte, vermieden werden.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Federelemente 30c, 30d, 30e, 30f in Richtung der Werkzeugspindel 24 eine hohe Steifigkeit aufweisen, so dass das sich ergebende Feder-Masse-System des Schwingungstilgers 26 im Wesentlichen nur dazu ausgebildet ist, um die Längsachse 24 zu schwingen, wie durch einen mit 115 bezeichneten Pfeil angedeutet. Diese Schwingung erfolgt in Beantwortung der durch den mit 62 bezeichneten Pfeil angedeuteten Erregerschwingung des an der Werkzeugspindel 24 aufgenommenen Werkzeugs.
Zur möglichst bestimmten Lagerung der Tilgermasse 28a, 28b, 28c empfiehlt es sich, jeweils drei Aufnahmepunkte mit Federelementen 30c, 30d, 30e, 30f am Getriebegehäuse 22a, 22b, 22c vorzusehen. Andere Ausgestaltungen, etwa mit zwei oder vier Aufnahmepunkten, sind ohne Weiteres denkbar. Ebenso ist vorstellbar, die Tilgermasse 28a, 28b, 28c ringsegmentförmig auszuführen, beispielsweise um bauraumbedingte Restriktionen im Getriebekopf 14 des Handwerkzeugs 10 berücksichtigen zu können.
6 zeigt in einer ersten Ausgestaltung einen Schwingungstilger 26a, bei dem eine Tilgermasse 28a über eine Federaufnahme 40a mit einem Federelement 30c gekoppelt ist. Neben dem Federelement 30c wirkt ein Dämpfungsglied 66 auf die Federaufnahme 40a ein. Das Dämpfungsglied 66 kann dabei etwa verstellbar sein, also ein Stellelement aufweisen, wie durch einen mit 68 bezeichneten Pfeil angedeutet. Am Umfang der Tilgermasse 28a können derart etwa drei Feder-Dämpfer-Glieder angeordnet sein. Eine Dämpfung kann die Funktionalität des Schwingungstilgers 26a weiter verbessern und insbesondere die Amplitude der Auslenkung des Schwingungstilgers 26a im Resonanzbereich wirksam begrenzen. Es ist dabei anzumerken, dass eine gewisse Dämpfung grundsätzlich durch innere Reibung bei den beteiligten Komponenten, insbesondere den Federelementen 30, gegeben ist. Gleichwohl können separate Dämpfungsglieder oder Reibglieder dazu beitragen, Schwingungsenergie abzubauen, um die Vibrationsexposition zu verringern.
Ferner ist in 6 mit 26b ein alternativer Schwingungstilger 26b angedeutet, bei dem Federelemente 30d, 30e, die als Blattfederpakete ausgeführt sind, umfangseitig an der Tilgermasse 28b aufgenommen sind und diese gegenüber dem Getriebegehäuse 22b abstützen. Blattfederpakete können eine hohe Eigendämpfung aufbieten, so dass ggf. auf separate Dämpfungsglieder 66, wie beim alternativen Schwingungstilger 26a berücksichtigt, verzichtet werden kann. Die Dämpfungswirkung der Federelemente 30d, 30e ergibt sich in erster Linie durch die Relativbewegung übereinander liegender Blattfedern bei Auslenkungen der Federelemente 30d, 30e, welche in hoher Reibung resultiert.
Schließlich zeigt 6 alternativ einen mit 26c bezeichneten Schwingungstilger, bei dem ein Stellelement 116 zur Beeinflussung der Federcharakteristik eines Federelements 30f vorgesehen ist. Das Stellelement 116 wirkt über ein Koppelstück 118 auf das Federelement 30f ein. Durch Verstellen des Stellelements 116 kann insbesondere die Steifigkeit des Federelements 30f beeinflusst werden. Auf diese Weise kann das Eigenverhalten des Schwingungstilgers 26c an vorherrschende Bedingungen, insbesondere an das aktuell verwendete Werkzeug 16, angepasst werden. Mit verstellbaren Federelementen 30 und/oder verstellbaren Dämpfungsgliedern 66 kann allgemein eine hohe Variabilität des Schwingungstilgers 26 sichergestellt werden.
Für eine gezielte Kompensation der Erregerschwingungen, also insbesondere ein effektives Auslöschen dieser, kann es erforderlich sein, neben einer Grobanpassung der Auslegung des Schwingungstilgers 26 an zu erwartende Betriebsbedingungen, insbesondere an zu erwartende Schwingfrequenzen der Erregerschwingung, auch eine Feinanpassung zu ermöglichen.
7 zeigt in einfacher schematischer Form eine Ausgestaltung, bei der die Charakteristik eines Federelements 30g hochgenau an vorherrschende Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Das Federelement 30g ist zwischen dem Getriebegehäuse 22 und der Tilgermasse 28 angeordnet, etwa gemäß einer der Ausgestaltungen in den 3 bis 6. Am Werkzeug 10 ist gehäuseseitig ein Beschleunigungssensor 120 vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, Ist-Beschleunigungswerte zu erfassen. Der Beschleunigungssensor 120 kann etwa in der Nähe eines Griffbereichs des Handwerkzeugs 10 angeordnet sein, um möglichst reale, auf den Bediener einwirkende Schwingungsexpositionen zu erfassen. Vorliegend ist der Beschleunigungssensor 120 als 3D-Beschleunigungssensor angedeutet, der Vibrationen in drei Raumachsen erfassen kann. Es versteht sich, dass ggf. die Erfassung von Momentanbeschleunigungen in einer oder zwei Raumachsen ausreichend ist, um Ist-Vibrationen aussagekräftig ermitteln zu können.
Der Beschleunigungssensor 120 ist über eine Sensorleitung 122 mit einer Steuereinrichtung 124 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 124 ist dazu ausgebildet, abhängig von den Signalen des Beschleunigungssensors 120 über Steuerleitungen 126a, 126b auf ein Stellglied in Form eines Piezoelements 128 einzuwirken. Das Piezoelement 128 kann dabei ohne Weiteres als Stapel einzelner Piezoelemente verstanden werden. Piezoelemente sind hochdynamische Aktoren, die beim Anlegen einer Spannung Änderungen der Längsausdehnung und/oder der Querausdehnung erfahren. Die sich ergebenden Verformungen sind mit den Pfeilen 132, 134 angedeutet. Das Piezoelement 128 ist auf einem Trägermaterial 130 angeordnet. Durch Anlegen einer Spannung am Piezoelement 128 kann die Steifigkeit des Trägermaterials 130 und damit insgesamt des Federelements 30g beeinflusst werden. Damit können insbesondere Eigenfrequenzen des Schwingungstilgers 26 an vorherrschende Betriebsbedingungen des Handwerkzeugs 10 angepasst werden, um eine Erregerschwingung möglichst weitgehend tilgen zu können.
Das Piezoelement 128 kann etwa auf ein Trägermaterial 130 aus Stahl oder Kunststoff appliziert sein. Obgleich sich bei üblichen Piezoelementen auch bei Verwendung einer Mehrzahl zu einem Stapel zusammengefasster Elemente nur relativ kleine Verstellwege ergeben können, so kann damit eine gewünschte Beeinflussung der Eigenfrequenz, also im Wesentlichen der Steifigkeit des Federelements 30g, zumindest in einem bestimmten Frequenzbereich einhergehen.
Piezoelemente sind hochdynamisch und können mit hoher Taktung angesteuert werden, so dass ohne spürbare Verzögerung auf sich ändernde Betriebsbedingungen reagiert werden kann.
Es versteht sich, dass das Federelement 30 als Metallfeder, etwa als Blattfeder, Blattfederpaket, Torsionsfeder, Zugfeder oder aber Druckfeder ausgebildet sein kann. Ebenso ist vorstellbar, alle oder einzelne Federelemente aus Kunststoff oder Gummi auszuführen. Insbesondere Federelemente aus Gummi weisen eine beträchtliche innere Reibung auf und können folglich selbsttätig in hohem Maße zu einer Dämpfung beitragen.
Im Rahmen der Erfindung ist es gelungen, ein Handwerkzeug mit einem Oszillationsantrieb anzugeben, bei dem die durch die Oszillationsbewegung des Werkzeugs verursachten Schwingungen, die in hohem Maße zur auf den Bediener einwirkenden Vibrationsexposition beitragen, durch einen Schwingungstilger in Form eines Feder-Masse-Systems gedämpft werden können. Infolgedessen kann die Gesamtvibrationsbelastung insbesondere bei Verwendung rotationssymmetrischer Werkzeuge deutlich gesenkt werden, so dass bei verbesserter Ergonomie ein ermüdungsfreies Arbeiten ermöglicht ist. Die Anordnung des Schwingungstilgers mit der Tilgermasse, die die Werkzeugspindel zumindest teilweise umgreift, ermöglicht dabei weiterhin die Berücksichtigung von Zusatzfunktionalitäten, wie etwa einer Absaugeinrichtung, obwohl der Massenschwerpunkt der Tilgermasse möglichst nahe beim Massenschwerpunkt des Werkzeugs angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/128804 A1 [0002]

Claims

Handwerkzeug, insbesondere Werkzeug zum Schleifen oder Schneiden, mit einem Gehäuse (12) mit einem Getriebekopf (14), mit einer durch einen Motor (70) rotatorisch antreibbaren Antriebswelle (80), die über einen Koppeltrieb mit einer Werkzeugspindel (24) zu deren Antrieb koppelbar ist, wobei die Werkzeugspindel (24) um ihre Längsachse (60) drehoszillatorisch antreibbar und zur Aufnahme eines Werkzeugs (16) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Werkzeugspindel (24) ein Schwingungstilger (26) vorgesehen ist, der eine Tilgermasse (28) aufweist, die die Werkzeugspindel (24) umgreift.
Handwerkzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (28) im Wesentlichen ringsegmentförmig ausgebildet ist und die Werkzeugspindel (24) zu mindestens 180°, vorzugsweise zu mindestens 270°, weiter bevorzugt zu 360° umgreift.
Handwerkzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (26) zum Ausgleichen von Vibrationen des oszillierend angetriebenen Werkzeugs (16) ausgebildet ist, und dass die Tilgermasse (28) einen Massenschwerpunkt (58) aufweist, der bei dem dem Werkzeug (16) zugewandten Ende der Werkzeugspindel (24) angeordnet ist.
Handwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenschwerpunkt (58) der Tilgermasse (28) im Wesentlichen mit der Längsachse (60) der Werkzeugspindel (24) zusammenfällt.
Handwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (28) eine Hauptträgheitsachse (67) aufweist, die parallel zur Längsachse (60) angeordnet ist und vorzugsweise mit dieser zusammenfällt.
Handwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (28) einen Massenschwerpunkt (58) aufweist, der von der Längsachse (60) der Werkzeugspindel (24) entgegengesetzt zu einem von der Längsachse (60) radial beabstandeten Massenschwerpunkt (65) des Werkzeugs (16) versetzt angeordnet ist.
Handwerkzeug (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenschwerpunkt (58) der Tilgermasse und der Massenschwerpunkt (65) des Werkzeugs (16) bezogen auf die Längsachse (24) im Wesentlichen diametral zueinander angeordnet sind.
Handwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (28) über ein Tilgerlager (34) verschwenkbar an der Werkzeugspindel (24) oder dem Gehäuse (12) aufgenommen ist.
Handwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (26) zumindest ein mit dem Gehäuse (12) gekoppeltes Federelement (30) aufweist, das an die Tilgermasse (28) angreift.
Handwerkzeug (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Federelementen (30) vorgesehen ist, die insgesamt eine richtungsabhängige Steifigkeit aufweisen, die im Wesentlichen eine Oszillationsbewegung der Tilgermasse (28) um die Längsachse (60) erlaubt.
Handwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (26) zumindest ein Dämpfungsglied (66) aufweist.
Handwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stellelement (68, 116) zur Verstellung der Federcharakteristik des zumindest einen Federelements (30) oder der Dämpfungscharakteristik des zumindest einen Dämpfungsglieds (66) vorgesehen ist.
Handwerkzeug (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Stellelement (68, 116) zur mechanischen Verstellung oder zur elektromechanischen Verstellung ausgebildet ist und insbesondere ein Piezoelement (128) aufweist.
Handwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (120), insbesondere ein Vibrationssensor, zur Erfassung einer Betriebsfrequenz des Handwerkzeugs (10) vorgesehen ist, der über eine Steuereinrichtung (124) mit dem zumindest einen Stellelement (68, 116) zu dessen Ansteuerung gekoppelt ist.
Handwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (26) eine Schwingfrequenz aufweist, die auf die Betriebsfrequenz des Handwerkzeugs (10) abgestimmt ist.
Handwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (28) ringsegmentförmig, insbesondere hufeisenförmig, ausgebildet ist und einen mittig angeordneten Tilgerarm (32) aufweist, der sich radial nach Innen in Richtung auf die Werkzeugspindel (24) erstreckt und der über ein Tilgerlager (34) an der Werkzeugspindel (24) aufgenommen ist, und dass sich vom Tilgerarm (32) zwei im Wesentlichen symmetrische Ringsegmentabschnitte erstrecken, die an ihren Enden Wangen (52) aufweisen, die eine Massenanhäufung bewirken.
Handwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgerlager (34) zwischen einem antriebsseitigen Lager (102) und einem abtriebsseitigen Lager (104) der Werkzeugspindel (24) angeordnet ist, und dass die Tilgermasse (28) einen Massenschwerpunkt (58) aufweist, der vom Tilgerlager (34) in Richtung auf das werkzeugseitige Ende der Werkzeugspindel (24) axial verlagert ist.
Handwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Tilgermasse (28) eine mittige Federaufnahme (40) angeordnet ist, die mit einer Blattfederanordnung gekoppelt ist, dass die Blattfederanordnung zwei im Wesentlichen symmetrische Federelemente (30) aufweist, dass jedes Federelement (30) ein inneres Ende und ein äußeres Ende aufweist, wobei das jeweils innere Ende über eine Koppelfläche (42) an der gemeinsamen mittigen Federaufnahme (40) angreift und das jeweils äußere Ende über eine Aufnahmefläche (44) an einer entsprechenden gehäuseseitig aufgenommenen Federaufnahme (46) angreift, und dass die Federelemente (30) jeweils einen radial nach außen gewölbten, der Werkzeugspindel (24) abgewandten Bogen aufweisen. 19. Handwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilgermasse (28) und dem werkzeugseitigen Ende der Werkzeugspindel (24) eine Absaugeinrichtung (107) zwischengelagert ist, die einen Abführkanal (110) aufweist, der eine Ebene durchgreift, in der die Tilgermasse (28) angeordnet ist, und sich dabei in einem Bereich erstreckt, der vom Umgriff der Tilgermasse (28) um die Werkzeugspindel (24) ausgespart ist.