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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Hubsäge, insbesondere einer Stich-, Säbel-, oder Bügelsäge, zumindest umfassend ein Gehäuse, einen Werkzeugbereich für ein linear und/oder oszillierend antreibbares Sägeblatt, ein gehäuseseitiges Bedienteil zur benutzerseitigen Aktivierung einer Sägearbeitsbewegung, eine im Gehäuse angeordnete Antriebseinheit zur Erzeugung der Sägearbeitsbewegung des Sägeblatts, eine im Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit zum Beaufschlagen der Antriebseinheit mit wenigstens Steuer- und/oder Regelsignalen, wobei die Antriebseinheit wenigstens einen Anregungsaktor mit einem Volumen anregungsaktiven Materials zur Erzeugung einer Mikroarbeitsbewegung umfasst, welcher im Betrieb von der Elektronikeinheit gesteuert oder geregelt ist.
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Hubsägen sind Sägewerkzeuge, insbesondere handgehaltene Elektrosägewerkzeuge, die einen Sägearbeitsgang mittels einer oszillierenden Bewegung eine einseitig- oder beidseitig eingespannten Sägeblatts ermöglichen. Typische Vertreter von Hubsägen sind insbesondere Stich-, Säbel-, oder Bügelsägen.
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Eine Bügelsäge ist ein Hubsägemaschine, die mit wiederholter, geradliniger Schnittbewegung arbeitet. Beim Rückhub (Leerhub) wird das meist beidseitig eingespannte Sägeblatt zur Schonung des Sägeblatts angehoben. In der Regel umfasst eine Bügelsäge ein solides Untergestell mit einer Spänewanne, auf der ein beweglicher Sägearm befestigt ist. Links und rechts des Armes ist in der Regel ein Sägeblatt in den Sägebügel mittels Befestigungslöcher eingespannt. Im Betrieb bewegt sich die Säge wie eine manuelle Säge vorwärts und rückwärts, wobei zumeist ein hydraulischer Zylinder für einen stetigen Anpressdruck und ein zyklisches Absenkung des Arms sicherstellt.
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Eine Stichsäge ist eine elektrische handgehaltenes Hubsäge, mit dem durch die Hubbewegung eines einseitig eingespannten Sägeblattes diverse Materialien zersägt werden können. Das Sägeblatt kann mit dem freien Ende in das zu durchsägende Material einstechen, dafür ist allerdings in der Regel ein Loch, etwa eine Bohrung, notwendig. Aufgrund der geringen Breite des Sägeblatts kann man relativ enge Kurven führen und geschwungene Linien aus Materialien ausschneiden. Bei modernen Stichsägen wird der Sägeblattrücken über eine Rolle abgestützt und meist auch präzise geführt. Diese Rollenabstützung wird in Pendelhub-Stichsägen in Sägefortschrittsrichtung zyklisch bewegt, so dass das Sägeblatt vor- und rückwärts pendelt, wodurch Sägespäne besser ausgeworfen werden können. Die Sägeleistung ist gegenüber einer Säge ohne Pendelhub deutlich höher.
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Eine Säbelsäge ist eine handgeführte Hubsäge, die vor allem bei Klempnern, Zimmerleuten und Bautischlern Anwendung findet, und die auch als Recipro-, Tigersäge oder elektrischer Fuchsschwanz bezeichnet wird. Häufigste Anwendungen sind die Demontage von alten Bauelementen und das Trennen von Rohren, bei denen es weniger auf einen präzisen Schnitt als auf eine große Sägeblattlänge ankommt, so dass Werkstücke großer Dicke schnell getrennt werden können. Für das Trennen von Metallrohren gibt es spezielle Führungsvorrichtungen, die einen geraden Schnitt erleichtert. Säbelsägen gibt es als Netz- oder Akkubetriebene Ausführungen, wobei der Sägehub zwischen 20 bis 35 mm betragen kann. Je nach Auswahl des Sägeblatts können verschiedene Werkstoffe wie beispielsweise Metalle, Holz, Kunststoff, Grünschnitt, Keramik durchtrennt werden. Der Antrieb erfolgt in der Regel durch einen Elektromotor, der über ein Exzentergetriebe einen Exzenter mit Pleuelstange zur Erzeugung eines Sägeblatthubs antreibt.
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Allen vorgenannten Hubsägearten unterliegen bei einem Antrieb mittels einer einzigen Sägearbeitsbewegung dem Problem eines geringen Sägefortschritts und der Gefahr von Kantenausrissen und unsauberen Sägeschnitten.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Hubsäge, insbesondere einer Stich-, Säbel-, oder Bügelsäge, zumindest umfassend ein Gehäuse, einen Werkzeugbereich für ein linear und/oder oszillierend antreibbares Sägeblatt, ein gehäuseseitiges Bedienteil zur benutzerseitigen Aktivierung einer Sägearbeitsbewegung, eine im Gehäuse angeordnete Antriebseinheit zur Erzeugung der Sägearbeitsbewegung des Sägeblatts, eine im Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit zum Beaufschlagen der Antriebseinheit mit wenigstens Steuer- und/oder Regelsignalen, wobei die Antriebseinheit wenigstens einen Anregungsaktor mit einem Volumen anregungsaktiven Materials zur Erzeugung einer Mikroarbeitsbewegung umfasst, welcher im Betrieb von der Elektronikeinheit gesteuert oder geregelt ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Anregungsaktor die Mikroarbeitsbewegung zumindest der Sägearbeitsbewegung des Sägeblatts überlagern kann. Somit wird der Sägearbeitsbewegung eine Mikroarbeitsbewegung überlagert, und dem Sägeblatt Überlagerungsschwingungen in Form von, Mikroarbeitsbewegungen aufgeprägt. Die Antriebseinheit umfasst als weitere Antriebskomponente zur Erzeugung der Sägearbeitsbewegung beispielsweise einen elektrischen Antriebsmotor, der in einem Gehäuse der Hub- bzw. Sticksäge aufgenommen ist. Die Motorwelle ist in der Regel über eine Getriebeeinheit mit einer Hubwelle gekoppelt, die Träger des Sägeblatts bzw. des Sägearms ist und die Sägearbeitsbewegung ausführt. Das Sägeblatt ist üblicherweise auswechselbar an der Hubwelle bzw. am Sägearm befestigt.
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Wird der Anregungsaktor mit seiner Resonanzfrequenz zur Erzeugung der Mikroarbeitsbewegung betrieben, so kann bei ausreichend hoher Güte des Schwingsystems entsprechend einer elektrischen Eingangsleistung eine hohe mechanische Ausgangsleistung zur Erzeugung der Mikroarbeitsbewegung abgegeben werden. Der Anregungsaktor kann ein Ultraschallanregungsaktor sein, insbesondere ein Piezoaktor in Bauweise eines Langevin-Schwingers. Der Piezoaktor weist als anregungsaktives Material piezoelektrisches Material auf. Typischerweise liegt die Güte des ungedämpften Schwingsystems bei Werten über 100 typischerweise über 500. Das Resonanzsystem des Anregungsaktors, das die Resonanzfrequenz aufweist, umfasst den Langevin-Schwinger mit piezoelektrisch aktivem Material und an den Schwinger angekoppelte Komponenten, insbesondere Komponenten, die den Ultraschall verstärken und/oder zu einem Bearbeitungsort übertragen. Solche Komponenten sind z. B. als Booster oder Sonotrode bekannt. Dies ermöglicht eine Baugrößenreduktion und die Bereitstellung eines kompakten Geräts. Vorteilhaft wird somit eine kompakte Stichsäge hoher Leistungsfähigkeit geschaffen, die gleichzeitig handlich ist. Auf Grund der Überlagerung der Mikroarbeitsbewegung über die Sägearbeitsbewegung des Werkzeugs einerseits sowie der in der Regel deutlich höheren Frequenz bleibt das Erzeugen der Überlagerungsschwingungen ohne Einfluss auf die Sägearbeitsbewegung und damit auf das Ergebnis der Sägebearbeitung. Zudem weisen die Überlagerungsschwingungen üblicherweise nur eine sehr geringe Amplitude auf, so dass die Sägebearbeitung des Werkstückes nicht beeinträchtigt ist. Allerdings ermöglicht die Überlagerung der Mikroarbeitsbewegung über die Sägearbeitsbewegung ein verbessertes Schnittergebnis, eine Reduktion von Reibungskräften und damit eine höhere Lebensdauer des Sägeblatts sowie einen geringeren Leistungsbedarf des konventionellen Antriebsmotors, einen schnelleren Sägefortschritt, eine Verkleinerung der anfallenden Späne, eine Erzeugung sauberer Schnittkanten und ein ausrissfreies Sägen und somit eine deutlich ruhigere und exaktere Sägeführung.
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Grundsätzlich kann der eine Anregungsaktor der Antriebseinheit sowohl die Sägearbeitsbewegung als auch der Mikroarbeitsbewegung erzeugen. Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Antriebseinheit neben dem wenigstens einen Anregungsaktor mindestens eine weitere Antriebskomponente, insbesondere einen Antriebsmotor, bevorzugt einen Elektromotor zur Erzeugung der Sägearbeitsbewegung, insbesondere einer Hub- oder Stichsägenarbeitsbewegung und/oder einer Pendel- und/oder einer Freischneidbewegung umfassen. So können mehrere Anregungsaktoren, z. B. mit gleicher oder auch mit unterschiedlicher Resonanzfrequenz, als Antriebskomponenten oder eine Kombination von einen oder mehreren schwingenden Anregungsaktoren mit einem konventionellen Elektromotor vorgesehen sein. Zur Erzeugung der Sägearbeitsbewegung wird in der Regel ein Antriebsmotor eingesetzt, wobei vorteilhaft hierzu ein oder mehrere schwingende und Mikroarbeitsbewegung produzierende Anregungsaktoren kombiniert werden können. Die verschiedenen Antriebskomponenten können alternativ oder in Kombination betrieben werden, und insbesondere Sägeblattbewegungen in verschiedene Richtungen, insbesondere in Sägerichtung, in Sägefortschrittsrichtung und/oder in einer hierzu orthogonalen Freischneidrichtung erzeugen. Die Überlagerungsschwingungen, welche nicht von einem Antriebsmotor, sondern von dem Anregungsaktor ausgehen, können mit einer Frequenz erzeugt werden, die zu einer signifikanten Verringerung der Spangröße führt. So erzeugt ein Stichsägenmotor in der Regel eine Sägearbeitsbewegung in einem Frequenzbereich von 5 bis 250 Hz, hierzu können Mikroarbeitsbewegungen in einem Frequenzbereich von 20 bis 100 kHz überlagert werden, die dazu dienen, Späne zu brechen, Mikropendelbewegungen auszuführen, Mikrofreischneidebewegungen auszuführen etc. Da kleinere Späne eine kleinere Wärmekapazität aufweisen, können sich die Späne in einem kürzeren Zeitraum abkühlen, wodurch die Brandgefahr reduziert ist. Außerdem führen kleinere Späne zu einer reduzierten Verletzungsgefahr, da der von ihnen ausgehende Impuls geringer ist.
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In Weiterentwicklung des vorangegangenen Ausführungsbeispiels kann die Mikroarbeitsbewegung unabhängig von der Sägearbeitsbewegung zuschaltbar sein. Somit kann der zumindest eine Anregungsaktor getrennt von der zumindest einen weiteren Antriebskomponente, insbesondere dem Antriebsmotor aktivierbar sein. Hierdurch kann im Bedarfsfall die Mikroarbeitsbewegung der Sägearbeitsbewegung überlagert werden. Dabei ist es ebenfalls denkbar, dass die Sägearbeitsbewegung abgeschaltet werden kann, und lediglich die Mikroarbeitsbewegung aktiviert wird, z. B. im Fall eines feststeckenden Sägeblatts, wobei mit Hilfe der Mikroarbeitsbewegung ein Freischneiden erfolgen kann. Des weiteren können bei exakten Sägeschnitten und vorteilhaft an kritischen Stellen oder an Anfang- oder Ende von Sägeschnittbereichen eine Sägebearbeitung nur mittels einer Mikroarbeitsbewegung ausgeführt werden. Auch ist denkbar, im Falle mehrerer Mikroarbeitsbewegungsrichtungen im Bedarfsfall lediglich eine Mikropendelbewegung, eine Mikrofreischneidebewegung oder lediglich eine in Sägerichtung wirkende Mikroarbeitsbewegung zu aktivieren oder der Sägearbeitsbewegung zu überlagern, um ein vorteilhaftes Sägeergebnis zu erreichen.
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Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Mikroarbeitsbewegung die Sägearbeitsbewegung des Sägeblatts in wenigstens einer der folgenden Richtungen anregen bzw. überlagern:
- – in Richtung der Sägearbeitsbewegung, insbesondere der Stichsägenbewegung und/oder;
- – orthogonal zur Sägearbeitsbewegung des Sägeblatts als Längspendelbewegung in Richtung des Sägefortschritts und/oder;
- – orthogonal zur Sägearbeitsbewegung des Sägeblatts als Querpendel- bzw. Freischneidbewegung in Querrichtung zum Sägefortschritt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Antriebseinheit neben einem Sägeanregungsaktor wenigstens einen oder mehrere Anregungsaktoren zur Erzeugung von Mikroarbeitsbewegungen umfasst, wobei die Mikroarbeitsbewegungen in Richtung der Sägearbeitsbewegung gerichtet sind, oder orthogonal hierzu beispielsweise in Sägefortschritts- oder in eine Freischneiderichtung überlagert sind. Dabei ist eine Kombination dieser Bewegungsrichtungen denkbar, wobei die notwendigen Mikroarbeitsbewegungen von einzelnen Anregungsaktoren oder von einem gemeinsamen Anregungsaktor erzeugt werden können. Hierdurch kann der Arbeitsfortschritt erheblich verbessert, der Sägeanregungsaktor entlastet, das Sägeblatt geschont und die Bearbeitung erleichtert werden kann. Der selektive Einsatz einer Mikroarbeitsbewegung in einer Säge-, Sägefortschritts, oder Querfreischneideeinrichtung mit oder ohne überlagerter Sägearbeitsbewegung kann vorteilhaft kombiniert werden, z. B.:
- – direkt der Sägebewegung überlagert werden, mit oder ohne konventionelle Pendelbewegung;
- – anstelle der Hubbewegung insbesondere zum Trennen von flexiblen Materialien wie Stoffe, Teppiche, Gummi, Leder, Schaumstoffe eingesetzt werden;
- – anstelle der Pendelbewegung in Sägefortschrittsrichtung auf das Sägeblatt mit oder ohne Sägearbeitsbewegung wirken;
- – quer zur Schnittrichtung zur Erreichung oder Verbesserung eines Freischneidens wirken;
- – eine vorangegangene sinnvolle Kombination darstellen.
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Hierzu kann entsprechend der Art des Sägeblatts und dem Einsatzzweck die Hubgröße und Hubfrequenz der Mikroarbeitsbewegung eingestellt werden.
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Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der Anregungsaktor auf ein Lager bzw. eine Rollenabstützung der Hub- oder Stichsäge wirken. Hierdurch wirken die von dem Anregungsaktor ausgehenden Überlagerungsschwingungen auf ein Lager oder eine Rollenabstützung einer Stichsäge, wobei die Schwingungen sich über das Lager auf das Sägeblatt ausbreiten. Die Rollenabstützung kann ebenfalls zur Erzeugung einer Pendelbewegung oder einer Freischneidbewegung des Sägeblatts dienen, beispielsweise bei einer Pendelstichsäge. Im Falle von mehreren Lagern erfolgt der Sägeblattantrieb vorzugsweise über das sägeblattnahe Lager, um eine Belastung der Getriebeeinheit sowie des Antriebsmotors durch die Überlagerungsschwingungen zu vermeiden. Insbesondere durch Stimulation der Rollenabstützung einer Stichsäge kann ohne großen konstruktiven Aufwand eine überlagerte Pendelhubbewegung und/oder eine Freischneidebewegung des Sägeblatts erzeugt werden.
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Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Elektronikeinheit ausgebildet sein, um den wenigstens einen Anregungsaktor in einer Resonanzfrequenz (f_res) zu betreiben und insbesondere eine Regeleinheit mit Frequenzanpassung zur Nachführung der Resonanzfrequenz (f_res) des wenigstens einen Anregungsaktors umfassen. Vorteilhaft kann im Betrieb der Hub- oder Stichsäge die Resonanzfrequenz kontinuierlich angepasst werden, wenn sich etwa wegen Temperaturänderung, Wechsel des an den Anregungsaktor angekoppelten Sägeblatts oder bei Belastung des Werkzeugs die Resonanzfrequenz des Anregungsaktors ändert. Damit wird im Betrieb stets eine optimale Leistungsausbeute ermöglicht. Vorteilhaft kann die Elektronikeinheit eine Phasenregelkette umfassen, mit der die Resonanzfrequenz mit hoher Genauigkeit angeregt werden kann. So kann eine Phasenverschiebung zwischen elektrischem Strom und elektrischer Spannung, welche dem piezoelektrisch aktiven Material zur Anregung der Ultraschallschwingungen zugeführt werden, auf einen festen Wert, insbesondere 0° Phasendifferenz zwischen dem Strom- und Spannungssignal, eingestellt und gehalten werden, wodurch eine optimale Leistungsausbeute erreicht werden kann.
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Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann das anregungsaktive Material des Anregungsaktors piezoelektrisch oder magnetorestriktiv sein. Somit kann der Anregungsaktor beispielsweise als Langevin-Schwinger mit eingespannten Piezoelementen ausgebildet sein, die durch Anlegen einer Spannung ihre Ausdehnung ändern. Durch eine entsprechend hochfrequente Spannungsbeaufschlagung kann sich das Piezoelement in der gewünschten Frequenz der Überlagerungsschwingungen ausdehnen und zusammenziehen, wobei der Anregungsaktor mit einem Bauteil in der Kraftübertragungskette zwischen Antriebseinheit bzw. Antriebsmotor und Sägeblatt gekoppelt ist, so dass sich die Schwingungen des Anregungsaktors bis in das Sägeblatt ausbreiten können. Wie bereits zuvor beschrieben, erfolgt die Anregung vorzugsweise über ein Hublager der Werkzeugwelle, die das Sägeblatt trägt. Gemäß einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Anregungsaktor als magnetorestriktiver Anregungsaktor ausgebildet ist, was sich insbesondere zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen eignet, wobei ein äußeres durch eine Magnetspule erzeugtes Magnetfeld ein magnetostriktives Material, insbesondere eine Eisen/Nickel/Kobalt Legierung zur Längenänderung anregt.
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Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der wenigstens eine Anregungsaktor an der Werkzeugspitze eine Schwingamplitude von mindestens 5 μm, vorzugsweise bis zu 100 μm, insbesondere 15 μm aufweisen. Eine entsprechend hohe Schwingamplitude ist vorteilhaft für eine gute Leistungsübertragung auf das Werkstück und damit für einen hohen Sägefortschritt durch die Hub- oder Stichsäge.
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Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Betriebsfrequenz des wenigstens einen Anregungsaktors im Bereich zwischen 10 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 20 kHz und 100 kHz, insbesondere zwischen 35 kHz und 45 kHz liegen. Mit steigender Frequenz sinkt die Baugröße der Komponenten und steigt die mechanische Belastung des Schwingsystems, wobei sich im ausgewählten Frequenzbereich vorteilhafte Größenverhältnisse bei hoher Ausgangsleistung und günstigem Gewicht der Elektrowerkzeugmaschine ergeben. Die Frequenz der Mikroarbeitsbewegung liegt zweckmäßigerweise im Ultraschallbereich, so dass keine Lärmbelästigung entsteht. Zum andern hat es sich gezeigt, dass Schwingungen ab dieser Größenordnung besonders wirksam sind, um die Größe der Späne, die bei der Bearbeitung eines Werkstückes entstehen, signifikant zu reduzieren. Es kann allerdings zweckmäßig sein, Mikroarbeitsbewegungen zu erzeugen, die in noch erheblich größeren Größenordnungen liegen. Grundsätzlich kommen Schwingungen bis hin in den Megahertzbereich in Betracht. Außerdem ist es auch möglich, Mikroarbeitsbewegungen mit niedrigerer Frequenz zu generieren.
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Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung können eine oder mehrere optische und/oder akustische und/oder haptische Betriebsabzeigen für einen aktivierten Zustand des wenigstens einen Anregungsaktors vorgesehen sein. Die Betriebssicherheit der Elektrowerkzeugmaschine wird erhöht, da klar erkennbar ist, wenn der Anregungsaktor aktiviert ist und mechanische Leistung abgeben kann.
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Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die wenigstens eine Antriebseinheit, Elektronikeinheit und eine Betriebsspannungseinheit so im Gehäuse verteilt sein, dass ein Masseschwerpunkt im Bereich des Griffbereichs liegt, so dass ein Bediener die Stichsäge sicher und bequem handhaben kann, wodurch die Sicherheit und der Bedienkomfort erhöht wird.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer handgehaltenen Stichsäge mit Anregungsaktor für eine Mikroarbeitsbewegung;
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2 ein perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bügelsäge mit Anregungsaktor für eine Mikroarbeitsbewegung;
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3 ein vergrößerter Ausschnitt des Werkzeugbereichs der Stichsäge der 1;
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4 ein vergrößerter Ausschnitt des Sägearms der Bügelsäge der 2;
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5 Sägeblatt einer Stichsäge in Sägebewegung mit überlagerter Mikroarbeitsbewegung;
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6 Sägeblatt einer Stichsäge in Pendelbewegung mit überlagerter Mikroarbeitsbewegung;
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7 Sägeblatt einer Stichsäge in Freischneidbewegung mit überlagerter Säge-, Pendel- und Mikroarbeitsbewegung;
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8 Sägeblatt einer Bügelsäge mit überlagerten Mikroarbeitsbewegungen in Säge-, Hub-, und Freischneidrichtung;
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9 eine Prinzipskizze einer elektrischen Ansteuerung eines Anregungsaktors einer Hubsäge.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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Zur Erläuterung der Erfindung zeigen die 1 und 2 jeweils ein Beispiel einer Stich- bzw. einer Bügelsäge. 1 zeigt eine handgehaltene Stichsäge 10 mit auswechselbarem Sägeblatt 18, die bevorzugt auf Baustellen von Handwerkern eingesetzt wird. 2 zeigt eine stationäre Bügelsäge, wie sie in holzverabeitenden Betrieben zu finden ist. Das Konzept der Mikroarbeitsbewegungsüberlagerung ist bei allen Arten von Hubsägen gleich, so dass diesbezüglich Dargelegtes zu einem Ausführungsbeispiel auch für das andere Ausführungsbeispiel gilt.
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Die handgehaltene Stichsäge 10 umfasst ein Gehäuse 14 mit einem Griffbereich 78. Ein Bediener hält die Stichsäge 10 an dem Griffbereich 78 und kann die Stichsäge 10 führen. Der Griffbereich 78 kann gegebenenfalls mit einem nicht dargestellten Dämpfungselement gegenüber andern Gehäusebereichen entkoppelt sein. Die Stichsäge 10 umfasst ferner einen Werkzeugbereich 16 für ein oszillierend antreibbares Sägeblatt 18, etwa ein Holz- oder ein Metallsägeblatt entsprechend dem zu bearbeitenden Werkstoff. Ein gehäuseseitiges Bedienteil 20 dient zur benutzerseitigen Aktivierung des Sägeblatts 18. Das Bedienteil 20 kann z. B. ein Schalter oder ein Regler sein oder auch mehrere Bedienelemente umfassen, von denen z. B. eines zur Aktivierung einer Sägearbeitsbewegung 24, zur Regelung der Frequenz der Sägearbeitsbewegung 24 und eines zur Aktivierung und/oder Regelung der Frequenz einer Mikroarbeitsbewegung 28 vorgesehen sein kann.
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Im Gehäuse 14 ist neben einem Elektromotor zur Erzeugung einer Sägearbeitsbewegung 24 eine Antriebseinheit 22 mit Anregungsaktor 38 angeordnet (dargestellt in 6), der eine Mikroarbeitsbewegung 28 erzeugen kann. Dieser kann als Piezoangeregter Langevin-Schwinger (auch Piezoaktor genannt) ausgebildet sein, der ein Volumen piezoelektrisch aktives Materials 40 umfasst, z. B. piezokeramische Scheiben, die zusammengepresst sind und die bei Beaufschlagung mit elektrischer Spannung eine Längenänderung vollziehen. Bei Beauschlagung mit hochfrequenter elektrischer Spannung wird in an sich bekannter Weise Ultraschall generiert, der, wie in 6 dargestellt, über einen Koppelelement 72 zu dem Sägeblatt 18 geleitet wird. Das Koppelelement 72 kann eine an sich bekannte Sonotrode 74 sein. Die Länge und die Form wie auch das Material des Koppelelements 72 bestimmen eine Resonanzfrequenz des Anregungsaktors 38. Auch das Sägeblatt 18 kann die Resonanzfrequenz beeinflussen. In den Ausführungsvarianten der 6 ist der Anregungsaktor 38 so ausgeführt, dass Langevin-Schwinger 40 und Koppelelement 72 in einer Einheit zusammengefasst sind, und deren gesamte Länge in etwa der halben Wellenlänge λ/2 der Ultraschallschwingung entspricht. Andere Ausführungsvarianten können vorsehen, dass der Anregungsaktor 38 zusammengesetzt ist aus mehreren Komponenten mit der Länge λ/2. Dies können sein: Schwingungserzeuger, bekannt als Konverter, im speziellen z. B. ein Langevin-Schwinger, Amplitudentransformationsstücke bekannt als Booster 72, ggf. Verlängerungsstücke, sowie dem Koppelelement 74 bekannt als Sonotrode.
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3 stellt eine Vergrößerung des Werkzeugbereichs 16 der in 1 dargestellten Stichsäge 10 dar. Das Sägeblatt 18 wird von einer Rollenabstützung 52 zur Reibungsverminderung und zur Ableitung mechanischer Kräfte abgestützt. Die Rollenabstützung 52 kann zyklisch in Sägefortschrittsrichtung 32 bewegt werden, um eine Pendelbewegung des Sägeblatts 52 zu erzeugen, des weiteren kann die Rollenabstützung 52 seitwärts bewegt werden, um eine Freischneidebewegung 48 des Sägeblatts 18 zu unterstützen. Im Werkzeugbereich 16 können alle drei Bewegungen, die Sägearbeitsbewegung 24, die Pendelbewegung 46 sowie die Freischneidebewegung 48 von Mikroarbeitsbewegungen 28 des einen Anregungsaktors 38 oder mehrerer unabhängig voneinander betreibbarer Anregungsaktoren 38 überlagert werden. Die Aktivierung des Sägeblatts 18 durch das Bedienteil 20 kann mit einer Betriebsanzeige 56 optisch, akustisch oder haptisch (mittels Vibration) angezeigt werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, den einen oder einen weiteren Anregungsaktor 38 an einer beliebigen Stelle zu positionieren, beispielsweise an einem werkzeugfernen Lager oder an die Rollenabstützung 52 der Stichsäge, um diese direkt mit Überlagerungsschwingungen zu beaufschlagen.
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Die Bügelsäge in 2 umfasst ein Werkzeuggehäuse mit Antriebseinheit 22, sowie eine Spänewanne und einen linear oszillierenden Sägearm, in dem ein Sägeblatt 18 eingespannt ist. Der Sägearm bewegt sich während einer Bewegung des Sägeblatts 18 in eine Sägerichtung 44 nach oben, und in der entgegengesetzten Sägerichtung 44 nach unten in Sägefortschrittsrichtung 32, um eine Hubbewegung 46 auszuführen. Hierzu kann eine Mikroarbeitsbewegung der Hubbewegung 46 und auch der Sägearbeitsbewegung 44 überlagert werden, um die Schnittqualität und die Lebensdauer des Sägeblatts 18 zu verbessern. Um die Größe der Späne zu verringern, die bei der Bearbeitung eines Werkstücks 76 mit dem Sägeblatt 18 anfallen, wird das Sägeblatt 18 neben der oszillierenden Arbeitsbewegung typischerweise in einem Frequenzbereich von 5 bis 250 Hz mit einer Mikroarbeitsbewegung im kHz-Bereich beaufschlagt. Hierbei wird das Sägeblatt 18 in Sägerichtung 24 mit einer Mikroarbeitsbewegung überlagert, sowie mit einer Pendelbewegung 46 in Sägefortschrittsrichtung 32 oszillierend hin- und herbewegt. Die Pendelbewegung 46, die im Fall der Bügelsäge nach 2 eine Hubbewegung ist, kann ebenfalls mit einer Mikroarbeitsbewegung 28 überlagert werden. Es handelt sich hierbei um Überlagerungsschwingungen, die der Arbeitsbewegung 24 des Sägeblatts 18 überlagert werden. Diese Überlagerungsschwingungen werden mithilfe des Anregungsaktors 38 erzeugt, der neben dem Antriebsmotor als weitere Antriebskomponente 50 der Antriebseinheit 22 ebenfalls im Gehäuse 10 der handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine 10 angeordnet ist und direkt oder indirekt das Sägeblatt 18 zu den Überlagerungsschwingungen anregt.
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4 stellt einen vergrößerten Arbeitsbereich der Bügelsäge nach 2 dar, bei dem lediglich der Bügelsägenarm mit eingespanntem Sägeblatt 18 dargestellt ist. Der Bügelsägenarm wird oszillierend in Sägerichtung 30 bewegt. Des weiteren erfolgt bei Bewegung des Sägeblatts 18 in Sägerichtung 30 eine Pendelbewegung 46 nach oben bzw. bei entgegengesetzter Sägerichtung 30 nach unten in Richtung Sägefortschrittsrichtung 32, um oszillierend eine Hubbewegung 46 zur Verbesserung der Sägewirkung bereitzustellen. Die Sägearbeitsbewegung 24, 44, die Hubbewegung 46 und eine eventuelle Freischneidebewegung 48 orthogonal zur Sägerichtung 30 und Sägefortschrittsrichtung 32 können von Mikroarbeitsbewegungen 28 einer oder mehrerer im Gehäuse 14 der Bügelsäge 10 angeordneter Anregungsaktoren 38 überlagert werden, wobei einzelne Mirkoarbeitsbewegungsrichtungen selektiv zuschaltbar sind.
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Die 5 zeigt skizzenhaft die Erzeugung einer Mikroarbeitsbewegung 28 in Sägerichtung 30 (5a), wobei eine elektromotorische Arbeitsbewegung 24 überlagert werden kann (5b). Ein Sägeblatt 18 einer Stichsäge 10 wird in 5a mit einer Mikroarbeitsbewegung 28, die von einem nicht dargestellten Anregungsaktor 38 auf eine Hubwelle der Stichsäge 10 ausgeübt wird, mit einer Frequenz von 40 kHz angeregt. Das Sägeblatt oszilliert hochfrequent in Sägerichtung 30 zur Zersägung eines Werkstücks, wobei insbesondere dünne flexible Stoffe wie Papier, Leder, Textilstoffe, Schaumstoffe etc. getrennt werden können. Hierzu ist denkbar, dass statt eines konventionellen Sägeblatts ein scharfes Schneideblatt in die Stichsäge eingesetzt wird, so dass anstelle eines Säge- ein Schneidvorgang ausführbar ist. Gemäß 5b kann die Mikroarbeitsbewegung 28 durch eine konventionelle elektromotorisch erzeugte Sägearbeits-Hubbewegung 24 mit einer Frequenz im Bereich von 40 Hz überlagert werden. In diesem Fall unterstützt die Mikroarbeitsbewegung den Sägefortschritt in Richtung 32 und verhindert ein Verklemmen des Sägeblatts.
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6 zeigt eine Erzeugung einer Pendelbewegung 46, wie sie bei Pendelhub-Stichsägen zum Einsatz kommt. Im Gegensatz zu bekannten Pendelhub-Stichsägen, bei denen die Rollenabstützung 52 mechanisch in Sägefortschrittsrichtung 32 abgestimmt mit der Hubbewegung 24 bewegt wird, erzeugt in 6a ein Anregungsaktor 38, der ein piezoelektrisch aktives Material 40 umfasst, lediglich eine hochfrequente Schwingung, die Koppelelemente 72, 74 auf die Rollenabstützung 52 wirk, und hochfrequente Pendelbewegungen im Bereich von 40 kHz erzeugt, beispielsweise um ein verklemmtes Sägeblatt zu lösen, um die Spanbildung zu verfeinern oder um die Sägeführung zu erleichtern. In Variation hierzu kann, wie in 6b dargestellt, der Mikropendelbewegung eine konventionelle Sägearbeitsbewegung 24 in Sägerichtung 30 mit einer Hubfrequenz von 40 Hz überlagert werden, um einen hohen Sägefortschritt 32 zu erreichen.
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Die 7 stellt perspektivisch eine kombinierte Überlagerung motorisch erzeugter Sägearbeitsbewegungen 24 mit Mikroarbeitsbewegungen 28, die durch einen Ultraschall-Anregungsaktor 24 in verschiedene Richtungen erzeugt werden, dar. 7a stellt die Erzeugung einer Freischneidbewegung 48 mittels eines Ultraschall-Anregungsaktors 38 dar. Der Anregungsaktor 38 wirkt dabei rechtwinklig auf die Rollenabstützung 52, um das Sägeblatt 18 in Querschwingungen zu versetzen, die ein Freischneiden bewirken und einen Sägespalt vergrößern können. Darauf aufbauend ist in 7b eine konventionelle 40 Hz Sägearbeitshubbewegung 24 mit der orthogonal zur Sägerichtung 30 und Sägefortschrittsrichtung 32 orientierten Freischneidrichtung 34 ausgerichteten Mikro-Freischneidbewegung 48 überlagert. Letztlich stellt 7c eine Kombination einer Mikro-Freischneidbewegung 48 mit einer Mikro-Pendelhubbewegung 46 sowie einer von einer Mikroarbeitsbewegung 28 überlagerten Sägearbeitsbewegung 24 dar. Hierzu sind vorzugsweise drei Anregungsaktoren 38 verwendbar, wobei zwei Aktoren 38 an der Rollenabstützung 52 angreifen, sowie ein dritte Aktor 38 auf die Hubwelle des Sägeblatts 18 wirkt. Diese kombinierten Mikroarbeitsbewegungen 28 können selektiv aktivierbar sein, wobei die konventionell erzeugte Sägearbeitsbewegung 24 ebenfalls unabhängig davon aktivierbar sein kann.
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8 stellt skizzenhaft ein Sägeblatt 18 einer Bügelsäge 10 dar. Das Sägeblatt 18 wird typischerweise in eine Sägerichtung 30 durch eine Sägearbeitsbewegung 24 hin- und her bewegt, wobei im Rücklauf eine Hubbewegung 46 in Sägefortschrittsrichtung 32 erfolgt, um das Sägeblatt 18 zu schonen. Beide Bewegungen, die Sägearbeitsbewegung 24 und die Hubbewegung 46 werden durch Mikroarbeitsbewegungen 28 überlagert, die durch zwei separat aktivierbare Anregungsaktoren 38 erzeugt werden. Des weiteren erzeugt ein dritter Anregungsaktor 38 eine Mikrofreischneidebewegung 48 in eine quer zum Sägeblatt verlaufenden Freischneiderichtung 34. Die überlagerten Mikroarbeitsbewegungen 28 erhöhen die Schnittqualität, verhindern ein Verkanten des Sägeblatts, verringern die Sägegeräuscherzeugung, bedingt ein Vermehlen der Sägespäne und ermöglichen saubere Sägeschnitte ohne große Sägekantenverletzungen. Darüber hinaus werden Reibungskräfte verringert und die Lebensdauer des Sägeblatts 18 erhöht.
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Schließlich zeigt 9 eine Prinzipskizze einer Ansteuerung des Anregungsaktors 38, beispielsweise in Form eines Piezoaktors 40 mit einer Wechselspannungsversorgung aus einem Versorgungsnetz oder einer Gleichspannungsversorgung mit einem Batteriepack. Eine im Gehäuse 14 angeordnete Elektronikeinheit 36 dient zum Beaufschlagen des Anregungsaktors 38 mit wenigstens Steuer- und/oder Regelsignalen, sowie der Spannungsversorgung des Anregungsaktors 38. Eine Betriebsspannungseinheit 58, hier als Batterie- oder Akkupack mit Batterien oder wiederaufladbaren Akkus 60 ausgebildet, dient zur Bereitstellung einer elektrischen Gleichspannung für die Elektronikeinheit 36, welche die Betriebsspannung in ein hochfrequentes Spannungssignal umsetzt, mit dem der Anregungsaktor 38 in gewünschter Weise zu Schwingungen angeregt wird. Die Elektronikeinheit 36 ist ausgebildet, um den wenigstens einen Anregungsaktor 38 in einer Resonanzfrequenz f_res zu betreiben. Dabei umfasst die Elektronikeinheit 36 eine Regeleinheit 54 zur Nachführung der Resonanzfrequenz f_res des Anregungsaktors 38. Die Regeleinheit 54 kann eine Phasenregelkette umfassen, die den Anregungsaktor 38 in dessen Resonanzfrequenz anregen kann, wobei eine Phasenverschiebung zwischen dem eingespeisten Strom und der eingespeisten Spannung auf 0° eingestellt wird. Vorzugsweise wird die Resonanzfrequenz f_res nachgeregelt, wenn sich aufgrund von Erwärmung oder Lastwechsel am Sägeblatt die Resonanzfrequenz ändert. Alternativ kann auch eine Frequenznachführung erfolgen, indem auf ein Maximum des in den Anregungsaktor 38 eingespeisten Stroms geregelt wird.
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Bei Netzversorgung der Elektronikeinheit 36, z. B. mit 220 Volt AC, ist ein Netzgerät 62 vorgesehen, welches die Wechselspannung gleichrichtet, herabsetzt und glättet. Die Elektronikeinheit 36 umfasst eine Leistungserzeugungseinheit 64, in die die Gleichspannung eingespeist wird und die über eine entsprechende Filtereinheit 66 an den Anregungsaktor 38 gekoppelt ist. Eine Regeleinheit 54 stellt die Regelsignale für den Anregungsaktor 38 bereit. Die Betriebsfrequenz des Anregungsaktors 38 liegt im Bereich zwischen 10 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 30 kHz und 50 kHz, insbesondere zwischen 35 kHz und 45 kHz, besonders bevorzugt um etwa 40 kHz.
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Erfolgt die Versorgung durch die Betriebsspannungseinheit 58 mittels Batterien oder Akkus 60, kann der Platzbedarf verringert werden, da das Netzgerät 62 zur Gleichrichtung und Glättung entfallen kann. Die elektrische Ausgangsspannung der Betriebsspannungseinheit 58 liegt vorzugsweise unterhalb von 100 Volt, etwa bei 36 Volt oder 10,8 Volt.
