DE102010043444A1 - Handwerkzeug mit einem Wirbelstromantrieb - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Handwerkzeug. Das Handwerkzeug weist ein Schlagwerk und einen mit dem Schlagwerk wirkverbunden Werkzeughalter auf. Der Werkzeughalter ist bevorzugt ausgebildet, ein Werkzeug insbesondere trennbar aufzunehmen. Erfindungsgemäß weist das Schlagwerk des Handwerkzeugs einen Wirbelstromerzeuger und einen entlang einer Schlagachse beweglich gelagerten Wirbelstromempfänger auf, welcher im Wirkungsbereich des Wirbelstromerzeugers angeordnet ist. Der Wirbelstromerzeuger ist ausgebildet, einen Magnetpuls derart zu erzeugen, dass in dem Wirbelstromempfänger ein Wirbelstrom erzeugt werden kann und der Wirbelstromempfänger in Abhängigkeit des Wirbelstroms einen dem Magnetpuls entgegengerichteten Gegen-Magnetpuls erzeugen kann. Der Wirbelstromempfänger kann so von dem Wirbelstromerzeuger abgestoßen werden und entlang der Schlagachse einen Schlag erzeugen. Der Wirbelstromempfänger und der Werkzeughalter sind bevorzugt derart zueinander angeordnet, dass das Werkzeug den Schlag empfangen kann.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Handwerkzeug, insbesondere einen Schlaghammer, Bohrhammer oder einen Elektromeißel. Das Handwerkzeug weist ein Schlagwerk auf. Bevorzugt weist das Handwerkzeug einen mit dem Schlagwerk wirkverbunden Werkzeughalter auf. Der Werkzeughalter ist bevorzugt ausgebildet, ein Werkzeug insbesondere trennbar aufzunehmen.
  • Bei aus dem Stand der Technik bekannten Handwerkzeugen mit einem Schlagwerk, insbesondere einem Luftfederschlagwerk, stellt sich das Problem, dass Luftfederschlagwerke einem mechanischen Verschleiß unterworfen sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß weist das Schlagwerk des Handwerkzeugs der eingangsgenannten Art einen Wirbelstromerzeuger auf. Der Wirbelstromerzeuger ist bevorzugt ausgebildet, mittels eines Wirbelstroms, insbesondere mindestens eines Wirbelstrompulses, mindestens einen Schlag, bevorzugt zeitlich aufeinanderfolgende Schläge zu erzeugen. Weiter bevorzugt weist das Handwerkzeug einen entlang einer Schlagachse beweglich gelagerten Wirbelstromempfänger auf, welcher im Wirkungsbereich des Wirbelstromerzeugers angeordnet ist. Der Wirbelstromerzeuger ist bevorzugt ausgebildet, einen Magnetpuls derart zu erzeugen, dass in dem Wirbelstromempfänger ein Wirbelstrom, insbesondere der Wirbelstrompuls erzeugt werden kann und der Wirbelstromempfänger in Abhängigkeit des Wirbelstroms einen dem Magnetpuls entgegengerichteten Gegen-Magnetpuls erzeugen kann. Der Wirbelstromempfänger kann so von dem Wirbelstromerzeuger abgestoßen werden und entlang der Schlagachse einen Schlag erzeugen. Der Wirbelstromempfänger und der Werkzeughalter sind bevorzugt derart zueinander angeordnet, dass das Werkzeug den Schlag empfangen kann.
  • Durch das Schlagwerk mit dem Wirbelstromerzeuger kann das Handwerkzeug den Schlag vorteilhaft verschleißarm und weiter vorteilhaft energetisch effizient erzeugen.
  • Bevorzugt ist der Wirbelstromempfänger mit dem Werkzeug verbunden oder durch das Werkzeug selbst gebildet. Beispielsweise ist der Wirbelstromempfänger durch eine elektrisch insbesondere gut leitfähige Platte, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium gebildet. Die Platte bildet bevorzugt ein dem Wirbelstromempfänger zugewandtes Ende des Werkzeugs. Bevorzugt ist das Werkzeug in dieser Ausführungsform im Übrigen – insbesondere entlang der Schlagachse von der Platte bis zu einem zum Bearbeiten von Material ausgebildeten Werkzeugende – aus Stahl gebildet.
  • In einer anderen Ausführungsform ist das Werkzeug einstückig aus Stahl gebildet und ist ausgebildet, in Abhängigkeit des Magnetpulses den Wirbelstrom auszubilden. Das Werkzeug bildet so den Wirbelstromempfänger, und kann durch einen Gegen-Magnetpuls in Abhängigkeit des Wirbelstroms eine Repulsionskraft erzeugen und durch Abstoßung vom Wirbelstromerzeuger den Schlag erzeugen.
  • Denkbar ist auch eine Ausführungsform des Handwerkzeugs als Nagelvorrichtung. Das Werkzeug ist in dieser Ausführungsform durch einen Nagel gebildet, welcher mittels des Wirbelstromerzeugers in ein Objekt eingetrieben werden kann. Nach Verbrauch des Nagels kann ein neuer Nagel mit dem Handwerkzeug eingetrieben werden. Vorteilhaft braucht so kein mechanischer Schlag auf den Nagel wirken, eine Oberfläche des Nagels kann so unversehrt bleiben. Weiter vorteilhaft kann so auch kein schräg auf eine Längsachse des Nagels wirkender Schlag den Nagel verbiegen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Handwerkzeugs ist das Schlagwerk ausgebildet, wenigstens einen Teil der Schlagenergie des Schlages in ein Drehbewegen des Werkzeugs um die Schlagachse zu überführen.
  • In einer anderen Ausführungsform des Handwerkzeugs ist das Schlagwerk ausgebildet, wenigstens einen Teil der Schlagenergie des Schlages in ein Drehbewegen des Werkzeugs um die Schlagachse zu überführen. Das Schlagwerk kann dazu bevorzugt das Werkzeug aufweisen. Das Werkzeug, insbesondere ein Meißel, kann dazu beispielsweise in einem Bereich, welcher insbesondere zum Empfangen eines Magnetpulses und zum Erzeugen des Wirbelstroms ausgebildet ist, eine Oberfläche aufweisen, welche entlang der Schlagachse schraubenförmig ausgebildet ist. Durch die schraubenförmige Ausbildung der Oberfläche wird zum Abstoßen des Wirbelstromempfängers von dem Wirbelstromerzeuger weg vorteilhaft eine Magnetfeldverteilung gebildet, welche während des Abgestoßenwerdens von dem Wirbelstromerzeuger, dem Wirbelstromempfänger und bevorzugt zusätzlich dem Werkzeug einen Drehimpuls überträgt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Handwerkzeugs weist der Wirbelstromerzeuger eine Flachspule auf, deren Spulenwindungen sich mit einem von der Schlagachse radial nach außen zunehmenden Windungsradius erstrecken. Durch diese Ausbildung des Wirbelstromerzeugers kann der Wirbelstromerzeuger vorteilhaft besonders Platz sparend ausgebildet sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Spulenwindungen der Flachspule aus Litze gebildet. Dadurch kann die Spule, insbesondere aufgrund eines Skineffektes, besonders effizient den Magnetpuls erzeugen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Handwerkzeugs erstrecken sich die Spulenwindungen der Flachspule in einem Längsabschnitt entlang der Schlagachse derart schraubenförmig, dass das Werkzeug zusätzlich zu einem Translationsbewegen entlang der Schlagachse ein Drehbewegen um die Schlagachse ausführen kann. Dadurch kann das Werkzeug zusätzlich wenigstens abschnittsweise in Rotationsumfangsrichtung eine Bohrbewegung ausführen.
  • Durch diese Ausführungsform der Flachspule kann der Wirbelstromempfänger, insbesondere ein Schlagbolzen oder das Werkzeug, im Bereich eines Endes mit einer ebenen Fläche ausgebildet sein, welche im Wirkungsbereich des Wirbelstromerzeugers angeordnet und dem Wirbelstromerzeuger zugewandt ist. Weiter vorteilhaft kann durch die so ausgebildete Flachspule ein Drehimpuls auf das Werkzeug übertragen werden, so dass das Werkzeug zusätzlich zu einer Schlagbewegung auch eine Drehbewegung ausführen kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Handwerkzeugs ist die Flachspule zum Erzeugen des Magnetpulses mit einem Kondensator verbunden. Die Flachspule und der Kondensator bilden miteinander elektromagnetisch einen Resonanzkreis. Dadurch kann der Magnetpuls besonders effizient erzeugt werden.
  • Das Schlagwerk weist bevorzugt einen Piezo-Sensor oder einen induktiven Sensor, beispielsweise eine Sensorspule auf, welcher ausgebildet ist, einen zurückreflektierten Schlag, insbesondere eine zurückreflektierte Stoßwelle, zu erfassen und ein entsprechendes Sensorsignal zu erzeugen. Das Handwerkzeug ist weiter bevorzugt ausgebildet, in Abhängigkeit des Sensorsignals einen weiteren Schlag zu erzeugen. Der induktive Sensor ist bevorzugt durch die Spule des Wirbelstromerzeugers gebildet.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Schlagwerk für ein Handwerkzeug, wobei das Schlagwerk einen Werkzeughalter auf. Bevorzugt weist das Schlagwerk einen Wirbelstromerzeuger auf, welcher ausgebildet ist, mindestens einen Schlag, bevorzugt eine zeitliche Folge von Schlägen zu erzeugen.
  • Bevorzugt weist das Schlagwerk einen entlang einer Schlagachse beweglich gelagerten Wirbelstromempfänger auf. Der Wirbelstromerzeuger ist ausgebildet, einen Magnetpuls derart zu erzeugen, dass in dem Wirbelstromempfänger ein Wirbelstrom erzeugt werden kann und der Wirbelstromempfänger in Abhängigkeit des Wirbelstroms einen zum Magnetpuls entgegengerichteten Gegen-Magnetpuls erzeugen kann und so vom Wirbelstromerzeuger abgestoßen werden und entlang der Schlagachse einen Schlag erzeugen kann. Bevorzugt weist das Schlagwerk einen Werkzeughalter auf, wobei der Werkzeughalter und der Wirbelstromempfänger derart zueinander angeordnet sind, dass ein in dem Werkzeughalter gehaltenes Werkzeug den Schlag empfangen kann.
  • Das Handwerkzeug weist bevorzugt einen Handgriff auf, mit dem das Handwerkzeug von einer erwachsenen Hand oder mit zwei Händen gehalten werden kann.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines mindestens schlagend, bevorzugt zusätzlich zum Bohren ausgebildeten Handwerkzeugs, insbesondere des zuvor beschriebenen Handwerkzeugs. Bei dem Verfahren wird ein auf ein Werkzeug wirkender Schlag mittels eines Wirbelstromerzeugers erzeugt, wobei der Wirbelstromerzeuger einen Magnetpuls erzeugt und in einem entlang einer Schlagachse beweglich angeordneten Wirbelstromempfänger ein Wirbelstrom erzeugt wird. Der Wirbelstromempfänger erzeugt in Abhängigkeit des Wirbelstroms einen dem Magnetpuls entgegengerichteten Gegen-Magnetpuls. Der Wirbelstromempfänger wird so insbesondere durch eine aus den Kräften resultierende Repulsionskraft vom Wirbelstromerzeuger abgestoßen und erzeugt entlang der Schlagachse einen Schlag. Der Schlag wird mindestens mittelbar an ein Werkzeug abgegeben. Der Schlag kann neben einer Bewegung des Werkzeugs als Ganzes in Richtung der Schlagachse – in Abhängigkeit von einem zeitlichen Geschwindigkeitsprofil des Schlages – eine Stoßwelle umfassen, welche sich vom Wirbelstromempfänger bis hin zu einem zum Arbeiten des Werkzeugs vorgesehenen Ende, insbesondere einer Meißelspitze, ausbreitet. Von dem Ende wird ein Anteil der Stoßwelle zurückreflektiert und wandert zum dem Wirbelstromerzeuger zugewandten Ende des Werkzeugs. Dort kann der zurückreflektierte Anteil der Stoßwelle von einem Sensor erfasst werden, ein entsprechendes Sensorsignal erzeugt werden. Ein weiterer Schlag kann in Abhängigkeit des Sensorsignals erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird wenigstens ein Teil der Schlagenergie des Schlags in ein Drehbewegen des Werkzeugs um die Schlagachse überführt. Dadurch kann vorteilhaft zusätzlich zu einer Schlagbewegung eine Bohrbewegung ausgeführt werden, welche beispielsweise nur einen Teil eines Rotationsumfanges des Werkzeugs um die Schlagachse umfasst.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Magnetpuls aus der Energie eines Schwingkreises erzeugt. Dazu kann der Wirbelstromerzeuger eine Flachspule zum Erzeugen des Magnetpulses aufweisen, welche mit einem Kondensator verbunden ist und welche mit dem Kondensator in Resonanz steht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Magnetpuls von dem Wirbelstromerzeuger mit ansteigender Pulsamplitude erzeugt. Durch die so gebildete ansteigende Pulsflanke kann der Anker vorteilhaft sanft beschleunigt werden, so dass Rückstoßkräfte kleiner sind als bei einem beispielsweise rechteckförmigen Magnetpuls. Der Magnetpuls mit ansteigender Pulsamplitude weist beispielsweise eine wenigstens pulsabschnittsweise eine Sägezahnform auf.
  • Bevorzugt weist der Wirbelstromerzeuger eine Stromquelle auf, welche einen Gesamtpuls zum Erzeugen eines Schlages einer Folge von Schlägen erzeugen kann, wobei der Gesamtpuls einen Wechselstrompuls zum Erzeugen des Wirbelstroms und einen an den Wechselstrompuls anschließenden Gleichstrompuls zum Zurückziehen des Wirbelstromempfängers umfasst.
  • Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen, sowie aus den in der Figurenbeschreibung genannten Merkmalen.
  • 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Schlagwerk eines Handwerkzeugs mit einem Wirbelstromerzeuger und mit einem Werkzeug, welches im Bereich eines dem Wirbelstromerzeuger zugewandten Endes einen Wirbelstromempfänger aufweist;
  • 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Schlagwerk eines Handwerkzeugs mit einem Wirbelstromerzeuger, welcher mit einem als Schlagbolzen ausgebildeten Wirbelstromempfänger in Wirkverbindung steht. Der Schlagbolzen kann einen Schlag erzeugen und diesen an ein von einem Werkzeughalter gehaltenes Werkzeug abgeben;
  • 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Schlagwerk eines Handwerkzeugs, welches einen Wirbelstromantrieb aufweist und mit welchem zusätzlich zu einem Schlag entlang einer Schlagachse eine Drehbewegung des Werkzeugs um die Schlagachse erzeugt werden kann;
  • 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Spule eines Wirbelstromerzeugers, mit der eine Drehbewegung des Werkzeugs erzeugt werden kann;
  • 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung für die in den 1, 2 und 3 gezeigten Schlagwerke;
  • 6 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zum Veranschaulichen eines Wirkungsprinzips eines wirbelstromgetriebenen Schlagwerks;
  • 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein wirbelstromgetriebenes Schlagwerk mit einem ferromagnetisch ausgebildeten Anker als Wirbelstromempfänger.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schlagwerk 1 für ein Handwerkzeug. Das Handwerkzeug kann beispielsweise ein Schlaghammer, Bohrhammer oder Elektromeißel sein.
  • Das Schlagwerk 1 weist eine Aufnahmevorrichtung 14 für ein Werkzeug 12 auf. Das Werkzeug 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Meißel ausgebildet. Die Aufnahmevorrichtung 14 ist ausgebildet, den Meißel 12 derart zu führen, dass der Meißel 12 entlang einer Schlagachse 30 hin- und herbewegt werden kann. Die Aufnahmevorrichtung 14 ist beispielsweise hohlzylinderförmig ausgebildet, und umschließt ein zylinderförmiges Lumen, in dem das Werkzeug, insbesondere Meißel, wenigstens teilweise geführt werden kann.
  • Das Schlagwerk 1 weist auch einen Wirbelstromantrieb auf. Der Wirbelstromantrieb weist eine elektrische Spule mit Spulenwindungen auf, von denen die Spulenwindungen 24 und 26 beispielhaft bezeichnet sind. Die Spule ist als Flachspule ausgebildet, welche in diesem Ausführungsbeispiel Spulenwindungen aus einem elektrisch insbesondere gut leitfähigen Material, beispielsweise Kupfer aufweist. Die Spulenwindungen der Spule weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Spule ist in diesem Ausführungsbeispiel als Flachspule ausgebildet, welche mit einem Spulenträger 22 verbunden ist. Der Spulenträger 22 ist beispielsweise aus mit Epoxidharz gebundenen Glasfasern oder aus einem keramischen Material gebildet. Die Flachspule und der Spulenträger 22 erstrecken sich jeweils in einer Ebene, welche senkrecht zur Schlagachse 30 verläuft.
  • Die Spule mit Spulenwindungen 24 und 26 ist ausgebildet, stromdurchflossen einen Magnetpuls zu erzeugen, welcher im Wirkungsbereich der Spule in einem Wirbelstromempfänger 36 einen Wirbelstrom erzeugen kann. Der Wirbelstromempfänger 36 ist in diesem Ausführungsbeispiel als elektrisch gut leitfähige Platte ausgebildet, beispielsweise aus Kupfermaterial, welche in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Werkzeug, insbesondere dem Meißel 12 verbunden ist. Das Werkzeug, insbesondere der Meißel 12 kann in diesem Ausführungsbeispiel aus einem harten, weniger gut elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Stahl ausgebildet sein.
  • Der in dem Wirbelstromempfänger 36 erzeugte Wirbelstrom erzeugt einen eigenen Gegen-Magnetpuls, welcher mit dem von der Spule erzeugten Magnetpuls zusammenwirkt, wobei der Magnetpuls der Spule und der von dem Wirbelstrom erzeugte Gegen-Magnetpuls einander abstoßen. So wird sowohl bewirkt, dass durch die Abstoßung der Meißel 12 entlang der Schlagachse 30 bewegt wird, als auch im Bereich des zur Spule zugewandten Meißelendes, also im Bereich des Wirbelstromempfängers 36, eine Stoßwelle erzeugt wird, welcher sich als entlang der Schlagachse 30 im Meißel 12 ausbreitende Stoßwelle 34, insbesondere Longitudinalwelle, von dem Wirbelstromempfänger zu einer Meißelspitze hin bewegt.
  • Zwischen der Werkzeugaufnahme 14, welche in diesem Ausführungsbeispiel als zylindrisches Rohr ausgebildet ist, und dem Spulenträger 22, befindet sich entlang der Schlagachse 30 eine Deckplatte 19, welche im Bereich der Spule einen Durchbruch aufweist, so dass Magnetfeldlinien, welche von der Spule erzeugt worden sind, durch den Durchbruch hindurch zum Wirbelstromempfänger gelangen können. Die Deckplatte 19 ist beispielsweise aus Stahl ausgebildet und ragt mit einem Vorsprungsbereich quer zur Schlagachse 30 radial nach innen, so dass das Werkzeug 12, insbesondere der Meißel, beim Zurückbewegen entgegen der Spule formschlüssig gegen die Deckplatte 19 anschlagen kann und somit gegen ein Weiterbewegen aufgehalten wird.
  • Zwischen der Deckplatte 19 und dem Spulenträger 22 ist entlang der Schlagachse 30 ein Beschleunigungssensor, insbesondere ein scheibenförmig ausgebildetes Piezoelement 18 angeordnet. Das scheibenförmige Piezoelement 18 weist einen Durchbruch auf, durch den Magnetfeldlinien des von der Spule erzeugten Magnetpulses hindurchtreten können. Das Piezoelement 18 ist ausgebildet, in Abhängigkeit eines von dem Werkzeug 12 über die Deckplatte 19 auf das Piezoelement 18 ausgeübten Druckes ein Beschleunigungssignal zu erzeugen und dieses ausgangsseitig auszugeben.
  • Das Handwerkzeug kann beispielsweise in Abhängigkeit des Beschleunigungssignals die Spule zum Aussenden eines Magnetpulses bestromen. So kann dabei bei einer Anwendung des Handwerkzeugs in Abhängigkeit von einem auf das Werkzeug 12, insbesondere die Meißelspitze wirkenden Druckes ein Schlag des Schlagwerkzeugs ausgelöst werden. Zusätzlich dazu kann in Abhängigkeit des Beschleunigungssignals ein Rückbewegen des Werkzeugs und/oder eine an einem Werkzeugende reflektierte Stoßwelle erfasst werden, und in Abhängigkeit des Beschleunigungssignals – beispielsweise gesteuert durch eine Steuereinheit – ein Auslösen eines weiteren Schlages erfolgen.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schlagwerk 10 eines Handwerkzeugs. Das Schlagwerk 10 weist wie das Schlagwerk 1 in 1 gleiche Komponenten auf, welche jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die gleichen Komponenten haben die gleichen Funktionen wie die in 1 gezeigten Komponenten mit jeweils gleichen Bezugszeichen.
  • Anders als das Schlagwerk 1 in 1 weist das Schlagwerk 10 in 2 einen Meißel 13 als Werkzeug des Schlagwerks auf. Das Werkzeug 13 ist – anders als das Werkzeug 12 in 1 – nicht zum Erzeugen eines Wirbelstroms ausgebildet.
  • Das Schlagwerk 10 weist – anders als in 1 – einen Schlagbolzen 25 auf, welcher entlang der Schlagachse 30 zwischen dem Werkzeug 13 und dem Wirbelstromerzeuger, umfassend den Spulenträger 22 und die Spule, angeordnet ist.
  • Der Schlagbolzen 25 ist in dieser Ausführungsform ausgebildet, einen Wirbelstrom in Abhängigkeit des von der Spule erzeugten Magnetpulses zu erzeugen. Der Schlagbolzen 25 weist dazu eine Platte 37, bestehend aus elektrisch bevorzugt gut leitfähigem Material auf, welche entlang der Schlagachse 30 der Spule zugewandt angeordnet ist. Die Platte 37 ist mit dem Schlagbolzen 25 verbunden und bildet einen Bestandteil des Schlagbolzens 25, welcher beispielsweise bis auf den Wirbelstromempfänger aus Stahl gebildet sein kann.
  • Der Schlagbolzen 25 ist von dem Werkzeughalter 14 aufgenommen und in dem Werkzeughalter 14 beweglich angeordnet. Der Werkzeughalter 14 weist – anders als der Werkzeughalter 14 in 1 – zusätzlich eine Sensorspule 16 auf. Die Sensorspule 16 ist ringförmig ausgebildet und umschließt ein Lumen, in welchem das Werkzeug 13 wenigstens teilweise hin- und herbeweglich angeordnet ist. Die Sensorspule 16 ist ausgebildet, ein Bewegen des Werkzeugs 13 entlang der Schlagachse 30 – also durch die Sensorspule 16 hindurch – zu erfassen und mittels elektromagnetischer Induktion ein Sensorsignal zu erzeugen und dieses ausgangsseitig auszugeben. Die Sensorspule 16 kann beispielsweise mit einer Steuereinheit verbunden sein, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Sensorsignals die Spule zum Erzeugen eines Schlages zu bestromen. Das kann beispielsweise derart effizient geschehen, dass die Spule 30 zum Erzeugen eines Schlages erst bestromt wird, wenn das Werkzeug 13 sich vollständig entlang der Schlagachse 30 in Richtung Spule gegen den Schlagbolzen 25 bewegt hat und so zum weiteren Vorwärtsbewegen bereit ist. Dadurch kann vorteilhaft Schlagenergie effizient umgesetzt werden, insoweit eine zu früh abgegebene Schlagenergie gegen ein Zurückbewegen des Werkzeugs wenigstens teilweise durch das Zurückbewegen des Werkzeugs 13 aufgehoben werden würde. Anders als mittels des Beschleunigungssensors 18, kann die Steuereinheit mittels der Spule 52 des Wirbelstromerzeugers – gebildet aus der Spule mit den Spulenwindungen 24 und 26 und dem Spulenträger 22 – einen zeitlichen Verlauf der Wirbelstromausbildung in dem Wirbelstromempfänger erfassen, ein den Wirbelstrom repräsentierendes Wirbelstromsignal erzeugen und einen weiteren Magnetpuls – beispielsweise als Teil einer zeitlichen Folge von Magnetpulsen – in Abhängigkeit des Wirbelstromsignals erzeugen.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schlagwerk 20 eines Handwerkzeugs. Das Schlagwerk 20 weist einen Wirbelstromerzeuger mit einem Spulenträger 22 auf, auf dem eine Flachspule angeordnet ist, von deren Spulenwindungen die Spulenwindungen 28 und 29 beispielhaft bezeichnet sind. Die Flachspule ist in diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass radial weiter nach außen liegende Spulenwindungen eine sich in Richtung der Schlagachse 30 erstreckende Abmessung aufweisen, welche größer ist als radial weiter innen liegende Spulenwindungen. Die Spule kann so vorteilhaft eine Schraubenform bilden, welche in 4 näher dargestellt ist. Die so mittels der Spule gebildete Schraubenform bewirkt, dass das Werkzeug 11 des Schlagwerks 20 in eine Drehbewegung 32 versetzt werden kann, welcher der durch die Stoßwelle 34 verursachten Translationsbewegung entlang der Schlagachse 30 überlagert ist. Das Werkzeug 11 kann so während eines Schlagvorgangs gleichzeitig eine bohrende Drehbewegung ausüben.
  • 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine äußere Spulenwindung 29 der in 3 bereits dargestellten Flachspule.
  • Die Spulenwindung 29 erstreckt sich entlang einer Umfangsrichtung zunehmend in Richtung der Schlagachse 30, so dass die Spulenwindung entlang der Schlagachse 30 eine Schraubenform bildet. Die Schraubenform bewirkt, dass das Werkzeug 11 bei einem Bestromen der Spule eine Drehbewegung 32 ausführen kann.
  • 5 zeigt eine Schaltungsanordnung für ein Schlagwerk eines Handwerkzeugs, welches zum Erzeugen eines Wirbelstroms ausgebildet ist, welcher ein Werkzeug in eine Schlagbewegung versetzen kann. Schaltungsanordnung 50 weist dazu eine Spannungsquelle 60 auf, welche beispielsweise eine Hochspannung von mehreren Kilovolt, bevorzugt wenigstens 7 Kilovolt oder wenigstens 10 Kilovolt aufweist. Die Spannungsquelle 60 ist über einen Widerstand 62 mit einem Anodenanschluss eines Thyristors 58 verbunden. Der Thyristor 58 weist einen Kathodenanschluss auf, welcher mit dem anderen Anschluss der Spannungsquelle 60 verbunden ist. Der Thyristor 58 weist einen Steueranschluss auf, welche über eine Verbindungsleitung 66 mit einer Steuereinheit 56 verbunden ist. Die Steuereinheit 56 ist eingangsseitig über eine Verbindungsleitung 65 mit einer Sensorspule 16 verbunden. Die Steuereinheit 56 ist ebenfalls eingangsseitig über eine Verbindungsleitung 64 mit dem Beschleunigungssensor 18 verbunden, welcher in 1 und in 2 gezeigt und bereits erläutert worden ist.
  • Der Anodenanschluss des Thyristors 58 ist mit einem ersten Anschluss eines Kondensators 54 verbunden. Der Kondensator 54 weist einen zweiten Anschluss auf, welcher mit einem ersten Anschluss einer Spule 52 verbunden ist. Die Spule 52 ist Bestandteil eines in den 1 und 2 bereits dargestellten Wirbelstromerzeugers, welche ausgebildet ist, stromdurchflossen einen Magnetpuls zu erzeugen. Die Spule 52 weist einen zweiten Anschluss auf, welcher mit dem Kathodenanschluss des Thyristors 58 und auch mit der Spannungsquelle 60 verbunden ist. Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung 50 wird nun im Folgenden erläutert:
    Wenn das Handwerkzeug, beispielsweise das in 2 dargestellte Handwerkzeug, mit dem Werkzeughalter 13 gegen ein zu bearbeitendes Objekt gedrückt wird, so drückt das Werkzeug 13 gegen den Schlagbolzen 25 und veranlasst den Beschleunigungssensor 18 durch einen auf diesen ausgeübten Druck zum Erzeugen eines Beschleunigungssignals insbesondere einer Spannung. Der Beschleunigungssensor 18 kann das Beschleunigungssignal über die Verbindungsleitung 64 an die Steuereinheit 56 senden. Die Steuereinheit 56 ist ausgebildet, in Abhängigkeit des Beschleunigungssignals ein Trigger-Signal zu erzeugen und dieses über die Verbindungsleitung 66 auszugeben und so den Thyristor 58 zu zünden. Die Steuereinheit 56 ist über eine Verbindungsleitung 67 mit der Spule 52 verbunden und kann – zusätzlich oder unabhängig von dem Beschleunigungssensor 18 – das Triggersignal in Abhängigkeit eines Signalverlaufs einer durch den Wirbelstrom in der Spule 52 induzierten Spannung erzeugen. So kann beispielsweise verhindert werden, dass der Thyristor 58 gezündet wird, bevor die Stoßwelle zum Wirbelstromempfänger 36 oder 37 zurückgekehrt ist oder das Werkzeug 12 oder 13 noch nicht zurückgeschwungen ist. Ein Hubweg des Werkzeugs 12 oder 13 beträgt beispielsweise zwischen drei und vier Millimetern.
  • Der Kondensator 54, welcher zuvor von der Spannungsquelle 60 über den Widerstand 62 mit elektrischer Ladung aufgeladen wurde, kann so seine Ladung über den Thyristor 58, sowie über die mit dem Kondensator in Serie geschaltete Spule 52 entladen. Der Entladestrom des Kondensators 54 – vorzugsweise befindet sich der Kondensator 54 und die Spule 52 in Resonanz – wird in der Spule 52 in einen Magnetpuls umgesetzt.
  • Der Magnetpuls kann von dem in 1 dargestellten Wirbelstromempfänger 36, oder von dem in 2 dargestellten Wirbelstromempfänger 37 empfangen werden und dort jeweils einen Wirbelstrom erzeugen, welcher jeweils einen Gegen-Magnetpuls erzeugen kann, so dass der Schlagbolzen 25 oder der Wirbelstromempfänger 36 zusammen mit dem Werkzeug 12 entlang der Schlagachse 30 einen Schlag ausüben kann. Ein erneutes Erzeugen eines Triggersignals durch die Steuereinheit 56 kann in Abhängigkeit eines Beschleunigungssignals, eines Sensorsignals der Sensorspule 16 oder eines Signalverlaufs einer durch den Wirbelstrom in der Spule 52 induzierten Spannung erfolgen.
  • Der Widerstand 62 weist einen derartigen Widerstandswert auf, dass während des Zündens des Thyristors 58 der Kondensator 54 über die Spule 52 entladen werden kann, wobei die Spannungsquelle 60 nicht kurzgeschlossen wird.
  • 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Wirkungsweise des in den 1, 2 und 3 bereits dargestellten Schlagwerks. 6 zeigt dazu eine Anordnung 70, welche eine Spule 76 als Bestandteil eines Wirbelstromerzeugers, eine mit der Spule 76 verbundene Wechselspannungsquelle 80, sowie einen flach ausgebildeten, elektrisch insbesondere gut leitfähigen Wirbelstromempfänger 74, welcher mit einem sich entlang einer Schlagachse 30 längs erstreckenden Werkzeug 72 verbunden ist. Die Wechselspannungsquelle 80 kann einen Strom erzeugen, welcher während einer Halbwelle der Wechselanspannung – in 6 mittels der Pfeile an der Spule 76 angedeutet – in einer Stromrichtung durch die Spule 76 fließt und so einen Magnetpuls 77 erzeugt. Der Magnetpuls 77 verursacht in dem Wirbelstromempfänger 74 einen Wirbelstrom 85, welcher einen dem Magnetpuls 77 entgegengesetzten Gegen-Magnetpuls 78 erzeugt.
  • Die zueinander entgegengerichteten Magnetpulse 77 und 78 bewirken eine Repulsionskraft 79, welche den Wirbelstromempfänger 74 zusammen mit dem Werkzeug 72 entlang der Schlagachse 30 von der Spule 76 des Wirbelstromerzeugers abstößt. Wie bereits zuvor erläutert, kann in Abhängigkeit des Zeitverlaufes des Magnetpulses zusätzlich zu einem Abstoßen entlang der Schlagachse 30 eine Stoßwelle in dem Werkzeug 72 erzeugt werden, welche sich in dem Werkzeug 72 entlang der Schlagachse 30 zu einer Werkzeugspitze des Werkzeugs 72 ausbreitet. Der Magnetpuls kann dazu eine derart zeitliche Länge aufweisen, dass sich eine Stoßwelle in dem Werkzeug ausbreiten kann.
  • 7 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Schlagwerk 90 mit Wirbelstromantrieb in einer Längsschnittdarstellung. Das Schlagwerk 90 weist einen ferromagnetisch ausgebildeten Becher 92 auf, wobei der Becher mit einem ferromagnetischen Kern 94 im Bereich eines Becherbodens des Bechers 92 magnetisch leitfähig verbunden ist, so dass ein magnetischer Fluss von dem Kern in eine Becherwand fließen kann. Der Kern 94 ist in diesem Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet und erstreckt sich vom Becherboden bis hin zu einem Becherrand, so dass sich zwischen einer äußeren Zylinderwand des Kerns und einer Becherinnenwand ein – quer zu einer Schlagachse 30 – ringförmiger Luftspalt gebildet ist. Die Becherinnenwand ist beispielsweise kegelabschnittsförmig gebildet, so dass ein den Luftspalt bildendes Volumen einen Kegelabschnitt mit einem äußeren Kegelmantel und einen den Kern 94 umgebenden zylinderförmigen Innenmantel aufweist.
  • In dem so gebildeten Luftspalt ist ein Hohlzylinderförmiger, in diesem Ausführungsbeispiel becherförmiger ferromagnetisch ausgebildeter Anker 100 als Wirbelstromempfänger hin- und herbeweglich angeordnet, wobei eine Becherwand 101 des Ankers 100 in den Luftspalt 96 eintaucht. Der Anker weist im Bereich eines Endes eine Schlagnase 102 auf, welche ausgebildet ist, bei einem Bewegen des Ankers 100 entlang der Schlagachse 30 einen Schlag an ein Werkzeug 13 abzugeben. Der Kern ist von einer elektrischen Zylinderspule umgeben, deren magnetische Feldlinien im bestromten Zustand im Inneren der Spule 98 entlang oder parallel zur Schlagachse 30 im Kern 94 verlaufen. Die Spule 98 ist mit einer Stromquelle 106 verbunden, welche ausgebildet ist, einen Wechselstrompuls zum Erzeugen eines Magnetpulses zum Austreiben des Ankers 100 zu erzeugen und so einen Wirbelstrom in dem Anker 100, insbesondere in der Becherwand 101 zu erzeugen, wodurch der Anker aus dem Luftspalt entlang der Schlagachse 30 herausbewegt wird und mit der Schlagnase 102 einen Schlag an das Werkzeug 13 abgeben kann. Das Werkzeug 13 ist in einer Werkzeugaufnahme 14 insbesondere hin- und herbeweglich gehalten. Das Schlagwerk kann zusätzlich zur Spule 98 eine an einer Stirnseite des Kerns 94 angeordnete Flachspule 104 aufweisen, welche beispielsweise mit der Spule 98 in Serie geschaltet ist oder zur Spule 98 parallel mit der Stromquelle 106 verbunden ist. Die Flachspule 104 kann einen zusätzlichen Wirbelstrom in einem Becherboden des Ankers 100 erzeugen, was die Schlagenergie des Ankers verstärkt. Die konische Form des Luftspaltes bewirkt eine anwachsende magnetische Feldstärke des von der Spule 98 erzeugten Magnetfeldes im Luftspalt 96 beginnend vom Becherboden bis hin zum Becherrand des Bechers 92, so dass der Anker 100 mit zunehmendem Austritt aus dem Luftspalt 96 eine gleichbleibende oder zunehmende auf die Becherrand 101 wirkende Austriebskraft erfährt.
  • 8 zeigt das in 7 dargestellte Schlagwerk 90, bei dem der Anker sich entlang der Schlagachse 30 aus dem Luftspalt 96 teilweise herausbewegt hat und gegen das Werkzeug 13 schlägt. Der Anker ist in 8 in einer Stellung 100' dargestellt. Die Stromquelle 106 ist ausgebildet, anschließend an den Wechselstrompuls – oder nach einer Pulspause – zum Austreiben des Ankers einen Gleichstrompuls zu erzeugen und mittels des Gleichstrompulses den Anker in den Luftspalt 97 zurückzuziehen. Durch periodisches Erzeugen eines Gesamtpulses oder eines Pulspaares umfassend einen Wechselstrompuls und einen Gleichstrompuls, können so periodisch aufeinanderfolgende Schläge erzeugt werden.
  • 9 zeigt ein Diagramm mit einer Zeitachse 110 und einer Amplitudenachse 112, in dem ein Ausführungsbeispiel für einen zuvor beschriebenen Gesamtpuls 113 umfassend einen Wechselstrompuls 114 und einen an den Wechselstrompuls 114 anschließenden Gleichstrompuls umfasst. Der Wechselstrompuls 114 weist eine Wechselstrompulsdauer 116 auf und der Gleichstrompuls 115 weist eine Gleichstrompulsdauer 118 auf. Das Verhältnis der Wechselstrompulsdauer 116 zu der Gleichstrompulsdauer 118 beträgt beispielsweise 3:1, so dass die Wechselstrompulsdauer 116 des Wechselstrompulses 114 drei viertel einer Gesamtpulsdauer eines Gesamtpulses 113 zum Erzeugen eines Schlages beträgt, und die Gleichstrompulsdauer 118 des Gleichstrompulses 115 ein viertel der Gesamtpulsdauer beträgt. Eine Schlagfrequenz kann beispielsweise 50 Hertz betragen. Die Gesamtpulsdauer beträgt beispielsweise 20 Millisekunden, die Wechselstrompulsdauer 116 beträgt dann 15 Millisekunden und die Gleichstrompulsdauer 118 fünf Millisekunden. Eine Modulationsfrequenz des Wechselstrompulses 114, also eine Wechselstromfrequenz des Wechselstrompulses 114 beträgt beispielsweise wenigstens oder genau 10 Kilohertz.

Claims (16)

  1. Handwerkzeug mit einem Schlagwerk (1, 10, 20) dadurch gekennzeichnet, dass des Schlagwerk (1, 10, 20) einen Wirbelstromerzeuger (22, 24, 26, 28, 29, 52, 76) aufweist, welcher ausgebildet ist, mittels eines Wirbelstroms, insbesondere mindestens eines Wirbelstrompulses, mindestens einen Schlag zu erzeugen.
  2. Handwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Handwerkzeug einen entlang einer Schlagachse (30) beweglich gelagerten und im Wirkungsbereich des Wirbelstromerzeugers (22, 24, 26, 28, 29, 52, 76) angeordneten Wirbelstromempfänger (36, 37, 74) aufweist, wobei der Wirbelstromerzeuger (22, 24, 26, 28, 29, 52, 76) ausgebildet ist, einen Magnetpuls (77) derart zu erzeugen, dass in dem Wirbelstromempfänger (85) ein Wirbelstrom erzeugt werden kann und der Wirbelstromempfänger (36, 37, 74) in Abhängigkeit des Wirbelstroms (85) einen dem Magnetpuls (77) entgegengerichteten Gegen-Magnetpuls (78) erzeugen kann und so vom Wirbelstromerzeuger (22, 24, 26, 28, 29, 52, 76) abgestoßen werden und entlang der Schlagachse (30) einen Schlag erzeugen kann, wobei der Wirbelstromempfänger (36, 37, 74) und der Werkzeughalter (14) zueinander angeordnet sind, dass das Werkzeug (11, 12, 13) den Schlag empfangen kann.
  3. Handwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirbelstromempfänger mit dem Werkzeug verbunden oder durch das Werkzeug selbst gebildet ist.
  4. Handwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagwerk (20) ausgebildet ist, wenigstens einen Teil der Schlagenergie des Schlags in ein Drehbewegen (32) des Werkzeugs (11) um die Schlagachse (30) zu überführen.
  5. Handwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromerzeuger (22, 24, 26, 28, 29, 52, 76) eine Flachspule (52, 76) aufweist, deren Spulenwindungen (24, 26, 28, 29) sich mit einem von der Schlagachse (30) radial nach außen zunehmenden Windungsradius erstrecken.
  6. Handwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwindungen (24, 26, 28, 29) der Flachspule (52, 76) aus Litze gebildet sind.
  7. Handwerkzeug. nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwindungen (28, 29) der Flachspule sich in einem Längsabschnitt entlang der Schlagachse derart schraubenförmig erstrecken, dass das Werkzeug (11) zusätzlich zu einem Bewegen entlang der Schlagachse (30) ein Drehbewegen (32) um die Schlagachse (30) ausführen kann.
  8. Handwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachspule (22, 26, 52, 76) zum Erzeugen des Magnetpulses (77) mit einem Kondensator (54) verbunden ist und die Flachspule (22, 26, 52, 76) und der Kondensator (54) miteinander elektromagnetisch einen Resonanzkreis bilden.
  9. Schlagwerk (1, 10, 20) für ein Handwerkzeug, wobei das Schlagwerk (1, 10, 20), dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagwerk einen Wirbelstromerzeuger (22, 24, 26, 52, 76) aufweist, welcher ausgebildet ist, mindestens einen Schlag zu erzeugen.
  10. Schlagwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagwerk einen entlang einer Schlagachse (30) beweglich gelagerten Wirbelstromempfänger (36, 37, 74) aufweist, wobei der Wirbelstromerzeuger (22, 24, 26, 52, 76) ausgebildet ist, einen Magnetpuls (77) derart zu erzeugen, dass in dem Wirbelstromempfänger (36, 37, 74) ein Wirbelstrom (85) erzeugt werden kann und der Wirbelstromempfänger (36, 37, 74) in Abhängigkeit des Wirbelstroms (85) einen zum Magnetpuls (77) entgegengerichteten Gegen-Magnetpuls (78) erzeugen kann und so vom Wirbelstromerzeuger (22, 24, 26, 52, 76) abgestoßen werden und entlang der Schlagachse (30) einen Schlag erzeugen kann, wobei das Schlagwerk (1, 10, 20) einen Werkzeughalter (14) aufweist, wobei der Wirbelstromempfänger (36, 37, 74) und der Werkzeughalter (14) derart zueinander angeordnet sind, dass ein in dem Werkzeughalter (14) gehaltenes Werkzeug den Schlag empfangen kann.
  11. Verfahren zum Betreiben eines mindestens schlagend ausgebildeten Handwerkzeugs, insbesondere eines Handwerkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem mindestens ein auf ein Werkzeug (11, 12, 13) wirkender Schlag mittels eines Wirbelstromerzeugers (22, 24, 26, 52, 76) erzeugt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Wirbelstromerzeuger (22, 24, 26, 52, 76) einen Magnetpuls (77) erzeugt und in einem entlang einer Schlagachse (30) beweglich angeordneten Wirbelstromempfänger (36, 37, 74) ein Wirbelstrom (85) erzeugt wird, und der Wirbelstromempfänger (36, 37, 74) in Abhängigkeit des Wirbelstroms (85) einen dem Magnetpuls (77) entgegengerichteten Gegen-Magnetpuls (78) erzeugt und so vom Wirbelstromerzeuger (22, 24, 26, 52, 76) abgestoßen wird und entlang der Schlagachse (30) einen Schlag erzeugt, wobei der Schlag (30) mindestens mittelbar an das Werkzeug (11, 12, 13) abgegeben wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Schlagenergie des Schlags in ein Drehbewegen (32) des Werkzeugs (11) um die Schlagachse überführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetpuls (77) aus der Energie eines Schwingkreises (54, 52, 76, 24, 26, 28, 29) erzeugt wird.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromerzeuger den Magnetpuls mit ansteigender Pulsamplitude zu erzeugt.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromerzeuger einen Gesamtpuls (113) zum Erzeugen eines Schlages einer Folge von Schlägen erzeugt, wobei der Gesamtpuls einen Wechselstrompuls (114) zum Erzeugen des Wirbelstroms und einen an den Wechselstrompuls (114) anschließenden Gleichstrompuls (115) zum Zurückziehen des Wirbelstromempfängers (100) umfasst.
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