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Die Beschreibung betrifft einen handgehaltenen Bohr- und/oder Schlaghammer.
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Der Antrieb eines derartigen Bohr- und/oder Schlaghammers (nachfolgend auch als Hammer oder Aufbruchhammer bezeichnet) kann von dem Bediener mit Hilfe eines Schalters oder Tasters aktiviert werden. Um vielfältige Griffpositionen zu ermöglichen, sind derartige Schalter oder Taster häufig arretierbar, damit der Bediener den Hammer auch halten kann, ohne gleichzeitig den Schalter bzw. Taster betätigen zu müssen. Besonders bei leichteren Hämmern sind die unterschiedlichsten Griffpositionen erforderlich, sodass in dieser Klasse meist keine Taster mehr verwendet werden, die vom Bediener während des gesamten Betriebs gedrückt gehalten werden müssten.
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Wenn der Bediener den Hammer hingegen mit einem arretierbaren Schalter eingeschaltet hat, besteht bei einem kurzzeitigen Abheben des Geräts von dem zu bearbeitenden Untergrund meist nicht die Möglichkeit, den Hammer bequem abzuschalten. Vielmehr muss der Bediener dazu die Arretierung des Schalters bzw. Tasters lösen, was in der Praxis als lästig empfunden wird. Demzufolge läuft der Antriebsmotor mit unverminderter Drehzahl weiter und das Schlagwerk geht in den Leerlaufbetrieb über.
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Bei Aufbruchhämmern haben sich insbesondere Luftfederschlagwerke hervorragend bewährt, bei denen das Schlagwerk je nach Arbeitszustand zwischen einer Leerlaufposition und einer Schlagposition wechseln kann. Wird das Werkzeug nach einem Abheben wieder an das Gestein angedrückt, verschließen sich Leerlauföffnungen im Innern des Luftfederschlagwerks, sodass das Schlagwerk vom Leerlauf in den Schlagbetrieb überwechseln kann. Dabei ist es anzustreben, dass der Übergang möglichst sanft erfolgt, damit das Werkzeug beim Ansetzen nicht wegspringt.
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Zur Erleichterung des Ansetzens und zum Ermöglichen eines sanften Übergangs zwischen dem Leerlaufbetrieb und dem Schlagbetrieb ist aus der
DE 101 45 464 A1 bekannt, in dem Luftfederschlagwerk eine gegen eine Federkraft verschiebbare Hülse vorgesehen, die je nach Stellung Durchbrüche öffnet oder verschließt. Je stärker das Werkzeug gegen den zu bearbeitenden Stein gedrückt wird, desto mehr verschließt die Hülse die Durchbrüche, sodass der Schlagbetrieb gleitend verstärkt werden kann.
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In der
EP 1 170 095 A2 wird ein pneumatisches Schlagwerk beschrieben, das in der Leerlaufstellung des Schlagwerks die Drehzahl des Antriebs absenkt, um einen sicheren Leerlauf zu erhalten. Dazu wird mit Hilfe einer Sensorik die Position des Schlagkolbens, des Werkzeugs oder eines zwischengeschalteten Döppers in der Leerlaufposition detektiert. Dabei besteht die Möglichkeit, dass der Bediener den Hammer in einer Position hält, in der die Drehzahlabsenkung nicht nur im Leerlauf erfolgt, sondern auch in einer Position, in der der Schlagbetrieb des Hammers beginnen soll, so dass die Drehzahl abgesenkt bleibt. Um diesen Nachteil zu beheben, muss die Sensorik den gesamten Bereich überwachen, in dem sich die jeweils zu detektierende Komponente (Werkzeug, Schlagkolben, Döpper) befindet, wodurch der bauliehe Aufwand erhöht wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohr- und/oder Schlaghammer anzugeben, bei dem mit geringem konstruktivem Aufwand sichergestellt ist, dass das Werkzeug beim Ansetzen an das zu bearbeitende Gestein nicht aufgrund einer zu großen Schlagleistung wegspringen kann. Dementsprechend soll die Schlagleistung beim Ansetzen des Werkzeugs vermindert werden, aber dennoch gleichzeitig eine hohe, vom Bediener aufzubringende Anpresskraft auf das Werkzeug möglich sein, um das Werkzeug sich führen zu können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Bohr- und/oder Schlaghammer mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Zudem wird in dem nebengeordneten Verfahrensanspruch ein Verfahren zum Einstellen der Schlagfrequenz bei einem Bohr- und/oder Schlaghammer definiert.
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Es wird ein Bohr- und/oder Schlaghammer angegeben, mit einem Antrieb, einem von dem Antrieb antreibbaren Schlagwerk, einer Halteeinrichtung zum Halten des Bohr- und/oder Schlaghammers durch einen Bediener, einer Krafterkennungseinrichtung zum Detektieren einer an der Halteeinrichtung wirkenden Andrückkraft des Bedieners, und mit einer Steuerungseinrichtung zum Einstellen einer Schlagfrequenz des Schlagwerks, wobei durch die Steuerungseinrichtung bei Überschreiten eines vorgegebenen Arbeitsschlag-Kraftgrenzwerts durch die detektierte Andruckkraft des Bedieners die Schlagfrequenz auf eine vorgegebene Arbeitsfrequenz erhöhbar ist, während bei Unterschreiten eines vorgegebenen Leerlaufschlag-Kraftgrenzwerts durch die detektierte Andrückkraft des Bedieners die Schlagfrequenz auf eine vorgegebene Leerlauffrequenz verminderbar ist.
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Das Schlagwerk kann ein Luftfederschlagwerk sein, mit einem von dem Antrieb antreibbaren Antriebskolben, einem axial zu dem Antriebskolben in einem Schlagwerkrohr linear bewegbar geführten Schlagkolben, und mit einer zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben erzeugbaren Luftfeder zum Übertragen der Bewegung des Antriebskolbens auf den Schlagkolben.
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Bei einer Variante dient der Antriebskolben gleichzeitig als Schlagwerkrohr für die Führung des Schlagkolbens, sodass der Schlagkolben im Inneren des Antriebskolbens geführt wird. Ebenso ist es möglich, dass der Antriebskolben im Inneren des Schlagkolbens geführt wird.
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Derartige Luftfederschlagwerke sind seit langem bekannt und haben sich in der Praxis bereits hervorragend bewährt, sodass an dieser Stelle auf eine eingehendere Beschreibung verzichtet werden kann.
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Der Bohr- und/oder Schlaghammer (nachfolgend auch als Hammer bzw. Aufbruchhammer bezeichnet) ermöglicht es, dass ein einfaches Luftfederschlagwerk ohne die oben beschriebene Hülsensteuerung verwendet werden kann, das beim Anheben des Hammers in eine Leerlaufstellung übergeht und das – ohne die erfindungsgemäße Ausgestaltung – prinzipbedingt beim Ansetzen des Werkzeugs direkt wieder in die volle Leistung übergehen würde.
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Dabei ist es jedoch mit Hilfe der Steuerungseinrichtung möglich, dass die Schlagleistung, die – einen unveränderten mechanischen Aufbau vorausgesetzt – direkt von der Schlagzahl bzw. Schlagfrequenz abhängt, beim Abheben des Werkzeugs und vor dem Aufsetzen des Werkzeugs reduziert wird, indem die Schlagzahl bzw. -frequenz vermindert wird. Diese wiederum kann über die Andrückkraft des Bedieners gesteuert werden.
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Der Bediener hält den Hammer an der Halteeinrichtung fest und bringt eine Andrückkraft in Richtung der Hauptarbeitsrichtung des Hammers auf. Solange die Andrückkraft niedrig ist, bleibt die Schlagfrequenz vermindert und nimmt den Wert der Leerlauffrequenz ein. Wenn der Bediener jedoch die Andrückkraft erhöht und dabei den vorgegebenen Arbeitsschlag-Kraftgrenzwert überschreitet (was durch die Krafterkennungseinrichtung detektiert wird), kann die Steuerungseinrichtung die Schlagfrequenz auf die vorgegebene Arbeitsfrequenz erhöhen, sodass der Bediener mit dem Hammer entsprechend seinen Vorstellungen arbeiten kann.
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Wenn der Bediener wiederum den Hammer und das Werkzeug vom zu bearbeitenden Stein abhebt, reduziert sich seine Andrückkraft. Wenn die Andrückkraft den vorgegebenen Leerlaufschlag-Kraftgrenzwert unterschreitet, vermindert die Steuerungseinrichtung die Schlagfrequenz auf die vorgegebene Leerlauffrequenz. Durch Wiederansetzen des Hammers und Andrücken gegen das Gestein kann der Bediener in der oben beschriebenen Weise wieder den Schlagbetrieb aufnehmen.
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Wenn zwischen der Halteeinrichtung und den restlichen Komponenten des Hammers eine Federeinrichtung vorgesehen ist, entspricht die jeweilige Relativstellung zwischen Halteeinrichtung und einer der restlichen Komponenten des Hammers (zum Beispiel Antrieb oder Schlagwerk) bei bekannter Federkennlinie der Federeinrichtung auch jeweils einer bestimmten Kraft, sodass daraus Rückschlüsse auf die Andrückkraft des Bedieners gezogen werden können.
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Umgekehrt können zum Beispiel die oben genannten Kraftgrenzwerte auch direkt in Relativstellungen der Halteeinrichtung in Bezug auf die restlichen Komponenten des Hammers umgesetzt werden. Daher sind die Kraftgrenzwerte auch als Relativstellungsgrenzwerte zu verstehen.
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Der Bediener muss keine zusätzliche Bedienkraft zur Steuerung der Schlagleistungsabsenkung aufbringen, sodass die von ihm aufgebrachte Andrückkraft vollständig für die Bearbeitung de Gesteins genutzt werden kann.
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Die Schlagfrequenz wird im Regelfall unmittelbar von der Drehzahl des Antriebsmotors abhängen. Die Schlagfrequenz- bzw. Drehzahlabsenkung bleibt beim Ansetzen des Hammers so lange erhalten, bis die vorbestimmte Bedienkraft (Arbeitschlag-Kraftgrenzwert) überschritten wird. Im Gegensatz dazu bleibt bei dem Werkzeug der
EP 1 170 095 die Reduzierung der Drehzahl beim Ansetzen nicht erhalten. Dort wird bereits beim Ansetzen des Werkzeugs die Drehzahl erhöht, was ein sanftes Ansetzen erschweren kann.
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Die Steuerungsmaßnahmen lassen sich besonders einfach in Verbindung mit elektrischen, bürstenlosen Motoren umsetzen, die mit einer Umformerelektronik angesteuert werden.
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Der Arbeitsschlag-Kraftgrenzwert und der Leerlaufschlag-Kraftgrenzwert können identisch sein. In diesem Fall erfolgt die Umschaltung zwischen Leerlaufbetrieb und Schlagbetrieb stets bei der gleichen Andrückkraft.
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Für den Fall, dass der Bediener den Hammer über einen gewissen Zeitraum mit einer Andrückkraft andrückt, die diesen Kraftgrenzwerten entspricht, sodass demzufolge mehrfach zwischen Leerlauf und Schlagbetrieb, also auch zwischen Arbeitsfrequenz und Leerlauffrequenz umgeschaltet wird, kann es zweckmäßig sein, wenn der Arbeitsschlag-Kraftgrenzwert größer als der Leerlaufschlag-Kraftgrenzwert ist. In diesem Fall wird eine gewisse Hysterese realisiert, sodass ein Erhöhen der Schlagfrequenz nur dann möglich ist, wenn der Bediener die Andrückkraft deutlich erhöht hat, während ein Vermindern der Schlagfrequenz auf die Leerlauffrequenz nur dann erfolgt, wenn der Bediener seine Andrückkraft deutlich reduziert hat. Ein ruhigeres und selteneres Umschalten zwischen den Schlagfrequenzen ist die Folge.
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Auf diese Weise kann auch das Problem gelöst werden, dass die Andrückkraft des Bedieners aufgrund der Vibrationen des Geräts niemals konstant sein wird, sondern sich ständig ändert. Durch das Entzerren der Schaltpunkte werden geringfügige Änderungen der Arbeitsfrequenz nicht jeweils ein Umschalten der Schlagfrequenz zur Folge haben.
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Anstelle nur eines einzigen Arbeitsschlag-Kraftgrenzwerts können auch mehrere Arbeitsschlag-Kraftgrenzwerte mit unterschiedlicher Höhe vordefiniert sein, wobei steigenden Arbeitsschlag-Kraftgrenzwerten jeweils auch ansteigende Arbeitsfrequenzwerte zugeordnet sind, sodass bei einem kontinuierlichen Erhöhen der Andrückkraft durch den Bediener nacheinander die unterschiedlichen Arbeitsschlag-Kraftgrenzwerte überschreitbar und die Schlagfrequenz auf die dementsprechend ansteigenden Arbeitsfrequenzen einstellbar ist.
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Diese Maßnahme hat zur Folge, dass der Bediener kontinuierlich seine Andrückkraft erhöhen kann und die Schlagfrequenz ebenfalls in entsprechenden Stufen erhöht wird.
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Die Umschaltung kann in Stufen, aber auch kontinuierlich erfolgen, um ein harmonisches Arbeitsverhalten für den Bediener zu ermöglichen.
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Entsprechend können auch mehrere Leerlaufschlag-Kraftgrenzwerte mit unterschiedlicher Höhe vorgesehen sein, wobei sinkenden Leerlaufschlag-Kraftgrenzwerten jeweils sinkende Arbeitsfrequenzwerte zugeordnet sind, sodass bei einem kontinuierlichen Vermindern der Andrückkraft durch den Bediener nacheinander die unterschiedlichen Arbeitsschlag-Kraftgrenzwerte unterschreitbar und die Schlagfrequenz auf die dementsprechend sinkenden Arbeitsfrequenzen einstellbar ist.
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Der Bediener kann durch diese Maßnahme seine Andrückkraft reduzieren und damit ein Absenken der Schlagfrequenz bewirken, ohne dass er einen Schalter oder Taster betätigen muss.
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Anstelle der mehreren Arbeitsschlag-Kraftgrenzwerte oder Leerlaufschlag-Kraftgrenzwerte kann es auch möglich sein, einen Funktionszusammenhang (zum Beispiel eine lineare Abhängigkeit) zwischen der Andrückkraft des Bedieners und der Schlagfrequenz herzustellen. Mit Erhöhen der Andrückkraft soll auch die Schlagfrequenz erhöht werden, während bei einem Reduzieren der Andrückkraft auch die Schlagfrequenz zu vermindern ist. Die Übergangsbereiche, in denen die Änderung der Schlagfrequenz erfolgt, kann durch die Kraftgrenzwerte definiert werden.
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Der Funktionszusammenhang kann, wie oben dargelegt, in einer linearen Abhängigkeit zwischen der Andrückkraft des Bedieners und der Schlagfrequenz bzw. Schlagenergie bestehen. Alternativ ist auch ein nicht-linearer Zusammenhang, z. b. eine progressive oder degressive Kennlinie möglich.
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Die Halteeinrichtung kann relativ zu dem Antrieb und/oder dem Schlagwerk bewegbar sein. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, die Halteeinrichtung schwingungsmäßig von dem Antrieb bzw. Schlagwerk zu entkoppeln, sodass der Bediener wirksam vor Schwingungen und Schlägen geschützt wird.
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Insbesondere kann die Halteeinrichtung ein Handgriffsystem aufweisen, das gegen die Wirkung einer Federeinrichtung relativ zu dem Antrieb und/oder zu dem Schlagwerk elastisch bewegbar ist. Dies ermöglicht es, zum Beispiel einen oder zwei Handgriffe an dem Hammer vorzusehen, die gegenüber dem restlichen Hammer abgefedert sind und so die gewünschte Schwingungsentkopplung erreichen.
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Die Krafterkennungseinrichtung kann einen Kraftsensor aufweisen, der in dem Kraftfluss zwischen einer an der Halteeinrichtung vorgesehenen Berührfläche für eine Hand des Bedieners einerseits und dem Antrieb und/oder dem Schlagwerk und/oder einem Werkzeughalter andererseits angeordnet ist und ein Signal in Abhängigkeit von der Andrückkraft des Bedieners erzeugt. Die Berührfläche ist zum Beispiel die Fläche, an der der Bediener das Handgriffsystem mit seiner Hand oder beiden Händen hält. Der Kraftsensor kann die Andrückkraft des Bedieners, insbesondere in Richtung der Hauptarbeitsrichtung des Hammers, erkennen und daraufhin ein entsprechendes Signal erzeugen. Als Kraftsensor eignen sich zum Beispiel Piezokraftaufnehmer, DMS-Streifen, aber auch Schalter, Kontakte, magnetische Sensoren oder Hall-Sensoren, die insbesondere mit einer Federeinrichtung gekoppelt sein können. In diesem Fall bedeutet das Auslösen des Sensors, dass das zu überwachende Objekt gegen die Wirkung der Federeinrichtung entsprechend bewegt wurde, sodass eine entsprechende Andrückkraft des Bedieners vorliegen muss.
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Bei einer Variante kann die Krafterkennungseinrichtung einen Wegsensor aufweisen, mit dem eine Relativbewegung der Halteeinrichtung relativ zu dem Antrieb und/oder dem Schlagwerk detektierbar ist, wobei die Relativbewegung von der Andrückkraft des Bedieners abhängt. Auch hierbei können die oben bereits genannten Sensoren zum Einsatz kommen, gegebenenfalls in Verbindung mit einer entsprechend ausgelegten Federeinrichtung.
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Damit bei Wegsensoren sich aufgrund der Vibration des Hammers die Drehzahl im Schaltpunkt nicht ständig ändert, kann die Steuerungseinrichtung einen Mittelwert über die Zeit bilden und erst ab einer bestimmten Größe die Drehzahl und damit Schlagfrequenz umschalten. Das Problem kann auch dadurch gelöst werden, dass mit Hilfe von zwei Sensoren ein Bereich definiert wird, indem ein Ändern der Drehzahl unterbleibt (Nachbilden einer Hysterese). Wiederum bei einer Variante kann ein Sensor so platziert werden, dass das Schlagwerk nach Aufnahme des Leerlaufbetriebs so lange im frequenzreduzierten Bereich läuft, bis der Bediener die Federeinrichtung zwischen der Halteeinrichtung und dem restlichen Hammer bis zu einem Anschlag zusammendrückt bzw. bis eine entsprechende hohe Bedienkraft über einen Kraftsensor erfasst wird. Die Absenkung der Schlagfrequenz kann dann erst wieder einsetzen, wenn das Schlagwerk in seine Leerlaufposition zurückgeht.
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Selbstverständlich sind auch alle dazwischenliegenden Bereiche detektierbar oder einstellbar.
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Bei einer anderen Variante kann die Krafterkennungseinrichtung einen Positionssensor aufweisen, zum Erkennen einer bestimmten Relativstellung zwischen der Halteeinrichtung einerseits und dem Antrieb und/oder dem Schlagwerk andererseits, wobei die Relativstellung von der Andrückkraft des Bedieners abhängt. Auch hier können wieder die obigen Sensoren, insbesondere Kontakte, Schalter, Hall-Sensoren, magnetische Sensoren, zum Einsatz kommen, wobei die Auslegung einer Federeinrichtung keine Rolle spielt, sondern lediglich die Relativstellung der Halteeinrichtung.
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Die Erkennung der (Relativ-)Position der Halteeinrichtung bzw. die Erkennung des Wegs, den die Halteeinrichtung bei Belastung durch den Bediener zurücklegt, ermöglicht unmittelbar einen Rückschluss auf die vom Bediener aufgebrachte Andrückkraft, weil die Federkennlinie der zwischen der Halteeinrichtung und den anderen Komponenten des Hammers angeordneten Federeinrichtung bekannt ist. Dabei ist es nicht erforderlich, den exakten Absolutwert der Andrückkraft zu bestimmen. Vielmehr genügt es, die Wirkung der Andrückkraft mit Hilfe geeigneter Sensoren zu beobachten. Z. B. kann das Erreichen einer bestimmten Relativstellung der Halteeinrichtung dem Erreichen (Überschreiten oder Unterschreiten) eines Kraftgrenzwerts entsprechen. Insofern entspricht die Position oder die Bewegung der Halteeinrichtung einer vom Bediener aufgebrachten Andrückkraft und kann zum zumindest indirekten Detektieren der Andrückkraft genutzt werden.
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Die Schlagfrequenz kann durch die Steuerungseinrichtung bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximal-Kraftgrenzwerts durch die detektierte Andrückkraft des Bedieners verminderbar sein. Das bedeutet, dass dann, wenn der Bediener mit einer zu hohen Andrückkraft, also einer Andrückkraft oberhalb des Maximal-Kraftgrenzwerts, gegen den Hammer drückt, zum Beispiel die Drehzahl abgesenkt wird. Dadurch erhält der Bediener eine Information, dass er zum Erreichen eines optimalen Arbeitsergebnisses den Hammer weniger stark andrücken sollte. Die Festlegung des Maximal-Kraftgrenzwerts kann aufgrund des Leistungsvermögens von Antrieb und Schlagwerk festgelegt werden. Ebenso kann aber auch die Auslegung der Halteeinrichtung, insbesondere die dort vorhandenen Maßnahmen zur Schwingungsentkopplung des Handgriffsystems (Abfederung der Haltegriffe), berücksichtigt werden, sodass der Bediener stets optimal vor Vibrationen geschützt wird. Wenn der Bediener die Andrückkraft wieder vermindert und in den vorgesehenen Andrückkraftbereich gelangt, kann die Schlagfrequenz wieder auf die vorgesehene Arbeitsfrequenz erhöht werden.
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Die Schlagfrequenz kann durch die Steuerungseinrichtung durch eine der folgenden Maßnahmen einstellbar sein: Einstellen einer Drehzahl des Antriebs, und/oder Einstellen einer Übersetzung eines zwischen dem Antrieb und dem Schlagwerk angeordneten Getriebes. Das Einstellen der Drehzahl des Antriebs wird in der Praxis die häufigste Maßnahme sein, da die Motordrehzahl sowohl bei einem Elektromotor als auch bei einem Verbrennungsmotor leicht veränderbar ist. In Ausnahmefällen kann der Hammer aber auch ein Getriebe mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis aufweisen, mit dem die Motordrehzahl in eine entsprechende Schlagzahl übersetzt wird. Das Getriebe kann ein Schaltgetriebe, aber auch ein stufenloses Getriebe sein.
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Durch die Steuerungseinrichtung kann eine Änderung der Schlagfrequenz mit einer zeitlichen Verzögerung nach Unter- oder Überschreiten des jeweiligen Kraftgrenzwerts bewirkbar sein. Aufgrund der zeitlichen Verzögerung ist es möglich, dass die Schlagfrequenz nicht zu schnell und damit für den Bediener zu überraschend geändert wird, sondern dass vielmehr ein sanftes Hochfahren der Schlagfrequenz ermöglicht wird. Umgekehrt kann – je nach Auslegung – aber eine Absenkung der Schlagfrequenz deutlich schneller erfolgen, um in einen sicheren und für den Bediener kontrollierbaren Frequenzbereich zu kommen.
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So ist es zum Beispiel möglich, dass nach Überfahren des Sensors die Motordrehzahl auch bei einem erhöhten Anpressdruck durch den Bediener über eine gewisse Zeitspanne gering bleibt, bevor sie – entsprechend der erhöhten Andrückkraft – ebenfalls gesteigert wird.
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Bei einer Variante kann eine Relativgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung vorgesehen sein, zum Erfassen der Relativgeschwindigkeit zwischen der Halteeinrichtung einerseits und dem Antrieb und/oder dem Schlagwerk andererseits, wenn die Antriebskraft durch den Bediener einwirkt, wobei durch die Steuerung eine Änderung der Schlagfrequenz mit einer Änderungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit bewirkbar ist.
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Bei dieser Variante kann die Geschwindigkeit erfasst werden, mit der die Halteeinrichtung eine entsprechende Sensorik überfährt. Diese Geschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit, mit der der Bediener den Hammer gegen das zu bearbeitende Gestein andrückt, und erlaubt Rückschlüsse darauf, ob der Bediener ein sanftes Ansetzen wünscht (niedrige Geschwindigkeit) oder einen sofortigen Schlagbeginn (hohe Relativgeschwindigkeit).
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Es kann eine Voreinstelleinrichtung vorgesehen sein, zum Voreinstellen von wenigstens einem der folgenden Parameter durch den Bediener: Arbeitsschlag-Kraftgrenzwert, Leerlaufschlag-Kraftgrenzwert, Maximal-Kraftgrenzwert, Arbeitsfrequenz, Leerlauffrequenz, zeitliche Verzögerung für die Änderung der Schlagfrequenz. Der Bediener hat damit – je nach Ausstattung des Hammers – die Möglichkeit, die Parameter entsprechend seinem Arbeitsverhalten, aber auch seiner körperlichen Konstitution einzustellen. Zudem kann die jeweilige Arbeitsaufgabe Einfluss auf die Einstellung der Parameter haben. Wenn zum Beispiel lediglich grobe Abbrucharbeiten mit dem Hammer zu leisten sind, ist ein sanftes Ansetzen nicht erforderlich, wie es zum Beispiel beim Bohren eines Lochs hilfreich sei könnte.
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Bei einem Verfahren zum Einstellen der Schlagfrequenz bei einem Bohr- und/oder Schlaghammer, wobei der Bohr- und/oder Schlaghammer einen Antrieb, ein von dem Antrieb antreibbares Schlagwerk und eine Halteeinrichtung zum Halten des Bohr- und/oder Schlaghammers durch einen Bediener aufweist, können folgende Maßnahmen vorgesehen sein: Detektieren einer an der Halteeinrichtung einwirkenden Andrückkraft des Bedieners, sowie Einstellen der Schlagfrequenz des Schlagwerks in Abhängigkeit von der Andrückkraft des Bedieners. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Arbeitsschlag-Kraftgrenzwerts durch die detektierte Andrückkraft wird die Schlagfrequenz auf eine vorgegebene Arbeitsfrequenz erhöht. Bei Unterschreiten eines vorgegebenen Leerlaufschlag-Kraftgrenzwerts durch die detektierte Andrückkraft wird die Schlagfrequenz hingegen auf eine vorgegebene Leerlauffrequenz vermindert.
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Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch einen Bohrhammer;
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2 einen Aufbruch- bzw. Schlaghammer;
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3 eine andere Ausführungsform eines Aufbruchhammers;
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4a und 4b eine Variante eines Aufbruchhammers in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen;
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5 eine andere Ausführungsform eines Aufbruchhammers;
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6 wiederum eine andere Ausführungsform eines Aufbruchhammers;
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7 eine vereinfachte Darstellung eines Steuerungsverfahrens für einen Hammer;
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8 eine Variante des Steuerungsverfahrens; und
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9 eine andere Variante des Steuerungsverfahrens.
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1 zeigt in schematischer Seitenansicht einen Bohrhammer mit einem Antrieb 1, der ein Schlagwerk 2 antreibt, welches ein Werkzeug 3 in bekannter Weise beaufschlagt.
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Der Antrieb 1 ist lediglich schematisch durch ein ihn umgebendes Gehäuse dargestellt. Üblicherweise handelt es sich bei dem Antrieb 1 um einen Elektro- oder Verbrennungsmotor.
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Das Schlagwerk 2 dient zum Wandeln der Drehbewegung des Antriebs 1 und zum Erzeugen einer Schlagbewegung, die auf das Werkzeug 3 übertragen werden kann. Als Schlagwerk 2 sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Bauprinzipien bekannt, wobei sich vor allem bei größeren und leistungsfähigeren Hämmern Luftfederschlagwerke hervorragend bewährt werden.
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Der in 1 gezeigte Hammer kann vom Bediener an einem als Halteeinrichtung dienenden Handgriff 4 gehalten werden. Insbesondere dient der Handgriff 4 dazu, dass der Bediener eine Andrückkraft in Richtung der Hauptarbeitsrichtung X (entspricht der Erstreckungsrichtung des Werkzeugs 3) auf den Hammer aufbringen kann. So kann sich der Bediener mit seinem Körper gegen den Handgriff 4 abstützen und eine erhebliche Andrückkraft auf den Hammer aufbringen.
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Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Handgriff 4 an einem Scharnier 5 schwenkbar angelenkt. Das freie Ende des Handgriffs 4 ist an einem Anschlag abgestützt, der als Kraftsensor 6 ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Andrückkraft des Bedieners durch den Kraftsensor 6 detektiert werden.
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Je nach Ausgestaltung einer nicht dargestellten Steuerungseinrichtung des Hammers kann bei Überschreiten eines vorgegebenen Arbeitsschlag-Kraftgrenzwerts durch die durch den Kraftsensor 6 detektierte Andrückkraft des Bedieners die Schlagfrequenz des Hammers auf eine vorgegebene Arbeitsfrequenz erhöht werden. Wenn der Bediener hingegen den Handgriff 4 entlastet, erkennt der Kraftsensor 6 ein Unterschreiten eines vorgegebenen Leerlaufschlag-Kraftgrenzwerts, sodass die Schlagfrequenz auf eine vorgegebene Leerlauffrequenz vermindert wird.
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Auf diese Weise kann der Bediener durch Aufbringen oder Lockern seiner Andrückkraft die Drehzahl des Hammers manipulieren, ohne dass er ein anderes Betätigungselement wie zum Beispiel einen Schalter oder Taster betätigen muss.
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Insbesondere ist es für den Bediener nicht erforderlich, einen Taster dauerhaft zu halten, um den Betrieb des Hammers aufrecht zu erhalten. Vielmehr genügt es, wenn der Bediener über einen Schalter den Hammer einschaltet, der daraufhin – bei entlastetem Handgriff 4 – zunächst nur eine verminderte Schlagfrequenz (Leerlauffrequenz) erzeugt. Erst bei Belastung des Handgriffs 4 mit einer entsprechenden Andrückkraft wird die Schlagfrequenz auf die eigentliche Arbeitsfrequenz erhöht, sodass der Bediener das zu bearbeitende Gestein mit dem Hammer bearbeiten kann.
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2 zeigt eine Variante des Hammers als Aufbruch- bzw. Schlaghammer.
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Hierbei ist der Antrieb 1 und ein Teil des Schlagwerks 2 durch eine als Halteeinrichtung dienende Haubeneinrichtung 7 umgeben, an der zwei Handgriffe 8 ausgebildet sind. Die Haubeneinrichtung 7 ist über eine Federeinrichtung 9 gegenüber dem Gehäuse des Antriebs 1 abgestützt. Auf diese Weise kann eine wirksame Schwingungsentkopplung der Haubeneinrichtung 7 und damit der Handgriffe 8 von den schwingungsbehafteten Komponenten (Antrieb 1, Schlagwerk 2) erreicht werden.
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Im Kraftfluss zwischen der Haubeneinrichtung 7 und dem Antrieb 1 ist ein Kraftsensor 6 angeordnet, der die vom Bediener auf die Handgriffe aufgebrachte Andrückkraft detektiert.
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Wie bei der obigen Variante von 1 kann aufgrund der durch den Kraftsensor 6 detektierten Andrückkraft die Drehzahl des Antriebs 1 und damit die Schlagfrequenz des Schlagwerks 2 eingestellt werden. Wenn der Bediener den Hammer mit einer entsprechend großen Andrückkraft an den Handgriffen 8 oder auch an der Haubeneinrichtung 7 nach unten drückt, wird der Kraftsensor 6 ein Überschreiten eines entsprechenden Kraftgrenzwertes (Arbeitsschlag-Kraftgrenzwert) erkennen, sodass die Steuerung die Drehzahl des Antriebs 1 erhöhen kann. Bei Entlastung der Haubeneinrichtung 7 wird die Drehzahl des Antriebs 1 wieder vermindert, um in den Leerlaufbetrieb überzugehen.
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3 zeigt eine Variante zu dem Schlaghammer von 2.
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In diesem Fall ist der Kraftsensor 6 zwischen dem Schlagwerk und einem Werkzeughalter 10 im Kraftfluss bis zum Werkzeughalter angeordnet. Auch auf diese Weise kann die auf die Haubeneinrichtung 7 einwirkende Andrückkraft des Bedieners detektiert werden.
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4 zeigt eine Variante, bei der kein Kraftsensor, sondern ein Positions- bzw. Ortssensor vorgesehen ist. Bei dem Positionssensor 11 kann es sich um einen Hall-Sensor, einen magnetischen Sensor, einen optischen Detektor, einen Kontakt oder einen Schalter handeln.
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Insbesondere ist der Positionssensor 11 in der Lage, die Position eines an der Innenseite der Haubeneinrichtung 7 angeordneten Detektionselements 12 zu erkennen. Bei dem Detektionselement 12 kann es sich um einen Magneten, um ein Metallelement oder auch um eine optische Markierung handeln.
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In 4a wird ein Zustand gezeigt, in dem die Haubeneinrichtung 7 ausgefedert, also unbelastet ist. Das Detektionselement 12 kann in diesem Zustand durch den Positionssensor 11 erkannt werden, woraufhin die Steuerungseinrichtung den Entlastungszustand der Haubeneinrichtung 7 feststellt und die Drehzahl des Antriebs 1 reduziert.
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In 4b hingegen ist die Haubeneinrichtung 7 durch den Bediener belastet und daher eingefedert. Der Positionssensor 11 kann in diesem Fall das Detektionselement 12 nicht mehr erkennen und gibt daher ein entsprechendes Signal an die Steuerungseinrichtung, die daraufhin die Drehzahl des Antriebs 1 erhöhen kann.
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Das Wegbewegen des Detektionselements 12 von dem Positionssensor 11 entspricht im Zusammenspiel mit der Federeinrichtung 9 einem Überschreiten des vorgegebenen Arbeitsschlag-Kraftgrenzwerts. So kann bereits vom Hersteller sehr präzise definiert werden, ab welcher Andrückkraft das Detektionselement 12 nicht mehr von dem Positionssensor 11 erkannt werden soll.
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5 zeigt eine Variante des Hammers mit zwei Sensoren 11a, 11b.
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Bei dieser Variante sitzen die beiden Sensoren 11a, 11b auf der Innenseite der Haubeneinrichtung 7, während das Detektionselement 12 an dem Gehäuse des Antriebs 1 vorgesehen ist. Selbstverständlich sind bei allen hier gezeigten Varianten die Orte der Sensoren und Detektionselemente beliebig austauschbar. So kann es zum Beispiel sinnvoll sein, die Sensoren eher in den schwingungsberuhigten Bereichen des Hammers vorzusehen, während die robusten Detektionselemente auch an stark schwingungsbehafteten Komponenten ausgebildet oder angeordnet sein können.
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Beim Einfedern des Hammers von 5 können die Sensoren 11a, 11b nacheinander das Detektionselement 12 detektieren, sodass die Steuerung auf den jeweiligen Andrückzustand rückschließen und die entsprechende Steuerungsmaßnahme einleiten kann.
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Bei der Variante von 6 ist ein Geschwindigkeitssensor 13 vorgesehen, der die Relativgeschwindigkeit des Detektionselements und damit die Relativgeschwindigkeit, mit der die Haubeneinrichtung durch den Bediener gedrückt wird, erkannt werden kann.
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Aufgrund der Relativgeschwindigkeit kann die Steuerung erkennen, ob der Bediener ein schnelles oder ein eher sanftes, langsames Hochfahren der Drehzahl und damit der Schlagfrequenz wünscht.
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7 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm für den Steuerungsvorgang.
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Dabei ist vorgesehen, dass das Signal des Wegsensors elektrisch bedämpft werden kann. So kann zum Beispiel das Signal über einen Integrator verarbeitet und erst dann weitergegeben werden, um Signalspitzen und damit ein ständiges Ändern der Motordrehzahl zu verhindern.
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Die Motorsteuerung kann zum Beispiel einen Frequenzumformer ansteuern, der die Versorgungsspannung für den Elektromotor regelt und dadurch die Motordrehzahl sowie Schlagfrequenz einstellt.
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Analog können auch bei einem Verbrennungsmotor entsprechende Steuerungsmaßnahmen über den Vergaser eingeleitet werden.
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8 zeigt das Steuerverfahren unter Nutzung von zwei Wegsensoren.
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Ein Wegsensor (in 8 linker Ast) erkennt, ob die Haubeneinrichtung 7 vollständig ausgefedert ist, während der andere Wegsensor (rechter Ast von 8) erkennt, dass die Haubeneinrichtung 7 bereits teilweise eingefedert, also durch den Bediener belastet ist. Wenn dieser Sensor mit abgesenkter Drehzahl überfahren wird, wertet die Steuerung dies als Zeichen, dass der Bediener die Andrückkraft erhöht hat, also auch ein Erhöhen der Drehzahl wünscht. Dementsprechend wird die Drehzahlabsenkung aufgehoben und der Normalbetrieb aufgenommen.
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Wenn hingegen der Sensor ”Haube teilweise eingefedert” mit erhöhter Drehzahl überfahren wird, erkennt die Steuerung eine lediglich kurzzeitige Entlastung des Arbeitsgeräts, sodass die Drehzahlabsenkung aufgehoben bleibt, das heißt, dass die Motordrehzahl auf Arbeitsniveau gehalten wird.
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Lediglich dann, wenn die Haube vollständig ausgefedert ist und dieser Zustand durch den entsprechenden Wegsensor erkannt wird, kann die Drehzahl auf Leerlaufniveau abgesenkt werden.
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9 zeigt wiederum eine Variante, bei der die Relativgeschwindigkeit erfasst wird, mit der der Bediener die Haubeneinrichtung 7 nach unten drückt.
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Wenn der entsprechende Weg/Geschwindigkeits-Sensor schnell überfahren wird, wird die Drehzahl des Motors sofort angehoben. Wird hingegen der Sensor lediglich langsam überfahren, wird die Drehzahl mit einer Verzögerung bzw. langsam ansteigend angehoben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10145464 A1 [0005]
- EP 1170095 A2 [0006]
- EP 1170095 [0020]
