DE202017100736U1 - Ultraschall-Handbohrmaschine - Google Patents
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Abstract
Handbohrmaschine zur Herstellung von Bohrungen umfassend eine Werkzeugaufnahme (2) zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs (3) und Antriebsmittel zum Bewegen des Bohrwerkzeugs (3), wobei die Antriebsmittel einen elektrischen Motor (4) umfassen, mittels dem das Bohrwerkzeug (3) in Rotation um eine Drehachse (DA) versetzbar ist und wobei die Antriebsmittel zudem einen Schwingungserreger (5) umfassen, mittels dem das Bohrwerkzeug (3) in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzbar ist.
Description
- Die Neuerung betrifft eine Handbohrmaschine zum Bohren von Materialen mit Ultraschallunterstützung.
- Handgeführte Bohrmaschinen sind grundsätzlich bekannt. Sie weisen eine Werkzeugaufnahme für ein Bohrwerkzeug auf, das durch einen Motor in Drehbewegung versetzbar ist, um durch Einwirkung des Bohrwerkzeugs auf ein zu bearbeitendes Material ein Bohrloch in diesem Material zu erzeugen.
- Des Weiteren sind Schlagbohrmaschinen bekannt, die ein mechanisches Schlagwerk aufweisen. Mittels dieses Schlagwerks werden in axialer Richtung des Bohrwerkzeugs wirkende mechanische Schläge auf das zu bearbeitende Material ausgeübt, so dass durch diese mechanischen Schläge unterstützt die Bohrleistung insbesondere in spröden Materialien, beispielsweise Stein oder Beton verbessert wird.
- Nachteilig an den bekannten Bohrmaschinen ist, dass diese während des Bohrens mechanische Schwingungen in dem zu bohrenden Material erzeugen, die im hörbaren Bereich liegen und damit von den in der Umgebung befindlichen Personen als störend empfunden werden. Zudem können die mechanischen Schwingungen auf das Hand-Arm-System des Nutzers negative Auswirkungen haben und zu Schädigungen führen.
- Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Neuerung, eine Handbohrmaschine anzugeben, die bei hoher Bohrleistung hinsichtlich des beim Bohren erzeugten Lärms bzw. der erzeugten Schwingungen verbessert ist.
- Die Aufgabe wird durch eine Handbohrmaschine gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.
- Die Neuerung bezieht sich auf eine Handbohrmaschine zur Herstellung von Bohrungen umfassend eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs und Antriebsmitteln zum Bewegen des Bohrwerkzeugs. Die Antriebsmittel umfassen einen elektrischen Motor, mittels dem das Bohrwerkzeug in Rotation um eine Drehachse versetzbar ist. Die Antriebsmittel umfassen zudem einen Schwingungserreger, mittels dem das Bohrwerkzeug in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzbar ist.
- Der wesentliche Vorteil der neuerungsgemäßen Handbohrmaschine besteht darin, dass aufgrund der Verwendung von hochfrequenten Schwingungen des Bohrwerkzeugs für das menschliche Ohr nicht hörbare Schallwellen entstehen, so dass es weder für den Nutzer der Handbohrmaschine noch für die in der Umgebung befindlichen Personen zu einer Lärmbelästigung kommt. Zudem werden nachteilige Schwingungen im Hand-Arm-System des Nutzers vermieden.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schwingungserreger durch einen Piezoaktor gebildet. Piezoaktoren sind in einem breiten Leistungsbereich erhältlich und eignen sich aufgrund ihrer Baugröße und ihres Gewichts zur Integration in eine handgeführte Bohrmaschine. Alternativ ist der Einsatz eines magnetostriktiven Aktors denkbar.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Piezoaktor mehrere entlang einer Ache parallel zur Drehachse hintereinander angeordnete Piezoelemente auf. Die Anzahl der Piezoelemente kann abhängig von der gewünschten Leistung des Schwingungserregers gewählt sein und insbesondere zwischen 2 und 10 liegen.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Bohrwerkzeug mit der Werkzeugaufnahme lösbar verbindbar. Die Werkzeugaufnahme kann insbesondere einen Schnellverriegelungsmechanismus aufweisen, mittels dem das Bohrwerkzeug drehfest in der Werkzeugaufnahme gehalten wird. Dadurch kann das Bohrwerkzeug einfach und zeitsparend gewechselt werden.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Schwingungserreger zur kontinuierlichen, nichtintermittierenden Einleitung von Schwingungen in das Bohrwerkzeug ausgebildet, wenn das Bohrwerkzeug in der Werkzeugaufnahme aufgenommen ist. In anderen Worten erfolgt die Einleitung von Schwingungen nicht stoßweise mit zeitlichen Pausen sondern das Bohrwerkzeug wird beim Betrieb in der Handbohrmaschine in eine ständige Schwingbewegung versetzt, wobei die Schwingung vorzugsweise eine Longitudinalschwingung ist. Dadurch kann der Materialabtrag am zu bearbeitenden Material erheblich gesteigert werden.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Schwingungserreger zur Schwingungserregung des Bohrwerkzeugs bei gleichzeitiger durch den Motor bewirkten Drehbewegung des Bohrwerkzeugs ausgebildet. Das Bohrwerkzeug weist dabei vorzugsweise zumindest eine geometrisch bestimmte Schneide auf. Damit wird der durch die Drehbewegung des Bohrwerkzeugs erzeugte Materialabtrag durch die zusätzliche Schwingung im Ultraschallfrequenzbereich unterstützt.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel bildet der Schwingungserreger zusammen mit dem Bohrwerkzeug ein schwingendes System, das für eine optimale Leistungsabgabe auf eine Longitudinaleigenmode im betrachteten Frequenzspektrum abgestimmt ist.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Schwingungserreger mit dessen Längsachse parallel zu, insbesondere achsgleich mit der Drehachse angeordnet. Dadurch können die Schwingungen des Schwingungserregers auf technisch und konstruktiv einfache Weise in das Bohrwerkzeug eingeleitet werden.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Motordrehachse seitlich versetzt zur Drehachse des Bohrwerkzeugs vorgesehen. Dadurch kann der Motor weitestgehend von den vom Schwingungserreger erzeugten Schwingungen entkoppelt werden.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zur Einleitung eines Drehmoments in die Werkzeugaufnahme der Motor mittels eines Getriebes mit der Werkzeugaufnahme gekoppelt. Durch das Getriebe wird eine Drehmomentübertragung ermöglicht und gleichzeitig der Motor von dem den Schwingungserreger aufweisenden Schwingsystem entkoppelt.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Schwingungserreger zur Erzeugung von Schwingungen im Bereich zwischen 20kHz und 60kHz, vorzugsweise im Bereich zwischen 20kHz und 40kHz ausgebildet. In diesem Frequenzbereich kann vorteilhafterweise ein hoher Materialabtrag durch das Bohrwerkzeug erreicht werden.
- Die Ausdrücke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
- Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Neuerung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Neuerung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
- Die Neuerung wird im Folgenden anhand der Figur an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figur zeigt beispielhaft eine schematische Seitendarstellung einer Ultraschall-Handbohrmaschine.
- In der Figur ist beispielhaft eine Ausführungsform einer neuerungsgemäßen Handbohrmaschine
1 gezeigt. Die Handbohrmaschine1 weist in an sich bekannter Weise ein Gehäuse1.1 auf, an dem ein Handgriff1.2 vorgesehen ist, um die Handbohrmaschine händisch führen zu können. An dem Handgriff1.2 sind Steuermittel1.3 vorgesehen, mittels denen die Drehzahl der Handbohrmaschine1 steuerbar ist. - Zudem weist die Handbohrmaschine
1 eine Werkzeugaufnahme2 auf, die zur Halterung eines Bohrwerkzeugs3 ausgebildet ist. Die Werkzeugaufnahme2 kann insbesondere eine Schnellkupplung zur drehfesten Verbindung des Bohrwerkzeugs3 mit einer drehend im Gehäuse gelagerten Welle7 sein. Unter Bohrwerkzeug werden sämtliche Werkzeuge mit geradem Werkzeugschaft verstanden, insbesondere solche, die eine geometrisch bestimmte Schneide zur Erstellung von Bohrlöchern aufweisen. Mit derartigen Bohrwerkzeugen lassen sich unterstützt durch die Ultraschallschwingung vorteilhaft Löcher in spröde Materialien, beispielsweise Ziegel, Beton oder aber auch Verbundwerkstoffe einbringen. - Die Welle
7 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch mehrere Lagerstellen8 rotativ gelagert, so dass die Welle7 um eine Drehachse DA drehbar ist. Die Welle7 steht mit einem Motor4 in Wirkverbindung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Motor4 versetzt zur Welle7 vorgesehen. Zur Einleitung eines Drehmoments in die Welle7 ist ein Getriebe6 vorgesehen, mittels dem eine Drehbewegung des Motors4 auf die Welle7 übertragen wird. Das Getriebe6 kann insbesondere ein aus kämmend ineinandergreifenden Zahnrädern6.1 ,6.2 gebildetes Getriebe6 sein. Dadurch wird eine vom Motor bewirkte Drehbewegung über die Welle7 und die Werkzeugaufnahme2 auf das Bohrwerkzeug3 übertragen. - Zur Erzeugung von Schwingungen am Bohrwerkzeug
3 ist ein Schwingungserreger5 vorgesehen. Dieser Schwingungserreger5 weist mehrere Piezoelemente5.1 auf, die stapelartig hintereinander entlang einer Längsachse LAS des Schwingungserregers5 angeordnet sind. Die Längsachse LAS des Schwingungserregers5 kann dabei parallel zur Drehachse DA angeordnet sein, insbesondere aber mit der Drehachse DA zusammenfallen, d.h. die Längsachse LAS des Schwingungserregers5 und die Drehachse DA der Welle7 bzw. des Bohrwerkzeugs3 bilden eine gemeinsame Achse. - Der Schwingungserreger
5 ist mit einer Ansteuereinheit9 verbunden, die zur elektrischen Ansteuerung des Schwingungserregers5 ausgebildet ist. Insbesondere beaufschlagt die Ansteuereinheit9 den Schwingungserreger5 mit einem elektrischen Signal, um diesen in Schwingungen im Ultraschallbereich zu versetzen. Die Schwingfrequenz kann dabei im Bereich zwischen 20 kHz und 60 kHz liegen, bevorzugt im Bereich zwischen 20 kHz und 40 kHz. - Über die Werkezugaufnahme
2 ist das Bohrwerkzeug3 mit dem Schwingungserreger5 schwingungsgekoppelt, d.h. die vom Schwingungserreger5 erzeugten Schwingungen werden auf das Bohrwerkzeug3 übertragen, so dass der Bohrvorgang schwingungsunterstützt erfolgt. - Das Bohrwerkzeug
3 kann insbesondere derart auf den Schwingungserreger5 bzw. das in/an der Bohrmaschine1 schwingende System abgestimmt sein, dass das gesamte schwingende System einschließlich des Bohrwerkzeugs3 mit einer Longitudinaleigenmode im betrachteten Frequenzspektrum schwingt. Die durch den Schwingungserreger erzeugte stehende Welle kann so abgestimmt sein, dass Lagerung8 und die Einleitung des Drehmoments (beispielsweise durch Zahnrad6.2 ) jeweils in einem Schwingungsknotenpunkt angreifen. Die durch den Schwingungserreger erzeugte stehende Welle kann dabei x Nulldurchgänge aufweisen, wobei x zwischen1 und3 liegt. - Der Schwingungserreger
5 kann insbesondere zur Erzeugung von longitudinalen Ultraschallschwingungen ausgebildet sein. Durch diese longitudinalen Ultraschallschwingungen wird das Bohrwerkzeug in axialer Richtung (axial in Bezug auf die Drehachse DA) ähnlich einem mechanischen Schlagwerk einer Schlagbohrmaschine in Bewegung versetzt. Dadurch kann durch die Ultraschallschwingungen unterstützt ein hoher Materialabtrag an dem zu bohrenden Material erreicht werden. - Die Ansteuereinheit kann dazu ausgebildet sein, die Frequenz der vom Schwingungserreger
5 erzeugten Schwingungen an die Drehzahl des Motors4 anzupassen. In anderen Worten wird die Frequenz der Ultraschallschwingung mit der Drehzahl des Motors4 verändert. Alternativ ist es möglich, dass die Frequenz der Ultraschallschwingung unabhängig von der Drehzahl des Motors4 gewählt wird, insbesondere fest ist. Weiterhin alternativ ist es möglich, die Frequenz unabhängig von der Drehzahl des Motors4 zu variieren, um diese an das jeweilige Bohrwerkzeug bzw. das zu bohrende Material anzupassen. Die Einstellung kann stufenlos oder basierend auf mehreren vorgegebenen Frequenzstufen erfolgen. - Die Neuerung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Neuerung zugrunde liegende Gedanke verlassen wird.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Handbohrmaschine
- 1.1
- Gehäuse
- 1.2
- Handgriff
- 1.3
- Steuermittel
- 2
- Werkzeugaufnahme
- 3
- Bohrwerkzeug
- 4
- Motor
- 5
- Schwingungserreger
- 5.1
- Piezoelement
- 6
- Getriebe
- 6.1
- Zahnrad
- 6.2
- Zahnrad
- 7
- Welle
- 8
- Lagerstelle
- 9
- Ansteuereinheit
- DA
- Drehachse
- LAS
- Längsachse des Schwingungserregers
- DAM
- Drehachse Motor
Claims (12)
- Handbohrmaschine zur Herstellung von Bohrungen umfassend eine Werkzeugaufnahme (
2 ) zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs (3 ) und Antriebsmittel zum Bewegen des Bohrwerkzeugs (3 ), wobei die Antriebsmittel einen elektrischen Motor (4 ) umfassen, mittels dem das Bohrwerkzeug (3 ) in Rotation um eine Drehachse (DA) versetzbar ist und wobei die Antriebsmittel zudem einen Schwingungserreger (5 ) umfassen, mittels dem das Bohrwerkzeug (3 ) in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzbar ist. - Handbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (
5 ) durch einen Piezoaktor gebildet wird. - Handbohrmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor mehrere entlang einer Ache parallel zur Drehachse hintereinander angeordnete Piezoelemente (
5.1 ) aufweist. - Handbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerkzeug (
3 ) mit der Werkzeugaufnahme (2 ) lösbar verbindbar ist. - Handbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (
5 ) zur kontinuierlichen, nichtintermittierenden Einleitung von Schwingungen in das Bohrwerkzeug (3 ) ausgebildet ist, wenn das Bohrwerkzeug (3 ) in der Werkzeugaufnahme (2 ) aufgenommen ist. - Handbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (
5 ) zur Schwingungserregung des Bohrwerkzeugs (3 ) bei gleichzeitiger durch den Motor (4 ) bewirkten Drehbewegung des Bohrwerkzeugs (3 ) ausgebildet ist. - Handbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (
5 ) zusammen mit dem Bohrwerkzeug (3 ) ein schwingendes System bildet, das auf eine Longitudinaleigenmode im Frequenzspektrum zwischen 20kHz und 60kHz, vorzugsweise im Bereich zwischen 20kHz und 40kHz abgestimmt ist. - Handbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (
5 ) mit dessen Längsachse (LAS) parallel zu, insbesondere achsgleich mit der Drehachse (DA) angeordnet ist. - Handbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehachse (DAM) seitlich versetzt zur Drehachse des Bohrwerkzeugs (
3 ) vorgesehen ist. - Handbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einleitung eines Drehmoments in die Werkzeugaufnahme (
2 ) der Motor (4 ) mittels eines Getriebes (6 ) mit der Werkzeugaufnahme (2 ) gekoppelt ist. - Handbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (
2 ) zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs (3 ) mit geometrisch bestimmter Schneide ausgebildet ist. - Handbohrmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (
5 ) zur Erzeugung von Schwingungen im Bereich zwischen 20kHz und 60kHz, vorzugsweise im Bereich zwischen 20kHz und 40kHz ausgebildet ist.
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Legal Events
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R082 | Change of representative |
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|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |