DE3415255A1 - Schwingungsdaempfender handgriff - Google Patents

Description

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Anmelder; Roland Andersson, Björnbärsvägen 21, S-194 61 Upplands Väsby,
Schweden

Bezeichnung der

Erfindung: Schwingungsdämpfender Handgriff

Beschreibung;

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung in einem schwingungsdämpfenden Handgriff zur Verwendung an einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Bohrmaschine oder einem Preßlufthammer, die während des Betriebes Schwingungen erzeugt. Der erfindungsgemäße Handgriff ist für die Zuordnung zu einem Zapfen des Maschinengehäuses gedacht und zwar unter Verwendung eines hülsenförmigen Elementes in der Form einer hohlen Gummihülse, die kürzer als der Handgriff ist.

Maschinen, die Schwingungen erzeugen, übertragen diese auf die Hände der Bedienungsperson und führen oft zu deren ernsthaften Erkrankung, die allgemein als "schlafende Hände" ("white hands") bezeichnet wird und das unmittelbare Ergebnis von Schwingungen ist, denen die Hände ausgesetzt sind, auf mangelhafte Durchblutung zurückzuführen sind und in manchen Fällen zur" Zerstörung der Blutgefäße in den Händen der Bedienungspersonen solcher Maschinen führen. Schwingungsdämpfende Mittel, wie sie zur Vermeidung dieser Nachteile gelegentlich verwendet werden, sind normalerweise Gummihülsen oder Verbundgummikörper, die zwischen festen Zapfen, die von der Maschine wegstehen, und einem einen Zapfen aufnehmenden hülsenförmigen Griff angeordnet sind. Der aus solchen Lösungen resultierende Dämpfungseffekt ist bei hochfrequenten Schwingungen zufriedenstellend, jedoch unzulänglich bei Schwingungen mit Frequenzen unter 5.000 bis

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7.000 Hz, selbst wenn die schwingungsdärnpfenden Glieder aus extrem dickem Gummi bestehen.

Demzufolge ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bzw. Gattung so auszugestalten, daß auch niederfrequente Schwingungen zufriedenstellend gedämpft werden. Die Lösung der Aufgabe basiert auf Eigenschaften, wie sie Gummi besitzt, indem ein Gummielement unter dem Einfluß von Dehnkräften verhältnismäßig stärker gedehnt werden kann- als es unter dem Einfluß von Druckkräften zusammengedrückt werden kann und der Übergang zwischen Druckkräften und Zugkräften in einem Teil eines Gummielementes (der Einspannpunkt) liegt, der konstant zwischen der Maschine, der der Handgriff zugeordnet ist und dem Mittelpunkt des Handgriffes liegt. Im Zusammenhang mit der Erfindung ist unter Gummi jede Art von Gummi zu verstehen, also insbes. natijrlicher Gummi, synthetischer Gummi und Gemische von beiden Gummiarten.

Die gestellte Aufgabe wird in vollkommener Weise durch die Erfindung gelöst, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß bei einer Anordnung der vorgenannten Art die Innenfläche des hülsenförmigen Elementes, direkt oder indirekt, fest mit dem genannten Zapfen verbunden ist und daß die Außenfläche des genannten Elementes, wiederum direkt oder indirekt, fest mit der inneren zylindrischen Fläche des Handgriffes verbunden ist; dabei soll das hülsenförmige Element eine solche axiale Länge haben, daß der genannte Bereich des Einspannpunktes im hülsenförmigen Element, in dem bei der Aufbringung von Kräften auf den Handgriff ein Wechsel von einer Druckkraft zu einer Zugkraft erfolgt, zwischen dem Maschinengehäuse und dem Mittelpunkt des Handgriffes liegt; schließlich soll erfindungsgemäß das genannte hülsenförmige Element eine solche Dicke und eine solche Steifigkeit haben, daß der Handgriff um einen Winkel nach jeder Seite von

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der Längsmittelachse des Zapfens aus geschwenkt werden kann und zwar entsprechend dem statischen Druck, der auf den Handgriff und die Arbeitsmaschine ausgeübt wird und entsprechend den dynamischen Kärften, die von der genannten Maschine erzeugt werden.

Das hülsenförmige Element, das ein zylindrisches Gummirohr aufweist, ist in geeigneter Weise fest an ein inneres Stahlrohr anvulkanisiert, das seinerseits wiederum fest auf einem ihm zugehörigen Zapfen der Maschine verankert ist. Dabei ist ein äußeres Stahlrohr vorgesehen, an dem das Gummirohr mit seiner Außenfläche fest anvulkanisiert ist und das seinerseits fest mit der Innenwand des Handgriffes verbunden ist, beispielsweise durch eine oder mehrere Schrauben- und/oder Mutterverbindungen. Es ist jedoch auch möglich, die Gummihülse direkt an dem Zapfen und der zylindrischen Innenwand des Handgriffes anzuvulkanisieren.

Aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt sich, daß das Gummielement als Universalgelenk wirkt, indem die Fähigkeit des Gummis ausgenutzt wird, unter dem Einfluß von Kräften sich mehr zu dehnen als komprimiert werden zu können, wodurch die Amplitude der Vibrationen und von der Maschine aufgebrachten Kräfte weitgehend von dem Gummielement aufgenommen werden und nicht auf den eigentlichen Handgriff einwirken·

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigen

Fig.l in sehr vereinfachter Darstellung eine Arbeitsmaschine beispielsweise in der Form einer Schlagbohrmaschine mit zwei Handgriffen,

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Fig.2 in schemaLischer Darstellung eine Anordnung gemäß der Erfindung bei unbelasteten Handgriffen,

Fig.3 einen Handgriff, dem ein hülsenförmiges Dämpfungselement gemäß der Erfindung zugeordnet ist,

Fig.4 die Anordnung gemäß Fig.3, wobei auf den Handgriff eine Druckkraft aufgebracht wird,

Fig.5 die in Fig.4 dargestellte Anordnung, wenn von der Maschine Schlagkräfte aufgebracht werden und

Fig.6 das Ergebnis eines Vergleiches zwischen der Erfindung und bekannten Handgriffen.

Gemäß der vereinfachten Darstellung einer Schlagbohrmaschine 1 in Fig.l weist diese ein Gehäuse 2 auf und ist dieser beispielsweise ein pneumatisch betriebener Motor zugeordnet, um ein schlagendes Werkzeug oder einen Schlagbohrer 3 anzutreiben. An dem Maschinengehäuse 2 sind zwei nach außen gerichtete Zapfen 4 und 5 befestigt, die diametral einander gegenüberliegen und gleichachsig angeordnet sind. Die Zapfen 4,5 können jedoch auch zwischen sich einen Winkel einschließen und müssen nicht exakt einander gegenüberliegend angeordnet sein. Auf jedem Zapfen 4 bzw. 5 ist einer von zwei schwingungsdämpfenden Handgriffen 6,7 angeordnet. Einer dieser beiden einander entsprechenden Handgriffe, der Handgriff 7 ist in Fig.2 in größerem Maßstab, als Mittellängsschnitt und mit seinen Einzelheiten dargestellt. Der Endabschnitt 8 des Handgriffes 7, der der Maschine 1

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zugekehrt ist, ist mit einer Bohrung versehen, deren zylindrische Innenwand mit 9 bezeichnet ist und die ein zylindrisches Dämpfungselement 10 aus Gummi aufnimmt. Auf die zylindrische Außenwand des Dämpfungselementes 10 ist ein Rohr 11 aufvulkanisiert, das aus Stahl oder einem anderen geeigneten Metall bestehen kann und bei der dargestellten Lösung die gleiche axiale Lange wie das Element 10 hat. Die innere zylindrische Fläche des Rohres 11 kann auf der äußeren zylindrischen Fläche des Gummielementes 10 in anderer geeigneter Weise befestigt sein, beispielsweise mittels eines geeigneten Klebers aufgeklebt sein. Entsprechend ist die innere zylindrische Fläche des Gummielementes 10 mit der Außenfläche des zylindrischen Metallrohres 12 verbunden, das eine zylindrische Innenbohrung zur Zuordnung zu dem Bolzen 5 aufweist, um eine feste Verbindung mit diesem einzugehen. Es kann die zylindrische Innenwand des Rohres 12 beispielsweise so bemessen sein, daß das Rohr mit Preßsitz auf dem Zapfen 5 sitzt, obwohl auch beispielsweise die Verbindung zwischen Rohr 12 und Zapfen 5 durch eine Gewindemutter und einen entsprechenden Gewindezapfen erfolgen kann. Bei der dargestellten Lösung ist der der Maschine 1 abgekehrte äußere Endteil 13 des Handgriffes 7 rohrförmig ausgebildet und hat dabei einen geringeren Durchmesser als der Endteil 8; der äußere Endteil 13 ist dazu bestimmt, von der einen Hand einer Bedienungsperson ergriffen zu werden, während diese die Maschine bedient, wobei die Bedienungsperson den Endteil 13 vorzugsweise in einem angemessenen Abstand von dem Gummielement 10 erfreifen sollte. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.2 erfolgt die Verbindung zwischen dem Endteil 8 und dem Rohr 11 mit Hilfe von Madenschrauben 14.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der neuen Anordnung unter Bezugnahme auf Fig.4 und 5 beschrieben. In Fig.4 ist der Handgriff in der Betriebsstellung dargestellt, in der das Werkzeug 3 der Maschine dazu gebracht worden ist, sich an

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der zu bearbeitenden Fläche abzustützen und die Bedienungsperson einen Druck auf die beiden Handgriffe 6 und 7 ausübt. Der Handgriff 7, und selbstverständlich auch der Handgriff 6, wird dabei in Richtung der Kraft F ausschwingen, um mit der Längsachse A des Zapfens 5 einen Winkel <X einzuschließen. Bei der dargestellten Anordnung wird unterstellt, daß der Handgriff 7 gerade und in seiner Ausgangsstellung koaxial zu dem Zapfen 5 angeordnet ist. Ist jedoch der Teil 13 des Handgriffes zur Erfüllung ergonometrischer Forderungen entsprechend anders als gerade geformt, so daß der Handgriff 7 und der Zapfen 5 keine gemeinsame Mittellängsachse mehr haben, so ist die Mittellinie A nur noch die Mittellinie des Zapfens 5 und die Mittellinie des Griffes und der Gummihülse 10 schließt mit der Mittellinie A des Zapfens 5 einen Winkel ein. Wird der Handgriff nach unten geschwenkt, was bei der dargestellten Lösung ein Schwenken vertikal nach unten bedeuted, so wird die Gummihülse 10 durch Zug- und Druckkräfte verformt. Die Zugkräfte haben dabei dann ein negatives, die Druckkräfte ein positives Vorzeichen. Die Spannungen im Gummi wechseln das Vorzeichen etwa in dem mit mp zu kennzeichnenden Bereich, dem Einspannzentrum· Beim Arbeitsbeginn der Maschine werden Vibrationen, das sind dynamische Kräfte F . mit der Amplitude λ erzeugt, wie sie in Fig.5 eingetragen sind. Die dynamischen Kräfte F . veranlassen eine Kompression des Gummis in dem mit B bezeichneten Bereich. Da jedoch zum Dehnen des Gummis geringere Kräfte als zu seiner Kompresssion benötigt werden, wird eine wesentlich gerößere Dehnung oder wird ein Ansteigen der Zugspannung in dem mit C bezeichneten Bereich erhalten. Am gegenüberliegenden Ende der Gummihülse 10, d.h. an deren der Maschine nachstliegenden Ende führen diese dynamischen Kräfte zu einer Reduktion der Druckspannungen und einer Reduktion der Zugspannungen, d.h. der Punkt mp wird verlagert, wie es dargestellt ist. Als Gesamtresultat wird der Handgriff 7 unter dem Einfluß der dynamischen Kärfte nach oben bewegt und wird gleichzeitig der Winkel Oi um einen entsprechenden Betrag vergrößert. Sind

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die Dicke des Gummidämpfers, seine Länge und die Gummihärte so ausgewählt, daß der Gummidämpfer innerhalb eines durch die statische Druckkraft F und die dynamische Druckkraft F, bestimmten Winkelbereiches gedreht wird, so wird trotzdem das äußere Ende 15 in seiner Ausgangslage verbleiben, d.h. Vibrationen werden zum äußeren Ende nicht übertragen. Ersichtlich wird der Dämpfungseffekt in dem Maße geringer, in dem sich die Hand der Bedineungsperson der Maschine und dem Gummidämpfungselement nähert, aber insgesamt wird auf der ganzen Länge des Handgriffes ein zufriedenstellender Dämfpungseffekt gegeben sein, selbst in dem Fall, daß die Hand der Bedienungsperson teilweise über das hülsenförmige Gummielement greift. Das einzige wirklich wichtige Erfordernis ist, daß der Einspannpunkt mp zwischen dem dem Maschinengehäuse 2 zugekehrten Ende des Handgriffes 7 und dem Mittelpunkt M des Handgriffes liegt und daß es das Gummielement zuläßt, daß eine Schwenkbewegung um den Winkel <X erfolgt.

In Fig.6 sind die Dämpfungsfunktion eines üblichen Handgriffes dargestellt, der mit einer Gummihülse versehen ist, die sich über seine ganze Länge erstreckt (obere Kurve) und die Dämpfungsfunktion eines Handgriffes gemäß der Erfindung der nachfolgend genannten Abmessungen (untere Kurve). Die dynamischen Kräfte, ausgedrückt als die Beschleunigung in m/s , sind auf der y-Achse aufgetragen, während die Schwingungsfrequenz auf derx-Achse aufgetragen ist.

Diese Lösung gemäß der Erfindung weist einen Handgriff 7 mit einer Gesamtlänge von 165 mm, eine Gummihülse mit einer Gesamtlänge von 35 mm, einen Innendurchmesser von 25 mm, einen Außendurchmesser von 40 mm und Rohre 11 und 23 gemäß Fig.2 mit einer Wandstärke von 2 mm auf. Der dem Vergleich dienende bekannte Handgriff, auf den die obere Kurve der Fig.6 zurückgeht, war mit einem

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Gummidämpfer vergleichbarer Ausführung versehen, dessen Gesamtlänge jedoch 165 mm betrug. In diesem Fall erstreckte sich der Schaft vollständig durch den Handgriff und den Gummidämpfer. Der Bereich zwischen beiden Kurven entspricht der von einer Anordnung gemäß der Erfindung absorbierten Energie.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß die Länge des Gummidämpfers abhängig von den von der Maschine erzeugten Vibrationskräften und den Vibrationsamplituden zwischen 20 bis 40 % der Gesamtlänge des Handgriffes betragen sollte.

Zusammenfassend kann die Erfindung nochmals wie folgt gekennzeichnet werden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung in einem schwingungsdämpfenden Griff von Arbeitsmaschinen, die während des Betriebes Schwingungen erzeugen und die einen nach außen gerichteten Handgriff (7) aufweisen, der mit der Maschine über ein Dämpfungselement (10) aus Gummi verbunden ist. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenförmige Element (10) fest mit einem Zapfen (5) der Maschine und mit dem Handgriff (7) verbunden ist. Das hülsenf qrmige Element (10) hat eine Länge, die so bemessen ist, daß der Einspannpunkt im hüslenförmigen Element, d.h der Punkt in dem bei der Aufbringung von Kräften (F ,F .) auf den Handgriff ein Wechsel von Druck- und auf Zugbeanspruchung

erfolgt, so angeordnet ist, daß er zwischen dem Maschinengehäuse (2) und dem Mittelpunkt des Handgriffes liegt. Die Dicke und Steifigkeit des hülsenförmigen Elementes ist so bemessen, daß eine Schwenkung des Handgriffes nach beiden Seiten von seiner Mittellängslinie (A) aus möglich ist und zwar entsprechend den aufgebrachten statischen Druckkräften (F ) und der dynamischen Schwingungskraft.

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Claims (4)

1. A 106 P 102

   Anmelder; Roland Andersson, Björnbärsvägen 21, S-194 61 Upplands Väsby,
   Schweden

   Bezeichnung der

   Erfindung; Schwingungsdämpfender Handgriff

   Patentansprüche;

   ( lJ Anordnung in einem schwingungsdämpfenden Handgriff (7) für Arbeitsmaschinen (1), die während ihres Betriebes Schwingungen erzeugen, wobei der Handgriff zur Zuordnung für einen Lagerzapfen (4,5) bestimmt ist, der mit dem Maschinengehäuse mittels eines hülsenf örmigen Elementes (10) in der Form eines hohlen Gummizylinders verbunden ist, dessen Länge kürzer als der Handgriff (7) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des hülsenförmigen Elementes (10), direkt oder indirekt, fest mit dem Lagerzapfen (4,5) verbunden ist. daß die Außenfläche des vorgenannten Elementes, direkt oder indirekt, fest mit der inneren, zylindrischen Fläche des Handgriffes (7) verbunden ist und daß die Länge des vorgenannten Elementes so bemessen ist, daß der Punkt innerhalb des genannten hülsenf örmigen Elementes (10), in dem auf den Handgriff ausgeübten Kräfte von Druck- zu Dehnungskräften übergehen, zwischen dem Maschinengehäuse (2) und dem Mittelpunkt (M) des Handgriffes liegt und gekennzeichnet weiter dadurch, daß das hülsenförmige Element eine derartige Dicke und Steifigkeit hat, daß es möglich ist, den Handgriff um einen Winkel nach jeder Seite seiner Mittellängslinie zu schwenken, der der statischen

   Druckbelastung (F ) entspricht, die auf den Handgriff und die Arbeitsmaschine s

   aufgebracht wird sowie den dynamischen Schwingungskräften (F .) der genannten Arbeitsmaschine.

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2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des hülsenförmigen Elementes (10) 20 bis 40% der Länge des Handgriffes (7) ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hüisenförmige Element (10) an seiner zylindrischen Außenfläche fest unmittelbar mit der zylindrischen Innenfläche des Handgriffes und an seiner zylindrischen Innenfläche fest unmittelbar mit der Außenfläche des Zapfens (4,5) verbunden ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Außenfläche des hülsenförmigen Elementes (10) mit der Innenfläche eines ersten Metallrohres (11) fest verbunden ist, das seinerseits fest in dem Handgriff angeordnet ist und daß die zylindrische Innenfläche des hülsenförmigen Elementes fest mit der Außenfläche eines zweiten Metallrohres (12) verbunden ist, das seinerseits fest mit dem Zypfen (4,5) verbunden ist

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