DE3415255C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen schwingungsdämpfenden Handgriff für Arbeitsmaschinen gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem bekannten schwingungsdämpfenden Handgriff gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 liegt eine als einziges schwingungsdämpfendes Element vorgesehene Gummihülse zwischen der zylindrischen Innenseite des als Hohlzylinder mit durchgehend glatter Oberfläche ausgebildeten Griffs und der zylindrischen Außenseite eines der Arbeitsmaschine zugeordneten Lagerzapfens und ist mit beiden Flächen fest verbunden (DE-OS 33 04 849 A1). Die eine Stirnseite der wesentlich kürzer als der Handgriff ausgebildeten Gummihülse ist dem freien Innenraum des Handgriffs zugekehrt, der an dem weiter außen liegenden, freien Ende einen Massekörper trägt, während die andere Stirnseite der Gummihülse an einem Bund des Zapfens anliegt, der den in den Griff hineinragenden Teil des Lagerzapfens von dem Teil des Lagerzapfens trennt, der mit einem Gewinde versehen ist, um in ein Gewindeloch der Arbeitsmaschine eingeschraubt werden zu können. Im Bereich des Bundes des Lagerzapfens ist der Griff an dem der Arbeitsmaschine zugekehrten Ende zu einem Flansch erweitert. Der Außendurchmesser des Bundes ist um ein Geringes kleiner als der Innendurchmesser des Griffs. Wird der Handgriff relativ zur Arbeitsmaschine verschwenkt, so treten in der Gummihülse verschiedenartige Beanspruchungen auf, die sich überlagern.

Dies ist umsomehr bei einer Abwandlung der Fall, bei der der Flansch des Griffs und der Bund des Lagerzapfens gleiche Durchmesser haben und zwischen ihnen die Gummihülse mit einem Bund liegt und dieser Gummihülse gegenüber axial versetzt eine zweite, zylindrisch glatte Gummihülse angeordnet ist. Dieser Griff in seinen beiden Ausführungsformen resultiert aus der Überlegung, einen vibroisolierenden Handgriff zu schaffen, dessen Eigenfrequenz erniedrigt ist, damit dadurch der Vibrationsisolationsbereich verbreitert und die Vibrationsisolation verbessert wird. Jede Bedienungsperson wird veranlaßt sein, den Griff möglichst nahe an der Arbeitsmaschine und möglichst im Bereich der Gummihülse zu erfassen, aus dem instinktiven Gefühl heraus, daß dort eine Schwingungsübertragung im geringsten Maß erfolgt. Bei der Entwicklung dieses bekannten Handgriffs ist nicht daran gedacht, bewußt einen Bereich des Handgriffs zu schaffen, in dem auf eine Bedienungsperson Schwingungen der Arbeitsmaschine in möglichst geringem Maß übertragen werden und ebenso bewußt Maßnahmen vorzusehen, die die Bedienungsperson veranlassen, die Arbeitsmaschine in diesem Griffbereich zu halten.

Bei einem anderen bekannten schwingungsdämpfenden Handgriff für Arbeitsmaschinen, die während des Betriebes für Bedienungspersonen schädliche mechanische Schwingungen erzeugen, die von der Bedienungsperson ferngehalten werden sollen, ist der eigentliche Handgriff in Leichtbauweise ausgeführt, ein Bolzen der Arbeitsmaschine ragt in einen ersten schwingungsdämpfenden Körper, der im Griff gehalten ist und der über einen Federstab mit einem zweiten schwingungsdämpfenden Körper verbunden ist, zwischen dem und der Innenseite des Griffs ein solches Spiel vorgesehen ist, daß der zweite schwingungsdämpfende Körper in Grenzen Bewegungen relativ zum eigentlichen Griff ausführen kann.

Wie der Stand der Technik geht auch die Erfindung von der Überlegung aus, daß Maschinen, die Schwingungen erzeugen, diese auf die Hände der Bedienungsperson übertragen und daß dies oft zu ernsthafter Erkrankung der Bedienungsperson führt, 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 Bedienungsperson solcher Maschinen führen. Schwingungsdämpfende Mittel, wie sie zur Vermeidung dieser Nachteile gelegentlich verwendet werden, sind normalerweise wie bei dem oben im einzelnen beschriebenen Stand der Technik auch Gummihülsen oder Verbundgummikörper, die zwischen einem festen Zapfen der Maschine und einem den Zapfen aufnehmenden hülsenförmigen Griff angeordnet sind.

Es wurde nun aber festgestellt, daß der aus solchen Lösungen resultierende Dämpfungseffekt bei hochfrequenten Schwingungen zufriedenstellend ist, jedoch unzulänglich ist bei Schwingungen mit Frequenzen unter 5000 bis 7000 Hz, selbst wenn die schwingungsdämpfenden Glieder aus extrem dickem Gummi bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen schwingungsdämpfenden Handgriff so auszubilden, daß auch niederfrequente Schwingungen zufriedenstellend gedämpft und nicht auf die Bedienungsperson übertragen werden, wobei Ergebnisse einer eingehenden wissenschaftlichen Arbeit zur Anwendung kommen sollen.

Der Lösung der Aufgabe dient die Ausbildung eines gattungsgemäßen Handgriffs gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1.

Die Erfindung basiert an sich 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 (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 insbesondere natürlicher Gummi, synthetischer Gummi und Gemische von beiden Gummiarten.

Aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt sich, daß bei der Erfindung 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 aufgebrachte Kräfte weitgehend von dem Gummielement aufgenommen werden und nicht auf den eigentlichen Handgriff einwirken. Es ergibt sich aber andererseits, daß es bei der Erfindung unzweckmäßig wäre, den Handgriff möglichst nahe der Arbeitsmaschine und im Bereich der Gummihülse zu umfassen. Mit der Erfindung ist Sorge getragen, daß eine Bedienungsperson veranlaßt wird, ohne die Zusammenhänge zu kennen, den Griff nicht gerade in diesem Teil zu umfassen.

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

Fig. 1 in sehr vereinfachter Darstellung eine Arbeitsmaschine beispielsweise in der Form einer Schlagbohrmaschine mit zwei Handgriffen,

Fig. 2 in schematischer 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. 1 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 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 Länge 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 ergreifen 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 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_s ausschwingen, um mit der Längsachse A des Zapfens 5 einen Winkel α 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 bedeutet, 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_d mit der Amplitude λ erzeugt, wie sie in Fig. 5 eingetragen sind. Die dynamischen Kräfte F_d veranlassen eine Kompression des Gummis in dem mit B bezeichneten Bereich. Da jedoch zum Dehnen des Gummis geringere Kräfte als zu seiner Kompression benötigt werden, wird eine wesentlich größere 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 nächstliegenden 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 Kräfte nach oben bewegt und wird gleichzeitig der Winkel α um einen entsprechenden Betrag vergrößert. Sind die Dicke des Gummidämpfers, seine Länge und die Gummihärte so ausgewählt, daß der Gummidämpfer innerhalb eines durch die statische Druckkraft F_s und die dynamische Druckkraft F_l 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 Bedienungsperson der Maschine und dem Gummidämpfungselement nähert, aber insgesamt wird auf der ganzen Länge des Handgriffes ein zufriedenstellender Dämpfungseffekt 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 α erfolgt.

In Fig. 6 ist 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/s², sind auf der y-Achse aufgetragen, während die Schwingungsfrequenz auf der x-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 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.

Claims (3)

1. Schwingungsdämpfender Handgriff (7) für Arbeitsmaschinen (1), die während ihres Betriebes Schwingungen erzeugen, wobei der Handgriff einem mit dem Maschinengehäuse verbundenen Lagerzapfen (4, 5) zugeordnet ist, und zwar ausschließlich vermittels eines hülsenförmigen Elementes (10) in der Form eines hohlen, flanschlosen Gummizylinders, dessen axiale Länge kürzer als die des Handgriffs (7) ist, dessen Innenfläche fest dem Lagerzapfen (4, 5) zugeordnet ist und dessen Außenfläche fest mit der inneren, zylindrischen Fläche des Handgriffs (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenförmige Element (10) auf seiner gesamten Länge den Lagerzapfen (4, 5) bzw. eine seinerseits dem Lagerzapfen zuzuordnende starre Hülse (12) umgebend, innerhalb eines bundartigen, im Durchmesser gegenüber dem eigentlichen Griffteil (13) größeren Endteiles (8) so angeordnet ist, daß Schwenkbewegungen des Griffs (7) relativ zu dem Zapfen (4 bzw. 5) nach allen Seiten nur durch radiale Druck- bzw. Zugverformungen in dem hülsenförmigen Element (10) erfolgen können.

2. Schwingungsdämpfender Handgriff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des hülsenförmigen Elementes (10) 20 bis 40% der Länge des Handgriffes (7) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Außenfläche des hülsenförmigen Elements (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 Zapfen (4, 5) verbunden ist.