EP1151827B1 - Schlagendes Elektrohandwerkzeuggerät - Google Patents

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EP1151827B1
EP1151827B1 EP01810391A EP01810391A EP1151827B1 EP 1151827 B1 EP1151827 B1 EP 1151827B1 EP 01810391 A EP01810391 A EP 01810391A EP 01810391 A EP01810391 A EP 01810391A EP 1151827 B1 EP1151827 B1 EP 1151827B1
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electric hand
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    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
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    • B25D11/06—Means for driving the impulse member
    • B25D11/12—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism
    • B25D11/125—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism with a fluid cushion between the crank drive and the striking body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D17/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D17/24—Damping the reaction force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2211/00—Details of portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D2211/006—Parallel drill and motor spindles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/121—Housing details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/195—Regulation means

Definitions

  • the invention refers to an at least partially striking electric hand tool device, for example a hammer drill or a chisel hammer, preferably with a pneumatic impact mechanism.
  • the rotational movement of an electric drive is at least partially transformed by means of suitable transformation gear, usually eccentric or wobble, in a reciprocating motion of the exciter piston.
  • damping of this recoil energy by a relative movement of two modules with the interposition of a damping element depends in principle on the dissipative portion of the deformation energy of the damping element and in particular increases both with the deformation force amplitude and with the Deformationswegamplitude.
  • an electric hand tool device for producing an at least striking movement of a tool has a housing, with a percussion mechanism and an electric drive with a rotatable rotor with a rotor axis oriented parallel to the tool axis. Both the impact mechanism and the electric drive form one and the same assembly within the housing.
  • the object of the invention is to further minimize the vibrations in beating electric hand tool devices.
  • Another aspect of this invention is the realization of a low-wear drive chain between two relatively movable, vibration-decoupled modules of the electric hand tool device
  • one, along the tool axis limited axially movable, first assembly in addition to the percussion includes a rotatable parallel to the vibration of the first assembly rotor axis, rotor of the electric drive and advantageously a transformation gear.
  • the vibration decoupled second assembly includes the stator of the electric drive and the housing.
  • the mass ratio of both modules is shifted toward a relatively larger mass of the first assembly, including in the direction of a mass equality of both modules.
  • more recoil energy can be dissipated by a damping element arranged between the two assemblies, whereby the vibration amplitude of the second assembly with the housing is reduced.
  • damping elements made of viscoelastic material are used, which dissipate a lot of energy at the vibration frequency in the working temperature range of the electric hand tool.
  • the drive chain for the impact generation and / or rotational movement of the electric hand tool has a low-wear coupling means with respect to the relative movement, which is formed as a torque-locking coupling by a magnetic rotating field of the stator to an axially movable, brushless rotor.
  • a low-wear coupling means with respect to the relative movement, which is formed as a torque-locking coupling by a magnetic rotating field of the stator to an axially movable, brushless rotor.
  • a striking electric hand tool device 1 has a bearing, eg sliding or roller bearing, bounded along a tool axis A, for example. 10 mm, movable first assembly with a percussion mechanism 2, which one, a reciprocating motion exporting, excitation piston 3, with a transformation gear 4, which includes an eccentric and two orthogonally intermeshing bevel gears, and with a parallel to the first vibration I of the first assembly about a rotor axis B rotatable and along this axially displaceable axially, brushless rotor 5 of an electric drive and a second Assembly with the second vibration II, which includes a housing 6, a stator 7 of the electric drive and the associated Elektroantriebselektronik 8 and relative to the first assembly via a prestressed elastic spring 9, for example.
  • a helical compression spring, with a parallel thereto damping element 10 made of viscoelastic Material bezü like vibration I, II is vibration decoupled.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezeichnet ein zumindest teilweise schlagendes Elektrohandwerkzeuggerät, bspw. einen Bohrhammer oder einen Meisselhammer, mit vorzugsweise einem pneumatischen Schlagwerk.
  • Elektrohandwerkzeuggeräte mit pneumatischem Schlagwerk benutzen zur Erzeugung des Schlages eine hin- und hergehende schwingende Bewegung, welche auf eine Gasfeder zwischen einem in einem Hohlzylinder dichtend relativ zu diesem beweglichen Erregerkolben und einem distanzierten in Richtung der Werkzeugachse dichtend beweglichen Schlagmittel aufgebracht wird. Dazu wird die Drehbewegung eines Elektroantriebs zumindest teilweise mittels geeigneter Transformationsgetriebe, meist Exzenter- oder Taumelschwinger, in eine Hin- und Herbewegung des Erregerkolbens transformiert. Bei zweckentsprechender Benutzung wirkt im Kraftweg die in Werkzeugrichtung axiale Gegenkraft als Rückstoss des Schlages über das Werkzeug, das Schlagwerk, das Transformationsgetriebe und dessen Lagerung auf das Gehäuse und verursacht störende Vibrationen bei dem, die Kraft aufbringenden, Benutzer.
  • Es ist aus der Physik der erzwungenen Amplitudenschwingungen eines Federpendels prinzipiell bekannt, dass besonders hohe Vibrationsamplituden im mechanischen Resonanzfall auftreten bzw. umgekehrt die Vibrationsamplituden durch weit auseinander liegende Eigen- und Vibrationsfrequenzen wirkungsvoll gedämpft werden können. In die Eigenfrequenz eines Federpendels geht die Schwingmasse und die Federkonstante ein, welche im Nutzungsfall bei einem einfachen schlagenden Elektrohandwerkzeuggerät durch dessen Masse und die Federkonstante des Nutzers bei der Handhabung ausgebildet wird. Abhängig von der Schlagzahl als Vibrationsfrequenz stellt sich demnach eine bestimmte Vibrationsamplitude des Elektrohandwerkzeuggeräts ein.
  • Nach der US3918535 wird in den Kraftweg zwischen dem axial verschiebbaren Schlagwerk und dem Gehäuse eine, zur Verlagerung des Arbeitspunktes vorgespannte, Druckfeder vorgesehen, welche die erste axial verschiebbare Baugruppe des Schlagwerks von der zweiten Baugruppe mit dem Gehäuse teilweise schwingungsentkoppelt und über die dadurch entstehende Relativbewegung dieser Baugruppe zum Gehäuse über Dämpfungselemente gedämpft werden kann. Das somit zwangsläufig entstandene System zweier gekoppelter gleichgerichteter Schwinger beinhaltet eine relativ kleine Masse der Baugruppe des Schlagwerks, welches durch den Rückstoss des Schlages somit stark schwingt. Die relativ grössere Masse der zweiten Baugruppe mit dem Gehäuse führt, abhängig von deren Eigenfrequenz, eine erzwungene Schwingung mit geringerer Vibrationsamplitude aus.
  • Die Dämpfung dieser Rückstossenergie durch eine Relativbewegung zweier Baugruppen unter Zwischenschaltung eines Dämpfungselements hängt prinzipiell von dem dissipativen Anteil der Deformationsenergie des Dämpfungselementes ab und steigt insbesondere sowohl mit der Deformationskraftamplitude als auch mit der Deformationswegamplitude.
  • Nach der US5927407 werden bei den Dämpfungselementen zur Reduzierung der Vibrationen der schwingungsmässig entkoppelten Baugruppen von Handwerkzeuggeräten sechs, in axialer Richtung dämpfende, Elastomerbauteile verwendet, welche bezüglich ihrer viscoelastischen Energiedissipation auf die Vibrationsfrequenz optimiert sind. Eine derartige Lösung vermindert die Vibrationsamplitude nur relativ zum Fall ohne Dämpfungselemente.
  • Nach der US5806609 weist ein Elektrohandwerkzeuggerät zur Erzeugung einer zumindest schlagenden Bewegung eines Werkzeugs ein Gehäuse auf, mit einem Schlagwerk und einem Elektroantrieb mit einem drehbaren Rotor mit einer parallel zur Werkzeugachse orientierten Rotorachse. Dabei bilden sowohl das Schlagwerk als auch der Elektroantrieb ein und dieselbe Baugruppe innerhalb des Gehäuses aus.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der weiteren Minimierung der Vibrationen bei schlagenden Elektrohandwerkzeuggeräten. Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung besteht in der Realisierung einer verschleissarmen Antriebskette zwischen zwei relativ zueinander beweglichen, schwingungsentkoppelten Baugruppen des Elektrohandwerkzeuggerätes
  • Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Im wesentlichen beinhaltet eine, längs der Werkzeugachse begrenzt axial bewegliche, erste Baugruppe neben dem Schlagwerk einen, um eine parallel zur Vibration der ersten Baugruppe orientierten Rotorachse drehbaren, Rotor des Elektroantriebs sowie vorteilhaft ein Transformationsgetriebe. Die schwingungsentkoppelte zweite Baugruppe beinhaltet den Stator des Elektroantriebs und das Gehäuse.
  • Dadurch vergrössert sich die schwingungstechnisch zu beachtende Masse der ersten Baugruppe, welche die Masse des Schlagwerks, des Transformationsgetriebes und des Rotors addiert, relativ zur grösseren Masse der zweiten Baugruppe, welche die Masse des Stators und des Gehäuses sowie optional die Masse der Elektroantriebselektronik addiert. Durch die nunmehr absolut höhere Masse der ersten Baugruppe reduziert sich die durch die gleiche Rückstossenergie erzeugte Vibrationsamplitude der ersten Baugruppe.
  • Zudem wird das Massenverhältnis beider Baugruppen in Richtung zu einer relativ grösseren Masse der ersten Baugruppe verschoben, einschliesslich in Richtung auf eine Massengleichheit beider Baugruppen. Somit kann durch ein zwischen beiden Baugruppen angeordnetes Dämpfungselement mehr Rückstossenergie dissipiert werden, wodurch die Vibrationsamplitude der zweiten Baugruppe mit dem Gehäuse vermindert wird.
  • Vorteilhaft werden Dämpfungselemente aus viscoelastischem Material verwendet, welches bei der Vibrationsfrequenz im Arbeitstemperaturbereich des Elektrohandwerkzeugs viel Energie dissipieren.
  • Die Antriebskette für die Schlagerzeugung und/oder Drehbewegung des Elektrohandwerkzeugs weist ein verschleissarmes Kupplungsmittel bezüglich der Relativbewegung auf, welche als drehmomentschlüssige Kupplung durch ein magnetisches Drehfeld des Stators auf einen axial beweglichen, kollektorlosen Rotor ausgebildet wird. Insbesondere werden keine mechanischen kraftübertragenden, und somit verschleissanfälligen, Kupplungsmittel zum Ausgleich der Relativbewegung zwischen beiden Baugruppen benötigt. Bei einem kollektorlosen Rotor entfallen zudem die bei einer axialen Bewegung verschleissenden Kollektoren.
  • Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
    • Fig. 1 als schlagendes Elektrohandwerkzeuggerät.
  • Nach Fig. 1 weist ein schlagendes Elektrohandwerkzeuggerät 1 eine über Lagerungen, bspw. Gleit- oder Wälzlager, längs einer Werkzeugachse A begrenzt, bspw. 10 mm, bewegliche erste Baugruppe mit einem Schlagwerk 2, welches einen, eine Hin- und Herbewegung ausführenden, Erregerkolben 3 beinhaltet, mit einem Transformationsgetriebe 4, welches einen Exzenter und zwei rechtwinkelig ineinandergreifende Kegelräder beinhaltet, und mit einem, parallel zur ersten Vibration I der ersten Baugruppe um eine Rotorachse B drehbaren und längs dieser begrenzt axial verschiebbaren, kollektorlosen Rotor 5 eines Elektroantriebs sowie eine zweite Baugruppe mit der zweiten Vibration II auf, welche ein Gehäuse 6, einen Stator 7 des Elektroantriebs und die zugeordnete Elektroantriebselektronik 8 beinhaltet und relativ zur ersten Baugruppe über eine vorgespannte elastische Feder 9, bspw. eine Spiraldruckfeder, mit einem dazu parallel geschalteten Dämpfungselement 10 aus viscoelastischem Material bezüglich der Vibrationen I, II schwingungsentkoppelt ist.

Claims (9)

  1. Elektrohandwerkzeuggerät zur Erzeugung einer zumindest schlagenden Bewegung eines Werkzeugs längs einer Werkzeugachse (A), mit einem innerhalb eines Gehäuses (6) angeordneten Schlagwerk (2) und einem Elektroantrieb mit einem Stator (7) und einem drehbaren Rotor (5) mit einer parallel zur Werkzeugachse (A) orientierten Rotorachse (B), dadurch gekennzeichnet, dass eine das Schlagwerk (2) und den Rotor (5) beinhaltende erste Baugruppe längs der Werkzeugachse (A) begrenzt beweglich in einer das Gehäuse (6) und den Stator (7) aufweisenden, schwingungsentkoppelten zweiten Baugruppe gelagert ist.
  2. Elektrohandwerkzeuggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baugruppe ein Transformationsgetriebe aufweist.
  3. Elektrohandwerkzeuggerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Baugruppe eine Elektroantriebselektronik (8) aufweist.
  4. Elektrohandwerkzeuggerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) kollektorlos ausgebildet ist.
  5. Elektrohandwerkzeuggerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der ersten Baugruppe und die Masse der zweiten Baugruppe im wesentlichen gleich gross sind.
  6. Elektrohandwerkzeuggerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baugruppe mit der zweiten Baugruppe über eine elastische Feder (9) schwingungsentkoppelt verbunden ist.
  7. Elektrohandwerkzeuggerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Feder (9) ein Dämpfungselement (10) parallel zugeschaltet ist.
  8. Elektrohandwerkzeuggerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10) aus viscoelastischem Material besteht.
  9. Elektrohandwerkzeuggerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Arbeitstemperatur des Elektrohandwerkzeuggerätes (1) das viscoelastische Material bei der Vibrationsfrequenz eine optimale Energiedissipation aufweist.
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