EP1677950B1 - Schlagwerk f r eine handwerkzeugmaschine - Google Patents

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EP1677950B1
EP1677950B1 EP04762744A EP04762744A EP1677950B1 EP 1677950 B1 EP1677950 B1 EP 1677950B1 EP 04762744 A EP04762744 A EP 04762744A EP 04762744 A EP04762744 A EP 04762744A EP 1677950 B1 EP1677950 B1 EP 1677950B1
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drive piston
round
percussion
gearwheel
percussion mechanism
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Robert Bosch GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/06—Means for driving the impulse member
    • B25D11/10—Means for driving the impulse member comprising a cam mechanism
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a striking mechanism for a hand tool, in particular for a hammer drill, percussion hammer or a percussion drill, according to the preamble of claim 1.
  • axially displaceable drive piston is connected by a connecting rod with a crank pin of a crankshaft, which is driven by a pinion gear from the drive shaft of an electric motor.
  • the crank drive puts the drive piston in a reciprocating motion.
  • the stroke of the drive piston over time shows a nearly sinusoidal course.
  • the stroke movement of the drive piston arises in the compression space between the drive piston and racket alternately an over- and under-pressure, whereby the racket is accelerated in the direction of the tool.
  • the time course of the pressure in the compression chamber results from the relative displacement between the drive piston and racket and is determined by the sinusoidal profile of the stroke of the drive piston.
  • the pressure curve is characterized by a short high peak value and a relatively long period of time at low pressure.
  • the principal pressure curve is shown in Fig. 3 curve a.
  • the high peak pressure in the compression chamber leads to a high load on the compression space and to a relatively high cost for the sealing of the compression space in the guide tube, which increases disproportionately with increasing pressure.
  • the conditional by the sinusoidal stroke of the drive piston pressure curve in the compression chamber also leads to the fact that provided by the drive piston drive energy is not effectively used to uniform pressurization of the racket and thus the optimal club speed is not achieved for a rapid Bohrfort Kunststoff.
  • the hammer mechanism according to the invention for a hand tool with the features of claim 1 has the advantage that by means of the non-circular gear pair a virtually arbitrary course of the stroke of the drive piston can be adjusted, depending on how the rolling curves of the two gears are designed.
  • the design of the rolling curves depends exclusively on the optimization goal.
  • the Wälzkurven can z. B. calculated so that the racket receives a maximum speed at a minimum pressure load of the compression space. They can also be calculated so that at a minimum pressure load in the compression chamber at the same time high speed of the racket only a minimum drive torque for the drive piston is required.
  • further optimization goals are possible through the rolling curve design.
  • the principal aim of the design of the rolling curves is the delivery of high energy to the tool at a low power consumption, so a significant increase in efficiency.
  • the percussion shown in Fig. 1 as a schematic sketch partially cut for a hand tool for example for a hammer drill, a percussion hammer or a percussion drill, has a drive piston 11 and a racket 12, which are axially successively received in a guide tube 13 and guided axially displaceable therein ,
  • the mutually facing end faces of drive piston 11 and racket 12 define a compression space 14 in the guide tube 13, in which an air cushion is enclosed.
  • the guide tube 13 is arranged in a housing, not shown here, of the power tool.
  • the axis of the guide tube 13 is aligned with the axis of a Tool holder in which a tool, such as a percussion drill, is partially held.
  • the tool either projects into the guide tube 13 with its tool shank or, as in this case, is aligned axially in alignment with a firing pin 15, which is guided axially displaceably in the guide tube 13.
  • an electric motor 16 is arranged, which puts the drive piston 11 in a reciprocating, axial stroke movement in the guide tube 13 via a gear 17.
  • the gear 17 has two intermeshing non-circular gears 18, 19, of which one non-circular gear 18 is a driving and the other non-circular gear 19 is a driven non-circular gear.
  • Each non-circular gear 18, 19 has a rotation axis 20 and 21.
  • the two axes of rotation 20, 21 are arranged at a fixed distance a from each other.
  • the driving non-circular gear 18 is non-rotatably mounted on a countershaft 25 mounted in the housing and between the output shaft 22 of the electric motor 16 and the countershaft 25, an intermediate gear 26 is arranged.
  • the driven non-circular gear 19 is rotatably mounted in the housing about its axis of rotation 21.
  • On the driven non-circular gear 19 eccentrically to the rotation axis 21 acting as a crank or connecting rod piston rod 23 is articulated, which is pivotally connected to the drive piston 11.
  • the piston-side end of the piston rod 23 acts on a pivot pin 24, which is received transversely to the axis of the guide tube 13 in the drive piston 11 at its end facing away from the compression space 14 end.
  • the drive piston 11 is shown in its one stroke end position, in Fig. 2 in its other stroke end position.
  • the drive piston 11 When the electric motor 16 is switched on, the drive piston 11 is set in a reciprocating, axial stroke movement via the gear 17, wherein the air cushion in the compression space 14 is alternately compressed and relaxed.
  • the temporal Course of the pressure in the compression chamber 14 depends on the relative distance between the drive piston 11 and racket 12 and is determined essentially by the time course of the stroke of the drive piston 11.
  • novel gear can be achieved by appropriate design of the Wälzkurven 181, 191 of the non-circular gears 18, 19 depending on the optimization goal a good Bohr progress or chisel removal, lower power consumption and a more uniform power consumption.
  • the hand tool machine shows a lower vibration overall.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Schlagwerk für eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere für einen Bohrhammer, Schlaghammer oder eine Schlagbohrmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei einer bekannten Handwerkzeugmaschine, z.B. Bohr- oder Schlaghammer (DE 35 11 437 A1) ist der im Führungsrohr axial verschiebliche Antriebskolben mittels eines Pleuels mit einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle verbunden, die über ein Ritzelgetriebe von der Antriebswelle eines Elektromotors antreibbar ist. Mit Einschalten des Elektromotors versetzt der Kurbeltrieb den Antriebskolben in eine hin- und hergehende Bewegung. Der Hubweg des Antriebskolbens über der Zeit zeigt dabei einen nahezu sinusförmigen Verlauf. Bei der Hubbewegung des Antriebskolbens entsteht im Kompressionsraum zwischen Antriebskolben und Schläger abwechselnd ein Über- und Unterdruck, wodurch der Schläger in Richtung des Werkzeugs beschleunigt wird. Der zeitliche Verlauf des Drucks im Kompressionsraum ergibt sich aus dem Relativweg zwischen Antriebskolben und Schläger und wird durch den sinusförmigen Verlauf des Hubs des Antriebskolbens bestimmt. Der Druckverlauf zeichnet sich durch einen kurzeitig hohen Spitzenwert und einen relativ langen Zeitabschnitt mit niedrigem Druck aus. Der prinzipielle Druckverlauf ist in Fig. 3 Kurve a dargestellt.
  • Der hohe Spitzendruck im Kompressionsraum führt zu einer hohen Belastung des Kompressionsraums und zu einem relativ hohen Aufwand für die Abdichtung des Kompressionsraums im Führungsrohr, der mit zunehmendem Druck überproportional anwächst. Der durch den sinusförmigen Hub des Antriebskolbens bedingte Druckverlauf im Kompressionsraum führt außerdem dazu, dass die vom Antriebskolben zur Verfügung gestellte Antriebsenergie nicht effektiv zu einer gleichmäßigen Druckbeaufschlagung des Schlägers genutzt wird und damit die optimale Schlägergeschwindigkeit für einen schnellen Bohrfortschritt nicht erreicht wird.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Schlagwerk für eine Handwerkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass mittels des Unrundzahnrad-Paars ein nahezu beliebiger Verlauf des Hubwegs des Antriebskolbens eingestellt werden kann, je nachdem, wie die Wälzkurven der beiden Zahnräder ausgelegt werden. Die Auslegung der Wälzkurven hängt dabei ausschließlich von dem Optimierungsziel ab. Die Wälzkurven können z. B. so berechnet werden, dass der Schläger bei einer minimalen Druckbelastung des Kompressionsraums eine maximale Geschwindigkeit erhält. Sie können auch so berechnet werden, dass bei einer minimalen Druckbelastung im Kompressionsraum bei gleichzeitig hoher Geschwindigkeit des Schlägers nur ein minimales Antriebsmoment für den Antriebskolben gefordert wird. Neben diesen Beispielen sind weitere Optimierungsziele durch die Wälzkurvenauslegung möglich. Prinzipielles Ziel der Auslegung der Wälzkurven ist die Abgabe einer hohen Energie an das Werkzeug bei einer niedrigen Leistungsaufnahme, also eine deutliche Erhöhung des Wirkungsgrads.
  • Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Schlagwerks möglich.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in prinzipieller Darstellung:
    • Fig. 1
    ein Schlagwerk für eine Handwerkzeugmaschine, teilweise geschnitten,
    Fig. 2
    eine perspektivische Darstellung von Antriebskolben und Getriebe des Schlagwerks in Fig. 1,
    Fig. 3
    ein Diagramm des zeitlichen Druckverlaufs im Kompressionsraum des Schlagwerks beim Stand der Technik (Kurve a) und bei dem erfindungsgemäßen Schlagwerk (Kurve b).
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Das in Fig. 1 als Prinzipskizze teilweise geschnitten dargestellte Schlagwerk für eine Handwerkzeugmaschine, z.B. für einen Bohrhammer, einen Schlaghammer oder eine Schlagbohrmaschine, weist einen Antriebskolben 11 und einen Schläger 12 auf, die axial hintereinander in einem Führungsrohr 13 aufgenommen und darin axial verschieblich geführt sind. Die einander zugekehrten Stirnseiten von Antriebskolben 11 und Schläger 12 begrenzen einen Kompressionsraum 14 im Führungsrohr 13, in dem ein Luftpolster eingeschlossen ist. Das Führungsrohr 13 ist in einem hier nicht dargestellten Gehäuse der Handwerkzeugmaschine angeordnet. Die Achse des Führungsrohr 13 fluchtet mit der Achse einer Werkzeugaufnahme, in dem ein Werkzeug, z.B. ein Schlagbohrer, teilweise gehalten ist. Das Werkzeug ragt entweder mit seinem Werkzeugschaft in das Führungsrohr 13 hinein oder ist - wie hier - axial fluchtend zu einem Schlagbolzen 15 ausgerichtet, der im Führungsrohr 13 axial verschieblich geführt ist.
  • Im Gehäuse der Handwerkzeugmaschine ist ein Elektromotor 16 angeordnet, der über ein Getriebe 17 den Antriebskolben 11 in eine hin- und hergehende, axiale Hubbewegung im Führungsrohr 13 versetzt. Das Getriebe 17 weist zwei miteinander kämmende Unrundzahnräder 18 , 19 auf, von denen das eine Unrundzahnrad 18 ein treibendes und das andere Unrundzahnrad 19 ein angetriebenes Unrundzahnrad ist. Jedes Unrundzahnrad 18, 19 besitzt eine Drehachse 20 bzw. 21. Die beiden Drehachsen 20, 21 sind in einem festen Abstand a voneinander angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sitzt das treibende Unrundzahnrad 18 drehfest auf einer im Gehäuse gelagerten Vorgelegewelle 25 und zwischen der Abtriebswelle 22 des Elektromotors 16 und der Vorlegewelle 25 ist ein Zwischengetriebe 26 angeordnet. Das angetriebene Unrundzahnrad 19 ist im Gehäuse um seine Drehachse 21 drehbar gelagert. An dem angetriebenen Unrundzahnrad 19 ist exzentrisch zur Drehachse 21 eine als Kurbel oder Pleuel wirkende Kolbenstange 23 angelenkt, die mit dem Antriebskolben 11 schwenkbeweglich verbunden ist. Das kolbenseitige Ende der Kolbenstange 23 greift hierzu an einem Drehbolzen 24 an, der quer zur Achse des Führungsrohrs 13 im Antriebskolben 11 an dessen vom Kompressionsraum 14 abgekehrten Ende aufgenommen ist. In Fig. 1 ist der Antriebskolben 11 in seiner einen Hubendstellung, in Fig. 2 in seiner anderen Hubendstellung dargestellt.
  • Mit Einschalten des Elektromotors 16 wird der Antriebskolben 11 über das Getriebe 17 in eine hin- und hergehende, axiale Hubbewegung versetzt, wobei das Luftpolster im Kompressionsraum 14 abwechselnd komprimiert und entspannt wird. Durch den Kompressionsdruck wird der Schläger 12 beschleunigt und gibt seine Energie über den Schlagbolzen 15 an das Werkzeug ab. Der zeitliche Verlauf des Drucks im Kompressionsraum 14 hängt dabei vom Relativweg zwischen Antriebskolben 11 und Schläger 12 ab und wird im wesentlichen durch den zeitlichen Verlauf des Hubs des Antriebskolbens 11 bestimmt. Um einen optimierten Weg-Zeit-Verlauf des Antriebskolbens 11 darstellen zu können, sind die Wälzkurven 181 und 191 von Unrundzahnrad 18 und Unrundzahnrad 19, die die gleiche Zähnezahl tragen, so gestaltet, dass der Hubweg des Antriebskolbens 11 den gewünschten zeitlichen Verlauf zeigt. Eine Optimierungsmöglichkeit besteht darin, die Wälzkurven 181, 191 der beiden Unrundzahnräder 18, 19 so zu berechnen, dass bei minimaler Druckbelastung im Kompressionsraum der Schläger 12 eine maximale Geschwindigkeit erhält. In Fig. 3 zeigt die Kurve b den zeitlichen Druckverlauf im Kompressionsraum 14 bei einer solchen Auslegung der beiden Unrundzahnräder 18, 19. Wie deutlich zu sehen ist, sind gegenüber dem Druckverlauf gemäß Kurve a, der bei einer herkömmlichen nahezu sinusförmigen Hubbewegung des Antriebskolbens 11 nach dem Stand der Technik erreicht wird, die Druckspitzen abgebaut und wird eine gleichmäßigere Druckverteilung über eine längeren Zeitraum erzielt. Die hohe Schlägergeschwindigkeit bleibt dabei erhalten.
  • Mit dem neuartigen Getriebe lässt sich durch entsprechende Auslegung der Wälzkurven 181, 191 der Unrundzahnräder 18, 19 je nach Optimierungsziel ein guter Bohrfortschritt bzw. Meißelabtrag, eine geringere Leistungsaufnahme und eine gleichmäßigere Stromaufnahme erreichen. Die Handwerkzeugmaschine zeigt insgesamt eine geringere Vibration.

Claims (5)

  1. Schlagwerk für eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere Bohrhammer, Schlaghammer oder Schlagbohrmaschine, mit einem in einem Führungsrohr (13) axial verschieblich angeordneten Antriebskolben (11), der motorisch über ein Getriebe (17) in eine hin- und hergehende, axiale Hubbewegung versetzbar ist, mit einem auf ein Werkzeug wirkenden Schläger (12), der im Führungsrohr (13) axial verschieblich aufgenommen ist, und mit einem von Antriebskolben (11) und Schläger (12) begrenzten Kompressionsraum (14), in dem ein Luftpolster eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (17) zwei miteinander kämmende Unrundzahnräder (18, 19) aufweist, deren Drehachsen (20, 21) in einem festen Abstand (a) voneinander angeordnet sind, und dass das eine, treibende Unrundzahnrad (18) motorisch antreibbar ist und an dem anderen, vom treibenden Unrundzahnrad (18) angetriebenen Unrundzahnrad (19) eine mit dem Antriebskolben (11) verbundene Kolbenstange (23) exzentrisch zu dessen Drehachse (21) angelenkt ist.
  2. Schlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkurven (181, 191) der beiden Unrundzahnräder (18, 19) so gestaltet sind, dass der Hubweg des Antriebskolbens (11) einen gewünschten zeitlichen Verlauf hat.
  3. Schlagwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des Hubwegs des Antriebskolbens (11) so festgelegt ist, dass eine hohe Schlägergeschwindigkeit bei minimalem Kompressionsdruck im Kompressionsraum (14) erzielbar ist.
  4. Schlagwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des Hubwegs des Antriebskolbens (11) so festgelegt ist, dass eine hohe Schlägergeschwindigkeit bei minimaler aufgenommener elektrischer Energie erzielbar ist.
  5. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unrundzahnräder (18, 19) eine gleiche Zähnezahl aufweisen.
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