EP1787761B1 - Motorisch angetriebener Bohrhammer - Google Patents

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EP1787761B1
EP1787761B1 EP05024979A EP05024979A EP1787761B1 EP 1787761 B1 EP1787761 B1 EP 1787761B1 EP 05024979 A EP05024979 A EP 05024979A EP 05024979 A EP05024979 A EP 05024979A EP 1787761 B1 EP1787761 B1 EP 1787761B1
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drill
hammer
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hammer drill
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Metabowerke GmbH and Co
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    • 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
    • B25D2217/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D2217/0073—Arrangements for damping of the reaction force
    • B25D2217/0076—Arrangements for damping of the reaction force by use of counterweights
    • B25D2217/0092—Arrangements for damping of the reaction force by use of counterweights being spring-mounted
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2222/00—Materials of the tool or the workpiece
    • B25D2222/54—Plastics
    • B25D2222/57—Elastomers, e.g. rubber

Definitions

  • the invention relates to a motor-driven rotary hammer with impact and rotary drive and with a mounted in a housing sleeve according to the preamble of claim 1.
  • a hammer drill is from the EP 1 252 976 A1 known.
  • the present invention has for its object to provide an effective vibration reduction in rotary hammers.
  • the drill sleeve is connected at its outer periphery with a spring means of an elastomeric material having a wall thickness of 1 - 10 mm, and that the spring means holds a Tilgermasse, the in Consequence of the elasticity of the spring means in the circumferential direction and in the longitudinal direction of the drill sleeve relative to this is deflected and can cause a damping to reduce vibration.
  • the absorber mass can oscillate both in a translatory and in a rotational direction.
  • the spring / mass system is designed so that the oscillation of the absorber mass in translational and rotational direction in each case takes place in phase opposition to the vibrations of the drill sleeve, so that these frequencies are eradicated or effectively damped.
  • the overall vibration excitation of the hammer drill is reduced by these two main components.
  • the grip vibrations are generated primarily by the impact and rotational forces exerted on the tool.
  • vibration damping can be used to reduce vibration in an advantageous manner.
  • the inventive construction a very effective vibration reduction can be achieved because both translational and rotational vibrations can be damped.
  • the inventive arrangement of the absorber mass can be eradicated by a single mass at least two dominant exciter frequencies.
  • the interpretation of the Spring / mass system is dependent on the geometry and the amount of the absorber mass and the geometry and design of the spring means of elastomeric material. For example, if the Tilgerfrequenz is to be reduced, it is conceivable to form the elastomeric mass up to 10 mm thick or to increase the amount of absorber mass. This must be designed in each case by suitable design of the spring / mass system according to the frequencies to be canceled, which occur during operation of the hammer drill.
  • the elastomeric material surrounds the drill sleeve in the circumferential direction continuously and is substantially cylindrical. In this case, a very durable connection of the absorber mass to the drill sleeve can be achieved, which is also largely insensitive with regard to shear stress.
  • the elastomeric material has a wall thickness of 4 to 8 mm. Furthermore, an embodiment is preferred in which the elastomeric material has an axial extent in the longitudinal direction of the drill sleeve of 5 to 20 mm.
  • the absorber mass is formed substantially cylindrical. This allows a symmetrical and in the circumferential direction evenly distributed mass distribution around the drill sleeve to be achieved, which proves to be useful in terms of vibration damping.
  • the axial extension of the absorber mass may advantageously also be 5 to 20 mm. It is advantageously 3 to 8 times their wall thickness.
  • the absorber mass / spring system is designed so that vibrations between 30 and 100 Hz are attenuated.
  • the vibrations to be settled are predominantly between 70 and 80 Hz.
  • the figures show an area encompassing the drive components of a hammer drill according to the invention.
  • a region comprising the electric motor and a grip region of the hammer drill are not shown.
  • a main drive shaft extends through the indicated rotary feedthrough 4 in the area 2 and drives (in a manner not shown) to a shaft 6 at.
  • the shaft 6 carries a swash plate assembly 8 (best FIG. 2 it can be seen), the hammer mechanism 10 of the hammer drill drives, and a gear 12 (only off FIG. 2 visible), which causes a rotary drive for a drill sleeve 14.
  • the percussion mechanism 10 comprises a sleeve chamber 18 delimiting a cylinder chamber 16 which can be moved axially back and forth by the swash plate arrangement 8 in the longitudinal direction 20 of the drill sleeve 14.
  • the sleeve 18 is disposed within the drill sleeve 14 and concentrically to this and axially movable relative to this.
  • a free-flying body is provided as a racket 22, which forms an air spring 24 together with the sleeve 18.
  • a spring means 32 of an elastomeric material 34 is provided on the outer circumference 31 of the drill sleeve 14.
  • the spring means 32 and the elastomeric material 34 surrounds the outer periphery 30 of the drill sleeve 15 in the illustrated exemplary case in the circumferential direction continuously; it is substantially cylindrical and has a wall thickness of 1 to 10, in particular from 4 to 8 mm.
  • the elastomeric material 34 carries radially outside and in the illustrated case concentric with the drill sleeve 14 a damping mass 36 also cylindrical basic geometry.
  • the absorber mass 36 is deflectable via the spring means 32 of elastomeric material not only in the axial longitudinal direction 20, but also in the circumferential direction with respect to the drill sleeve 14.
  • the Tilgermasse / spring system is designed so that this absorber mass in translational and rotational direction in each case in phase opposition to the excitation vibrations acting on the drill sleeve can swing through the yielding deflectable arrangement of the absorber mass, so that thereby vibrations dampened or eradicated what is an effective vibration reduction.
  • the total vibration excitation of the hammer drill can thus be reduced by two main components.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen motorisch angetriebenen Bohrhammer mit Schlag- und Drehantrieb und mit einer in einem Gehäuse gelagerten Bohrhülse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Bohrhammer ist aus der EP 1 252 976 A1 bekannt.
  • Bei Bohrhämmern besteht aufgrund des Schlagantriebs stets das Problem, dass heftige Vibrationen ausgehend vom Schlagwerk auf Gehäuse- und Griffkomponenten übertragen werden. Es wurde bereits der Vorschlag unterbreitet, ein Feder/Masse-System bei einem Abbruchhammer vorzusehen, wobei durch den axial wirkenden Schlagantrieb entstehende Schwingungen durch eine beidseits federvorgespannte Masse gedämpft werden sollen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effektive Vibrationsminderung bei Bohrhämmern zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Bohrhammer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bohrhülse an ihrem Außenumfang mit einem Federmittel aus einem elastomeren Material verbunden ist, das eine Wandstärke von 1 - 10 mm aufweist, und dass das Federmittel eine Tilgermasse hält, die in Folge der Elastizität des Federmittels in Umfangsrichtung und in Längsrichtung der Bohrhülse gegenüber dieser auslenkbar ist und so eine Dämpfung zur Vibrationsminderung bewirken kann.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Bohrhammer kann die Tilgermasse sowohl in translatorischer als auch in rotatorischer Richtung schwingen. Das Feder/Masse-System wird dabei so ausgelegt, dass die Schwingung der Tilgermasse in translatorischer und rotatorischer Richtung jeweils gegenphasig zu den Schwingungen der Bohrhülse erfolgt, so dass diese Schwingfrequenzen getilgt bzw. wirksam gedämpft werden. Auf diese Weise wird die Gesamtschwingungserregung des Bohrhammers um diese zwei Hauptkomponenten reduziert. Es wurde gerade bei kleinen und mittleren Bohrhämmern nämlich erfindungsgemäß festgestellt, dass die Griffvibrationen primär durch die auf das Werkzeug ausgeübten Schlag- und Drehkräfte erzeugt werden. Da die Schlag- und Drehzahl bei Bohrhämmern im Betrieb jedoch weitgehend konstant bleibt, kann in vorteilhafter Weise eine Schwingungstilgung zur Vibrationsminderung angewandt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist eine sehr wirksame Vibrationsminderung erreichbar, da sowohl translatorische als auch rotatorische Schwingungen gedämpft werden können.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Tilgermasse können durch eine einzige Masse wenigstens zwei dominierende Erregerfrequenzen getilgt werden. Die Auslegung des Feder/Masse-Systems ist abhängig von der Geometrie und dem Betrag der Tilgermasse und der Geometrie und Ausbildung des Federmittels aus elastomerem Material. Wenn beispielsweise die Tilgerfrequenz vermindert werden soll, so ist es denkbar, die elastomere Masse bis zu 10 mm dicker auszubilden oder den Betrag der Tilgermasse zu erhöhen. Dies muss jeweils durch geeignete Auslegung des Feder/Masse-Systems entsprechend der zu tilgenden Frequenzen, die im Betrieb des Bohrhammers auftreten, ausgelegt werden.
  • Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn das elastomere Material die Bohrhülse in Umfangsrichtung durchgehend umgibt und im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Solchenfalls lässt sich eine sehr beanspruchbare Anbindung der Tilgermasse an die Bohrhülse erreichen, die auch weitgehend unempfindlich im Hinblick auf Scherbeanspruchung ist. Es kann sich aber für bestimmte Fälle auch als vorteilhaft erweisen, wenn das elastomere Material segmentiert ist, wenn also beispielsweise mehrere aneinander angrenzende oder voneinander beabstandete Segmente aus elastomerem Material am Außenumfang der Bohrhülse vorgesehen sind oder wenn das elastomere Material in radialer, tangentialer oder axialer Richtung erstreckte Durchbrechungen, Ausnehmungen oder Öffnungen aufweist.
  • Für Anwendungen bei kleinen und mittleren Bohrhämmern hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das elastomere Material eine Wandstärke von 4 bis 8 mm aufweist. Weiter wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der das elastomere Material eine axiale Erstreckung in Längsrichtung der Bohrhülse von 5 bis 20 mm aufweist.
  • Weiter erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Tilgermasse im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Hierdurch kann eine symmetrische und in Umfangsrichtung gleichmäßig durchgehende Massenverteilung um die Bohrhülse herum erreicht werden, die sich im Hinblick auf die Schwingungstilgung als zweckmäßig erweist. Die axiale Erstreckung der Tilgermasse kann in vorteilhafter Weise ebenfalls 5 bis 20 mm betragen. Sie beträgt vorteilhafterweise das 3- bis 8-Fache ihrer Wandstärke.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Tilgermasse/Feder-System so ausgelegt ist, dass Schwingungen zwischen 30 und 100 Hz gedämpft werden. Bei kleineren Bohrhämmern liegen die zu tilgenden Schwingungen vornehmlich zwischen 70 und 80 Hz.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrhammers. In der Zeichnung zeigt:
    • Figur 1
    eine Schnittansicht eines hier interessierenden Bereichs eines Bohrhammers; und
    Figur 2
    eine perspektivische Ansicht des Bohrhammers nach Figur 1, jedoch mit dargestelltem Drehantrieb der Bohrhülse.
  • Die Figuren zeigen einen die Antriebskomponenten eines erfindungsgemäßen Bohrhammers umfassenden Bereich 2. Ein den Elektromotor aufweisender Bereich sowie einen Griffbereich des Bohrhammers ist nicht dargestellt. Eine Hauptantriebswelle erstreckt sich durch die angedeutete Drehdurchführung 4 in den Bereich 2 und treibt (in nicht dargestellter Weise) eine Welle 6 an. Die Welle 6 trägt eine Taumelscheibenanordnung 8 (am besten aus Figur 2 ersichtlich), die ein Schlagwerk 10 des Bohrhammers antreibt, und ein Zahnrad 12 (nur aus Figur 2 ersichtlich), welches einen Drehantrieb für eine Bohrhülse 14 bewirkt.
  • Das Schlagwerk 10 umfasst eine einen Zylinderraum 16 begrenzende Hülse 18, die von der Taumelscheibenanordnung 8 in Längsrichtung 20 der Bohrhülse 14, also axial hin- und herbewegbar ist. Die Hülse 18 ist innerhalb der Bohrhülse 14 und konzentrisch zu dieser sowie gegenüber dieser axial beweglich angeordnet. Innerhalb des Zylinderraums 1-6 ist ein Freiflugkörper als Schläger 22 vorgesehen, der zusammen mit der Hülse 18 eine Luftfeder 24 ausbildet. Wenn die Hülse 18 durch die Taumelscheibenanordnung 8 in der Figur 1 nach links beschleunigt wird, so verbleibt der Schläger 22 aufgrund seiner Massenträgheit zunächst in seiner Position. Auf diese Weise bildet sich innerhalb des Zylinderraums 16 ein Unterdruck aus, welcher den Schläger 22 verzögert beschleunigt. Wenn die Hülse 18 dann wieder in der Figur 1 nach rechts bewegt wird, so wird der Zylinderraum und die darin enthaltene Luft komprimiert, und zwar auf insbesondere 10 bis 20 bar, was dann eine starke Beschleunigung des Schlägers 22 nach rechts in Richtung auf einen Zwischenkolben 26 zur Folge hat. Der Schläger 22 trifft mit einer dem Zwischenkolben 26 zugewandten Schlagfläche 28 auf den Zwischenkolben 26 und wird dadurch schlagartig zum Stillstand gebracht, wobei der Impuls auf den Zwischenkolben 26 übertragen wird, der dann auf ein Werkzeug, einen Bohrer oder Meißel, auftrifft und dort eine weitere Impulsübergabe ausführt (Schlag- oder Hammerbetrieb). Wenn der Zwischenkolben 26 in der Figur 1 nach links zurückschnellt, so trifft er unter Vermittlung eines Elastomerrings 30 auf die Bohrhülse 14 und erzeugt so Vibrationen, die sich auf das Gehäuse des Geräts übertragen und vom Benutzer als unangenehm empfunden werden.
  • Am Außenumfang 31 der Bohrhülse 14 ist ein Federmittel 32 aus einem elastomeren Material 34 vorgesehen. Das Federmittel 32 bzw. das elastomere Material 34 umgibt den Außenumfang 30 der Bohrhülse 15 im dargestellten beispielhaften Fall in Umfangsrichtung durchgehend; es ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist eine Wandstärke von 1 bis 10, insbesondere von 4 bis 8 mm auf. Das elastomere Material 34 trägt radial außen und im dargestellten Fall konzentrisch zur Bohrhülse 14 eine Tilgermasse 36 ebenfalls zylindrischer Grundgeometrie. Die Tilgermasse 36 ist über das Federmittel 32 aus elastomerem Material nicht nur in axialer Längsrichtung 20, sondern auch in Umfangsrichtung nachgiebig bezüglich der Bohrhülse 14 auslenkbar. Grundsätzlich stehen durch die Anbindung der Tilgermasse 36 an die Bohrhülse 14 durch das elastomere Material 34 sechs Freiheitsgrade zur Verfügung. Das Tilgermasse/Feder-System ist so ausgelegt, dass durch die nachgiebig auslenkbare Anordnung der Tilgermasse 36 diese Tilgermasse in translatorischer und rotatorischer Richtung jeweils gegenphasig zu den Erregerschwingungen, die auf die Bohrhülse wirken, schwingen kann, so dass hierdurch Schwingungen gedämpft bzw. getilgt werden können, was eine effektive Vibrationsminderung darstellt. Die Gesamtschwingungserregung des Bohrhammers kann so um zwei Hauptkomponenten reduziert werden.

Claims (10)

  1. Motorisch angetriebener Bohrhammer mit Schlag- und Drehantrieb und mit einer in einem Gehäuse gelagerten Bohrhülse (14), die mit einem Werkzeug oder einem Futter zur Aufnahme des Werkzeugs in Antriebsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrhülse (14) an ihrem Außenumfang (30) mit einem Federmittel (32) aus einem elastomeren Material (34) verbunden ist, das eine Wandstärke von 1 - 10 mm aufweist, und dass das Federmittel (32) eine Tilgermasse (36) hält, die in Folge der Elastizität des Federmittels (32) in Umfangsrichtung und in Längsrichtung (20) der Bohrhülse (14) gegenüber dieser auslenkbar ist und so eine Dämpfung zur Vibrationsminderung bewirken kann.
  2. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material (34) die Bohrhülse (14) in Umfangsrichtung durchgehend umgibt und im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.
  3. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material segmentiert ist.
  4. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elastomere Material in radialer, tangentialer oder axialer Richtung erstreckte Durchbrechungen, Ausnehmungen oder Öffnungen aufweist.
  5. Bohrhammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material (34) eine Wandstärke von 4 - 8 mm aufweist.
  6. Bohrhammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material (34) eine axiale Erstreckung in Längsrichtung (20) der Bohrhülse (14) von 5 - 20 mm aufweist.
  7. Bohrhammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Tilgermasse (36) im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.
  8. Bohrhammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (36) eine axiale Erstreckung in Längsrichtung (20) der Bohrhülse (14) aufweist, die 5 - 20 mm beträgt.
  9. Bohrhammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (36) eine axiale Erstreckung in Längsrichtung (20) der Bohrhülse (14) aufweist, die das 3 bis 8-fache ihrer Wandstärke beträgt.
  10. Bohrhammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgermasse/FederSystem so ausgelegt ist, dass Schwingungen zwischen 30 und 100 Hz, und insbesondere zwischen 70 und 80 Hz bei kleinen Bohrhämmern, gedämpft werden.
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