EP1967329A2 - Handwerkzeugmaschine mit pneumatischem Schlagwerk - Google Patents

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EP1967329A2
EP1967329A2 EP08102009A EP08102009A EP1967329A2 EP 1967329 A2 EP1967329 A2 EP 1967329A2 EP 08102009 A EP08102009 A EP 08102009A EP 08102009 A EP08102009 A EP 08102009A EP 1967329 A2 EP1967329 A2 EP 1967329A2
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axially
ring
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Reinhard Schulz
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Hilti AG
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    • B25D2250/391—Use of weights; Weight properties of the tool

Definitions

  • the invention refers to an at least partially striking hand tool with a pneumatic impact mechanism such as a chisel hammer or a hammer drill.
  • a pneumatic percussion mechanism has a guided in a guide tube and driven by an air spring air piston, which usually strikes a limited axially movable striker, which hits even the front end of a limited axially movable tool.
  • W003024671 has a beating hand tool with a pneumatic percussion on a damping element, wherein the flying piston has an axially offset by a tapered outer cone, which penetrates rubbing into a radially narrower steel ring of the damping element and thereby at idle over a long axial pre-damping a large part of the kinetic energy of the flying piston dissipated in the viscoelastic damping element.
  • the striker forms a second, axially spaced outer radial collar, which surrounds the elastomeric damping ring with an inner radial collar Sparks happen and thereby viscoelastic expands, which additionally reduces kinetic energy.
  • DE4400779 is an anvil in axial play freely movable within a radially outwardly elastically biased, axially frictionally movable in the guide tube sliding sleeve made of metal, which forms two frontal mecanicalfasen, each associated with a participatedradialfase a participatradialbundes the striker.
  • the sliding sleeve is radially expanded, whereby the friction force of the sliding sleeve increases and is dissipated correspondingly more kinetic energy.
  • the rest of the kinetic energy is dissipated with a visco-elastic damping ring, which is hit by the sliding sleeve together with the striker.
  • the object of the invention is a robust, durable implementation for damping the blank. Another aspect is the shortening of the Leerschlagweges the striker and thus the overall length.
  • an at least partially striking hand-held power tool with a pneumatic percussion on a driven by an air spring piston which strikes a limited guided in a guide tube and two axial stops axially movable striker, which forms a suddenlyradialbund, axially from both sides of a coaxially arranged outside shock ring each with an inner radial edge radially includes and the outer radial collar axially limited freely movable, wherein the outer diameter of the shock ring is smaller than the leading inner diameter of the guide tube and the mass ratio of the shock ring to the striker is at least 0.25.
  • the striker encounters the empty shot with a topper speed by the power surge on the Jardinradialbund on the tool-side inner radial edge of the previously stationary (with respect to the power tool) shock ring, whereby the striker braked and the shock ring is accelerated until it again strikes with its machine-side réelleradialflanke on the outer radial collar and emits kinetic energy to the striker again.
  • the striker braked and the shock ring is accelerated until it again strikes with its machine-side réelleradialflanke on the outer radial collar and emits kinetic energy to the striker again.
  • a not insignificant loss of energy during the leading back reflection power surge occurs. This interplay is continued over a large number of momentum, until in the (temporal) border crossing of the shock ring has the same final speed as the striker and thereby largely come to rest by the energy losses.
  • the thrust ring is formed tangentially in two parts, more advantageously of two half-shells, which are firmly connected to each other after assembly (eg. Welded), whereby the shock ring around the Indeedradialbund of the striker is assembled around.
  • the tangentially formed two-part thrust ring is radially outwardly of a circumferentially closed mounting sleeve includes, which is further advantageously radially inwardly resiliently biased and provided with internal thread, whereby a positive and reibkraftschlüssige mounting of the tangentially formed two-piece thrust ring with external thread is possible.
  • an axially limited freely movable axial Bundspiel herein the Summaryradialbunds to the shock ring in the range between 1 mm and 5 mm, further advantageously at 2 mm, which during the stable impact operation, in which the flying piston at the operating point strikes the striker and this virtually motionless on the Front end of the limited axially movable tool hits, the striker is offset infinitely only within the axial collar length, causing no force surges to the shock ring and consequently takes place in this loss-free stable impact operation.
  • an axially limited freely movable axial Ringpielin of the shock ring to the ring stops in the guide tube in the range between 10 mm and 20 mm, more advantageously at 15 mm, which on the one hand at idle multiple energy dissipating reflections of the shock ring to the striker done before the shock ring itself on an annular stop in the guide tube impinges, on the other hand, the Leerschlagweg of the striker is less than in a comparable implementation without shock ring.
  • the outer radial collar is arranged on a machine side radially tapered Axialhals the striker, whereby the outer diameter of the Jardinradialbundes and thus also of the shock ring is less executable (as in a striker without axial neck), whereby the space occupied by the Leerschlagdämpfung space is limited.
  • the axial abutment surfaces formed on the outer radial collar and the counter abutment surfaces formed on the two inner radial edges are advantageously chamfered in the same axial direction, further advantageously with a radial chamfer angle in the range between 30 ° and 80 °, whereby a radial expansion of the shock ring takes place during the axial shock of the axially oblique chamfer , which dissipates a significant part of the impact energy in ring vibrations and heat by the associated micro friction.
  • FIG. 1 has a rotating and striking a tool 7 driving hand tool 1 a pneumatic percussion 2 with a coupled by an air spring 3 with an exciter piston 4 flying piston 5, which strikes in the illustrated striking position on a guided in a guide tube 6 striker 8.
  • Fig. 2 To Fig. 2 is the axial freedom of movement of the striker 8 limited by two in the guide tube 6 (the striker 8) angeodnete axial stops 9a, 9b.
  • the striker 8 also forms an outer radial collar 11 on a machine side radially tapered Axialhals 10, the axially from both sides with a mecanicradialflanke 14 radially comprises a coaxial outer thrust ring 12 and the réelleradialbund 11 axially limited free is movable, wherein the mass ratio of the shock ring 12 to the striker 8 is exactly 0.25.
  • the axial abutment surfaces 15a formed on the outer radial collar 11 as well as the counter abutment surfaces 15b formed on the two inner radial flanks 14 are axially chamfered in terms of their amount equal to a radial chamfer angle [alpha] of 30 °.
  • two axially double-sided ring stops 16a, 16b are provided for the shock ring 12, wherein the machine-side ring stop 16b is identical to the machine-side axial stop 9b and is made of viscoelastic material.
  • the tangentially formed from two half-shells 17a, 17b butt ring 12 with external thread 18 was placed around the Jardinradialbund 11 during assembly and surrounded by a circumferentially closed mounting sleeve 19, which is resiliently biased radially inward and provided with internal thread 20.
  • the outer diameter of the shock ring 12 (including mounting sleeve 19) is slightly smaller than the (this virtually frictionless leading) inner diameter of the guide tube 6.

Abstract

Eine zumindest teilweise schlagende Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk und einem durch eine Luftfeder angetriebenen Flugkolben, welcher auf einen in einem Führungsrohr (6) geführten sowie über zwei Axialanschläge (9a,9b) begrenzt axial beweglichen Döpper (8) schlägt, welcher einen Aussenradialbund (11) ausbildet, der von einem koaxial aussen angeordneten Stossring (12) axial beidseitig mit je einer Innenradialflanke (14) radial umfasst sowie zum Aussenradialbund (11) axial begrenzt frei beweglich ist, wobei der Aussendurchmesser des Stossrings (12) kleiner als der führende Innendurchmesser des Führungsrohres (6) ist und dass das Massenverhältnis des Stossrings (12) zum Döpper (8) zumindest 0,25 ist.

Description

  • Die Erfindung bezeichnet eine zumindest teilweise schlagende Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk wie einen Meisselhammer oder einen Bohrhammer.
  • Ein pneumatisches Schlagwerk weist einen in einem Führungsrohr geführten sowie durch eine Luftfeder angetriebenen Flugkolben auf, welcher üblicherweise auf einen begrenzt axial beweglichen Döpper schlägt, der selbst auf das Stirnende eines begrenzt axial beweglichen Werkzeugs trifft.
  • Bei aussergewöhnlichen Betriebszuständen wie bei werkzeugseitig gerichteten Leerschlägen bei vom Untergrund abgehobenem Werkzeug als auch bei zurückreflektierten, entgegengesetzt gerichteten Prallschlägen bei einem hartelastischen Armierungstreffer kommt das Schlagwerk aus dem optimierten Normalbetriebszustand und erzeugt verstärkte Vibrationen, welche gedämpft werden müssen.
  • Nach der W003024671 weist eine schlagende Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk ein Dämpfelement auf, wobei der Flugkolben einen durch einen verjüngten Abschnitt axial abgesetzten Aussenkonus aufweist, der reibend in einen radial engeren Stahlring des Dämpfelements eindringt und dadurch beim Leerschlag über einen langen axialen Vordämpfbereich einen Grossteil der Bewegungsenergie des Flugkolbens in dem viscoelastischen Dämpfelement dissipiert.
  • Nach der DE3910398 sind zwei Döpper innerhalb einer axial festgelegten, dreiteiligen Führungshülse mit Elastomerdämpfring angeordnet, wobei die Führungshülse stirnseitig zwei Innenradialfasen ausbildet, an welche je eine Aussenradialfase eines Aussenradialbundes des Döppers beim Leerschlag wiederholt anschlägt und über die damit verbundene Kontaktreibung sowie über den viscoelastischen Elastomerdämpfring die Bewegungsenergie des Flugkolbens dissipiert.
  • Nach der EP1238759 bildet der Döpper zudem einen zweiten, axial beabstandeten Aussenradialbund aus, welcher den Elastomerdämpfring mit einem Innenradialbund beim Leerschlag passiert und dabei viscoelastisch aufweitet, wodurch zusätzlich Bewegungsenergie abgebaut wird.
  • Nach der DE4400779 ist ein Döpper im Axialspiel frei beweglich innerhalb einer nach radial aussen elastisch vorgespannten, axial im Führungsrohr reibend beweglichen Gleithülse aus Metall angeordnet, die zwei stirnseitige Innenradialfasen ausbildet, denen je eine Aussenradialfase eines Aussenradialbundes des Döppers zugeordnet ist. Beim Leerschlag wird die werkzeugseitige Innenradialfase der Gleithülse radial aufgeweitet, wodurch die Reibungskraft der Gleithülse ansteigt und entsprechend mehr Bewegungsenergie dissipiert wird. Die restliche Bewegungsenergie wird mit einem viscoelastischen Dämpfring dissipiert, auf den die Gleithülse zusammen mit dem Döpper auftrifft.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer robusten, dauerfesten Realisierung zur Dämpfung des Leerschlags. Ein weiterer Aspekt besteht in der Verkürzung des Leerschlagweges des Döppers und somit der Baulänge.
  • Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • So weist eine zumindest teilweise schlagende Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk einen durch eine Luftfeder angetriebenen Flugkolben auf, welcher auf einen in einem Führungsrohr geführten sowie über zwei Axialanschläge begrenzt axial beweglichen Döpper schlägt, welcher einen Aussenradialbund ausbildet, der von einem koaxial aussen angeordneten Stossring axial beidseitig mit je einer Innenradialflanke radial umfasst sowie zum Aussenradialbund axial begrenzt frei beweglich ist, wobei der Aussendurchmesser des Stossrings kleiner als der führende Innendurchmesser des Führungsrohres ist und das Massenverhältnis des Stossrings zum Döpper zumindest 0,25 ist.
  • Durch den zum Döpper axial begrenzt frei beweglichen Stossring, der nahezu reibungsfrei zum Döpper auf dem Führungsrohr geführt ist, bildet (beim Leerschlag) der Döpper mit dem Stossring ein Stosssystem aus, welches über gegenseitige Kraftstösse im Ergebnis dem Döpper einen Teil seiner Bewegungsenergie entzieht und diesen auf den Stossring überträgt. Dies erfolgt, indem beim realen (nicht ideal elastischen) Kraftstoss über Kontakt-und innere Materialreibung stets ein Teil der Bewegungsenergie dissipiert wird, selbst wenn in der Stosspaarung Stahl/Stahl mit einem Stossparameter von ca. 0.95 dieser Teil nur 10% je Kraftstoss ist. Im Einzelnen stösst der Döpper beim Leerschlag mit einer Döppergeschwindigkeit durch den Kraftstoss über den Aussenradialbund auf die werkzeugseitige Innenradialflanke des zuvor ruhenden (bezüglich der Handwerkzeugmaschine) Stossrings, wodurch der Döpper abgebremst und der Stossring beschleunigt wird, bis dieser selbst wieder mit seiner maschinenseitigen Innenradialflanke auf den Aussenradialbund stösst und wieder Bewegungsenergie an den Döpper abgibt. Zudem erfolgt beim Auftreffen des Döppers an einem Axialanschlag ein nicht unwesentlicher Energieverlust während des zur Rückreflektion führenden Kraftstosses. Dieses Wechselspiel setzt sich über eine Vielzahl von Kraftstössen fort, bis im (zeitlichen) Grenzübergang der Stossring die gleiche Endgeschwindigkeit wie der Döpper aufweist und dabei durch die Energieverluste weitgehend zur Ruhe gekommen ist. Für eine erfolgreiche Leerschlagdämpfung ist jedoch bereits eine Abbremsung des Döppers bzw. eine zeitliche Verzögerung seines Wiedereintritts in den Wirkbereich des Schlagkolbens hinreichend. So erreicht der langsam zurückkehrende Döpper den zum nächsten Schlag am vorderen Arbeitspunkt eintreffenden Flugkolben erst verspätet, wodurch das Schlagwerk aus dem Zyklus kommt und der Flugkolben die werkzeugseitig zum Arbeitspunkt versetzte Leerschlagposition erreicht, welche die Luftfeder belüftet und das Schlagwerk praktisch abschaltet.
  • Vorteilhaft ist der Stossring tangential zweiteilig ausgebildet, weiter vorteilhaft aus zwei Halbschalen, die nach der Montage miteinander fest verbunden (bspw. verschweisst) werden, wodurch der Stossring um den Aussenradialbund des Döppers herum zusammensetzbar ist.
  • Vorteilhaft ist der tangential zweiteilig ausgebildete Stossring radial aussen von einer umlaufend geschlossenen Montagehülse umfasst, die weiter vorteilhaft nach radial innen federnd vorgespannt und mit Innengewinde versehen ist, wodurch eine formschlüssige und reibkraftschlüssige Montage des tangential zweiteilig ausgebildeten Stossrings mit Aussengewinde möglich ist.
  • Vorteilhaft liegt eine axial begrenzt frei bewegliche axiale Bundspiellänge des Aussenradialbunds zum Stossring im Bereich zwischen 1 mm und 5 mm, weiter vorteilhaft bei 2 mm, wodurch während des stabilen Schlagbetriebs, bei dem der Flugkolben am Arbeitspunkt auf den Döpper schlägt und dieser praktisch bewegungsfrei auf das Stirnende des begrenzt axial beweglichen Werkzeugs trifft, der Döpper nur innerhalb der axialen Bundspiellänge infinitessimal versetzt wird, wodurch keine Kraftstösse zum Stossring erfolgen und folglich ein diesbezüglich verlustfreier stabiler Schlagbetrieb erfolgt.
  • Vorteilhaft ist im Führungsrohr ein axial beidseitiger Ringanschlag für den Stossring vorhanden, der weiter vorteilhaft maschinenseitig aus viskoelastischem Material ausgeführt ist, wodurch der Stossring direkt (ohne Vermittlung über den Döpper) am Führungsrohr zurückreflektiert wird und Energie dissipiert.
  • Vorteilhaft liegt eine axial begrenzt frei bewegliche axiale Ringspiellänge des Stossrings zu den Ringanschlägen im Führungsrohr im Bereich zwischen 10 mm und 20 mm, weiter vorteilhaft bei 15 mm, wodurch einerseits beim Leerschlag mehrere Energie dissipierende Reflektionen des Stossrings zum Döpper erfolgen, bevor der Stossring selbst auf einen Ringanschlag im Führungsrohr auftrifft, andererseits der Leerschlagweg des Döppers geringer als bei einer vergleichbaren Realisierung ohne Stossring ist.
  • Vorteilhaft ist der Aussenradialbund an einem maschinenseitig radial verjüngten Axialhals des Döppers angeordnet, wodurch der Aussendurchmesser des Aussenradialbundes und somit auch der des Stossringes geringer (als bei einem Döpper ohne Axialhals) ausführbar ist, wodurch der von der Leerschlagdämpfung beanspruchte Raum begrenzt wird.
  • Vorteilhaft sind die am Aussenradialbund ausgebildeten axialen Stossflächen sowie die an den beiden Innenradialflanken ausgebildeten Gegenstossflächen betragsmässig gleich axial angefast, weiter vorteilhaft mit einem radialen Fasenwinkel im Bereich zwischen 30° und 80°, wodurch beim axialen Stoss der axial schrägen Fase eine radiale Aufweitung des Stossrings erfolgt, welche durch die damit verbundene Mikroreibung einen wesentlichen Teil der Stossenergie in Ringschwingungen und Wärme dissipiert.
  • Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
    • Fig. 1 als Handwerkzeugmaschine
    • Fig. 2 als Einzelheit im Längsschnitt, vergrössert
  • Nach Fig. 1 weist eine drehend und schlagend ein Werkzeug 7 antreibende Handwerkzeugmaschine 1 ein pneumatisches Schlagwerk 2 mit einem durch eine Luftfeder 3 mit einem Erregerkolben 4 gekoppelten Flugkolben 5 auf, welcher in der dargestellten Schlagposition auf einen in einem Führungsrohr 6 geführten Döpper 8 schlägt.
  • Nach Fig. 2 ist die axiale Bewegungsfreiheit des Döppers 8 über zwei im Führungsrohr 6 (des Döppers 8) angeodnete Axialanschläge 9a, 9b begrenzt. Der Döpper 8 bildet zudem an einem maschinenseitig radial verjüngten Axialhals 10 einen Aussenradialbund 11 aus, der von einem koaxial aussen angeordneten Stossring 12 axial beidseitig mit je einer Innenradialflanke 14 radial umfasst sowie zum Aussenradialbund 11 axial begrenzt frei beweglich ist, wobei das Massenverhältnis des Stossrings 12 zum Döpper 8 genau 0,25 ist. Die am Aussenradialbund 11 ausgebildeten axialen Stossflächen 15a sowie die an den beiden Innenradialflanken 14 ausgebildeten Gegenstossflächen 15b sind betragsmässig gleich mit einem radialen Fasenwinkel [alpha] von 30° axial angefast. Im Führungsrohr 6 sind zudem zwei axial beidseitige Ringanschläge 16a, 16b für den Stossring 12 vorhanden, wobei der maschinenseitige Ringanschlag 16b mit dem maschinenseitigen Axialanschlag 9b identisch ist und aus viskoelastischem Material ausgeführt ist. Der tangential aus zwei Halbschalen 17a, 17b ausgebildete Stossring 12 mit Aussengewinde 18 wurde bei der Montage um den Aussenradialbund 11 herum platziert und von einer umlaufend geschlossenen Montagehülse 19 umfasst, die nach radial innen federnd vorgespannt und mit Innengewinde 20 versehen ist. Der Aussendurchmesser des Stossrings 12 (inklusive Montagehülse 19) ist dabei etwas kleiner als der (diesen praktisch reibungsfrei führende) Innendurchmesser des Führungsrohres 6. Dabei liegt eine axial begrenzt frei bewegliche axiale Bundspiellänge B des Aussenradialbunds 11 zum Stossring 12 bei 2 mm und eine axial begrenzt frei bewegliche axiale Ringspiellänge R des Stossrings 12 zwischen den Ringanschlägen 16a, 16b im Führungsrohr 6 bei 15 mm, der Leerschlagweg L des Döppers 8 zwischen werkzeugseitigen Axialanschlägen 9a, 9b bei 18 mm.

Claims (8)

  1. Zumindest teilweise schlagende Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk (2) und einem durch eine Luftfeder (3) angetriebenen Flugkolben (5), welcher auf einen in einem Führungsrohr (6) geführten sowie über zwei Axialanschläge (9a, 9b) begrenzt axial beweglichen Döpper (8) schlägt, welcher einen Aussenradialbund (11) ausbildet, der von einem koaxial aussen angeordneten Stossring (12) axial beidseitig mit je einer Innenradialflanke (14) radial umfasst sowie zum Aussenradialbund (11) axial begrenzt frei beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser des Stossrings (12) kleiner als der führende Innendurchmesser des Führungsrohres (6) ist und dass das Massenverhältnis des Stossrings (12) zum Döpper (8) zumindest 0,25 ist.
  2. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stossring (12) tangential zweiteilig ausgebildet ist.
  3. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stossring (12) radial aussen von einer umlaufend geschlossenen Montagehülse (19) umfasst ist.
  4. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine axial begrenzt frei bewegliche axiale Bundspiellänge (B) des Aussenradialbunds (11) zum Stossring (12) im Bereich zwischen 1 mm und 5 mm liegt.
  5. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Führungsrohr (6) ein axial beidseitiger Ringanschlag (16a, 16b) für den Stossring (12) vorhanden ist.
  6. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine axial begrenzt frei bewegliche axiale Ringspiellänge (R) des Stossrings (12) zu den Ringanschlägen (16a, 16b) im Führungsrohr (6) im Bereich zwischen 10 mm und 20 mm liegt.
  7. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenradialbund (11) an einem maschinenseitig radial verjüngtem Axialhals (10) des Döppers (8) angeordnet ist.
  8. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die am Aussenradialbund (11) ausgebildeten axialen Stossflächen (15a) sowie die an den beiden Innenradialflanken (14) ausgebildeten Gegenstossflächen (15b) betragsmässig gleich axial angefast sind.
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