EP2425937B1

EP2425937B1 - Handwerkzeugmaschine

Info

Publication number: EP2425937B1
Application number: EP20110176970
Authority: EP
Inventors: Michael Wierer; Fabian Martin; Adrian Scherrer; Josef Althaus
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: US20120055689A1; DE102010040173A1; US8985236B2; ES2532738T3; CN102380854B; CN102380854A; EP2425937A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
EP 2 018 939 A2 und EP 2 159 008 A2 und beschreiben Handwerkzeugmaschinen mit einem kompakten Tilger. Der Tilger hat einen Masseblock, der an einer Vorderseite mit zwei Federn und an einer Rückseite mit einer Feder aufgehängt ist. Die Feder der Rückseite hat eine höhere Federkonstante in der Weise, dass die gesamte rücktreibende Kraft der auf die Vorderseite wirkenden Federn gleich der rücktreibenden Kraft der auf die Rückseite wirkenden Feder ist.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine weist die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale auf.
Die Handwerkzeugmaschine, z.B. ein Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk, übt auf den Anwender periodisch einen Rückschlag aus. Deren Amplitude kann durch den Tilger abgeschwächt werden. Ein asymmetrisch aufgebauter Tilger kann eine höhere Dämpfwirkung bei der Handwerkzeugmaschine bewirken. Die Federsteifigkeit kann eine Diskontinuität oder sehr starke Änderung bezogen auf die Grundstellung aufweisen. Die Diskontinuität führt zu einer stark nicht-harmonischen Bewegung des Massekörpers und nicht-harmonischen Kräften, welche geeigneter sein können das Maschinengehäuse zu dämpfen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Federsteifigkeit zwischen dem fünf und zehnfachen der zweiten Federsteifigkeit beträgt. Das Verhältnis der Federsteifigkeiten kann genutzt werden, um die Dämpfung des Tilgers an das Rückschlagverhalten der Handwerkzeugmaschine anzupassen. Je höher das Verhältnis ist, um so kürzer und stärker wird der Massenkörper durch die steifere Seite beschleunigt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Massekörper in der zweiten Richtung ausgelenkt aus der Grundstellung von wenigstens einer Feder kraftfrei und in der ersten Richtung ausgelenkt aus der Grundstellung von der wenigstens einen Feder kraftbeaufschlagt ist. Die sich je nach Stellung des Massekörpers ankoppelnde und lösende Feder bewirkt die Asymmetrie des Tilgers.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Massekörper in der Grundstellung an der Feder anliegt. Tilger mit Reibung erweisen sich als ineffizient für den Einsatz in Handwerkzeugmaschinen. Die Ankopplung und Abkopplung der Feder und die dabei entstehenden Verluste sollen weitgehend minimiert sein. In der Grundstellung heben sich die sonstigen Kräfte der Federeinrichtung auf. Der Massekörper kann in der Grundstellung zwischen zwei vorgespannten Federn angeordnet sein. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zwei vorgespannten Federn mit dem Massekörper fest verbunden sind. Aufgrund der festen Anbindung ergeben sich geringe Verluste in den Federn aufgrund plastischer Deformation oder aufgrund von Reibung.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Massekörper an einer Biegefeder befestigt ist, die geneigt zu der Arbeitsrichtung angeordnet ist. Die Biegefeder ist entspannt, wenn der Massekörper in der Grundstellung ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Handwerkzeugmaschine,
Fig. 2 ein Tilger,
Fig. 3 und 4 ein weiterer Tilger.

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt als eine Ausführungsform einen Bohrhammer 1. Der Bohrhammer 1 hat eine Werkzeugaufnahme 2 zur Aufnahme eines Bohrmeißel 3 . Ein Schlagwerk 4 des Bohrhammers 1 schlägt periodisch längs einer Arbeitsachse 5 auf den in der Werkzeugaufnahme 2 eingesetzten Bohrmeißel 3 und treibt diesen dadurch in einen Untergrund. Ein Drehantrieb 6 kann den Bohrmeißel 3 währenddessen um die Arbeitsachse 5 drehen.
Das Schlagwerk 4 und der Drehantrieb 6 können von einem gemeinsamen Motor 7, z.B. einem Elektromotor, angetrieben werden. Ein Maschinengehäuse 8 umgibt das Schlagwerk 4, den Drehantrieb 6 und den gegebenenfalls gemeinsamen Motor 7.
Das Schlagwerk 4 ist beispielsweise ein pneumatisches Schlagwerk. Ein Erreger 9 und ein Schläger 10 sind in dem pneumatischen Schlagwerk 4 längs der Arbeitsachse 5 beweglich geführt. Der Erreger 9 ist über einen Exzenter 11 oder einen Taumelfinger an den Motor 7 angekoppelt und zu einer periodischen, linearen Bewegung gezwungen. Eine Luftfeder gebildet durch eine pneumatische Kammer 12 zwischen Erreger 9 und Schläger 10 koppelt eine Bewegung des Schlägers 10 an die Bewegung des Erregers 9 an. Der Schläger 10 kann direkt auf ein hinteres Ende des Bohrmeißels 3 aufschlagen oder mittelbar über einen im Wesentlichen ruhenden Zwischenschläger 13 einen Teil seines impuls auf den Bohrmeißel 3 übertragen.
Die Werkzeugaufnahme 2 hat beispielsweise eine Hülse 14, in welche der Bohrmeißel 3 eingesetzt werden kann. Ein oder mehrere Verriegelungselemente 15, z.B. Kugeln, ragen in die Hülse 14 und greifen in längs geschlossene Nuten des Bohrmeißels 3 ein. Der Bohrmeißel 3 kann entsprechend der Länge seiner Nuten in der Werkzeugaufnahme 2 längs der Arbeitsachse 5 gleiten. Der Drehantrieb 6 dreht die Hülse 14 um die Arbeitsachse 5 .
Der Anwender kann den Bohrhammer 1 per Hand mittels eines Handgriffs 17 führen. Der Handgriff 17 ist an einer der Werkzeugaufnahme 2 abgewandten Seite des Maschinengehäuses 8 befestigt. Eine Längsachse 18 des Handgriffs 17 verläuft schräg oder senkrecht zu der Arbeitsachse 5. Der Bohrhammer 1 ist z.B. spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene (entspricht der Ebene der Zeichnung), die durch die Arbeitsachse 5 und die Längsachse 18 des Handgriffs 17 aufgespannt wird. Eine Achse senkrecht zur der Symmetrieebene wird nachfolgend als x-Achse bezeichnet. Die y-Achse ist senkrecht zur x-Achse und zu der Arbeitsachse 5.
Das periodisch arbeitende Schlagwerk 4 führt zu Schwingungen oder Vibrationen in dem Maschinengehäuse 8. Federnde Aufhängungen 20, 21 des Handgriffs 17 an dem Maschinengehäuse 8 unterdrücken teilweise eine Übertragung der Schwingungen auf den Handgriff 17, um die physiologischen Belastungen des Anwenders zu verringern.
Eine weitere Verringerung der Belastungen für den Anwender wird durch einen Tilger 30 erreicht, welche in dem Maschinengehäuse 8 angeordnet ist. Der Tilger 30 hat einen Massekörper 31, der mittels eine Federeinrichtung 32 an dem Maschinengehäuse 8 angebunden ist. Das schwingende Maschinengehäuses 8 regt den Massekörper 31 des Tilgers 30 zum Mitschwingen an. Das System aus Massekörper 31 und einer Federeinrichtung 32 ist auf eine Eigenfrequenz abgestimmt, die etwas größer als die Anregungsfrequenz durch Maschinengehäuse 8, d.h. die Repetitionsrate des Schlagwerks 4 ist. Der Tilger 30 kann der Schwingung des Maschinengehäuses 8 nicht ganz folgen und stabilisiert sich in einer gegenphasigen Schwingung. Die Abweichung der Eigenfrequenz zur Anregungsfrequenz ist vorzugsweise gering, z.B. geringer als 10 %, wodurch eine effiziente Energieübertragung zwischen Maschinengehäuse 8 und Tilger 30 erreicht wird.
Fig. 2 zeigt im Detail eine Ausführungsform des Tilgers 30 . Der Tilger 30 hat ein Gehäuse 33, in dem der Massekörper 31 längs zu einer Schwingungsachse 34 gelagert ist. Ein beispielhaftes Lager 35 beinhaltet Rundstäbe 36, welche parallel zu der Schwingungsachse 34 ausgerichtet in dem Gehäuse 33 befestigt sind. Der Massekörper 31 hat Längsbohrung 37 oder Längsnuten durch die Rundstäbe 36 verlaufen. Das Lager 35 ist vorzugsweise reibungsarm. Andere Ausgestaltungen von Linearlagern, z.B. mit Rollkörpern können ebenfalls verwendet werden.
Der Massekörper 31 kann von einer Grundstellung 38 (in Fig. 2 dargestellt) aus längs der Schwingungsachse 34 in eine erste Richtung 39 zu einem ersten Ende 40 des Tilgers 30 und längs der Schwingungsachse 34 in eine gegenläufige, zweite Richtung 41 zu einem zweiten Ende 42 des Tilgers 30 verschoben werden. Die Federeinrichtung 32 bewirkt eine Rückstellkraft auf den Massekörper 31, sobald dieser aus der Grundstellung 38 ausgelenkt ist. Die Federeinrichtung 32 ist asymmetrisch zu der Grundstellung 38 aufgebaut. In dem dargestellten Beispiel fällt die Grundstellung 38 mit einer geometrischen Mitte der Federeinrichtung 32 oder des Tilgers 30 zusammen und somit ist die Federeinrichtung 32 asymmetrisch zu einer Ebene 43, die senkrecht zur Arbeitsachse 5 ist und durch die geometrische Mitte der Federeinrichtung 32 verläuft. Auf den Massekörper 31 wirkt größere Rückstellkraft, wenn dieser um einen Hub in die erste Richtung 39 aus der Grundstellung 38 ausgelenkt, als wenn der Massekörper 31 um den selben Hub in die entgegengesetzte zweite Richtung 41 aus der Grundstellung 38 ausgelenkt ist.
Die beispielhafte Federeinrichtung 32 hat erste Federn 44, zweite Federn 45 und eine dritte Feder 46 . Die ersten Federn 44 sind an dem ersten Ende 40 des Gehäuses 33 und an dem Massekörper 31 befestigt, z.B. durch Klemmelemente 47, 48. Die ersten Federn 44 drücken den Massekörper 31 ausgelenkt aus der Grundstellung 38 in die zweite Richtung 41. Die zweiten Federn 45 sind an dem zweiten Ende 42 des Gehäuses 33 und an dem Massekörper 31 befestigt. Durch die zweiten Federn 45 ist der Massekörper 31 ausgelenkt aus der Grundstellung 38 in die erste Richtung 39 kraftbeaufschlagt. Die ersten Federn 44 und zweiten Federn 45 können gleich ausgebildet, z.B. mit gleicher Länge und gleicher Federsteifigkeit, sein. Die ersten Federn 44 und zweiten Federn 45 können vorgespannt sein, wenn der Massekörper 31 in der Grundstellung 38 ist. Weiters können die ersten Federn 44 und zweiten Federn 45 auch vorgespannt sein, wenn der Massekörper 31 in die eine oder andere Richtung 39, 41 maximal ausgelenkt sind. Hierdurch kann ein Lastwechsel von Druckbelastung auf Zugbelastung der Federn 44, 45 vermieden werden.
Die dritte Feder 46 ist nur auf einer Seite des Massekörpers 31 angeordnet, beispielhaft zwischen dem ersten Ende 40 des Gehäuses 33 und dem Massekörper 31 . Die dritte Feder 46 ist fest mit dem Gehäuse 33 verbunden, jedoch nur an den Massekörper 31 in dessen Grundstellung 38 angelegt. Wenn sich der Massekörper 31 von der Grundstellung 38 aus in die erste Richtung 39 bewegt wird die dritte Feder 46 komprimiert. Bei einer Bewegung in die zweite Richtung 41 löst sich die dritte Feder 46 von dem Massekörper 31 sobald dieser die Grundstellung 38 überschreitet. Alternativ ist die dritte Feder 46 mit dem Massekörper 31 fest verbunden und löst sich aus einem Sitz 49 an dem Gehäuse 33. Die Länge der dritten Feder 46 ist gleich dem Abstand des Massekörpers 31 bis zu dem Sitz 49 gewählt. Die dritte Feder 46 ist ohne Vorspannung, wenn der Massekörper 31 in der Grundstellung 38 ist.
Die Federsteifigkeit der Federeinrichtung 32 auf der ersten Seite 50 des Massekörpers 31, d.h. in die erste Richtung 39, kann fünf bis zehnmal so groß gewählt werden die sein wie die Federsteifigkeit der Federeinrichtung 32 auf der zweiten Seite 51 . In dem gezeigten Beispiel mit zwei ersten Federn 44 und einer dritten Feder 46 auf der ersten Seite 50 und zwei zweiten Federn 45 auf der zweiten Seite 50 kann die dritte Feder 46 mit der drei bis achtfachen Steifigkeit wie die gleichen ersten und zweite Federn 45, 44 gewählt werden.
Bei dem vorgestellten Bohrhammer 1 ist der Tilger 30 mit der ersten Richtung 39 auf das Werkzeug 3, d.h. in Schlagrichtung 25, weisend angeordnet. Beim Schlag des Schlägers 10 auf das Werkzeug 3 und dessen Eintreiben in den Untergrund ergibt sich ein kurzer Rückstoss mit hoher Amplitude, welche besser an die steifere Seite des Tilgers 30 ankoppelt. Ein zweiter schwächerer und zeitlich länger wirkender Rückschlag ergibt sich, wenn der Schläger 10 von dem Erreger 9 über das Luftpolster abgestoßen wird. Dieser weichere Rückschlag koppelt besser an die weichere Seite des Tilgers 30 an.
Die Federn 44, 45, 46 sind beispielsweise Schraubenfedern aus Stahl. Die ersten Federn 44 und die zweiten Federn 45 können koaxial zu den Rundstäben 36 angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Federeinrichtung 32 mit nur einer Feder auf jeder Seite 50, 51 des Massekörpers 31 ausgebildet sein, wobei die Federn 45 , 46 eine verschieden Federsteifigkeit aufweisen. Die weichere Feder 45 ist vorzugsweise soweit vorgespannt, dass sie in jeder Stellung des Massekörpers 31 an diesem anliegt. Die härtere Feder 46 löst sich von dem Massekörper 31, wenn sich dieser aus der Grundstellung entgegen die weichere Feder 45 bewegt.
Die Schwingachse 34 ist parallel oder unter einem Winkel von weniger als 5 Grad zur Arbeitsachse 5 der Handwerkzeugmaschine 1 geneigt.
Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform. Die Federeinrichtung 32 hat eine Biegefeder 60, z.B. Blattfeder, welche senkrecht zur Schwingachse 34 ausgerichtet ist. Die Biegefeder 60 ist mit einem Ende 61 an einem Sitz 62 in dem Gehäuse 33 des Tilgers 63 befestigt. An dem anderen Ende 64 ist der Massekörper 31 befestigt. Der Massekörper 31 pendelt längs der Schwingachse 34, wobei die Biegefeder 60 entlang ihrer Längsausdehnung verbogen wird. Eine Grundstellung 38 des Massekörpers 31 ergibt sich bei entspannter, unverbogener Biegefeder 60.
Eine Schraubenfeder 65 ist parallel zu der Schwingachse 34 einseitig zu dem Massekörper 31 angeordnet. Die Schraubenfeder 65 berührt den Massekörper 31, wenn dieser in der Grundstellung ist. Bei einer Auslenkung des Massekörpers 31 in die erste Richtung 39 wird die Schraubenfeder 65 komprimiert. Auf den Massekörper 31 wirken die Rückstellkräfte der Biegefeder 60 und der Schraubenfeder 65. Bei einer Auslenkung des Massekörpers 31 in die gegenläufige zweite Richtung 41 (Fig. 4) löst sich der Massekörper 31 von der Schraubenfeder 65. Es wirkt nur die Rückstellkraft der Biegefeder 60 auf den Massekörper 31

Claims

Handwerkzeugmaschine mit einem längs einer Arbeitsachse (5) oszillierenden Antrieb und einem Tilger (30 ), der einen in einer Federeinrichtung (32 ) aufgehängten Massekörper (31 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (32) derart zu einer Grundstellung asymmetrisch aufgebaut ist, dass die Federeinrichtung (32 ) einer Auslenkung des Massenkörpers (31 ) aus einer Grundstellung in eine erste Richtung (39 ) parallel zu der Arbeitsachse (5 ) mit einer ersten Federsteifigkeit und einer Auslenkung aus der Grundstellung in eine der ersten Richtung (39 ) entgegengesetzten, zweiten Richtung (41 ) mit einer zweiten Federsteifigkeit entgegenwirkt und die erste Federsteifigkeit von der zweiten Federsteifigkeit verschieden ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Federsteifigkeit zwischen dem fünf und zehnfachen der zweiten Federsteifigkeit beträgt.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (31 ) in der zweiten Richtung (41 ) ausgelenkt aus der Grundstellung von wenigstens einer Feder (46 ; 65) kraftfrei und in der ersten Richtung (39) ausgelenkt aus der Grundstellung von der wenigstens einen Feder (46 ; 65) kraftbeaufschlagt ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (31 ) in der Grundstellung an der Feder (46, 65 ) anliegt.
Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (31 ) in der Grundstellung zwischen zwei vorgespannten Federn (44, 45 ) angeordnet ist.
Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die zwei vorgespannten Federn (44, 46 ) mit dem Massekörper (31 ) fest verbunden sind.
Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (31 ) an einer Biegefeder (60 ) befestigt ist, die geneigt zu der Arbeitsrichtung (5 ) angeordnet ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (60 ) entspannt ist, wenn der Massekörper (31 ) in der Grundstellung ist.