Beschreibung
Titel
Elektrowerkzeug mit einer Schlagwerksbaugruppe und einer Ausgleichsmasse zur Kompensation von Vibrationen des Elektrowerkzeugs
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug mit einer Schlagwerks- baugruppe, einer Exzenterwelle zum Antrieb der Schlagwerksbaugruppe, und einer Ausgleichsmasse zur Kompensation von Vibrationen des Elektrowerkzeugs.
Durch Inkrafttreten der gesetzlichen Forderung, bei Verwendung von Elektrowerkzeu- gen das täglich zulässige Arbeitspensum an die auf den Bediener einwirkende, körper- liehe Belastung zu koppeln, findet bei Elektrowerkzeugen, vor allem bei Bohr- und
Schlaghämmern, das Thema Vibrationen eine immer größer werdende Bedeutung.
Beim Schlagbohren und Meißeln eines Hammers geht die größte körperliche Belastung für den Bediener von der durch das Schlagwerk erzeugten Gehäuseschwingung aus. Gerade bei großen Bohr- und Schlaghämmern sind aufgrund der hohen Schlagenergie die Vibrationen sehr ausgeprägt. Für Bediener solcher Maschinen reduziert sich die erlaubte Arbeitszeit deshalb ohne weitere Maßnahmen zum Teil erheblich. In Folge dessen wird bei der Entwicklung zunehmend an Lösungen gearbeitet, bei denen Vibrationen von Elektrowerkzeugen reduziert sind. Dadurch kann sichergestellt wer- den, dass auch weiterhin uneingeschränkt mit diesen Geräten gearbeitet werden kann.
Fig. 1 zeigt eine typische Gehäuseschwingung 100, die bei Vibrationen des Gehäuses von Bohr- und Schlaghammern 7 entsteht, welche durch eine Schlagwerksbaugruppe 8 verursacht ist, bei der der Schläger 81 durch einen exzentrischen Kolbentrieb 12 an- getrieben wird. Auf der horizontalen Achse 101 ist der Umdrehungswinkel [in °] darge-
stellt, auf der vertikalen Achse 102 die Auslenkung [in mm] des Gehäuses. Die vibrati- onsgenerierende Gehäuseschwingung 100 ist aus mehreren Frequenzanteilen zusammengesetzt. Die Hauptfrequenz ist aus der periodischen Beschleunigung des Sclägers 81 abgeleitet. Die Fig. 1 zeigt jedoch, dass der Auslenkung, die durch die periodische Beschleunigung des Schlägers 81 verursacht ist, noch weitere Frequenzzan- teile aus anderen Vibrationsquellen, z.B. aus den Stoß- und Rückstoßvorgängen der Schlagkette sowie von unausgeglichenen Massen kräften des Antriebes, überlagert sind. Denn die Gehäuseschwingung 100 verläuft nicht im Wesentlichen sinusförmig mit der Hauptfrequenz, sondern dem sinusförmigen Verlauf mit Hauptfrequenz sind weitere Frequenzanteile überlagert.
Da nichtlineare Systeme mit nur bedingt harmonischen Bewegungsabläufen wirken, überlagern sich die einzelnen Vibrationsanteile in komplexer Weise. Durch Spiel zwischen den einzelnen Bauteilen, durch nichtlineare Elastizitätsverläufe, durch die nichtlinearen Stoßvorgänge und durch die nur angenähert harmonischen Reaktionskräfte aus dem Schlagwerk ergeben sich unharmonische Gehäuseschwingungen komplexer Ordnung.
In der Praxis erfolgt die Erzeugung von Gegenkräften, die den Gehäusevibrationen entgegenwirken, mit Hilfe von Tilgern oder Gegenschwingern.
Ein Tilger ist ein Feder-Masse-System mit festgelegter Resonanzfrequenz, durch den eine signifikante Schwingungsreduktion nur in einem kleinen Bereich nahe der Resonanzfrequenz erreicht werden kann.
Beim Gegenschwinger ist eine Ausgleichsmasse an den Antrieb des Elektro- werkzeuges gekoppelt und wird so angetrieben, dass die aus dem Antrieb des
Gegenschwingers resultierende Reaktionskraft der Vibrationsquelle möglichst gut entgegen wirkt.
Bekannte Antriebskonzepte für die Ausgleichsmasse eines Gegenschwingers lassen sich in zwei Klassen einteilen: Im ersten Fall wird die Ausgleichsmasse mittels eines exzentrischen Kurbel- oder Kreuzschleifentriebs zwangsangetrieben.
Im zweiten Fall wird die Ausgleichsmasse über Nocken angetrieben, wobei der erforderliche Berührkontakt mittels einer Federbeaufschlagung der Ausgleichsmasse hergestellt wird. In diesem Fall ist die Ausgleichsmasse nicht zwangsangetrieben.
Beispiele einer zwangsangetriebenen Ausgleichsmasse zeigen die Druckschriften EP 1 475 190 A2 und EP 1 439 038 A1. Bei der EP 1 475 190 A2 ist die Ausgleichsmasse um das Hammerrohr herum angeordnet und wird von einem zusätzlichen mit dem Schlagwerksexzenter verknüpften Pleuel angetrieben. Bei der EP 1 439 038 A1 ist eine quaderförmige, mit einem Querschlitz versehene Ausgleichsmasse oberhalb des Exzenters angeordnet. In dem Querschlitz läuft ein zur Drehachse exzentrischer Bolzen des Schlagwerksexzenters, so dass die Ausgleichsmasse über eine Kreuzschleife angetrieben wird. Ein Beispiel einer federbeaufschlagten Ausgleichsmasse zeigt die Druckschrift
WO 2004/082897 A1. Damit bei dieser Mimik die Ausgleichsmasse der Nockengeometrie folgen kann, müssen erhebliche Andruckkräfte über die elastischen Federelemente auf die Ausgleichsmasse aufgebracht werden. Dies erfordert nicht nur zusätzlichen Aufwand, Bauraum und Kosten. Sondern durch den zu- sätzlichen Federandruck werden Reibungs- und Verschleißeffekte verstärkt, und ein Großteil der für die Kompression der Feder benötigten Energie geht außerdem verloren, so dass der Gesamtwirkungsgrad verschlechtert ist und mehr Motorleistung zur Verfügung gestellt werden muss. Den bisher bekannten Ausführungsformen ist gemein, dass die Ausgleichsmasse relativ weit von der Vibrationsverursachenden Quelle entfernt angeordnet ist. Dadurch ist die Kraftflußstrecke sehr lang und die Effizienz der durch die Ausgleichsmasse erreichbaren Dämpfung verringert.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Elektrowerkzeug mit einer Ausgleichsmasse zur Dämpfung von Vibrationen des Elektrowerkzeugs bereit zu stellen, welche in schwer zugänglichen Bereichen des Elektrowerkzeugs mit wenig Bau-
teilen sehr kompakt und sehr kostengünstig einbaubar ist, welches sehr genau positionierbar ist, und mit dem eine verbesserte Dämpfung erreichbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Elektrowerkzeug mit einer Schlagwerksbaugruppe, einer Exzenterwelle zum Antrieb der Schlagwerksbaugruppe, und einer Ausgleichsmasse zur Kompensation von Vibrationen des Elektrowerkzeugs, die durch die Schlagwerksbaugruppe verursacht sind, wobei die Ausgleichsmasse die Exzenterwelle zumindest teilweise umgibt. Bei einer solchen zumindest teilweise um die zum Antrieb der Schlagwerksbaugruppe genutzte Exzenterwelle herum vorgesehenen Anordnung der Ausgleichsmasse ist die Kraftflußstrecke zur Kompensation des die Vibrationen verursachenden Schlagwerkantriebs minimal. Dadurch ist die erreichbare Dämpfung optimal.
Vorzugsweise weist die Ausgleichsmasse eine Ausnehmung auf, durch die die Exzenterwelle hindurch geführt ist. In dieser Ausführungsform umgibt die Ausgleichsmasse die Exzenterwelle an allen Seiten. Die Ausgleichsmasse ist daher in einem schwer zugänglichen Bereich des Elektrowerkzeugs angeordnet, behindert aber den Antrieb der Exzenterwelle nicht.
Die Schlagwerksbaugruppe umfasst bevorzugt ein Pleuel mit einem Schläger, wobei das Pleuel von der Exzenterwelle beabstandet und exzentrisch um diese antreibbar ist, wobei eine harmonische Drehbewegung der Exzenterwelle in eine zyklische, im wesentlichen harmonische Bewegung des Schlägers in eine
Schlagrichtung gewandelt wird. Eine harmonische Drehbewegung im Sinne der Erfindung ist eine Drehbewegung mit im wesentlichen konstanter Grundfrequenz. Bei einer harmonischen Schubbewegung im Sinne der Erfindung weist die Veränderung des Ortes mit der Zeit einen im wesentlichen unifrequenten sinusförmigen Verlauf auf. Dabei bezieht sich die Formulierung„im wesentlichen" auf durch Reibung verursachte Effekte. Bei einer unharmonischen Schubbewegung im
Sinne der Erfindung weist die Veränderung des Ortes mit der Zeit einen multifre- quenten Verlauf auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Antriebsmittel zum Antrieb der Ausgleichsmasse drehfest an der Exzenterwelle angeordnet. Daher wird beim Antrieb der Schlagwerksbaugruppe gleichzeitig das Antriebsmittel, und somit auch die Aus-
gleichsmasse angetrieben. Der Antrieb der Ausgleichsmasse ist daher in den Exzenterantrieb integriert.
Bevorzugt ist das Antriebsmittel einstückig mit der Exzenterwelle gefertigt. Gegenüber einer mehrteiligen Lösung, beispielsweise mit auf die Exzenterwelle aufgepresstem Antriebsmittel, hat die einstückige Ausführungsform den Vorteil, dass sie bei gleicher Exzentrizität weniger Bauraum einnimmt, da keine Mindestwandstärken eingehalten werden müssen. Durch Drehung des Antriebsmittels um die Exzenterwelle ist die Ausgleichsmasse in einer bevorzugten Ausführungsform von einem Ausgangspunkt ausgehend im wesentlichen in eine Bewegungsrichtung hin und her bewegbar und kehrt zum Ausgangspunkt zurück. In dieser Ausführungsform wird die Ausgleichsmasse durch das Antriebsmittel im wesentlichen axial zyklisch hin und her bewegt. Da- bei erstreckt sich die Bewegungsrichtung bevorzugt quer zur Antriebsachse, hier die Exzenterachse, besonders bevorzugt im wesentlichen in und entgegen der Schlagrichtung des Schlägers der Schlagwerksbaugruppe.
Bevorzugt wird die Ausgleichsmasse so angetrieben, dass sie eine im wesentlichen antizyklisch zur Schlagwerksbaugruppe erfolgende Schwingung durchführt. Dabei ist es bevorzugt, dass die antizyklisch zur Schlagwerksbaugruppe erfolgende Schwingung zur Kompensation von nur angenähert harmonischen Reaktionskräften phasenverschoben zur Schwingung der Schlagwerksbaugruppe erfolgt. Der Fachmann versteht, dass der antizyklisch erfolgenden Schwingung der Ausgleichsmasse weitere Schwin- gungen zur Kompensation von Frequenzanteilen der Vibrationen aus anderen Vibrationsquellen überlagert sein können, so dass die Bewegung der Ausgleichsmasse unharmonisch erfolgt. Solche Vibrationsquellen sind beispielsweise Stoß- und Rückstoßvorgänge der Schlagkette sowie weitere unausgeglichene Massenkräfte des Antriebes, unharmonische Bewegungsabläufe, Spiel zwischen den einzelnen Bauteilen und nicht- lineare Elastizitätsverläufe.
Besonders bevorzugt ist das Antriebsmittel zumindest teilweise in der Ausnehmung der Ausgleichsmasse angeordnet. Daher wirkt es mit der die Ausnehmung begrenzenden Fläche der Ausgleichsmasse zusammen. Vorzugsweise ist die
Ausgleichsmasse formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Antriebsmittel
gekoppelt, so dass kein zusätzlicher Bauteileaufwand für den Antrieb der Ausgleichsmasse entsteht. Außerdem sind die Ausmaße des Antriebsmittels bevorzugt an die Ausmaße der Ausgleichsmasse angepasst.
Bevorzugt ist die Ausgleichsmasse beim Antrieb des Antriebsmittels zwangsangetrieben, so dass die Bewegungsübertragung zwischen dem Antriebsmittel und der Ausgleichsmasse auch bei hohen Reaktionskräften und hoher Betriebsfrequenz eindeutig ist. Außerdem wird in einer solchen Ausführungsform keine zusätzliche Antriebsenergie, kein zusätzlicher Bauraum und auch keine zusätzlichen Kosten für weitere Andruckmittel wie beispielsweise Federn benötigt. Ein solcher Antrieb ermöglicht eine sehr große Dynamik. Weiterhin ist auch kein Abheben der Kontaktpartner möglich.
Weiterhin bevorzugt erstreckt sich die Ausgleichsmasse im wesentlichen flächig, so dass die Ausgleichsmasse insbesondere aus einem Blech eines Metalls oder einer Metalllegierung sehr kompakt herstellbar ist und im Elektrowerkzeug wenig Bauraum einnimmt. Bevorzugt ist die Ausgleichsmasse aus dem Metallblech gestanzt. Alternativ kann die Ausgleichsmasse auch gesintert sein. Eine solche Ausgleichsmasse ist sehr kostengünstig herstellbar.
Vorteilhafter Weise kann in Abhängigkeit von dem benötigten Gewicht und dem verwendeten Material die Abmessung der Ausgleichsmasse in Richtung der Exzenterachse sehr flach und/oder die Abmessungen in Querrichtung zur Exzenterwelle sehr klein sein, so dass die Ausgleichsmasse an die räumlichen Einbaugegebenheiten anpassbar ist. die Ausgleichsmasse kann daher auch in ein bestehendes Elektrowerkzeug integriert werden, da nahezu kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Ebenfalls bevorzugt ist die Massenverteilung der Ausgleichsmasse an die Massenverteilung des Elektrowerkzeugs anpassbar, so dass durch eine geeignet gewählte Massenverteilung Vibrationsanteile kompensierbar sind, die insbesondere durch eine ungleiche Massenverteilung im Elektrowerkzeug verursacht sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Elektrowerkzeug eine Exzenterscheibe, insbesondere zum Antrieb der Schlagwerksbaugruppe, insbesondere zum Antrieb des Pleuels, auf, die drehfest an der Exzenterwelle ange-
ordnet ist, wobei die Exzenterwelle mit einem ersten Lager in einem Lagerblock drehbar gelagert ist, und wobei die Ausgleichsmasse zwischen der Exzenterscheibe und dem Lagerblock angeordnet ist. Bevorzugt ist die Ausgleichsmasse im Lagerblock gelagert. Die Anordnung der Ausgleichsmasse zwischen Exzenterscheibe und Lagerblock hat den Vorteil, dass die Reibbedingungen sehr günstig sind, insbesondere bei aus gehärtetem Stahl gefertigtem Lagerblock, da die Anordnung im Schmierraum des Elektrowerkzeugs angeordnet ist. Die Ausgleichsmasse befindet sich daher immer im vollgeschmierten Bereich des Elektrowerkzeugs, ohne dass ein zusätzlicher Aufwand entsteht. Die Einleitung der Kräfte durch die Ausgleichsmasse erfolgt daher sehr nahe an der Vibrationsquelle, nämlich unmittelbar an der Exzenterscheibe und sehr nahe an der Schlagachse. Ein weiterer Vorteil ist der sehr kompakte, einfache und kostengünstige Gesamtaufbau der Anordnung. Weiterhin ermöglicht die Ausgleichsmasse bei dieser Anordnung einen guten Ausgleich von Luftpolsterkräften und unausgeglichenen Massen, wodurch eine Verringerung der Exzenterlagerbelastung bewirkt wird.
Bevorzugt ist die Exzenterwelle außerdem mit einem zweiten Lager in einem Schlagwerksgehäuse der Schlagwerksbaugruppe drehbar gelagert, wobei der Lagerblock im Schlagwerksgehäuse angeordnet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsmittel einstückig mit der Exzenterscheibe gefertigt. Oder in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Exzenterwelle, die Exzenterscheibe sowie das Antriebsmittel einstückig gefertigt.
Weiterhin bevorzugt begrenzt der Lagerblock die Bewegungsrichtung der Ausgleichsmasse, insbesondere an ihren Seiten, beispielsweise durch eine Kulissenführung. Ebenfalls bevorzugt begrenzt der Lagerblock die Bewegungsrichtung der Ausgleichsmasse zu ihrer der Exzenterscheibe abgewandten Seite. Ebenfalls bevorzugt begrenzt die Exzenterscheibe die Bewegungsrichtung der Ausgleichsmasse. Durch diese Anordnung ergibt sich eine sehr kleine Toleranzkette.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Bewegungsrichtung der Aus- gleichsmasse durch Halteelemente begrenzt, die im Lagerblock und/oder am
Gehäuse angeordnet sind. Solche Halteelemente sind beispielsweise U-förmige Kunststoffelemente, die die Ausgleichsmasse aufnehmen und durch die sie geführt ist.
Das Antriebsmittel umfasst bevorzugt einen Nocken, wobei der Nocken zum Antrieb der Ausgleichsmasse mit der Ausnehmung zusammenwirkt. Die Ausgleichsmasse mit der Ausnehmung sowie dem zum Antrieb genutzten Nocken sind mit bekannten Mitteln sehr kostengünstig herstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Nocken kurvenförmig ausgebildet, so dass mit dieser Anordnung unharmonische Bewegungsabläufe der Ausgleichsmasse erzielbar sind, und daher neben den von der Schlagwerksbaugruppe verursachten Vibrationen auch durch weitere Vibrationsquellen verursachte Vibrationen des Elektrowerkzeugs zumindest teilweise kompensierbar sind. Die kurvenförmige Kontur des Nockens bestimmt den Betrag und die Richtung der Auslenkung der Ausgleichsasse wesentlich. Daher kann durch Anpassung der Kontur, insbesondere ihrer Steigung, sowohl eine mehrfach hin und her schwingende Ausgleichsmasse als auch ein oder mehrere Ruhepunkte der Ausgleichsmasse innerhalb eines Antriebszyklus des Antriebsmittels erreicht werden. Die Kontur ermöglicht daher, die Bewegung der Ausgleichsmasse zu beschleunigen und Stoßvorgänge mit der Ausgleichsmasse auszuführen. Ebenso ermöglicht die Kontur eine zeitliche Dehnung von Vor- und Rückbewegungen der Ausgleichsmasse. Daher können sowohl phasenverschobene Vibrationsvorgänge als auch Beschleunigungs- und Stoßvorgänge, beispielsweise der Schlagwerksbaugruppe, sehr gut ausgeglichen werden. Durch Anpassung der Kontur lässt sich die Bewegung der Ausgleichsmasse sehr leicht an die Vibrationsverhältnisse des Elektrowerkzeugs anpassen, so dass eine sehr gute Schwingungsreuktion möglich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Antriebsmittel zumindest ein Kopplungsmittel, wobei die Ausgleichsmasse zumindest ein Gegenkopplungsmittel umfasst, wobei das Kopplungsmittel zum Antrieb der Ausgleichsmasse mit dem Gegenkopplungsmittel zusammenwirkt. Das Vorsehen eines Kopplungsmittels, welches mit einem Gegenkopplungsmittel zusammenwirkt,
ermöglicht eine Vielzahl weiterer form- und/oder kraftschlüssig zusammen wirkender Antriebsmöglichkeiten für die Ausgleichsmasse.
Das Antriebsmittel ist dabei bevorzugt die Exzenterscheibe. Daher wird neben der Exzenterscheibe, die auch zum Antrieb der Schlagwerksbaugruppe genutzt wird, kein weiteres Antriebsmittel benötigt, so dass der Bauteileaufwand, die Montagekosten und der benötigte Bauraum minimal ist.
Um die Gleit- und Abwälzverhältnisse des Kopplungsmittels mit dem Gegenkopp- lungsmittel zu optimieren, ist das Kopplungsmittel und/oder das Gegenkopplungsmittel mit einem Drehmittel vorsehbar, beispielsweise einer Hülse, einem Rad oder einem drehbaren Lager.
Weiterhin bevorzugt ist das Kopplungsmittel eine Nut und das Gegenkopplungs- mittel ein Bolzen, der in die Nut eingreift, oder umgekehrt. Ebenfalls bevorzugt ist das Kopplungsmittel ein Steg und das Gegenkopplungsmittel eine Nut, die den Steg umgreift, oder umgekehrt. Diese Ausführungsformen ermöglichen durch das Zusammenwirken eines gegenüber einer Fläche erhabenen Kopplungs- oder Gegenkopplungsmittels mit einem gegenüber einer Fläche versenkten Gegen- kopplungs- oder Kopplungsmittels einen Eingriff des erhabenen in das versenkte oder einen Umgriff des versenkten um das erhabene Mittel, so dass ein definierter Bewegungsablauf sichergestellt ist. Indem die Nut oder der Steg kurvenförmig ausgeführt sind, kann ein nahezu beliebiger Bewegungsverlauf der Ausgleichsmasse erreicht werden. Der Betrag der Auslenkung der Ausgleichsmasse ist da- bei wesentlich durch die kurvenförmige Kontur bestimmt. Daher können durch die kurvenförmige Kontur der zur zyklischen Bewegung der Schlagwerksbaugruppe antizyklischen Bewegung der Ausgleichsmasse weitere Bewegungskomponenten überlagert werden, so dass unharmonische Vibrationsanteile des Elekt- rowerkzeugs kompensierbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Antriebsmittel zumindest zwei Mitnahmebolzen als Kopplungsmittel, wobei die Ausgleichsmasse zumindest zwei Mitnahmestege als Gegenkopplungsmittel umfasst. In diesem Fall wirkt ein gegenüber einer Fläche erhabenes Kopplungsmittel mit einem ebenfalls gegenüber einer Fläche erhabenen Gegenkopplungsmittel zusammen.
Auch hier ist ein definierter Bewegungsablauf sichergestellt, indem die Mitnahmebolzen abwechselnd jeweils einen Mitnahmesteg mitnehmen. Dieser Antrieb der Ausgleichsmasse wirkt ähnlich einem Schrittgetriebe, so dass mit der Ausgleichsmasse unharmonische Vibrationsanteile kompensierbar sind. Die Auslenkung der Ausgleichsmasse wird durch die Position der Mitnahmebolzen am Antriebsmittel sowie durch die Länge und Kontur der Mitnahmestege bestimmt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Mitnahmebolzen an einem Nocken des Antriebsmittels angeordnet, der in eine Ausnehmung der Ausgleichsmasse eingreift, wobei auch der Nocken eine kurvenförmige Kontur aufweist. In dieser Ausführungsform wird die Auslenkung der Ausgleichsmasse sowohl durch die zusammenwirkenden Mitnahmebolzen und Mitnahmestege bestimmt, als auch durch die Kontur des Nockens.
Der Fachmann versteht, dass auch durch Anpassung der Kontur der Ausnehmung der Ausgleichsmasse eine Veränderung der Auslenkung der Ausgleichsmasse erzielbar, und daher eine unharmonische Schubbewegung der Ausgleichsmasse erreichbar ist.
In dem erfindungsgemäßen Elektrowerkzeug ist die Ausgleichsmasse zur Kompensation von Vibrationen des Elektrowerkzeugs in einem sehr schwer zugänglichen Bereich sehr effizient, sehr platzsparend und dennoch kostengünstig integrierbar. Durch Anpassung der Kontur des Antriebsmittels und/oder der Ausgleichsmasse können neben den durch die zyklische im wesentlichen harmonische Schubbewegung des Schlägers hervorgerufenen Vibrationen auch Vibrationen, die durch andere Vibrationsquellen hervorgerufen sind, kompensiert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. zeigt eine typische Gehäuseschwingung, die bei Vibrationen des Gehäuses von Bohr- und Schlaghammern entsteht,
Fig. 2 - 4 zeigen jeweils einen Ausschnitt aus einem Elektrowerkzeug mit Schlagwerksbaugruppe, wobei das Elektrowerkzeug hier ein Bohrhammer ist, und wobei in Fig. 2 ein Längsschnitt durch das Elektrowerkzeug 7 dargestellt ist, in Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Exzenterscheibe des Elektrowerkzeugs 7, und Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch eine im Elektrowerkzeug 7 angeordnete Ausgleichsmasse,
Fig. 5 - 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Ausgleichsmassen und Antriebsmitteln, und
Fig. 10 zeigt die Auslenkung der Ausgleichsmasse der Fig. 4 - 7 und 9
in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Exzenterwelle.
Fig. 1 zeigt, wie bereits im einführenden Teil dieser Patentanmeldung beschrieben, eine typische Gehäuseschwingung, die bei Vibrationen des Gehäuses von Bohr- und Schlaghammern entsteht.
Fig. 2 - 4 zeigen jeweils einen Ausschnitt aus einem Elektrowerkzeug 7 mit Schlagwerksbaugruppe 8, wobei das Elektrowerkzeug 7 hier ein Bohrhammer ist, und wobei in Fig. 2 ein Längsschnitt durch das Elektrowerkzeug 7 dargestellt ist, in Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Exzenterscheibe 10 des Elektrowerkzeugs 7, und Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch eine im Elektrowerkzeug 7 angeordnete Ausgleichsmasse 2.
Das Elektrowerkzeug 7 wird mittels eines Elektromotors (hier nicht gezeigt) angetrieben, wobei der Elektromotor 7 eine Motorwelle 9 mit einem Antriebsritzel 91 antreibt, und wobei das Antriebsritzel 91 die Exzenterscheibe 10 antreibt. Die Exzenterscheibe 10 ist drehfest an einer Exzenterwelle 32 angeordnet, die mittels eines ersten Exzenterlagers 61 und eines zweiten Exzenterlagers 62 drehbar um eine Exzenterachse 33 gelagert ist. Das erste Exzenterlager 61 ist in einem Gehäuse 14 der Schlagwerksbaugruppe 8 und das zweite Exzenterlager 62 im Lagerblock 13 angeordnet, wobei der Lagerblock 13 selbst ebenfalls im Gehäuse 14 der Schlagwerksbaugruppe 8 angeordnet ist.
Auf der Exzenterwelle 32 ist weiterhin ein Stirnrad 17 drehfest angeordnet, welches ein Kupplungsstirnrad 16 und einen Kegeltrieb 15 antreibt. Der Kegeltrieb 15 treibt ein Abtriebszahnrad 18 an, welches um ein Hammerrohr 19 der Schlagwerksbaugruppe 8 angeordnet ist, so dass dieses angetrieben wird.
An der Exzenterscheibe 10 ist mittels eines Exzenterpins 1 1 ein Pleuel 12 exzentrisch um die Exzenterachse 33 drehbar angeordnet. Über das Pleuel 12 wird die Drehbewegung der Exzenterscheibe 10 in eine lineare Bewegung umgewandelt. Das Pleuel 12 treibt einen Schläger 81 der Schlagwerksbaugruppe 8 daher zyklisch in einer im wesentlichen harmonischen Schubbewegung an.
Zum Ausgleich der Vibrationen des Elektrowerkzeugs 7 weist dieses eine Ausgleichsmasse 2 auf. Die Ausgleichsmasse 2 wird mittels eines Antriebsmittels 3, welche um die Exzenterachse 33 drehbar gelagert ist, angetrieben, wobei eine Drehbewegung des Antriebsmittels 3 um die Exzenterachse 33 in eine Schubbewegung der Ausgleichsmasse 2 umgewandelt wird.
Bei dem hier gezeigten Elektrowerkzeug 7 ist die Ausgleichsmasse 2 zwischen der Exzenterscheibe 10 und dem Lagerblock 13 angeordnet. Das Antriebsmittel 3 ist ein Nocken 31 , der in einer Ausnehmung 21 der Ausgleichsmasse 2 angeordnet ist, um eine sichere Bewegungsübertragung zu gewährleisten. Der Nocken ist drehfest um die Exzenterwelle 32 angeordnet, so dass die Exzenterachse 33 die Antriebsachse des Antriebsmittels 3 ist. Das Antriebsmittel 3 und die Ausgleichsmasse 2 sind dadurch so gekoppelt, dass die Ausgleichsmasse 2 beim Drehen des Antriebsmittels 3 von diesem zwangsangetrieben ist.
Wie Fig. 4 zeigt, weist der Nocken 31 eine kreisrunde Kontur 35 auf. Der Nocken 31 dreht sich beim Drehen des Antriebsmittels 3 exzentrisch um die Exzenterachse 33. Die Fig. 4 zeigt die Exzentrizität 331 des Nockens 31 bei einer Teil- Umdrehung des Antriebsmittels 3 um die Exzenterachse 33. Die Ausnehmung 21 und der Nocken 31 sind so bemessen, dass beim Drehen des Nockens 31 in eine Drehrichtung 4 immer ein Berührkontakt zwischen dem Nocken 31 und der Ausnehmung 21 besteht. Wenn sich der Nocken 31 in die Drehrichtung 4 exzentrisch um die Exzenterachse 33 dreht, verschiebt er die Ausgleichsmasse 2 daher axial. Die Ausgleichsmasse 2 wird somit in eine Bewegungsrichtung 5 hin und
her bewegt, die sich quer zur Exzenterachse 33 erstreckt. Damit sich die Ausgleichsmasse 2 im Elektrowerkzeug 7 in Bewegungsrichtung 5 frei hin und her bewegen kann, sind an ihr Aussparungen 22 vorgesehen.
Bei dieser Kontur 25 der Ausgleichsmasse 2 führt eine harmonische Drehung des Antriebsmittels 3 aufgrund der kreisrunden Kontur 35 des Antriebsmittels 3 und dem beim Drehen des Antriebsmittels 3 bestehenden Berührkontakt zwischen dem Antriebsmittel 3 und der Ausgleichsmasse 2 zu einer im wesentlichen harmonischen Schubbewegung der Ausgleichsmasse 2. Der Verlauf der Schwingung 100 der Ausgleichsmasse 2 mit der Zeit ist daher im wesentlichen unifre- quent sinusförmig.
Fig. 10 a) zeigt den Verlauf der Bewegung 100 der Ausgleichsmasse 2 bei einer 360°- Umdrehung des Antriebsmittels 3 um die Exzenterachse 33. Auf der horizontalen Achse 101 ist der Umdrehungswinkel [in °] gezeigt, auf der vertikalen Achse 102 die Auslenkung [in mm] der Ausgleichsmasse 2. Die Amplitude des Verlaufes der Schwingung 100 der Ausgleichsmasse 2 entspricht der Exzentrizität 331. Im vorliegenden Fall sind das Antriebsmittel 3 und die Ausgleichsmasse 2 so vorgesehen, dass eine Phasenverschiebung zur harmonischen Schwingungsbewegung des Schlägers 81 der Schlagwerksbaugruppe 8 besteht. Jedoch kann mit dieser Ausführungsform nur eine im wesentlichen harmonische Gegenbewegung bewirkt werden. Eine Dämpfung von Vibrationen, die neben einer zyklisch bewegten Vibrationsursache, beispielsweise der Beschleunigung des Schlägers 81 , durch noch weitere Vibrationsquellen verursacht sind, ist somit nicht zufriedenstellend möglich.
Fig. 5 - 9 zeigen Ausführungsformen von Ausgleichsmassen 2 und Antriebsmitteln 3 verschiedener Ausführungsformen. Mit den hier aufgeführten Ausführungsformen sind unharmonische Schubbewegungen der Ausgleichsmasse 2 ausführbar, so dass mit ihnen eine Dämpfung von Vibrationen des Elektrowerkzeugs 7, insbesondere des Gehäuses, welche durch eine Vielzahl von Vibrationsquellen verursacht sind, möglich sind.
In Fig. 5 ist das Antriebsmittel 3 als ein Nocken 31 ausgebildet, der an der Ex- zenterwelle 32 angeordnet und um die Exzenterachse 33 drehbar ist. Am Nocken
31 ist ein Mittel zur Kopplung 31 1 exzentrisch angeordnet. Das Mittel zur Kopplung 31 1 ist hier ein Stift. Die Ausgleichsmasse 2 weist als Gegenmittel zur Kopplung 21 1 eine symmetrische Nut auf, in die der Stift 31 1 eingreift. Für die Fig. 5 werden die Begriffe Stift und Mittel zur Kopplung 31 1 , sowie die Begriffe Nut und Mittel zur Gegenkopplung 21 1 jeweils synonym verwendet.
Die Nut 21 1 weist eine symmetrische V- förmige Kontur 25 mit einem Anstellwinkel 251 auf. Bei Drehung des Antriebsmittels 3 in eine Drehrichtung 4 wird der Stift 31 1 exzentrisch um die Exzenterachse 33 gedreht. Da die Nut 21 1 nicht kreisförmig sondern V- förmig ist, und sich daher der Stift 31 1 nicht frei entlang der Nut 21 1 bewegen kann, drückt der Stift 31 1 bei seiner exzentrischen Bewegung um die Exzenterachse 33 gegen die Ausgleichsmasse 2 und verschiebt diese axial.
Die Fig. 5 a) zeigt die Ausgleichsmasse 2 an einem Ausgangspunkt 20 bei einem Umdrehungswinkel von 0° des Antriebsmittels 3. Die Fig. 5 b) zeigt die Ausgleichsmasse 2 nach einer Teilumdrehung des Antriebsmittels 3, durch die sich die Ausgleichsmasse 2 gegenüber dem Ausgangspunkt 20 axial um einen Auslenkungsbetrag 201 in eine Bewegungsrichtung 5 verschoben hat.
Fig. 10 c) zeigt den Verlauf der Bewegung 100 der Ausgleichsmasse 2 der Fig. 5 bei einer 360°- Umdrehung des Antriebsmittels 3 um die Exzenterachse 33. Auch hier ist auf der horizontalen Achse 101 der Umdrehungswinkel [in °] und auf der vertikalen Achse 102 die Auslenkung [in mm] der Ausgleichsmasse 2 dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform lässt sich über den Anstellwinkel 251 der Nut 21 sowie die Exzentrizität 331 des Stiftes 31 der Bewegungsablauf verändern. Diese Ausführungsform ermöglicht, wie in Fig. 10 c) dargestellt, gegenüber der der Fig. 2 - 4 steilere Bewegungs- respektive Beschleunigungsamplituden und Ruhephasen.
Um eine freie hin und her Bewegung der Ausgleichsmasse 2 im Elektrowerkzeug 7 zu ermöglichen, weist auch diese Ausgleichsmasse 2 Aussparungen 22 auf. Als Antriebsmittel 3 eignet sich beispielsweise die Exzenterscheibe 10 des Elekt-
rowerkzeugs 7, wobei der Stift 31 1 exzentrisch an der Exzenterscheibe 10 angeordnet ist.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform aus Ausgleichsmasse 2 und Antriebsmittel 3 dargestellt. Fig. 6 a) zeigt eine Draufsicht, während Fig. 6 b) einen Schnitt durch die Linie A— A zeigt. Das Antriebsmittel 3 ist als kreisrunder Nocken 31 ausgeführt. Am Antriebsmittel 3 sind als Mittel zur Kopplung 31 1 , 312 ein erster Mitnahmebolzen 31 1 und ein zweiter Mitnahmebolzen 312 angeordnet. Die Ausgleichsmasse 2 weist als Mittel zur Gegenkopplung 21 1 , 212 einen ersten Mitnahmesteg 21 1 und einen zweiten Mitnahmesteg 212 auf, die hier in eine Ausnehmung 21 der Ausgleichsmasse 2 hineinragen. Die Ausnehmung 21 selbst ist so bemessen, dass sie die Bewegung der Ausgleichsmasse 2 nicht beeinflußt.
Der erste Mitnahmebolzen 31 1 ist so angeordnet, dass er beim Drehen des Antriebsmittels 3 in die Drehrichtung 4 in Berührkontakt mit dem ersten Mitnahmesteg 21 1 gerät und die Ausgleichsmasse 2 mitnimmt und axial in die Bewegungsrichtung 5 verschiebt, bis er außer Berührkontakt mit dem ersten Mitnahmesteg 21 1 gerät. Der zweite Mitnahmebolzen 312 ist so angeordnet, dass er beim Drehen des Antriebsmittels 3 in die Drehrichtung 4 in Berührkontakt mit dem zweiten Mitnahmesteg 212 gerät und die Ausgleichsmasse 2 mitnimmt und axial in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung 5 verschiebt, bis er außer Berührkontakt mit dem zweiten Mitnahmesteg 212 gerät. Die Mitnahmestege 21 1 , 212 und Mitnahmebolzen 31 1 , 312 sind außerdem so angeordnet, dass sie nacheinander in Berührkontakt und außer Berührkontakt geraten. Bei einer 360°- Umdrehung des Antriebsmittels 3 wird daher die Ausgleichsmasse 2 einmal hin und wieder zurück bewegt.
Den Verlauf der Bewegung 100 der Ausgleichsmasse 2 der Fig. 6 bei einer 360°- Umdrehung des Antriebsmittels 3 um die Exzenterachse 33 zeigt Fig. 10 e). Auf der horizontalen Achse 101 ist wiederum der Umdrehungswinkel [in °] und auf der vertikalen Achse 102 die Auslenkung [in mm] der Ausgleichsmasse 2 dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform lässt sich über die Anzahl und Position der Mitnahmebolzen 31 1 , 312 und Mitnahmestege 21 1 , 212 sowie über die Kontur 25 der Mitnahmestege 21 1 , 212 der Bewegungsablauf verändern.
Das Antriebsmittel der Fig. 7 weist analog zu dem der Fig. 2 - 4 einen Nocken 31 auf, der drehfest an der Exzenterwelle 32 angeordnet und um die Exzenterachse 33 drehbar ist. Zum Antrieb der Ausgleichsmasse 2 wirkt der Nocken 31 mit der Ausnehmung 21 der Ausgleichsmasse 2 zusammen, indem er in die Ausnehmung 21 der Ausgleichsmasse 2 eingreift, so dass das Antriebsmittel 3 und die Ausgleichsmasse 2 form- und/oder kraftschlüssig gekoppelt sind, und die Ausgleichsmasse 2 beim Drehen des Antriebsmittels 3 von diesem zwangsangetrieben und axial hin und her bewegt wird.
Gegenüber dem Antriebsmittel 3 der Fig. 2 - 4 weist der Nocken 31 der Fig. 7 jedoch eine kurvige Kontur 35 auf, nämlich die Kontur 35 eines Gleichdicks.
Analog zur Fig. 5 zeigt die Fig. 7 a) die Ausgleichsmasse 2 an einem Ausgangspunkt 20 bei einem Umdrehungswinkel von 0° des Antriebsmittels 3. Die Fig. 7 b) zeigt die Ausgleichsmasse 2 nach einer Teilumdrehung des Antriebsmittels 3, durch die sich die Ausgleichsmasse 2 gegenüber dem Ausgangspunkt 20 axial um einen Auslenkungsbetrag 201 in eine Bewegungsrichtung 5 verschoben hat.
Bei der Ausführungsform der Fig. 7 führt eine harmonische Drehung des Antriebsmittels 3 zu einer unharmonischen Schubbewegung der Ausgleichsmasse 2. Der Verlauf der Schwingung 100 der Ausgleichsmasse 2 mit der Zeit ist mul- tifrequent. Fig. 10 b) zeigt den Verlauf der Bewegung 100 der Ausgleichsmasse 2 bei einer 360°- Umdrehung des Antriebsmittels 3 um die Exzenterachse 33. Auf der horizontalen Achse 101 ist der Umdrehungswinkel [in °] und auf der vertikalen Achse 102 die Auslenkung [in mm] der Ausgleichsmasse 2 gezeigt.
Der Verlauf der Bewegung 100 der Ausgleichsmasse 2 bei einer 360°- Umdrehung des Antriebsmittels 3 um die Exzenterachse 33 zeigt einen steileren Anstieg und Ruhephasen.
Der Nocken 31 ist vorzugsweise an der Exzenterwelle 32 des Elektrowerkzeugs 7 angeordnet.
Die Fig. 8 zeigt analog zur Fig. 7 ein Antriebsmittel 3 mit einem Nocken 31 , wobei die Ausgleichsmasse 2 eine Ausnehmung 21 aufweist, in die der Nocken 31 eingreift.
Jedoch weist der Nocken 31 der Fig. 8 eine andere kurvenförmige Kontur 35 auf, und weiterhin weist die Ausnehmung 21 eine den Verlauf der Bewegung 100 der Ausgleichsmasse 2 beeinflussende Kontur 25 auf. Auch mit dieser Ausführungsform lassen sich daher nahezu beliebige Bewegungsverläufe 100 der Ausgleichsmasse 2 ermöglichen. Innerhalb einer 360°- Umdrehung des Antriebsmittels 3 in Drehrichtung 4 um die Exzenterachse 33 können daher sowohl rücklaufende Bewegungen als auch Schwingungsformen mit mehreren Frequenzanteilen realisiert werden.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, dessen Antriebsmittel 3 als Mittel zur Kopplung 31 1 eine Nut mit einer kurvenförmigen Kontur 35 aufweist. Als Gegenmittel zur Kopplung 21 1 weist die Ausgleichsmasse 2 eine Stift auf. Die Begriffe Nut und Mittel zur Kopplung 31 1 sowie die Begriffe Stift und Mittel zur Gegenkopplung 21 1 werden daher für die Fig. 9 synonym verwendet.
Der Abstand der Kontur 35 der Nut 31 1 des Antriebsmittels 3 der Fig. 9 zur Exzenterachse 33 variiert. Daher kann bei dieser Ausführungsform ein nahezu beliebiger Bewegungsverlauf 100 der Ausgleichsmasse 2 erzeugt werden. Die Fig. 10 d) zeigt beispielhaft einen Verlauf der Bewegung 100 der Ausgleichsmasse 2. Innerhalb einer 360°- Umdrehung des Antriebsmittels 3 in Drehrichtung 4 um die Exzenterachse 33 können durch die kurvenförmig verlaufende Kontur 35 der Nut 31 1 sowohl eine rücklaufende Bewegung als auch eine Schwingungsform mit mehreren Frequenzanteilen realisiert werden.
Die Nut 31 1 ist bevorzugt in der Exzenterscheibe 10 des Elektrowerkzeugs 7 angeordnet, beispielsweise eingefräst. Dadurch kann das Antriebsmittel 3 sehr platzsparend und mit minimalem Bauteileaufwand sehr kostengünstig im Elekt- rowerkzeug 7 integriert werden. Um die Gleit- und Abwälzverhältnisse des Stiftes
21 1 in der Nut 31 1 zu verbessern, kann der Stift 21 1 beispielsweise mit einer Hülse oder einem drehbaren Lager versehen werden.
Alternativ zu der Ausführungsform mit einer Nut als Mittel zur Kopplung 31 1 , in die ein Stift als Gegenmittel zur Kopplung 21 1 eingreift, ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei der ein Umgreifelement, beispielsweise mit einer U- förmigen Form, einen Steg umgreift.