EP2504603A1

EP2504603A1 - Gesteuerter schwingungstilger

Info

Publication number: EP2504603A1
Application number: EP10768900A
Authority: EP
Inventors: Willy Braun
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2012-10-03
Also published as: DE102009047111A1; US20120286461A1; CN102667221A; WO2011064031A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwingungsreduktionssystem (2) für ein Elektrowerkzeug (1), mit einer ersten Masse (51), die an einer Elastizität (6, 61, 62) angeordnet ist, wobei die erste Masse (51) zur Reduktion von Gehäuseschwingungen (100) für eine Relativbewegung gegenüber einem Gehäuse (13) des Elektrowerkzeugs (1) vorgesehen ist, wobei das Schwingungsreduktionssystem (2) eine zweite Masse (52) umfasst und wobei die zweite Masse (52) in Abhängigkeit von der Relativbewegung der ersten Masse (51) gegenüber dem Gehäuse (13) antreibbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Elektrowerkzeug (1) mit einem erfindungsgemäßen Schwingungsreduktonssystem (2).

Description

Beschreibung Titel

Gesteuerter Schwingungstilger Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwingungsreduktionssystem für ein Elekt- rowerkzeug, mit einer ersten Masse, die an einer Elastizität angeordnet ist, wobei die erste Masse zur Reduktion von Gehäuseschwingungen für eine Relativbewe- gung gegenüber einem Gehäuse des Elektrowerkzeugs vorgesehen ist, und das

Schwingungsreduktionssystem eine zweite Masse umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Elektrowerkzeug mit einem erfindungsgemäßen Schwingungsreduktionssystem. Durch Inkrafttreten der gesetzlichen Forderung, bei Verwendung von Elektro- werkzeugen das täglich zulässige Arbeitspensum an die auf den Bediener einwirkende, körperliche 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 werden, 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 angetrieben wird. Auf der horizontalen Achse 101 ist der Umdrehungswinkel [in °] dargestellt, auf der vertikalen Achse 102 die Auslenkung

[in mm] des Gehäuses. Die vibrationsgenerierende Gehäuseschwingung 100 ist aus mehreren Frequenzanteilen zusammengesetzt. Die Hauptfrequenz ist aus der periodischen Beschleunigung des Schlägers 81 abgeleitet. Die Fig. 1 zeigt jedoch, dass der Auslenkung, die durch die periodische Beschleunigung des Schlägers 81 verursacht ist, noch weitere Frequenzanteile aus anderen Vibrationsquellen, z.B. aus den Stoß- und Rückstoßvorgängen der Schlagkette sowie von unausgeglichenen Massenkräften des Antriebes, überlagert sind. Denn die Gehäuseschwingung 100 verläuft nicht im Wesentlichen sinusförmig mit der Hauptfrequenz, sondern dem sinusförmigen Verlauf mit Hauptfrequenz sind wei- tere 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.

Eine optimale Reduzierung der Gehäuseschwingung wird erreicht, wenn ein Schwingungsreduktionssystem der in Fig. 1 dargestellten Gehäuseschwingung möglichst exakt entgegenwirkt.

In der Praxis erfolgt die Erzeugung von Gegenkräften, die den Gehäusevibrationen entgegenwirken, beispielsweise mit Hilfe von Tilgern.

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. Die Federsteifigkeit eines Tilgers wird möglichst so gewählt, dass die resultierende Tilgereigenfrequenz in der Nähe der größten störenden Vibrationsfrequenz des Gehäuses liegt. Nachteilig daran ist, dass die Schwingungstilgung je nach Größe und Tilgerdämpfung und dem Verhältnis zwischen Tilger- und Gerätemas- se nur in einem relativ schmalen Frequenzbereich effektiv wirkt. Außerhalb dieses Wirkbereiches kann es sogar zu einer Erhöhung der Schwingungsamplituden kommen.

Um einen breiteren Frequenzbereich abzudecken und die Tilgungswirkung zu verstärken, ist es auch bekannt, mehrere Tilger einzusetzen.

Die Druckschrift EP 1 415 768 A1 offenbart einen Schwingungstilger für ein Elektrowerkzeug, der mindestens eine Masse umfasst, die in mindestens eine Raumrichtung beweglich ist. Die Masse ist an einer Feder angeordnet, deren Fe- derkonstante auf die Schwingungen des Werkzeugs in der Raumrichtung abgestimmt ist.

Um die Tilgerfrequenz besser an die Hauptvibrationsfrequenz anzupassen, sind auch aktive Tilgersysteme bekannt. Beispielsweise ist bei Elektrowerkzeugen mit Schlagwerksbaugruppe die Hauptvibrationsfrequenz die Schlagfrequenz des

Schlagwerkes. Dann werden die Schwingungstilger zusätzlich vom Exzentertrieb oder, wie die Druckschrift EP 1 464 449 A1 offenbart, von einer vom Schlagwerk verursachten Druckdifferenz angetrieben. Den bisher bekannten Schwingungstilgern ist jedoch gemein, dass ihre Masse-

Federsysteme nur in ihrem begrenzten Frequenzbereich effektiv wirksam sind.

Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schwingungsreduktionssystem zu schaffen, dessen Wirkbereich vergrößert ist, so dass eine Gehäuseschwingung eines Elektrowerkzeugs mit dem Schwingungsreduktionssystem effektiver verringerbar ist, und das sehr kompakt gebaut ist, so dass es platzsparend im Elektrowerkzeug integrierbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektrowerk- zeug mit einem solchen Schwingungsreduktionssystem bereit zu stellen. Die Aufgabe wird gelöst mit einem Schwingungsreduktionssystem für ein Elekt- rowerkzeug, mit einer ersten Masse, die an einer Elastizität angeordnet ist, wobei die erste Masse zur Reduktion von Gehäuseschwingungen für eine Relativbewe- gung gegenüber einem Gehäuse des Elektrowerkzeugs vorgesehen ist, wobei das Schwingungsreduktionssystem eine zweite Masse umfasst, wobei die zweite Masse in Abhängigkeit von der Relativbewegung der ersten Masse gegenüber dem Gehäuse steuerbar ist. Eine Gehäuseschwingung ist durch eine Erzeugung von Gegenkräften mit gleichem Betrag und gleicher Wirkrichtung kompensierbar. Indem die zweite Masse erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Relativbewegung der ersten Masse gegenüber dem Gehäuse steuerbar ist, sind der Betrag und/oder die Richtung der zweiten Masse so einstellbar, dass die Summe der mittels der ersten Masse und der zweiten Masse erzeugten Gegenkräfte die Gehäuseschwingung besser verringern oder sogar im Wesentlichen kompensieren.

Bevorzugt ist dabei die Amplitude, Frequenz und/oder Phasenlage der zweiten Masse von der Amplitude, Frequenz und/oder Phasenlage der ersten Masse verschieden. Die erste Masse führt daher eine erste Gegenschwingung und die zweite Masse führt daher eine zweite Gegenschwingung aus, die voneinander verschieden sind. Der Wirkbereich des erfindungsgemäßen Schwingungsredukti- onssystems mit der ersten sowie der zweiten Masse ist daher gegenüber dem Wirkbereich eines Schwingungsreduktionssystems mit einer einzigen Masse vergrößert.

Insbesondere ist durch Überlagerung einer niederfrequenten Schwingung, beispielsweise der ersten Masse, mit einer insbesondere phasenverschobenen, hö- herfrequenten Schwingung, insbesondere eines anderen Betrages, beispielsweise der zweiten Masse, die Gehäuseschwingung sehr genau approximierbar, so dass die mittels der ersten und zweiten Masse erzeugten Gegenkräfte die Gehäuseschwingung sehr gut kompensieren. Die zweite Masse ist daher bevorzugt für eine Relativbewegung gegenüber dem Gehäuse und/oder der ersten Masse vorgesehen. Mit dem erfindungsgemäßen Schwingungsreduktionssystem ist daher nicht nur eine durch eine unifrequente zyklisch erfolgende Bewegung eines Bauteils, insbesondere eines Schlägers einer Schlagwerksbaugruppe, hervorgerufene Schwingung kompensierbar. Sondern aufgrund der Überlagerung von Schwingungen weiterer Frequenzanteile zur Schwingung mit Grundfrequenz sind mit dem erfindungsgemäßen Schwingungsreduktionssystem auch multifrequente Gehäuseschwingungen kompensierbar, die insbesondere durch weitere Schwingungsquellen hervorgerufen sind, wie beispielsweise durch Stoß- oder Rückstoßvorgänge einer Schlagkette, durch Spiel zwischen Bauteilen, durch nichtlineare Elastizitätsverläufe, durch nur näherungsweise harmonische Reaktionskräfte des Schlagwerks oder durch unausgeglichene Massenkräfte des Antriebs.

Dabei bedeutet multifrequent im Sinne der Erfindung eine Schwingung, die durch Fourier- Analyse in eine sinusförmige Schwingung mit einer Grundfrequenz und zumindest einer Oberschwingung zerlegbar ist, wohingegen eine unifrequente Schwingung durch Fourier- Analyse in eine sinusförmige Schwingung zerlegbar ist, die mit der Grundfrequenz schwingt.

Vorzugsweise erstreckt sich die Elastizität im Wesentlichen in einer Hauptwirkrichtung einer die Gehäuseschwingung maßgeblich hervorrufenden Vibrationsquelle. Eine solche die Gehäuseschwingung maßgeblich hervorrufende Vibrationsquelle ist beispielsweise eine Schlagwerksbaugruppe beispielsweise eines Schlaghammers, wobei die Hauptwirkrichtung dann die Schlagrichtung der Schlagwerksbaugruppe ist.

Vorzugsweise führt die erste Masse eine im Wesentlichen lineare Bewegung aus, so dass die erste Masse in eine erste Wirkrichtung wirkt.

Weiterhin bevorzugt weist das Schwingungsreduktionssystem, insbesondere die erste Masse, ein Begrenzungsmittel auf, mit dem die Bewegung der zweiten Masse, insbesondere ihr Betrag und/oder ihre Richtung, begrenzbar ist. Ein solches Begrenzungsmittel ist bevorzugt ein Rand oder eine Kulisse. In dem Fall, dass die erste Masse das Begrenzungsmittel aufweist, ist dieses bevorzugt eine Umrandung, die einen Innenraum begrenzt, in dem die zweite Masse angeordnet ist. Bevorzugt führt auch die zweite Masse eine im Wesentlichen lineare Bewegung aus, so dass die zweite Masse in eine zweite Wirkrichtung wirkt.

Vorzugsweise ist die erste Wirkrichtung zu der zweiten Wirkrichtung winkelig angeordnet. Dadurch sind mit einem erfindungsgemäßen Schwingungsreduktions- system auch Gehäuseschwingungen kompensierbar, die in verschiedene Wirkrichtungen wirken.

Besonders bevorzugt wirkt zumindest die erste Masse oder die zweite Masse in und entgegen der Hauptwirkrichtung der die Gehäuseschwingung maßgeblich hervorrufenden Vibrationsquelle. Dadurch kompensiert zumindest die erste Masse oder die zweite Masse die maßgebliche Gehäuseschwingung zumindest teilweise.

Ebenfalls bevorzugt wirkt sowohl die erste als auch die zweite Masse in oder entgegen der Hauptwirkrichtung. In diesem Fall ist der Verlauf der Gegenschwingungen der beiden Massen sehr gut an den Verlauf der durch die maßgebliche Vibrationsquelle hervorgerufenen Gehäuseschwingung abstimmbar, so dass diese sehr gut kompensierbar ist. Außerdem ist das Schwingungsreduktionssystem sehr kompakt herstellbar.

Das Schwingungsreduktionssystem umfasst bevorzugt ein Kopplungsbauteil, welches mit einem Gegenkopplungsbauteil der zweiten Masse so zusammenwirkt, dass die Bewegung der ersten Masse in die im Wesentlichen lineare Bewegung der zweiten Masse gewandelt wird. Das Kopplungsbauteil ist mit dem Gegenkopplungsbauteil bevorzugt form- und/oder kraftschlüssig gekoppelt. Ein erfindungsgemäßes Schwingungsreduktionssystem ist daher durch eine Vielzahl von Ausführungsformen realisierbar.

Das Kopplungsbauteil ist bevorzugt ein Führungsmittel, wobei das Gegenkopplungsbauteil ebenfalls bevorzugt ein Aufnahmemittel ist, oder umgekehrt. Durch Zusammenwirken des Führungsmittels mit dem Aufnahmemittel ist die Bewegungsübertragung sichergestellt. Das Aufnahmemittel ist vorzugsweise als Nut, Einbuchtung, Steg oder Ausnehmung ausgebildet. Weiterhin bevorzugt ist das Führungsmittel als Nocken, Stift, Bolzen, Ausbuchtung oder Steg ausgebildet. Die Aufzählungen sind weder für das Aufnahmemittel noch für das Führungsmittel abschließend. Sondern es sind andere Kopplungsbauteile sowie Gegenkopplungsbauteile verwendbar, die bei

Zusammenwirken eine sichere Bewegungsübertragung gewährleisten.

Um die Gleit- und Abwälzverhältnisse des Führungsmittels mit dem Aufnahmemittel zu verbessern, ist das Führungsmittel und/oder das Aufnahmemittel bevor- zugt mit einem Drehmittel versehen, beispielsweise einer Hülse, einem Rad oder einem drehbaren Lager.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Masse zwangsangetrieben. Dadurch ist die Bewegungsübertragung zwischen der ersten Masse und der zweiten Masse auch bei hohen Reaktionskräften und hoher Betriebsfrequenz eindeutig. Außerdem werden keine zusätzlichen Andruckmittel wie beispielsweise Federn benötigt. Zudem muss keine Energie, die für die Andruckkraft oder aufgrund von Reibung und zusätzlichen Verschleißeffekten benötigt wird, durch die Motorleistung zur Verfügung gestellt werden.

Vorzugsweise umfasst das Schwingungsreduktionssystem zumindest ein erstes Getriebebauteil, welches mit dem Kopplungsbauteil zusammenwirkt. Das erste Getriebebauteil bewirkt, dass die Relativbewegung der ersten Masse gegenüber dem Gehäuse in eine im Wesentlichen lineare Bewegung der zweiten Masse gewandelt wird. Der Fachmann versteht, dass die Anzahl der Getriebebauteile des Schwingungsreduktionssystems variabel ist. Daher ist in einer bevorzugten Ausführungsform das Kopplungsbauteil am ersten Getriebebauteil angeordnet beziehungsweise wirkt unmittelbar mit dem ersten Getriebebauteil zusammen, oder in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind ein oder mehrere wei- tere Getriebebauteile vorgesehen, die mit dem ersten Getriebebauteil sowie dem

Kopplungsbauteil zusammenwirken, so dass das erste Getriebebauteil mittelbar mit dem Kopplungsbauteil zusammenwirkt.

Das erste Getriebebauteil ist bevorzugt an der ersten Masse gelagert, so dass das Schwingungsreduktionssystem sehr kompakt aufgebaut ist. Weiterhin bevor- zugt sind auch die weiteren Getriebebauteile zumindest teilweise an der ersten Masse gelagert, um Bauraum zu sparen.

Vorzugsweise umfasst das erste Getriebebauteil ein Verbindungsmittel, und das Gehäuse ein zum Verbindungsmittel korrespondierendes Gegenverbindungsmittel, die zusammenwirken, so dass das erste Getriebebauteil eine zur Relativbewegung zwischen der ersten Masse und dem Gehäuse korrespondierende Bewegung ausführt. Als Verbindungsmittel sowie als Gegenverbindungsmittel sind eine Verzahnung sowie eine Gegenverzahnung bevorzugt, da diese eine sichere Bewegungsübertragung gewährleisten und einfach und kostengünstig herstellbar sind. Der Fachmann versteht, dass auch andere Verbindungsmittel, die insbesondere eine form- und/oder kraftschlüssige Bewegungsübertragung gewährleisten, verwendbar sind, beispielsweise eine Verbindung mittels eines Nockens oder einer Nut.

Besonders bevorzugt ist das erste Getriebebauteil an der ersten Masse drehbar gelagert, so dass die zur Relativbewegung zwischen der ersten Masse korrespondierende Bewegung des ersten Getriebebauteils eine Drehbewegung um eine Getriebebauteilachse ist. Der Fachmann versteht, dass Getriebebauteile ver- wendbar sind, die eine vollständige Umdrehung um ihre Getriebebauteilachse ausführen, oder es sind weiterhin Getriebebauteile verwendbar, die eine Teilumdrehung um ihre Getriebebauteilachse ausführen.

Sofern das Gehäuse aufgrund einer zyklischen hin und her Bewegung einer maßgeblichen Vibrationsquelle zyklisch in und entgegen einer Hauptwirkrichtung schwingt, ist auch die Relativbewegung zwischen der ersten Masse und der Gehäuseschwingung eine zyklisch in und entgegen der Hauptwirkrichtung schwingende Bewegung. Der Fachmann versteht, dass durch Form und Anordnung des ersten Getriebebauteils sowie weiterer Getriebebauteile und des Kopplungsbau- teils sowie des Gegenkopplungsbauteils die zyklische Relativbewegung sowohl in eine harmonische und daher unifrequente Schwingung der zweiten Masse, als auch in eine unharmonische und daher multifrequente Schwingung der zweiten Masse wandelbar ist. Bevorzugt weist zumindest ein Getriebebauteil, das Kopplungsbauteil und/oder das Gegenkopplungsbauteil eine Kontur auf, die insbeson- dere kurvenförmig ist. Die Anpassung der Kontur, insbesondere ihrer Steigung, ermöglicht daher sowohl eine mehrfach hin- und her schwingende Bewegung der zweiten Masse als auch Ruhepunkte der Bewegung. Weiterhin ermöglicht eine solche Kontur, die Bewegung der Ausgleichsmasse zu beschleunigen und Stoßvorgänge mit der zweiten Masse auszuführen. Ebenso ermöglicht die Kontur eine zeitliche Dehnung von Vor- und Rückbewegungen der zweiten Masse. Daher können sowohl phasenverschobene Gehäuseschwingungen als auch Beschleu- nigungs- und Stoßvorgänge, die beispielsweise durch eine Schlagwerksbaugruppe verursacht sind, sehr gut ausgeglichen werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Steuerungsmittel zur

Steuerung der Relativbewegung der zweiten Masse gegenüber der ersten Masse und/oder dem Gehäuse vorgesehen, welches kraft- und/oder formschlüssig mit der zweiten Masse zusammenwirkt. Das Steuerungsmittel ermöglicht eine dynamische Anpassung der Bewegung der zweiten Masse auch während des Betrie- bes an den augenblicklichen Betriebszustand des Elektrowerkzeugs, in dem das

Schwingungsreduktionssystem vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich ermöglicht das Steuerungsmittel auch eine Steuerung der zweiten Masse unabhängig vom Betriebspunkt des Elektrowerkzeugs. Das Steuerungsmittel ist bevorzugt elektrisch steuerbar, insbesondere in Abhängigkeit von betriebsrelevanten Größen, oder unabhängig von betriebsrelevanten Größen. Betriebsrelevante Größen sind dabei beispielsweise die Gehäuseschwingung, die Drehzahl und/oder der Drehwinkel des Antriebsmotors des Elektrowerkzeugs, durch einen Bediener einstellbare Größen der Maschine oder Weitere. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, die Schwingung der ersten

Masse, insbesondere ihre Frequenz, als betriebsrelevante Größe zu berücksichtigen, insbesondere um eine Erhöhung der Schwingungsamplituden zu vermeiden, wenn der effektive Frequenzbereich der ersten Masse überschritten wird. Der Fachmann versteht, dass zur Berücksichtigung betriebsrelevanter Größen eine Erfassung der betriebsrelevanten Größen erforderlich ist, beispielsweise mittels eines Sensors. Die Steuerung oder insbesondere adaptive Regelung des Steuerungsmittels ist nach Erfassung der betriebsrelevante Größe und ihrer Auswertung beispielsweise mittels einer mikroprozessorbasierten Einheit mög- lieh. Sie kann aber auch als elektrische Schaltung, insbesondere integrierte Schaltung, beispielsweise als ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ausgebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuerungsmittel ein Pin, der vorgesehen ist, um in eine oder mehrere Einbuchtungen der zweiten Masse ein zu greifen. In dieser Ausführungsform ermöglicht das Steuerungsmittel ein Stoppen der Bewegung der zweiten Masse. Weiterhin bevorzugt ist die zweite Masse in einer solchen Ruhephase an die erste Masse gekoppelt, so dass sie gemeinsam mit der ersten Masse eine Relativbewegung gegenüber dem Gehäuse ausführt.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Elektrowerkzeug mit einem erfindungsgemäßen Schwingungsreduktionssystem. Das Schwingungsreduktionssys- tem ermöglicht eine sehr effektive Verringerung der Gehäuseschwingung des Elektrowerkzeugs.

Bevorzugt ist die Elastizität am Gehäuse des Elektrowerkzeugs gelagert. Dadurch ermöglicht ein einziges an der ersten Masse gelagertes erstes Getriebebauteil das Erfassen der Relativbewegung der ersten Masse gegenüber dem Gehäuse.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.

Fig. 1 zeigt eine Gehäuseschwingung eines Elektrowerkzeugs,

Fig. 2 zeigt schematisch ein Elektrowerkzeug mit einem erfindungsgemäßen Schwingungsreduktionssystem,

Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sch- wingungsreduktionssystems, zeigt einen Ausschnitt aus dem Schwingungsreduktionssystem der Fig. 3, und Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingungsreduktionssystems.

Fig. 1 zeigt, wie oben bereits beschrieben, eine Gehäuseschwingung 100 eines Elektrowerkzeugs 1. Weiterhin zeigt die Fig. 1 beispielhaft zwei sinusförmige

Schwingungen 103, 104, aus deren Überlagerung sich die Gehäuseschwingung 100 ergibt. Beispielsweise wird die erste der beiden sinusförmigen Schwingungen 103 von einer ersten Masse 51 und die zweite der beiden sinusförmigen Schwingungen 104 von einer zweiten Masse 52 eines erfindungsgemäßen Schwingungsreduktionssystems 2 ausgeführt. Dadurch ist die Gehäuseschwingung 100 kompensierbar.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Elektrowerkzeug 1 mit einem erfindungsgemäßen Schwingungsreduktionssystem 2.

Als Elektrowerkzeug 1 ist hier beispielhaft ein Bohrhammer gezeigt, der eine Schlagwerksbaugruppe 3 umfasst. Eine Schlagwerksbaugruppe 3 ist eine Vibrationsquelle, die die Gehäuseschwingung 100 maßgeblich bestimmt. Im Folgenden wird der Begriff Bohrhammer synonym für das Elektrowerkzeug 1 verwendet.

In der Schlagwerksbaugruppe 3 ist ein Schläger 121 vorgesehen, der über ein Pleuel 12, welches mittels eines Exzenterpins 1 1 exzentrisch an einer Exzenterscheibe 10 gelagert ist, die sich um eine Exzenterachse 9 dreht, linear angetrieben ist.

Die Exzenterscheibe 10 ist mittels eines ebenfalls um die Exzenterachse 9 drehbaren Zahnrades 23 antreibbar, welches mit einem Antriebsritzel 22 in Eingriff ist, das drehfest an einer Antriebswelle 21 eines Antriebsmotors 20 des Elektrowerkzeugs 1 angeordnet ist.

Bei Drehung der Exzenterscheibe 10 in eine Drehrichtung 8 um die Exzenterachse 9 wird der Schläger 121 der Schlagwerksbaugruppe 3 in einer Schlagrichtung 4 hin und her bewegt. Die Schlagrichtung 4 ist daher die Hauptwirkrichtung der Schlagwerksbaugruppe 3. Im Folgenden werden daher die Begriffe Schlagrich- tung 4 und Hauptwirkrichtung synonym verwendet. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf Elektrowerkzeuge 1 mit Schlagwerksbaugruppe 3 beschränkt, sondern auch für andere Elektrowerkzeuge 1 verwendbar, beispielsweise auf Bohrmaschinen, Stichsägen oder ähnlich, die eine andere oder keine die Gehäuseschwingung 100 maßgeblich hervorrufende Vibrationsquelle umfassen.

Der Bohrhammer 1 weist eine Deckelbaugruppe 14 auf, in der ein erfindungsgemäßes Schwingungsreduktionssystem 2 angeordnet ist. Das Schwingungsreduk- tionssystem 2 hat die Aufgabe, Vibrationen eines Gehäuses 13 des Bohrhammers 1 zu verringern oder sogar auszugleichen. Die Gehäusevibrationen 100 sind beispielsweise durch die Schlagwerksbaugruppe 3, aber auch durch andere Vibrationsquellen, z.B. aus Stoß- und Rückstoßvorgängen einer Schlagkette oder von unausgeglichenen Massen kräften eines Antriebes, verursacht.

Fig. 3 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingungsreduktionssystems 2.

Das Schwingungsreduktionssystem 2 weist eine erste Masse 51 auf, die an einer Elastizität 6, hier an einer Spiralfeder, angeordnet ist. Die Elastizität 6 ist am Gehäuse 13 des Elektrowerkzeugs 1 gelagert und erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Schlagrichtung 4 der Schlagwerksbaugruppe 3 (s. Fig. 2). Bei Vibration des Gehäuses 13 wird die erste Masse 51 daher zu einer ersten Schwingung 103 angeregt, wobei sich die erste Masse 51 in oder entgegen der Schlagrichtung 4 der Schlagwerksbaugruppe 3 (s. Fig. 2) bewegt. Aufgrund der Trägheit der ersten Masse 51 ist die erste Schwingung 103 der ersten Masse 51 zur Gehäuseschwingung 100 zeitlich versetzt. Es besteht daher eine Relativbewegung zwischen der ersten Masse 51 und dem Gehäuse 13.

An der ersten Masse 51 ist ein erstes Getriebebauteil 7 gelagert, welches ein Verbindungsmittel 71 aufweist, hier eine Verzahnung. Im Rahmen der Figurenbeschreibung zur Fig. 3 und Fig. 4 werden daher die Begriffe Verbindungsmittel 71 und Verzahnung synonym verwendet. Am Gehäuse 13 ist ein zum Verbindungsmittel 71 korrespondierendes Gegenverbindungsmittel 131 , hier eine Gegenverzahnung, angeordnet. Daher werden die Begriffe Gegenverbindungsmittel 131 und Gegenverzahnung im Rahmen der Figurenbeschreibung zur Fig. 3 und Fig. 4 synonym verwendet.

Das erste Getriebebauteil 7 ist so an der ersten Masse 51 angeordnet, dass die Verzahnung 71 des Übertragungsmittels 7 mit der Gegenverzahnung 131 des Gehäuses 13 in Eingriff ist. Das erste Getriebebauteil 7 ist hier aus einem ersten Stirnrad gebildet, welches um eine erste Drehachse 151 , welche hier quer zur Schlagrichtung 4 der Schlagwerksbaugruppe 3 (s. Fig. 2) verläuft, drehbar gelagert ist. Im Rahmen der Figurenbeschreibung zur Fig. 3 und Fig. 4 werden daher die Begriffe erstes Getriebebauteil 7 und erstes Stirnrad synonym verwendet.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Schwingungsreduktionssystem 2 der Fig. 3. Sichtbar ist hier, dass die Verzahnung 71 des ersten Stirnrades 7 mit einer zweiten Verzahnung 161 eines zweiten Getriebebauteils 16, hier eines zweiten Stirnrades, welches ebenfalls an der ersten Masse 51 angeordnet ist, in Eingriff ist. Im Rahmen der Figurenbeschreibung zur Fig. 3 und Fig. 4 werden daher die

Begriffe zweites Getriebebauteil 16 und zweites Stirnrad synonym verwendet.

Das zweite Stirnrad 16 ist um eine zweite Drehachse 152, die im Wesentlichen parallel der ersten Drehachse 151 verläuft, drehbar gelagert.

Am zweiten Stirnrad 16 ist ein Kopplungsbauteil 162 vorgesehen, hier ein Stift, der exzentrisch um die zweite Drehachse 152 drehbar angeordnet ist. Im Rahmen der Figurenbeschreibung der Fig. 3 und Fig. 4 werden daher die Begriffe Kopplungsbauteil 162 und Stift synonym verwendet.

In der Fig. 3 ist eine zweite Masse 52 des Schwingungsreduktionssystems 2 gezeigt, welche an der von der ersten Masse 51 abgewandten Seite des ersten Stirnrades 7 und des zweiten Stirnrades 16 angeordnet ist. Als zum Stift 162 des zweiten Stirnrades 16 korrespondierendes Gegenkopplungsbauteil 521 ist in der zweiten Masse 52 eine Ausnehmung vorgesehen, in die der Stift 162 eingreift. Im Rahmen der Figurenbeschreibung der Fig. 3 und Fig. 4 werden daher die Begriffe Gegenkopplungsbauteil 521 und Ausnehmung synonym verwendet.

Da die Verzahnung 71 des ersten Stirnrades 7 mit der Gegenverzahnung 131 des Gehäuses 13 in Eingriff ist, kämmen die Verzahnung 7 und die Gegenverzahnung 131 bei einer Relativbewegung der ersten Masse 51 gegenüber dem Gehäuse 13 miteinander, so dass sich das erste Stirnrad 7 um die erste Drehachse 151 dreht. Die Verzahnung 71 des ersten Stirnrades 7 ist weiterhin mit der zweiten Verzahnung 161 des zweiten Stirnrades 16 in Eingriff, so dass die Ver- zahnung 71 und die zweite Verzahnung 161 bei Drehung des ersten Stirnrades 7 ebenfalls miteinander kämmen. Dabei wird das zweite Stirnrad 16 um die zweite Drehachse 152 gedreht, so dass sich der Stift 162 exzentrisch um die zweite Drehachse 152 dreht. Der Stift 162 ist in der Ausnehmung 521 der zweiten Masse 52 so angeordnet, dass die zweite Masse 52 bei einer Drehung des Stifts 162 um die zweite Drehachse 152 mitgenommen wird. Dadurch bewegt sich die zweite Masse 52 in der Schlagrichtung 4 der Schlagwerksbaugruppe 3 (s. Fig. 2) hin und her. Der Stift 162 verbindet daher das erste Stirnrad 7 mit der zweiten Masse 52 so, dass sich die zweite Masse 52 im Wesentlichen linear bewegt. Die zweite Masse 52 bewegt sich daher relativ zur ersten Masse 51 und/oder dem Gehäuse 13.

Um die zweite Masse 52 mit dem ersten Getriebebauteil 7 zu verbinden, so dass die Drehung des ersten Getriebebauteils 7 in eine im Wesentlichen linear verlau- fende Bewegung der zweiten Masse 52 gewandelt wird, ist es auch bevorzugt, das Kopplungsbauteil 162 unmittelbar am ersten Getriebebauteil 7, also dem ersten Stirnrad 7, anzuordnen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Kopplungsbauteil 162 als Nocken oder als eine Nut ausgeführt ist, wobei als Gegenkopplungsbauteil 521 beispielsweise ein an der zweiten Masse 52 angeordnete Stift genutzt wird, um am Nocken entlang geführt zu werden, oder um in die Nut einzugreifen und in dieser geführt zu werden.

Sowohl die erste Masse 51 als auch die zweite Masse 52 erstrecken sich im Wesentlichen flächig. Dadurch ist es möglich, dass das erste Getriebebauteil 7 so- wie weitere Getriebebauteile 16 im Bereich der ersten Masse 51 angeordnet sind. Die zweite Masse 52 ist dabei bevorzugt ebenfalls im Bereich der ersten Masse 51 angeordnet, und zwar auf der der ersten Masse 51 abgewandten Seite des oder der Getriebebauteile 7, 16. Bevorzugt erstrecken sich die erste und die zweite Masse 51 , 52 im Wesentlichen parallel zueinander. Das Schwingungsre- duktionssystem 2 ist daher sehr flach herstellbar und sehr gut an die Einbaugegebenheiten anpassbar.

Vorzugsweise ist die Bewegung der ersten Masse 51 durch das Gehäuse 13 des Elektrowerkzeugs 1 begrenzt. Ebenfalls bevorzugt begrenzt die erste Masse 51 und/oder das Gehäuse 13 des Elektrowerkzeugs 1 die Bewegung der zweiten

Masse 52. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Masse 51 eine Begrenzungsmittel 51 1 auf, hier eine Umrandung 51 1 , das einen Innenraum 512 (s. Fig. 4) begrenzt. Dabei ist die zweite Masse 52 sowie sind die Getriebebauteile 7, 16 im Innenraum der ersten Masse 52 angeordnet, so dass die Umrandung 51 1 der ersten Masse 51 die Bewegung der zweiten Masse 52 begrenzt.

Es sind auch andere Kopplungs- und Gegenkopplungsbauteile 162, 521 denkbar, die sicherstellen, dass die Bewegung des ersten Getriebebauteils 7 in die gewünschte, insbesondere im Wesentlichen lineare, Bewegung der zweiten Mas- se 52 gewandelt wird.

Dabei ist der Bewegungsablauf der zweiten Masse 52 von der Form und Anzahl der Getriebebauteile 7, 16, der Form der Kopplungs- und/oder Gegenkopplungsbauteile 162, 521 und/oder ihrer Exzentrizität abhängig. Insbesondere weist die Form zumindest eines der Getriebebauteile 7, 16, des Kopplungsbauteils 162 und/oder des Gegenkopplungsbauteils 521 eine Kontur, insbesondere eine kurvige Kontur auf, so dass die Bewegung der zweiten Masse 52 harmonisch oder unharmonisch verläuft. Bei einer unharmonischen Bewegung der zweiten Masse 52 umfasst diese beispielsweise Beschleunigungen und/oder Ruhephasen.

Der Fachmann versteht, dass die lineare Bewegung der zweiten Masse 52 auch in eine in einem Winkel zur Schlagrichtung 4 verlaufende Richtung möglich ist. Weiterhin ist auch denkbar, dass die erste Masse 51 nicht in Schlagrichtung 4 hin und her bewegt wird, sondern in eine in einem Winkel zur Schlagrichtung 4 ver- laufende Richtung. Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingungsreduktionssystems 2. In dieser Ausführungsform ist die erste Masse 51 mittels einer ersten Elastizität

61 und einer zweiten Elastizität 62 am Gehäuse 13 des Elektrowerkzeugs 1 gelagert. Auch die erste und die zweite Elastizität 61 , 62 erstrecken sich im Wesentlichen in Schlagrichtung 4 der Schlagwerksbaugruppe 3 (s. Fig. 2), so dass die erste Masse 51 zu einer Schwingung vorgesehen ist, die in und entgegen der Schlagrichtung 4 verläuft. Weiterhin ist auch hier die zweite Masse 52 in einem

Innenraum 512 der ersten Masse 51 angeordnet, der durch eine Umrandung 51 1 der ersten Masse 51 begrenzt ist.

Weiterhin sieht auch diese Ausführungsform des Schwingungsreduktionssystems 2 als Kopplungsbauteil 162 den Stift und als Gegenkopplungsbauteil 521 die

Ausnehmung vor.

Die Schwingung der zweiten Masse 52 ist jedoch durch ein weiteres Begrenzungsmittel 153, hier ein Bolzen, der in eine Ausnehmung 522 der zweiten Mas- se 52 eingreift, begrenzt. Im Folgenden wird daher der Begriff Bolzen für das weitere Begrenzungsmittel 153 synonym verwendet. In der Ausnehmung 522 ist eine Begrenzungsfeder 63 vorgesehen, die am Bolzen 153 anliegt und verhindert, dass die zweite Masse 52 gegen den Bolzen 153 schlägt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist im Gegensatz zu der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 ein elektrisch steuerbares Steuerungsmittel 17 vorgesehen, hier in Form eines Pins. Im Folgenden wird daher der Begriff Pin für das für das elektrisch steuerbare Steuerungsmittel 17 synonym verwendet. Der Pin 17 ist zum Eingreifen in Einbuchtungen der zweiten Masse vorgesehen und ermöglicht, die Bewegung der zweiten Masse 52 gegenüber der ersten Masse 51 zu stoppen. Weiterhin ermöglicht er in dieser Ausführungsform, die zweite Masse 52 an die erste Masse 51 anzukoppeln, so dass beide Massen 52, 51 gemeinsam schwingen. Dadurch ändert sich die Amplitude, die Frequenz und/oder die Phasenlage des Schwingungsreduktionssystems 2. In der hier gezeigten Ausführungsform ist der Pin 17 elektrisch steuerbar, indem ein magnetischer Taster 171 , an dem der Pin 17 angeordnet ist, mittels eines Elektromagneten 172 bewegt wird, so dass der Pin 17 von einer in eine der Einbuchtungen 523 der zweiten Masse 52 eingreifende Position und in eine nicht in eine der Einbuchtungen 523 der zweiten Masse 52 eingreifende Position hin und her bewegbar ist. Ein solcher Elektromagnet 172 mit Taster 171 ist beispielsweise mittels eines herkömmlichen Relais und daher sehr kostengünstig und platzsparend realisierbar.

Der Elektromagnet 172 beziehungsweise das Relais benötigt dafür ein Ansteuer- signal 173, dass von einer insbesondere mikroprozessorbasierten Steuerung (hier nicht dargestellt) erzeugbar ist, die im Elektrowerkzeug 1 integriert ist.

In dieser Ausführungsform wird die Bewegung der ersten Masse 51 sowie des Gehäuses 13 mittels Erfassungsmitteln (hier nicht dargestellt) erfasst, und ihre Relativbewegung zueinander für das Ansteuersignal 173 zugrunde gelegt.

Der Fachmann versteht, dass die Ausführungsformen der Fig. 3, 4 und der Fig. 5 kombinierbar sind, so dass die Steuerung der zweiten Masse 52 sowohl mittels eines ersten Getriebebauteils 7 als auch mittels eines Steuerungsmittels 17 möglich ist.

Claims

Ansprüche

1 . Schwingungsreduktionssystem (2) für ein Elektrowerkzeug (1 ), mit einer ersten Masse (51 ), die an einer Elastizität (6, 61 , 62) angeordnet ist, wobei die erste Masse (51 ) zur Reduktion von Gehäuseschwingungen (100) für eine Relativbewegung gegenüber einem Gehäuse (13) des Elektrowerkzeugs (1 ) vorgesehen ist, wobei das Schwingungsreduktionssystem (2) eine zweite Masse (52) um- fasst,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zweite Masse (52) in Abhängigkeit von der Relativbewegung der ersten Masse (51 ) gegenüber dem Gehäuse (13) steuerbar ist.

2. Schwingungsreduktionssystem (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Elastizität (6, 61 , 62) im Wesentlichen in eine Hauptwirkrichtung (4) einer die Gehäuseschwingung maßgeblich hervorrufenden Vibrationsquelle (3) erstreckt.

3. Schwingungsreduktionssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Masse (51 ) eine im Wesentlichen lineare Bewegung ausführt.

4. Schwingungsreduktionssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es, insbesondere dass die erste Masse (51 ), ein Begrenzungsmittel (51 1 , 153, 63) aufweist, mit denen die Bewegung der zweiten Masse (52), insbesondere ihr Betrag und/oder ihre Richtung, begrenzbar ist.

5. Schwingungsreduktionssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Masse (52) eine im Wesentlichen lineare Bewegung ausführt.

6. Schwingungsreduktionssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Kopplungsbauteil (162) umfasst, welches mit einem Gegenkopplungsbauteil (521 ) der zweiten Masse (52) so zusammenwirkt, dass die Bewegung der ersten Masse (51 ) in die im Wesentlichen lineare Bewegung der zweiten Masse (52) gewandelt wird.

7. Schwingungsreduktionssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Masse (52) zwangsangetrieben ist.

8. Schwingungsreduktionssystem (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest ein erstes Getriebebauteil (7) umfasst, welches mit dem Kopplungsbauteil (162) zusammenwirkt.

9. Schwingungsreduktionssystem (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebebauteil (7) an der ersten Masse (51 ) insbesondere drehbar gelagert ist.

10. Schwingungsreduktionssystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebebauteil (7) ein Verbindungsmittel (71 ) umfasst, und dass das Gehäuse (13) ein zum Verbindungsmittel (71 ) korrespondierendes Gegenverbindungsmittel (131 ) umfasst, die zusammenwirken, so dass das erste Getriebebauteil (7) eine zur Relativbewegung zwischen der ersten Masse (51 ) und dem Gehäuse (13) korrespondierende Bewegung ausführt.

1 1 . Schwingungsreduktionssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Relativbewegung der zweiten Masse (52) gegenüber der ersten Masse (51 ) und/oder dem Gehäuse (13) ein Steuerungsmittel (17) vorgesehen ist, welches kraft- und/oder formschlüssig mit der zweiten Masse (52) zusammenwirkt.

12. Schwingungsreduktionssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel (17) elektrisch steuerbar ist.

13. Schwingungsreduktionssystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel (17) ein Pin ist, der vorge- sehen ist, um in eine oder mehrere Einbuchtungen (523) der zweiten Masse (52) ein zu greifen.

14. Elektrowerkzeug (1 ) mit einem Schwingungsreduktionssystem (2) nach ei- nem der vorherigen Ansprüche.

15. Elektrowerkzeug (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität (6, 61 , 62) am Gehäuse (13) des Elektrowerkzeugs (1 ) gelagert ist.