EP2632667A1 - Auswechselbares werkzeug für eine elektrowerkzeugmaschine und elektrowerkzeugmaschine mit einem auswechselbaren werkzeug - Google Patents

Auswechselbares werkzeug für eine elektrowerkzeugmaschine und elektrowerkzeugmaschine mit einem auswechselbaren werkzeug

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Publication number
EP2632667A1
EP2632667A1 EP11763713.2A EP11763713A EP2632667A1 EP 2632667 A1 EP2632667 A1 EP 2632667A1 EP 11763713 A EP11763713 A EP 11763713A EP 2632667 A1 EP2632667 A1 EP 2632667A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
functional element
interchangeable
replaceable
electric machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11763713.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Schlemmer
Matthias Kuntz
Hagen Kuckert
Max Seitter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2632667A1 publication Critical patent/EP2632667A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting
    • B26D7/086—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting by vibrating, e.g. ultrasonically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B37/00—Boring by making use of ultrasonic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/04—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with oscillating grinding tools; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B7/00—Hand knives with reciprocating motor-driven blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/26—Means for mounting or adjusting the cutting member; Means for adjusting the stroke of the cutting member
    • B26D7/2614—Means for mounting the cutting member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/108—Piezoelectric elements

Definitions

  • the invention relates to a replaceable tool for a
  • Known ultrasonic powered hand held power tools include interchangeable tools, such as cutting blades, which are mounted in a receptacle on the power tool.
  • a power tool machine is known, for example, from JP-A-2000-326291.
  • the thin cutting blade is inserted between two jaws forming the receptacle and clamped by tightening a screw. If the cutting blade is exposed to vibrations, it may loosen in the worst case and worsen the result.
  • Electric machine tool which causes a high-frequency working movement of the tool, comprising a tool body having a first end, which is designed for coupling to the power tool and a second end, which is designed to receive a functional element, wherein the tool body is formed at least as a longitudinal portion of a coupling element, which is provided for transmitting the high-frequency vibrations to at least the functional element.
  • the replaceable tool can form part of the coupling element or also comprise the entire coupling element.
  • a stable and handy tool for an ultrasonic power tool can be created. A handling with fragile and sharp-edged parts at
  • Replacement of the tool can be avoided because the tool is sufficiently grippy and does not need to be held to the functional element to replace it.
  • the function and the reliability can be improved by omission or reduction of unfavorable
  • the longitudinal section may be formed as a sonotrode or part of a sonotrode.
  • Sonotrodes are elements which are set into resonant vibrations by the introduction of high-frequency mechanical vibrations, in particular ultrasound. You put in
  • a sonotrode is usually designed so that its resonant frequency coincides with the frequency provided by the generator provided.
  • the amplitude or amplitude of the sonotrode at its working surface is affected by the output amplitude provided by the converter (transformation piece) and the respective gain by the booster and sonotrode itself.
  • the sonotrode interacts with a booster in terms of the required amplitude.
  • the booster in ultrasonic tools on the one hand, has the function required by the converter, i. the drive unit to change provided amplitude and forward them into the sonotrode.
  • Booster and sonotrode can be combined in one component. According to the invention, at least a part of the sonotrode is detachably connected to the remaining component and carries a functional element, such as a drill or a blade tool.
  • Blade tool may in particular be a cutting tool with one or more blades, a scraping tool or a polishing tool.
  • the tool body may have a coupling for the supply of high-frequency vibrations.
  • the tool body can be securely coupled to the power tool, such as a screw or a clamp connection. This can be made very robust, since the tool body provides a sufficient volume to perform a stable attachment.
  • the tool body may have a coupling for the supply of high-frequency vibrations.
  • the coupling can be a screw connection or a clamping connection between the tool body and a contact element of
  • the functional element may be firmly connected to the tool body, in particular to the
  • Tool body shed or glued. This can be beneficial
  • Machining task as cutting or drilling to be optimized, while the tool body can be designed for the vibration transmission to the functional element.
  • the tool body can be made of light metal die-cast, in particular of an aluminum die-cast.
  • the functional element may be made of a metallic or non-metallic tool material, for example of a high-speed steel.
  • high speed steel also known by the abbreviation HSS or HS according to standard EN ISO 4957, denotes a group of steel alloys having a carbon content of up to about 2% and alloying element contents of up to 30%, such as tungsten, molybdenum, vanadium, cobalt, nickel, Titanium, which forms carbides with the carbon, which have a very high hardness.
  • HSS high speed steel
  • HS high speed steel
  • HS HS according to standard EN ISO 4957
  • a tool material of course, another material with suitably high hardness can be used, such as a hard metal, such as a carbide or a nitride, or a Ceramic material. Ceramics are characterized not only by their high hardness but also by their relatively low weight and high temperature resistance.
  • High speed steel carbide or ceramic, and the tool body
  • Alloy metal can be provided a cheap stable tool.
  • the functional element can be cast into the tool body, which can form a sonotrode or a part thereof.
  • the complete component is made of e.g. Sonotrode and functional element replaced. Any additional costs per tool are negligible especially in the case of high quantities and due to the simple connection between functional element and tool body.
  • the replaceable tool can be acted upon with ultrasound for at least one working movement.
  • Power tool especially a hand-held
  • Power tool in which all components can be combined in a single housing.
  • the replaceable tool can also be used in a power tool that can be supplied with a separate generator.
  • the tool can be connected to a
  • Coupling element be connected, which is provided for excitation transmission from an ultrasonic providing drive unit to the tool.
  • the electric machine tool may comprise a housing with a grip area and an actuating unit for activating the power tool and / or a working movement, a drive unit arranged in the housing for generating ultrasound, an electronics unit arranged in the housing for charging the drive unit with at least control and / or regulating signals, and a coupling element between the drive unit and the tool.
  • the proposed power tool may be a handy one-piece device, in which disturbing connection cable between separate
  • Housing parts can be dispensed with.
  • the power tool can be operated in particular cordless with batteries or rechargeable batteries.
  • it may be - additionally or alternatively - operable or rechargeable with mains power via a mains cable.
  • At least the drive unit, the electronics unit and the operating voltage unit can be distributed in the housing such that a
  • the center of gravity of the power tool lies near the grip area. The handling of the power tool is facilitated, the
  • the power tool can be performed when the electronics unit is concentrated on a circuit board. Is that lying
  • Operating frequency of the actuator in the range between 10 kHz and 1000 kHz, preferably between 30 kHz and 50 kHz, in particular between 35 kHz and 45 kHz, the space required for the actuator can be reduced. It can be a favorable ratio of power and volume (and thus weight) can be achieved.
  • the drive unit comprise at least one further drive component in addition to the at least one actuator.
  • the working movement of a tool driven by the at least one further drive component can be superimposed by a movement generated by the at least one actuator, whereby the work progress can be significantly improved and the machining can be facilitated.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a favorable embodiment of a
  • Fig. 2 shows a first embodiment of a hand-held
  • Electric power tool having an elongated housing with a replaceable tool
  • Fig. 3 shows another embodiment of a hand-held
  • Electric machine tool with a T-shaped housing with a replaceable blade tool.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a favorable embodiment of a replaceable tool 10 for a power tool according to the
  • the replaceable tool 10 is designed to perform at least one working movement by means of a high-frequency oscillation, in particular in the ultrasonic range.
  • the replaceable tool 10 has a tool body 12 with a first end 14 and a second end 16 and is detachable with the
  • a coupling 24 is provided at the first end 14 of the tool body 12, for example a
  • the second end 16 is designed to receive a functional element 20, which is fixedly connected to the tool body 12, in particular cast or glued.
  • the tool body 12 is as a longitudinal portion 18 of a coupling element
  • the longitudinal section 18 is designed as a sonotrode or part of a sonotrode and typically has a catenoid shape, which tapers from the first end 14 to the functional element 20.
  • the sonotrode can be manufactured as a component with a booster, wherein the coupling 24 is then formed to be connected to an ultrasonic actuator. If the sonotrode and the booster are separate components, the sonotrode can be designed in such a way that it can be connected to the booster arranged on the power tool machine side.
  • the tool body 12 of the interchangeable tool 10 is made of light metal die-cast, for example, aluminum or titanium, while the functional element 20 is made of steel.
  • the tool 10 is formed elongated and the functional element 20 of the tool 10 in the illustrated embodiment.
  • the tool 10 may be formed at an angle and / or the functional element 20 may also be arranged transversely to the longitudinal axis.
  • FIGS. 2 and 3 show various examples of hand-held electric machine tools 100
  • FIG. 2 shows a hand-held
  • Electric machine tool 100 with elongated housing shape Fig. 3 shows a hand-held power tool 100 with a T-shaped housing.
  • the power tool 100 may in particular be designed as a hand-held power tool 100, in which all components are arranged in a single housing 102.
  • the power tool 100 may in particular be designed as a hand-held power tool 100, in which all components are arranged in a single housing 102.
  • Power tool 100 power-free with a battery pack 110 are operated.
  • the hand-held power tool 100 includes a housing 102 having a grip portion 104.
  • An operator stops the power tool 100 the grip portion 104 or includes the handle portion 104 by hand and can safely guide the power tool 100, without by a
  • the grip area 104 may optionally be decoupled with a damping element, not shown, with respect to other housing areas.
  • a housing-side operating part 130 serves for the user-side activation of the tool 10 and / or of the electric machine tool 100.
  • the operating part 130 may e.g. may be a switch or a regulator or may also comprise a plurality of operating elements 130, 122, of which e.g. one to turn on
  • Power tool 100 and one for turning on and / or controlling the tool 10 may be provided.
  • a drive unit 140 is arranged, which in the examples according to FIG. 2 and FIG. 3 comprises only one drive component, which by a
  • Actuator is formed. This may be formed as a piezo-excited Langevin oscillator (also called a piezoactuator) comprising a volume of piezoelectrically active material 144, e.g. Piezoceramic discs in one
  • Stacking direction are stacked and pressed together and perform a change in length when exposed to electrical voltage.
  • the coupling element 150 may be a per se known sonotrode.
  • the length and the shape as well as the material of the coupling element 150 determine a resonant frequency of the actuator. Also, the tool 10, the
  • the actuator is designed such that Langevin oscillators 144 and coupling element 150 are combined in one unit, and their entire length corresponds to approximately half the wavelength ⁇ / 2 of the ultrasonic oscillation.
  • the actuator is composed of several components with the length ⁇ / 2. These can be:
  • Vibration generator known as a converter, in particular, for example, a Langevin- oscillator 144, amplitude transformation pieces, known as boosters, possibly extension pieces, and the coupling element known as sonotrode.
  • the replaceable tool 10 can be acted upon by ultrasound for at least one working movement.
  • the tool body 12 is at least part of the sonotrode, in particular, the tool body 12 forms the sonotrode.
  • the booster can be integrated into the sonotrode.
  • the trained as a sonotrode tool body 12 is detachably coupled to a coupling piece 152 and connected to the Langevin oscillator 144, so that an excitation transfer from the ultrasound providing drive unit 140 can be done on the tool 10.
  • An electronics unit 120 arranged in the housing 102 serves for
  • the electronics unit 120 can be accommodated on a single board in a space-saving manner (FIG. 2) or at e.g. be distributed two boards (Fig. 3), wherein one in the main part and in a transversely projecting from the main part of the handle portion of the T-shaped housing 102 is arranged.
  • Drive unit 140, electronic unit 120 and operating voltage unit or battery pack 110 are advantageously distributed in housing 102 such that a center of mass in
  • the operating voltage unit 110 here designed as a battery or accumulator pack with batteries or rechargeable batteries, serves to provide a direct electrical voltage for the electronics unit 120, which the
  • Operating voltage in a high-frequency voltage signal converts, with which the actuator is excited in the desired manner to oscillate.
  • the electronic unit 120 is in particular designed to operate the at least one actuator in a resonant frequency f_res. It includes the
  • the control unit may comprise a phase locked loop, which can excite the actuator in the resonant frequency, wherein a
  • Phase shift between the injected current and the supplied voltage is set to 0 °.
  • the resonance frequency f_res is readjusted when due to heating or load changes on Tool changes the resonant frequency.
  • a frequency tracking can be done by regulating to a maximum of the current fed into the actuator.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein auswechselbares Werkzeug (10) für eine Elektrowerkzeugmaschine (100), die eine hochfrequente Arbeitsbewegung des Werkzeugs (10) bewirkt, umfassend einen Werkzeugkörper (12) mit einem ersten Ende (14), das zum Ankoppeln an die Elektrowerkzeugmaschine (100) ausgebildet ist und einem zweiten Ende (16), das zur Aufnahme eines Funktionselements (20) ausgebildet ist, wobei der Werkzeugkörper (12) wenigstens als Längsabschnitt (18) eines Koppelelements (150) ausgebildet ist, das zur Übertragung der hochfrequenter Schwingungen auf wenigstens das Funktionselement (20) vorgesehen ist.

Description

Beschreibung Titel
Auswechselbares Werkzeug für eine Elektrowerkzeugmaschine und
Elektrowerkzeugmaschine mit einem auswechselbaren Werkzeug
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein auswechselbares Werkzeug für eine
Elektrowerkzeugmaschine und Elektrowerkzeugmaschine mit einem
auswechselbaren Werkzeug.
Bekannte ultraschallbetriebene handgeführte Elektrowerkzeugmaschinen, weisen auswechselbare Werkzeuge wie etwa Schneidklingen auf, die in einer Aufnahme an der Elektrowerkzeugmaschine montiert werden. Eine solche Elektrowerkzeugmaschine ist beispielsweise aus der JP-A-2000-326291 bekannt. Die dünne Schneidklinge wird zwischen zwei die Aufnahme bildende Backen eingesetzt und durch Anziehen einer Schraube eingespannt. Wrd die Schneidklinge Vibrationen ausgesetzt, kann sich diese im ungünstigsten Fall lockern und das Arbeitsergebnis verschlechtern.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein auswechselbares Werkzeug vorgeschlagen für eine
Elektrowerkzeugmaschine, die eine hochfrequente Arbeitsbewegung des Werkzeugs bewirkt, umfassend einen Werkzeugkörper mit einem ersten Ende, das zum Ankoppeln an die Elektrowerkzeugmaschine ausgebildet ist und einem zweiten Ende, das zur Aufnahme eines Funktionselements ausgebildet ist, wobei der Werkzeugkörper wenigstens als Längsabschnitt eines Koppelelements ausgebildet ist, das zur Übertragung der hochfrequenter Schwingungen auf wenigstens das Funktionselement vorgesehen ist. Das auswechselbare Werkzeug kann einen Teil des Koppelelementes bilden oder auch das gesamte Koppelelement umfassen. Vorteilhaft kann ein stabiles und handliches Werkzeug für eine Ultraschall-Elektrowerkzeugmaschine geschaffen werden. Ein Hantieren mit fragilen und scharfkantigen Teilen beim
Auswechseln des Werkzeugs kann vermieden werden, da das Werkzeug ausreichend griffig ist und nicht an den Funktionselement gehalten werden muss, um diese zu ersetzen. Die Funktion und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden durch Wegfall oder Verminderung von ungünstigen
Festigkeitseigenschaften infolge hoher lokaler mechanischer Spannungen an
Kerben, die zu einem Brechen des Funktionselements führen können, Gefahr von Reibverschleiß oder schlechter Schwingungsankopplung. Lebensdauer und Verhalten des Werkzeugs sind verbessert. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Längsabschnitt als Sonotrode oder Teil einer Sonotrode ausgebildet sein. Sonotroden sind Elemente, die durch das Einleiten von hochfrequenten mechanischen Schwingungen, insbesondere Ultraschall, in resonante Schwingungen versetzt werden. Sie stellen im
Einsatzfall die Verbindung von der Antriebseinheit, etwa einem
Ultraschallgenerator, zum Werkstück her und passen die Ultraschallschwingung durch Impedanzanpassung an die Bearbeitungsaufgabe an. Eine Sonotrode ist in der Regel so ausgebildet, dass ihre Resonanzfrequenz mit der vom eingesetzten Generator zur Verfügung gestellten Frequenz übereinstimmt. Die Schwingweite oder Amplitude der Sonotrode an ihrer Arbeitsfläche wird beeinflusst von der Ausgangsamplitude, die der Konverter (Transformationsstück) bereitstellt, und von der jeweiligen Verstärkung durch den Booster und die Sonotrode selbst.
Die Sonotrode wirkt hinsichtlich der benötigten Amplitude mit einem Booster zusammen. Der Booster in Ultraschall-Werkzeugen hat zum einen die Funktion, die vom Konverter, d.h. der Antriebseinheit, bereitgestellte Amplitude zu verändern und sie in die Sonotrode weiterzuleiten. Booster und Sonotrode können in einem Bauteil vereint sein. Gemäß der Erfindung ist wenigstens ein Teil der Sonotrode mit dem restlichen Bauteil lösbar verbunden und trägt ein Funktionselement, wie etwa einen Bohrer oder ein Klingenwerkzeug. Ein
Klingenwerkzeug kann insbesondere eine Schneidwerkzeug mit einer oder mehreren Klingen sein, ein Schabewerkzeug oder ein Polierwerkzeug. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Werkzeugkörper eine Kupplung für die Zuführung hochfrequenter Schwingungen aufweisen. Damit kann der Werkzeugkörper sicher mit der Elektrowerkzeugmaschine gekoppelt werden, etwa eine Schraubverbindung oder eine Klemmverbindung. Diese kann sehr robust ausgeführt werden, da der Werkzeugkörper ein hinreichendes Volumen zur Ausführung einer stabilen Befestigung bereitstellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Werkzeugkörper eine Kupplung für die Zuführung hochfrequenter Schwingungen aufweisen. Vorteilhaft kann die Kupplung eine Schraubverbindung oder eine Klemmverbindung zwischen dem Werkzeugkörper und einem Kontaktelement der
Elektrowerkzeugmaschine ermöglichen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann das Funktionselement fest mit dem Werkzeugkörper verbunden sein, insbesondere mit dem
Werkzeugkörper vergossen oder verklebt sein. Vorteilhaft kann das
Funktionselement hinsichtlich seiner Materialeigenschaften auf die
Bearbeitungsaufgabe wie Schneiden oder Bohren optimiert sein, während der Werkzeugkörper für die Schwingungsübertragung auf das Funktionselement ausgelegt sein kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Werkzeugkörper aus Leichtmetall-Druckguss gefertigt sein, insbesondere aus einem Aluminium- Druckguss.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann das Funktionselement aus einem metallischen oder nichtmetallischen Werkzeugwerkstoff gefertigt sein, beispielsweise aus einem Schnellarbeitsstahl. Der Begriff Schnellarbeitsstahl, auch bekannt unter dem Kürzel HSS oder HS nachdem Standard EN ISO 4957, bezeichnet eine Gruppe von Stahllegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt bis zu etwa 2 % und Legierungselementanteilen bis zu 30 %, wie etwa Wolfram, Molybdän, Vanadium, Kobalt, Nickel, Titan, welche mit dem Kohlenstoff Carbide bilden, die eine sehr hohe Härte besitzen. Als Werkzeugwerkstoff kann selbstverständlich auch ein anderes Material mit geeignet hoher Härte verwendet werden, etwa ein Hartmetall, beispielsweise ein Carbid oder ein Nitrid, oder ein Keramik- Werkstoff. Keramik zeichnet sich neben hoher Härte auch durch ein relativ geringes Gewicht und eine hohe Temperaturfestigkeit aus.
Durch die feste Verbindung des Funktionselements, beispielsweise aus
Schnellarbeitsstahl, Hartmetall oder Keramik, und dem Werkzeugkörper aus
Leichtmetall kann ein preiswertes stabiles Werkzeug bereitgestellt werden. Das Funktionselement kann in den Werkzeugkörper, der eine Sonotrode oder einen Teil davon bilden kann, eingegossen werden. Beim Werkzeugwechsel wird die komplette Komponente aus z.B. Sonotrode und Funktionselement ausgetauscht. Etwaige Mehrkosten pro Werkzeug sind insbesondere bei hohen Stückzahlen und aufgrund der einfachen Verbindung zwischen Funktionselement und Werkzeugkörper vernachlässigbar.
Es wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine
Elektrowerkzeugmaschine vorgeschlagen mit einem auswechselbaren
Werkzeug, wie es vorstehend beschrieben ist, wobei das auswechselbare Werkzeug mit Ultraschall für wenigstens eine Arbeitsbewegung beaufschlagbar ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die
Elektrowerkzeugmaschine insbesondere eine handgehaltene
Elektrowerkzeugmaschine sein, bei der alle Komponenten in einem einzigen Gehäuse vereint sein können. Selbstverständlich kann das austauschbare Werkzeug auch bei einer Elektrowerkzeugmaschine eingesetzt werden, die mit einem separaten Generator versorgbar ist. Das Werkzeug kann an ein
Koppelelement anschließbar sein, das zur Anregungsübertragung von einer Ultraschall bereitstellenden Antriebseinheit auf das Werkzeug vorgesehen ist.
Die Elektrowerkzeugmaschine kann ein Gehäuse mit einem Griffbereich und einer Betätigungseinheit zum Aktivieren der Elektrowerkzeugmaschine und/oder einer Arbeitsbewegung umfassen, eine im Gehäuse angeordnete Antriebseinheit zur Erzeugung von Ultraschall, eine im Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit zum Beaufschlagen der Antriebseinheit mit wenigstens Steuer- und/oder Regelsignalen, sowie ein Koppelelement zwischen der Antriebseinheit und dem Werkzeug. Die vorgeschlagene Elektrowerkzeugmaschine kann ein handliches einteiliges Gerät sein, bei dem auf störende Verbindungskabel zwischen separaten
Gehäuseteilen verzichtet werden kann. Die Elektrowerkzeugmaschine kann insbesondere schnurlos mit Batterien oder Akkus betreibbar sein.
Gegebenenfalls kann sie - zusätzlich oder alternativ - mit Netzstrom über ein Netzkabel betreibbar oder aufladbar sein.
Günstigerweise können wenigstens die Antriebseinheit, die Elektronikeinheit und die Betriebsspannungseinheit so im Gehäuse verteilt sein, dass ein
Masseschwerpunkt der Elektrowerkzeugmaschine nahe dem Griffbereich liegt. Die Handhabung der Elektrowerkzeugmaschine wird erleichtert, das
Arbeitsergebnis kann besser kontrolliert werden.
Besonders kompakt kann die Elektrowerkzeugmaschine ausgeführt werden, wenn die Elektronikeinheit auf einer Platine konzentriert ist. Liegt die
Betriebsfrequenz des Aktors im Bereich zwischen 10 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 30 kHz und 50 kHz, insbesondere zwischen 35 kHz und 45 kHz, kann der Platzbedarf für den Aktor verringert werden. Es kann ein günstiges Verhältnis von Leistung und Volumen (und damit Gewicht) erreicht werden.
Denkbar ist, dass die Antriebseinheit neben dem wenigstens einen Aktor mindestens eine weitere Antriebskomponente umfassen. Vorteilhaft kann der Arbeitsbewegung eines durch die mindestens eine weitere Antriebskomponente angetriebenen Werkzeugs eine durch den wenigstens einen Aktor erzeugte Bewegung überlagert werden, wodurch der Arbeitsfortschritt erheblich verbessert und die Bearbeitung erleichtert werden kann.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in
Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine günstige Ausgestaltung eines
austauschbaren Werkzeugs gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer handgehaltenen
Elektrowerkzeugmaschine mit einem langgestreckten Gehäuse mit einem auswechselbaren Werkzeug; und
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer handgehaltenen
Elektrowerkzeugmaschine mit einem T-förmigen Gehäuse mit einem auswechselbaren Klingenwerkzeug.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen
Bezugszeichen beziffert.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine günstige Ausgestaltung eines auswechselbaren Werkzeugs 10 für eine Elektrowerkzeugmaschine gemäß der
Erfindung. Das auswechselbare Werkzeug 10 ist dazu ausgebildet, wenigstens eine Arbeitsbewegung mittels einer hochfrequenten Schwingung, insbesondere im Ultraschallbereich, auszuführen. Das auswechselbare Werkzeug 10 weist einen Werkzeugkörper 12 mit einem ersten Ende 14 und einem zweiten Ende 16 auf und ist lösbar mit der
Elektrowerkzeugmaschine verbindbar. Hierzu ist an dem ersten Ende 14 des Werkzeugkörpers 12 eine Kupplung 24 vorgesehen, beispielsweise ein
Schraubgewinde oder dergleichen, mit dem der Werkzeugkörper 12 mit einem korrespondierenden Gegenstück verbunden werden kann.
Das zweite Ende 16 ist zur Aufnahme eines Funktionselements 20 ausgebildet, welches mit den Werkzeugkörper 12 fest verbunden ist, insbesondere vergossen oder verklebt ist. Der Werkzeugkörper 12 ist als Längsabschnitt 18 eines Koppelelements
(Koppelelement 150 in Fig. 2 und Fig. 3) ausgebildet, das zur Übertragung der hochfrequenter Schwingungen auf das Funktionselement 20 vorgesehen ist. Der Längsabschnitt 18 ist als Sonotrode oder Teil einer Sonotrode ausgebildet und weist typischerweise eine katenoide Form auf, die sich vom ersten Ende 14 zum Funktionselement 20 hin verjüngt. Die Sonotrode kann als ein Bauteil mit einem Booster gefertigt sein, wobei die Kupplung 24 dann ausgebildet ist, um mit einem Ultraschall-Aktor verbunden zu werden. Sind Sonotrode und Booster getrennte Bauteile, kann die Sonotrode so ausgebildet sein, dass sie mit dem elektrowerkzeugmaschinenseitig angeordneten Booster berunden werden kann.
Günstigerweise ist der Werkzeugkörper 12 des auswechselbaren Werkzeugs 10 Leichtmetall-Druckguss gefertigt, beispielsweise aus Aluminium oder Titan, während das Funktionselement 20 aus Stahl gefertigt ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug 10 langgestreckt ausgebildet und das Funktionselement 20 des Werkzeugs 10 in dessen
Längsachse angeordnet. Selbstverständlich kann das Werkzeug 10 winklig ausgebildet sein und/oder das Funktionselement 20 auch quer zur Längsachse angeordnet sein.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung zeigen die Figuren 2 und 3 verschiedene Beispiele von handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschinen 100 mit
auswechselbarem Werkzeug 10. Fig. 2 zeigt eine handgehaltene
Elektrowerkzeugmaschine 100 mit langgestreckter Gehäuseform; Fig. 3 zeigt eine handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine 100 mit T-förmiger Gehäuseform.
Die Elektrowerkzeugmaschine 100 kann insbesondere als handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine 100 ausgebildet sein, bei der alle Komponenten in einem einzigen Gehäuse 102 angeordnet sind. Insbesondere kann die
Elektrowerkzeugmaschine 100 netzfrei mit einem Akkupack 110 betrieben werden. Die handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine 100 umfasst ein Gehäuse 102 mit einem Griffbereich 104. Ein Bediener hält die Elektrowerkzeugmaschine 100 an dem Griffbereich 104 bzw. umfasst den Griffbereich 104 mit der Hand und kann die Elektrowerkzeugmaschine 100 sicher führen, ohne von einer
Kabelverbindung zu einem Generator gestört zu werden. Der Griffbereich 104 kann gegebenenfalls mit einem nicht dargestellten Dämpfungselement gegenüber anderen Gehäusebereichen entkoppelt sein.
Ein gehäuseseitiges Bedienteil 130 dient zur benutzerseitigen Aktivierung des Werkzeugs 10 und/oder der Elektrowerkzeugmaschine 100. Das Bedienteil 130 kann z.B. ein Schalter oder ein Regler sein oder auch mehrere Bedienelemente 130, 122 umfassen, von denen z.B. eines zum Einschalten der
Elektrowerkzeugmaschine 100 und eines zum Einschalten und/oder Regeln des Werkzeugs 10 vorgesehen sein kann.
Im Gehäuse 102 ist eine Antriebseinheit 140 angeordnet, die in den Beispielen gemäß Fig. 2 und Fig. 3 nur eine Antriebskomponente umfasst, die durch einen
Aktor gebildet ist. Dieser kann als Piezo-angeregter Langevin-Schwinger (auch Piezoaktor genannt) ausgebildet sein, der ein Volumen piezoelektrisch aktiven Materials 144 umfasst, z.B. piezokeramische Scheiben, die in einer
Stapelrichtung aufeinandergeschichtet und zusammengepresst sind und die bei Beaufschlagung mit elektrischer Spannung eine Längenänderung durchführen.
Bei Beaufschlagung mit hochfrequenter elektrischer Spannung wird in an sich bekannter Weise Ultraschall generiert, der über ein Koppelelement 150 zu dem Werkzeug 10 geleitet wird.
Das Koppelelement 150 kann eine an sich bekannte Sonotrode sein. Die Länge und die Form wie auch das Material des Koppelelements 150 bestimmen eine Resonanzfrequenz des Aktors. Auch das Werkzeug 10 kann die
Resonanzfrequenz beeinflussen. In den Ausführungsvarianten in Fig.2 und Fig. 3 ist der Aktor so ausgeführt, dass Langevin-Schwinger 144 und Koppelelement 150 in einer Einheit zusammengefasst sind, und deren gesamte Länge in etwa der halben Wellenlänge λ/2 der Ultraschallschwingung entspricht. Andere Ausführungsvarianten können vorsehen, dass der Aktor zusammengesetzt ist aus mehreren Komponenten mit der Länge λ/2. Dies können sein:
Schwingungserzeuger, bekannt als Konverter, im speziellen z.B. ein Langevin- Schwinger 144, Amplitudentransformationsstücke, bekannt als Booster, ggf. Verlängerungsstücke, sowie dem Koppelelement bekannt als Sonotrode. Das auswechselbare Werkzeug 10 ist für wenigstens eine Arbeitsbewegung mit Ultraschall beaufschlagbar. Der Werkzeugkörper 12 ist zumindest Teil der Sonotrode, insbesondere bildet der Werkzeugkörper 12 die Sonotrode.
Gegebenenfalls kann der Booster in die Sonotrode integriert sein.
Der als Sonotrode ausgebildete Werkzeugkörper 12 ist an einem Koppelstück 152 lösbar angekoppelt und mit dem Langevin-Schwinger 144 verbunden, so dass eine Anregungsübertragung von der den Ultraschall bereitstellenden Antriebseinheit 140 auf das Werkzeug 10 erfolgen kann.
Eine im Gehäuse 102 angeordnete Elektronikeinheit 120 dient zum
Beaufschlagen der Antriebseinheit 140 mit wenigstens Steuer- und/oder
Regelsignalen, sowie der Spannungsversorgung des Aktors bzw. des Langevin- Schwingers 144 des Aktors. Die Elektronikeinheit 120 kann platzsparend auf einer einzigen Platine untergebracht sein (Fig. 2) oder auf z.B. zwei Platinen verteilt sein (Fig. 3), wobei eine im Hauptteil und eine im quer vom Hauptteil abstehenden Griffteil des T-förmigen Gehäuses 102 angeordnet ist. Vorteilhaft sind Antriebseinheit 140, Elektronikeinheit 120 und Betriebsspannungseinheit bzw. Akkupack110 so im Gehäuse 102 verteilt, dass ein Masseschwerpunkt im
Bereich des Griffteils 104 liegt.
Die Betriebsspannungseinheit 110, hier als Batterie- oder Akkupack mit Batterien oder wiederaufladbaren Akkus ausgebildet, dient zur Bereitstellung einer elektrischen Gleichspannung für die Elektronikeinheit 120, welche die
Betriebsspannung in ein hochfrequentes Spannungssignal umsetzt, mit dem der Aktor in gewünschter Weise zu Schwingungen angeregt wird.
Die Elektronikeinheit 120 ist insbesondere ausgebildet, um den wenigstens einen Aktor in einer Resonanzfrequenz f_res zu betreiben. Dabei umfasst die
Elektronikeinheit 120 eine Regeleinheit zur Nachführung der Resonanzfrequenz f_res des Aktors. Die Regeleinheit kann eine Phasenregelkette umfassen, die den Aktor in dessen Resonanzfrequenz anregen kann, wobei eine
Phasenverschiebung zwischen dem eingespeisten Strom und der eingespeisten Spannung auf 0° eingestellt wird. Vorzugsweise wird die Resonanzfrequenz f_res nachgeregelt, wenn sich aufgrund von Erwärmung oder Lastwechsel am Werkzeug die Resonanzfrequenz ändert. Alternativ kann auch eine Frequenznachführung erfolgen, indem auf ein Maximum des in den Aktor eingespeisten Stroms geregelt wird.

Claims

Ansprüche
1. Auswechselbares Werkzeug (10) für eine Elektrowerkzeugmaschine (100), die eine hochfrequente Arbeitsbewegung des Werkzeugs (10) bewirkt, gekennzeichnet durch einen Werkzeugkörper (12) mit einem ersten Ende (14), das zum Ankoppeln an die Elektrowerkzeugmaschine (100) ausgebildet ist und einem zweiten Ende (16), das zur Aufnahme eines
Funktionselements (20) ausgebildet ist, wobei der Werkzeugkörper (12) wenigstens als Längsabschnitt (18) eines Koppelelements (150) ausgebildet ist, das zur Übertragung der hochfrequenter Schwingungen auf wenigstens das Funktionselement (20) vorgesehen ist.
2. Auswechselbares Werkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Längsabschnitt (18) als Sonotrode oder Teil einer Sonotrode ausgebildet ist.
3. Auswechselbares Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Werkzeugkörper (12) eine Kupplung (24) für die Zuführung hochfrequenter Schwingungen aufweist.
4. Auswechselbares Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (20) fest mit dem Werkzeugkörper (12) verbunden ist.
5. Auswechselbares Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (20) mit dem Werkzeugkörper (12) vergossen ist.
6. Auswechselbares Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (20) mit dem Werkzeugkörper (12) verklebt ist.
7. Auswechselbares Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkörper (12) aus Leichtmetall- Druckguss gefertigt ist.
8. Auswechselbares Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (20) aus einem metallischen oder nichtmetallischen Werkzeugwerkstoff gefertigt ist.
9. Elektrowerkzeugmaschine (100), insbesondere eine handgehaltene
Elektrowerkzeugmaschine, mit einem auswechselbaren Werkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das auswechselbare
Werkzeug (10) mit Ultraschall für wenigstens eine Arbeitsbewegung beaufschlagbar ist..
10. Elektrowerkzeugmaschine nach Anspruch 9, wobei das Werkzeug (10) an ein Koppelelement (150) anschließbar ist, das zur Anregungsübertragung von einer Ultraschall bereitstellenden Antriebseinheit (140) auf das
Werkzeug (10) vorgesehen ist.
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