EP2653267B1 - Handwerkzeugmaschine - Google Patents

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EP2653267B1
EP2653267B1 EP13163879.3A EP13163879A EP2653267B1 EP 2653267 B1 EP2653267 B1 EP 2653267B1 EP 13163879 A EP13163879 A EP 13163879A EP 2653267 B1 EP2653267 B1 EP 2653267B1
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EP
European Patent Office
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pneumatic chamber
gas
hand
power tool
held power
Prior art date
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EP13163879.3A
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English (en)
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EP2653267A1 (de
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Markus Hartmann
Eduard Pfeiffer
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Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D17/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D17/24—Damping the reaction force
    • B25D17/245—Damping the reaction force using a fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/06—Means for driving the impulse member
    • B25D11/12—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism
    • B25D11/125—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism with a fluid cushion between the crank drive and the striking body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/185—Pressure equalising means between sealed chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/371—Use of springs
    • B25D2250/375—Fluid springs

Definitions

  • the present invention relates to a chiseling hand tool according to the preamble of claim 1, for example a hammer drill, with a pneumatic percussion, which is in particular driven by an electric motor, such as from US 6,843,327 known.
  • the user must counteract the periodic impacts of a hammer drill on a drill bit with an adhesive force.
  • the user takes the periodic load changes as vibrations.
  • An amplitude of the vibrations should be as low as possible.
  • Damped suspended handles and absorbers reduce the amplitude introduced into the user's arm.
  • there are limits to the damping systems not least because the handle must be fastened sufficiently rigidly to guide the hammer drill.
  • the present hand tool machine with a pneumatic percussion reduces the amplitude of the vibrations already in the emergence in the percussion.
  • the striking mechanism has a motor-driven exciter, a racket and a pneumatic chamber arranged along a working axis between the exciter and the racket.
  • the pneumatic chamber is at least 20% by volume with a monoatomic gas, e.g. Argon, filled. It has been recognized that the percussion mechanism according to the invention can transmit the same impact energy to a tool as a striking mechanism completely filled with air. However, the necessary pressure during the compression of the pneumatic chamber is lower, the load change decreases.
  • the impact mechanism is arranged within an inner housing, which closes off a gas-tight intermediate chamber with the percussion mechanism.
  • the pneumatic chamber and the intermediate chamber may be connected by ventilation openings of the percussion mechanism.
  • the monoatomic gas is enclosed within the pneumatic chamber and the intermediate chamber.
  • An exchange between the two chambers is among other things for switching off the pneumatic percussion advantage.
  • An embodiment provides that the inner housing has a bellows. The inner housing does not have a fixed volume, but adjusts its volume such that an internal pressure is equal to the external pressure. An exchange of gas with the environment via leaks is thus advantageously reduced.
  • Fig. 1 schematically shows a hammer drill 1 as an example of a chiseling hand tool.
  • the hammer drill 1 has a tool holder 2 , in which a shank end 3 of a tool, for example one of the drill bit 4 , can be used.
  • a primary drive of the hammer drill 1 is a motor 5 , which drives a striking mechanism 6 and an output shaft 7 .
  • a user can guide the hammer drill 1 by means of a handle 8 and take means of a system switch 9, the hammer drill 1 is in operation.
  • the hammer drill 1 rotates the drill bit 4 continuously about a working axis 10 and can beat the drill bit 4 in the direction of impact 11 along the working axis 10 in a substrate.
  • the striking mechanism 6 is a pneumatic impact mechanism 6 .
  • An exciter 12 and a racket 13 are movably guided in the striking mechanism 6 along the working axis 10 .
  • the exciter 12 is coupled via an eccentric 14 or a wobble finger to the motor 5 and forced to a periodic, linear movement.
  • An air spring formed by a pneumatic chamber 15 between exciter 12 and racket 13 couples a movement of the racket 13 to the movement of the exciter 12 at.
  • the racket 13 can strike directly on a rear end of the drill bit 4 or indirectly transfer part of its pulse to the drill bit 4 via a substantially resting intermediate racket 16 .
  • the exciter 12 and the racket 13 are piston-shaped and within a cylindrical guide tube 17 along the working axis 10th guided.
  • the guide tube 17 closes off the pneumatic chamber 15 in the radial direction.
  • the striking mechanism 6 and preferably the further drive components are arranged within a machine housing 18 .
  • the pneumatic chamber 15 is completely, ie to 100 vol .-%, filled with argon.
  • the mono-atomic gas can absorb a larger amount of energy during the compression of the pneumatic chamber 15 at the same pressure, as in a filling with air.
  • the load change during compression is lower, which is noticeable to the user as lower vibrations.
  • the guide tube 17 is provided with a plurality of radial ventilation openings 19 , 20 .
  • First ventilation openings 19 serve to compensate for gas losses from the pneumatic chamber 15 , which can occur in particular during the compression of the pneumatic chamber 15 .
  • Second vents 20 assist in shutting off impact mechanism 6 when a blank occurs.
  • the racket 13 seals the second ventilation openings 20 during the chiseling operation with respect to the pneumatic chamber 15 .
  • the axial position of the second ventilation openings 20 is designed such that, in the event of a dead beat, the racket 13 is displaced in the direction of impact 11 beyond the second ventilation openings 20 , the second ventilation openings 20 are no longer sealing against the pneumatic chamber 15 .
  • a gas-tight inner housing 21 is arranged within the machine housing 17 .
  • the inner housing 21 encloses the percussion mechanism 6 in the radial direction. Walls of the inner housing 21 are without openings.
  • the inner housing 21 is closed by means of a sealing ring 22 on an outer wall of the impact mechanism 6 .
  • a front side of the inner housing 21 is closed for example by a wall or sealed by a sealing ring on the outer wall of the impact mechanism 6 .
  • the eccentric 14 and other transmission components may be arranged, for example, within the inner housing 21 .
  • a leading into the inner housing 21 shaft is completed gas-tight by means of a sealing ring.
  • the enclosed by the inner housing 21 intermediate chamber 23 is equal to the pneumatic chamber 15 filled with the monoatomic gas. All ventilation openings 19 , 20 of the impact mechanism 6 end within the inner housing 21st A gas exchange is possible between the pneumatic chamber 15 and the inner housing 21 , a gas exchange with other spaces is prevented.
  • the racket 13 and the intermediate racket 16 are provided with sealing elements and / or slide in sealing elements, which prevent gas exchange through the tool holder 2 .
  • the inner housing 21 may include a bellows 24 which may expand into the engine housing 18 . Expansion of the monoatomic gas due to thermal changes can be absorbed by the bellows 24 .
  • the bellows 24 includes, for example, a bellows 24 made of a plastic film. The bellows 24 allows a volume change without effort, which is why within the bellows 24, a pressure about equal to the ambient pressure in the machine housing (typically atmospheric pressure) prevails. Other embodiments provide a shell made of a soft plastic. In a further embodiment, the walls of the inner housing 21 are formed of a soft plastic. In the inflated state, a volume of the bellows 24 may increase to up to 20% to 40% of the total volume of the inner housing 21 and the pneumatic chamber 15 .
  • the exciter 12 may be pot-shaped by the guide tube 17 and the exciter 12 are rigidly connected together.
  • the guide tube 17 is moved by the motor 5 periodically.
  • the guide tube 17 may be connected to the racket 13 to a pot-shaped racket.
  • the pneumatic chamber 15 and the inner housing 21 may be filled with a gas mixture.
  • the gas mixture contains at least 20% by volume of argon, preferably at least 50% by volume.
  • the other components are preferably air in their usual composition of predominantly nitrogen and oxygen. Although the damping effect is lower than with a pure argon gas mixture, gas loss of the argon via leaks is less.
  • the hand tool has a more uniform behavior over its lifetime or between maintenance intervals.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine meißelnde Handwerkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, z.B. einen Bohrhammer, mit einem pneumatischen Schlagwerk, welches insbesondere von einem Elektromotor angetrieben ist, wie beispielsweise aus US 6,843,327 bekannt.
  • Den periodischen Schlägen eines Bohrhammers auf einen Bohrmeißel muss der Anwender mit einer Haftkraft entgegenwirken. Den periodische Lastwechsel nimmt der Anwender als Vibrationen war. Eine Amplitude der Vibrationen soll möglichst gering sein. Gedämpft aufgehängte Handgriffe und Tilger verringern die in den Arm des Anwenders eingeleitete Amplitude. Den dämpfenden Systemen sind jedoch Grenzen gesetzt, nicht zuletzt weil der Handgriff zum Führen des Bohrhammers ausreichend steif befestigt sein muss.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Erfindungsgemäß wird eine Handwerkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
  • Die vorliegende Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk verringert die Amplitude der Vibrationen bereits beim Entstehen in dem Schlagwerk. Das Schlagwerk hat einen motorgetriebenen Erreger, einen Schläger und eine längs einer Arbeitsachse zwischen dem Erreger und dem Schläger angeordnete pneumatische Kammer. Die pneumatische Kammer ist zu wenigstens 20 Vol.-% mit einem monoatomaren Gas, z.B. Argon, gefüllt. Es wurde erkannt, dass das erfindungsgemäße Schlagwerk die gleiche Schlagenergie auf ein Werkzeug übertragen kann, wie ein vollständig mit Luft gefülltes Schlagwerk. Der dafür notwendige Druck während der Kompression der pneumatischen Kammer ist jedoch geringer, der Lastwechsel nimmt ab.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Schlagwerk innerhalb eines Innengehäuses angeordnet ist, welches eine gasdichte Zwischenkammer mit dem Schlagwerk abschließt. Die pneumatische Kammer und die Zwischenkammer können durch Belüftungsöffnungen des Schlagwerks verbunden sein. Das monoatomare Gas ist innerhalb der pneumatischen Kammer und der Zwischenkammer eingeschlossen. Ein Austausch zwischen den beiden Kammern ist unter Anderem zum Abschalten des pneumatischen Schlagwerks von Vorteil. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Innengehäuse einen Blasebalg aufweist. Das Innengehäuse hat kein festes Volumen, sondern passt sein Volumen derart an, dass ein Innendruck gleich dem Außendruck ist. Ein Austausch von Gas mit der Umgebung über Leckagen wird somit vorteilhaft reduziert.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:
    • Fig. 1
    einen Bohrhammer
  • Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
    • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Fig. 1 zeigt als Beispiel einer meißelnden Handwerkzeugmaschine schematisch einen Bohrhammer 1. Der Bohrhammer 1 hat eine Werkzeugaufnahme 2, in welche ein Schaftende 3 eines Werkzeug, z.B. eines des Bohrmeißels 4, eingesetzt werden kann. Einen primären Antrieb des Bohrhammers 1 bildet ein Motor 5, welcher ein Schlagwerk 6 und eine Abtriebswelle 7 antreibt. Ein Anwender kann den Bohrhammer 1 mittels eines Handgriffs 8 führen und mittels eines Systemschalters 9 den Bohrhammer 1 in Betrieb nehmen. Im Betrieb dreht der Bohrhammer 1 den Bohrmeißel 4 kontinuierlich um eine Arbeitsachse 10 und kann dabei den Bohrmeißel 4 in Schlagrichtung 11 längs der Arbeitsachse 10 in einen Untergrund schlagen.
  • Das Schlagwerk 6 ist ein pneumatisches Schlagwerk 6. Ein Erreger 12 und ein Schläger 13 sind in dem Schlagwerk 6 längs der Arbeitsachse 10 beweglich geführt. Der Erreger 12 ist über einen Exzenter 14 oder einen Taumelfinger an den Motor 5 angekoppelt und zu einer periodischen, linearen Bewegung gezwungen. Eine Luftfeder gebildet durch eine pneumatische Kammer 15 zwischen Erreger 12 und Schläger 13 koppelt eine Bewegung des Schlägers 13 an die Bewegung des Erregers 12 an. Der Schläger 13 kann direkt auf ein hinteres Ende des Bohrmeißels 4 aufschlagen oder mittelbar über einen im Wesentlichen ruhenden Zwischenschläger 16 einen Teil seines Impuls auf den Bohrmeißel 4 übertragen. In der beispielhaften Darstellung sind der Erreger 12 und der Schläger 13 kolbenförmig ausgebildet und innerhalb eines zylindrischen Führungsrohrs 17 längs der Arbeitsachse 10 geführt. Das Führungsrohr 17 schließt die pneumatische Kammer 15 in radialer Richtung ab. Das Schlagwerk 6 und vorzugsweise die weiteren Antriebskomponenten sind innerhalb eines Maschinengehäuses 18 angeordnet.
  • Die pneumatische Kammer 15 ist vollständig, d.h. zu 100 Vol.-%, mit Argon gefüllt. Das monoatomare Gas kann bei der Kompression der pneumatischen Kammer 15 bei gleichem Druck eine größere Energiemenge aufnehmen, als bei einer Befüllung mit Luft. Der Lastwechsel während der Kompression ist geringer, was für den Anwender als geringere Vibrationen spürbar ist.
  • Das Führungsrohr 17 ist mit mehreren radialen Belüftungsöffnungen 19, 20 versehen. Erste Belüftungsöffnungen 19 dienen zum Ausgleich von Gasverlusten aus der pneumatischen Kammer 15, welche insbesondere während der Kompression der pneumatischen Kammer 15 auftreten können. Zweite Belüftungsöffnungen 20 unterstützen ein Abschalten des Schlagwerks 6, wenn ein Leerschlag auftritt. Der Schläger 13 dichtet die zweiten Belüftungsöffnungen 20 während des meißelnden Betriebs gegenüber der pneumatischen Kammer 15 ab. Die axiale Position der zweiten Belüftungsöffnungen 20 ist derart ausgelegt, dass bei einem Leerschlag der Schläger 13 in Schlagrichtung 11 über die zweiten Belüftungsöffnungen 20 hinaus verschoben die zweiten Belüftungsöffnungen 20 gegenüber pneumatischen Kammer 15 nicht mehr abdichtend ist.
  • Ein gasdichtes Innengehäuse 21 ist innerhalb des Maschinengehäuses 17 angeordnet. Das Innengehäuse 21 umschließt in radialer Richtung das Schlagwerk 6. Wände des Innengehäuses 21 sind ohne Öffnungen. An einer in Schlagrichtung 11 hinteren Seite ist das Innengehäuse 21 mittels eines Dichtrings 22 an einer Außenwand des Schlagwerks 6 abgeschlossen. Ein vordere Seite des Innengehäuses 21 ist beispielsweise durch eine Wand geschlossen oder durch einen Dichtring an der Außenwand des Schlagwerks 6 abgedichtet. Der Exzenter 14 und andere Getriebekomponenten können beispielsweise innerhalb des Innengehäuses 21 angeordnet sein. Eine in das Innengehäuse 21 führende Welle ist entsprechend gasdicht mittels eines Dichtring abgeschlossen. Die von Innengehäuse 21 abgeschlossene Zwischenkammer 23 ist gleich der pneumatischen Kammer 15 mit dem monoatomaren Gas gefüllt. Alle Belüftungsöffnungen 19, 20 des Schlagwerks 6 enden innerhalb des Innengehäuses 21. Ein Gasaustausch ist zwischen der pneumatischen Kammer 15 und dem Innengehäuse 21 möglich, ein Gasaustausch mit anderen Räumen ist unterbunden. Der Schläger 13 und der Zwischenschläger 16 sind mit Dichtelementen versehen und/oder gleiten in Dichtelementen, welche einen Gasaustausch durch die Werkzeugaufnahme 2 unterbinden.
  • Das Innengehäuse 21 kann einen Blasebalg 24 enthalten, welcher sich in das Maschinengehäuse 18 ausdehnen kann. Eine Ausdehnung des monoatomaren Gases aufgrund von thermischen Änderungen kann durch den Blasebalg 24 aufgefangen werden. Der Blasebalg 24 enthält beispielsweise einen Faltenbalg 24 aus einer Kunststofffolie. Der Faltenbalg 24 ermöglicht eine Volumenänderung ohne Kraftaufwand, weshalb innerhalb des Blasebalgs 24 ein Druck etwa gleich dem Umgebungsdruck in dem Maschinengehäuse (typischerweise Normaldruck) herrscht. Andere Ausgestaltungen sehen eine Hülle aus einem weichen Kunststoff vor. In einer weiteren Ausführungsform sind die Wände des Innengehäuses 21 aus einem weichen Kunststoff gebildet. Ein Volumen des Blasebalgs 24 kann im aufgeblasenen Zustand auf bis zu 20 % bis 40 % des Gesamtvolumens von Innengehäuse 21 und pneumatischer Kammer 15 anwachsen.
  • Die im Detail beschriebene Ausführungsform kann in mehreren Weisen abgewandelt werden. Insbesondere kann der Erreger 12 topfförmig ausgebildet sein, indem das Führungsrohr 17 und der Erreger 12 starr miteinander verbunden sind. Das Führungsrohr 17 wird von dem Motor 5 periodisch mitbewegt. Alternativ kann das Führungsrohr 17 mit dem Schläger 13 zu einem topfförmigen Schläger verbunden sein.
  • Die pneumatische Kammer 15 und das Innengehäuse 21 können mit einem Gasgemisch gefüllt sein. Das Gasgemisch enthält wenigstens 20 Vol.-% Argon, vorzugsweise wenigstens 50 Vol.-%. Die anderen Anteile sind vorzugsweise Luft in ihrer üblichen Zusammensetzung aus vorwiegend Stickstoff und Sauerstoff. Die dämpfende Wirkung ist zwar geringer als bei einem Gasgemisch aus reinem Argon, jedoch ist ein Gasverlust des Argons über Leckagen geringer. Die Handwerkzeugmaschine hat über ihre Lebenszeit bzw. zwischen Wartungsintervallen ein gleichmäßigeres Verhalten.

Claims (6)

  1. Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk (6), wobei das Schlagwerk (6) einen motorgetriebenen Erreger (12), einen Schläger (13) und eine längs einer Arbeitsachse (10) zwischen dem Erreger (12) und dem Schläger (13) angeordnete pneumatische Kammer (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die pneumatische Kammer (15) zu wenigstens 20 Vol.-% mit einem monoatomaren Gas gefüllt ist.
  2. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das monoatomare Gas Argon ist.
  3. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die pneumatische Kammer (15) vollständig mit Argon gefüllt ist.
  4. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagwerk (6) innerhalb eines Innengehäuses (21) angeordnet ist, welches eine gasdichte Zwischenkammer (23) mit dem Schlagwerk (6) abschließt.
  5. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die pneumatische Kammer (15) und die Zwischenkammer (23) durch Belüftungsöffnungen (19, 20) des Schlagwerks (6) verbunden sind.
  6. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (21) einen Blasebalg (24) aufweist.
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