EP2653270A2

EP2653270A2 - Handwerkzeugmaschine und Steuerungsverfahren

Info

Publication number: EP2653270A2
Application number: EP20130163889
Authority: EP
Inventors: Markus Hartmann; Eduard Pfeiffer
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-04-16
Also published as: EP2653270A3; JP2013223918A; CN103372852A; JP6203524B2; US20130284473A1; EP2653270B1; DE102012206452A1

Abstract

Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme 2 zum Haltern eines meißelnden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse 10 . Ein pneumatisches Schlagwerk 6 hat einen durch einen Motor 5 um einen Hub zwischen einem werkzeugfernen Totpunkt und einem werkzeugnahen Totpunkt hin-und-her getriebenen Erreger 12, einen auf der Arbeitsachse 10 zwischen einem werkzeugfernen Umkehrpunkt und einem Schlagpunkt hin-und-her bewegten Schläger 13, und eine von dem Erreger 12 und dem Schläger 13 abgeschlossene pneumatische Kammer 15, die die Bewegung des Schlägers 13 an die Bewegung des Erregers 12 ankoppelt. Eine Dämpfeinrichtung 39 erhöht den Druck in der pneumatischen Kammer 15, wenn der Erreger 12 sich bei seiner Bewegung in Richtung zu dem werkzeugfernen Totpunkt auf weniger als den halben Hub an den werkzeugfernen Totpunkt angenähert hat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine meißelnde Handwerkzeugmaschine, z.B. einen handgehaltenen Bohrhammer oder einen handgehaltenen Breaker, und ein zugehöriges Steuerungsverfahren.
DE 28 54 953 C2 beschreibt einen Bohrhammer. Der Bohrhammer hat einen Schläger, der über eine zwischengeschaltete pneumatische Kammer von einem motorgetriebenen Kolben erregt wird. Der Wirkungsgrad und der Leistungsgrad des Bohrhammers sollen durch einen Radialverdichter erhöht sein. Die von dem Radialverdichter vorkomprimierte Luft strömt durch eine von dem Schlagkörper verdeckbaren Öffnungen in die pneumatische Kammer ein. Der Radialverdichter erhöht den Luftdruck in der pneumatischen Kammer gerade zu dem Zeitpunkt oder während der Zeitspanne, der bzw. die eine optimale Beschleunigung des Schlägers bedingt. Der Schläger erhält kurz vor dem Aufschlag auf einen Döpper einen zusätzlichen Schub, um die Schlagenergie zu erhöhen.
Der Anwender muss eine Haltekraft aufbringen, wenn Energie auf den Schläger übertragen wird. Die Übertragung erfolgt periodisch mit der Schlagfrequenz von typischerweise 10 Hz bis 100 Hz der Handwerkzeugmaschine, weshalb der Anwender die Haltekraft als Vibrationen wahrnimmt. Die Vibrationen sollen aus physiologischen Gründen gering bleiben. Daher kann die Schlagenergie nicht beliebig erhöht werden.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme zum Haltern eines meißelnden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse. Ein pneumatisches Schlagwerk hat einen durch einen Motor um einen Hub zwischen einem werkzeugfernen Totpunkt und einem werkzeugnahen Totpunkt hin-und-her getriebenen Erreger, einen auf der Arbeitsachse zwischen einem werkzeugfernen Umkehrpunkt und einem Schlagpunkt hin-und-her bewegten Schläger, und eine von dem Erreger und dem Schläger abgeschlossene pneumatische Kammer, die die Bewegung des Schlägers an die Bewegung des Erregers ankoppelt. Eine Dämpfeinrichtung erhöht den Druck in der pneumatischen Kammer, wenn der Erreger sich bei seiner Bewegung in Richtung zu dem werkzeugfernen Totpunkt auf weniger als den halben Hub an den werkzeugfernen Totpunkt angenähert hat. Das Steuerungsverfahren für die Handwerkzeugmaschine erhöht den Druck in der pneumatischen Kammer durch eine Pumpe, wenn der Erreger sich bei seiner Bewegung in Richtung zu dem werkzeugfernen Totpunkt auf weniger als den halben Hub an den werkzeugfernen Totpunkt angenähert hat. Das Erhöhen des Drucks wird vorzugsweise allein basierend auf der Position des Erregers gestartet.
Die pneumatische Kammer oder Luftfeder koppelt den Schläger bei Umgebungsdruck nur schwach an den Erreger an. Der mit der Dämpfeinrichtung erhöhte Druck führt zu einer effektiv längeren Ankopplung. Eine Energieübertragung kann somit über die längere Dauer gedehnt werden, was die notwenigen Haltekräfte senkt. Der maximale Druck in der pneumatischen Kammer kann gesenkt werden.
Die Dämpfeinrichtung erhöht den Druck in der pneumatischen Kammer vorzugsweise, bevor der Erreger bei seiner Bewegung in Richtung zu dem werkzeugfernen Totpunkt sich auf weniger als 10 % des Hubs an den werkzeugfernen Totpunkt angenähert hat. Der Druck wird vor dem Erreichen des Totpunkts des Erregers erhöht.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Dämpfeinrichtung eine Pumpe beinhaltet, die über eine in Abhängigkeit der Position des Erreger weggesteuerte Ventileinrichtung mit der pneumatischen Kammer verbunden ist. Der Erreger kann unmittelbar durch seinen eigenen Körper, mittelbar durch ein zwischengeschaltete Mechanik oder eine seine Position ermittelnde Sensorik mit ansprechenden Aktuator die Ventileinrichtung steuern. Die Pumpe hat vorzugsweise einen von dem Schlagwerk entkoppelten Antrieb.
Die Ventileinrichtung kann beispielsweise eine Öffnung zu der pneumatischen Kammer sein, die der Erreger freigibt, wenn der Erreger sich auf weniger als den halben Hub an den werkzeugfernen Totpunkt angenähert hat.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der weggesteuerten Ventileinrichtung, ein druckgesteuertes Ventil nachgeschaltet ist, welches einen Luftstrom von der pneumatischen Kammer zu der Dämpfeinrichtung unterbindet. Während die weggesteuerte Ventileinrichtung den Beginn für eine Luftstrom in die pneumatische Kammer markiert, beendet das druckgesteuerte Ventil die Verbindung zu der Pumpe, bevor die weggesteuerte Ventileinrichtung schließt. Der Zeitpunkt für das Öffnen der gesamten Ventilanordnung kann somit in größerem Abstand zu dem werkzeugfernen Totpunkt als der Zeitpunkt für das Schließen eingerichtet werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Dämpfeinrichtung den Druck in der pneumatischen Kammer auf wenigstens 1,5 bar und/oder höchstens auf 3,0 bar einstellt. Das Erhöhen des Drucks bewirkt ein Abbremsen des Schlägers auf seinem Rückweg. Der Druck darf daher nicht zu groß gewählt sein, da sonst der Schläger nicht mehr rückkehrt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Dämpfeinrichtung den Druck in der pneumatischen Kammer für wenigstens 40 % einer Periodendauer auf über 2 bar hält. Vorzugsweise erreicht der Druck in der pneumatischen Kammer den Druck von über 2 bar bereits vor dem werkzeugfernen Totpunkt des Erregers. Die Dämpfeinrichtung kann anfänglich aktiv den Druck erhöhen und dann für einen Erhalt des Drucks beispielsweise durch Verschluss der pneumatischen Kammer sorgen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Dämpfeinrichtung den Druck in der pneumatischen Kammer während der Bewegung des Schlägers in Richtung zu dem Erreger verringert, wenn der Schläger weniger als ein Drittel der Wegstrecke des Schlagpunkts von dem hinteren Umkehrpunkt von dem Schlagpunkt entfernt ist. Der von der Dämpfeinrichtung in Abhängigkeit der Position des Erregers erhöhte Druck führt zu einem Abbremsen des Schlägers auf seinem Rückweg. Das anfängliche Absenken kann das Abbremsen kompensieren und die Periodendauer unverändert halten. Vorzugsweise senkt die Dämpfeinrichtung den Druck in der pneumatischen Kammer auf einen Wert zwischen 0,3 bar und 0,7 bar.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Dämpfeinrichtung eine Pumpe beinhaltet, welche über eine von dem Schläger gesteuerte Ventileinrichtung mit der pneumatischen Kammer verbunden ist. Der Beginn für den Aufbau des Unterdrucks in der pneumatischen Kammer vorzugsweise allein in Abhängigkeit der Position des Schlägers gesteuert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die von dem Schläger gesteuerte Ventileinrichtung eine Öffnung zu der pneumatischen Kammer beinhaltet, welche von dem Schläger freigegeben wird, wenn der Schläger weniger als ein Drittel der Distanz des Schlagpunkt von dem hinteren Umkehrpunkt von dem Schlagpunkt entfernt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

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

Fig. 1: einen Bohrhammer
Fig. 2 bis 5: ein Schlagwerk des Bohrhammers in vier Betriebsstellungen
Fig. 6: schematisierte Wegkurve von Erreger und Schläger des Schlagwerks
Fig. 7: Darstellung des Druckverlauf in dem Schlagwerk über die Zeit
Fig. 8: Darstellung der Luftmenge in dem Schlagwerk über die Zeit.

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 beispielsweise 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. Der Schläger 13 und der Erreger 12 können beispielsweise als Kolben ausgebildet sein, welche in einem Führungsrohr 17 angeordnet sind. Das Schlagwerk 6 und vorzugsweise die weiteren Antriebskomponenten sind innerhalb eines Maschinengehäuses 18 angeordnet.
Fig. 2 bis Fig. 5 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform des Schlagwerks 6 in vier aufeinanderfolgenden Phasen der Bewegung des Erregers 12. Die relativen Abmessungen des Schlagwerks 6 sind schematisch und dienen nur der Illustration des mechanischen Aufbaus. Fig. 6 zeigt die Bewegung des Erregers 12 und des Schlägers 13 über einen die Zeit repräsentierenden Winkel 19 aufgetragen. Die Kurven sind einer Meßreihe entnommen. Der dargestellte Abstand 20 des Erregers 12 zu dem Schläger 13 ist maßstabsgetreu zu dem Abstand 21 des Schlägers zu dem Döpper 16, wobei die Position letzteren mit der x-Achse zusammenfällt. Erreger und Schläger eines klassischen Schlagwerks sind als gestrichelte Kurven eingezeichnet.
Fig. 2 zeigt den Erreger 12 in seinem hinteren oder werkzeugfernen Totpunkt 22, Fig. 3 zeigt den Erreger 12 auf halben Weg zwischen dem hinteren Totpunkt 22 und seinem vorderen oder werkzeugnahen Totpunkt 23, Fig. 4 zeigt den Erreger 12 in seinem vorderen Totpunkt 23 und Fig. 5 zeigt den Erreger 12 auf halben Weg zurück zu dem hinteren Totpunkt 22. Die Länge des Abstandes zwischen dem vorderen Totpunkt 23 und dem hinteren Totpunkt 22 wird nachfolgend als Hub 24 bezeichnet.
Bei dem beispielhaften Schlagwerk 6 ist der Erreger 12 von einem Exzenter 14 getrieben. Ein Pleuel 25 verbindet einen Exzenterzapfen 26 mit dem Erreger 12. Die Winkelstellung 19 des Exzenters 14 bzw. dessen Exzenterzapfens 26 wird für die nachfolgende Beschreibung als Null Grad festgelegt, wenn der Erreger 12 in seinem hinteren Totpunkt 22 ist (Fig. 2). Die weiteren in Fig. 3 bis Fig. 5 dargestellten Phasen entsprechen einer Winkelstellung 19 von 90 Grad, 180 Grad bzw. 270 Grad. 360 Grad entsprechen einer Periodendauer 27 oder abgeschlossenen hin-und-her Bewegung des Erregers 12. Die Winkelstellung 19 wird synonym zur der Zeit verwendet, unabhängig davon ob ein Exzenter 14 oder ein anderer periodischer Antrieb für den Erreger 12 verwendet ist.
Der Schläger 13 bewegt sich periodisch zwischen einem Schlagpunkt 28 und einem werkzeugfernen Umkehrpunkt 29 hin-und-her. Der Schläger 13 erreicht vorzugsweise den werkzeugfernen Umkehrpunkt 29, wenn der Erreger 12 sich zwischen 25 % und 40 % des Hubs 24 von dem hinteren Totpunkt 22 entfernt hat (Fig. 3). Der Schläger 13 erreicht den Schlagpunkt kurz bevor der Erreger 12 den werkzeugnahen Totpunkt 23 erreicht. Der Schläger 13 benötigt von dem werkzeugfernen Umkehrpunkt 29 bis zu dem Schlagpunkt 28 etwa die gleiche Zeit wie der Erreger 12 für den halben Hub 24. Die von dem Schläger 13 zurückgelegte Wegstrecke 31 ist um 10 % bis 30 % größer als der Hub 24 des Erregers 12.
Ein Abstand 20 des Erregers 12 zu dem Schläger 13 ändert sich periodisch. Der geringste Abstand 20 ergibt sich, wenn der Schläger 13 den hinteren Umkehrpunkt 29 erreicht. Die damit einhergehende Volumenänderung der pneumatischen Kammer 15 führt zu einer Kompression bzw. Dekompression des in der pneumatischen Kammer 15 befindlichen Gases. Auf den Schläger 13 wirkt eine Kraft in Schlagrichtung 11, wenn der Druck in der pneumatischen Kammer 15 den Umgebungsdruck übersteigt, und eine Kraft entgegen der Schlagrichtung 11, wenn der Druck in der pneumatischen Kammer 15 geringer als der Umgebungsdruck ist. Der Druck in der pneumatischen Kammer 15 stellt sich etwa auf den Umgebungsdruck ein, wenn der Schläger 13 im Schlagpunkt 28 ist. Das im Schlagpunkt 28 eingenommene Volumen, d.h. Schläger 13 am Döpper 16 anliegend und der Erreger 12 auf etwa halben Weg zwischen hinteren Totpunkt 22 und vorderen Totpunkt 23, wird daher nachfolgend als neutrales Volumen bezeichnet. Fig.7 zeigt den Druck 32 in der pneumatischen Kammer 15 über die Zeit aufgetragen. Die gestrichelte Linie gibt den Druck für ein herkömmliche Schlagwerk an.
Bei dem beispielhaften Schlagwerk 6 ist der Erreger 12 als Kolben ausgebildet, welcher passgenau an der Innenwand 33 des Führungsrohrs 17 geführt ist. Der Schläger 13 ist ebenfalls als ein zu dem Führungsrohr 17 passgenauer Kolben ausgebildet. Das Volumen der pneumatischen Kammer 15 ist somit in Schlagrichtung 11 durch eine entgegen der Schlagrichtung 11 weisende Stirnfläche 34 des Schlägers 13, entgegen der Schlagrichtung 11 durch eine in die Schlagrichtung 11 weisende Stirnfläche 35 des Erregers 12 und in radialer Richtung durch das Führungsrohr 17 luftdicht abgeschlossen. Dichtungsringe können in den Umfang des Erregers 12 und des Schlägers 13 zum Ausgleichen von Toleranzen eingesetzt sein.
Der Döpper 16 liegt während des Betriebs des Schlagwerks 6 in seiner Grundstellung entgegen der Schlagrichtung 11 an einem Anschlag 36 an. Der Döpper 16 wird unter anderen durch das Anpressen des Werkzeugs 4 an einen Untergrund in der Grundstellung gehalten. Die entgegen die Schlagrichtung 11 weisende Schlagfläche 37 des Döppers 16 definiert den Schlagpunkt 28. Der Schläger 13 trifft im Schlagpunkt 28 mit seiner in die Schlagrichtung 11 weisenden Stirnfläche 38 auf die Schlagfläche 37 des Döppers 16 auf. Falls der Döpper 16 nicht in der Grundstellung gehalten ist, stellt das Schlagwerk 6 vorzugsweise den Betrieb ein.
Der Bohrhammer 1 ist mit einer Dämpfeinrichtung 39 versehen. Die Dämpfeinrichtung 39 verringert die rückwirkende Spitzenbelastungen auf den Anwender. Die beispielhafte Dämpfeinrichtung 39 basiert auf einer Pumpe 40, welche gesteuert in Abhängigkeit der Stellung des Erregers 12 den Druck 32 in der pneumatischen Kammer 15 anhebt. Die Pumpe 37 kann durch eine Druckkammer 41 unterstützt sein.
Eine Druckkammer 41 ist in dem Maschinengehäuse 18 angeordnet. Die Druckkammer 41 ist ein geschlossener Raum, der beispielsweise mit starren oder elastischen Wänden versehen ist. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Druckkammer 41 eine Hülse, welche das Führungsrohr 17 umgibt. In alternativen Ausführungsformen kann die Druckkammer 41 als eine Gummiblase oder ein separater Tank mit steifen Wänden ausgebildet sein, welche beispielsweise räumlich getrennt von dem Schlagwerk 6 in dem Maschinengehäuse 18 angeordnet und über eine Zuleitung 42 mit dem Schlagwerk 6 verbunden sind. Das Volumen der Druckkammer 41 liegt vorzugsweise zwischen 50 % und 200 % dem neutralen Volumen der pneumatischen Kammer 15.
Eine Pumpe 40 pumpt Luft in die Druckkammer 41, um den Druck in der Druckkammer 41 auf einen Wert zwischen 1,5 bar und 3 bar anzuheben. Der Druck in der Druckkammer 41 ist höher als der Umgebungsdruck, vorzugsweise um wenigstens 0,5 bar und vorzugsweise höchstens um 2,5 bar. Die Pumpe 40 ist beispielsweise eine Membranpumpe, deren Membran 43 von einem Motor oder einem Piezoelement 44 zu einer Oszillation angeregt wird. Ein Rückschlagventil 45 kann eine Rückströmen von Luft aus der Druckkammer 41 in die Pumpe 40 unterbinden.
Die Druckkammer 41 ist mit der pneumatischen Kammer 15 über ein Ventil 46 verbunden. Das Ventil 46 öffnet und schließt in Abhängigkeit der Stellung des Erregers 12. Das Ventil öffnet (Zeitpunkt 52), wenn der Erreger 12 auf seinem Rückweg zu dem hinteren Totpunkt 22 mehr als den halben Hub 24 zurückgelegt, spätestens nachdem er 90 % des Hubs 24 zurückgelegt hat. Die Winkelstellung 19 liegt somit zwischen 270 Grad und 342 Grad, zu dem Zeitpunkt an dem das Ventil 46 öffnet. Bei dem geöffnetem Ventil 46 strömt Luft aus der Druckkammer 41 in die pneumatische Kammer 15 ein.
Fig. 8 zeigt die Luftmenge 47 (Masse) in der pneumatischen Kammer 15 aufgetragen über die y-Achse. Die gestrichelte Linie gibt die Luftmenge des herkömmlichen gleichgroßen Schlagwerks an. Dessen Luftmenge bleibt näherungsweise konstant, d.h. entspricht der Luftmenge des neutralen Volumens bei Umgebungsdruck. Erkennbar steigt die Luftmenge in der pneumatischen Kammer 15 um wenigstens 50 % an. Der Druck 32 in der pneumatischen Kammer 15 erreicht vorzugsweise innerhalb 10 % der Periodendauer 27 (36 Grad) ab Öffnen des Ventils 46 einen Druck von 2 bar. Insbesondere steigt der Druck auf über 2 bar an, bevor der Erreger 12 den hinteren Totpunkt (0 Grad) erreicht.
Das Ventil 46 schließt zum Zeitpunkt 48 weggesteuert in Abhängigkeit der Stellung des Erregers 12. Das Ventil 46 schließt spätestens, wenn der Erreger 12 sich bei seiner Vorwärtsbewegung zu dem vorderen Totpunkt 23 mehr als den halben Hub 24 von dem hinteren Totpunkt 22 entfernt hat (90 Grad). Verzugsweise schließt das Ventil 46 erst, wenn der Erreger 12 sich mehr als 10 % von dem hinteren Totpunkt 22 entfernt hat (ca. 10 Grad).
Das beispielhafte Ventil 46 ist eine Öffnung 46 in dem Führungsrohr 17. Der mit der Innenwand 33 des Führungsrohrs 17 bündig abschließende Erreger 12 bildet den Verschlusskörper des Ventils 46. Das Ventil 46 ist geschlossen, wenn der Erreger 12 mit seiner Mantelfläche oder seinem Dichtring die Öffnung 49 überdeckt. Die Öffnung 46 ist längs der Arbeitsachse 10 auf der Höhe der Stirnfläche 35 bzw. des Dichtrings angeordnet, die diese einnehmen, wenn der Erreger 12 je nach Bewegungsrichtung das Ventil 46 öffnen bzw. schließen soll.
Anstelle die Öffnung 46 unmittelbar durch den Erreger 12 zu verschließen, kann ein Verschluss synchron zu dem Erreger 12 bewegt und als Verschlusskörper für die Öffnung 49 angeordnet sein. Der Verschluss kann beispielsweise von dem Exzenter 14 angetrieben sein. Die Position der Öffnung 46 ist damit nicht mehr an die von dem Erreger 12 eingenommenen Stellungen gebunden. Ferner kann anstelle eines mechanisch Aktuators ein elektrisch betätigtes Ventil verwendet werden. Ein Sensor erfasst beispielsweise die Position des Erregers 12 und schaltet ansprechend auf die erfassten Position das Ventil.
Dem weggesteuerten Ventil 46 ist vorzugsweise ein Rückschlagventil 50 nachgeschaltet. Das Rückschlagventil 50 verhindert ein Rückströmen von Luft aus der pneumatischen Kammer 15 in die Druckkammer 41, wenn der Druck 32 in der pneumatischen Kammer 15 den Druck in der Druckkammer 41 übersteigt. Der Schwellwert für den Druck 32, ab dem das Rückschlagventil 50 schließt, entspricht dem Druck auf den die Druckkammer 41 durch die Pumpe 40 aufgeladen wird.
Etwas bevor der Erreger 12 den hinteren Totpunkt 22 erreicht beginnt der Schläger 13 den Erreger 12 einzuholen. Spätestens wenn der Erreger 12 den hinteren Totpunkt überschreitet (Fig. 2) und seine Bewegung in Schlagrichtung 11 beginnt, verringert sich der Abstand 20 zwischen Erreger 12 und Schläger 13. Das Volumen der pneumatischen Kammer 15 sinkt und die Luft wird durch Erreger 12 und Schläger 13 komprimiert. Der Druck 32 in der pneumatischen Kammer 15 steigt auf einen Wert höher als in der Druckkammer 41 und das Rückschlagventil 50 schließt. Der Zeitpunkt 51 des Schließens liegt etwa zwischen 5 % und 15 % einer Periodendauer 27 nach dem Öffnen (52), vorzugsweise deutlich bevor der Erreger 12 seinen hinteren Totpunkt 22 erreicht und deutlich bevor das weggesteuerte Ventil 46 schließt (48).
Final erreicht der Druck in der pneumatischen Kammer 15 wenigstens 8 bar jedoch vorzugsweise höchstens 15 bar, z.B. höchstens 12 bar, wenn der Schläger 13 den hinteren Umkehrpunkt 29 erreicht (Fig.3). Das vergleichbare herkömmliche Schlagwerk erreicht einen maximalen Druck von 20 bar.
Der Druck in der pneumatischen Kammer 15 ist für wenigstens 40 % vorzugsweise wenigstens 50 % der Periodendauer 27 größer als der Umgebungsdruck. Der Druck bei der Kompression im hinteren Umkehrpunkt 29 des Schlägers 13 ist jedoch mit einem Wert zwischen 6 bar und 10 bar moderat. Dem einhergehenden moderaten Druckwechsel muss der Anwender nur mit einer moderaten Anpresskraft entgegenwirken. Die Druckkammer 41 hat eine dämpfende Wirkung. Bei herkömmlichen Schlagwerken ohne die Überdruckkammer 41 ergibt sich nur für 20 % bis 25 % der Periodendauer 27 ein Überdruck in der pneumatischen Kammer 15. Dafür steigt der Spitzenwert der Kompression auf wenigstens 15 bar, um die gleiche Energie von dem Erreger 12 auf den Schläger 13 übertragen zu können.
Eine Unterdruckkammer 53 ist in dem Maschinengehäuse 18 angeordnet. Die Unterdruckkammer 53 ist ein geschlossener Raum mit starren Wänden. Beispielsweise kann die Unterdruckkammer 53 als Hülse das Führungsrohr 17 umgeben. Das Volumen der Unterdruckkammer 53 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 50 % und 200 % des neutralen Volumens. Die Pumpe 40 saugt aus der Unterdruckkammer 53 Luft ab, um den Druck in der Unterdruckkammer 53 auf 0,3 bar bis 0,7 bar abzusenken. In der dargestellten Ausführungsform pumpt die Pumpe 40 Luft aus der Unterdruckkammer 53 in die Überdruckkammer 41. In alternativen Ausführungsformen kann für jede der Kammern 41, 53 eine eigene Pumpe vorgesehen sein. Ferner kann die Pumpe 40 mit einem druckgesteuerten Ventil versehen sein, welches ein Ansaugen von Luft aus der Umgebung zusätzlich zu der Luft aus der Unterdruckkammer 53 ermöglicht.
Die Unterdruckkammer 53 ist mit der pneumatischen Kammer 15 durch eine Öffnung 54 in dem Führungsrohr 17 verbunden. Die Öffnung 54 bildet zusammen mit dem Schläger 13 ein weggesteuertes Ventil. Die Mantelfläche oder der Dichtungsring des Schlägers 13 decken die Öffnung 54 zum Schließen des Ventils 54 ab. Das Ventil 54 ist vorzugsweise offen oder öffnet, wenn der Erreger 12 den Schlagpunkt 28 erreicht. Luft strömt aus der pneumatischen Kammer 15 in die Unterdruckkammer 53. Die Luftmenge in der pneumatischen Kammer 15 wird um wenigstens 30 % reduziert. Vorzugsweise sinkt der Druck in der pneumatischen Kammer 15 auf weniger als 0,7 bar ab, bevor der Erreger 12 den vorderen Totpunkt 23 (180 Grad) erreicht. Das Ventil 54 schließt zum Zeitpunkt 55, bevor der Schläger 13 ein Drittel seiner Wegstrecke 31 bis zu dem hinteren Umkehrpunkt 28 zurückgelegt hat. Der Druck 32 in der pneumatischen Kammer 15 bleibt vorzugsweise für etwa 20 % bis 30 % der Periodendauer 27 des Erregers 12 unterhalb des Umgebungsdrucks.
Das beispielhaft mit dem Schläger 13 als Verschlusskörper ausgebildete Ventil 54 öffnet zum Zeitpunkt 56, bevor der Schläger 13 den Schlagpunkt 28 erreicht. Obwohl durch den Druckabfall in pneumatischen Kammer 15 eine bremsende Wirkung auf den Schläger 13 zu erwarten wäre, zeigt sich ein nur vernachlässigbarer Effekt durch das geöffnete Ventil 54.

Claims

Handwerkzeugmaschine
mit einer Werkzeugaufnahme (2) zum Haltern eines meißelnden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse (10),
mit einem pneumatischen Schlagwerk (6), wobei das Schlagwerk (6) einen durch einen Motor (5) um einen Hub (24) zwischen einem werkzeugfernen Totpunkt (22) und einem werkzeugnahen Totpunkt (23) hin-und-her getriebenen Erreger (12),
einen auf der Arbeitsachse (10) zwischen einem werkzeugfernen Umkehrpunkt (23) und einem Schlagpunkt hin-und-her bewegten Schläger (13), und
eine von dem Erreger (12) und dem Schläger (13) abgeschlossene pneumatische Kammer (15), die die Bewegung des Schlägers (13) an die Bewegung des Erregers (12) ankoppelt, aufweist und
mit einer Dämpfeinrichtung (39), die den Druck (32) in der pneumatischen Kammer (15) erhöht, wenn der Erreger (12) sich bei seiner Bewegung in Richtung zu dem werkzeugfernen Totpunkt (22) auf weniger als den halben Hub (24) an den werkzeugfernen Totpunkt (22) angenähert hat.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung (39) den Druck (32) in der pneumatischen Kammer (15) erhöht, bevor der Erreger (12) bei seiner Bewegung in Richtung zu dem werkzeugfernen Totpunkt (22) sich auf weniger als 10 % des Hubs (24) an den werkzeugfernen Totpunkt (22) angenähert hat.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung (39) eine Pumpe (40) beinhaltet, die über in Abhängigkeit der Position des Erregers (12) weggesteuerte Ventileinrichtung (46) mit der pneumatischen Kammer (15) verbunden ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weggesteuerten Ventileinrichtung (46) eine Öffnung (46) zu der pneumatischen Kammer (15) beinhaltet und der Erreger (12) die Öffnung (46) freigibt, wenn der Erreger (12) sich auf weniger als den halben Hub (24) an den werkzeugfernen Totpunkt (22) angenähert hat.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der weggesteuerten Ventileinrichtung (46) ein druckgesteuertes Ventil (50) nachgeschaltet ist, welches einen Luftstrom von der pneumatischen Kammer (15) zu der Dämpfeinrichtung (22) unterbindet.
Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung (39) den Druck (32) in der pneumatischen Kammer (15) auf wenigstens 1,5 bar und/oder höchstens auf 3,0 bar einstellt.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung (39) den Druck (32) in der pneumatischen Kammer (15) für wenigstens 40 % einer Periodendauer (27) über 2 bar hält.
Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung (22) den Druck in der pneumatischen Kammer (15) während der Bewegung des Schlägers (13) in Richtung zu dem Erreger (12) verringert, wenn der Schläger (13) weniger als ein Drittel der Wegstrecke (31) des Schlagpunkts (28) von dem hinteren Umkehrpunkt (29) von dem Schlagpunkt (28) entfernt ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung (39) den Druck in der pneumatischen Kammer (15) auf einen Wert von wenigstens 0,3 bar und höchstens 0,7 bar absenkt.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung (39) eine Pumpe (40) beinhaltet, welche über eine von dem Schläger (13) gesteuerte Ventileinrichtung (54) mit der pneumatischen Kammer (15) verbunden ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Schläger (13) gesteuerte Ventileinrichtung (54) eine Öffnung (54) zu der pneumatischen Kammer (15) beinhaltet, welche von dem Schläger (13) freigegeben wird, wenn der Schläger (13) weniger als ein Drittel der Distanz (31) des Schlagpunkt (28) von dem hinteren Umkehrpunkt (29) von dem Schlagpunkt (28) entfernt ist.
Steuerungsverfahren für eine Handwerkzeugmaschine, die eine Werkzeugaufnahme (2) zum Haltern eines meißelnden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse (10) und ein pneumatisches Schlagwerk (6) aufweist, wobei das Schlagwerk (6) einen durch einen Motor (5) um einen Hub zwischen einem werkzeugfernen Totpunkt (22) und einem werkzeugnahen Totpunkt (23) hin-und-her getriebenen Erreger (12), einen auf der Arbeitsachse (10) zwischen einem werkzeugfernen Umkehrpunkt (23) und einem Schlagpunkt (28) hin-und-her bewegten Schläger (13), und eine von dem Erreger (12) und dem Schläger (13) abgeschlossene pneumatische Kammer (15), die die Bewegung des Schlägers (13) an die Bewegung des Erregers (12) ankoppelt, aufweist mit den Verfahrensschritten:
Erhöhen des Drucks (32) in der pneumatischen Kammer (15) durch eine Pumpe (40), wenn der Erreger (12) sich bei seiner Bewegung in Richtung zu dem werkzeugfernen Totpunkt (22) auf weniger als den halben Hub (24) an den werkzeugfernen Totpunkt (22) angenähert hat.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 12 gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt:
Verringern des Drucks (32) in der pneumatischen Kammer (15) durch eine Pumpe (40), wenn der Schläger (13) weniger als ein Drittel der Wegstrecke (31) zwischen dem Schlagpunkt (28) und dem hinteren Umkehrpunkt (29) von dem Schlagpunkt (28) entfernt ist.