EP2871028A1

EP2871028A1 - Handwerkzeugmaschine

Info

Publication number: EP2871028A1
Application number: EP20130192257
Authority: EP
Inventors: Markus Hartmann; Aaron Wiedner; Manuel Serf; Eduard Pfeiffer
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-05-13
Also published as: EP3068585A1; WO2015067590A1; EP3068585B1; CN105722645A; US20160271779A1

Abstract

Eine Handwerkzeugmaschine 1 hat eine Werkzeugaufnahme 2 zum Aufnehmen eines meißelnden Werkzeugs 4 auf einer Arbeitsachse 11, einen Motor 5 und ein Schlagwerk 6. Das Schlagwerk 6 beinhaltet einen auf der Arbeitsachse 11 geführten Schläger 15, einen von dem Motor 5 periodisch angetriebenen Erreger 16 und eine pneumatischen Kammer 19 zum Ankoppeln der Bewegung des Schlägers 15 an die periodische Bewegung des Erregers 16. Der Schläger 15 schlägt in Schlagrichtung 12 im Schlagpunkt 28 auf das Werkzeug 4 oder einen Zwischenschläger 31 auf. Der Erreger 16 ist zwischen einem dem Schlagpunkt 28 entfernten, ersten Totpunkt 26 und einem dem Schlagpunkt 28 nahen, zweiten Totpunkt 26 angetrieben. Die pneumatische Kammer 19 ist zwischen dem Schläger 15 und einer dem Schläger 15 zugewandten Stirnseite 24 des Erregers 16 ausgebildet. Ein luftdicht gekapseltes Gehäuse 34 hat einen Innenraum 37, der von einer dem Schläger 15 abgewandten Stirnseite 41 des Erregers 16 verschlossen ist. Der Innenraum 37 ist durch ein von dem Schläger 15 verschließbares, erstes Ventil 38 mit der pneumatischen Kammer 19 verbunden. Zudem ist der Innenraum 37 mit einem von dem Erreger 16 verschließbaren, zweiten Ventil 39 mit der pneumatischen Kammer 19 verbunden. Das erste Ventil 38 ist nahe dem Schlagpunkt 28 und das zweite Ventil 39 nahe dem ersten Totpunkt 26 angeordnet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine, die mit einem motorgetriebenen pneumatischen Schlagwerk versehen ist.
EP2130651A1 zeigt einen Bohrhammer mit dem gattungsgemäßen pneumatischen Schlagwerk. Ein Motor treibt mittels eines Exzenterrads einen Erregerkolben in einem Führungsrohr an. Ein ebenfalls in dem Führungsrohr angeordneter Schläger wird durch die zwischen dem Erregerkolben und dem Schläger ausgebildete Luftfeder in Form einer pneumatische Kammer an die Bewegung des Schlägers angekoppelt. Der Schläger schlägt dabei periodisch in Schlagrichtung auf einen weitgehend ruhenden Zwischenschläger auf, welcher den Schlagimpuls an ein Werkzeug weiterleitet.
Das pneumatische Schlagwerk übt im Vergleich zu einem mechanischen Schlagwerk nur geringe Kraftspitzen auf den Anwender aus, weil der Schläger beim Schlag über die Luftfeder nur schwach an den Erreger angekoppelt ist. Bei der anfänglichen Beschleunigung des Schlägers durch den Erreger in Schlagrichtung ist hingegen die Luftfeder stark komprimiert und daher stark koppelnd, weshalb diese Phase von dem Anwender zu spüren ist.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines meißelnden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse, einen Motor und ein Schlagwerk. Das Schlagwerk beinhaltet einen auf der Arbeitsachse geführten Schläger, einen von dem Motor periodisch angetriebenen Erreger und eine pneumatischen Kammer zum Ankoppeln der Bewegung des Schlägers an die periodische Bewegung des Erregers. Der Schläger schlägt in Schlagrichtung im Schlagpunkt auf das Werkzeug oder einen Zwischenschläger auf. Der Erreger ist zwischen einem dem Schlagpunkt entfernten, ersten Totpunkt und einem dem Schlagpunkt nahen, zweiten Totpunkt angetrieben. Die pneumatische Kammer ist zwischen dem Schläger und einer dem Schläger zugewandten Stirnseite des Erregers ausgebildet. Ein luftdicht gekapseltes Gehäuse hat einen Innenraum, der von einer dem Schläger abgewandten Stirnseite des Erregers verschlossen ist. Der Innenraum ist durch ein von dem Schläger verschließbares, erstes Ventil mit der pneumatischen Kammer verbunden. Zudem ist der Innenraum mit einem von dem Erreger verschließbaren, zweiten Ventil mit der pneumatischen Kammer verbunden. Das erste Ventil ist nahe dem Schlagpunkt und das zweite Ventil nahe dem ersten Totpunkt angeordnet.
Der Innenraum ist deutlich größer als die pneumatische Kammer, beispielsweise enthält das Gehäuse das gesamte oder Teile des Getriebes, z.B. ein Exzenterrad. Der Erreger erzeugt mit seiner Rückseite eine im Vergleich zu der pneumatischen Kammer geringe, aber vorhandene Druckschwankung. Es erweist sich, dass diese genutzt werden kann, um die während der anfänglichen Beschleunigungsphase auftretende rückwirkende Kraftspitze reduzieren zu können.
Der Druck in der pneumatischen Kammer wird durch den Druckausgleich zwischen dem Innenraum und der pneumatische Kammer erhöht, wenn das zweite Ventil geöffnet wird. Bedingt durch die Anordnung erfolgt das Öffnen des Ventils, wenn der Erreger nahe dem ersten Totpunkt ist. Während des Betriebs ist der Druck in dem Innenraum leicht erhöht, in der pneumatischen Kammer verringert. Die kurzzeitige Belüftung sorgt hierbei zu einem Erhöhen des Drucks in der Luftfeder und verlängert die Dauer der Ankopplung des Schlägers an den Erreger. Der Erreger kann den Schläger über eine längere Zeitspanne beschleunigen, wodurch die Kraftspitzen verringert werden.
Die Entlüftung der pneumatischen Kammer erfolgt, wenn der Schläger nahe dem Schlagpunkt ist. Die Steuerung erfolgt durch den Schläger, damit das Anlaufen des Schlagwerks nach wenigen Zyklen des Erregers möglich 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 und 3: ein pneumatisches Schlagwerk in zwei Phasen
Fig. 4: Bewegung eines Schlägers und eines Erregers des Schlagwerks

Fig. 5: Luftaustausch zwischen einer pneumatischen Kammer des Schlagwerks und einem luftdichten Gehäuse

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 meißelnden Bohrers 4, eingesetzt werden kann. Einen primären Antrieb des Bohrhammers 1 bildet ein Motor 5, welcher ein Schlagwerk 6 und eine Abtriebswelle 7 antreibt. Der Elektromotor 5 wird beispielsweise von einer Batterie 8 gespeist. Ein Anwender kann den Bohrhammer 1 mittels eines Handgriffs 9 führen und mittels eines Systemschalters 10 den Bohrhammer 1 in Betrieb nehmen. Im Betrieb dreht der Bohrhammer 1 den Bohrer 4 kontinuierlich um eine Arbeitsachse 11 und kann dabei den Bohrmeißel 4 in Schlagrichtung 12 längs der Arbeitsachse 11 in einen Untergrund schlagen.
Das Schlagwerk 6 ist ein pneumatisches Schlagwerk 6. Das beispielhafte Schlagwerk 6 hat ein Führungsrohr 13 mit einer zylindrischen Innenwand 14. Das Führungsrohr 13 liegt auf der Arbeitsachse 11. Ein Schläger 15 ist in dem Führungsrohr 13 eingesetzt und in diesem längs der Arbeitsachse 11 beweglich. Der Schläger 15 ist als Kolben ausgebildet, welcher mit der Innenwand 14 luftdicht abschließt. Ein Erreger 16 ist in Schlagrichtung 12 vor dem Schläger 15 in dem Führungsrohr 13 angeordnet. Der beispielhafte Erreger 16 ist ebenfalls als Kolben ausgebildet, welcher in dem Führungsrohr 13 längs der Arbeitsachse 11 beweglich mit der Innenwand 14 luftdicht abschließt. Der Schläger 15 und der Erreger 16 schließen mit ihren einander zugewandten Stirnseiten 17, 18 zwischen sich eine pneumatische Kammer 19 ein. Die pneumatische Kammer 19 dient als Luftfeder, welche eine Bewegung des Schlägers 15 an eine Bewegung des Erregers 16 ankoppelt.
Der Erreger 16 ist mit einem Motor 5 über ein Getriebe 20 gekoppelt. Das Getriebe 20 beinhaltet beispielsweise ein Exzenterrad 21, welches die Drehbewegung des Motors 5 in eine linear Bewegung des Erregers 16 wandelt. Das Exzenterrad 21 hat einen Finger 22, welcher um einen Kurbelradius exzentrisch versetzt zu einer Drehachse 23 des Exzenterrads 21 liegt. Ein Pleuel 24 umgreift mit einem Ende den Finger 22 und ist mit einem anderen Ende drehbar oder schwenkbar in dem Erreger 16 aufgehängt. Der Erreger 16 wird zu einer periodischen Bewegung zwangserregt, welche längs der Arbeitsachse 11 zwischen einem ersten Totpunkt 25 und einen zweiten Totpunkt 26 verläuft (Fig. 4). Der erste Totpunkt 25 liegt in Schlagrichtung 12 vor dem zweiten Totpunkt 26. Die Hubhöhe 27 zwischen den beiden Totpunkten 25, 26 ist im Wesentlichen durch den Kurbelradius vorgeben. Anstelle eine Exzenterrads 21 kann ebenfalls ein Taumelfinger verwendet werden, welches den Erreger 16 zwischen den Totpunkten 25, 26 bewegt. Das Getriebe 20 kann Untersetzungsstufen, Drehmomentkupplungen etc. enthalten.
Der Schläger 15 folgt angekoppelt durch die pneumatische Kammer 19 der Bewegung des Erregers 16. Die Bewegung des Schläger 15 und des Erregers 16 längs der Arbeitsachse 11 sind in Fig. 4 dargestellt. Die y-Achse gibt die Stellung des Schlägers 15 und Erreger 16 dargestellt über die Winkelposition des Exzenterrads 21 auf der x-Achse an. Der Schläger 15 und der Erreger 16 sind für die Beschreibung ihrer Bewegung oder Stellung auf eine dünne Scheibe abstrahiert.
Der Schläger 15 bewegt sich periodisch in Schlagrichtung 12 bis einem Schlagpunkt 28 und entgegen der Schlagrichtung 12 bis zu einem Umkehrpunkt 29. Der Abstand von Schlagpunkt 28 zu Umkehrpunkt 29 wird nachfolgend als Flugdistanz 30 bezeichnet. Im Schlagpunkt 28 schlägt der Schläger 15 auf einen Zwischenschläger 31 auf, welcher mit seiner dem Schläger 15 zugewandten Schlagfläche 32 den Schlagpunkt 28 des Schlagwerks 6 definiert. Der Zwischenschläger 31 liegt entgegen der Schlagrichtung 12 an einem Anschlag 33 an. Der Umkehrpunkt 29 liegt näherungsweise in der Mitte zwischen dem ersten Totpunkt 25 und dem zweiten Totpunkt 26 des Erregers 16.
Das Getriebe 20, insbesondere das Exzenterrad 21, ist in einem Gehäuse 34 angeordnet. Das Gehäuse 34 hat eine Öffnung 35, in welcher ein getriebeseitiger Abschnitt 36 des Schlagwerks 6 bündig angeordnet ist. Das Führungsrohr 13 ist getriebeseitig in das Gehäuse 34 hin offen, vorzugsweise mit dem Querschnitt des Erregers 16. Der Erreger 16 bildet somit, zumindest einen Teil, des Verschlusses der Öffnung 35. Der bewegte Erreger 16 verringert periodisch den Innenraum 37 des Gehäuses 34. Das Gehäuse 34 ist luftdicht gekapselt. Der Druck in dem Gehäuse 34 ändert sich mit der Schlagfrequenz, welche typischerweise im Bereich zwischen 10 Hz und 100 Hz liegt. Der Druck ist erhöht, wenn der Erreger 16 am weitesten in das Gehäuse 34 vorgerückt, ergo am weitesten von dem Schlagpunkt 28 entfernt ist (erster Totpunkt 25). Das zwischen Gehäuse 34 und Erreger 16 abgeschlossene Volumen ist zwischen 0,7-fachen und 5-fachen des von dem Erreger 16 überstrichenen Volumen. Das von Gehäuse 34 und Erreger 16 abgeschlossene Volumen kann sich bei einem Umlauf des Erregers 16 zwischen 20 % und 150 % erhöhen. Leckagen sind soweit zu verringern, dass diese keinen wesentlichen Druckausgleich mit der Umgebung innerhalb von wenigen Sekunden erreichen können.
Das Führungsrohr 13 ist mit einem ersten Ventil 38 versehen, welches die pneumatische Kammer 19 mit dem Innenraum 37 des Gehäuses 34 verbindet. Das erste Ventil 38 besteht vorzugsweise aus einer radialen Ventilöffnung in dem Führungsrohr 13, welche von dem Schläger 15 überfahren und dabei abgedeckt wird. Der Schläger 15 gibt die Ventilöffnung des Ventils 38 frei, wenn der Schläger 15 nahe dem Schlagpunkt 28 ist. Die Ventilöffnung des Ventils 38 liegt vorzugsweise weniger als 10 % der Flugdistanz des Schlägers 15 von dem Schlagpunkt 28 entfernt. Das erste Ventil 38 ist somit während der periodischen Bewegung zumeist geschlossen. Das Gehäuse 34 kann das erste Ventil 38 längs der Arbeitsachse 11 derart überdecken, dass das erste Ventil 38 innerhalb des Innenraums 37 liegt. Alternativ kann ein Schlauch oder ein sonstiger Kanal von dem ersten Ventil 38 zu dem Innenraum 37 führen.
Das Führungsrohr 13 ist mit einem zweiten Ventil 39 versehen, welches die pneumatische Kammer 19 mit dem Innenraum 37 des Gehäuse 34 verbindet. Das zweite Ventil 39 hat eine radiale Ventilöffnung in dem Führungsrohr 13, welche von dem Erreger 16 überfahren und dabei abgedeckt wird. Der Erreger 16 gibt die Ventilöffnung frei, wenn der Erreger 16 nahe dem ersten Totpunkt 25 ist, d.h. in der von dem Schlagpunkt 28 zurückgezogenen Stellung. Die Ventilöffnung des Ventils 39 liegt vorzugsweise weniger als 10 % der Hubhöhe 27 von dem ersten Totpunkt 25 entfernt. Das Gehäuse 34 kann das zweite Ventil 39 in gleicherweise überdecken, oder das zweite Ventil 39 ist mittels eines anderen Kanals mit dem Innenraum 37 verbunden. Das zweite Ventil 39 kann ein Rückschlagventil 40 enthalten, welches ein Ausströmen aus der pneumatischen Kammer 19 in den Innenraum 37 unterbindet.
Das erste Ventil 38 und das zweite Ventil 39 werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten und unabhängig geöffnet, der Schläger 15 steuert nur das erste Ventil 38 und der Erreger 16 steuert nur das zweite Ventil 39. Beide Ventile 38, 39 binden die pneumatische Kammer 19 jedoch an den selben Innenraum 37 an. Während das zweite Ventil 39 öffnet, ist der Erreger 16 nahe dem ersten Totpunkt 25. Der Druck im Gehäuse 34 ist erhöht, wenigstens höher als der Druck in der pneumatischen Kammer 19. Aus dem Innenraum 37 strömt eine Luftmenge in die pneumatischen Kammer 19. Fig. 5 zeigt schematisch den Luftstrom schematisch über die y-Achse aufgetragen über die Winkelposition des Exzenterrads 21 als x-Achse aufgetragen. Während das erste Ventil 38 geöffnet wird, hat der Schläger 15 nahezu seine Endgeschwindigkeit erreicht. Der Druck in der pneumatischen Kammer 19 ist noch etwas höher als in dem Innenraum 37, die zuvor eingespeiste Luftmenge strömt aus.

Claims

Handwerkzeugmaschine (1) mit
einer Werkzeugaufnahme (2) zum Aufnehmen eines meißelnden Werkzeugs (4) auf einer Arbeitsachse (11),
einem Motor (5),
einem Schlagwerk (6), welches ein zu der Arbeitsachse (11) koaxiales Führungsrohr (13), einen auf der Arbeitsachse (11) geführten Schläger (15), der in einem Schlagpunkt (28) auf das Werkzeug (4) oder einen Zwischenschläger (31) aufschlägt, einen periodisch zwischen einem dem Schlagpunkt (28) entfernten, ersten Totpunkt (25) und einem dem Schlagpunkt (28) nahen, zweiten Totpunkt (26) angetriebenen Erreger (16) und eine zwischen dem Schläger (15) und einer dem Schläger (15) zugewandten Stirnseite (24) des Erregers (16) angeordnete pneumatischen Kammer (19) zum Ankoppeln der Bewegung des Schlägers (15) an die periodische Bewegung des Erregers (16) aufweist,
einem luftdicht gekapselten Gehäuse (34), dessen Innenraum (37) von einer dem Schläger (15) abgewandten Stirnseite (41) des Erregers (16) verschlossen ist,
einem von dem Schläger (15) verschließbaren, nahe dem Schlagpunkt (28) angeordneten, ersten Ventil (38), das die pneumatische Kammer (19) mit dem Innenraum (37) verbindet, und
einem von dem Erreger (16) verschließbaren, nahe dem ersten Totpunkt (25) angeordneten, zweiten Ventil (39), das die pneumatische Kammer (19) mit dem Innenraum (37) verbindet.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (38) nur geschlossen ist, wenn der Schläger (15) von dem Schlagpunkt (28) um mehr als 10 % der Flugdistanz (30) von Schlagpunkt (28) bis zu einem Umkehrpunkt (29) des Schlägers (15) verschoben ist, und dass das zweite Ventil (39) von dem Erreger (16) nur verschlossen ist, wenn der Erreger (16) von dem ersten Totpunkt (25) mehr als 10 % der Hubhöhe (27) von dem ersten Totpunkt (25) bis zu dem zweiten Totpunkt (26) entfernt ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (34) wenigstens einen Teil eines Getriebes (20) enthält.
Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (34) eine Öffnung (35) aufweist, welche von dem Erreger (16) abgedeckt ist.
Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass das erste Ventil (38) als radiale Ventilöffnung in dem Führungsrohr (13) und das zweite Ventil (39) als radiale Ventilöffnung in dem Führungsrohr (13) ausgebildet ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (38) und das zweite Ventil (39) innerhalb des Gehäuses (34) angeordnet sind.