EP3727762B1

EP3727762B1 - Vibrationsgedämpfte handwerkzeugmaschine

Info

Publication number: EP3727762B1
Application number: EP18801003.7A
Authority: EP
Inventors: Adrian Steingruber
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2023-10-18
Anticipated expiration: 2038-11-21
Also published as: EP3501750A1; EP3727762A1; US11518017B2; US20210187721A1; WO2019120837A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Handwerkzeugmaschine mit einer längs einer Vibrationsachse vibrierenden Schlagwerksbaugruppe und einer Handgriffbaugruppe, die über eine Antivibrationseinheit schwingungsentkoppelt ist, wobei die Antivibrationseinheit eine längs der Vibrationsachse orientierte Federdrahtwendel mit mehreren Windungen aufweiset. Eine solche Handwerkzeugmaschine ist beispielsweise aus der DE 10 2007 000 270 A1 bekannt.
DE 20 2004 013 670 U1 offenbart eine elektrische Handwerkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 103 34 906 A offenbart ein Antivibrationselement, das eine Schraubenfeder und mindestens eine Führung umfasst, wobei die Führung als wendelförmige Nut ausgebildet ist, in der die Windungen der Schraubenfeder geführt sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Handwerkzeugmaschine bereitzustellen, deren Vibration im Bereich mittlerer bis hoher Anpresskraft im Vergleich zum Stand der Technik idealerweise reduziert wird. Dies insbesondere ohne hierfür konstruktiv einen größeren Federweg vorsehen zu müssen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Handwerkzeugmaschinen kann derart auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise eine nichtlineare Federkennlinie der Federdrahtwendel erreicht werden. Insbesondere ist die Antivibrationseinheit frei von einem Gewindedom, auf dem die Federdrahtwendel zumindest abschnittsweise aufgeschraubt ist. Dadurch, dass erfindungsgemäß die Federdrahtwendel als zylindrisch progressive Druckfeder mit zwei Steifigkeitsbereichen unterschiedlich hoher Steifigkeit ausgebildet ist, ist auch eine vergleichsweise einfache Anpassung des Steifigkeitsverlaufs möglich, nämlich lediglich durch Tauschen der Federdrahtwendel selbst.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der dritte Steifigkeitsbereich die gleiche Steifigkeit aufweist wie der Steifigkeitsbereich mit der niedrigeren Steifigkeit. Der Steifigkeitsbereich mit der höheren Steifigkeit liegt, entlang der Vibrationsachse, zwischen den Steifigkeitsbereichen mit der jeweils niedrigeren Steifigkeit.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Steifigkeitsbereiche mit der jeweils niedrigeren Steifigkeit entlang der Vibrationsachse die gleiche Länge aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können, bei unbelasteter Druckfeder, die Steifigkeitsbereiche mit der jeweils niedrigeren Steifigkeit entlang der Vibrationsachse kürzer sein als eine Länge des Steifigkeitsbereichs mit der höheren Steifigkeit.
Besonders bevorzugt weist die Druckfeder einen konstanten Außendurchmesser auf. Vorzugsweise weist die Druckfeder im unbelasteten Zustand eine Länge zwischen 65 und 75 mm auf. Besonders bevorzugt weist die Druckfeder einen Außendurchmesser zwischen 19 und 23 mm auf.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Figuren, 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.
In den Figuren sind gleiche und gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Es zeigen:

Fig. 1: Darstellung einer elektrischen Handwerkzeugmaschine mit einer als zylindrisch progressiven Druckfeder bereitgestellten Federdrahtwendel;
Fig. 2: eine schematische Darstellung der progressiven Druckfeder der Handwerkzeugmaschine der Fig. 1;
Fig. 3: erfindungsgemäße Ausgestaltung einer zylindrisch progressiven Druckfeder;
Fig. 4: die progressive Druckfeder der Fig. 3 in unterschiedlichen Belastungszuständen;
Fig. 5: verschiedene technische Kennwerte der progressiven Druckfeder der Fig. 3 und 4;
Fig. 6: weitere konstruktive Details der progressiven Druckfeder der Fig. 3 und 4; und
Fig. 7: eine Federkennlinie der progressiven Druckfeder der Fig. 3 und 4.

Ausführungsbeispiele:

Eine elektrische Handwerkzeugmaschine 100 ist in Fig. 1 gezeigt. Beispielhaft ist die elektrische Handwerkzeugmaschine 100 als Bohrhammer bereitgestellt. Die Handwerkzeugmaschine 100 weist eine längs an der Vibrationsachse A vibrierende Schlagwerksbaugruppe 10 auf. Die Schlagwerksbaugruppe 10 umfasst einen elektrischen Motor und ein Getriebe, die hier nicht dargestellt sind.
Die elektrische Handwerkzeugmaschine 100 verfügt weiterhin über eine Handgriffbaugruppe 20, die über eine Antivibrationseinheit 30 schwingungsentkoppelt ist. Die Antivibrationseinheit 30 weist ihrerseits eine längs der Vibrationsachse A orientierte Federdrahtwendel 35 mit mehreren Windungen auf.
Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, ist die Schlagwerksbaugruppe 10 über eine Gleitführung 60 in einer Gehäuseeinheit 90 der Handwerkzeugmaschine 100 gleitend gelagert. Das Gehäuse 90 kann seinerseits über einen hinteren Handgriff 25 und einen vorderen Handgriff 55 gehandhabt werden.
Im Bereich der Antivibrationseinheit 30 ist die Schlagwerksbaugruppe 10 über einen Gelenkarm 37 mit der Gehäuseeinheit 90 derart verbunden, dass sich die Schlagwerksbaugruppe 10 entlang der Vibrationsachse A bewegen kann.
Die Bewegung der Schlagwerksbaugruppe 10 ist, bezogen auf ihre Bewegung entlang der Vibrationsachse A, durch einen vorderen Anschlagpuffer 70 und einen hinteren Anschlagpuffer 73 begrenzt.
Nicht erfindungsgemäß ist die Federdrahtwendel 35 als zylindrisch progressive Druckfeder 36 mit zwei Steifigkeitsbereichen S1, S2 unterschiedlich hoher Steifigkeit ausgebildet.
In Fig. 1 ist eine als zylindrisch progressive Druckfeder 36 bereitgestellte Federdrahtwendel 35 einseitig progressiv ausgebildet, wobei sich der Steifigkeitsbereich S2 mit der höheren Steifigkeit sequenziell an den Steifigkeitsbereich S1 mit der niedrigeren Steifigkeit anschließt.
In Fig. 2 ist die zylindrisch progressive Druckfeder 36 der Fig. 1 im Detail dargestellt. Gut zu erkennen ist, dass die zylindrisch progressive Druckfeder 36 zwei Steifigkeitsbereiche S1, S2 aufweist, die sich - bezogen auf die Vibrationsachse - sequenziell aneinander anschließen. Dabei weisen die zwei Steifigkeitsbereiche S1, S2 unterschiedlich hohe Steifigkeiten auf. Der erste Steifigkeitsbereich S1 weist eine niedrigere Steifigkeit als der zweite Steifigkeitsbereich S2 auf.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten unbelasteten Zustand der Druckfeder 36 weisen die zwei Steifigkeitsbereiche S1, S2 entlang der Vibrationsachse A die gleiche Länge auf.
Eine zylindrisch progressive erfindungsgemäße Druckfeder 36, die beidseitig progressiv ausgebildet ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Die Druckfeder 36 der Fig. 3 weist drei Steifigkeitsbereiche S1, S2, S3 auf.
Auch bei der Druckfeder 36 der Fig. 3 sind zwei Steifigkeitsbereiche unterschiedlich hoher Steifigkeit ausgebildet, nämlich der erste Steifigkeitsbereich S1 und der zweite Steifigkeitsbereich S2. Der erste Steifigkeitsbereich S1 weist eine niedrigere Steifigkeit auf als der zweite Steifigkeitsbereich S2 mit hoher Steifigkeit.
Der dritte Steifigkeitsbereich S3 weist die gleiche Steifigkeit auf wie der erste Steifigkeitsbereich S1, somit weisen sowohl der erste Steifigkeitsbereich S1 als auch der dritte Steifigkeitsbereich S3 jeweils eine geringere Steifigkeit als der mittlere, zweite Steifigkeitsbereich S2 auf.
Ebenfalls gut zu erkennen in Fig. 3 ist, dass der Steifigkeitsbereich S2 mit der höheren Steifigkeit, entlang der Vibrationsachse A, zwischen den Steifigkeitsbereichen S1, S3 mit der jeweils niedrigeren Steifigkeit befindlich ist.
Die Steifigkeitsbereiche S1, S3 mit der jeweils niedrigeren Steifigkeit weisen, entlang der Vibrationsachse A, die gleiche Länge LS1, LS3 auf. Dies hat den Vorteil, dass eine Gefahr des Abknickens der beidseitig progressiv ausgebildeten zylindrischen Druckfeder 36 reduziert wird. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist ebenfalls vorgesehen, dass, bei unbelasteter Druckfeder 36, die Steifigkeitsbereiche S1, S3 mit der jeweils niedrigeren Steifigkeit entlang der Vibrationsachse A kürzer sind als eine Länge LS2 des Steifigkeitsbereichs S2 mit der höheren Steifigkeit. Die Druckfeder 36 weist einen konstanten Außendurchmesser auf.
Mit Bezug auf Fig. 4 werden nun verschiedene Zustände eines bevorzugten konstruktiven Ausführungsbeispiels einer beidseitig progressiven Druckfeder 36 erläutert. Dabei zeigt Fig. 4A die Druckfeder 36 in unbelastetem Zustand. Beispielhaft beträgt eine Nennlänge der Druckfeder 36 etwa 69,55 mm.
Fig. 4B zeigt den Zustand der Druckfeder 36 in eingebautem und unbetätigtem Zustand. Die Nennlänge L1 der unbelasteten Druckfeder 36 beträgt etwa 56,50 mm, die zugeordnete Federkraft F1 für den unbetätigten Zustand beträgt etwa 132,5 N.
Fig. 4C zeigt schließlich die Druckfeder 36 in eingebautem und betätigtem Zustand. Die Nennlänge L2 beträgt hier etwa 42,5 mm bei einer zugeordneten Federkraft F2 von etwa 310,1 N. Fig. 5 zeigt weitere technische Kennwerte einer erfindungsgemäßen beidseitig progressiven Druckfeder 36 der Fig. 4. Die Nennlängen L0, L1, L2 bzw. die der Nennlänge L1 zugeordnete Federkraft F1 sowie die der Nennlänge L2 zugeordnete Federkraft F2 wurden bereits mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben.
Hervorzuheben ist bei der konstruktiv bevorzugten Druckfeder 36 ein Drahtdurchmesser d von 2,8 mm und ein mittlerer Windungsdurchmesser der Druckfeder 36 Dm von etwa 18,2 mm. Die Anzahl der federnden Windungen n beträgt rechnerisch etwa 9,9 Windungen. Die Gesamtanzahl der Windungen nt beträgt rechnerisch etwa 13,1 Windungen.
Fig. 6 zeigt schließlich ein charakteristisches Federdiagramm für die bevorzugte zylindrisch progressive Druckfeder 36, die beidseitig progressiv ausgebildet ist und drei Steifigkeitsbereiche aufweist, Insbesondere wird hier der Zusammenhang zwischen den jeweiligen Nennlängen L0, L1, L2 und den zugeordneten Hubspannungen F1, F2, usw. erkennbar.
In Fig. 7 ist schließlich die Federkennlinie der bevorzugten Druckfeder 36 der Fig. 3 bis 6 dargestellt. Dabei ist eine Hubspannung F in N gegenüber dem Federweg s in mm aufgetragen. Gut zu erkennen ist, dass die Federkennlinie bis zu einer Hubspannung Fx von etwa 213,42 N linear ansteigt, um ab diesem Punkt (Knickstelle der Federkennlinie) hin zu einem steileren Federkennlinienabschnitt abzuknicken. Die Federkennlinie der Druckfeder 36 weist insgesamt also ein progressives Verhalten auf.

Bezugszeichenliste

10: Schlagwerksbaugruppe mit Motor und Getriebe
20: Handgriffbaugruppe
25: hinterer Handgriff
30: Antivibrationseinheit
35: Federdrahtwendel
36: Druckfeder
37: Gelenkarm
55: vorderer Handgriff
60: Gleitführung
71: vorderer Anschlagspuffer
73: hinterer Anschlagspuffer
90: Gehäuseeinheit
100: Handwerkzeugmaschine
A: Vibrationsachse
L0: Nennlänge der Druckfeder in unbelastetem Zustand
L1: Nennlänge der unbelasteten Druckfeder in eingebautem und unbestätigtem Zustand
L2: Nennlänge der unbelasteten Druckfeder eingebautem und bestätigtem Zustand
LS1: Länge des ersten Steifigkeitsbereichs
LS2: Länge des zweiten Steifigkeitsbereichs
LS3: Länge des dritten Steifigkeitsbereichs
S1: erster Steifigkeitsbereich
S2: zweiter Steifigkeitsbereich
S3: dritter Steifigkeitsbereich

Claims

Elektrische Handwerkzeugmaschine (100), insbesondere Bohr- oder Meisselhammer, mit einer längs einer Vibrationsachse (A) vibrierenden Schlagwerksbaugruppe (10) und einer Handgriffbaugruppe (20), die über eine Antivibrationseinheit (30) schwingungsentkoppelt ist, wobei die Antivibrationseinheit (30) eine längs der Vibrationsachse (A) orientierte Federdrahtwendel (35) mit mehreren Windungen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Federdrahtwendel (35) als zylindrisch progressive Druckfeder (36) mit zwei Steifigkeitsbereichen (S1, S2) unterschiedlich hoher Steifigkeit ausgebildet ist, wobei die als zylindrisch progressive Druckfeder (36) bereitgestellte Federdrahtwendel (35) beidseitig progressiv ausgebildet ist und einen dritten Steifigkeitsbereich (S3) aufweist, wobei der dritte Steifigkeitsbereich (S3) die gleiche Steifigkeit aufweist wie der Steifigkeitsbereich (S1) mit der niedrigeren Steifigkeit, wobei der Steifigkeitsbereich (S2) mit der höheren Steifigkeit, entlang der Vibrationsachse (A), zwischen den Steifigkeitsbereichen (S1, S3) mit der jeweils niedrigeren Steifigkeit liegt.
Handwerkzeugmaschine (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeitsbereiche (S1, S3) mit der jeweils niedrigeren Steifigkeit entlang der Vibrationsachse (A) die gleiche Länge (LS1, LS3) aufweisen.
Handwerkzeugmaschine (100) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass, bei unbelasteter Druckfeder (36), die Steifigkeitsbereiche (S1, S3) mit der jeweils niedrigeren Steifigkeit entlang der Vibrationsachse (A) kürzer sind als eine Länge (LS2) des Steifigkeitsbereichs (S2) mit der höheren Steifigkeit.
Handwerkzeugmaschine (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (36) einen konstanten Außendurchmesser aufweist.
Handwerkzeugmaschine (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Antivibrationseinheit (30) frei von einem Gewindedom ist, auf dem die Federdrahtwendel (35) zumindest abschnittweise aufgeschraubt ist.