WO2010012453A1 - Luftfederschlagwerk mit variablem rotatorischem antrieb - Google Patents

Luftfederschlagwerk mit variablem rotatorischem antrieb Download PDF

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WO2010012453A1
WO2010012453A1 PCT/EP2009/005468 EP2009005468W WO2010012453A1 WO 2010012453 A1 WO2010012453 A1 WO 2010012453A1 EP 2009005468 W EP2009005468 W EP 2009005468W WO 2010012453 A1 WO2010012453 A1 WO 2010012453A1
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motor
drive
movement
striking
rotor
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PCT/EP2009/005468
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Helmut Braun
Rudolf Berger
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Wacker Neuson Se
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    • B25D2250/275—Tools having at least two similar components
    • B25D2250/281—Double motors

Definitions

  • the invention relates to a striking mechanism according to the preamble of claim 1 and 2.
  • Such impactors are z. B. used in electrically operated break hammers or drills and / or impact hammers.
  • the striking mechanisms usually have a motor rotating in a direction of rotation at a substantially constant rotational speed, which reciprocates a drive piston (piston) via a crank or wobble drive, which in turn is driven by a spring, e.g. an air spring drives a percussion piston (bat).
  • a striking mechanism which is driven by a rotating electric motor.
  • the stroke of the drive piston can be changed manually or by an electric motor via an adjustment system.
  • the effort for the adjustment is high.
  • the adjustment mechanism can not react to different recoil conditions within one beat cycle.
  • An impact mechanism comprising a drive with a motor and a rotor provided in the motor, a drive element which can be moved back and forth by the drive in a guide device, a striking element and with a coupling device acting between the drive element and the striking element, via which the movement of the drive element is transferable to the impact element is characterized in that the motor is controlled such that within a beat cycle and / or from beat cycle to beat cycle changeable, so different rotational speeds of the rotor can be generated.
  • the motor may be controllable such that a change in the rotational speed within a beating cycle and / or beating cycle to beating cycle is effected in accordance with a predetermined algorithm for the movement of the rotor.
  • the algorithm can have a path-time course for the movement of the rotor which is fixedly determined by a controller and / or regulation. In this case, therefore, the movement of the rotor and subsequently the drive element is predetermined over time, eg only in dependence on external specifications of the operator.
  • the path-time history can change from beat cycle to beat cycle. So it is z. As possible, at a start of the percussion initially automatically soft start with relatively small stroke of the drive element, but already to reach high operating frequency, even if the operator already operates a corresponding control element as if he wanted to operate the device at full load.
  • the fixed path-time course can thus be variable depending on a change in the ambient conditions (in particular the wishes of the operator).
  • the algorithm can specify a movement of the rotor as a function of events occurring on or with components of the percussion mechanism, in particular as a function of an actual movement of the striking element.
  • the movement of the striking element can be monitored by suitable means so that the movement of the rotor and subsequently of the driving element adapts to the striking element. If e.g. the impact element is repelled only by a small recoil, the drive element can perform a corresponding stroke to suck back the striking element again.
  • the motor may also be controllable in such a way that the motor generates a reciprocating motion or an equidirectional rotational movement during a beating cycle and / or that the drive element driven by the motor reaches a course of movement which approximates the course of movement of the striking element and / or that lower dead center of the drive element towards the impact element is passed through during each stroke cycle, and / or that an upper, remote from the impact element dead center of the drive element is at least then traversed during each stroke cycle when the engine is operated under full load.
  • the motor does not perform a constant rotational movement. Rather, the rotational movement of the rotor with respect to the rotational speed, the frequency but also the direction of rotation can be variably and individually controlled, even from beat cycle to beat cycle or even within a beat cycle. This is understood as a beat cycle, the period from one beat to the next. So it is also possible, for example, that the rotor does not necessarily reach a same direction, but a reciprocating motion. Thus, it may be useful if the motor is able to produce both a co-rotation and a reciprocating motion. Depending on the control, the motor can then either run in the same direction in one direction or, if necessary, perform a reciprocating movement, for example around the bottom dead center. This requires high variability and controllability from the engine.
  • the motor is designed to be very low in inertia, so that the rotational movement of the motor and the derived movement of the drive element can be approximated to the course of movement of the striking element.
  • a harmonic stroke sequence can be achieved if the distance between the drive element and impact element during a stroke cycle is not too large.
  • the coupling device effective between the drive element and the striking element e.g. an air spring to be built with a smaller size, in particular shorter.
  • the theoretical potential top dead center does not necessarily have to be passed through in this mode by the drive element, because the drive element already reverses its direction of movement.
  • a transmission device can be provided between the motor and the drive element for transmitting a rotational movement generated by the motor into a longitudinal movement of the drive element.
  • the transmission device may have suitable components, such as crank mechanism, connecting rod, rack (even with uneven pitch), scenery, cam, worm, wobble, space gear, chain, timing belt, cable drive, etc.
  • the transmission device may have a translation device, such that the motor generates several revolutions of the rotor during one beat cycle. The motor then travels several turns in the same direction during one beat cycle until the engine rotational direction is reversed at top dead center or near top dead center of the drive element.
  • the motor must be suitable for an increased speed. For this he only has to provide a lower torque so that it is possible to make the engine smaller.
  • such a translation device e.g. be dispensed with a transmission intermediate stage to keep the inertial forces low.
  • the motor may e.g. as an asynchronous motor or as a synchronous motor, e.g. be designed as a magnetic motor, claw pole motor or torque motor.
  • the drive then corresponds to a linear motor, as he z. in WO 03/066286 A1 or DE 10 2005 030 340 B3.
  • the motor is a rewound, that is to say functionally closed linear motor, with a rotor driven in rotation instead of an axially movable rotor in a linear motor.
  • the drive can have two motors operated in opposite directions, which jointly drive the drive element. In this embodiment, it is sufficient to couple together two relatively small-sized, weak motors that move together the drive element.
  • the division of the drive into two motors increases the latitude in the design of a working implement using the striking mechanism, e.g. a departure hammer.
  • Each of the motors can in turn be individually controlled in the manner described above within a beating cycle and, for example, as a magnetic motor or Synchronous motor be formed so that on the one hand has a rotating rotor and on the other hand can be controlled as a linear motor.
  • Each of the motors can be assigned a transmission device in order to transmit the rotational movement generated by the respective motor into a longitudinal movement of the drive element. It is also possible that the motors act on a common transmission device.
  • the motors may also be coupled together in some other way in order to jointly drive the drive element.
  • the striking mechanism is an air spring impact mechanism, the drive element designed as a drive piston and the striking element as a percussion piston.
  • the coupling device can have a drive air spring formed in a hollow space between the drive piston and the percussion piston, via which the movement of the drive piston can be transferred to the percussion piston.
  • the coupling device may have a return air spring effective between the drive piston and the percussion piston in order to assist a backward movement of the percussion piston after a blow. In this way, a so-called double-acting air spring is realized.
  • the invention enables a variation of the beat frequency independently of the variation of the impact strength.
  • a high impact frequency can be achieved with small impact strength when applying a hammer impacted by the hammer mechanism in a hammer. Idling can be achieved by quickly decelerating the engine without requiring an idle or special idler.
  • an exact impact strength control is possible even with a wide variety of recoil (the impact of the impact element on the tool) by adjusting the movement of the drive piston to the flight curve of the impact element.
  • the relationship between the drive element and impact element can be adjusted depending on different ambient pressures.
  • the motor is easier to seal due to the rotationally moving parts and the rotation bearings therewith, than is required for linear motors with linear guide of a rotor.
  • the bearing point of the rotor must - since radially inwardly - record only a lower speed than is the case with the rotor of a linear motor. This reduces mass forces and friction.
  • Figure 1 is a schematic representation of a striking mechanism according to the invention.
  • Figure 2 shows the course of movement of a drive piston and a percussion piston in a known percussion
  • Fig. 7 shows the movement of drive piston and percussion piston in the
  • Fig. 8 shows another embodiment of the striking mechanism.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of an impact mechanism with a motor 1, which has a stator 2, a rotor 3 and an electronic control unit 4.
  • the motor is designed as a magnetic motor or synchronous motor. It thus corresponds in effect to a circumferentially closed, wound linear motor.
  • the Control electronics 4 makes it possible to generate any rotational movements, paths and rotational speeds of the rotor 3 within physical limits.
  • the rotational movement of the rotor 3 is transmitted via a pin 5 to a connecting rod 6.
  • the pin 5 and the connecting rod 6 form a transmission device in the form of a crank mechanism.
  • connecting rod 6 serving as a drive element drive piston 7 is coupled, which is within a serving as a guide device guide cylinder 8 back and forth.
  • the percussion piston 9 is reciprocable in a cavity of the drive piston 7. Due to the relative movement between the drive piston 7 and the percussion piston 9, a drive air spring 10 is formed in a known manner, which also moves the percussion piston 9 forward in the direction of a chisel 1 1, in particular during a forward movement of the drive piston 7. The percussion piston 9 applies cyclically to the chisel 1 1, which is held in a tool holder 13.
  • a return air spring 12 is also formed in front of the percussion piston 9 in the interior of the drive piston 7, which supports the return movement of the percussion piston 9 after completed blow.
  • a percussion is realized with a known double-acting air spring.
  • Fig. 2 shows for a conventional impactor with rotary drive, the movement of the drive piston (piston) on the crank angle (Fig. 2a) and the movement of the drive piston and the percussion piston (racket) over time (Fig. 2b).
  • Fig. 3 shows the piston movement of the drive piston 7 above the crank angle.
  • the piston stroke between the maximum possible top dead center (1, 0000) and bottom dead center (0.0000) is fully utilized.
  • the drive piston can achieve very different courses of motion, piston strokes and frequencies, which is made possible by the respective actuation of the motor 1. For example, e.g. In the case of the relatively small piston stroke of FIG. 5, high-frequency hitting is possible over time, while a lower frequency is achieved when the maximum possible piston stroke (FIG. 3) is exhausted.
  • Fig. 7 shows an example of the movement of the drive piston 7 and the percussion piston 9 over time.
  • FIG. 8 shows another embodiment of the striking mechanism of FIG. 1.
  • two motors 1 are provided, each driving a connecting rod 6, whereby the drive piston 7 is reciprocated in the appropriate manner.
  • the motors 1 are operated in opposite directions, as shown by the arrow.
  • the changing engine torques cancel each other, so that no lateral forces and no tilting moments act on the drive piston 7. This increases the smoothness and thus the comfort when the percussion, e.g. is used in a hand-held implement.
  • the percussion can be used in particular in a drill and / or percussion hammer or a breaker.

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Abstract

Ein Schlagwerk weist einen Motor (1), einen von dem Motor in einem Führungszylinder (8) hin- und herbewegbaren Antriebskolben (7) und einen Schlagkolben (9) auf. Zwischen dem Antriebskolben (7) und dem Schlagkolben (9) ist eine Koppeleinrichtung (5, 6) wirksam, über die die Bewegung des Antriebskolben (7) auf den Schlagkolben (9) übertragen wird. Der Motor (1) kann als Magnetmotor oder als Synchronmotor ausgebildet sein. Der Motor kann derart ansteuerbar sein, dass innerhalb eines Schlagzyklus und / oder von Schlagzyklus zu Schlagzyklus unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten des Rotors erzeugbar sind.

Description

Luftfederschlagwerk mit variablem rotatorischem Antrieb
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Schlagwerk gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 2.
Derartige Schlagwerke werden z. B . in elektrisch betriebenen Aufbruchhämmern bzw. Bohr- und/ oder Schlaghämmern eingesetzt. Die Schlagwerke weisen üblicherweise einen in einer Drehrichtung mit weitgehend konstanter Drehgeschwindigkeit rotierenden Motor auf, der über einen Kurbel- oder Taumeltrieb einen Antriebskolben (Kolben) hin- und herbewegt, welcher seinerseits über eine Feder, z.B. eine Luftfeder einen Schlagkolben (Schläger) antreibt.
Bei Schlagwerken, die von einem drehenden Motor angetrieben werden, ist aufgrund der festgelegten Geometrie des Kurbeltriebs (Kurbelradius) oder der Tau meleinrichtung (Taumelhub) der Hub des Antriebskolbens fest eingestellt. Auch die Drehfrequenz ist während eines Schlagzyklus aufgrund der Massenträgheiten meist weitgehend konstant. Durch den Hub des Antriebskolbens und die Drehfrequenz wird die Schlagstärke fest vorgegeben. Somit können die Frequenz und die Schlagstärke nicht unabhängig voneinander eingestellt werden.
Aus der EP 1 1 72 180 A2 ist ein Schlagwerk bekannt, das von einem drehenden Elektromotor angetrieben wird. Der Hub des Antriebskolbens kann über ein Verstellsystem manuell oder elektromotorisch verändert werden. Der Aufwand für den Verstellmechanismus ist jedoch hoch. Auf unterschiedliche Rückstoßbedingungen kann der Verstellmechanismus zudem nicht innerhalb eines Schlagzyklus reagieren.
Darüber hinaus sind aus der DE 10 2005 030 340 B3 und der WO 03 / 066286 A l Schlagwerke bekannt, bei denen der Antrieb des Antriebskolbens direkt über einen elektrisch betriebenen Linearmotor erfolgt. Der Linearmotor bietet die Möglichkeit, jeden Schlagzyklusverlauf innerhalb gewisser physikalischer Grenzen individuell zu verändern. Nachteilig ist es jedoch , dass Läufer und Stator nicht mit ihrer jeweiligen Länge zu jedem Zeitpunkt voll im Eingriff sind, da sie linear aneinander vorbeistreichen. Das bedeutet, dass der bauliche Aufwand und damit die Kosten und das Motorgewicht größer sind, als bei einem drehenden Motor, bei dem die gesamte elektromagnetische Wirkfläche immer in Eingriff ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schlagwerk mit einem Antrieb anzugeben, bei dem während des Zeitraumes eines einzelnen Schlagzyklus eine Kontrolle von Weg und Geschwindigkeit des Antriebskolbens und damit des Schlags möglich ist. Zudem sollte die Schlagfrequenz und die Schlagstärke von Schlagzyk- lus zu Schlagzyklus variabel einstellbar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schlagwerk mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder 2 gelöst. Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Schlagwerk, mit einem Antrieb mit einem Motor und einem in dem Motor vorgesehenen Rotor, einem von dem Antrieb in einer Führungseinrichtung hin- und herbewegbaren Antriebselement, einem Schlagelement und mit einer zwischen dem Antriebselement und dem Schlagelement wirksamen Koppeleinrichtung, über die die Bewegung des Antriebselements auf das Schlagelement übertragbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Motor derart ansteuerbar ist, dass innerhalb eines Schlagzyklus und/ oder von Schlagzyklus zu Schlagzyklus veränderbare, also unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten des Rotors erzeugbar sind.
Durch diese besondere Ansteuerung des Motors ist es möglich, jeweils eine bestimmte, z.B. durch eine Steuerung vorgegebene Einzelschlagenergie zu erreichen. Durch ein derart präzises Ansteuern des Motors, dass der Rotor sogar innerhalb eines Schlagzyklus unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten und z.B. ein besonderes Bewegungsprofil erreichen kann, kann dementsprechend auch eine Vorgabe für die Bewegung des mit dem Rotor gekoppelten Antriebselements erzielt werden. Dadurch kann die Dauer, der Hub, die Frequenz und insgesamt das Weg-Zeit- Verhalten des Rotors, des Antriebselements und schließlich auch nachfolgend des Schlagelements vorbestimmt bzw. gesteuert werden.
Der Motor kann derart ansteuerbar sein, dass eine Änderung der Drehgeschwindigkeit innerhalb eines Schlagzyklus und/oder von Schlagzyklus zu Schlagzyklus entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus für die Bewegung des Rotors bewirkt wird. So kann z.B. der Algorithmus einen durch eine Steuerung und/oder Regelung fest vorgegebenen Weg-Zeit-Verlauf für die Bewegung des Rotors aufwei- sen. In diesem Fall ist somit die Bewegung des Rotors und nachfolgend des Antriebselements über die Zeit vorgegeben, lediglich z.B. in Abhängigkeit von äußeren Vorgaben des Bedieners. Selbstverständlich kann der Weg-Zeit-Verlauf sich von Schlagzyklus zu Schlagzyklus ändern. So ist es z. B. möglich, bei einem Start des Schlagwerks zunächst automatisch einen sanften Anlauf mit verhältnismäßig geringem Hub des Antriebselements, aber schon hoher Arbeitsfrequenz zu erreichen, auch wenn der Bediener bereits ein entsprechendes Bedienelement derart betätigt, als wolle er das Gerät im Volllastzustand betreiben.
Der fest vorgegebene Weg-Zeit-Verlauf kann somit durchaus in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungsbedingungen (insbesondere der Wünsche des Be- dieners) variabel sein.
Ebenso ist es auch möglich, dass der Algorithmus eine Bewegung des Rotors in Abhängigkeit von Ereignissen vorgibt, die an oder mit Komponenten des Schlagwerks auftreten, insbesondere in Abhängigkeit von einer tatsächlichen Bewegung des Schlagelements. In diesem Fall kann z.B. die Bewegung des Schlagelements durch geeignete Mittel überwacht werden, so dass die Bewegung des Rotors und nachfolgend des Antriebselements sich an das Schlagelement anpasst. Wenn z.B. das Schlagelement nur durch einen geringen Rückstoß zurückgestoßen wird, kann das Antriebselement einen entsprechenden Hub vollziehen, um das Schlag- element wieder zurückzusaugen.
Der Motor kann auch derart ansteuerbar sein, dass der Motor während eines Schlagzyklus eine Hin- und Herdrehbewegung oder eine gleichsinnige Drehbewegung erzeugt und/ oder dass das von dem Motor angetriebene Antriebselement einen Bewegungsverlauf erreicht, welcher dem Bewegungsverlauf des Schlagelements angenähert ist und/oder dass ein unterer, zum Schlagelement hin gelegener Totpunkt des Antriebselements während jedes Schlagzyklus durchfahren wird, und/oder dass ein oberer, vom Schlagelement abgelegener Totpunkt des Antriebselements wenigstens dann während jedes Schlagzyklus durchfahren wird, wenn der Motor unter Volllast betrieben wird.
Aufgrund der besonderen Ausgestaltung des Motors und seiner Steuerung ist es somit möglich, dass der Motor keine konstante Drehbewegung vollzieht. Vielmehr kann die Drehbewegung des Rotors hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit, der Frequenz aber auch der Drehrichtung variabel und individuell angesteuert werden, und zwar auch von Schlagzyklus zu Schlagzyklus oder gar innerhalb eines Schlagzyklus. Dabei wird als Schlagzyklus der Zeitraum von einem Schlag zum nächsten verstanden. So ist es z.B. auch möglich, dass der Rotor nicht zwingend eine gleichsinnige, sondern eine hin- und herdrehende Bewegung erreicht. Somit kann es zweckmäßig sein, wenn der Motor in der Lage ist, sowohl eine gleichsinnige als auch eine Hin- und Herdrehbewegung zu erzeugen. Der Motor kann dann je nach Ansteue- rung entweder gleichsinnig in eine Richtung durchlaufen oder bei Bedarf eine Hin- und Herbewegung, z.B. um den unteren Totpunkt herum , durchführen. Dies erfordert vom Motor eine hohe Variabilität und Ansteuerbarkeit.
Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, wenn der Motor sehr trägheitsarm gestaltet ist, damit die Drehbewegung des Motors und die davon abgeleitete Bewegung des Antriebselements dem Bewegungsverlauf des Schlagelements angenähert werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass besonders dann eine harmonische Schlagabfolge erreicht werden kann, wenn der Abstand zwischen Antriebselement und Schlagelement während eines Schlagzyklus nicht zu groß wird. Dadurch kann die zwischen dem Antriebselement und dem Schlagelement wirksame Koppeleinrichtung, z.B. eine Luftfeder, mit kleinerer Größe, insbesondere kürzer gebaut werden.
Es kann zweckmäßig sein, den Motor derart anzusteuern, dass der untere Tot- punkt immer, also bei jedem Schlagzyklus durchfahren wird, da der Aufschlagpunkt für alle denkbaren Schlagstärken und Frequenzen immer in etwa an der gleichen Stelle liegt. Dadurch fallen alle Bauraum- oder Energieaufwendungen zum Abbremsen des Kolbens im unteren Totpunkt weg. Insbesondere ist keine untere Umkehrluftfeder oder das Bereitstellen von elektrischer Abbremsenergie erforderlich, wie dies bei einem Linearantrieb der Fall ist. (vgl. DE 10 2005 030 340 B3).
Der theoretische mögliche obere Totpunkt muss bei dieser Betriebsart durch das Antriebselement nicht zwingend durchfahren werden, weil das Antriebselement bereits vorher seine Bewegungsrichtung umkehrt.
Für eine maximale Schlagstärke, also bei Volllast des Motors kann es zweckmäßig sein, den Drehsinn auch für den oberen Totpunkt beizubehalten. Dadurch werden gerade bei einem Zyklus mit großem Leistungsbedarf die Energieaufwendungen zum Abbremsen des Kolbens im oberen Totpunkt geringer. Ähnlich wie beim unteren Totpunkt ist dann im oberen Totpunkt auch nur eine kleine oder gar keine Umkehrluftfeder sowie nur geringe elektrische Abbremsenergie erforderlich. Zwischen dem Motor und dem Antriebselement kann eine Übertragungseinrichtung vorgesehen sein, zum Übertragen einer von dem Motor erzeugten Drehbewegung in eine Längsbewegung des Antriebselements. Die Übertragungseinrichtung kann geeignete Bauelemente aufweisen, wie z.B. Kurbeltrieb, Pleuel, Zahnstange (auch mit ungleichmäßiger Teilung), Kulisse, Kurvenscheibe, Schnecke, Taumelfinger, Raumgetriebe, Kette, Zahnriemen, Seilantrieb etc.
Die Übertragungseinrichtung kann eine Übersetzungseinrichtung aufweisen, derart, dass der Motor während eines Schlagzyklus mehrere Umdrehungen des Ro- tors erzeugt. Der Motor läuft dann während eines Schlagzyklus mehrere Umdrehungen in die gleiche Richtung, bis im oberen Totpunkt oder in der Nähe des oberen Totpunkts des Antriebselements die Motordrehrichtung umgekehrt wird. Bei dieser Bauform muss der Motor für eine erhöhte Drehzahl geeignet sein. Dafür muss er lediglich ein geringeres Drehmomment bereitstellen, so dass es möglich ist, den Motor kleiner zu bauen.
Alternativ kann auf eine derartige Übersetzungseinrichtung, also z.B. auf eine Getriebezwischenstufe verzichtet werden, um die Trägheitskräfte gering zu halten.
Der Motor kann z.B. als Asynchronmotor oder als Synchronmotor, wie z.B. als Magnetmotor, Klauenpolmotor oder Torquemotor ausgebildet sein.
Von der prinzipiellen Ansteuerung her entspricht der Antrieb dann einem Linearmotor, wie er z.B . in der WO 03/ 066286 Al oder der DE 10 2005 030 340 B3 be- schrieben ist. Jedoch handelt es sich vorliegend bei dem Motor um einen wieder aufgewickelten, also wirkungsmäßig geschlossenen Linearmotor, mit einem drehend angetriebenen Rotor anstelle eines axial beweglichen Läufers bei einem Linearmotor.
Der Antrieb kann bei einer Variante zwei gegenläufig betriebene Motoren aufweisen, die gemeinsam das Antriebselement antreiben. Bei dieser Ausführungsform genügt es, zwei relativ klein bauende, schwache Motoren zusammenzukoppeln, die gemeinsam das Antriebselement bewegen. Die Aufteilung des Antriebs in zwei Motoren erhöht den Spielraum bei der Gestaltung eines das Schlagwerk nutzenden Arbeitsgeräts, also z.B. eines Aufbruchhammers.
Jeder der Motoren kann wiederum in der oben beschriebenen Weise innerhalb eines Schlagzyklus individuell angesteuert werden und z.B. als Magnetmotor bzw. Synchronmotor ausgebildet sein, so dass er einerseits einen drehenden Rotor aufweist und andererseits wie ein Linearmotor angesteuert werden kann.
Jedem der Motoren kann eine Übertragungseinrichtung zugeordnet sein, um die von dem jeweiligen Motor erzeugte Drehbewegung in eine Längsbewegung des Antriebselements zu übertragen. Ebenso ist es möglich, dass die Motoren eine gemeinsame Übertragungseinrichtung beaufschlagen.
Die Motoren können auch in anderer Weise miteinander gekoppelt sein, um ge- meinsam das Antriebselement anzutreiben.
Bei einer Ausführungsform ist das Schlagwerk ein Luftfederschlagwerk, das Antriebselement als Antriebskolben und das Schlagelement als Schlagkolben ausgebildet. Die Koppeleinrichtung kann eine in einem Hohlraum zwischen dem An- triebskolben und dem Schlagkolben ausgebildete Antriebs-Luftfeder aufweisen, über die die Bewegung des Antriebskolbens auf den Schlagkolben übertragbar ist.
Bei einer Weiterentwicklung kann die Koppeleinrichtung zusätzlich zu der Antriebs-Luftfeder eine zwischen Antriebskolben und dem Schlagkolben wirksame Rückhol-Luftfeder aufweisen, um eine Rückwärtsbewegung des Schlagkolbens nach einem Schlag zu unterstützen. Auf diese Weise wird eine so genannte doppelt wirkende Luftfeder realisiert.
Gegenüber einem herkömmlichen Drehmotor, wie z.B. in EP 1 172 180 A2 be- schrieben, ermöglicht die Erfindung eine Variation der Schlagfrequenz unabhängig von der Variation der Schlagstärke. Dadurch kann z.B. eine hohe Schlagfrequenz mit kleiner Schlagstärke beim Ansetzen eines von dem Schlagwerk in einem Hammer beaufschlagten Meißels erreicht werden. Durch schnelles Abbremsen des Motors kann ein Leerlauf erreicht werden, ohne dass ein Leerlaufweg oder eine spezielle Leerlaufeinrichtung erforderlich sind. Zudem ist eine exakte Schlagstärkenregelung selbst bei unterschiedlichstem Rückstoß (beim Aufprall des Schlagelements auf das Werkzeug) durch Anpassung der Bewegung des Antriebskolbens an die Flugkurve des Schlagelements möglich. Das Verhältnis zwischen Antriebselement und Schlagelement kann in Abhängigkeit von unterschiedlichen Umge- bungsdrücken angepasst werden.
Auch gegenüber elektrodynamischen Antrieben mit Linearmotor ergeben sich Vorteile. So werden die Läufer- und Statorflächen voll ausgenutzt, weil sich Läufer (Rotor) und Stator stets voll im Eingriff befinden. Es sind keine oder nur schwä- chere Umkehrfedern im Bereich des oberen und des unteren Totpunkts für das Abbremsen des Antriebskolbens erforderlich, da die ungefähre Lage der Umkehrpunkte des Antriebskolbens mit dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt des Motors bei einem Vollschlag in etwa übereinstimmen.
Aufgrund der Bauform sind geringere elektrische Kräfte und damit geringe Maßnahmen zur elektrischen Zwischenspeicherung möglich, so dass z.B. kleinere Kondensatoren gewählt werden können.
Der Motor lässt sich aufgrund der rotatorisch bewegten Teile und der damit vorhandenen Rotationslagerstellen einfacher abdichten, als dies bei Linearmotoren mit Linearführung eines Läufers erforderlich ist. Die Lagerstelle des Rotors muss - da radial innenliegend - nur eine niedrigere Geschwindigkeit aufnehmen, als dies bei dem Läufer eines Linearmotors der Fall ist. Dadurch werden Massenkräfte und Reibung vermindert.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Schlagwerk;
Fig 2 den Bewegungsverlauf eines Antriebskolbens und eines Schlagkolbens bei einem bekannten Schlagwerk;
Fig. 3 bis 5 verschiedene Bewegungsverläufe des Antriebskolbens über dem
Kurbelwinkel;
Fig. 6 Bewegungsverläufe des Antriebskolbens über der Zeit;
Fig. 7 die Bewegung von Antriebskolben und Schlagkolben bei dem
Schlagwerk von Fig. 1 ; und
Fig. 8 eine andere Ausführungsform des Schlagwerks.
Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht ein Schlagwerk mit einem Motor 1 , der einen Stator 2, einen Rotor 3 und eine Steuerelektronik 4 aufweist. Der Motor ist als Magnetmotor oder Synchronmotor ausgebildet. Er entspricht somit wirkungsmäßig einem über den Umfang geschlossenen, aufgewickelten Linearmotor. Die Steuerelektronik 4 ermöglicht es, innerhalb physikalischer Grenzen beliebige Drehbewegungen, Wege und Drehgeschwindigkeiten des Rotors 3 zu erzeugen.
Die Drehbewegung des Rotors 3 wird über einen Zapfen 5 auf ein Pleuel 6 über- tragen. Der Zapfen 5 und das Pleuel 6 bilden eine Übertragungseinrichtung in Form eines Kurbeltriebs.
Mit dem Pleuel 6 ist ein als Antriebselement dienender Antriebskolben 7 gekoppelt, der innerhalb eines als Führungseinrichtung dienenden Führungszylinders 8 hin- und herbewegbar ist.
Innerhalb des Antriebskolbens 7 ist ein als Schlagelement dienender Schlagkolben 9 angeordnet. Der Schlagkolben 9 ist in einem Hohlraum des Antriebskolbens 7 hin- und herbewegbar. Durch die Relativbewegung zwischen Antriebskolben 7 und Schlagkolben 9 bildet sich in bekannter Weise eine Antriebs-Luftfeder 10 aus, die insbesondere bei einer Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens 7 in Richtung eines Meißels 1 1 den Schlagkolben 9 ebenfalls nach vorne bewegt. Der Schlagkolben 9 trifft zyklisch auf den Meißel 1 1 auf, der in einem Werkzeughalter 13 gehalten ist.
Zusätzlich ist vor dem Schlagkolben 9 ebenfalls im Inneren des Antriebskolbens 7 eine Rückhol-Luftfeder 12 ausgebildet, die die Rückbewegung des Schlagkolbens 9 nach vollzogenem Schlag unterstützt. Dadurch wird ein Schlagwerk mit einer an sich bekannten doppelt wirkender Luftfeder realisiert.
Fig. 2 zeigt für ein herkömmliches Schlagwerk mit rotatorischem Antrieb die Bewegung des Antriebskolbens (Kolben) über dem Kurbelwinkel (Fig. 2a) sowie die Bewegung des Antriebskolbens und des Schlagkolbens (Schläger) über der Zeit (Fig. 2b).
So ist erkennbar, dass der Elektromotor während eines Schlagzyklus einen Drehwinkel von 360° überstreicht und der Antriebskolben eine entsprechende angenäherte Sinusbewegung im Kolbenhub vollzieht. In Fig. 2 sind zwei Schlagzyklen dargestellt (Drehwinkel 720°).
In Fig. 2b ist erkennbar, dass der Schläger (untere Kurve) der Bewegung des Kolbens zeitversetzt folgt. Der Schlag erfolgt jeweils in der untersten Stellung. In Abweichung von diesen mit herkömmlichen Elektromotoren in üblicher Weise erzielbaren Bewegungsverläufen ermöglicht es die Erfindung, bei dem in Fig. 1 dargestellten Schlagwerk den Antriebskolben individuell variabel anzusteuern, wie in den Fig. 3 bis 6 gezeigt.
Fig. 3 zeigt die Kolbenbewegung des Antriebskolbens 7 über dem Kurbelwinkel. Dabei wird der Kolbenhub zwischen dem maximal möglichen oberen Totpunkt ( 1 ,0000) und dem unteren Totpunkt (0,0000) voll ausgeschöpft.
Bei der Darstellung von Fig. 4 erreicht der Antriebskolben zwar den unteren Totpunkt bei 0,0000, während er jedoch nicht den maximal oberen Totpunkt von Fig. 3, sondern lediglich einen oberen Totpunkt (hier: Umkehrpunkt) im Bereich von 0,8000 erreicht.
Bei Fig. 5 wird der Motor 1 derart angesteuert, dass der Antriebskolben einen oberen Totpunkt von lediglich 0,3500 erreicht und dann bereits wieder umkehrt.
Die in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Verläufe werden mit Hilfe des Motors 1 dadurch erreicht, dass jeweils bei Erreichen des entsprechenden maximalen Drehwinkels die Drehrichtung des Rotors 3 umgekehrt wird. Somit vollzieht der Antriebskolben 7 eine Hin- und Herbewegung, ohne dass der durch die Übertragungseinrichtung, also z. B. den Kurbeltrieb vorgegebene maximale Hubbewegung und der maximale obere Totpunkt (wie in Fig. 3 gezeigt) durchfahren werden muss.
Es ist lediglich sinnvoll, wenn bei jedem Schlagzyklus der untere Totpunkt (Pos. 0,0000) durchfahren wird, wie auch in den Fig. 3 bis 5 gezeigt.
Diese Kolbenbewegungen sind in Fig. 6 über der Zeit aufgetragen.
Deutlich erkennbar ist, dass der Antriebskolben sehr unterschiedliche Bewegungsverläufe, Kolbenhübe und Frequenzen erzielen kann, was durch die jeweilige Ansteuerung des Motors 1 ermöglicht wird. So ist z.B. bei dem verhältnismäßig geringen Kolbenhub von Fig. 5 über die Zeit ein hochfrequentes Schlagen möglich, während bei Ausschöpfung des maximal möglichen Kolbenhubs (Fig. 3) eine gerin- gere Frequenz erreicht wird.
Zudem ist erkennbar, dass es für das Erzeugen der Schlagbewegung des Antriebskolbens 7 nicht erforderlich ist, dass der Antriebskolben durch den maximalen oberen Totpunkt (Pos. 1 ,0000) bewegt werden muss. Alternativ zu den in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen ist es auch möglich, dass der untere Totpunkt nicht bei jedem Schlagzyklus durchfahren wird. In diesem Fall kann die Drehrichtung des Rotors 3 und damit die Bewegungsrichtung des Antriebskolbens bereits umgekehrt werden, bevor der Kurbel- trieb (oder ein entsprechender Zahnstangentrieb etc. ) bzw. der Antriebskolben den theoretisch möglichen unteren Totpunkt erreicht haben. Der Antriebskolben wird dann durch die Drehung des Rotors 3 zunächst nach unten bewegt, jedoch schon vor Erreichen des (theoretisch möglichen) unteren Totpunkts abgebremst und wieder zurückbewegt. Auf diese Weise wird der untere Totpunkt bei dieser Aus- führungsform nicht durchfahren, analog wie dies für den oberen Totpunkt in Zusammenhang mit den Ausführungsformen der Fig. 3 bis 5 gilt. Die Hin- und Herbewegung des Rotors 3 bewirkt eine Hin- und Herbewegung des Antriebskolbens, ohne dass der untere oder der obere Totpunkt durchfahren werden.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Bewegung des Antriebskolbens 7 und des Schlagkolbens 9 über der Zeit.
Im Unterschied zu der Kolben-Schlägerbewegung bei einem bekannten Schlagwerk, wie in Fig. 2b gezeigt, sind die Bewegungsverläufe des Antriebskolbens und des Schlagkolbens 9 deutlich angenähert. Der axiale Abstand, der maximal erreicht werden kann, ist erheblich geringer, als beim Stand der Technik. Dadurch kann z.B. die Antriebs-Luftfeder 10 kürzer gebaut werden.
Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des Schlagwerks von Fig. 1 .
Hier sind zwei Motoren 1 vorgesehen, die jeweils ein Pleuel 6 antreiben, wodurch der Antriebskolben 7 in der entsprechenden Weise hin- und herbewegt wird. Die Motoren 1 werden gegenläufig betrieben, wie durch Pfeilrichtung gezeigt.
Die wechselnden Motordrehmomente heben sich gegenseitig auf, so dass keine Seitenkräfte und keine Kippmomente auf den Antriebskolben 7 wirken. Dies erhöht die Laufruhe und damit den Komfort, wenn das Schlagwerk z.B. in einem handgehaltenen Arbeitsgerät eingesetzt wird.
Das Schlagwerk kann insbesondere bei einem Bohr- und/oder Schlaghammer bzw. einem Aufbruchhammer verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Schlagwerk, mit einem Antrieb mit einem Motor ( 1 ) und einem in dem Motor ( 1 ) vorgesehenen Rotor (3 ); einem von dem Antrieb in einer Führungseinrichtung (8 ) hin- und herbe- wegbaren Antriebselement (7); einem Schlagelement (9); und mit einer zwischen dem Antriebselement ( 7) und dem Schlagelement (9) wirksamen Koppeleinrichtung ( 10), über die die Bewegung des Antriebselements (7) auf das Schlagelement (9) übertragbar ist; wobei der Motor ( 1 ) derart ansteuerbar ist, dass innerhalb eines Schlagzyklus und/ oder von Schlagzyklus zu Schlagzyklus veränderbare Drehgeschwindigkeiten des Rotors (3) erzeugbar sind; und wobei der Motor ( 1 ) derart ansteuerbar ist, dass eine Änderung der Drehgeschwindigkeit innerhalb eines Schlagzyklus und / oder von Schlagzyklus zu Schlagzyklus entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus für die Bewegung des Rotors (3) bewirkt wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus eine Bewegung des Rotors (3 ) in Abhängigkeit von Ereig- nissen vorgibt, die an oder mit Komponenten des Schlagwerks auftreten, insbesondere in Abhängigkeit von einer tatsächlichen Bewegung des Schlagelements (9).
2. Schlagwerk, mit - einem Antrieb mit einem Motor ( 1 ) und einem in dem Motor ( 1 ) vorgesehenen Rotor (3 ); einem von dem Antrieb in einer Führungseinrichtung (8) hin- und herbewegbaren Antriebselement (7); einem Schlagelement (9); und mit - einer zwischen dem Antriebselement ( 7) und dem Schlagelement (9) wirksamen Koppeleinrichtung ( 10), über die die Bewegung des Antriebselements (7) auf das Schlagelement (9) übertragbar ist; wobei der Motor ( 1 ) derart ansteuerbar ist, dass innerhalb eines Schlagzyklus und / oder von Schlagzyklus zu Schlagzyklus veränderbare Drehgeschwindigkeiten des Rotors (3) erzeugbar sind ; dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ( 1 ) derart ansteuerbar ist, dass der Motor ( 1 ) innerhalb eines Schlagzyklus eine Hin- und Her-Drehbewegung des Rotors (3) erzeugt.
3. Schlagwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ( 1 ) derart ansteuerbar ist, dass eine Änderung der Drehgeschwindigkeit innerhalb eines Schlagzyklus und/ oder von Schlagzyklus zu Schlagzyklus entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus für die Bewegung des Rotors (3) bewirkt wird.
4. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus eine Bewegung des Rotors (3) in Abhängigkeit von Ereignissen vorgibt, die an oder mit Komponenten des Schlagwerks auftreten, insbesondere in Abhängigkeit von einer tatsächlichen Bewegung des Schlagelements (9).
5. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus einen durch eine Steuerung und/oder Regelung fest vorgegebenen Weg-Zeit-Verlauf für die Bewegung des Rotors (3) aufweist.
6. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ( 1 ) derart ansteuerbar ist, dass das von dem Motor ( 1 ) angetriebe- ne Antriebselement (7) einen Bewegungsverlauf erreicht, welcher dem Bewegungsverlauf des Schlagelements (9) angenähert ist.
7. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ( 1 ) derart ansteuerbar ist, dass - ein unterer, zum Schlagelement (9) hin gelegener Totpunkt des Antriebselements (7) innerhalb jedes Schlagzyklus durchfahren wird; und/ oder dass ein oberer, vom Schlagelement abgelegener Totpunkt des Antriebselements (7) nicht innerhalb jedes Schlagzyklus durchfahren wird.
8. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motor ( 1 ) und dem Antriebselement (7) eine Übertragungseinrichtung (5, 6) vorgesehen ist, zum Übertragen einer von dem Motor ( 1 ) erzeugten Drehbewegung in eine Längsbewegung des Antriebselements (7).
9. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung eine Übersetzungseinrichtung aufweist, derart, dass der Motor ( 1 ) während eines Schlagzyklus mehrere Umdrehungen des Rotors (3) erzeugt.
10. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zwei gegenläufig betriebene Motoren ( 1 ) aufweist, die gemeinsam das Antriebselement ( 7) antreiben.
1 1. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , dass jedem der Motoren ( 1 ) eine Übertragungseinrichtung (5 , 6) zugeordnet ist, zum Übertragen der von dem jeweiligen Motor erzeugten Drehbewegung in eine Längsbewegung des Antriebselements ( 7).
12. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagwerk ein Luftfederschlagwerk ist; das Antriebselement als Antriebskolben (7) ausgebildet ist; das Schlagelement als Schlagkolben (9) ausgebildet ist; - die Koppeleinrichtung eine in einem Hohlraum zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben ausgebildete Antriebs-Luftfeder ( 10) aufweist, über die die Bewegung des Antriebskolbens ( 7) auf den Schlagkolben (9) übertragbar ist.
13. Schlagwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kop- peleinrichtung zusätzlich zu der Antriebs-Luftfeder eine zwischen dem Antriebskolben ( 7) und dem Schlagkolben (9) wirksame Rückhol-Luftfeder ( 12) aufweist, zum Unterstützen einer Rückwärtsbewegung des Schlagkolbens (9) nach einem Schlag.
14. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ( 1 ) ein Asynchronmotor, ein Magnetmotor oder ein anderer Synchronmotor ist.
15. Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , dass der Motor ( 1 ) als aufgewickelter, wirkungsmäßig geschlossener Linearmotor ausgebildet ist.
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