GEBIET DER ERFINDUNG
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine meißelnde Handwerkzeugmaschine, z.B. einen
Bohrhammer oder einen Elektromeißel.
[0002] Ein Bohrhammer ist beispielsweise aus
US 9,339,924 B2 bekannt. Der Bohrhammer hat ein elektro-pneumatisches Schlagwerk. Ein Anwender schaltet
einen Elektromotor des Bohrhammers durch Betätigen eines Tasters ein. Das Schlagwerk
soll nur jedoch nur aktiviert sein, wenn der Anwender den Bohrhammer, genauer ein
Werkzeug, an einen Untergrund presst. Der Elektromotor bewegt kontinuierlich einen
Erregerkolben des Schlagwerks. Ein Schläger des Schlagwerks wird an die Bewegung des
Erregerkolbens über eine pneumatische Kammer angekoppelt, wenn Belüftungsöffnungen
der pneumatischen Kammer geschlossen sind. Die Belüftungsöffnungen werden durch einen
Döpper kontrolliert. Der Döpper ist auf der Arbeitsachse zwischen dem Schläger und
dem Werkzeug angeordnet. Beim Anpressen des Schlagwerks wird der Döpper in eine Arbeitsstellung,
in Richtung zu dem Schläger verschoben. In der Arbeitsstellung sind die Belüftungsöffnungen
geschlossen und das Schlagwerk aktiv. Bei fehlendem Anpressen sorgt ein Schlag des
Schlägers, ein sogenannter Leerschlag, dafür, dass der Döpper die Arbeitsstellung
verlässt. Die Belüftungsöffnungen sind freigegeben und das Schlagwerk schaltet ab.
[0003] Der Döpper bewegt sich aufgrund des Leerschlags in Schlagrichtung. Ein Fänger fängt
den Döpper auf. Der Döpper kommt vorzugsweise durch den Fänger zum Stehen. Allerdings
kann der Döpper von dem Fänger abprallen, zurück in die Arbeitsstellung gleiten und
unerwünschter Weise die Belüftungsöffnungen schließend das Schlagwerk aktivieren.
Typischerweise ist gleich der nächste Schlag wieder ein Leerschlag. Die Leerschläge
stellen eine erhebliche Belastung für die Handwerkzeugmaschine und den Anwender dar,
da die gesamte Schlagenergie innerhalb der Handwerkzeugmaschine aufgenommen wird und
nicht wie gewünscht in den Untergrund eingeleitet wird.
[0004] US 9,339,924 B2 beschreibt einen Döpper mit einer gegenüber dem Fänger exzentrischen Stirnfläche.
Die exzentrische Stirnfläche soll ein Drehen des Döppers bewirken, wodurch dem Döpper
kinetische Energie entzogen wird. Der Döpper erreicht daraufhin nicht mehr die Arbeitsstellung.
Die beschriebene Lösung ist abhängig von einer toleranzfreien Führung des Döppers,
um die exzentrische Anordnung zu gewährleisten. Allerdings unterliegt der Döpper und
dessen Führung durch den Eintrag von Staub und Bohrgut über das Werkzeug einem hohen
Verschleiß, worunter die Genauigkeit der Führung leidet. Ferner beeinflusst die exzentrische
Anordnung die Effizienz der Übertragung der Stoßwelle von dem Döpper auf das axial
angeordnete Werkzeug.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
[0005] Die meißelnde Handwerkzeugmaschine gemäß der Erfindung hat einen Werkzeughalter,
einen Elektromotor, ein Schlagwerk und einen Leerschlag-Fänger. Der Werkzeughalter
kann ein Werkzeug aufnehmen und auf einer Arbeitsachse beweglich haltern. Das Schlagwerk
beinhaltet einen Erregerkolben, einen Schläger, einen Döpper und eine Führung für
den Döpper. Der Erregerkolben ist mit dem Elektromotor gekoppelt. Der Schläger koppelt
über eine pneumatische Kammer an die Bewegung des Erregerkolbens an. Der Döpper ist
in Schlagrichtung von dem Schläger auf der Arbeitsachse angeordnet. Die Führung führt
den Döpper auf der Arbeitsachse. Der Leerschlag-Fänger für den Döpper hat eine dem
Döpper zugewandte, konische Innenfläche. Der Döpper hat eine zugehörige, gegenüber
der Arbeitsachse geneigte und in die Schlagrichtung weisende Stirnfläche. Die Stirnfläche
liegt an der konischen Innenfläche an, wenn der Döpper in seiner in Schlagrichtung
am weitesten vorgerückten Stellung liegt. Die Stirnfläche des Döppers hat in Umfangsrichtung
ein erstes Segment und ein zweites Segment. Das zweite Segment ist gegenüber dem ersten
Segment in Schlagrichtung versetzt. Der Versatz in den beiden Segmente der Stirnfläche
führt dazu, dass der Döpper beim Anliegen an dem Leerschlag-Fänger verkippt. Das Verkippen
führt zu einem Verklemmen des Döppers in dem Führungsrohr. Simulationen zeigen ein
zusätzliches Verbiegen des Döppers aufgrund des axialen Versatzes zwischen den gegenüberliegenden
Kontaktpunkten von Döpper und Fänger. Hierdurch erhöht sich die Stoppwirkung des Fängers
auf den Döpper.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0006] Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen
und Figuren. In den Figuren zeigen:
- Fig. 1
- einen Bohrhammer
- Fig. 2
- einen Döpper des Bohrhammers
- Fig. 3
- ein Schnitt in Ebene III-III durch den Döpper
[0007] Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den
Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
[0008] Fig. 1 zeigt als Beispiel einer meißelnden Handwerkzeugmaschine
1 schematisch einen Bohrhammer. Der Bohrhammer hat einen Werkzeughalter
2, in welchen ein Werkzeug
3 eingesetzt und verriegelt werden kann. Die Werkzeuge
3 können beispielsweise Bohrer für die drehmeißelnde Bearbeitung von mineralischen
Bauwerkstoffen, wie Beton oder Gestein, oder Meißel für die rein meißelnde Bearbeitung
der selben Bauwerkstoffe sein. Der Bohrhammer
1 enthält ein pneumatisches Schlagwerk
4, welches im Betrieb periodisch Schläge in Schlagrichtung
5 auf das Werkzeug
3 ausübt. Zudem enthält der Bohrhammer
1 eine Abtriebswelle
6, welche im Betrieb den Werkzeughalter
2 und damit das Werkzeug
3 um eine Arbeitsachse
7 dreht. Das Schlagwerk
4 und die Abtriebswelle
6 werden von einem Motor
8, z.B. einem Elektromotor, angetrieben. Die Abtriebswelle
6 kann in meißelnden Handwerkzeugmaschinen
1 abschaltbar sein oder in rein meißelnden Handwerkzeugmaschinen
1 sind ohne Abtriebswelle.
[0009] Die Handwerkzeugmaschine
1 hat einen Handgriff
9, mittels welchem der Anwender die Handwerkzeugmaschine
1 im Betrieb halten und führen kann. Der Handgriff
9 ist an einem Maschinengehäuse
10 befestigt. Vorzugsweise ist der Handgriff
9 an einem von der Werkzeughalter
2 entfernten Ende der Handwerkzeugmaschine
1 bzw. des Maschinengehäuses
10 angeordnet. Eine zu der Schlagrichtung
5 parallele und mittig durch den Werkzeughalter
2 verlaufende Arbeitsachse
7 verläuft vorzugsweise durch den Handgriff
9, wenn dieser einhändig zu greifen ist. Der Handgriff 9 kann durch Dämpfelemente von
dem Maschinengehäuse
10 teilweise entkoppelt sein, um Vibrationen des Schlagwerks
4 zu dämpfen.
[0010] Der Anwender kann die Handwerkzeugmaschine
1 mittels eines Tasters
12 in Betrieb nehmen. Das Betätigen des Tasters
12 aktiviert den Motor
8. Der Taster
12 ist vorzugsweise an dem Handgriff
9 angeordnet, wodurch dieser von der den Handgriff
9 umgreifenden Hand betätigt werden kann.
[0011] Das Schlagwerk
4 hat einen Erregerkolben
13, einen Schläger
14 und einen Döpper
15. Der Erregerkolben
13, der Schläger
14 und der Döpper
15 sind in Schlagrichtung
5 aufeinanderfolgend auf der Arbeitsachse
7 liegend angeordnet. Der Erregerkolben
13 ist über einen Getriebestrang an den Motor
8 angekoppelt. Der Getriebestrang setzt die Drehbewegung des Motors
8 in eine periodische Vor- und Rückbewegung des Erregerkolbens
13 auf der Arbeitsachse
7 um. Ein beispielhafter Getriebestrang basiert auf einem Exzenterrad
16 und einem Pleuel
17. Eine andere Ausführung basiert auf einem Taumelantrieb.
[0012] Der Schläger
14 wird an die Bewegung des Erregerkolbens
13 durch eine pneumatische Kammer
18, auch als Luftfeder bezeichnet, angekoppelt. Die pneumatische Kammer
18 ist längs der Arbeitsachse
7 antriebsseitig durch den Erregerkolben
13 und werkzeugseitig durch den Schläger
14 abgeschlossen. Der Schläger
14 ist dazu als Kolben ausgebildet. In der dargestellten Variante ist die pneumatische
Kammer
18 in radialer Richtung durch ein Führungsrohr
19 abgeschlossen. Der Erregerkolben
13 und der Schläger
14 gleiten luftdicht anliegend an der Innenfläche des Führungsrohrs
19. In anderen Ausgestaltung kann der Erregerkolben topfförmig ausgebildet sein. Der
Schläger gleitet innerhalb des Erregerkolbens. Analog kann der Schläger topfförmig
ausgebildet sein, wobei der Erregerkolben innerhalb des Schlägers gleitet. Der Schläger
14 bewegt sich angekoppelt über die pneumatische Kammer
18 periodisch parallel zu der Schlagrichtung
5 zwischen einem antriebsseitigen Umkehrpunkt und einem werkzeugseitigen Umkehrpunkt.
Der werkzeugseitige Umkehrpunkt ist durch den Döpper
15 vorgegeben, auf welchen der Schläger
14 im werkzeugseitigen Umkehrpunkt aufschlägt.
[0013] Der Döpper
15 ist parallel zu der Schlagrichtung
5 zwischen einem Anschlag
20 und dem Werkzeug
3 beweglich geführt. Im Betrieb drückt der Anwender beim Anpressen des Werkzeugs
3 an einen Untergrund das Werkzeug
3 gegen den Döpper
15 und mittelbar den Döpper
15 gegen den Anschlag
20. Die Stellung des Döppers
15 anliegend an dem Anschlag
20 wird als Arbeitsstellung bezeichnet. Der Schlag des Schlägers
14 auf den Döpper
15 erfolgt vorzugsweise, wenn der Döpper
15 in der Arbeitsstellung ist. Der Döpper
15 dient als Mittler des Schlags des Schlägers
14 auf das Werkzeug
3. Eine Dämpfung des Stoßes durch den Döpper
15 ist nicht erwünscht.
[0014] Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Döppers
15. Der Döpper
15 gleitet in einer rohrförmigen Führung
21 auf der Arbeitsachse
7. Die Arbeitsachse
7 wird durch die zylindrische Innenfläche
22 der Führung
21 vorgegeben. Die Innenfläche
22 ist koaxial zu der Arbeitsachse
7 angeordnet. Der Döpper
15 hat eine zylindrische Mantelfläche
23, welche an der Innenfläche
22 anliegt. Die Mantelfläche
23 definiert typischerweise den größten Durchmesser des Döppers
15. Zudem definiert die Mantelfläche
23 eine Längsachse oder Döpperachse
24 des Döppers
15. Die Döpperachse
24 entspricht der Symmetrieachse der Mantelfläche
23. Aufgrund der Führung
21 des Döppers
15 über die führende Mantelfläche
23 liegt die Döpperachse
24 auf der Arbeitsachse
7.
[0015] Der Döpper
15 hat eine Schlagfläche
25, welche in Richtung zu dem Schläger
14 weist. Der Schläger
14 schlägt auf die Schlagfläche
25 auf. Der Flächeninhalt der Schlagfläche
25 ist typischerweise geringer als der Flächeninhalt eines Querschnitts im Bereich der
führenden Mantelfläche
23. Die Schlagfläche
25 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zu der Döpperachse
24. Der Schläger
14 schlägt somit mittig auf die Schlagfläche
25, wodurch eine effizientere Energieübertragung gewährleistet ist. Die Schlagfläche
25 kann eben ausgebildet sein, bevorzugt ist eine ballige Ausgestaltung. An die Schlagfläche
25 schließt sich in der dargestellten Ausführungsform ein zylindrischer Abschnitt an,
dessen Durchmesser dem Durchmesser der Schlagfläche
25 entspricht.
[0016] Der Döpper
15 hat eine Stoßfläche
26, welche in Richtung zu dem Werkzeug
3 zeigt, d.h. in Schlagrichtung
5 und abgewandt von dem Schläger
14 ist. Der Döpper
15 liegt mit der Stoßfläche
26 an dem Werkzeug
3 an oder schlägt mit der Stoßfläche
26 auf das Werkzeug
3 auf. Der Flächeninhalt der Stoßfläche
26 ist typischerweise geringer als der Flächeninhalt eines Querschnitts im Bereich der
führenden Mantelfläche
23. Die Schlagfläche
25 ist rotationssymmetrisch zu der Döpperachse
24. Eine Stoßübertragung von dem Döpper
15 auf das Werkzeug
3 erfolgt mittig von der Stoßfläche
26. Die Stoßfläche
26 kann eben oder ballig ausgebildet sein. An die Stoßfläche
26 schließt sich in der dargestellten Ausführungsform ein zylindrischer Abschnitt
27 an, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Stoßfläche
26 entspricht.
[0017] Der Döpper
15 liegt in der Arbeitsstellung an dem Anschlag
20 an. Der Anschlag
20 kann beispielsweise als Ring ausgebildet sein. Der Ring hat einen Innendurchmesser,
der etwas größer als der Durchmesser der Schlagfläche
25 ist. Der Döpper
15 weist eine (Prellschlag-) Fläche
28 auf. Die Prellschlagfläche
28 hat vorzugsweise eine konische Gestalt. Im Bereich der Prellschlagfläche
28 erhöht sich der Durchmesser des Döppers
15 gleichmäßig entlang der Döpperachse
24 von dem geringeren Durchmesser der Schlagfläche
25 auf den Durchmesser der führenden Mantelfläche
23. Die Prellschlagfläche
28 ist rotationssymmetrisch zu der Döpperachse
24. Eine Neigung der Prellschlagfläche
28 gegenüber der Döpperachse
24 und damit auch gegenüber der Arbeitsachse
7 ist vorzugsweise längs der Döpperachse
24 konstant. Der Anschlag
20 kann eine der Prellschlagfläche
28 zugewandte ebenfalls konische Fläche aufweisen. Der Anschlag
20 kann in dem Maschinengehäuse
10 über ein Dämpfelement
29, z.B. einen elastischen O-Ring, abgestützt sein.
[0018] Der Döpper
15 bewegt sich im meißelnden Betrieb nur geringfügig aus seiner Arbeitsstellung. Nach
einem Schlag des Schlägers
14 auf den Döpper
15, bewegt sich der Döpper
15 maximal soweit wie sich das Werkzeug
3 aus dem Werkzeughalter
2 herausbewegt. Aufgrund des Anpressdrucks des Anwenders wird das Werkzeug
3 wieder in die Werkzeugaufnahme hineingeschoben soweit, bis der Döpper
15 an dem Anschlag
20 anliegt.
[0019] Fehlt ein Werkzeug
3 oder falls das Werkzeug
3 nicht angedrückt ist, bewegt sich der Döpper
15 deutlich aus der Arbeitsstellung. Ein (Leerschlag-) Fänger
30 stoppt den Döpper
15 in Schlagrichtung
5. Der Döpper
15 schlägt mit einer Stirnfläche
31 auf den Fänger
30 auf. Der Döpper
15 befindet sich dann in seiner in Schlagrichtung
5 am weitest vorgerückten Position. Der Döpper
15 wird etwas gegenüber der Führung
21 verkippt, wenn der Döpper
15 an den Leerschlag-Fänger
30 anschlägt, d.h. die Döpperachse
24 wird gegenüber der Arbeitsachse
7 verkippt. Das Verkippen bewirkt ein Verklemmen des Döppers
15 in der Führung
21, wodurch Bewegungsenergie des Döppers
15 abgebaut wird und der Döpper
15 vorzugsweise zum Stehen kommt. Das Verkippen wird durch eine spezielle Asymmetrie
der Stirnfläche
31 des Döppers
15 erreicht.
[0020] Die Stirnfläche
31 ist in Schlagrichtung
5 weisend und gegenüber der Döpperachse
24 geneigt. Die Schlagfläche
25 verbindet die Mantelfläche
23 mit der Stoßfläche
26. Im Bereich der Stirnfläche
31 reduziert sich der Durchmesser des Döppers
15 von dem maximalen Durchmesser der führenden Mantelfläche
23 auf den Durchmesser der Stoßfläche
26. Die Besonderheit der Stirnfläche
31 ist ihre Unterteilung in Umfangsrichtung
32 in ein erstes Segment
33 und ein zweites Segment
34. In der beispielhaften Ausführung können beide Segmente
33,
34 konusförmig sein. Das erste Segment
33 ist gegenüber dem zweiten Segment
34 in Schlagrichtung
5 versetzt. Die beiden Segmente
33,
34 sind gegenüber der Döpperachse
24 und Arbeitsachse
7 geneigt. Der Versatz zeigt sich darin, dass für einen Ausschnitt der Stirnfläche
31 mit konstanten radialen Abstand zu der Arbeitsachse
7, der Anteil des Ausschnitts zugehörig zu dem ersten Segment
33 näher an der Stoßfläche
26 ist, als der Anteil des Ausschnitts zugehörig zu dem zweiten Segment
34. Das erste Segment
33 stößt somit in Schlagrichtung
5 zuerst an. In einer beispielhaften Ausführung liegt ein Anteil des ersten Segments
33 im Bereich von 200 Grad bis 270 Grad.
[0021] Das zweite Segment
34 ist vorzugsweise konusförmig. Eine Achse des vollständigen Konus, welcher das zweite
Segment
34 ausbildet, fällt vorzugsweise mit der Döpperachse
24 zusammen. Das erste Segment
33 kann ebenfalls konusförmig ausgebildet sein. Eine entsprechende Achse fällt nicht
mit der Döpperachse
24 zusammen. Die Achse kann zu der Döpperachse
24 parallel versetzt oder gekippt sein. In jedem Querschnitt senkrecht zu der Arbeitsachse
7 ist ein Krümmungsradius
r1 des ersten Segments
33 größer als der Krümmungsradius
r2 des zweiten Segments. Das flachere erste Segment
33 kann einen größeren Anteil an dem Umfang einnehmen als das steilere zweite Segment
34.
[0022] Der Leerschlag-Fänger
30 ist beispielsweise durch eine konische Verengung der Führung
21 ausgebildet. Die Verengung hat einen Innendurchmesser, welcher größer als der Durchmesser
der Stoßfläche
26 des Döppers
15 aber geringer als der Durchmesser der Mantelfläche
23 des Döppers
15 ist. Die Verengung hat eine konische Innenfläche
37, welche in Richtung zu dem Döpper
15 weist. Die konische Innenfläche
37 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zu der Arbeitsachse
7.
[0023] Das vordere, erste Segment
34 bewirkt eine größere radiale Kraftkomponente verglichen zu dem flachen Segment
33. Hierdurch wird Döpper
15 verkippt oder wird verbogen. Beide Effekte führen zu einem effizienten Abbremsen
des Döppers
15. Dies tritt auch ein, wenn die Führung
21 des Döppers
15 parallel zu der Arbeitsachse
7 aufgrund von Verschleiß bereits ein größeres Spiel aufweist.
[0024] Die Führung
21 kann in dem Maschinengehäuse
10 starr verankert sein. Die beispielhafte Führung
21 ist in Schlagrichtung
5 gedämpft aufgehängt. Beispielsweise kann die Führung
21 in einem Gleitlager
38 liegen. Ein Dämpfelement
39, z.B. ein Elastomer, ist zwischen einem gehäusefesten Anschlag
40 und einer Nase
41 eingespannt. Der Anschlag
40 ist in Schlagrichtung
5 von der Nase
41 angeordnet.
[0025] In einer Ausgestaltung kann das erste Segment
33 durch eine ebene oder nahezu ebene Abschrägung gebildet sein. Ein Krümmungsradius
r1 des ersten Segments
33 ist entsprechend sehr groß. Das erste Segment
33 hat in dieser Ausführung einen geringeren Anteil an dem Umfang, beispielsweise zwischen
30 Grad und 45 Grad.
1. Meißelnde Handwerkzeugmaschine (1) mit
einem Werkzeughalter (2) zum Haltern eines Werkzeugs (3) auf einer Arbeitsachse (7),
einem Schlagwerk (4), das einen Erregerkolben (13), einen Schläger (14), eine von
dem Erregerkolben (13) und dem Schläger (14) abgeschlossene pneumatische Kammer (18)
zum Ankoppeln einer Bewegung des Schlägers (14) an den Erregerkolben (13) und einen
in Schlagrichtung (5) nach dem Schläger (14) angeordneten Döpper (15) zum Übermitteln
eines Schlages des Schlägers (14) auf das Werkzeug (3) aufweist, einer Führung (21)
für den Döpper (15) zum Führen des Döppers (15) auf der Arbeitsachse (7),
einem Leerschlag-Fänger (30) für den Döpper (15), wobei der Fänger (30) eine dem Döpper
(15) zugewandte, konische Innenfläche (37) aufweist, und wobei der Döpper (15) eine
in die Schlagrichtung (5) weisende und gegenüber Arbeitsachse (7) geneigte Stirnfläche
(31) aufweist, die an der konischen Innenfläche (37) anliegt, wenn der Döpper (15)
in seiner in Schlagrichtung (5) am weitesten vorgerückten Stellung liegt, dadurch gekennzeichnet, dass
die Stirnfläche (31) des Döppers (15) in Umfangsrichtung (32) ein erstes Segment (33)
und ein zweites Segment (34) aufweist, wobei das zweite Segment (34) gegenüber dem
ersten Segment (33) in Schlagrichtung (5) versetzt ist.
2. Meißelnde Handwerkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schnitt senkrecht zu der Arbeitsachse (7) das erste Segment (33) einen ersten
Krümmungsradius (r1) und das zweite Segment (34) einen zweiten Krümmungsradius (r2)
aufweist, und der erste Krümmungsradius (r1) größer als der zweite Krümmungsradius
(r2) ist.
3. Meißelnde Handwerkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Segment (33) durch einen Kegel beschrieben ist, dessen Achse gegenüber
der Arbeitsachse (7) versetzt ist.
4. Meißelnde Handwerkzeugmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Segment (34) durch einen Kegel beschrieben ist, dessen Achse koaxial zu
der Arbeitsachse (7) ist.
5. Meißelnde Handwerkzeugmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegel des ersten Segments (33) gegenüber dem Kegel des zweiten Segments (34)
längs der Arbeitsachse (7) versetzt ist.
6. Meißelnde Handwerkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Neigung des ersten Segments (33) gegenüber der Arbeitsachse (7) gleich einer
Neigung des zweiten Segments (34) gegenüber der Arbeitsachse (7) ist.