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(11) | EP 2 452 782 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Handwerkzeugmaschine |
| (57) Eine Handwerkzeugmaschine hat einen Linearantrieb zum Bewegen eines Werkzeugs längs
einer Arbeitsachse, z. B. ein motorisch betriebenes, pneumatisches Schlagwerk. Wenigstens
zwei Tilger sind in der Handwerkzeugmaschine zum Dämpfen von Schwingungen längs der
Arbeitsachse vorgesehen. Eine resonante Anregung einer Schwingung des ersten Tilgers
längs der Arbeitsachse erfolgt bei einer ersten Resonanzfrequenz, welche sich von
einer zweiten Resonanzfrequenz des zweiten Tilgers für die Schwingung längs der Arbeitsachse
unterscheidet.
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GEBIET DER ERFINDUNG
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
[0002] Eine erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat einen Linearantrieb zum Bewegen eines Werkzeugs längs einer Arbeitsachse, z.B. ein motorisch betriebenes, pneumatisches Schlagwerk. Wenigstens zwei Tilger sind in der Handwerkzeugmaschine zum Dämpfen von Schwingungen längs der Arbeitsachse vorgesehen. Eine resonante Anregung einer Schwingung des ersten Tilgers längs der Arbeitsachse erfolgt bei einer ersten Resonanzfrequenz, welche sich von einer zweiten Resonanzfrequenz des zweiten Tilgers für die Schwingung längs der Arbeitsachse unterscheidet. Die beiden Resonanzfrequenzen unterscheiden sich in einem Bereich von 2 % bis 5%, d.h. die erste Frequenz ist um das 1,02-fache bis 1,05-fache größer als die zweite Resonanzfrequenz.
[0003] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass jeder der zwei Tilger jeweils einen Pendelarm und einen Massekörper aufweist. Der Massekörper ist federnd mittels des Pendelarms an einem Gehäuse der Handwerkzeugmaschine befestigt. Das von dem Massekörper entfernte Ende des Pendelarm bildet einen Lagerpunkt, um den der Massekörper geführt durch den Pendelarm eine Drehschwingung ausführt. Die Auslenkung bleibt vorzugsweise gering, z.B. geringer als 30 Grad um den Lagerpunkt, wodurch die Bewegung des Massekörpers näherungsweise als längs der Arbeitsachse aufgefasst wird. Gegen eine Auslenkung aus der Drehebene heraus ist der Pendelarm oder das Lager sehr steif ausgebildet, was in sehr hohen Resonanzfrequenzen resultiert. Diese hohen Resonanzfrequenzen sollten wenigstens eine Größenordnung oder das 10-fache höher als die Resonanzfrequenzen für ein Anregung längs der Arbeitsachse sein, um nicht anregbar zu sein.
[0004] Eine Anpassung der Resonanzfrequenzen der beiden Tilger kann durch die Länge der Pendelarme erfolgen, welche sich in einem Bereich von 4 % bis 10 % unterscheiden können. Die Länge bezeichnet dabei den Abstand des Schwerpunkts des Massenkörpers bis zu dem Lagerpunkt des Pendelarms am Gehäuse. Alternativ oder zusätzlich kann die Masse der Massekörper um 4 % bis10 % unterschiedlich sein.
[0005] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Pendelarm eines ersten der zwei Tilger parallel zu einem Pendelarm eines zweiten der zwei Tilger angeordnet ist. Die Pendelarme können unter wenigstens 70 Grad zu der Arbeitsachse geneigt angeordnet sind. Die Pendelarme können als Blattfeder ausgebildet sind. Die Blattfedern können an einem den Massekörpern entfernten Ende durch einen Steg verbunden sein. In einer Ausführungsform sind die beiden Blattfedern als ein Stanzteil hergestellt. Der Massekörper kann auf den Pendelarm aufgesteckt sein.
[0006] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine Periodizität mit der der Linearantrieb das Werkzeug längs der Arbeitsachse bewegt zwischen den Resonanzfrequenzen der beiden Tilger liegt. Das Werkzeug wird typischerweise stark anharmonisch, d.h. deutlich nicht sinusförmig bewegt. Daher erscheint der Begriff der Periodizität oder Wiederholungsrate geeigneter anzugeben, wie häufig sich das Werkzeug in einem Zeitnormal vor- und zurückbewegt. Die Periodizität wird gleich einer Frequenz in Hertz gemessen. Falls eine Frequenz in der Anmeldung zur Beschreibung für eine anharmonische Bewegung verwendet wird, bezeichnet diese die Grundfrequenz.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0007] Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Handwerkzeugmaschine,
Fig. 2 Querschnitt durch einen Tilger in Fig. 1
Fig. 3 ein Anregungssprektrum des Tilgers von Fig. 2.
[0008] Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
[0009] Fig. 1 zeigt schematisch einen Bohrhammer 1. Der Bohrhammer 1 hat eine Werkzeugaufnahme 2, in welche als Werkzeug ein Bohrmeißel 3 eingesetzt werden kann. Einen primären Antrieb des Bohrhammers 1 bildet ein Motor 4, welcher ein Schlagwerk 5 und eine Abtriebswelle 6 antreibt. Ein Anwender kann den Bohrhammer 1 mittels eines Handgriffs 7 führen und mittels eines Systemschalters 8 den Bohrhammer 1 in Betrieb nehmen. Im Betrieb dreht der Bohrhammer 1 den Bohrmeißel 3 kontinuierlich um eine Arbeitsachse 9 und kann dabei den Bohrmeißel 3 längs der Arbeitsachse 9 in einen Untergrund schlagen.
[0010] Das Schlagwerk 5 ist beispielsweise ein pneumatisches Schlagwerk 5. Ein Erreger 10 und ein Schläger 11 sind in dem Schlagwerk 5 längs der Arbeitsachse 9 beweglich geführt. Der Erreger 10 ist über einen Exzenter 12 oder einen Taumelfinger an den Motor 4 angekoppelt und zu einer periodischen, linearen Bewegung gezwungen. Eine Luftfeder gebildet durch eine pneumatische Kammer 13 zwischen Erreger 10 und Schläger 11 koppelt eine Bewegung des Schlägers 11 an die Bewegung des Erregers 10 an. Der Schläger 11 kann direkt auf ein hinteres Ende des Bohrmeißels 3 aufschlagen oder mittelbar über einen im Wesentlichen ruhenden Zwischenschläger 14 einen Teil seines Impuls auf den Bohrmeißel 3 übertragen. Das Schlagwerk 5 und vorzugsweise die weiteren Antriebskomponenten sind innerhalb eines Maschinengehäuses 15 angeordnet.
[0011] Innerhalb des Maschinengehäuses 15 ist ein erster Tilger 20 und ein zweiter Tilger 21 angeordnet. In der Seitenansicht von Fig. 1 verdeckt der erste Tilger 20 den zweiten Tilger 21. Der Schnitt in der Ebene II-II durch die beiden Tilger 20, 21 ist in Fig. 2 dargestellt.
[0012] Der erste Tilger 20 hat einen ersten Massenkörper 22, der über eine Blattfeder 23 mit einem starren Lagerpunkt 24 an dem Gehäuse 15 verbunden ist. Die Blattfeder 23 ist, in Ruhelage, unter einem Winkel 25 von wenigstens 70 Grad zu der Arbeitsachse 9 angeordnet. Eine Bewegung des Maschinengehäuses 15 längs der Arbeitsachse 9 kann den Massenkörper 22 zu einer ebensolchen Bewegung längs der Arbeitsachse 9 anregen. Aufgrund der Führung des Massenkörpers 22 durch die Blattfeder 23 folgt der Massenkörper 22 einer gekrümmten Bahn 26. Die Auslenkungen des Massenkörpers 22 sind gering verglichen zu einer Länge 27 der Blattfeder 23, wodurch die Bewegung näherungsweise als parallel zu der Arbeitsachse 9 angenommen werden kann. Die Länge 27 der Blattfeder 23 wird von der Befestigung 24 bis zum Schwerpunkt des ersten Massekörpers 22 gemessen. Die Blattfeder 23 wirkt einer Auslenkung des Massenkörpers 22 aus seiner Ruhelage durch eine Rückstellkraft entgegen. Die rückstellende Federkraft, die Länge 27 der Blattfeder 23 und die Masse des Massekörpers 22 legen eine Resonanzfrequenz des ersten Tilgers 20 fest.
[0013] Die Blattfeder 23 hat eine geringere Steifigkeit längs der Arbeitsachse 9 verglichen zu den Richtungen senkrecht zu der Arbeitsachse 9. Eine Anregung der Blattfeder 23 senkrecht zu der Arbeitsachse 9 ist somit nur mit sehr hohen Frequenzen möglich.
[0014] Der zweite Tilger 21 ist im wesentlichen gleich zu dem ersten Tilger 20 aufgebaut. Ein zweiter Massekörper 28 ist über eine zweite Blattfeder 29 mit dem Maschinengehäuse 15 verbunden. Die zweite Blattfeder 29 ist vorzugsweise parallel zu der ersten Blattfeder 23 angeordnet und ebenfalls, in Ruhelage, um wenigstens 70 Grad zu der Arbeitsachse 9 geneigt. Die beiden Blattfedern 22, 29 haben vorzugsweise die gleiche Federkonstante und Stärke, eine Länge 30 der zweiten Blattfeder 29 ist hingegen um 4 % bis 10 % länger als die Länge 27 der ersten Blattfeder 22. Eine Masse des zweiten Massekörpers 28 etwa gleich der Masse des ersten Massekörpers 22. Die unterschiedlichen Längen 30, 29 bewirken eine 2 % bis 5 % geringere Resonanzfrequenz des zweiten Tilgers 21. In einer weitere Ausgestaltung haben die Massekörper 22, 28 eine um 4 % bis 10 % unterschiedliche Masse.
[0015] Die Blattfedern 22, 29 können als ein gestanztes Blech hergestellt werden. Die beiden Blattfedern 22, 29 können über eine Brücke 31 zusammenhängen.
[0016] Fig. 3 zeigt das Verhalten der beiden Tilger 20, 21 für verschiedene Anregungsfrequenzen f, über die y-Achse ist die Auslenkung normiert auf die maximale Auslenkung (Amplitude) der Massenkörper 22, 28 längs der Arbeitsachse 9 aufgetragen. Die Kurve 32 gibt das Anregungsspektrum für den ersten Tilger 20, die Kurve 33 das Anregungsspektrum für den zweiten Tilger 21 an.
[0017] Die beiden Tilger 20, 21 sind zueinander verstimmt. Die Verstimmung der Resonanzfrequenz 34 des ersten Tilgers 20 ist größer als die Resonanzfrequenz 35 des zweiten Tilgers 21. Eine Anregung eines Tilgers mit Frequenzen größer als dessen Resonanzfrequenz kann zu einem Aufschaukeln des Tilgers in der Handwerkzeugmaschine 1 führen und bewirkt statt eines gewünschten Tilgens von Vibrationen ein Verstärken der Vibrationen. Dies spricht eigentlich gegen den Einsatz eines zweiten Tilgers mit einer anderen Frequenz für das Tilgen von Schwingungen längs der Arbeitsachse 9. Es wurde jedoch erkannt, dass wenn die beiden Tilger 20, 21 nur etwas zueinander verstimmt sind, diese wohl aneinander ankoppeln und der niederfrequente Tilger 21 sich noch nicht aufschaukelt, wenn die Anregungsfrequenz f durch den Linearantrieb 5 zwischen den Resonanzfrequenzen 35, 34 der beiden Tilger 20, 21 liegt. Die Resonanzfrequenz 34 des ersten Tilgers 20 sollte dabei innerhalb eines Frequenzbandes 36 liegen, innerhalb welchem das Anregungsspektrum 32 des zweiten Tilgers 21 auf nicht mehr als ein Viertel (schraffierte Fläche), vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte der Maximalamplitude abfällt. Die beiden Tilger 20, 21 koppeln dann stark aneinander an. Insgesamt ergibt sich für das Gesamtsystem aus den zwei Tilgern 20, 21 eine breitere Resonanz. Das Ankoppeln der beiden Tilger 20, 21 kann durch die elastische Brücke 31 zwischen den Blattfedern 29, 22 noch gesteigert werden. Die Resonanzfrequenzen 34, 35 werden vorzugsweise über die Pendelarme 23, 29 und die Massenkörper 22, 28 so eingestellt, dass eine Periodizität des Linearantriebs 5 zwischen den Resonanzfrequenzen 34, 35 liegt.
1. Handwerkzeugmaschine mit einem Linearantrieb zum Bewegen eines Werkzeugs längs einer
Arbeitsachse (9) und zwei Tilgern (20, 21), deren Resonanzfrequenzen für eine Bewegung längs der Arbeitsachse (9) sich unterscheiden, wobei die Resonanzfrequenz des ersten der zwei Tilger (20) innerhalb eines Frequenzbandes liegt, innerhalb welchem der angeregte zweite der
zwei Tilger (21) mit einer Auslenkung schwingt, die wenigstens einem Viertel einer Auslenkung bei
resonanter Anregung des zweiten Tilger (21) entspricht.
2. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenzen der Tilger (20, 21) sich um wenigstens 2 % unterscheiden.
3. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zwei Tilger (20, 21) jeweils einen Pendelarm (23, 29) und einen Massekörper (22, 28), der federnd mittels des Pendelarms (23, 29) an einem Gehäuse (15) der Handwerkzeugmaschine (1) befestigt ist, aufweist.
4. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (27, 30) der Pendelarme (23, 29) und/oder eine Masse der Massekörper (22, 28) sich in einem Bereich von 4 % bis 10 % unterscheidet.
5. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pendelarm (23, 29) eines ersten der zwei Tilger (20, 21) parallel zu dem Pendelarm (29, 23) eines zweiten der zwei Tilger (21, 20) angeordnet ist.
6. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelarme (23, 29) unter wenigstens 70 Grad zu der Arbeitsachse geneigt angeordnet sind.
7. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelarme (23, 29) als Blattfeder ausgebildet sind.
8. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfedern an einem den Massekörpern (22, 28) entfernten Ende durch einen Steg verbunden sind.
9. Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Resonanzfrequenz für eine Anregung der zwei Tilger (20, 21) in eine Bewegung senkrecht zur Arbeitsachse um wenigstens eine Größenordnung höher
ist als die Resonanzfrequenz für die Bewegung längs der Arbeitsachse.
10. Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periodizität mit der der Linearantrieb (5) das Werkzeug längs der Arbeitsachse (9) bewegt zwischen den Resonanzfrequenzen (34, 35) der beiden Tilger (20, 21) liegt.