Handwerkzeugmaschine

Abstract

 Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk hat einen motorgetriebenen Erreger (12), ein Führungsrohr (20) und einen kolbenförmigen Schläger (13). Der kolbenförmige Schläger (13) ist durch eine Innenfläche (21) des Führungsrohrs (20) längs einer Arbeitsachse (10) geführt und schließt in dem Führungsrohr (20) mit dem Erreger (12) eine Luftfeder (15) abschließt ab. Der Schläger (13) hat einen topfförmigen Grundkörper (30) mit einem dem Erreger (12) zugewandt offenen Hohlraum und einem den Hohlraum ausfüllenden Einsatz (31, 50, 60) (31). Der Grundkörper (30) ist aus einem ersten Material mit einer ersten Dichte und der Einsatz (31, 50, 60) aus einem Material mit einer zweiten Dichte, welche geringer als die erste Dichte ist.

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk, insbesondere eine drehmeißelnde oder rein meißelnde Handwerkzeugmaschine.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

[0002] Bei einem motorgetriebenen, pneumatischen Schlagwerk beschleunigt ein kolbenförmiger Erreger mittelbar durch eine Luftfeder einen kolbenförmigen Schläger. Abdichtungen und andere Randbedingungen des Schlagwerks begrenzen einen Druck der Luftfeder auf etwa 20 bar, weshalb eine Beschleunigung des Schlägers von dessen Masse und seiner Stirnfläche abhängt. Ein Schlagwerk mit einem schnell laufenden Schläger benötigt einen leichten Schläger bei großer Stirnfläche. US 2009 133893 A beschreibt einen Schläger, der eine radiale verlaufende Bohrung hat, um dessen Masse bei gleichbleibender Stirnfläche zu reduzieren.

[0003] Das Volumen der pneumatischen Kammer stellt hohe Anforderungen an die Toleranzen der Fertigung. Ein Berühren des Erregers und des Schlägers führt zu einem Ausfall des Schlagwerks. Der Abstand von Erreger und Schläger verringert sich bei der Kompression der Luftfeder auf etwa 1 mm, um den für die geforderte Schlagleistung notwendigen Druck von 20 bar aufzubauen. Der hohe Druck führt zu einer lokalen Verformung des Schlagwerks, beispielsweise verschiebt und verformt sich ein den Schläger umspannender Dichtungsring. Die mechanische und thermische Dauerbelastung des elastischen Dichtrings lässt diesen altern, wodurch er nachgiebiger gegenüber einem Verschieben wird. Bereits eine geringfügige Verschiebung kann zu einer ausreichenden Verlagerung des Volumens der Luftfeder mit einem in Folge punktuellen Berühren von Erreger und Schläger führen.

[0004] Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk hat einen motorgetriebenen Erreger, ein Führungsrohr und einen kolbenförmigen Schläger. Der kolbenförmige Schläger ist durch eine Innenfläche des Führungsrohrs längs einer Arbeitsachse geführt und schließt in dem Führungsrohr mit dem Erreger eine Luftfeder abschließt ab. Der Schläger hat einen topfförmigen Grundkörper mit einem dem Erreger zugewandt offenen Hohlraum und einem den Hohlraum ausfüllenden Einsatz. Der Grundkörper ist aus einem ersten Material mit einer ersten Dichte und der Einsatz aus einem Material mit einer zweiten Dichte, welche geringer als die erste Dichte ist.

[0005] Die geringere Dichte des Einsatzes ermöglicht die Masse des Schlägers bei gleichbleibender Stirnfläche zu reduzieren. Die topfförmige Gestalt des vorzugsweise steifen Grundkörpers stellt sicher, dass sich der Einsatz unter Einwirkung der Luftfeder bei der Kompression nicht verformt. Ferner unterliegt der Einsatz nur geringen mechanischen Belastungen, weil er beim Schlag sich an dem in Schlagrichtung und Umfangsrichtung umschließenden Grundkörper geschützt ist. Auch ist durch den vollständig ausfüllenden Einsatz gewährleistet, dass keine parasitären Lufteinschlüsse zwischen Einsatz und Grundkörper mit der pneumatischen Kammer verbunden sind. Insbesondere wenn der Einsatz aus einem Elastomer gebildet ist. Ein Abstand von Erreger und Schläger wird bei der Kompression eingehalten.

[0006] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Grundkörper den Einsatz in radialer Richtung und in eine von der Luftfeder abgewandte Richtung umschließt. Vorzugsweise umschließt der Grundkörper vollständig in diesen Richtungen, wenigstens 95 % der in radialer Richtung und in Schlagrichtung weisender Oberfläche des Einsatzes berühren den Grundkörper. Die Form des Einsatzes ist in allen Raumrichtungen bis auf die Richtung entgegen der Schlagrichtung durch den Grundkörper vorgegeben und abgestützt.

[0007] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Einsatz bündig mit einem dem Erreger zugewandten Ende des Grundkörpers abschließt oder der Einsatz den Grundkörpers entgegen der Schlagrichtung um weniger als 1 mm überragt. Eine von dem Grundkörper und dem Einsatz gebildete, dem Erreger zugewandte Oberfläche kann eben sein. Alternativ kann eine dem Erreger zugewandte, vorzugsweise konvexe, Oberfläche des Einsatzes gegenüber einer radialen Richtung um weniger als 10 Grad geneigt sein. Die auf den Einsatz durch die Luftfeder ausgeübten Kräfte wirken hauptsächlich nur in axialer Richtung, wodurch den Einsatz alternde scherende Kräfte ausbleiben.

[0008] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Einsatz zylindrisch ausgebildet ist und ein Durchmesser des Einsatzes zwischen 50 % und 75 % eines Innendurchmessers des Führungsrohrs beträgt. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Volumenanteil des Einsatzes an dem Schläger zwischen 25 % und 75 % liegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0009] Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 einen Bohrhammer,

Fig. 2 einen Schläger des Bohrhammers,

Fig. 3 einen Schläger des Bohrhammers,

Fig. 4 einen Schläger des Bohrhammers,

[0010] Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

[0011] 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 des Bohrmeißels 4, eingesetzt werden kann. Einen primären Antrieb des Bohrhammers 1 bildet ein Motor 5, welcher ein Schlagwerk 6 und eine Abtriebswelle 7 antreibt. Ein Anwender kann den Bohrhammer 1 mittels eines Handgriffs 8 führen und mittels eines Systemschalters 9 den Bohrhammer 1 in Betrieb nehmen. Im Betrieb dreht der Bohrhammer 1 den Bohrmeißel 4 kontinuierlich um eine Arbeitsachse 10 und kann dabei den Bohrmeißel 4 in Schlagrichtung 11 längs der Arbeitsachse 10 in einen Untergrund schlagen.

[0012] Das Schlagwerk 6 ist ein pneumatisches Schlagwerk 6. Ein Erreger 12 und ein Schläger 13 sind in dem Schlagwerk 6 längs der Arbeitsachse 10 beweglich geführt. Der Erreger 12 ist über einen Exzenter 14 oder einen Taumelfinger an den Motor 5 angekoppelt und zu einer periodischen, linearen Bewegung gezwungen. Eine Luftfeder gebildet durch eine pneumatische Kammer 15 zwischen Erreger 12 und Schläger 13 koppelt eine Bewegung des Schlägers 13 an die Bewegung des Erregers 12 an. Der Schläger 13 kann direkt auf ein hinteres Ende des Bohrmeißels 4 aufschlagen oder mittelbar über einen im Wesentlichen ruhenden Zwischenschläger 16 (Döpper) einen Teil seines Impuls auf den Bohrmeißel 4 übertragen. Das Schlagwerk 6 und vorzugsweise die weiteren Antriebskomponenten sind innerhalb eines Maschinengehäuses 17 angeordnet.

[0013] Der beispielhafte Erreger 12 ist als Kolben ausgeführt, der in dem zylindrischen Führungsrohr 20 vor- und zurück bewegt wird. Der Schläger 13 ist ebenfalls als Kolben ausgeführt. Sowohl der Erreger 12 als auch der Schläger 13 schließen mit ihren radialen Außenflächen luftdicht mit einer Innenfläche 21 des Führungsrohrs 20 ab. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Erreger 12 mit dem Führungsrohr 20 starr verbunden. Sowohl der Erreger 12 und das Führungsrohr 20 werden durch den Motor 5 vor- und zurück bewegt. Das topfförmige Gebilde aus Erreger 12 und das Führungsrohr 20 können in einem Lager beweglich aufgehängt sein. Der Schläger 13 ist gleich den vorhergehenden Ausführungsformen innerhalb des Führungsrohrs 20 angeordnet und wird durch die Luftfeder 15 zwischen Erreger 12 und Schläger 13 beschleunigt.

[0014] Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt einen beispielhaften Schläger 13. Der Schläger 13 ist zweiteilig aus einem topfförmigen Grundkörper 30 und einem das Innere des Grundkörpers 30 vollständig ausfüllender Einsatz 31 ausgebildet. Der Grundkörper 30 ist vorzugsweise aus einem Stahl, der Einsatz 31 ist aus einem Material mit einer geringeren Dichte als Stahl, z.B. einer Dichte geringer als 5,0 g/cm3. Ein bevorzugtes Material für den Einsatz sind Elastomere, z.B. Nitrilkautschuk (NBR), hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR), Flourkautschuk (FPM, FKM). Der Einsatz 31 ist ohne Lufteinschlüsse, insbesondere nicht als Schaum, ausgebildet, sondern dessen Volumen ist vollständig durch das Material ausgefüllt, wodurch der Einsatz 31 inkompressibel ist.

[0015] Eine entgegen der Schlagrichtung 11 weisende Oberfläche 32 des Einsatzes 31 ist freiliegend. Sämtliche andere Abschnitte der Oberfläche des Einsatzes 31, z.B. eine in Schlagrichtung 11 weisende Fläche 33, eine Mantelfläche 34, berühren eine Innenfläche des Grundkörpers 30. Eine Form des Einsatzes 31 ist durch einen Hohlraum 35 des topfförmigen Grundkörpers 30 vorgeben. Weder die Kräfte beim Schlag auf den Döpper 16 noch der Druck bei Kompression der Luftfeder deformieren den Einsatz 31.

[0016] Der elastische Aufbau des Einsatzes 31 ermöglicht auf sichere Weise ein vollständiges Ausfüllen des Hohlraums 35. Selbst geringe Lufteinschlüsse zwischen dem Einsatz 31 und dem Grundkörper 30 können vermieden werden.

[0017] Die topfförmige Gestalt des Grundkörpers 30 beinhaltet eine ringförmig geschlossene Wand 36, welche den Hohlraum 35 umfänglich umgibt. Ein Boden 37 grenzt an die Wand 36 in Schlagrichtung 11 an und verschließt den Hohlraum 35 in Schlagrichtung 11. Die einzige Öffnung 38 des Hohlraums 35 weist somit in eine Richtung entgegen der Schlagrichtung 11.

[0018] Die beispielhafte Wand 36 kann durch einen Hohlzylinder, d.h. mit einer zylindrischen Innenwand 39 und einer koaxialen zylindrischen Außenfläche 40 ausgebildet sein. Die Außenfläche 40 liegt längs der Arbeitsachse 10 geführt an der Innenfläche 21 des Führungsrohrs 20 an. Eine Länge 41 des zylindrischen Abschnitts 36, d.h. seine Abmessung längs der Arbeitsachse 10, ist vorzugsweise etwas größer als ein Durchmesser 42 des Grundkörpers 30. Ein Verhältnis von Länge 41 zu Durchmesser 42 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,8 und 1,2, um ein Verkanten des Schlägers 13 in dem Führungsrohr 20 zu verhindern. Die Außenfläche 40 ist vorzugsweise vollumfänglich zylindrisch, in einer alternativen Ausführung aus zylindrischen Segmenten zusammengesetzt. Eine Wandstärke 43 der Wand 36 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 % und 40 % des Durchmessers 42 des Grundkörpers 30.

[0019] Der Boden 37 kann eine ebene oder gewölbte Innenfläche 44 aufweisen. An die in Schlagrichtung 11 weisende Außenseite des Bodens 37 kann zu einem Stößel 45 ausgebildet sein. Der Stößel 45 ist im wesentlichen ein voller, zylindrischer Stab. Der Stößels 45 ist dünner als der Grundkörper 30, und ein Durchmesser 46 des Stößels 45 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 30 % und 50 % des Durchmessers 42 des Grundkörpers 30 oder Schlägers 13. Der Durchmesser 46 orientiert sich am Durchmesser der für den Bohrhammer 1 vorgesehenen Werkzeuge.

[0020] Der Grundkörper 30 kann einen radialen Anstich in der Wand 36 oder einen Anstich in dem Boden 37 aufweisen, welcher beim Einbringen des Einsatzes 31 ein Austreten von Luft ermöglicht. Eine Querschnittsfläche des Anstichs ist um wenigstens eine Größenordnung geringer als eine Stirnfläche des Grundkörpers 30, z.B. geringer als 1 mm² oder geringer als 1 % der Querschnittsfläche.

[0021] Der Einsatz 31 berührt die gesamte Innenfläche 44 des Bodens 37 und die gesamte Innenfläche 39 der Wand 36. Die freiliegende Oberfläche 46 des Einsatzes 31 ist vorzugsweise eben und schließt bündig mit dem Ende 47 des Grundkörpers 30 ab. Die gesamte rückseitige Oberfläche des Schlägers 13 ist vorzugsweise eben. Bei einem vorgegebenen Flächeninhalt der Stirnfläche ist ein Abstand von Erreger 12 und Schläger 13 bei einem vorgegebenen Druck maximal.

[0022] Eine axiale Bohrung oder eine längs der Arbeitsachse 10 verlaufende Nut kann in den Einsatz 31 eingebracht sein. Beim Einsetzen des Einsatzes 31 kann die Luft entlang dieses Kanals entweichen. Die Nut verringert die Querschnittsfläche des Einsatzes 31 um weniger als 1 %.

[0023] Der Einsatz 31 kann formschlüssig, materialschlüssig und/oder kraftschlüssig in dem Grundkörper 30 befestigt sein. Ein Materialschluss kann beispielsweise durch Einkleben, Eingießen oder Vulkanisieren erreicht werden. Der dargestellte Einsatz 31 ist in den Grundkörper 30 eingeschoben und wird durch einen Vorsprung 48 an der Innenfläche 39 des Grundkörpers 30 angeklemmt.

[0024] Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Schlägers 13. Der Einsatz 50 hat eine freiliegende rückseitige, entgegen der Schlagrichtung 11 weisende Oberfläche 51, welche konvex, d.h. von dem Schläger 13 wegweisend, gewölbt ist. Die Wölbung ist gering. Eine Neigung der Oberfläche 46 gegenüber einer Ebene senkrecht zur Arbeitsachse 10 liegt im Bereich zwischen 0 Grad und 10 Grad. Ein Scheitelpunkt 52 der Wölbung überragt das hintere Ende 47 des Grundkörpers 30 vorzugsweise um eine Distanz 53 von weniger als 2 mm. Die gewölbte Oberfläche 51 schließt vorzugsweise bündig mit dem hinteren Ende 47 ab.

[0025] Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Schlägers 13. Der Einsatz 60 hat eine freiliegende rückseitige Oberfläche 61, welche etwas über das hintere Ende 47 des Grundkörpers 30 hinaussteht, ohne bündig mit den Enden 47 abzuschließen. Ein axialer Überstand 62 des Einsatzes 60 auf der Höhe der Wand 36 ist geringer als 0,5 mm.

Ansprüche

1. Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk (6), das einen motorgetriebenen Erreger (12), ein Führungsrohr (20) und einen kolbenförmigen Schläger (13) aufweist, wobei der kolbenförmige Schläger (13) durch eine Innenfläche (21) des Führungsrohrs (20) längs einer Arbeitsachse (10) geführt ist und in dem Führungsrohr (20) mit dem Erreger (12) eine Luftfeder (15) abschließt, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schläger (13) einen topfförmigen Grundkörper (30) mit einem dem Erreger zugewandt offenen Hohlraum und einem den Hohlraum ausfüllenden Einsatz (31, 50, 60) ist, wobei der Grundkörper (30) aus einem ersten Material mit einer ersten Dichte und der Einsatz (31, 50, 60) aus einem Material mit einer zweiten Dichte ist, und die erste Dichte größer als die zweite Dichte ist.

2. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (31, 50, 60) aus einem Elastomer gebildet ist.

3. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (30) den Einsatz (31, 50, 60) in radialer Richtung und in eine von der Luftfeder (15) abgewandte Richtung (11) umschließt.

4. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (31, 50) bündig mit einem dem Erreger (12) zugewandten Ende (47) des Grundkörpers (30) abschließt oder der Einsatz (31, 50) den Grundkörpers (30) in Richtung zu dem Erreger (12) um weniger als 1 mm überragt.

5. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem Grundkörper (30) und dem Einsatz (31, 50, 60) gebildete, dem Erreger (12) zugewandte Oberfläche (32, 61) eben ist.

6. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Erreger (12) zugewandte Oberfläche (51) des Einsatzes (50) gegenüber einer radialen Richtung um weniger als 10 Grad geneigt ist.

7. Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (31, 50, 60) zylindrisch ausgebildet ist und ein Durchmesser des Einsatzes (31, 50, 60) zwischen 50 % und 75 % eines Durchmessers (42) des Schlägers (13) beträgt.

8. Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenanteil des Einsatzes (31, 50, 60) an dem Schläger (13) zwischen 25 % und 75 % liegt.

Zeichnung