Handwerkzeugmaschine

Abstract

 Die Werkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme (2) zum Aufnehmen eines meißelnden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse (11), einen Motor (5) und ein von dem Motor (5) angetriebenes pneumatisches Schlagwerk (6). Das Schlagwerk (6) hat einen auf der Arbeitsachse (11) geführten und mit einer in Schlagrichtung (12) weisenden Schlagfläche (23) versehenen Schläger (14), einen von dem Motor (5) angetriebenen Erregerkolben (13) und eine zwischen Erregerkolben (13) und Schläger (14) ausgebildete pneumatische Kammer (18) zum Ankoppeln des Schlägers (14) an die Bewegung des Erregerkolbens (13). Der Schläger (14) hat einen die Schlagfläche (23) bildenden ersten Teilkörper (35), einen zweiten Teilkörper (34) und ein Federelement (33). Der erste Teilkörper (35) ist relativ zu dem zweiten Teilkörper (35) längs der Arbeitsachse (11) beweglich. Der zweite Teilkörper (34) hat eine in Schlagrichtung (12) weisende Stoßfläche (37). Der erste Teilkörper (35) hat eine der Stoßfläche (37) gegenüberliegende Prallfläche (36) zum Aufnehmen eines Stoßes des zweiten Teilkörpers (34) auf den ersten Teilkörper (35). Das Federelement (33) treibt den ersten Teilkörper (35) relativ zu dem zweiten Teilkörper (34) in Schlagrichtung (12) in eine Grundstellung, in welcher die Stoßfläche (37) von der Prallfläche (36) durch einen Spalt (32) getrennt ist.

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine mit einem motorgetriebenen pneumatischen Schlagwerk.

[0002] US 2002 003045 A offenbart eine gattungsgemäße Handwerkzeugmaschine mit einem motorgetriebenen Schlagwerk für Bohrer und Meißel. Ein Motor bewegt einen Erregerkolben in einem Führungsrohr längs einer Arbeitsachse vor- und zurück. Ein Schläger liegt in dem Führungsrohr. Zwischen dem Erreger und dem Schläger ist eine abgeschlossene pneumatische Kammer, die periodisch durch den Erreger komprimiert und dekomprimiert wird. Der Schläger wird durch aufgebauten Druckunterschied gegenüber der Umgebung beschleunigt und koppelt hierdurch an die Bewegung des Erregers an. Der Schläger schlägt in Schlagrichtung auf einen Döpper, der den Schlag auf ein Werkzeug überträgt.

[0003] Die von dem Motor bereitgestellte Leistung soll möglichst effizient in eine Abbauleistung für das Werkzeug umgesetzt werden.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

[0004] Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines meißelnden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse, einen Motor und ein von dem Motor angetriebenes pneumatisches Schlagwerk. Das Schlagwerk hat einen auf der Arbeitsachse geführten und mit einer in Schlagrichtung weisenden Schlagfläche versehenen Schläger, einen von dem Motor angetriebenen Erregerkolben und eine zwischen Erregerkolben und Schläger ausgebildete pneumatische Kammer zum Ankoppeln des Schlägers an die Bewegung des Erregerkolbens. Der Schläger hat einen die Schlagfläche bildenden ersten Teilkörper, einen zweiten Teilkörper und ein Federelement. Der erste Teilkörper ist relativ zu dem zweiten Teilkörper längs der Arbeitsachse beweglich. Der zweite Teilkörper hat eine in Schlagrichtung weisende Stoßfläche. Der erste Teilkörper hat eine der Stoßfläche gegenüberliegende Prallfläche zum Aufnehmen eines Stoßes des zweiten Teilkörpers auf den ersten Teilkörper. Das Federelement treibt den ersten Teilkörper relativ zu dem zweiten Teilkörper in Schlagrichtung in eine Grundstellung, in welcher die Stoßfläche von der Prallfläche durch einen Spalt getrennt ist.

[0005] Der Schläger schlägt mit dem ersten Teilkörper auf einen Döpper oder das Werkzeug. Der zweite Teilkörper bewegt sich noch in Schlagrichtung bis der Spalt geschlossen ist und schlägt erst dann auf den ersten Teilkörper, welcher den Schlag mittelbar auf das Werkzeug überträgt. Der Schlag des zweiten Teilkörpers erfolgt verzögert zu dem ersten Teilkörper, wodurch die kinetische Energie des Schlägers über eine verlängerte Schlagdauer übertragen wird. Insbesondere bei schweren Schlagwerken kann hierdurch die Effizienz erhöht werden.

[0006] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Spalt eine Breite zwischen 0,3 mm bis 1,5 mm aufweist. Die Verzögerung mit der zweite Teilkörper auf den ersten Teilkörper aufschlägt, nachdem der erste Teilkörper auf das Werkzeug oder einen Döpper aufschlägt, liegt vorzugsweise zwischen 25 µs und 125 µs. Eine geringere Verzögerung zeigt keinen Effekt. Eine größere Verzögerung führt zu einem sehr ineffizienten Doppelschlag, da der erste Teilkörper zwischenzeitlich schon seine Rückwärtsbewegung begonnen hat.

[0007] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper jeweils einen Anteil von wenigstens 25 % der Masse des Schlägers aufweisen. Vorzugsweise liegt das Massenverhältnis des ersten Teilkörpers zum zweiten Teilkörper im Bereich zwischen 1:2 bis 2:1, besonders bevorzugt 1:1,5 bis 1,5:1. Die Streckung des Schlags erfolgt möglichst gleichmäßig über die Zeit.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0008] Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1

einen Bohrhammer

Fig. 2

ein Schlagwerk

Fig. 3

ein Schlagwerk

Fig. 4

einen Auszug aus dem Schlagwerk von Fig. 3

[0009] Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben. Eine Vorderseite eines Bauteils bezeichnet in der Anmeldung die dem Werkzeug zugewandte, also in Schlagrichtung weisende, Seite; eine Rückseite des Bauteils bezeichnet die von dem Werkzeug abgewandte, also entgegen der Schlagrichtung weisende, Seite.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

[0010] 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 Bohrers 4, eingesetzt werden kann. Einen primären Antrieb des Bohrhammers 1 bildet ein Motor 5, welcher ein Schlagwerk 6 und eine Abtriebswelle 7 antreibt. Ein Batteriepaket 8 oder eine Netzleitung versorgt den Motor 5 mit Strom. Ein Anwender kann den Bohrhammer 1 mittels eines Handgriffs 9 führen und mittels eines Systemschalters 10 den Bohrhammer 1 in Betrieb nehmen. Im Betrieb dreht der Bohrhammer 1 den Bohrer 4 kontinuierlich um eine Arbeitsachse 11 und kann dabei den Bohrer 4 in Schlagrichtung 12 längs der Arbeitsachse 11 in einen Untergrund schlagen.

[0011] Das Schlagwerk 6 ist ein pneumatisches Schlagwerk 6. Ein Erregerkolben 13 und ein Schläger 14 sind in einem Führungsrohr 15 in dem Schlagwerk 6 längs der Arbeitsachse 11 beweglich geführt. Der Erregerkolben 13 ist über einen Exzenter 16 an den Motor 5 angekoppelt und zu einer periodischen, linearen Bewegung gezwungen. Ein Pleuel 17 verbindet den Exzenter 16 mit dem Erregerkolben 13. Eine Luftfeder gebildet durch eine pneumatische Kammer 18 zwischen dem Erregerkolben 13 und dem Schläger 14 koppelt eine Bewegung des Schlägers 14 an die Bewegung des Erregerkolbens 13 an. Der Schläger 14 kann direkt auf ein hinteres Ende des Bohrers 4 aufschlagen oder mittelbar über einen im Wesentlichen ruhenden Döpper 19 einen Teil seines Impulses auf den Bohrer 4 übertragen. Das Schlagwerk 6 und vorzugsweise die weiteren Antriebskomponenten sind innerhalb eines Maschinengehäuses 20 angeordnet.

[0012] Details des Schlagwerks 6 sind in Fig. 2 dargestellt. Der Schläger 14 hat eine zylindrische Gleitfläche 21, die radial an dem Führungsrohr 15 anliegt. Der Schläger 14 wird durch seine Gleitfläche 21 an der Innenfläche des Führungsrohrs 15 längs der Arbeitsachse 11 geführt. Ein Dichtring kann in die Gleitfläche 21 an der werkzeugabgewandten Seite des Schlägers 14 eingesetzt sein, um den luftdichten Abschluss des Schlägers 14 mit dem Führungsrohr 15 zu verbessern. Eine Rückseite 22 des Schlägers 14 ist dem Erregerkolben 13 zugewandt. Die Rückseite 22 schließt die pneumatische Kammer 18 in Schlagrichtung 8 ab. Eine Vorderseite des Schlägers 14 bildet die Schlagfläche 23, welche auf den Döpper 19 oder das Werkzeug 4 aufschlägt. Der beispielhafte Schläger 14 hat einen die Schlagseite bildenden Stößel 24, dessen Durchmesser geringer als der Durchmesser der zylindrischen Gleitfläche 21 ist. Die Schlagfläche 23 kann konvex gewölbt sein. Der Schlagfläche 23 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zu der Arbeitsachse 11.

[0013] Der Schläger 14 hat eine topfförmige Hülse 25 und einen in die Hülse 25 eingesetzten Kern 26. Die Hülse 25 bildet die Gleitfläche 21 des Schlägers 14. Die beispielhafte Hülse 25 bildet zudem die Schlagfläche 23 des Schlägers 14. Die Hülse 25 ist an der Vorderseite geschlossen. Die Hülse 25 kann mit dem Stößel 24 versehen sein. Die Hülse 25 hat einen zylindrischen oder prismatischen Hohlraum, dessen Innenfläche 27 parallel zu der Arbeitsachse 11 orientiert ist. Vorzugsweise ist der Hohlraum koaxial zu der Arbeitsachse 11. Der beispielhafte Hohlraum ist zu der Rückseite der Hülse 25 offen. Der Kern 26 ist in den Hohlraum eingesetzt. Ein Querschnitt des Kerns 26 ist komplementär zu dem Querschnitt des Hohlraums. Der Kern 26 ist in dem Hohlraum längs der Arbeitsachse 11 beweglich an der Innenfläche 27 des Hohlraums geführt. Der Kern 26 hat vorzugsweise in radialer Richtung nur ein Gleitspiel. Der Schläger 14 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zu der Arbeitsachse 11 ausgebildet. Die Hülse 25 und der Kern 26 sind entsprechend zueinander koaxial angeordnet.

[0014] Der Kern 26 ist in dem Schläger 14 längs der Arbeitsachse 11 eingefasst. Die axiale Bewegung des Kerns 26 ist durch die Einfassung auf eine Laufstrecke 28 begrenzt. Die Laufstrecke des Kerns 26 wird durch einen rückwärtigen Anschlag entgegen der Schlagrichtung 12 begrenzt. Die Hülse 25 bildet den rückwärtigen Anschlag mittels eines beispielhaften Sprengrings 29. Der Sprengring 29 ist nahe der Rückseite 22 in die Innenfläche 27 der Hülse 25 eingesetzt. Die Kern 26 kommt mit seiner Rückseite an dem Sprengring 29 zum Anliegen. Der rückwärtige Anschlag kann alternativ durch Stifte, Splinte, geschraubte Elemente gebildet sein, die unbeweglich in die Hülse 25 eingesetzt sind. Der Kern 26 liegt in seiner Grundstellung an dem rückwärtigen Anschlag an (vgl. obere Bildhälfte von Fig. 2).

[0015] Die Laufstrecke 28 ist in Schlagrichtung 12 durch eine Prallfläche 30 der Hülse 25 begrenzt. Die entgegen der Schlagrichtung 12 weisende Prallfläche 30 kann beispielsweise durch eine Innenfläche der geschlossenen Vorderseite der Hülse 25 gebildet sein. Die Prallfläche 30 und die Schlagfläche 23 sind vorzugsweise von einem monolithischen Körper gebildet, d.h. einem Körper ohne Fügezonen. Der Kern 26 hat eine in Schlagrichtung 12 weisende Stoßfläche 31. Die Stoßfläche 31 kann auf die Prallfläche 30 aufschlagen (vgl. untere Bildhälfte von Fig. 2). Die beispielhafte Stoßfläche 31 ist an der Vorderseite des Kerns 26 vorgesehen. Die Stoßfläche 31 kann geringer als der Querschnitt des Kerns 26 sein. Der beispielhafte Kern 26 hat einen die Stoßfläche 31 bildenden Stößel an seiner Vorderseite.

[0016] Die Prallfläche 30 der Hülse 25 liegt innerhalb des Schlägers 14. Die Prallfläche 30 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zu der Arbeitsachse 11. Die Prallfläche 30 kann wie dargestellt auf der Arbeitsachse 11 liegen oder durch eine ringförmige Schulter an der Innenfläche 27 gebildet sein. Die Stoßfläche 31 des Kerns 26 ist komplementär zu der Prallfläche 30 ausgebildet.

[0017] Der Kern 26 ist in seiner Grundstellung von der Prallfläche 30 der Hülse 25 durch einen Spalt 32 beabstandet. Die Breite 28 des Spalts 32, d.h. der Abstand der Prallfläche 30 der Hülse 25 von der Stoßfläche 31 des Kerns 26, ist gleich der möglichen Laufstrecke 28 des Kerns 26 in dem Schläger 14.

[0018] Der Schläger 14 hat ein Federelement 33. Das Federelement 33 ist zwischen der Hülse 25 und dem Kern 26 längs der Arbeitsachse 11 eingespannt. Das Federelement 33 hält den Kern 26 gegenüber der Hülse 25 in der Grundstellung. Der Kern 26 liegt an dem rückwärtigen Anschlag, z.B. dem Sprengring 29, an. Das Federelement 33 ist z.B. ein O-Ring aus synthetischem Kautschuk, ein Blattfederstapel. Das Federelement 33 ist versetzt zu der Prallfläche 30 und der Stoßfläche 31. Das Federelement 33 wirkt zwar mit einer Kraft einem Aufprall der Stoßfläche 31 auf die Prallfläche 30 entgegen, lässt den Aufprall jedoch bei einer ausreichend einwirkenden Kraft zu. Ein Schnurdurchmesser des beispielhaften O-Rings 33 ist größer als das Dreifache der Laufstrecke 28.

[0019] Beim Schlag des Schlägers 14 auf den Döpper 19 oder das Werkzeug 4 übermittelt die Hülse 25 nahezu instantan ihren Impuls auf den Döpper 19 bzw. das Werkzeug 4. Der Kern 26 drückt beim Schlag zunächst das Federelement 33 zusammen (vgl. untere Bildhälfte von Fig. 2), bevor der Kern 26 auf die Hülse 25 aufschlägt und mittelbar über die Hülse 25 seinen Impuls auf den Döpper 19 überträgt. Die einhergehende Verzögerung bewirkt eine länger andauernde Übertragung der Schlagenergie, welche sich als vorteilhaft herausstellt. Die hierfür maßgebliche Laufstrecke 28 oder Breite 28 des Spalts 32 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,3 mm bis 1,5 mm.

[0020] Die Masse des Schlägers 14 setzt sich im Wesentlichen aus der Masse des Kerns 26 und der Masse der Hülse 25 zusammen. Der Kern 26 und die Hülse 25 tragen mit jeweils wenigstens 25 % zu der Masse des Schlägers 14 bei.

[0021] Fig. 3 zeigt das Schlagwerk 6 mit einem abgewandelten Schläger 14. Der Schläger 14 hat eine Hülse 34, einen in der Hülse 34 längs der Arbeitsachse 11 beweglichen Kern 35 und ein Federelement 33.

[0022] Der Kern 35 bildet die Schlagfläche 23 des Schlägers 14. Der Kern 35 hat eine entgegen der Schlagrichtung 12 weisende, innenliegende Prallfläche 36, an welcher eine gegenüberliegende Stoßfläche 37 der Hülse 34 anschlagen kann. Die Hülse 34 ist von dem Kern 35 längs der Arbeitsachse 11 eingefasst, wodurch eine Laufstrecke 28 der Hülse 34 gegenüber dem Kern 35 begrenzt ist. Der vordere Anschlag der Einfassung ist durch die Prallfläche 36 und die Stoßfläche 37 gebildet. Das Federelement 33 treibt die Hülse 34 in den rückwärtige Anschlag, wodurch die Prallfläche 30 von der Stoßfläche 31 um einen Spalt 38 beabstandet wird. Die Breite 28 des Spalts 38 entspricht der Laufstrecke 28. Die Laufstrecke 28 liegt im Bereich zwischen 0,3 mm und 1,5 mm. Die Hülse 34 und der Kern 35 tragen jeweils zu wenigstens 25% der Masse des Schlägers 14 bei. Vorzugsweise unterscheidet sich die Masse von Hülse 34 und Kern 35 um weniger als 50 %.

[0023] Die Hülse 34 bildet die Gleitfläche 21 des Schlägers 14, welche den Schläger 14 in dem Führungsrohr 15 längs der Arbeitsachse 11 führt. Die Hülse 34 hat einen zylindrischen oder prismatischen Abschnitt der Innenfläche 27. Die Innenfläche 27 hat ferner eine radiale Stufe oder Schulter 39 mit der in Schlagrichtung 12 weisenden Stoßfläche 37. Die Stoßfläche 37 ist ringförmig, vorzugsweise koaxial zu der Arbeitsachse 11 ausgerichtet.

[0024] Der Kern 35 bildet die außenliegende Schlagfläche 23 des Schlägers 14, welche auf den Döpper 19 aufschlägt. Der Kern 35 hat eine zylindrische oder prismatische Gleitfläche 40, die von der Innenfläche 27 der Hülse 34 parallel zu der Arbeitsachse 11 geführt ist. Der Kern 35 hat eine radiale Stufe oder Schulter 41, die in Schlagrichtung 12 hinter der Schulter 39 der Hülse 34 angeordnet ist. Die Schulter 41 des Kerns 35 bildet eine Prallfläche 36, die der Stoßfläche 37 der Hülse 34 gegenüberliegt.

[0025] Der beispielhafte Kern 35 ist aus zwei Bausteinen 42, 43 zusammengesetzt. Der vordere monolithische Baustein 42 bildet die Schlagfläche 23 und die Prallfläche 30. Der hintere Baustein 43 bildet den rückwärtigen Anschlag für die Hülse 34. Der hintere Baustein 43 ist beispielsweise eine Scheibe, die radial mit der Hülse 34 überlappt. Zwischen dem hinteren Baustein 43 und der Hülse 34 kann ein Dämpfelement 44, z.B. ein O-Ring, angeordnet sein. Die beiden Baustein 42, 43 können miteinander verschraubt sein. Die beiden Bausteine tragen zu der Masse des Kerns 35 bei.

[0026] Das Federelement 33 ist versetzt zu der Prallfläche 36 und der Stoßfläche 37 angeordnet. Der beispielhafte Kern 35 hat eine zweite radiale Stufe 45 mit einer entgegen der Schlagrichtung 12 weisenden Fläche 46; die Hülse 25 hat eine zweite radiale Stufe 47 deren in Schlagrichtung 12 weisende Fläche 48 der Fläche 46 gegenüberliegt. Der Abstand der beiden Flächen 48, 46 ist vorzugsweise größer als die Laufstrecke 28, vorzugsweise um mehr als das Dreifache größer als die Laufstrecke 28. Das Federelement 33, z.B. der O-Ring, ist zwischen den beiden Flächen 48, 46 eingespannt.

[0027] Der Erreger 13 kann als zylindrischer Kolben ausgeführt sein. Bei einer alternativen Ausgestaltung des Schlagwerks 6 ist das Führungsrohr starr mit dem Erregerkolben 13 zu einem Erreger verbunden. Der Erregerkolben und das Führungsrohr bewegen sich zusammen längs der Arbeitsachse 11. Der Schläger 14 ist in dem Führungsrohr längs der Arbeitsachse 11 geführt und durch die pneumatische Kammer 18 an die Bewegung des Erregers gekoppelt.

Ansprüche

1. Werkzeugmaschine mit
einer Werkzeugaufnahme (2) zum Aufnehmen eines meißelnden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse (11),
einem Motor (5),
einem pneumatischen Schlagwerk (6), das einen auf der Arbeitsachse (11) geführten und mit einer in Schlagrichtung (12) weisenden Schlagfläche (23) versehenen Schläger (14), einen von dem Motor (5) angetriebenen Erregerkolben (13) und eine zwischen Erregerkolben (13) und Schläger (14) ausgebildete pneumatische Kammer (18) zum Ankoppeln des Schlägers (14) an die Bewegung des Erregerkolbens (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schläger (14) einen die Schlagfläche (23) bildenden ersten Teilkörper (25; 35), einen zweiten Teilkörper (26; 34) und ein Federelement (33) aufweist, der erste Teilkörper (25; 35) relativ zu dem zweiten Teilkörper (25; 34) längs der Arbeitsachse (11) beweglich ist, der zweite Teilkörper (26; 34) eine in Schlagrichtung (12) weisende Stoßfläche (31; 37) aufweist,
der erste Teilkörper (25 eine der Stoßfläche (31 gegenüberliegende Prallfläche (30 zum Aufnehmen eines Stoßes des zweiten Teilkörpers (26) auf den ersten Teilkörper (25 aufweist,
das Federelement (33) den ersten Teilkörper (25 gegenüber dem zweiten Teilkörper (26 in Schlagrichtung (12) in eine Grundstellung treibt, in welcher die Stoßfläche (31 von der Prallfläche (30 durch einen Spalt (32 getrennt ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (32 eine Breite (28) zwischen 0,3 mm bis 1,5 mm aufweist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilkörper (25 und der zweite Teilkörper (26 jeweils einen Anteil von wenigstens 25 % der Masse des Schlägers (14) aufweisen.

4. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilkörper (25) eine Hülse (25) und der zweite Teilkörper (25) ein in der Hülse (25) beweglicher Kern (26) ist.

5. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilkörper (34) eine Hülse (34) und der erste Teilkörper (35) ein in der Hülse (34) beweglicher Kern (35) ist.

6. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) versetzt zu der Stoßfläche (31, 37) und zu der Prallfläche (30, 36) angeordnet ist.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilkörper (26; 34) in dem Schläger (14) längs der Arbeitsachse (11) derart eingefasst ist, dass eine Bewegung des zweiten Teilkörpers (26) gegenüber dem ersten Teilkörper (26) auf eine Laufstrecke (28) gleich der Breite (28) des Spalts (38) beschränkt ist.

Zeichnung