HANDWERKZEUGMASCHINE

Abstract

 Eine Handwerkzeugmaschine 1 hat einen einem Werkzeughalter 2 zum Haltern eines schlagenden und drehenden Werkzeugs 4 auf einer Arbeitsachse 3, einen Elektromotor 8, ein Schlagwerk 5 und einen Drehantrieb 7. Das Schlagwerk 5 hat einen längs der Arbeitsachse 3 periodisch bewegten Schläger 15. Der Drehantrieb 7 treibt eine den Werkzeughalter 2 tragende Spindel 13 drehend um die Arbeitsachse 3 an. Der Drehantrieb 7 ist mit dem Schlagwerk 5 derart synchronisiert ist, dass die Spindel 13 innerhalb einer Periode des Schlägers 15 um einen Umsetzwinkel im Bereich zwischen 1 Grad und 10 Grad gedreht ist.

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine, die einem periodisch schlagenden Schlagwerk eine Drehbewegung eines Werkzeughalters überlagert.

[0002] Werkzeuge zum Bohren von Löchern in Gestein und gesteinsähnliche Baumaterialien sind seit langem bekannt. Der häufigste Bohrer, wie aus der US 4,565,472 A bekannt, hat einen Werkzeugkopf aus Hartmetall und eine Transportwendel, welche das Bohrgut aus dem Bohrloch fördert. Andere Bohrer, z.B. wie aus der US 6,065,908 A bekannt, haben anstelle einer Transportwendel einen hohlen Schaft über den das Bohrgut mittels einer Pumpe abgesaugt wird. Der Bohrkopf ist im Wesentlichen gleich wie bei den Bohrern mit der Transportwendel ausgebildet. Die Bohrer können in Handwerkzeugmaschinen, wie z.B. US 4,732,219 A, eingesetzt werden, die mit einer überlagerten Schlag- und Drehbewegung ein Loch in das Gestein bohren. Der Bohrer wird dabei zwischen zwei Schlägen zwischen 30 Grad und 75 Grad gedreht, um eine hohe Abbauleistung zu erreichen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

[0003] Eine Handwerkzeugmaschine hat einen einem Werkzeughalter zum Haltern eines schlagenden und drehenden Werkzeugs auf einer Arbeitsachse, einen Elektromotor, ein Schlagwerk und einen Drehantrieb. Das Schlagwerk hat einen längs der Arbeitsachse periodisch bewegten Schläger. Der Drehantrieb treibt eine den Werkzeughalter tragende Spindel drehend um die Arbeitsachse an. Der Drehantrieb ist mit dem Schlagwerk derart synchronisiert ist, dass die Spindel innerhalb einer Periode des Schlägers um einen Umsetzwinkel im Bereich zwischen 1 Grad und 10 Grad gedreht ist.

[0004] Während die Abbauleistung der Bohrer mit der Transportwendel bei dem geringen Umsetzwinkel zum Erliegen kommt, erweist sich der geringe Umsetzwinkel als vorteilhaft beim Bohren mit einem Bohrer mit einem hohlen Schaft.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0005] Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1

einen Bohrhammer

Fig. 2

einen Bohrhammer

Fig. 3

einen Umsetzer für einen Drehantrieb des Bohrhammers

[0006] Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

[0007] Fig. 1 zeigt einen Bohrhammer 1 als Beispiel für eine schlagende handgehaltene Werkzeugmaschine. Der Bohrhammer 1 hat einen Werkzeughalter 2, in welchen koaxial zu einer Arbeitsachse 3 ein Bohrer, Meißel oder anderes schlagendes Werkzeug 4 eingesetzt und verriegelt werden kann. Der Bohrhammer 1 hat ein pneumatisches Schlagwerk 5, welches periodisch Schläge in einer Schlagrichtung 6 auf das Werkzeug 4 ausüben kann. Ein Drehantrieb 7 kann den Werkzeughalter 2 kontinuierlich um die Arbeitsachse 3 drehen. Das pneumatische Schlagwerk 5 und der Drehantrieb sind von einem Elektromotor 8 angetrieben, welcher aus einer Batterie 9 oder einer Netzleitung mit elektrischem Strom gespeist wird.

[0008] Das Schlagwerk 5 und der Drehantrieb 7 sind in einem Maschinengehäuse 10 angeordnet. Ein Handgriff 11 ist typischerweise an einer dem Werkzeughalter 2 abgewandten Seite des Maschinengehäuses 10 angeordnet. Der Anwender kann den Bohrhammer 1 mittels des Handgriffs 11 im Betrieb halten und führen. Ein zusätzlicher Hilfsgriff kann nahe dem Werkzeughalter 2 befestigt werden. An oder in der Nähe des Handgriffs 11 ist ein Betriebstaster 12 angeordnet, welchen der Anwender vorzugsweise mit der haltenden Hand betätigen kann. Der Elektromotor 8 wird durch Betätigen des Betriebstasters 12 eingeschaltet. Typischerweise dreht sich der Elektromotor 8 solange, wie der Betriebstaster 12 gedrückt gehalten ist.

[0009] Das Werkzeug 4 ist in dem Werkzeughalter 2 längs der Arbeitsachse 3 beweglich. Beispielsweise hat das Werkzeug 4 eine längliche Nut, in welche eine Kugel oder ein anderer Sperrkörper des Werkzeughalters 2 eingreift. Der Anwender hält das Werkzeug 4 in einer Arbeitsstellung, indem der Anwender das Werkzeug 4 mittelbar durch den Bohrhammer 1 an einen Untergrund anpresst.

[0010] Der Werkzeughalter 2 ist an einer Spindel 13 des Drehantriebs 7 befestigt. Der Werkzeughalter 2 kann sich gegenüber dem Maschinengehäuse 10 um die Arbeitsachse 3 drehen. Klauen oder andere geeignete Mittel in dem Werkzeughalter 2 übertragen ein Drehmoment von dem Werkzeughalter 2 auf das Werkzeug 4

[0011] Das pneumatische Schlagwerk 5 hat längs der Schlagrichtung 6 einen Erreger 14, einen Schläger 15 und einen Döpper 16. Der Erreger 14 wird mittels des Elektromotors 8 zu einer periodischen Bewegung längs der Arbeitsachse 3 gezwungen. Der Erreger 14 ist über eine Getriebekomponente 14 zum Wandeln der Drehbewegung des Elektromotors 8 in einer periodische, translatorische Bewegung entlang der Arbeitsachse 3 angebunden. Eine beispielhafte Getriebekomponente 17 beinhaltet ein Exzenterrad oder eine Taumelscheibe. Eine Periode der translatorischen Bewegung des Erregers 14 ist durch die Drehzahl des Elektromotors 8 und ggf. ein Untersetzungsverhältnis in der Getriebekomponente 17 vorgeben.

[0012] Der Schläger 15 koppelt über eine Luftfeder an die Bewegung des Erregers 14 an. Die Luftfeder ist durch eine zwischen dem Erreger 14 und dem Schläger 15 abgeschlossene pneumatische Kammer 18 gebildet. Der Schläger 15 bewegt sich in die Schlagrichtung 6 bis der Schläger 15 auf den Döpper 16 aufschlägt. Der Döpper 16 liegt in der Schlagrichtung 6 an dem Werkzeug 4 an und überträgt den Schlag auf das Werkzeug 4. Die Periode der Bewegung des Schlägers ist identisch zu der Periode der Bewegung des Erregers 14. Der Schläger 15 schlägt somit mit einer Schlagzahl, die gleich dem Inversen der Periode ist. Das Wirkprinzip der Luftfeder setzt enge Grenzen für die Periode bzw. die Schlagzahl, da die Effizienz der pneumatischen Kopplung auf eine im Wesentlichen resonante Anregung angewiesen ist. Bei einer Abweichung von mehr als 20 % von einer optimalen Schlagzahl folgt der Schläger 15 typischerweise nicht mehr der Bewegung des Erregers 14. Die optimale Schlagzahl ist durch die Masse des Schlägers 15 und die geometrischen Abmessungen der pneumatischen Kammer 18 vorgegeben. Eine optimale Schlagzahl liegt im Bereich zwischen 25 Hz und 100 Hz.

[0013] Das beispielhafte Schlagwerk 5 hat einen kolbenförmigen Erreger 14 und einen kolbenförmigen Schläger 15, die durch ein Führungsrohr 19 längs der Arbeitsachse 3 geführt sind. Der Erreger 14 und der Schläger 15 liegen mit ihren Mantelflächen an der Innenfläche des Führungsrohrs 19 an. Die pneumatische Kammer 18 ist durch den Erreger 14 und den Schläger 15 längs der Arbeitsachse 3 und durch das Führungsrohr 19 in radialer Richtung abgeschlossen. Dichtungsringe in den Mantelflächen von Erreger 14 und Schläger 15 können den luftdichten Abschluss der pneumatischen Kammer 18 verbessern.

[0014] Der Drehantrieb 7 beinhaltet die Spindel 13, welche koaxial zu der Arbeitsachse 3 angeordnet ist. Die Spindel 13 ist beispielsweise hohl, und das Schlagwerk 5 ist innerhalb der Spindel angeordnet. Der Werkzeughalter 2 ist auf der Spindel 13 aufgesetzt. Der Werkzeughalter 2 kann über einen Verschlussmechanismus lösbar oder dauerhaft mit der Spindel 13 verbunden sein. Die Spindel 13 ist über ein untersetzendes Getriebe 20 an den Elektromotor 8 angebunden. Die Drehzahl der Spindel 13 ist geringer als die Drehzahl des Elektromotors 8.

[0015] Die Spindel 13 dreht sich vorzugsweise periodisch. Beispielsweise kann die Spindel 13 kontinuierlich via dem untersetzenden Getriebe 20 mit einer Drehzahl von weniger als 20 Umdrehungen pro Minute (U/min) gedreht werden. Das Schlagwerk 5 schlägt überlagert zu der Drehbewegung periodisch mit einer Schlagzahl von mehr als 5 Schlägen pro Sekunde auf das Werkzeug 4. Ein Umsetzwinkel des Werkzeugs 4 zwischen zwei Schlägen liegt vorzugsweise unter 10 Grad, beispielsweise unter 5 Grad, vorzugsweise über 1 Grad. Der Umsetzwinkel ist deutlich geringer als die typischen 30 Grad, welche bei Bohrern mit einer Transportwendel verwendet werden.

[0016] Der Bohrhammer 1 kann einen Wahlschalter 21 zum Wählen verschiedener Betriebsmodi aufweisen. Der beispielhafte Wahlschalter 21 weist eine erste Schaltstellung zum Meißeln mit einem Saugbohrer und eine zweite Schaltstellung zum Meißeln mit einem Bohrer mit Förderwendel und auf. Der Wahlschalter 21 kann zudem eine Schaltstellung für ein reines Meißel mit deaktivierten Drehantrieb 7 und eine Schaltstellung für reines Bohren mit deaktivierten Schlagwerk 5 aufweisen.

[0017] Die Spindel 13 kann starr an den Elektromotor 8 angekoppelt sein. Eine Drehbewegung des Elektromotors 8 erzwingt eine Drehbewegung der Spindel 13. Insbesondere sind keine Kupplungen in dem Drehantrieb 7 vorgesehen, welche eine Übertragung eines Drehmoments von dem Elektromotor 8 auf die Spindel 13 unterbrechen könnten.

[0018] Fig. 2 zeigt einen Bohrhammer 22. Der Bohrhammer 22 hat wie durch die Bezugszeichen angedeutet gleiche oder ähnliche Komponenten wie der Bohrhammer 1 von Fig. 1. Der Drehantrieb 7 basiert auf einem Umsetzer 23, welcher eine Spindel 24 schrittweise um die Arbeitsachse 3 dreht. Das Umsetzen erfolgt synchron zu der Bewegung des Schlagwerks 5.

[0019] Der Umsetzwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlägen liegt im Bereich von 1 Grad und 10 Grad.

[0020] Der beispielhafte Umsetzer 23 hat eine von der Getriebekomponente 17 längs der Arbeitsachse 3 bewegte Hülse 25. Die Hülse 25 kann mit der Schlagzahl vor- und zurückbewegt werden. Beispielsweise ist die Hülse 25 über einen Zapfen 26 mit dem Erreger 14, der Getriebekomponente 17, etc. verbunden.

[0021] Die Hülse 25 überlappt mit der Spindel 24. Die Spindel 24 hat eine eingeprägte Kulisse 27, in welche ein oder mehrere Finger 28 der Hülse 25 eingreifen (Fig. 3). Die beispielhafte Kulisse 27 hat eine in Schlagrichtung 6 entgegen der Umfangsrichtung ansteigende erste Führung 29. Der Zapfen 28 gleitet entlang der Führung 29, wenn die Hülse 25 in Schlagrichtung 6 vorgeschoben wird, und verschiebt dabei die Spindel 24 in die Umfangsrichtung 30. Die Kulisse 27 hat eine entgegen der Schlagrichtung 6 entgegen der Umfangsrichtung ansteigende zweite Führung 31, welche mit einem Ende der vorhergehenden ersten Führung 29 überlappt. Mit der Bewegung der Hülse 25 entgegen der Schlagrichtung 6 drückt der Finger 28 an der zweiten Führung 31 die Spindel 24 ebenfalls in die Umlaufrichtung 30. Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Kulisse 27 mit sieben Paaren der ersten Führung 30 und der zweiten Führung 31. Die Anzahl nur aus Gründen der Darstellbarkeit gewählt. Um einen Umsetzwinkel von weniger als 10 Grad zu erreichen wird eine größere Anzahl von Führungen verwendet. Der Umsetzer 23bz ist beispielhaft für andere Umsetzer 23bz, welche die Spindel 13bz sprunghaft drehen.

Ansprüche

1. Handwerkzeugmaschine (1) mit
einem Werkzeughalter (2) zum Haltern eines schlagenden und drehenden Werkzeugs (4) auf einer Arbeitsachse (3),
einem Elektromotor (8),
einem Schlagwerk (5), das einen längs der Arbeitsachse (3) periodisch bewegten Schläger (15) aufweist,
einem Drehantrieb (7), der eine den Werkzeughalter (2) tragende Spindel (13) um die Arbeitsachse (3) drehend antreibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Drehantrieb (7) mit dem Schlagwerk (5) derart synchronisiert ist, dass die Spindel (13) innerhalb einer Periode des Schlägers (15) um einen Umsetzwinkel im Bereich zwischen 1 Grad und 10 Grad gedreht ist.

2. Handwerkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagwerk (5) eine Getriebekomponente (17) zum Wandeln der Drehbewegung des Elektromotors (8) in eine zu der Arbeitsachse (3) parallele periodische Translationsbewegung, einen mit der Getriebekomponente verbundenen Erreger (14) und den über eine pneumatische Kammer (18) an den Erreger (14) angekoppelten Schläger (15) aufweist.

3. Handwerkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (7) ein mit dem Elektromotor (8) verbundenes, untersetzendes Getriebe (20) und die Spindel (13) mit dem untersetzenden Getriebe (20) gekoppelt ist.

4. Handwerkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (13) kontinuierlich mit einer gleichbleibenden Drehzahl angetrieben ist.

5. Handwerkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (13) periodisch, in diskreten Schritten angetrieben ist.

6. Handwerkzeugmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlagzahl des Schlagwerks (5) zwischen 25 Hz und 100 Hz liegt.

Zeichnung