DE102004001548A1

DE102004001548A1 - Vorrichtung mit einer Schwingungsisoliereinrichtung

Info

Publication number: DE102004001548A1
Application number: DE102004001548A
Authority: DE
Inventors: Karl Bendel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-01-10
Filing date: 2004-01-10
Publication date: 2005-08-04
Also published as: GB2409835B; CN100532878C; GB0500343D0; CN1637314A; GB2409835A

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, insbesondere Handwerkzeugmaschine, mit wenigstens einer im Betrieb durch eine Schwingung angeregten ersten Einheit (34) und mit wenigstens einer zweiten Einheit (10), die über eine Schwingungsisoliereinrichtung (14, 16, 18) mit der ersten Einheit (34) in Wirkverbindung steht, sowie mit einer im Betrieb die Schwingungsisoliereinrichtung (14, 16, 18) belastenden Betriebskraft (12), wobei die Schwingungsisoliereinrichtung (14, 16, 18) zumindest einen Aktor (22) umfasst. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der Aktor (22) zumindest eine Tauchspule aufweist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einer Schwingungsisoliereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist in der Offenlegungsschrift DE 101 00 378 A1 bereits eine Handwerkzeugmaschine vorgeschlagen worden, bei der eine semiaktive Schwingungsisolierung eingesetzt wird. Zur Schwingungsisolierung zwischen einem Handgriff und einem Gehäuse wird ein Aktor mit einem Proportionalmagneten und ein Federelement, das im höherfrequenten Bereich arbeitet, eingesetzt. Eine durch Wirbelströme hervorgerufene dynamische Versteifung des Proportionalmagneten wird vermieden.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, insbesondere einer Handwerkzeugmaschine, mit wenigstens einer im Betrieb durch eine Schwingung angeregten ersten Einheit und mit we nigstens einer zweiten Einheit, die über eine Schwingungsisoliereinrichtung mit der ersten Einheit in Wirkverbindung steht, sowie mit einer im Betrieb die Schwingungsisoliereinrichtung belastenden Betriebskraft, wobei die Schwingungsisoliereinrichtung zumindest einen Aktor umfasst.

Es wird vorgeschlagen, dass der Aktor zumindest eine Tauchspule aufweist. Eine Tauchspule kann schnell reagieren, da Ummagnetisierungsprozesse entfallen. Abweichungen von einem optimalen Arbeitspunkt des Federelements können durch die Tauchspule in beiden Richtungen ausgeglichen werden. Die Tauchspule kann sowohl unter Zugbelastung als auch unter Druckbelastung arbeiten. Damit wird ein Aufbau einer stabilen Regeleinheit ermöglicht. Ferner erlaubt eine Tauchspule gleiche Kräfte in Zugrichtung und in Druckrichtung und kommt ohne Rückstellelement aus. Über den Aktor kann die Betriebskraft mit einer Stellkraft des Aktors zumindest teilweise kompensiert werden.

Ist die Betriebskraft mit einer Stellkraft des Aktors zumindest teilweise kompensierbar, kann eine semiaktive Schwingungsisolierung erreicht werden. Bevorzugt ist weiterhin ein Federelement vorgesehen, das zwischen der ersten und zweiten Einheit parallel zu dem Aktor angeordnet ist. Die Betriebskraft als quasistatische Kraft kann von dem Aktor kompensiert werden, und es kann mit einem ausreichend weichen Federelement eine vorteilhafte Schwingungsisolierung erreicht werden. Hierzu kann eine Stauchung des Federelements oder beispielsweise eine auf die erste Einheit, insbesondere ein Gehäuse, einwirkende Kraft gemessen und der Aktor entsprechend eingestellt werden. Langsam veränderliche Kräfte, deren Frequenz deutlich unterhalb einer Frequenz einer zu isolierenden Schwingung liegen, können durch den Aktor kompensiert werden, der vergleichbar einem Tiefpassfilter wirkt. Höhere Frequenzen können alleine von dem Federelement ausgeglichen werden.

Eine günstiger Wirkungsgrad der Schwingungsisolierung ist erreichbar, wenn eine Federkonstante des Federelements eine Größe aufweist, bei der eine minimale Frequenz der zu isolierenden Schwingung mehr als 40% über einer Resonanzfrequenz der ersten Einheit liegt. Das Federelement kann entsprechend weich und mit kurzem Federweg ausgelegt sein. Unter minimaler Frequenz der zu isolierenden Schwingung kann beispielsweise eine reduzierte Schlagzahl einer bevorzugten schlagend angetriebenen Handwerkzeugmaschine verstanden werden.

Weist die Schwingungsisoliereinrichtung eine Sensoreinheit auf, über die eine Kenngröße der Betriebskraft erfassbar ist, kann die Betriebskraft mit hoher Genauigkeit kompensiert werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Stellkraft abhängig von anderen Betriebsgrößen, beispielsweise abhängig von einer Vorspannung des Federelements und/oder von einer erkannten Betriebsart einer Handwerkzeugmaschine, auf verschiedene Größen einstellbar ist. Ebenso kann die Schwingungsisoliereinrichtung alternativ oder zusätzlich eine Sensoreinheit aufweisen, über die eine Kenngröße des Federelements erfassbar und abhängig von der erfassten Kenngröße der Aktor über eine Regeleinheit regelbar ist. Dadurch kann eine Vorspannung des Federelements erfasst und geeignet ausgeglichen werden.

Ist der Aktor bei einer erfassten Kenngröße der Betriebskraft und/oder des Federelements steuerbar oder regelbar ausgeführt, kann die Betriebskraft exakt kompensiert und Störgrößen, wie etwa Verschleiß, können vorteilhaft ausgeregelt werden. Ferner kann die Vorspannung des Federelements ausgeglichen werden.

Weist das zumindest eine Federelement eine Vorspannkraft auf, mit der zumindest eine vorgegebene Betriebskraft ausgleichbar ist, kann ein Teil der statischen oder quasistatischen Kraft, welche vom Aktor zu kompensieren ist, durch die Vorspannung des Federelements ausgeglichen werden. Die vorgegebene Betriebskraft kann vorzugsweise so gewählt sein, dass ein Widerstand eines Schlagwerks einer bevorzugten Handwerkzeugmaschine überwunden werden kann, um das Schlagwerk von einer Leerlaufstellung in eine Schlagstellung zu bringen. Die vorgegebene Betriebskraft entspricht dann der Kraft zum Aktivieren des Schlagwerks. Optional kann das zumindest eine Federelement so stark vorgespannt sein, dass zumindest 80% eines Eigengewichts der Vorrichtung, insbesondere das Eigengewicht einer bevorzugten Handwerkzeugmaschine, ausgleichbar ist. Bei einem bevorzugten als Tauchspule ausgebildeten Aktor sind Kräfte in Zugrichtung als auch in Druckrichtung erlaubt, womit die Vorspannung des Federelements erhöht werden kann. Diese Vorspannung kann vom Aktor mit einer Kraft entgegen der Federkraft ausgeglichen werden. Zunehmende oder abnehmende Gleichkräfte können entsprechend durch Absenken der Tauchspulenkraft entgegen der Federkraftrichtung oder durch eine zunehmende Tauchspulenkraft in Federkraftrichtung ausgeglichen werden. Daher können Aktoren mit halber Nennkraft eingesetzt werden, und eine entsprechende Regeleinrichtung kann auf die halbe Maximalleistung ausgelegt werden. Bei einem bevorzugten Bohrhammer ergibt sich beispielsweise etwa 130 N Maximalkraft mit 70 N Vorspannung und ± 60 N mit dem Aktor statt ± 130 N Maximalkraft mit dem Aktor.

Ferner wird eine Handwerkzeugmaschine vorgeschlagen, bei der ein Aktor einer Schwingungsisoliereinrichtung eine Tauchspule aufweist.

Die erfindungsgemäße Lösung kann bei verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Vorrichtungen angewendet werden, wie beispielsweise bei Lagerungen von Bauteilen, wie etwa Kraftfahrzeugachsen, Brennkraftmaschinen etc. Die Betriebskraft kann dabei von einer Lagerkraft, einer Reaktionskraft etc. gebildet sein, und zwar von einer die Schwingungsisoliereinrichtung auf Druck und/oder auf Zug belastende Kraft. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine besonders kostengünstige, leichte und Platz sparende Konstruktion, die besonders vorteilhaft bei Handwerkzeugmaschinen, insbesondere bei Bohr- und/oder Meißelhämmern, eingesetzt werden kann. Ist die Schwingungsisoliereinrichtung im Handgriff der Handwerkzeugmaschine angeordnet, kann mit deren Masse die Gesamtmasse des Handgriffs gesteigert und die Schwingungsisolierung verbessert werden.

Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 einen Bohr- und Meißelhammer in einer Seitenansicht,
2 einen vergrößerten Ausschnitt II aus 1,
3 eine Alternative zum Ausführungsbeispiel aus 2 mit einer Sensoreinheit, über die eine Kenngröße für eine einwirkende Betätigungskraft erfassbar ist,
4 einen vergrößerten Ausschnitt IV aus 3 und
5 eine Alternative zum Ausführungsbeispiel in 3 und 4 mit einer Regeleinheit.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen Bohr- und Meißelhammer mit einem einer ersten Einheit entsprechenden Gehäuse 34, in dem ein nicht näher dargestellter Elektromotor sowie ein Getriebe und ein Schlagwerk angeordnet sind, über die ein in einer Werkzeughalterung 36 eingespannter Bohrer schlagend und drehend antreibbar ist. Entgegen einer Betätigungsrichtung 40 nach der Werkzeughalterung 36 ist ein erster, sich senkrecht zur Betätigungsrichtung 40 erstreckender Handgriff 42 am Gehäuse 34 befestigt.
Auf einer einem Bohrer 38 abgewandten Seite des Gehäuses 34 ist ein einer zweiten Einheit entsprechender Handgriff 10 angeordnet, der an einem von einer Werkzeugachse abgewandten ersten Ende über eine gelenkige Schwenkverbindung 44 mit dem Gehäuse 34 verbunden ist. Möglich sind jedoch auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Verbindungen, beispielsweise kann ein Handgriff parallel bewegbar zur Bearbeitungsrichtung ausgeführt sein, und zwar über Schienen oder über eine Mehrpunktaufhängung an Blattfedern etc. Ferner könnte eine Handwerkzeugmaschine mit einem axial verschiebbaren Gehäuse ausgeführt sein, das entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung schwingungsisoliert ist.
An einem zweiten Ende ist der Handgriff 10 über eine Schwingungsisolierung mit dem Gehäuse 34 verbunden.
Eine Schwingungsisoliereinrichtung 14 besitzt einen von einem Tauchmagneten gebildeten, im Handgriff 10 befestigten Aktor 22, der über einen Stößel 20 mit dem Gehäuse 34 in Wirkverbindung steht. Parallel zu dem Tauchmagneten ist ein vorgespanntes Federelement 46, vorzugsweise eine Schraubendruckfeder, angeordnet, das sich mit einem ersten Ende am Gehäuse 34 und mit einem zweiten Ende am Handgriff 10 abstützt und zur Schwingungsisolierung dient. Das Federelement 46 kann auch auf dem Stößel 20 geführt sein.
Mit dem Aktor 22 kann mit einer Stellkraft 24 des Stößels 20 gegen das Gehäuse 34 eine am Handgriff 10 einwirkende Betätigungskraft 12 kompensiert werden, und zwar indem die Stellkraft 24 eine Reaktionskraft auf den Handgriff 10 erzeugt, die der Betätigungskraft 12 entgegengesetzt ist. Mit dem Ak tor 22 kann stets eine vorteilhafte Arbeitsstellung des vorgespannten Federelements 46 und ein optimaler Abstand des Handgriffs 10 zum Gehäuse 34 erreicht werden, wobei die Stellkraft 24 unabhängig von einer vorliegenden, zu isolierenden Schwingung des Gehäuses 34 bzw. des Bohr- und Meißelhammers ist. Das Federelement 46 ist vorzugsweise so stark vorgespannt, dass zumindest eine Kraft zum Aktivieren eines Schlagwerks oder das Gewicht des Bohr- und Meißelhammers ausgeglichen ist. Bei einer Schwingungsisolierung kann der Handgriff 10 entgegen dem Federelement 46 bewegt werden, wobei der Stößel 20 ebenfalls bewegt wird, jedoch die Stellkraft 24 des Aktors 22 dabei unverändert bleibt.
Über eine Sensoreinheit 30, die in einem Führungsbolzen 48 des Handgriffs 10 integriert ist und nicht näher dargestellte Wirbelstromsensoren aufweist, kann eine Kenngröße für einen aus der einwirkenden Betätigungskraft 12 resultierenden Federweg des Handgriffs 10 erfasst werden (2). Anstatt Wirbelstromsensoren sind auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Wegsensoren und Abstandssensoren denkbar, wie beispielsweise Dehnmessstreifen, über die eine Verbiegung eines Verbindungsteils bzw. eines Federelements erfasst werden kann.
Die erfassten Kenngrößen werden über eine Datenleitung an eine Regeleinheit 32 weitergeleitet, die abhängig von den erfassten Kenngrößen mit dem Aktor 22 die Betätigungskraft, vorzugsweise in Abhängigkeit der Vorspannung des Federelements 46, über die Stellkraft 24 ausregelt bzw. kompensiert.
Eine zu isolierende Erregerfrequenz des Bohr- und Meißelhammers beträgt zwischen 40 Hz und 20 Hz, und zwar bei einer maximalen Schlagfrequenz von 40 Hz und bei einer um die Hälfte reduzierten Schlagfrequenz 20 Hz. Die reduzierte Schlagfrequenz stellt die minimale Frequenz der Schwingung dar, die zu isolieren ist. Das Federelement 46 ist auf eine Frequenz von etwa 10 Hz abgestimmt, um auch bei einer reduzierten Schlagfrequenz von 20 Hz noch eine vorteilhafte Isolierung zu erreichen. Die Regeleinheit 32 bzw. die Tauchspule muss lediglich geringere Frequenzen kompensieren.
In den 3, 4 und 5 sind alternative Schwingungsisoliereinrichtungen 16, 18 dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Ferner kann bezüglich gleich bleibender Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 und 2.
Die Schwingungsisoliereinrichtung 16 in den 3 und 4 besitzt eine Sensoreinheit 26 mit einem Teller 58, an dem ein Federelement 46 und ein Stößel 20 eines Aktors 22 abgestützt ist und dessen elektrischer Widerstand sich abhängig von einer an ihm wirkenden Druckkraft verändert. Mit der Sensoreinheit 26 können Kenngrößen für die vorliegenden Betätigungskräfte erfasst werden, und zwar auch für statische bzw. konstante Betätigungskräfte 12. Die erfassten Kenngrößen sind über eine Datenleitung, die durch einen Führungsbolzen 52 geführt ist, an eine Steuereinheit 54 leitbar, über die eine Stellkraft 24 des Aktors 22 auf die vorliegende Betätigungs kraft 12 eingestellt und die vorliegende Betätigungskraft 12 kompensiert werden kann.
Die Schwingungsisoliereinrichtung 18 in 5 besitzt eine Sensoreinheit 28 mit einem Teller 50, an dem ein Federelement 46 abgestützt ist. Ein Stößel 20 eines Aktors 22 wirkt direkt auf ein Gehäuse 34 eines Bohr- und Meißelhammers. Abhängig von einer am Teller 50 angreifenden Druckkraft verändert sich dessen elektrischer Widerstand, wodurch mit der Sensoreinheit 28 Kenngrößen für vorliegende Betätigungskräfte 12 erfasst werden können, und zwar auch für statische bzw. konstante Betätigungskräfte 12. Die Kenngrößen sind über eine Datenleitung an eine Regeleinheit 56 leitbar, über die eine Stellkraft 24 des Aktors 22 auf eine vorliegende Betätigungskraft 12 eingeregelt und die vorliegende Betätigungskraft 12 kompensiert werden kann.

10: Handgriff
12: Kraft
14: Schwingungsisolierein
: richtung
16: Schwingungsisolierein
: richtung
18: Schwingungsisolierein
: richtung
20: Stößel
22: Aktor
24: Stellkraft
26: Sensoreinheit
28: Sensoreinheit
30: Sensoreinheit
32: Regeleinheit
34: Gehäuse
36: Werkzeughalterung
38: Bohrer
40: Betätigungsrichtung
42: Handgriff
44: Schwenkverbindung
46: Federelement
48: Führungsbolzen
50: Teller
52: Führungsbolzen
54: Steuereinheit
56: Regeleinheit
58: Teller

Claims

Vorrichtung, insbesondere Handwerkzeugmaschine, mit wenigstens einer im Betrieb durch eine Schwingung angeregten ersten Einheit (34) und mit wenigstens einer zweiten Einheit (10), die über eine Schwingungsisoliereinrichtung (14, 16, 18) mit der ersten Einheit (34) in Wirkverbindung steht, sowie mit einer im Betrieb die Schwingungsisoliereinrichtung (14, 16, 18) belastenden Betriebskraft (12), wobei die Schwingungsisoliereinrichtung (14, 16, 18) zumindest einen Aktor (22) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (22) zumindest eine Tauchspule aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskraft (12) mit einer Stellkraft (24) des Aktors (22) zumindest teilweise kompensierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federkonstante eines Federelements (46) eine Größe aufweist, mit der eine minimale Frequenz der zu isolierenden Schwingung mehr als 40% über einer Resonanzfrequenz der ersten Einheit (34) liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsisoliereinrichtung (16, 18) eine Sensoreinheit (26, 28) aufweist, über die eine Kenngröße der Betriebskraft (12) erfassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Steuereinheit (54) der Aktor (22) abhängig von der erfassten Kenngröße der Betriebskraft (12) steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Regeleinheit (56) der Aktor (22) abhängig von der erfassten Kenngröße der Betriebskraft (12) regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsisoliereinrichtung (14) eine Sensoreinheit (30) aufweist, über die eine Kenngröße für einen aus der Betriebskraft (12) resultierenden Federweg erfassbar und abhängig von der erfassten Kenngröße der Aktor (22) über eine Regeleinheit (32) regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (46) eine Vorspannkraft aufweist, mit der zumindest eine vorgegebene Betriebskraft (12) ausgleichbar ist.
Handwerkzeugmaschine, insbesondere Bohr- und/oder Meißelhammer, mit wenigstens einer im Betrieb durch eine Schwingung angeregten ersten Einheit (34) und mit wenigstens einer zweiten Einheit (10), die über eine Schwingungsisoliereinrichtung (14, 16, 18) mit der ersten Einheit (34) in Wirkverbindung steht, sowie mit einer im Betrieb die Schwingungsisoliereinrichtung (14, 16, 18) belastenden Betriebskraft (12), wobei die Schwingungsisoliereinrichtung (14, 16, 18) zumindest einen Aktor (22) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (22) zumindest eine Tauchspule aufweist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (22) in einem Handgriff (10) angeordnet ist.