GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine meißelnde Handwerkzeugmaschine mit Leerschlagabschaltung.

US 2002/0050191 A beschreibt eine gattungsgemäße Handwerkzeugmaschine mit einem über eine Luftfeder an einen Erreger gekoppelten Schläger. Das Schlagwerk hat einen Döpper, welcher sich bei einem Leerschlag aus der Arbeitsstellung in eine in Schlagrichtung vorgerückte Stellung bewegen kann. Der Schläger kann nun ebenfalls weiter in Schlagrichtung vorrücken und gibt dabei Belüftungsöffnung der Luftfeder frei. Die Luftfeder bleibt solange deaktiviert, bis der Döpper durch einen an den Untergrund anpressten Bohrer oder Meißel in die Arbeitsstellung zurückgeschoben wird. Der dabei gleichfalls verschobene Schläger verschließt die Belüftungsöffnung und die Luftfeder ist wieder aktiviert.

Das Deaktivieren der Luftfeder ist davon abhängig, dass der Döpper in der vorgerückten Stellung verbleibt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines meißelnden Werkzeugs koaxial zu einer Arbeitsachse. Ein Schlagwerk hat auf der Arbeitsachse nacheinander einen Erreger, eine pneumatische Kammer, einen Schläger und einen Döpper. Der Erreger ist periodisch von einem Motor zwangserregt. Der Schläger ist koaxial zu der Arbeitsachse beweglich geführt. Die pneumatische Kammer ist zum Ankoppeln einer Bewegung des Schlägers an die Bewegung des Erregers zwischen Erreger und Schläger ausgebildet. Der Döpper ist in Schlagrichtung nach dem Schläger zum mittelbaren Übertragen eines Stoßes von dem Schläger auf ein in der Werkzeugaufnahme aufgenommenes Werkzeug angeordnet. Der Döpper ist in einem Lager angeordnet. Der Döpper hat eine Mantelfläche und eine in Schlagrichtung weisende Stoppfläche. Das Lager hat eine zu der Arbeitsachse koaxial angeordnete Hülse und einen Fänger. Die Mantelfläche des Döppers ist an der Innenseite der Hülse gleitend geführt. Der Fänger ist in Schlagrichtung von der Stoppfläche des Döppers zum Begrenzen einer Bewegung des Döppers in der Schlagrichtung angeordnet. Eine Kulisse ist zum Versetzen des Döppers in eine Relativdrehung gegenüber dem Lager, wenn der Döpper sich in Schlagrichtung bewegt. Die Kulisse hat an dem Döpper eine Flanke; und an dem Lager eine Flanke;, wobei die beiden bei der Bewegung aneinander anliegenden Flanken;,; in Schlagrichtung in die gleiche Umfangsrichtung ansteigen.

Der Döpper dreht sich beim Leerschlag gegenüber dem Lager. Die Konversion der axialen Bewegung in die Drehbewegung erweist sich als stark verlustbehaftet, wodurch vorteilhafterweise der Döpper in der Nähe des Fängers zum Stehen kommt.

Die Kulisse kann eine Stirnverzahnung an der Stirnfläche des Döppers und eine Stirnverzahnung an dem Fänger aufweisen. Die Stirnverzahnungen sind vorzugsweise zueinander komplementär ausgebildet. Wenn der Döpper in den Fänger einschlägt, richten sich die Stirnverzahnungen zueinander aus, wodurch der Döpper oder der Fänger in eine Drehbewegung versetzt werden.

Das Lager kann in dem Maschinengehäuse um die Arbeitsachse frei drehbar gelagert sein. Insbesondere ist das Lager von einer Antriebswelle entkoppelt. Der frei drehbare Fänger kann in Schlagrichtung an einem elastischen Dämpfelement anliegen. Die Reibung zwischen dem Dämpfelement und dem Fänger stoppt den Döpper. Darüber hinaus stellt das Dämpfelement sicher, dass sich der Fänger im Arbeitspunkt immer in seinem hinteren Anschlag befindet und somit im Leerschlag einen axiale Bewegung Richtung Werkzeug durchführen kann, welche durch den Anschlag im Führungsrohr begrenzt wird. Durch diesen zusätzlichen Stoßvorgang wird dem Döpper weitere Energie entzogen.

Die Kulisse kann eine die Flanke bildende spiralförmige Nut in einer zylindrischen Mantelfläche, des Döppers und eine von dem Lager in die Nut eingreifenden Läufer aufweisen. Die Kulisse kann gleichermaßen eine die Flanke bildende spiralförmige Nut in einer zylindrischen Innenfläche des Lagers und einen von dem Döpper in die Nut eingreifenden Läufer aufweisen.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

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

Fig. 1 einen Bohrhammer Fig. 2 ein Schlagwerk des Bohrhammers

Fig. 3 einen Döpper und Führung des Schlagwerks

Fig. 4 ein Schlagwerk des Bohrhammers

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben. Die Anordnung der Elemente wird soweit nicht anders ausgeführt unter Bezug auf die Arbeitsachse und die Schlagrichtung beschrieben. Ein vorderes Element liegt in Schlagrichtung vor einem hinteren Element.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG Fig. 1 zeigt als Beispiel einer meißelnden Handwerkzeugmaschine schematisch einen Bohrhammer 1. Der Bohrhammer 1 hat einen Werkzeughalter 2, in welchen 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 pneumatisches Schlagwerk 3 und eine Abtriebswelle 6 antreibt. Ein Batteriepaket 7 oder eine Netzleitung versorgen den Motor 5 mit Strom. 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 Bohrer 4 kontinuierlich um eine Arbeitsachse 10 und kann dabei den Bohrer 4 in Schlagrichtung 11 längs der Arbeitsachse 10 in einen Untergrund schlagen. Das Schlagwerk 3 und vorzugsweise die weiteren Antriebskomponenten sind innerhalb eines Maschinengehäuses 12 angeordnet.

Das pneumatische Schlagwerk 3 hat einen kolbenförmigen Erreger 13, eine pneumatische Kammer 14, einen kolbenförmigen Schläger 15 und einen Döpper 16, die in Schlagrichtung 11 aufeinanderfolgend auf der Arbeitsachse 10 angeordnet und längs der Arbeitsachse 10 geführt sind. Der Erreger 13 und der Schläger 15 sind beispielsweise in einem stehenden Führungsrohr 17 angeordnet. Der Schläger kann auch in einem topfförmigen Erreger angeordnet sein, dessen rohrförmige Wandung das Führungsrohr für den Schläger bildet; analog kann auch der Schläger topfförmig ausgestaltet sein. Der Erreger 13 ist mit dem Motor 5 über eine Getriebeeinheit verbunden, welche die Drehbewegung des Motors 5 in eine periodische lineare Vor- und Rückbewegung des Erregers 13 längs der Arbeitsachse 10 umsetzt. Beispielsweise beinhaltet die Getriebeeinheit einen von dem Motor 5 angetriebenen Exzenter 18, der durch ein Pleuel 19 mit dem Erreger 13 verbunden ist. Die Getriebeeinheit kann auch einen Taumelantrieb enthalten. Die pneumatische Kammer 14 ist von dem Erreger 13 und dem Schläger 15 abgeschlossen. Die motorgetriebene periodische Bewegung des Erregers 13 erhöht den Luftdruck in der pneumatischen Kammer 14 gegenüber dem Umgebungsdruck. Der frei bewegliche Schläger 15 wird durch den erhöhten Luftdruck von dem Erreger 13 weg, in Schlagrichtung 11 beschleunigt oder bei verringertem Luftdruck zu dem Erreger 13 hin beschleunigt. Die Bewegung des Schlägers 15 ist an die Bewegung des Erregers 13 durch die pneumatische Kammer 14, auch als Luftfeder bezeichnet, angekoppelt. Der Schläger 15 pendelt im Betrieb zwischen einem vorderen Wendepunkt, in welchem der Erreger 13 und der Schläger 15 die pneumatische Kammer 14 maximal komprimieren, und einem hinteren Wendepunkt (Schlagpunkt), in welchem der Schläger 15 auf den Döpper 16 aufschlägt.

Der Döpper 16 ist im Betrieb durch ein an den Untergrund angepresstes Werkzeug 4 in einer Arbeitsstellung gehalten, welche die Wegstrecke zwischen den Wendepunkten derart abstimmt, dass die Periodizität der Bewegung des Schlägers 15 mit der Periodizität der Bewegung des Erregers 13 übereinstimmt. Fehlt der Anpressdruck des Werkzeugs 4, z.B. weil der Anwender den Bohrhammer 1 von dem Untergrund abhebt, verlässt der Döpper 16 die Arbeitsstellung in Schlagrichtung 11. Der Schläger 15 fliegt über den Schlagpunkt in Schlagrichtung 11 hinaus. Dabei wird eine Belüftungsöffnung 20 freigegeben, welche einen Luftaustausch der pneumatischen Kammer 14 mit der Umgebung ermöglicht und folglich die Luftfeder deaktiviert. Der Schläger 15 ist nicht mehr an den Erreger 13 angekoppelt und das Schlagwerk 3 schaltet sich selbsttätig ab. Der Döpper 16 bleibt vorzugsweise außerhalb der Arbeitsstellung liegen. Sobald der Anwender das Werkzeug 4 wieder an den Untergrund anpresst, wird der Döpper 16 in die Arbeitsstellung verschoben und die Belüftungsöffnung 20 verschlossen. Das Schlagwerk 3 schaltet sich selbsttätig wieder ein.

Die beispielhaften Belüftungsöffnungen 20 sind in radiale Öffnungen in dem Führungsrohr 17, welche der Schläger 15 gegenüber der pneumatischen Kammer 14 im Betrieb abdichtet. Die Belüftungsöffnungen 20 sind in Schlagrichtung 11 zu der pneumatischen Kammer 14 versetzt, wenn der Schläger 15 in Schlagrichtung 11 vor dem Schlagpunkt ist. Wenn der Schläger 15 in Schlagrichtung 11 teilweise oder vollständig nach dem Schlagpunkt ist, reicht die pneumatische Kammer 14 bis zu den Belüftungsöffnungen 20 und ist belüftet. Die Belüftungsöffnungen 20 können auch durch Hülsen geöffnet oder verschlossen werden, welche der Schläger 15 oder der Döpper 16 betätigen.

Der Döpper 16 hat einen weitgehend zylindrischen Kern 21 und einen Bund 22, der einen mittleren Abschnitt des Kerns 21 umgibt. Der Kern 21 ist längs der Arbeitsachse 10 durch im Wesentlichen zur Arbeitsachse 10 senkrechte Stirnflächen 23, 24 abgeschlossen. Die Stirnflächen 23, 24 bilden die schlagaufnehmende Schlagfläche 23, auf weiche der Schläger 15 aufschlägt w. die schlagabgebende Schlagfläche 24, welche auf den Bohrer 4 aufschlägt. Die Schlagflächen 23, 24 können leicht konvex gewölbt sein. Der Bund 22 hat eine zylindrische Mantelfläche 25 und ist längs der Arbeitsachse 10 durch Stirnflächen 26, 27 abgeschlossen, welche gegen über der Arbeitsachse 10 geneigt sind. Die dem Schläger 15 zugewandte, vordere Stirnfläche 26 ist kegelförmig. Die dem Schläger 15 abgewandte, hintere Stirnfläche 27 hat eine kegelförmige Hüllkurve. Die mittlere Neigung 28 der Stirnflächen 26, 27 liegt im Bereich zwischen 30 Grad und 70 Grad.

Der Döpper 16 ist in einem Lager 29 auf der Arbeitsachse 10 geführt. Das beispielhafte Lager 29 beinhaltet eine Hülse 30, an der die zylindrische Mantelfläche 25 des Bunds 22 des Döppers 23 anliegt. An der Hülse 30 kann zudem die zylindrischen Mantelfläche 31 des Kerns 21 zum axialen Führen des Döppers 23 anliegen. Das Lager 29 begrenzt die axiale Bewegung in Schlagrichtung 11 durch einen Fänger 32 und entgegen der Schlagrichtung 11 durch einen Sockel 33. Der beispielsweise ringförmige Sockel 33 liegt in Schlagrichtung 11 vor dem Bund 22 des Döppers 23. Der Kern 21 kann sich in der Öffnung des Sockels 33 frei bewegen, der Innendurchmesser des Sockels 33 ist um ein Spiel größer als der Durchmesser der schlagaufnehmenden Schlagfläche 24 ausgelegt. Der Durchmesser des Bunds 22 ist größer als der Innendurchmesser des Sockels 33, demzufolge kann der Bund 22 an dem Sockel 33 entgegen Schlagrichtung 11 anliegen. Der angepresste Bohrer 4 drückt den Bund 22, d.h. dessen dem Schläger 15 zugewandte Stirnfläche 26, gegen den Sockel 33, was der Arbeitsstellung des Döppers 23 im Betrieb entspricht. Die schlagaufnehmende Schlagfläche 24 definiert in der Arbeitsstellung den Schlagpunkt des Schlagwerks 3. Der Fänger 32 liegt in Schlagrichtung 11 vor dem Bund 22 angeordnet. Der Fänger 32 ist ringförmig mit einem Innendurchmesser ausgebildet, der größer als der Durchmesser der schlagabgebenden Schlagfläche 24 und geringer als der Durchmesser des Bunds 22 ist. Die in Schlagrichtung 11 weisende Stirnfläche 27 des Bunds 22 kann in Schlagrichtung 11 an dem Fänger 32 anliegen, da sie in radialer Richtung überlappen. Der Döpper 16 wird von dem Fänger 32 gestoppt, nachdem der Schläger 15 auf den Döpper 16 bei fehlendem Anpressdruck des Werkzeugs 4 aufschlägt. Der Fänger 32 kann wie dargestellt als eine Einschnürung der Hülse 30 ausgebildet oder wie der beispielhafte Sockel 33 als getrenntes Bauteil ausgebildet sein. Der Fänger 32 hat vorzugsweise ein axiales Spiel in dem Maschinengehäuse 12. Der Fänger 32 ist mittels eines Dämpfelements 34 an dem Maschinengehäuse 12 in Schlagrichtung 11 abgestützt. Der Fänger 32 absorbiert vorzugsweise die kinetische Energie des Döppers 23, damit der Döpper 16 nicht aufgrund des Rückstoßes von selbst zurück in die Arbeitsstellung gleitet. Der Döpper 16 und seine Lager 29 sind mit einer Kulisse 35 versehen, welche den Döpper 16 bei seiner Bewegung in Schlagrichtung 11 in eine Drehbewegung versetzt. Die Drehbewegung erweist sich als effektive Maßnahme, dem Döpper 16 während des Aufprallens in den Fänger 32 seine Bewegungsenergie zu entziehen. Der Döpper 16 bleibt dadurch nahe des Fängers 32 liegen und rutscht nicht unbeabsichtigt zurück in die Arbeitsstellung.

Die Kulisse 35 beinhaltet beispielsweise eine dem Fänger 32 zugewandte Stirnverzahnung

36 an der hinteren Stirnfläche 27 des Bunds 22 und eine dem Bund 22 zugewandte Stirnverzahnung 37 an dem Fänger 32. Die beiden Stirnverzahnungen 36, 37 sind zueinander komplementär. Die Stirnverzahnung 36 des Bunds 22 kann als Kegelzahnrad 36 ausgebildet sein, die komplementäre Stirnverzahnung 37 des Fängers 32 ist konkav eingewölbt. Der Döpper 16 ist in dem Lager 29 frei um die Arbeitsachse 10 drehbar. Die Winkelorientierung der beiden Stirnflächen 26, 27 ist daher weitgehend zufällig. Sobald der Döpper 16 auf den Fänger 32 aufschlägt, orientieren sich die beiden Stirnflächen 26 zueinander aus. Im Mittel dreht sich dabei der Döpper 16 um ein Viertel der Breite der Zähne 38 der Stirnverzahnung 36 gegenüber dem Fänger 32 bis die beiden Stirnverzahnungen 36,

37 zueinander ausgerichtet sind. Obwohl nur ein geringer Anteil der translatorischen kinetischen Energie in Rotationsenergie gewandelt wird, erweist sich die Kulisse 35 als stark dämpfend. Vermutlich ergibt sich die starke Dämpfung aufgrund einer dynamischen Hemmung, welche entsteht nachdem die beiden Stirnverzahnungen 36, 37 ausgerichtet sind. Die Stirnverzahnungen 36, 37 rücken nun aufgrund der Drehbewegung des Döppers 23 längs der Arbeitsachse 10 auseinander, gegen den Impuls des Döpper 16 in Schlagrichtung 11.

Die Stirnverzahnung 36 des Bunds 22 hat mehrere identische Zähne 38, die in Umfangsrichtung 39 aufeinanderfolgend äquidistant verteilt angeordnet sind. Die Zahl der Zähne 38 richtet sich nach der Größe des Döppers 16, beispielsweise liegt die Zahl zwischen 15 und 40. Die Kopflinie 40 des Zahns 38 ist geradlinig und liegt mit der Arbeitsachse 10 in einer Ebene. Bei der als Kegelzahnrad ausgebildeten Stirnverzahnung 36 des Bunds 22 ist die Kopflinie 40 zwischen 30 Grad und 70 Grad gegenüber der Arbeitsachse 10 geneigt. Die Kopflinie kann in einer anderen Ausgestaltung zu der Arbeitsachse 10 windschief sein, wobei sich die Kopflinie von einem Ende zu dem anderen Ende hin monoton von der Arbeitsachse 10 entfernt. Alternativ kann die Kopflinie spiralförmig ausgebildet sein. Der Zahn 38 hat eine nur in die rechtshändige Umfangsrichtung 41 weisende Flanke 42 und eine nur in die linkshändige Umfangsrichtung 39 weisende Flanke 43. Die beiden Flanken 42, 43 laufen in Schlagrichtung 11 aufeinander zu und in der Kopflinie 40 zusammen. Der Zahn 38 verjüngt sich in Schlagrichtung 11. Eine Neigung 44 der rechtshändigen Flanke 42 wird gegenüber einer Referenzebene 45 bestimmt. Die Referenzebene 45 wird von der Arbeitsachse 10 und dem Punkt auf der Flanke 42 aufgespannt, an dem die Neigung 44 zu bestimmen ist. Die Neigung 44 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 30 Grad und 60 Grad. Die Neigung 46 der linkshändigen Flanke 43 gegenüber der Referenzebene 45 ist vorzugsweise gleich der Neigung 44 der rechtshändigen Flanke 42. Die beiden Flanken 42, 43 können in Richtung zu der Arbeitsachse 10 aufeinander zulaufen. Der Zahn 38 ist somit an seiner Außenseite breiter als näher an der Arbeitsachse 10. Die Breite des Zahns 38 erhöht sich vorzugsweise proportional zu dem Abstand von der Arbeitsachse 10. Die Winkelbreite des Zahns 38 ist somit längs der radialen Richtung konstant. Eine Höhe 47 der Zähne 38, d.h. die Abmessung der Flanken 42, 43 längs der Arbeitsachse 10, liegt im Bereich zwischen 2 mm und 5 mm. Die Stirnverzahnung 37 des Fängers 32 ist komplementär zu der Stirnverzahnung 36 des Bunds 22 aufgebaut. Die Zwischenräume zwischen den Zähnen 48 des Fängers 32 entsprechen in Form und Zahl den Zähnen 38 des Bunds 22. Eine linksseitige Flanke 49 des Zahns 48 am Fänger 32 ist weitgehend deckungsgleich zu der rechtsseitigen Flanke 42 des Zahns 38 am Bund 22; analog ist eine rechtsseitige Flanke des Zahns 48 am Fänger 32 ist weitgehend deckungsgleich zu der linksseitigen Flanke 43 des Zahns 38 am Bund 22.

Der Fänger 32 kann in dem Maschinengehäuse 12 frei drehbar um die Arbeitsachse 10 gelagert sein. Insbesondere ist der Fänger 32 von der Abtriebswelle 6 entkoppelt. Bei einem Aufprall des Döppers 23 in den Fänger 32 drehen sich beide relativ zueinander. Die von dem Döpper 16 in den Fänger 32 übertragene Rotationsenergie wird dem Schlagwerk 3 entzogen. Das Dämpfelement 34 ist vorzugsweise drehfest in dem Maschinengehäuse 12, wodurch der Fänger 32 sich relativ zu dem Dämpfelement 34 bewegt. Die Reibung zwischen dem gummihaltigen Dämpfelement 34 und dem Fänger 32 entzieht dem Döpper 16 die Bewegungsenergie.

Alternativ oder zusätzlich zu der Kulisse 35 mit der Stirnverzahnung 36, 37 kann eine Kulisse 50 an einer Mantelfläche 25, 31 des Döppers 23 angreifen, um den Döpper 16 in eine Drehbewegung zu überführen. Die beispielhafte Kulisse 50 hat eine in der Mantelfläche 31 spiralförmig verlaufende Nut 51. Das Lager 29 ist mit einem Läufer 52 versehen, der in die Nut 51 eingreift. Der Läufer 52 ist in dem Lager 29 derart verbunden, dass der Läufer 52 gegenüber dem Lager 29 längs der Arbeitsachse 10 und in Umfangsrichtung 41 unbeweglich ist. Der Läufer 52 kann beispielsweise eine Kugel sein, die in dem Lager 29 eingefasst ist. Vorzugsweise kann die Kugel sich in der Fassung um ihr Zentrum drehen. Der Läufer 52 liegt mit einer Flanke an einer schräg zur Arbeitsachse 10 verlaufenden Flanke 53 der Nut 51 an. Die Bewegung des Döppers 23 längs der Arbeitsachse 10 erzwingt eine relative Drehbewegung von Döpper 16 und Lager 29. Die Nut 51 kann eine konstante Steigung 54 längs der Arbeitsachse 10 aufweisen. Die Länge der gesamten Nut 51 entspricht dem freien Weg des Döppers 23 zwischen dem Sockel 33 und dem Fänger 32, typischerweise im Bereich zwischen 20 mm und 50 mm. Vorteilhafterweise ist die Nut 51 an einem dem Schläger 15 zugewandten Ende parallel zu der Arbeitsachse 10 und die Steigung 54 erhöht sich in Schlagrichtung 11. Der parallele Abschnitt kann zwischen 4 mm und 10 mm lang sein. Die Steigung 54 am werkzeugseitigen Ende der Nut 51 liegt zwischen 30 Grad und 60 Grad. Die Kugel kann gleichermaßen in der Mantelfläche 31 des Döppers 23 gefangen und die Nut in der Innenfläche der Hülse 30 angeordnet sein. Ferner können mehrere identische Nuten 51 um die Arbeitsachse 10 vorgesehen sein.