Beschreibung

Titel

Handwerkzeugmaschine mit oszillierend und pendelnd angetriebenem Werkzeug

Die Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Es sind Pendelhubstichsägen bekannt, bei denen das Sägeblatt eine oszillierende Bewegung entlang seiner Längsachse ausübt, wobei dieser oszillierenden Bewegung eine Pendelbewegung überlagert ist, um eine Sägezahnschneide des Sägeblatts bei dessen Schnitthub mit dem Werkstück in Eingriff zu bringen und beim Rückwärtshub etwas vom Werkstück abzuheben.

Mit diesen und anderen Stichsägen lassen sich zwar Werkstücke durchtrennen, jedoch ist es nicht möglich, Nuten in Werkstücken herzustellen oder zu bearbeiten. Außerdem können die bekannten Stichsägen nur mit Sägeblättern bestückt und zum Durchtrennen von Werkstücken eingesetzt werden, eignen sich jedoch nicht für andere Materialbearbeitungsverfahren, wie zum Beispiel zum Schleifen oder Schaben.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Handwerkzeugmaschine der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie es zum einen gestattet, Werkstücke nicht nur zu durchtrennen, sondern auch Fugen und Aussparungen in den Werkstücken herzustellen, und dass sie sich zum anderen nicht nur mit einem Sägewerkzeug sondern auch mit andersartigen Schneidwerkzeugen sowie mit Schleif- und Schabewerkzeugen bestücken lässt, so dass sich die Handwerkzeugmaschine zur Durchführung einer Vielzahl von unterschiedlichen Arbeiten eignet und daher eine große Vielseitigkeit aufweist.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Werkzeug während seiner oszillierenden Bewegung um eine Schwenkachse pendelt bzw. verschwenkt wird, die sich entlang einer Bewegungsbahn hin und her bewegt, wobei diese Bewegungsbahn vorzugsweise in einem bedeutenden Abstand von einer Bearbeitungskante, zum Beispiel einer Sägezahn- oder Messeschneide, oder einer Bearbeitungsoberfläche, zum Beispiel einer Schleiffläche, des Werkzeugs angeordnet ist und zu dieser allgemein parallel ausgerichtet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schwenkachse zwischen zwei im Winkel zueinander angeordneten Hebelarmen eines zweiarmigen Hebels angeordnet, von denen der eine das Werkzeug trägt und der andere eine Schubstange einer Geradschubkurbel bildet. Ein erstes Ende der Schubstange ist um die Schwenkachse schwenkbar entlang der Bewegungsbahn geführt, während das entgegengesetzte zweite Ende der Schubstange exzentrisch an einer vom Antriebsmotor drehend angetriebenen Antriebskurbel angelenkt ist, so dass es im Betrieb des Antriebsmotors eine Kreisbahn beschreibt.

Die Längsachse des als Werkzeugträger dienenden Hebelarms ist vorzugsweise im rechten Winkel zur Längsachse der Schubstange ausgerichtet, während die Bearbeitungskante oder -Oberfläche des Werkzeugs bevorzugt im rechten Winkel zur Längsachse des als Werkzeugträger dienenden Hebelarms ausgerichtet ist. Jedoch sind auch Abweichungen von diesen Winkeln möglich.

Der Mittelpunkt der Kreisbahn kann entweder auf der vorzugsweise geradlinigen Bewegungsbahn der Schwenkachse liegen oder in Bezug zu dieser einen seitlichen Versatz aufweisen, wodurch ebenso wie durch eine Veränderung der Exzentrizität der Antriebskurbel und/oder des Verhältnisses der Längen der Schubstange und des Werkzeugträgers die Form der Bewegungsbahnen von einzelnen Punkten auf der Bearbeitungskante oder Bearbeitungsoberfläche des Werkzeugs verändert werden kann.

Zur Unterdrückung von Vibrationen weist der Werkzeugträger und/oder das Werkzeug bevorzugt Massenausgleichseinrichtungen auf, die zweckmäßig mindestens teilweise auf der zur Bearbeitungskante oder Bearbeitungsoberfläche des Werkzeugs entgegengesetzten Seite der Schwenkachse angeordnet sind.

Mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist ein kontinuierliches ruckfreies Eintauchen des Werkzeugs in ein Werkstück und eine Bearbeitung des Werkstücks bis in Ecken und Kanten hinein möglich, insbesondere wenn die Bearbeitungskante des Werkzeugs gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach der Befestigung des Werkzeugs am Werkzeugträger T-förmig nach entgegengesetzten Seiten über den Werkzeugträger übersteht. Wenn das Werkzeug gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gekröpft ausgebildet ist, ist zudem ein Ausräumen oder Bearbeiten von Nuten mit einer durch die Kröpfung vorgegebenen maximalen Tiefe möglich.

Das Werkzeug, und insbesondere ein Sägewerkzeug, kann alternativ entweder eine gerade, eine konvexe oder eine konkave Bearbeitungskante aufweisen, so dass Werkstücke mit konvexer oder konkaver Form durch Wahl eines entsprechend angepassten Werkzeugs optimal bearbeitet werden können. Durch die Pendelbewegung eines solchen Werkzeugs wird zudem ein sauberer Schnitt gewährleistet und die Neigung zum Verklemmen wegen der guten Ausräumung der Schnittfuge minimiert.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass insbesondere Säge-, Schneid- oder Schabwerkzeuge eine langgestreckte Bearbeitungskante oder -schneide aufweisen, die nach der Befestigung am Werkzeugträger allgemein parallel zu einer Längsachse der Handwerkzeugmaschine ausgerichtet und im seitlichen Abstand von dieser angeordnet ist, was für eine günstige Schwerpunktslage der Werkzeugmaschine sogt und eine bequeme Handhabung und Einhandbedienung ermöglicht.

Vorteilhaft kann die Werkzeugmaschine zudem eine Aufnahme für das Werkzeug umfassen, die um 180 Grad gedreht in unterschiedlicher Ausrichtung am Werkzeugträger befestigt werden kann, so dass eine Anpassung der Werkzeugmaschine an Rechts- und Linkshänder und eine Bearbeitung bis in jede Ecke möglich ist.

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Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einigen Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Handwerkzeugmaschine;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Getriebemodells der Handwerkzeugmaschine;

Fig. 3a und 3b eine Seitenansicht bzw. eine Querschnittsansicht von Zähnen eines an der Werkzeugmaschine in Fig. 1 angebrachten Sägewerkzeugs;

Fig. 4a bis 4c Seitenansichten alternativer Zahnformen von Zähnen des Sägewerkzeugs;

Figuren 5 bis 17 Bewegungsbahnen von Zähnen des an der Werkzeugmaschine angebrachten Sägewerkzeugs in Abhängigkeit verschiedenen Parametern der Werkzeugmaschine und des Sägewerkzeugs.

Ausführungsformen der Erfindung

Die in Fig. 1 dargestellte Handwerkzeugmaschine 2 dient zur Materialbearbeitung durch Sägen, Schleifen oder Schaben sowie für Notfallreparaturen. Die Handwerkzeugmaschine 2 ist in Fig. 1 in Form eines mit einem gekröpften Sägewerkzeug 4 bestückten netzunabhängigen Akkugeräts dargestellt, kann jedoch auch mit einem Schleif- oder Schabwerkzeug bzw. als Elektrogerät mit einem Kabel zum Anschluss an ein Stromnetz ausgebildet sein.

Wie am besten in Fig. 1 dargestellt, besteht die Werkzeugmaschine 2 aus einem geschlossenen, im Wesentlichen langgestreckten zylindrischen Kunststoffgehäuse 6, einem am einen Stirnende des Gehäuses 6 angeordneten abnehmbaren Akkupack 8, einem am anderen Stirnende des Gehäuses 6 angeordneten Bearbeitungskopf 10 mit einem seitlich angeordneten Werkzeugträger 12 zur austauschbaren Befestigung des

Werkzeugs 4, einem im Inneren des Gehäuses 6 untergebrachten elektrischen Antriebsmotor (nicht sichtbar) sowie einem zwischen dem Antriebsmotor und dem Werkzeugträger 12 angeordneten Schubkurbeltrieb 14, der in Fig. 2 zusammen mit dem Werkzeug 4 schematisch dargestellt ist.

Der Schubkurbelantrieb 14 besteht im Wesentlichen aus einer vom Antriebsmotor über ein Winkeluntersetzungsgetriebe um eine Drehachse 16 drehend angetriebenen Antriebskurbel 18, einem abgewinkelten zweiarmigen Hebel 20, dessen einer Hebelarm 22 als Werkzeugträger 12 dient und das Werkzeug 4 trägt, und dessen anderer Hebelarm 24 die Schubstange des Schubkurbelantriebs 14 bildet, sowie einer Führungskulisse 26 für einen zwischen den beiden Hebelarmen 22, 24 angeordneten Teil 28 des Hebels 20.

Die Antriebskurbel 18 kann als Exzenterscheibe mit einem exzentrisch zur Drehachse 16 angeordneten Zapfen 30 zur Anlenkung des einen Endes der Schubstange 24 ausgebildet sein und direkt auf dem freien Ende einer Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes (nicht dargestellt) sitzen, wobei die Exzentrizität e des Zapfens 30 in Verbindung mit der Drehzahl der Antriebskurbel 18 ein wesentlicher Parameter für die Länge des Bewegungswegs einer oszillierenden Bewegung einer mit einem Werkstück in Eingriff tretenden Sägezahnschneide 32 des in Fig. 1 dargestellten Sägewerkzeugs 4 oder einer entsprechenden Bearbeitungskante oder Bearbeitungsoberfläche eines anderen Werkzeugs, zum Beispiel einer Schleiffläche oder Schleifkante eines Schleifwerkzeugs ist, und auch deren Pendelbewegung sowie deren Bewegungsgeschwindigkeit mitbestimmt.

Die Führungskulisse 26 ist als Linearführung ausgebildet, in der ein Gleitstein 34 in einer zu einer Längsachse 36 (Fig. 1) der Werkzeugmaschine 2 parallelen Achse 44 längsverschiebbar beweglich ist, wobei jedoch grundsätzlich auch eine gekrümmte Bewegungsbahn möglich ist. Der Gleitstein 34 und der Hebel 20 sind durch ein Schwenkgelenk 38 verbunden, dessen Schwenkachse 40 senkrecht zur Längsachse 36 der Werkzeugmaschine 2 ausgerichtet ist, wie in Fig. 1 dargestellt.

Die beiden Hebelarme 22, 24 des Hebels 20 sind senkrecht zueinander ausgerichtet, wobei der als Schubstange dienende Hebelarm 24 eine Länge von Ll besitzt und mit seinem freien Ende am Zapfen 30 der Antriebskurbel 18 angelenkt ist, so dass dieses

Ende des Hebelarms 24 eine Kreisbahn um die Drehachse 16 beschreibt. Der als Werkzeugträger 12 dienende Hebelarm 22 ist so auf die zugehörigen Werkzeuge, z.B. das Werkzeug 4, abgestimmt, dass deren Bearbeitungskante oder Bearbeitungsoberfläche, wie die Sägezahnschneide 32, in einem Abstand L2 von der Schwenkachse 40 des Schwenkgelenks 38 angeordnet und ungefähr parallel zur Längsachse 36 der Werkzeugmaschine 2 ausgerichtet ist. Dabei steht die Bearbeitungskante oder Bearbeitungsoberfläche des Werkzeugs 4 nach beiden Seiten über den Werkzeugträger 12 über, so dass dieser einen Winkel α mit der Bearbeitungskante oder Bearbeitungsoberfläche einschließt. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Getriebemodell beträgt dieser Winkel α = 90°, ebenso wie der von den beiden Hebelarmen 22, 24 eingeschlossene Winkel ß, jedoch können die beiden Winkel α, ß auch andere Werte annehmen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist das Sägewerkzeug 4 zur Vermeidung von Vibrationen auf der zur Sägezahnkante 32 entgegengesetzten Seite der Schwenkachse 40 mit einem Massenausgleichsteil 42 versehen, der hinsichtlich seiner Lage und seiner Masse auf das schwingende Gesamtsystem aus Werkzeug 4 und Hebel 20 abgestimmt ist. Der Massenausgleichsteil 42 kann entweder ein Teil des Werkzeugs 4 sein, wie in Fig. 1 dargestellt, oder alternativ mindestens zum Teil von einem am Werkzeugträger 12 angebrachten Massenausgleichselement (nicht dargestellt) gebildet werden, das beispielsweise bei der Herstellung des Hebels 20 einstückig als Druckgussteil so am Hebelarm 22 angeformt wird, dass er sich jenseits der Schwenkachse 40 befindet. In diesem Fall müssen jedoch an unterschiedlich geformten bzw. bemessenen Werkzeugen 4 zusätzliche Maßnahmen für den Massenausgleich vorgenommen werden, da das Massenausgleichselement des Werkzeugträgers 22 nur für eine Grundauswuchtung sorgt.

Der Schubkurbelantrieb 14 dient dazu, das lösbar am Werkzeugträger 12 befestigte Werkzeug 4 in eine zur Längsachse 36 der Werkzeugmaschine 2 parallele oszillierende Bewegung (Doppelpfeil A in Fig. 1) zu versetzen und dieser Bewegung eine Pendel- oder Schwenkbewegung um die Schwenkachse 40 (Doppelpfeil B in Fig. 1) zu überlagern.

Während bei bekannten rein rotierenden oder oszillierenden Sägewerkzeugen jeder Sägezahn eine identische Bewegungsbahn durchläuft, gibt es bei der Werkzeugmaschine 2 und den für die Werkzeugmaschine 2 bestimmten Werkzeugen, wie dem Sägewerkzeug

4, eine Reihe von Parametern, welche den Bewegungsablauf jedes einzelnen Zahns bzw. bei einem anderen Bearbeitungswerkzeug jedes Teils der Bearbeitungskante oder - Oberfläche bestimmen.

Im Hinblick auf die Werkzeugmaschine 2 sind diese Parameter im Wesentlichen die Exzentrizität e, die Länge Ll der Schubstange 24 bzw. der Abstand zwischen der Drehachse des Zapfens 30 und der Schwenkachse 40, sowie der Winkel ß zwischen den beiden Hebelarmen 22, 24 des Hebels 20, sowie ein eventueller Abstand a zwischen der Drehachse 16 der Antriebskurbel 18 und der geradlinigen Bewegungsbahn 44 der Schwenkachse 40, wobei sich aus den Parametern Ll und 2e ein maximaler Pendelwinkel γ des Werkzeugs 4 gemäß der folgenden Beziehung ergibt:

tan γ = 2e/Ll

Im Hinblick auf das Werkzeug 4 bzw. das an der Werkzeugmaschine 2 befestigte Werkzeug 4 sind diese Parameter im Wesentlichen der Abstand L2 zwischen der Schwenkachse 40 und der Sägezahnkante 32 bzw. der Bearbeitungskante oder - Oberfläche des Werkzeugs 4, der Winkel α zwischen der Längsachse des Werkzeugträgers 12 und der Bearbeitungskante oder -Oberfläche des Werkzeugs 4, die Werkzeugbreite Wa, sowie die Form einer Hüllkurve der einzelnen Zähne der Sägezahnkante 32 bzw. der einzelnen Punkte auf der Bearbeitungskante oder -Oberfläche, wobei diese Hüllkurve eben, konvex, wie in Fig. 1 dargestellt, oder sogar konkav sein kann, das letztere zum Beispiel bei einem Sägewerkzeug zum Durchtrennen von Rohren oder Rundstangen. Die Form der Hüllkurve wird durch ihren Krümmungsradius Rw definiert, der bei ebenen Hüllkurven ∞ ist.

Die Festlegung der einzelnen Größen richtet sich dabei nach den an die Werkzeugmaschine 2 gestellten Anforderungen, wobei z.B. durch Vergrößern der Exzentrizität e und Verkleinerung des Verhältnisses von L1/L2 in Verbindung mit einem Sägewerkzeug 4 mit einer aggressiven Zahnform beim Sägen von geeigneten Werkstoffen eine hohe Zerspanungsleistung erreicht werden kann.

Die Figuren 3a und 3b sowie die Figuren 4a, 4b und 4c zeigen verschiedene Formen von Zähnen 46, 48, 50 der Sägezahnschneide 32 von unterschiedlichen Sägewerkzeugen 4,

mit denen die Werkzeugmaschine 2 bestückt werden kann. Die Figuren 3 a sowie 4b und 4c zeigen eine Sägezahnschneide 32, bei der alle oder eine Teil der Sägezähne 46 als Spitzzähne ausgebildet ist. Diese Zahnform ist mit geschränktem Freischnitt in gefräster oder geschliffener Ausgestaltung, wie in Fig. 3b dargestellt, universell einsetzbar, da sie in beiden Richtungen gleich gut schneidet und ein Verklemmen des Werkzeugs 4 verhindert. Im Gegensatz zu dem dreieckförmigen Spitzzahn 46 mit einem stark negativen Spanwinkel können für einen hohen Sägefortschritt, zum Beispiel beim Sägen von Holz oder Kunststoff, auch Zähne 48, 50 mit einer aggressiveren Zahnform, das heißt mit positivem Spanwinkel, zum Einsatz kommen, wie in Fig. 4a dargestellt, wenn diese Zähne 48 und 50 in beiden Schnittrichtungen wirksam sind. Um die Vorteile der guten Schnittführung von Spitzzähnen 46 auszunutzen, können auch Kombinationen von Spitzzähnen 46 und Zahnformen 48, 50 mit positivem Spanwinkel zum Einsatz kommen, wie anhand von zwei Beispielen in Fig. 4b und Fig. 4c dargestellt.

Die Figuren 5 bis 17 zeigen Bewegungsbahnen von Spitzen von Zähnen 46, 48, 50 an verschiedenen Punkten auf der Sägezahnschneide 32 unterschiedlich geformter, an der Werkzeugmaschine 2 angebrachter Sägewerkzeuge 4 in Abhängigkeit von Ll, Rw sowie vom Winkel 90°-α, d.h. dem Kippwinkel der Sägezahnschneide 32 des Sägewerkzeugs 4 in Bezug zur Längsachse 36 der Werkzeugmaschine 2, wobei zur Eingrenzung der vielen möglichen Bewegungsbahnen e = 20 mm, L2 = 100 mm, Wa = 100 mm und ß = 90° als Konstanten festgesetzt wurden. Zur besseren Verständlichkeit werden zumeist drei einzelne Zahnspitzen oder Punkte in der Mitte der Sägezahnschneide 32 sowie an den entgegengesetzten Enden derselben betrachtet.

Tabelle 1

Wie sich aus den Figuren 5 bis 17 entnehmen lässt, haben die Bahnkurven der Zahnspitzen an verschiedenen Punkten der Sägezahnschneide 32 für unterschiedliche Kombinationen von Ll, Rw, OC und a einige Gemeinsamkeiten:

- die Bahnkurven sämtlicher Zahnspitzen weisen eine elliptische oder quasi-elliptische Kurvenform auf;

- die Bahnkurven von Punkten beiderseits der Mitte weisen entgegengesetzte Bewegungsrichtungen auf;

- die Bahnkurven von Punkten in der Mitte und an den beiden entgegengesetzten Enden der Sägezahnschneide 32 haben gleichgroße Schwingweiten in Richtung der oszillierenden Bewegung, die zur Exzentrizität e proportional sind;

- die Amplituden der Bahnkurven senkrecht zur Richtung der oszillierenden Bewegung werden in Richtung der Mitte der Sägezahnschneide 32 kleiner;

- die Mitte der Sägezahnschneide 32 bewegt sich auf einer schleifenförmigen Kurvenbahn;

- die Mitte der Sägezahnschneide 32 fällt in der Regel nicht mit dem Wendepunkt der Kurvenbahn zusammen;

- die Kurvenformen sind grundsätzlich nicht symmetrisch zu einer Mittelachse des Werkzeugs 4, nähern sich aber mit größer werdendem Verhältnis L1/L2 einer symmetrischen Form an;

- entlang der Kurvenbahnen erreichen die Zähne am linken und rechten Scheitelpunkt ihre geringste Geschwindigkeit und am oberen und unteren Scheitelpunkt ihre höchste Geschwindigkeit.

- während eines Umlaufs durch die Kurvenbahn leistet der Zahn im oberen Teil der Kurvenbahn "aktive" Zerspanarbeit und im unteren Teil der Kurvenbahn "passive" Zerspanarbeit, das heißt dieser letztere Teil der Kurvenbahn wird überwiegend zum Ausräumen der Schnittfuge und zum Abtransport der Späne genutzt. Für die Zähne im mittleren Teil der Sägezahnschneide überwiegt wegen der annähernd geradlinigen Bewegung die reine Zerspanung.

- annähernd gleiche Kurven für Punkte rechts und links der Mitte der Sägezahnschneide erhält man unter den Vorraussetzungen Ll > L2, wobei für Ll als Mindestwert Ll = L2 angestrebt werden sollte, α = 90°, ß = 90° sowie a = 0. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Werkzeugform, d.h. die Hüllkurve der Zahnspitzen, gerade, konvex oder konkav ausgeführt ist.

Entscheidend für die Länge der Kurvenbahnen der einzelnen Zähne ist in erster Linie die Exzentrizität e, deren Festlegung in Abhängigkeit von den gewünschten Einsatzbedingungen vorzunehmen ist. Die Längen der Bahnkurven können jedoch auch durch das Verhältnis L1/L2 beeinflusst werden, wobei mit Ll < L2 die Bahnkurven verlängert werden, wie in den Figuren 10, 10a und 11 dargestellt.

Wenn der Winkel α verändert oder der Abstand a zwischen der Drehachse 16 der Antriebskurbel 18 und der Schwenkachse 40 größer als Null gewählt wird, gehen die Schleifenkurven der Zahnspitzen in der Mitte der Sägezahnschneide 32 in flache Ellipsen über, wie in den Figuren 9, 12 und 15 bis 17 dargestellt. Durch Einführen eines Abstandes a erhält man außerdem geometrisch ungleiche Kurven für Punkte rechts und links der Mitte der Sägezahnschneide 32, wie in den Figuren 12 und 15 bis 17 dargestellt.

In Figur 8a sind die Bahnkurven von jeweils einem Punkt in der Mitte und an den beiden entgegengesetzten Enden der Sägezahnschneide 32 für eine Umdrehung der Antriebskurbel 16 in acht einzelnen Teilschritten dargestellt, wobei gleiche Ziffern jeweils die Lage der drei Punkte zu gleichen Zeitpunkten anzeigen. Verbindet man diese Punkte miteinander, ergeben sich ihre Bahnkurven.

Die Figuren 12 bis 17 zeigen zusätzlich zu den Bahnkurven von drei Punkten in der Mitte und an den beiden entgegengesetzten Enden der Sägezahnschneide 32 Bahnkurven von weiteren Punkten im rechten Teil der Sägezahnschneide 32. Fig. 8b und Fig. 10a zeigen nur Bahnkurven von Punkten im rechten Teil der Sägezahnschneide 32.