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Dokumentenidentifikation DE102007000386A1 22.01.2009
Titel Schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine mit Magnetschlagwerk
Anmelder Hilti Aktiengesellschaft, Schaan, LI
Erfinder Schad, Hanspeter, Grabs, CH;
Mündle, Jürgen, Satteins, AT;
Khandozhko, Serhey, Buchs, CH
Vertreter TER MEER STEINMEISTER & Partner GbR Patentanwälte, 81679 München
DE-Anmeldedatum 17.07.2007
DE-Aktenzeichen 102007000386
Offenlegungstag 22.01.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.01.2009
IPC-Hauptklasse B25D 13/00  (2006.01)  A,  F,  I,  20070717,  B,  H,  DE
Zusammenfassung Eine längs einer Schlagachse (A) zumindest teilweise schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine (1) mit einer Tauchspule (3), in deren koaxialem Spuleninneren ein axial beweglicher, ferromagnetischer Tauchkern (4) mit einer Stoßfläche (6) angeordnet ist, der im axialen Innenbereich (L) der Tauchspule (3) eine Anschlagfläche (7) eines ferromagnetischen Schlagmittels (5) axial direkt benachbart zugeordnet ist, wobei die Querschnittsfläche der Anschlagfläche (7) mindestens der Hälfte der Querschnittsfläche der Stoßfläche (6) entspricht.

Beschreibung[de]
Aufgabe der Erfindung

Die Erfindung bezeichnet eine zumindest teilweise schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine mit einem Magnetschlagwerk, insbesondere einen Meisselhammer oder einen Kombihammer.

Üblicherweise sind leistungsfähige (im Bereich von 1000 W Leistungsaufnahme), schlagende Elektrohandwerkzeugmaschinen mit einem Luftfederschlagwerk ausgestattet, das von einem Elektromotor angetrieben wird, bspw. nach dem Prinzip der US3114423.

Nach der US4215297 weist eine schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine eine Tauchspule auf, in deren koaxialem Spuleninneren ein ferromagnetischer Tauchkern axial beweglich angeordnet ist. Bei einer durch eine gesteuerte Kondensatorentladung impulsbestromten Tauchspule, welche den hohlen Tauchkern in ihr Spuleninneres mit der höchsten Flussdichte der magnetischen Induktion zieht, erfolgt über einen fest mit dem Tauchkern verbundenes, axial geführtes Schlagmittel aus nichtferromagnetischem Material axial ausserhalb der Tauchspule der Kraftstoss auf das Einsteckende eines in einer Werkzeugaufnahme axial begrenzt beweglich aufgenommenen Schlagwerkzeugs. Nach dem Kraftstoss zieht eine gehäusefeste Rückholfeder das Schlagmittel mit dem Tauchkern in die Ruheposition zurück.

Nach den GB258725, US4553074 oder der US4237987 hingegen schlägt der ferromagnetische Tauchkern innerhalb der Tauchspule mit seiner Stossfläche direkt axial auf die zugeordnete Anschlagfläche eines axial in das Spuleninnere frei überstehenden Stirnendes eines teilweise koaxial innerhalb der Tauchspule axial geführten Einsteckendes eines Schlagwerkzeugs. Die über die feste Werkzeugführung axial frei überstehende Stirnfläche des Einsteckendes weist eine Anschlagfläche auf, deren (magnetisch wirksame) Querschnitt wesentlich kleiner als der (magnetisch wirksame) Querschnitt der Stossfläche des Tauchkerns ist. Somit liefert bei derartigen Magnetschlagwerken nur das Tauchspulenprinzip, bei dem der Tauchkern über die magnetische Induktion in das Spuleninnere einer Tauchspule mit der höchsten Flussdichte hinein beschleunigt wird, einen wesentlichen Energiebeitrag.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Erhöhung der Leistungsfähigkeit eines Magnetschlagwerks für schlagende Elektrohandwerkzeugmaschinen.

Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

So weist eine längs einer Schlagachse zumindest teilweise schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine eine Tauchspule auf, in deren koaxialem Spuleninneren ein axial beweglicher, ferromagnetischer Tauchkern mit einer Stossfläche angeordnet ist, der im axialen Innenbereich der Tauchspule eine Anschlagfläche eines ferromagnetischen Schlagmittels axial direkt benachbart zugeordnet ist, wobei die (magnetisch wirksame) Querschnittsfläche (unter) der Anschlagfläche mindestens der Hälfte der Querschnittsfläche (unter) der Stossfläche entspricht.

Durch die vergleichbaren Querschnittsflächen der Stossfläche und der Anschlagfläche des Schlagmittels (d. h. Schlagwerkzeugmeissel oder Döpper), welche im axialen Innenbereich der Tauchspule direkt benachbart zugeordnet sind, von der magnetischen Induktion durchsetzt werden und somit dort temporäre Magnetpole induzieren, liefert das physikalische Prinzip der direkten Polanziehung zweier (induzierter) Magnetpole einen wesentlichen zusätzlichen Energiebeitrag zur Beschleunigung des Tauchkerns relativ zum Schlagmittel und dadurch auf den Stossimpuls des Kraftstosses bzw. letztendlich die Schlagenergie des Schlagwerkzeugmeissels. Dieser Energiebeitrag ist zudem in einer Bewegungsphase des Tauchkerns verfügbar, in welcher ein blosser einteiliger Tauchkern aus Symmetriegründen (Ort maximaler Feldliniendichte) keine weitere Feldenergie aufnehmen kann.

Dazu nachfolgend einige physikalische Erläuterungen. Im axialen Innenbereich L einer axial länglichen Zylinderspule mit einem ferromagnetischem Spulenkern ist im Spuleninneren die magnetische Induktion B weitgehend homogen und axial orientiert, wohingegen diese ausserhalb des axialen Innenbereiches radial abgelenkt wird und axial extrem schnell gegen Null geht. Dies ist in 2 als physikalisches Prinzip mit Funktionsverlauf der Axialkomponente der magnetischen Induktion B dargestellt. Führt man nun im axialen Innenbereich L einen Luftspalt der axialen Länge S (3) ein, indem man den ferromagnetischen Spulenkern in zwei Teile (Tauchkern und Schlagmittel) teilt, polarisiert die diese durchsetzende magnetische Induktion B diese Teile temporär, wodurch zwischen den zugeordneten, entgegengesetzten temporären Magnetpolen der magnetisierten Teile eine Polanziehungskraft wirkt, die näherungsweise exponentiell zur Spaltlänge S (3) abfällt. Demnach liefert die direkte Polanziehung gerade in der für den Kraftstoss relevanten Endphase vor dem Stosskontakt einen zusätzlichen, wesentlichen Beschleunigungsbeitrag für den Tauchkern, nachdem dieser im üblichen Tauchspulenprinzip durch den magnetischen Fluss aus seiner Ruheposition heraus in den Ort maximaler Feldliniendichte im Innenbereich der Tauchspule gezogen wurde und dabei Bewegungsenergie aufnahm und träge in Vorwärtsbewegung verharrt.

Beim Stosskontakt selbst deformieren sich die (praktisch immer etwas balligen, elastischen) Stossflächen und Anschlagflächen gegeneinander und bilden kurzzeitig eine möglichst grosse gemeinsame Kontaktfläche aus, die unmittelbar von der magnetischen Induktion durchsetzt wird und somit die dortigen temporären Magnetpole (bis auf die Remanenz) eleminiert, wodurch beim Kraftstoss die Polanziehungskraft kurzzeitig entfällt und den Stossvorgang selbst bzw. die Stossimpulsübertragung nicht hemmt. Die Polanziehungskraft wird zwar unmittelbar nach der Rückreflektion des Tauchkerns wieder diesen bremsend wirksam, dies reicht jedoch nicht aus, um die träge Rückwärtsbewegung bis zur Ruheposition umzukehren.

Vorteilhaft sind sowohl der Tauchkern als auch das Schlagmittel aus stossfestem, weichmagnetischen Werkstoff, bspw. aus kohlenstoffarmen Weicheisen, wodurch Hystereseverluste minimiert werden.

Vorteilhaft weist die Tauchspule eine axiale Spulenlänge auf, die grösser als die Kernlänge des Tauchkerns ist, wodurch selbst beim Kraftstoss mit vollständig im Innenbereich der Tauchspule, in dem die magnetische Induktion weitgehend homogen ist, aufgenommenem Tauchkern noch axialer Freiraum für einen Teil des Schlagmittels verbleibt, der magnetisch polarisierbar ist, wodurch die Polanziehung über einen weiten, variablen Axialbereich funktioniert und somit ein "Schwebemeisseln" mit begrenzt zulässiger Axialversetzung des Schlagwerkzeugs ermöglicht wird.

Vorteilhaft beträgt in der Ruheposition die Spaltlänge maximal die Hälfte, weiter vorteilhaft weniger als ein Fünftel des Durchmessers des Tauchkerns, wodurch die Polanziehung der energetisch dominierende Effekt bezüglich des Tauchspulenprinzips ist und das Magnetschlagwerk axial kurz ausführbar ist.

Vorteilhaft ist das Schlagmittel axial begrenzt beweglich gelagert, weiter vorteilhaft formschlüssig über radiale Auskragungen oder Nuten des Schlagmittels und entsprechende schlagwerksfeste Verriegelungsmittel wie Anschlagflächen oder Verriegelungskugeln, wodurch die Positionierung der kernseitigen Anschlagfläche im axialen Innenbereich der Tauchspule sichergestellt wird.

Vorteilhaft ist das Schlagmittel als Döpper ausgebildet, der axial direkt auf das Stirnende eines Schlagwerkzeugs schlägt, dessen in einer Schlagwerkzeugaufnahme aufgenommenes Einsteckende axial begrenzt beweglich gelagert ist, wodurch das Elektrohandwerkzeuggerät mit handelsüblichen Werkzeugen, insbesondere solchen mit nicht hinreichend grossen Axialprojektionsflächen zweckentsprechend nutzbar ist.

Vorteilhaft ist dem Tauchkern ruheseitig axial ein Rückholmittel zugeordnet, das mit dem Tauchkern wechselwirkend verbunden ist, wodurch nach dem Stromimpuls und erfolgter Impulsübertragung der Tauchkern zuverlässig in seine Ruhestellung überführbar ist.

Vorteilhaft ist das Rückholmittel (zumindest teilweise) als Federmittel ausgebildet, bspw. als gehäusefeste Spiralfeder oder als axial kernseitig zumindest zeitweise geschlossene Luftfeder, wodurch ein technologisch einfaches passives Rückholmittel realisiert ist.

Vorteilhaft ist das Rückholmittel (zumindest teilweise) als Rückholspule ausgebildet, wodurch der Rückholvorgang gesteuert beinflussbar ist. Bei entsprechender aktiver Steuerung sind somit die Schlagleistung und die Schlagfrequenz (in Grenzen) unabhängig voneinander wählbar.

Vorteilhaft ist die Tauchspule und die Rückholspule radial aussen in ein luftspaltfreies Trafoblechpaket eingebettet, welches magnetischen Fluss magnetisch widerstandsarm und wirbelstromverlustarm leitend zurückführt. Dadurch wird der magnetische Fluss im Aussenbereich der Tauchspule zurückgeführt. Weiter vorteilhaft sind Paketluftspalte mit Ferrofluids ausgefüllt.

Vorteilhaft ist eine Leistungselektronik vorhanden, die mit der Tauchspule (und der Rückholspule) über (je) einen von einem Steuermittel steuerbaren Leistungsschalter verbunden ist, der mit einer internen Stromquelle (z. B. einem Leistungskondensator) verbunden ist, die über ein Netzkabel mit dem äusseren Stromversorgungsnetz verbunden ist, wodurch die für leistungsfähige Elektrohandwerkzeugmaschinen notwendige hohe Leistung für das Magnetschlagwerk technologisch robust bereitgestellt wird.

Vorteilhaft ist das Magnetschlagwerk über Luftkanäle, die von einem Ventilator gekühlt werden, thermisch isoliert in einem Aussengehäuse angeordnet, welches einen Führungshandgriff ausbildet, wodurch die Elektrohandwerkzeugmaschine auch bei Dauerbelastung im Meisselbetrieb und den damit notwendig verbundenen Energieverlusten handhabbar bleibt.

Gleichwohl ist das erfindungsgemässe Magnetschlagwerk auch in teilweise drehenden Elektrohandwerkzeugmaschinen mit drehender Werkzeugaufnahme nutzbar, bspw. einem Kombihammer.

Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:

1 als Elektrohandwerkzeugmaschine

2 als Prinzip einer Zylinderspule mit ferromagnetischem Spulenkern

3 als Variante einer Einzelheit

Nach 1 weist eine längs einer Schlagachse A schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine 1 ein Magnetschlagwerk 2 mit einer Tauchspule 3 auf, in deren koaxialem Spuleninneren ein ferromagnetischer Tauchkern 4 aus kohlenstoffarmen Weicheisen axial beweglich angeordnet ist. Dem Tauchkern 4 ist ein ferromagnetisches Schlagmittel 5 aus kohlenstoffarmen Weicheisen axial direkt benachbart zugeordnet. Das als Döpper für ein Schlagwerkzeug 8, dessen Einsteckende in einer Schlagwerkzeugaufnahme 11 aufgenommen wurde, ausgebildete Schlagmittel 5 und das Schlagwerkzeug 8 selbst sind über Nuten 9 und Verriegelungskugeln 10 axial begrenzt beweglich gelagert. Dem Tauchkern 4 ist griffseitig axial als passives Rückholmittel eine Luftfeder 25 sowie als aktives Rückholmittel eine Rückholspule 12 zugeordnet. Die Tauchspule 3 und die Rückholspule 12 sind radial aussen und stirnseitig in ein luftspaltfreies Trafoblechpaket 14 eingebettet. Es ist eine (ausserhalb der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 dargestellte) Leistungselektronik 15 vorhanden, die mit der Tauchspule 3 und der Rückholspule 12 über je einen, von einem Steuermittel 16 in Form eines Mikrocontrollers [my]C steuerbaren, Leistungsschalter 17 verbunden sind, der mit einer internen Stromquelle 24 mit einem impulsfesten Hochleistungskondensator C verbunden ist, welche selbst über ein Netzkabel 18 mit dem äusseren Stromversorgungsnetz 19 verbunden ist. Das in Schlagposition mit ganzflächigem Kraftstoss des Tauchkerns 4 auf das Schlagmittel 5 dargestellte Magnetschlagwerk 2 ist thermisch isoliert in einem Aussengehäuse 22 angeordnet, welches einen Führungshandgriff 23 ausbildet, und wird über Luftkanäle 20 von einem Ventilator 21 mit angesaugter Luft gekühlt.

Nach 2, welches nur zur Erläuterung des physikalischen Prinzips dient, ist im axialen Innenbereich L einer axial länglichen Zylinderspule mit einem ferromagnetischen Spulenkern im Spuleninneren die magnetische Induktion B weitgehend homogen und axial orientiert, wohingegen diese ausserhalb des axialen Innenbereiches L radial abgelenkt wird und in axialer Richtung extrem schnell gegen Null geht.

Nach 3 beträgt in der dargestellten Ruheposition die Spaltlänge S etwa ein Fünftel des Durchmessers D des Tauchkerns 4 an der ebenen oder leicht balligen schlägerseitigen Anschlagfläche 7, der auch dem Durchmesser des Schlagmittels 5 (hier Einsteckende des Schlagwerkzeuges 8) an der ebenen oder leicht balligen kernseitige Anschlagfläche 6 entspricht. Somit sind auch deren Axialprojektione gleich. Das Rückholmittel für den Tauchkern 4 ist als Spiralfeder 26 realisiert, die zum Trafoblechpaket 14 hin druckverspannt ist. Die Tauchspule 3 weist eine axiale Spulenlänge mit dem axialen Innenbereich L auf, die grösser als die Kernlänge K des Tauchkerns 4 ist.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • - US 3114423 [0002]
  • - US 4215297 [0003]
  • - GB 258725 [0004]
  • - US 4553074 [0004]
  • - US 4237987 [0004]


Anspruch[de]
Eine längs einer Schlagachse (A) zumindest teilweise schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine mit einer Tauchspule (3), in deren koaxialem Spuleninneren ein axial beweglicher, ferromagnetischer Tauchkern (4) mit einer Stossfläche (6) angeordnet ist, der im axialen Innenbereich (L) der Tauchspule (3) eine Anschlagfläche (7) eines ferromagnetischen Schlagmittels (5) axial direkt benachbart zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Anschlagfläche (7) mindestens der Hälfte der Querschnittsfläche der Stossfläche (6) entspricht. Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Tauchkern (4) als auch das Schlagmittel (5) aus stossfestem, weichmagnetischen Werkstoff sind. Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchspule (3) eine axiale Spulenlänge aufweist, die grösser als die Kernlänge (K) des Tauchkerns (4) ist. Elektrohandwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ruheposition eine Spaltlänge (S) zwischen den Anschlagflächen (6, 7) maximal der Hälfte des Durchmessers (D) des Tauchkerns (4) beträgt. Elektrohandwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagmittel (5) axial begrenzt beweglich gelagert ist. Elektrohandwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagmittel (5) als Döpper ausgebildet ist, der axial direkt auf das Stirnende eines Schlagwerkzeugs (8) schlagbar ist, dessen in einer Schlagwerkzeugaufnahme (11) aufgenommenes Einsteckende axial begrenzt beweglich gelagert ist. Elektrohandwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Tauchkern (4) axial ein Rückholmittel zugeordnet ist. Elektrohandwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückholmittel als Federmittel ausgebildet ist. Elektrohandwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückholmittel als Rückholspule (12) ausgebildet ist. Elektrohandwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Tauchspule (3) radial aussen in ein Trafoblechpaket (14) eingebettet ist. Elektrohandwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungselektronik (15) vorhanden ist, die zumindest mit der Tauchspule (3) über einen von einem Steuermittel (16) steuerbaren Leistungsschalter (17) verbunden ist, der mit einer internen Stromquelle (24) verbunden ist, die über ein Netzkabel (18) mit dem äusseren Stromversorgungsnetz (19) verbindbar ist. Elektrohandwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetschlagwerk (2) über Luftkanäle (20), die von einem Ventilator (21) gekühlt werden, thermisch isoliert in einem Aussengehäuse (22) angeordnet ist, welches einen Führungshandgriff (23) ausbildet.






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