EP2514569B1

EP2514569B1 - Handwerkzeugmaschine und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: EP2514569B1
Application number: EP12157423.0A
Authority: EP
Inventors: Josef Fünfer
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: US20120267138A1; EP2514569A1; CN102744713B; ES2546070T3; CN102744713A; US9969072B2; DE102011007660A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere eine Handwerkzeugmaschine mit einem motorgetriebenen pneumatischen Schlagwerk, wie aus der DE 19713154 A1 bekannt. Die Erfindung betrifft weiters ein Herstellungsverfahren der Handwerkzeugmaschine.
DE 4215288 A1 beschreibt einen Bohrhammer mit einem pneumatischen Schlagwerk. Das Schlagwerk hat einen topfförmigen Erreger, innerhalb dem ein Schläger angeordnet und geführt ist. Der Schläger schließt mit dem topfförmigen Erreger eine pneumatische Kammer ab, welche die Luftfeder zum Ankoppeln der Bewegung des Erregers an den Schläger bildet Der Erreger ist in einer rohrförmigen Führung aufgehängt, in welcher der Erreger angetrieben durch den Motor vor- und zurückschoben wird. Die Führung kann ein geschweißtes Rohr sein.
Bei einem motorgetriebenen pneumatischen Schlagwerk wird Schlagkolben in einem Führungsrohr periodisch durch eine Luftfeder beschleunigt und schlägt an einem vorderen Wendepunkt auf ein Werkzeug auf. Das Prinzip der Luftfeder setzt eine luftdichte Führung das Schlagkolbens in dem Führungsrohrs voraus. Diese darf auch nicht aufgrund der hohen mechanischen Belastung durch die Rückschläge oder die thermomechanischen Belastungen, das Schlagwerk erhitzt sich auf über 100 Grad Celsius, aussetzen. Ferner muss sich der Schlagkolben leichtgängig in dem Führungsrohr bewegen, um die relativ schwache Ankopplung des motorischen Antriebs über die Luftfeder nicht zu unterdrücken. Das Führungsrohr wird daher, um die mechanischen und thermomechanischen Eigenschaften sicherzustellen, mittels spanender Verfahren aus einem Vollzylinder oder einem Rohr mit geringerem Innendurchmesser hergestellt.
Das pneumatische Schlagwerk benötigt Belüftungsöffnungen in dem Führungsrohr, deren Durchmesser mit geringen Toleranzen vorgegeben sind. Die Öffnungen werden in das Führungsrohr gebohrt. Die an der Innenseite entstehenden scharfen Kanten müssen entgratet und gehohnt werden, um Dichtungen an dem Schlagkolben nicht zu verletzten. Aufgrund des erschwerten Zugangs zu der Innenseite erfolgt das Entgraten und Hohnen mechanisch und chemisch mit hohem Aufwand.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren gemäß dem Anspruch 6 ermöglicht ein Einbringen der Öffnungen in das Führungsrohr, ohne nennbare Nachbearbeitungsschritte wie Hohnen, Entgraten etc. Das Herstellungsverfahren sieht vor Löcher in einen Blechstreifen einzubringen, den Blechstreifen zu einem Führungsrohr kalt umzuformen und Längskanten des Blechstreifens durch eine Naht miteinander materialschlüsslg zu verbinden und/oder durch eine Verzahnung formschlüssig zu verbinden. Anschließend wird ein kolbenförmiger Schläger in das Führungsrohr eingesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Abkehr von dem Vorurteil dar, das Führungsrohr müsse aus einem Vollkörper spanend hergestellt werden.
Ein Stanzstempel kann auf einer ersten Seite des Blechstreifens angesetzt werden, um die Löcher zu stanzen. Die erste Seite wird zu einer Innenseite des Rohrs umgeformt. Der Stanzeinzug auf der ersten Seite gewährt in einfacher Weise einen abgerundeten Lochrand. Beim Stanzen kann eine Vertiefung um ein Loch entstehend, der sogenannte Einzug, der häufig unerwünscht ist und daher durch geeignete Maßnahmen unterdrückt wird. Es wurde erkannt, dass der Einzug für diese Anwendung von Vorteil sein kann, weil sich ohne weitere Bearbeitungsschritte ein Lochrand ohne scharfe Kanten erzeugen lässt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das mit einer Naht geschlossene Rohr über einen Kalibrationskolben gezogen wird, dessen Umfang zwischen 0,5 % und 2 % größer als eine Breite zuvor umgebogenen Blechstreifens ist. Der Umfang des gebogenen Rohrs ist vorzugsweise etwas geringer als der benötigte Durchmesser für das endgültige Führungsrohr. Der Kalibrationskolben führt zu einer radialen Aufweitung des Rohrs, was neben einer Anpassung an eine Kreisform und geforderten Durchmesser, eine Versteifung des Rohrs durch die Streckung des Materials bewirkt.
Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine gemäß dem Anspruch 1 hat ein pneumatisches Schlagwerk. Das Schlagwerk umfasst einen motorgetriebenen Erreger, ein Führungsrohr und einen kolbenförmigen Schläger. Der kolbenförmige Schläger ist durch eine Innenseite des Führungsrohrs geführt und schließt in dem Führungsrohr mit dem Erreger eine Luftfeder ab. Der Erreger kann ebenfalls kolbenförmig sein und in dem Führungsrohr anliegend an dessen Innenseite geführt sein. Eine andere Ausgestaltung sieht einen topfförmigen Erreger vor, d.h. das Führungsrohr ist mit dem Erreger starr verbunden. Der Schläger bewegt sich in dem rohrförmigen Abschnitt des Erregers, welcher durch das Führungsrohr ausgebildet ist. Das Führungsrohr ist aus einem zu einem Rohr gebogenen Blechstreifen gebildet. Zwei gegenüberliegende Längskanten des Blechstreifens sind durch eine Naht und einen Formschluss in Umfangrichtung verbunden. Die Naht kann schraubenförmig um die Arbeitsachse gewunden sein. Es zeigt sich hierbei ein erhöhte Formstabilität des Führungsrohrs.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

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

Fig. 1: eine Handwerkzeugmaschine;
Fig. 2: ein Führungsrohr;
Fig. 3: eine Detailansicht des Führungsrohrs im Längsschnitt;
Fig. 4: eine Herstellungsstrasse für das Führungsrohr;
Fig. 5: eine Kalibration des Führungsrohrs;
Fig. 6 und 7: eine Herstellungsstrasse für ein Führungsrohr;
Fig. 8: ein Führungsrohr;
Fig. 9: ein Führungsrohr.

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

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt als Beispiel einer meißelnden Handwerkzeugmaschine schematisch einen Bohrhammer 1. Der Bohrhammer 1 hat eine Werkzeugaufnahme 2, in welche ein Schaftende 3 eines Werkzeug, z.B. eines des Bohrmeißels 4, eingesetzt werden kann. Einen primären Antrieb des Bohrhammers 1 bildet ein Motor 5, welcher ein Schlagwerk 6 und eine Abtriebswelle 7 antreibt. 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 Bohrmeißel 4 kontinuierlich um eine Arbeitsachse 10 und kann dabei den Bohrmeißel 4 in Schlagrichtung 11 längs der Arbeitsachse 10 in einen Untergrund schlagen.
Das Schlagwerk 6 ist ein pneumatisches Schlagwerk 6. Ein Erreger 12 und ein Schläger 13 sind in dem Schlagwerk 6 längs der Arbeitsachse 10 beweglich geführt. Der Erreger 12 ist über einen Exzenter 14 oder einen Taumelfinger an den Motor 5 angekoppelt und zu einer periodischen, linearen Bewegung gezwungen. Eine Luftfeder gebildet durch eine pneumatische Kammer 15 zwischen Erreger 12 und Schläger 13 koppelt eine Bewegung des Schlägers 13 an die Bewegung des Erregers 12 an. Der Schläger 13 kann direkt auf ein hinteres Ende des Bohrmeißels 4 aufschlagen oder mittelbar über einen im Wesentlichen ruhenden Zwischenschläger 16 (Döpper) einen Teil seines Impuls auf den Bohrmeißel 4 übertragen. Das Schlagwerk 6 und vorzugsweise die weiteren Antriebskomponenten sind innerhalb eines Maschinengehäuses 17 angeordnet.
Der beispielhafte Erreger 12 ist als Kolben ausgeführt, der in dem zylindrischen Führungsrohr 20 vor- und zurück bewegt wird. Der Schläger 13 ist ebenfalls als Kolben ausgeführt. Sowohl der Erreger 12 als auch der Schläger 13 schließen mit ihren radialen Außenflächen luftdicht mit einer Innenfläche 21 des Führungsrohrs 20 ab. Das Führungsrohr 20 kann sich bis zu einem Lagerbock 22 für den Zwischenschläger 16 erstrecken. Das Führungsrohr 20 weist mehrere zur Arbeitsachse 10 radiale Öffnungen auf. Erste der Öffnungen 23 ermöglichen einen adiabatischen Druckausgleich der Luftfeder bei einem sich erwärmenden Gerät. Zweite der Öffnungen 24 belüften die pneumatische Kammer 15 und deaktivieren die Luftfeder, sobald der Schlagwerk 6 leer schlägt.
Das Führungsrohr 20 ist aus einem gebogenen Blechstreifen 25 hergestellt, das mit einer Schweißnaht 26 längs der Arbeitsachse 10 geschlossen ist (Fig. 2). Die Öffnungen 23, 24 sind beispielsweise in den Blechstreifen 25 gestanzt. Ein der Innenseite 21 des Führungsrohrs 20 ist vorzugsweise ein Stanzeinzug 27 (Fig.3). Die trichterförmige Aufweitung der Öffnung 23, 24, welche beim Stanzen entstehen kann, führt zu einem sanften Lochrand. Gängig versucht man beim Stanzen einen Stanzeinzug zu vermeiden, bei dieser speziellen Anwendung ist ein schlecht schneidendes Stanzwerkzeug zu bevorzugen. Das Stanzwerkzeug wird vorzugsweise auf der Seite des Blechstreifens 25 angesetzt, die später zur Innenseite 21 des Führungsrohrs 20 wird. Anstelle eines Stanzens können die Öffnungen auch gebohrt werden, ein Senkbohrer oder eine Entgratklinge können eine dem Stanzeinzug 27 analoge trichterförmige Aufweitung erzeugen.
Ein Ausgangspunkt für die Herstellung eines Führungsrohrs 20 kann ein metallisches Endlosband 30 sein (Fig. 4). Eine Breite 31 des Endlosbandes 30 ist um etwa 0,5 % bis 2 % geringer als ein Umfang des herzustellenden Führungsrohrs 20. Bevorzugte Materialien des Endlosbandes 30 sind weiche Stähle mit geringem Kohlenstoffgehalt, wie Federstähle, z.B. mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 1 Gew.-%.
Das Endlosband 30 wird einer Stanze 40 zugeführt, die Löcher 41 in das Endlosband 30 stanzt. Die Stanze 40 drückt einen Stempel 42 oder mehrere Stempel von der ersten Seite 43 des Endlosbandes 30 auf eine gegenüberliegende zweite Seite 44 durch. Ein Stanzeinzug 45 ist auf der ersten Seite 43. Der Stanzeinzug 45 ist eine etwa trichterförmige Vertiefung in dem Material des Endlosbandes 30, welche beim Durchdrücken des Stempels 42 entsteht. Es werden vorzugsweise alternierend eine erste Reihe von ersten Löchern 41 mit einem ersten Durchmesser und eine zweite Reihe von zweiten Löchern 46 mit einem zweiten Durchmesser eingestanzt. Die Löcher 41, 46 einer Reihe sind im Wesentlichen auf einer Linie quer zur Längsrichtung des Endlosbandes 30 angeordnet. Der erste Durchmesser ist größer als 3 mm, beispielsweise größer als 5 mm, und bis zu 15 mm groß, beispielsweise bis 10 mm groß. In der ersten Reihe können beispielsweise zwischen 4 und 10 Löcher angeordnet sein. Der zweite Durchmesser ist deutlich kleiner, z.B. geringer als 1 mm. Ferner sind vorzugsweise nur ein oder zwei zweite Löcher 46 in der zweiten Reihe vorgesehen.
Eine Umformeinrichtung 50 mit einer Mehrzahl von Rollen 51 walzt das Endlosband 30 in mehreren Stufen zu einem endlosen Rohr 52. Die erste Seite 43 mit dem Stanzeinzug 45 kommt dabei an der Innenseite des Rohrs 52 zum liegen. Die nach dem Umformen gegenüberliegenden Ränder 53 des Endlosbandes 30 werden miteinander verschweißt. Das Verschweißen kann beispielsweise per Induktion erfolgen. Eine entsprechende Schweißsonde 54 kann in den Bereich, in dem die beiden Ränder 53 sich zu berühren beginnen, gehalten sein. Durch das Verschweißen bildet sich eine Naht 55, welche die beiden Ränder 53 materialschlüssig und luftdicht miteinander verbindet.
Das endlose Rohr 52 wird durch eine Schneideeinrichtung 60 zu einzelnen Führungsrohren 20 abgelängt. Das Führungsrohr 20 wird ein oder mehrfach über eine Kalibrationszylinder 70 oder Kalibrationskonus geschoben und dabei auf den gewünschten Umfang aufgeweitet. Der Umfang des Kalibrationszylinders 70 ist vorzugsweise perfekt kreisförmig und etwas größer als der innere Umfang des endlosen Rohrs. Anschließend werden der Erregerkolben 12 und der Schlagkolben 13 in das Führungsrohr 20 eingesetzt.
Eine weiteres Herstellungsverfahren beginnt mit einem Endlosband 80, dessen Breite beispielsweise etwa der Länge des Führungsrohrs 20 entspricht (Fig. 6). Parallel zu den Rändern 81 des Endlosbandes 80 werden zwei Reihen von Löchern 41, 46 gestanzt. Die Eigenschaften der ersten Löcher 41 und der zweiten Löcher 46 werden gleich dem vorhergehenden Herstellungsverfahren gewählt. Der Stanzeinzug 45 ist für alle Löcher 41, 46 auf einer ersten Seite 82 des Endlosbandes 80.
Eine Schneideinrichtung 90 zertrennt das Endlosband 80 in Blechstreifen 91. Die Blechstreifen 91 können in der Form eines nicht-rechteckigen Parallelogramms sein. Die längeren Ränder 92 können in einem Winkel 93 von weniger als 90 Grad, z.B. zwischen 45 Grad und 80 Grad, zu den kürzeren Rändern 94 geneigt sein. Die Länge 95 der kürzeren Ränder 94 ist geringer als der Umfang des herzustellenden Führungsrohrs 20, vorzugsweise zwischen 0,5 % bis 2 %. Eine Walzbiegeeinrichtung 100 walzt den Blechstreifen 91 zu einem Rohr 101 (Fig. 7). Die Walzbiegeeinrichtung 100 hat beispielsweise zwei parallele Führungswalzen 102, 103 auf denen der Blechstreifen 91 mit der zweiten Seite aufliegt. Eine Oberwalze 104 ist längs einer Einzugsrichtung 105 zwischen den Führungswalzen 102, 103 angeordnet und drückt die erste Seite 106 des Blechstreifens 91 in Richtung zu den zwei Führungswalzen 102, 103. Der Eingriff der Oberwalze 104 zwischen die zwei Führungswalzen 102, 103 ist dem geforderten Krümmungsradius bzw. Durchmessers des Führungsrohrs 20 entsprechend eingestellt. Der Blechstreifen 91 wird mit den kürzeren Ränder 94 parallel zur Einzugseinrichtung 105 in die Walzbiegeeinrichtung 100 eingelegt. Die vorzugsweise schrägen, längeren Ränder 92 berühren sich nach dem Biegen. Anschließend werden die längeren Ränder 92 durch eine Naht 107 verbunden, z.B. verschweißt oder verklebt (Fig. 8). Die Naht 107 kann spiralförmig verlaufen.
Anschließend wird der Umfang des gebogenen Rohrs durch den Kalibrationszylinder 70 getrimmt (vgl. Fig. 5).
Die Blechstreifen 91 können mit einer ersten Verzahnung 108 an einem der längeren Rändern 94 und einer zweiten Verzahnung 109 an der anderen der längeren Ränder 94 versehen werden. Die Verzahnungen 108, 109 können in den Blechstreifen 91 gestanzt werden, oder beim Abtrennen durch die Schneideinrichtung 90 erzeugt werden. Die erste Verzahnung 108 ist formschlüssig zu der zweiten Verzahnung 109 ausgebildet. Vorzugsweise weiten sich die Zähne 110 zum Rand hin auf. Beim Biegen des Blechstreifens 91 zum Rohr 20 werden die beiden Verzahnungen 108, 109 miteinander in Eingriff gebracht (Fig. 9). Die sich aufweitenden Zähne 110 der ersten Verzahnung 108 können die zweite Verzahnung 109 hintergreifen. Es ergibt sich hierdurch ein Formschluss in Umfangsrichtung, welcher das Rohr mechanisch stabilisiert. Der hintergreifende Formschluss ermöglicht einen dichten Verschluss des Rohrs 20 in radialer Richtung. Die Verzahnung kann durch Verschweißen, Löten oder Kleben zusätzlich luftdicht verschlossen werden. Das Rohr kann durch den Kalibrationszylinder 70 getrimmt werden. Eine Verzahnung kann bei dem in Zusammenhang mit Figur 4 beschriebenen Verfahren in die Ränder 53 eingestanzt oder eingeprägt werden.
Die Belüftungsöffnungen können mittels eines Bohrers in das Blech gebohrt werden, bevor dieses zum Rohr gebogen wird. Vorzugsweise wird der Bohrer an der Seite des Blechs angesetzt, welche beim Biegen zur Innenseite des Rohrs wird. Ein Entgratbohrer oder Senkbohrer kann den Lochrand abrunden.

Claims

Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk (6), das einen motorgetriebenen Erreger (12), ein Führungsrohr (20) und einen kolbenförmigen Schläger (13) aufweist, wobei der kolbenförmige Schläger (13) durch eine Innenseite (21) des Führungsrohrs (20), geführt ist und in dem Führungsrohr (20) mit dem Erreger (12) eine Luftfeder (15) abschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (20) aus einem zu einem Rohr gebogenen Blechstreifen (30, 91) gebildet ist, dessen zwei gegenüberliegende Längskanten (53, 92) durch eine Naht (55, 107) und/oder einen verzahnenden Formschluss (108, 109) verbunden sind.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Naht schraubenförmig um die Arbeitsachse gewunden ist.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Belüftungsöffnungen (23, 24) des Führungsrohrs (20) gestanzt sind.
Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dass ein Einzug (27) der gestanzten Belüftungsöffnungen (23, 24) an der Innenseite (21) des Führungsrohrs (20) sind.
Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste der Öffnungen (24) einen ersten Durchmesser und zweite der Öffnungen (23) einen zweiten gegenüber dem ersten Durchmesser größeren Durchmesser aufweisen, wobei die zweiten Öffnungen (23) gegenüber den ersten Öffnungen (24) in Schlagrichtung (11) des pneumatischen Schlagwerks (6) versetzt angeordnet sind.
Herstellungsverfahren einer Handwerkzeugmaschine mit den Schritten:
Einbringen von Löchern (41, 46) in einen Blechstreifen (30,91),

Umformen des Blechstreifens (30, 91) zu einem Rohr,

Verbinden von Längskanten (53, 92) des umgeformten Blechstreifens (30, 91) durch eine Naht (55,107) und/oder einen verzahnenden Formschluss (108, 109) und

Einsetzen eines kolbenförmigen Schlägers (13) in das umfänglich durch die Naht (55, 107) und/oder einen verzahnenden Formschluss (108, 109) geschlossene Rohr (20), wobei der kolbenförmige Schläger (13) an der Innenseite (21) des Rohrs (20) anliegt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stanzstempel auf einer ersten Seite (43, 82) des Blechstreifens (30, 91) angesetzt wird, um die Löcher (41, 46) in den Blechstreifen (30, 91) zu stanzen, und die erste Seite (43, 82) zu einer Innenseite (21) des Rohrs (20) umgeformt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (53, 92) miteinander verschweißt werden.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Naht (55, 107) geschlossene Rohr (20) über einen Kalibrationskolben (70) gezogen wird, dessen Umfang zwischen 0,5 % und 2 % größer als eine Breite (31, 95) des Blechstreifens (30, 91) ist.