EP2310171B1

EP2310171B1 - Schlagwerk mit variablem rotatorischem antrieb

Info

Publication number: EP2310171B1
Application number: EP09777496.2A
Authority: EP
Inventors: Helmut Braun; Rudolf Berger
Original assignee: Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
Current assignee: Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-07-28
Also published as: US8534376B2; DE102008035298A1; WO2010012453A1; US20110127055A1; CN102105271B; CN102105271A; EP2310171A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Schlagwerk gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 2.
Derartige Schlagwerke werden z.B. in elektrisch betriebenen Aufbruchhämmern bzw. Bohr- und/oder Schlaghämmern eingesetzt. Die Schlagwerke weisen üblicherweise einen in einer Drehrichtung mit weitgehend konstanter Drehgeschwindigkeit rotierenden Motor auf, der über einen Kurbel- oder Taumeltrieb einen Antriebskolben (Kolben) hin- und herbewegt, welcher seinerseits über eine Feder, z.B. eine Luftfeder einen Schlagkolben (Schläger) antreibt.
Bei Schlagwerken, die von einem drehenden Motor angetrieben werden, ist aufgrund der festgelegten Geometrie des Kurbeltriebs (Kurbelradius) oder der Taumeleinrichtung (Taumelhub) der Hub des Antriebskolbens fest eingestellt. Auch die Drehfrequenz ist während eines Schlagzyklus aufgrund der Massenträgheiten meist weitgehend konstant. Durch den Hub des Antriebskolbens und die Drehfrequenz wird die Schlagstärke fest vorgegeben. Somit können die Frequenz und die Schlagstärke nicht unabhängig voneinander eingestellt werden.
Aus der EP 1 172 180 A2 ist ein Schlagwerk bekannt, das von einem drehenden Elektromotor angetrieben wird. Der Hub des Antriebskolbens kann über ein Verstellsystem manuell oder elektromotorisch verändert werden. Der Aufwand für den Verstellmechanismus ist jedoch hoch. Auf unterschiedliche Rückstoßbedingungen kann der Verstellmechanismus zudem nicht innerhalb eines Schlagzyklus reagieren.
Darüber hinaus sind aus der DE 10 2005 030 340 B3 und der WO 03/066286 A1 Schlagwerke bekannt, bei denen der Antrieb des Antriebskolbens direkt über einen elektrisch betriebenen Linearmotor erfolgt. Der Linearmotor bietet die Möglichkeit, jeden Schlagzyklusverlauf innerhalb gewisser physikalischer Grenzen individuell zu verändern. Nachteilig ist es jedoch, dass Läufer und Stator nicht mit ihrer jeweiligen Länge zu jedem Zeitpunkt voll im Eingriff sind, da sie linear aneinander vorbeistreichen. Das bedeutet, dass der bauliche Aufwand und damit die Kosten und das Motorgewicht größer sind, als bei einem drehenden Motor, bei dem die gesamte elektromagnetische Wirkfläche immer in Eingriff ist.
Aus der EP-A-1 607 186 , die der zweiteiligen Fassung der Ansprüche 1 und 2 zugrunde liegt, ist ein Schlagwerk bekannt, bei dem die Einzetschtagenergie geregelt werden kann. Zu diesem Zweck ist eine Drehzahlregelung vorgesehen, mit der die Motordrehzahl veränderbar ist.
In der DE 498 728 C wird ein Schlagwerk beschrieben, bei dem ein Schwinghebel um eine Drehachse hin- und herbewegt werden kann, wenn ein an dem Schwinghebel befestigter Eisenkern durch zwei einander gegenüberliegende Magnetspulen entsprechend angezogen wird. Dadurch wird eine Hin- und Herbewegung eines mit dem Schwinghebel über eine Blattfeder gekoppelten Schlagbären bewirkt, der seinerseits auf einen Meißel einwirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schlagwerk mit einem Antrieb anzugeben, bei dem während des Zeitraumes eines einzelnen Schlagzyklus eine Kontrolle von Weg und Geschwindigkeit des Antriebskolbens und damit des Schlags möglich ist. Zudem sollte die Schlagfrequenz und die Schlagstärke von Schlagzyklus zu Schlagzyklus variabel einstellbar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schlagwerk mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder 2 gelöst. Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Schlagwerk gemäß dem Anspruch 1, mit einem Antrieb mit einem Motor und einem in dem Motor vorgesehenen Rotor, einem von dem Antrieb in einer Führungseinrichtung hin- und herbewegbaren Antriebselement, einem Schlagelement und mit einer zwischen dem Antriebselement und dem Schlagelement wirksamen Koppeleinrichtung, über die die Bewegung des Antriebselements auf das Schlagelement übertragbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Motor derart ansteuerbar ist, dass innerhalb eines Schlagzyklus veränderbare, also unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten des Rotors erzeugbar sind.
Durch diese besondere Ansteuerung des Motors ist es möglich, jeweils eine bestimmte, z.B. durch eine Steuerung vorgegebene Einzelschlagenergie zu erreichen. Durch ein derart präzises Ansteuern des Motors, dass der Rotor sogar innerhalb eines Schlagzyklus unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten und z.B. ein besonderes Bewegungsprofil erreichen kann, kann dementsprechend auch eine Vorgabe für die Bewegung des mit dem Rotor gekoppelten Antriebselements erzielt werden. Dadurch kann die Dauer, der Hub, die Frequenz und insgesamt das Weg-ZeitVerhalten des Rotors, des Antriebselements und schließlich auch nachfolgend des Schlagelements vorbestimmt bzw. gesteuert werden.
Der Motor ist derart ansteuerbar, dass eine Änderung der Drehgeschwindigkeit innerhalb eines Schlagzyklus entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus für die Bewegung des Rotors bewirkt wird. So kann z.B. der Algorithmus einen durch eine Steuerung und/oder Regelung fest vorgegebenen Weg-Zeit-Verlauf für die Bewegung des Rotors aufweisen. In diesem Fall ist somit die Bewegung des Rotors und nachfolgend des Antriebselements über die Zeit vorgegeben, lediglich z.B. in Abhängigkeit von äußeren Vorgaben des Bedieners.
Selbstverständlich kann der Weg-Zeit-Verlauf sich von Schlagzyklus zu Schlagzyklus ändern. So ist es z.B. möglich, bei einem Start des Schlagwerks zunächst automatisch einen sanften Anlauf mit verhältnismäßig geringem Hub des Antriebselements, aber schon hoher Arbeitsfrequenz zu erreichen, auch wenn der Bediener bereits ein entsprechendes Bedienelement derart betätigt, als wolle er das Gerät im Volllastzustand betreiben.
Der fest vorgegebene Weg-Zeit-Verlauf kann somit durchaus in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungsbedingungen (insbesondere der Wünsche des Bedieners) variabel sein.
Der Algorithmus gibt eine Bewegung des Rotors in Abhängigkeit von Ereignissen vor, die an oder mit Komponenten des Schlagwerks auftreten, insbesondere in Abhängigkeit von einer tatsächlichen Bewegung des Schlagelements. In diesem Fall kann z.B. die Bewegung des Schlagelements durch geeignete Mittel überwacht werden, so dass die Bewegung des Rotors und nachfolgend des Antriebselements sich an das Schlagelement anpasst. Wenn z.B. das Schlagelement nur durch einen geringen Rückstoß zurückgestoßen wird, kann das Antriebselement einen entsprechenden Hub vollziehen, um das Schlagelement wieder zurückzusaugen.
Der Motor des Schlagwerks gemäß dem Anspruch 2 ist derart ansteuerbar sein, dass der Motor innerhalb eines Schlagzyklus eine Hin- und Herdrehbewegung erzeugt.
Aufgrund der besonderen Ausgestaltung des Motors und seiner Steuerung ist es somit möglich, dass der Motor keine konstante Drehbewegung vollzieht. Vielmehr kann die Drehbewegung des Rotors hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit, der Frequenz aber auch der Drehrichtung variabel und individuell angesteuert werden, und zwar auch von Schlagzyklus zu Schlagzyklus oder gar innerhalb eines Schlagzyklus. Dabei wird als Schlagzyklus der Zeitraum von einem Schlag zum nächsten verstanden.
So ist es z.B. auch möglich, dass der Rotor nicht zwingend eine gleichsinnige, sondern eine hin- und herdrehende Bewegung erreicht. Somit kann es zweckmäßig sein, wenn der Motor in der Lage ist, sowohl eine gleichsinnige als auch eine Hin- und Herdrehbewegung zu erzeugen. Der Motor kann dann je nach Ansteuerung entweder gleichsinnig in eine Richtung durchlaufen oder bei Bedarf eine Hin- und Herbewegung, z.B. um den unteren Totpunkt herum, durchführen. Dies erfordert vom Motor eine hohe Variabilität und Ansteuerbarkeit.
Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, wenn der Motor sehr trägheitsarm gestaltet ist, damit die Drehbewegung des Motors und die davon abgeleitete Bewegung des Antriebselements dem Bewegungsverlauf des Schlagelements angenähert werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass besonders dann eine harmonische Schlagabfolge erreicht werden kann, wenn der Abstand zwischen Antriebselement und Schlagelement während eines Schlagzyklus nicht zu groß wird. Dadurch kann die zwischen dem Antriebselement und dem Schlagelement wirksame Koppeleinrichtung, z.B. eine Luftfeder, mit kleinerer Größe, insbesondere kürzer gebaut werden.
Es kann zweckmäßig sein, den Motor derart anzusteuern, dass der untere Totpunkt immer, also bei jedem Schlagzyklus durchfahren wird, da der Aufschlagpunkt für alle denkbaren Schlagstärken und Frequenzen immer in etwa an der gleichen Stelle liegt. Dadurch fallen alle Bauraum- oder Energieaufwendungen zum Abbremsen des Kolbens im unteren Totpunkt weg. Insbesondere ist keine untere Umkehrluftfeder oder das Bereitstellen von elektrischer Abbremsenergie erforderlich, wie dies bei einem Linearantrieb der Fall ist. (vgl. DE 10 2005 030 340 B3 ).
Der theoretische mögliche obere Totpunkt muss bei dieser Betriebsart durch das Antriebselement nicht zwingend durchfahren werden, weil das Antriebselement bereits vorher seine Bewegungsrichtung umkehrt.
Für eine maximale Schlagstärke, also bei Volllast des Motors kann es zweckmäßig sein, den Drehsinn auch für den oberen Totpunkt beizubehalten. Dadurch werden gerade bei einem Zyklus mit großem Leistungsbedarf die Energieaufwendungen zum Abbremsen des Kolbens im oberen Totpunkt geringer. Ähnlich wie beim unteren Totpunkt ist dann im oberen Totpunkt auch nur eine kleine oder gar keine Umkehrluftfeder sowie nur geringe elektrische Abbremsenergie erforderlich. Zwischen dem Motor und dem Antriebselement kann eine Übertragungseinrichtung vorgesehen sein, zum Übertragen einer von dem Motor erzeugten Drehbewegung in eine Längsbewegung des Antriebselements. Die Übertragungseinrichtung kann geeignete Bauelemente aufweisen, wie z.B. Kurbeltrieb, Pleuel, Zahnstange (auch mit ungleichmäßiger Teilung), Kulisse, Kurvenscheibe, Schnecke, Taumelfinger, Raumgetriebe, Kette, Zahnriemen, Seilantrieb etc.
Die Übertragungseinrichtung kann eine Übersetzungseinrichtung aufweisen, derart, dass der Motor während eines Schlagzyklus mehrere Umdrehungen des Rotors erzeugt. Der Motor läuft dann während eines Schlagzyklus mehrere Umdrehungen in die gleiche Richtung, bis im oberen Totpunkt oder in der Nähe des oberen Totpunkts des Antriebselements die Motordrehrichtung umgekehrt wird. Bei dieser Bauform muss der Motor für eine erhöhte Drehzahl geeignet sein. Dafür muss er lediglich ein geringeres Drehmomment bereitstellen, so dass es möglich ist, den Motor kleiner zu bauen.
Alternativ kann auf eine derartige Übersetzungseinrichtung, also z.B. auf eine Getriebezwischenstufe verzichtet werden, um die Trägheitskräfte gering zu halten.
Der Motor kann z.B. als Asynchronmotor oder als Synchronmotor, wie z.B. als Magnetmotor, Klauenpolmotor oder Torquemotor ausgebildet sein.
Von der prinzipiellen Ansteuerung her entspricht der Antrieb dann einem Linearmotor, wie er z.B. in der WO 03/066286 A1 oder der DE 10 2005 030 340 B3 beschrieben ist. Jedoch handelt es sich vorliegend bei dem Motor um einen wieder aufgewickelten, also wirkungsmäßig geschlossenen Linearmotor, mit einem drehend angetriebenen Rotor anstelle eines axial beweglichen Läufers bei einem Linearmotor.
Der Antrieb kann bei einer Variante zwei gegenläufig betriebene Motoren aufweisen, die gemeinsam das Antriebselement antreiben. Bei dieser Ausführungsform genügt es, zwei relativ klein bauende, schwache Motoren zusammenzukoppeln, die gemeinsam das Antriebselement bewegen. Die Aufteilung des Antriebs in zwei Motoren erhöht den Spielraum bei der Gestaltung eines das Schlagwerk nutzenden Arbeitsgeräts, also z.B. eines Aufbruchhammers.
Jeder der Motoren kann wiederum in der oben beschriebenen Weise innerhalb eines Schlagzyklus individuell angesteuert werden und z.B. als Magnetmotor bzw. Synchronmotor ausgebildet sein, so dass er einerseits einen drehenden Rotor aufweist und andererseits wie ein Linearmotor angesteuert werden kann.
Jedem der Motoren kann eine Übertragungseinrichtung zugeordnet sein, um die von dem jeweiligen Motor erzeugte Drehbewegung in eine Längsbewegung des Antriebselements zu übertragen. Ebenso ist es möglich, dass die Motoren eine gemeinsame Übertragungseinrichtung beaufschlagen.
Die Motoren können auch in anderer Weise miteinander gekoppelt sein, um gemeinsam das Antriebselement anzutreiben.
Bei einer Ausführungsform ist das Schlagwerk ein Luftfederschlagwerk, das Antriebselement als Antriebskolben und das Schlagelement als Schlagkolben ausgebildet. Die Koppeleinrichtung kann eine in einem Hohlraum zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben ausgebildete Antriebs-Luftfeder aufweisen, über die die Bewegung des Antriebskolbens auf den Schlagkolben übertragbar ist.
Bei einer Weiterentwicklung kann die Koppeleinrichtung zusätzlich zu der Antriebs-Luftfeder eine zwischen Antriebskolben und dem Schlagkolben wirksame Rückhol-Luftfeder aufweisen, um eine Rückwärtsbewegung des Schlagkolbens nach einem Schlag zu unterstützen. Auf diese Weise wird eine so genannte doppelt wirkende Luftfeder realisiert.
Gegenüber einem herkömmlichen Drehmotor, wie z.B. in EP 1 172 180 A2 beschrieben, ermöglicht die Erfindung eine Variation der Schlagfrequenz unabhängig von der Variation der Schlagstärke. Dadurch kann z.B. eine hohe Schlagfrequenz mit kleiner Schlagstärke beim Ansetzen eines von dem Schlagwerk in einem Hammer beaufschlagten Meißels erreicht werden. Durch schnelles Abbremsen des Motors kann ein Leerlauf erreicht werden, ohne dass ein Leerlaufweg oder eine spezielle Leerlaufeinrichtung erforderlich sind. Zudem ist eine exakte Schlagstärkenregelung selbst bei unterschiedlichstem Rückstoß (beim Aufprall des Schlagelements auf das Werkzeug) durch Anpassung der Bewegung des Antriebskolbens an die Flugkurve des Schlagelements möglich. Das Verhältnis zwischen Antriebselement und Schlagelement kann in Abhängigkeit von unterschiedlichen Umgebungsdrücken angepasst werden.
Auch gegenüber elektrodynamischen Antrieben mit Linearmotor ergeben sich Vorteile. So werden die Läufer- und Statorflächen voll ausgenutzt, weil sich Läufer (Rotor) und Stator stets voll im Eingriff befinden. Es sind keine oder nur schwächere Umkehrfedern im Bereich des oberen und des unteren Totpunkts für das Abbremsen des Antriebskolbens erforderlich, da die ungefähre Lage der Umkehrpunkte des Antriebskolbens mit dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt des Motors bei einem Vollschlag in etwa übereinstimmen.
Aufgrund der Bauform sind geringere elektrische Kräfte und damit geringe Maßnahmen zur elektrischen Zwischenspeicherung möglich, so dass z.B. kleinere Kondensatoren gewählt werden können.
Der Motor lässt sich aufgrund der rotatorisch bewegten Teile und der damit vorhandenen Rotationslagerstellen einfacher abdichten, als dies bei Linearmotoren mit Linearführung eines Läufers erforderlich ist. Die Lagerstelle des Rotors muss - da radial innenliegend - nur eine niedrigere Geschwindigkeit aufnehmen, als dies bei dem Läufer eines Linearmotors der Fall ist. Dadurch werden Massenkräfte und Reibung vermindert.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Schlagwerk;
Fig 2: den Bewegungsverlauf eines Antriebskolbens und eines Schlagkolbens bei einem bekannten Schlagwerk;
Fig. 3 bis 5: verschiedene Bewegungsverläufe des Antriebskolbens über dem Kurbelwinkel;
Fig. 6: Bewegungsverläufe des Antriebskolbens über der Zeit;
Fig. 7: die Bewegung von Antriebskolben und Schlagkolben bei dem Schlagwerk von Fig. 1; und
Fig. 8: eine andere Ausführungsform des Schlagwerks.

Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht ein Schlagwerk mit einem Motor 1, der einen Stator 2, einen Rotor 3 und eine Steuerelektronik 4 aufweist. Der Motor ist als Magnetmotor oder Synchronmotor ausgebildet. Er entspricht somit wirkungsmäßig einem über den Umfang geschlossenen, aufgewickelten Linearmotor. Die Steuerelektronik 4 ermöglicht es, innerhalb physikalischer Grenzen beliebige Drehbewegungen, Wege und Drehgeschwindigkeiten des Rotors 3 zu erzeugen.
Die Drehbewegung des Rotors 3 wird über einen Zapfen 5 auf ein Pleuel 6 übertragen. Der Zapfen 5 und das Pleuel 6 bilden eine Übertragungseinrichtung in Form eines Kurbeltriebs.
Mit dem Pleuel 6 ist ein als Antriebselement dienender Antriebskolben 7 gekoppelt, der innerhalb eines als Führungseinrichtung dienenden Führungszylinders 8 hin- und herbewegbar ist.
Innerhalb des Antriebskolbens 7 ist ein als Schlagelement dienender Schlagkolben 9 angeordnet. Der Schlagkolben 9 ist in einem Hohlraum des Antriebskolbens 7 hin- und herbewegbar. Durch die Relativbewegung zwischen Antriebskolben 7 und Schlagkolben 9 bildet sich in bekannter Weise eine Antriebs-Luftfeder 10 aus, die insbesondere bei einer Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens 7 in Richtung eines Meißels 11 den Schlagkolben 9 ebenfalls nach vorne bewegt. Der Schlagkolben 9 trifft zyklisch auf den Meißel 11 auf, der in einem Werkzeughalter 13 gehalten ist.
Zusätzlich ist vor dem Schlagkolben 9 ebenfalls im Inneren des Antriebskolbens 7 eine Rückhol-Luftfeder 12 ausgebildet, die die Rückbewegung des Schlagkolbens 9 nach vollzogenem Schlag unterstützt. Dadurch wird ein Schlagwerk mit einer an sich bekannten doppelt wirkender Luftfeder realisiert.
Fig. 2 zeigt für ein herkömmliches Schlagwerk mit rotatorischem Antrieb die Bewegung des Antriebskolbens (Kolben) über dem Kurbelwinkel (Fig. 2a) sowie die Bewegung des Antriebskolbens und des Schlagkolbens (Schläger) über der Zeit (Fig. 2b).
So ist erkennbar, dass der Elektromotor während eines Schlagzyklus einen Drehwinkel von 360° überstreicht und der Antriebskolben eine entsprechende angenäherte Sinusbewegung im Kolbenhub vollzieht. In Fig. 2 sind zwei Schlagzyklen dargestellt (Drehwinkel 720°).
In Fig. 2b ist erkennbar, dass der Schläger (untere Kurve) der Bewegung des Kolbens zeitversetzt folgt. Der Schlag erfolgt jeweils in der untersten Stellung.
In Abweichung von diesen mit herkömmlichen Elektromotoren in üblicher Weise erzielbaren Bewegungsverläufen ermöglicht es die Erfindung, bei dem in Fig. 1 dargestellten Schlagwerk den Antriebskolben individuell variabel anzusteuern, wie in den Fig. 3 bis 6 gezeigt.
Fig. 3 zeigt die Kolbenbewegung des Antriebskolbens 7 über dem Kurbelwinkel. Dabei wird der Kolbenhub zwischen dem maximal möglichen oberen Totpunkt (1,0000) und dem unteren Totpunkt (0,0000) voll ausgeschöpft.
Bei der Darstellung von Fig. 4 erreicht der Antriebskolben zwar den unteren Totpunkt bei 0,0000, während er jedoch nicht den maximal oberen Totpunkt von Fig. 3, sondern lediglich einen oberen Totpunkt (hier: Umkehrpunkt) im Bereich von 0,8000 erreicht.
Bei Fig. 5 wird der Motor 1 derart angesteuert, dass der Antriebskolben einen oberen Totpunkt von lediglich 0,3500 erreicht und dann bereits wieder umkehrt.
Die in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Verläufe werden mit Hilfe des Motors 1 dadurch erreicht, dass jeweils bei Erreichen des entsprechenden maximalen Drehwinkels die Drehrichtung des Rotors 3 umgekehrt wird. Somit vollzieht der Antriebskolben 7 eine Hin- und Herbewegung, ohne dass der durch die Übertragungseinrichtung, also z.B. den Kurbeltrieb vorgegebene maximale Hubbewegung und der maximale obere Totpunkt (wie in Fig. 3 gezeigt) durchfahren werden muss.
Es ist lediglich sinnvoll, wenn bei jedem Schlagzyklus der untere Totpunkt (Pos. 0,0000) durchfahren wird, wie auch in den Fig. 3 bis 5 gezeigt.
Diese Kolbenbewegungen sind in Fig. 6 über der Zeit aufgetragen.
Deutlich erkennbar ist, dass der Antriebskolben sehr unterschiedliche Bewegungsverläufe, Kolbenhübe und Frequenzen erzielen kann, was durch die jeweilige Ansteuerung des Motors 1 ermöglicht wird. So ist z.B. bei dem verhältnismäßig geringen Kolbenhub von Fig. 5 über die Zeit ein hochfrequentes Schlagen möglich, während bei Ausschöpfung des maximal möglichen Kolbenhubs (Fig. 3) eine geringere Frequenz erreicht wird.
Zudem ist erkennbar, dass es für das Erzeugen der Schlagbewegung des Antriebskolbens 7 nicht erforderlich ist, dass der Antriebskolben durch den maximalen oberen Totpunkt (Pos. 1,0000) bewegt werden muss.
Alternativ zu den in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen ist es auch möglich, dass der untere Totpunkt nicht bei jedem Schlagzyklus durchfahren wird. In diesem Fall kann die Drehrichtung des Rotors 3 und damit die Bewegungsrichtung des Antriebskolbens bereits umgekehrt werden, bevor der Kurbeltrieb (oder ein entsprechender Zahnstangentrieb etc.) bzw. der Antriebskolben den theoretisch möglichen unteren Totpunkt erreicht haben. Der Antriebskolben wird dann durch die Drehung des Rotors 3 zunächst nach unten bewegt, jedoch schon vor Erreichen des (theoretisch möglichen) unteren Totpunkts abgebremst und wieder zurückbewegt. Auf diese Weise wird der untere Totpunkt bei dieser Ausführungsform nicht durchfahren, analog wie dies für den oberen Totpunkt in Zusammenhang mit den Ausführungsformen der Fig. 3 bis 5 gilt. Die Hin- und Herbewegung des Rotors 3 bewirkt eine Hin- und Herbewegung des Antriebskolbens, ohne dass der untere oder der obere Totpunkt durchfahren werden.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Bewegung des Antriebskolbens 7 und des Schlagkolbens 9 über der Zeit.
Im Unterschied zu der Kolben-Schlägerbewegung bei einem bekannten Schlagwerk, wie in Fig. 2b gezeigt, sind die Bewegungsverläufe des Antriebskolbens und des Schlagkolbens 9 deutlich angenähert. Der axiale Abstand, der maximal erreicht werden kann, ist erheblich geringer, als beim Stand der Technik. Dadurch kann z.B. die Antriebs-Luftfeder 10 kürzer gebaut werden.
Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des Schlagwerks von Fig. 1.
Hier sind zwei Motoren 1 vorgesehen, die jeweils ein Pleuel 6 antreiben, wodurch der Antriebskolben 7 in der entsprechenden Weise hin- und herbewegt wird. Die Motoren 1 werden gegenläufig betrieben, wie durch Pfeilrichtung gezeigt.
Die wechselnden Motordrehmomente heben sich gegenseitig auf, so dass keine Seitenkräfte und keine Kippmomente auf den Antriebskolben 7 wirken. Dies erhöht die Laufruhe und damit den Komfort, wenn das Schlagwerk z.B. in einem handgehaltenen Arbeitsgerät eingesetzt wird.
Das Schlagwerk kann insbesondere bei einem Bohr- und/oder Schlaghammer bzw. einem Aufbruchhammer verwendet werden.

Claims

Schlagwerk, mit
- einem Antrieb mit einem Motor (1) und einem in dem Motor (1) vorgesehenen Rotor (3);

- einem von dem Antrieb in einer Führungseinrichtung (8) hin- und herbewegbaren Antriebselement (7);

- einem Schlagelement (9); und mit

- einer zwischen dem Antriebselement (7) und dem Schlagelement (9) wirksamen Koppeleinrichtung (10), über die die Bewegung des Antriebselements (7) auf das Schlagelement (9) übertragbar ist;
dadurch gekennzeichnet, dass

- der Motor (1) derart ansteuerbar ist, dass innerhalb eines Schlagzyklus veränderbare Drehgeschwindigkeiten des Rotors (3) erzeugbar sind; und dass

- der Motor (1) derart ansteuerbar ist, dass eine Änderung der Drehgeschwindigkeit innerhalb eines Schlagzyklus entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus für die Bewegung des Rotors (3) bewirkt wird; und dass

- der Algorithmus eine Bewegung des Rotors (3) in Abhängigkeit von Ereignissen vorgibt, die an oder mit Komponenten des Schlagwerks auftreten, insbesondere in Abhängigkeit von einer tatsächlichen Bewegung des Schlagelements (9).
Schlagwerk, mit
- einem Antrieb mit einem Motor (1) und einem in dem Motor (1) vorgesehenen Rotor (3);

- einem von dem Antrieb in einer Führungseinrichtung (8) hin- und herbewegbaren Antriebselement (7);

- einem Schlagelement (9); und mit

- einer zwischen dem Antriebselement (7) und dem Schlagelement (9) wirksamen Koppeleinrichtung (10), über die die Bewegung des Antriebselements (7) auf das Schlagelement (9) übertragbar ist;
wobei

- der Motor (1) derart ansteuerbar ist, dass von Schlagzyklus zu Schlagzyklus veränderbare Drehgeschwindigkeiten des Rotors (3) erzeugbar sind;
dadurch gekennzeichnet, dass

- der Motor (1) derart ansteuerbar ist, dass der Motor (1) innerhalb eines Schlagzyklus eine Hin- und Her-Drehbewegung des Rotors (3) erzeugt.
Schlagwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) derart ansteuerbar ist, dass eine Änderung der Drehgeschwindigkeit innerhalb eines Schlagzyklus und/oder von Schlagzyklus zu Schlagzyklus entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus für die Bewegung des Rotors (3) bewirkt wird.
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus eine Bewegung des Rotors (3) in Abhängigkeit von Ereignissen vorgibt, die an oder mit Komponenten des Schlagwerks auftreten, insbesondere in Abhängigkeit von einer tatsächlichen Bewegung des Schlagelements (9).
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus einen durch eine Steuerung und/oder Regelung fest vorgegebenen Weg-Zeit-Verlauf für die Bewegung des Rotors (3) aufweist.
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) derart ansteuerbar ist, dass das von dem Motor (1) angetriebene Antriebselement (7) einen Bewegungsverlauf erreicht, welcher dem Bewegungsverlauf des Schlagelements (9) angenähert ist.
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) derart ansteuerbar ist, dass
- ein unterer, zum Schlagelement (9) hin gelegener Totpunkt des Antriebselements (7) innerhalb jedes Schlagzyklus durchfahren wird; und/oder dass

- ein oberer, vom Schlagelement abgelegener Totpunkt des Antriebselements (7) nicht innerhalb jedes Schlagzyklus durchfahren wird.
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motor (1) und dem Antriebselement (7) eine Übertragungseinrichtung (5, 6) vorgesehen ist, zum Übertragen einer von dem Motor (1) erzeugten Drehbewegung in eine Längsbewegung des Antriebselements (7).
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung eine Übersetzungseinrichtung aufweist, derart, dass der Motor (1) während eines Schlagzyklus mehrere Umdrehungen des Rotors (3) erzeugt.
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zwei gegenläufig betriebene Motoren (1) aufweist, die gemeinsam das Antriebselement (7) antreiben.
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Motoren (1) eine Übertragungseinrichtung (5, 6) zugeordnet ist, zum Übertragen der von dem jeweiligen Motor erzeugten Drehbewegung in eine Längsbewegung des Antriebselements (7).
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Schlagwerk ein Luftfederschlagwerk ist;

- das Antriebselement als Antriebskolben (7) ausgebildet ist;

- das Schlagelement als Schlagkolben (9) ausgebildet ist;

- die Koppeleinrichtung eine in einem Hohlraum zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben ausgebildete Antriebs-Luftfeder (10) aufweist, über die die Bewegung des Antriebskolbens (7) auf den Schlagkolben (9) übertragbar ist.
Schlagwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung zusätzlich zu der Antriebs-Luftfeder eine zwischen dem Antriebskolben (7) und dem Schlagkolben (9) wirksame Rückhol-Luftfeder (12) aufweist, zum Unterstützen einer Rückwärtsbewegung des Schlagkolbens (9) nach einem Schlag.
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) ein Asynchronmotor, ein Magnetmotor oder ein anderer Synchronmotor ist.
Schlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) als aufgewickelter, wirkungsmäßig geschlossener Linearmotor ausgebildet ist.