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Aufgabe der Erfindung
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Die
Erfindung bezeichnet eine zumindest teilweise schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine
mit einem Magnetschlagwerk, insbesondere einen Meisselhammer oder
einen Kombihammer.
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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 .
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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.
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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.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht in der Erhöhung der Leistungsfähigkeit
eines Magnetschlagwerks für schlagende Elektrohandwerkzeugmaschinen.
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Die
Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorteilhaft
sind sowohl der Tauchkern als auch das Schlagmittel aus stossfestem,
weichmagnetischen Werkstoff, bspw. aus kohlenstoffarmen Weicheisen,
wodurch Hystereseverluste minimiert werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gleichwohl
ist das erfindungsgemässe Magnetschlagwerk auch in teilweise
drehenden Elektrohandwerkzeugmaschinen mit drehender Werkzeugaufnahme
nutzbar, bspw. einem Kombihammer.
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Die
Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels
näher erläutert mit:
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1 als
Elektrohandwerkzeugmaschine
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2 als
Prinzip einer Zylinderspule mit ferromagnetischem Spulenkern
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3 als
Variante einer Einzelheit
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 3114423 [0002]
- - US 4215297 [0003]
- - GB 258725 [0004]
- - US 4553074 [0004]
- - US 4237987 [0004]