Demgegenüber ist
es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Handwerkzeugmaschine
der beschriebenen Art bereitzu stellen, die eine größere Flexibilität und Genauigkeit
in der Steuerung ihrer Arbeitsbewegung aufweist und deren Hin- und Herbewegung
leichter als bisher veränderbar
ist. Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Arbeitsgeräusche
der Maschine und eine frühzeitige Abnutzung
der Führungs-
und Antriebssysteme weitestgehend zu reduzieren.
Diese
Aufgabe wird mit einer Handwerkzeugmaschine mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
Vorteile der
Erfindung
Die
erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine
mit einem hin- und
hergehenden Werkzeug weist eine Regelung für die Arbeitsbewegung des Werkzeugs
auf, wobei der Antrieb ein in der Bewegung begrenzter Aktor ist,
welcher über
eine Führung mit
dem Werkzeugteil gekoppelt ist, und wobei die Regelung einen Sensor
umfasst zur Erfassung eines bewegungsbezogenen Messsignals zur Regelung des
Antriebs. Der Sensor ist vorzugsweise ein Bewegungs- oder Geschwindigkeitssensor.
Durch die direkte Regelung der Werkzeugbewegung im Zusammenhang
mit dem Sensor kann während
des Arbeitens mit der Handwerkzeugmaschine eine Verstellung der
Arbeitsgeschwindigkeit, das heißt
der Hin- und Herbewegungen
des Werkzeuges, je nach Bedarf eingestellt werden. Da der Antrieb
ein in der Bewegung begrenzter Aktor ist und nicht ein schnell drehender
Universal-Motor, kann über
die Regelung auch direkt in den Bewegungsablauf des Werkzeuges eingegriffen
werden. Die Erfassung von bewegungsbezogenen Messsignalen durch
den Sensor ermöglicht
beispielsweise über
Vorgabe eines Sollwertes oder eines vorbestimmten Verlaufs einer
Arbeitsgeschwindigkeit oder einer Arbeitskraft, einen gewünschten
Ablauf in der Bearbeitung entsprechend den spezifischen Anforderungen
und/oder Materialien durchzuführen.
Die Einsatzvielfältigkeit
der Werkzeugmaschine ist erhöht.
Beispielsweise kann auch bei einem Werkzeug, welches nur in einer
Richtung, zum Beispiel der Vorwärtsrichtung,
eine erhöhte
Kraft ausüben
muss, die Arbeitsbewegung derart gesteuert werden, dass die entgegengesetzte
Bewegung des Werkzeuges nur mit geringer Kraft und/oder erhöhter Geschwindigkeit
erfolgt. Außerdem
kann der Ablauf der Arbeitsbewegung bei der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine
entsprechend der jeweiligen Materialart, der gewünschten Präzision des Arbeitsergebnisses
oder des verwendeten Typs eines Werkzeuges durch die Bewegungsregelung
des Aktors direkt beeinflusst werden. Die Arbeitsbewegung kann auch über ihren
Verlauf mit unterschiedlichen Geschwindigkeitsprofilen gesteuert
werden, sodass sie beispielsweise beim Eingriff des Werkzeuges in
das Material maximal ist und im weiteren Verlauf abnimmt. Im Gegensatz
zu herkömmlichen
Handwerkzeugmaschinen mit hochdrehenden Elektromotoren, bei denen
die Arbeitsgeschwindigkeit derartiger Werkzeuge sinusförmig ist, kann
erfindungsgemäß entsprechend
einem Sollwert in der Regelung die Arbeitsgeschwindigkeit in bestimmten
Grenzen und auf schnelle Weise hoch- oder runtergeregelt werden.
Des
Weiteren weist die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine
durch den hin- und herbewegten Aktor als Antriebseinheit den Vorteil
auf, dass die erzeugten Geräusche
des Werkzeuges stark reduziert sind, da es keinen hochdrehenden
Elektromotor mit schleifenden Kollektorlamellen mehr gibt. Da mit
der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine
eine Umwandlung von einer rotativen in eine translatorische Bewegung
vermieden wird, ist der Aufbau gegenüber herkömmlichen, derartigen Maschinen
wesentlich vereinfacht. Außerdem
sind die auftretenden Abnutzungserscheinungen aufgrund von Lagerungen
und Führungen
der schnelldrehenden Bauteile wesentlich verringert. Durch die Verringerung
der Reibungen und mechanischen Bewegungsumwandlungen ist auch die
Ausnutzung der erzeugten Leistung des Antriebs wesentlich effektiver als
bei bisherigen derartigen Handwerkzeugmaschinen. Nicht zuletzt ist
die Anzahl von erforderlichen Einzelteilen reduziert, da der als
Antrieb dienende Aktor in der Bewegung begrenzt ist. Der Aktor führt keine
vollständig
rotative Bewegung, sondern eine im Wesentlichen oszillierende Bewegung
aus, welche eine direkte Kopplung des Werkzeug mit dem Antrieb ermöglicht.
Die Führung, über welche
der Antrieb mit dem Werkzeug gekoppelt ist, kann möglichst
reibungsarm ausgestaltet werden, beispielsweise durch Vorsehen geeigneter
Führungsstangen
oder reibverminderter Lager.
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor zum
Antrieb des Werkzeuges ein reversierend laufender elektronischer
Aktor, der angepasst ist zur Erzeugung großer statischer und dynamischer
Kräfte,
bei einer niedrigen elektrischen Zeitkonstante. Durch den reversierend
bzw. hin- und herlaufenden elektronischen Aktor, der vorzugsweise entsprechend
der erforderlichen Werkzeugbewegung eine angepasste Bewegungsstrecke
aufweist, kann die erforderliche Hin- und Herbewegung am Werkzeugteil
auf direkte und konstruktiv einfache Weise realisiert werden. Die
hohen statischen und dynamischen Kräfte, die durch den Aktor realisierbar sind,
sind mindestens gleich zu denjenigen, die bei herkömmlichen,
dem Fachmann bekannten Universal-Elektromotoren mit Umdrehungen
pro Minute zwischen 10.000 und 30.000 realisiert werden. Die niedrige
elektrische Zeitkonstante ist niedrig im Verhältnis zu derjenigen von eben
diesen Universal-Motoren. Mit einer niedrigen elektrischen Zeitkonstante ist
eine im Verhältnis
zu diesen kurze Ansprechzeit bei Anlegen einer elektrischen Spannung
realisierbar, sodass das Werkzeug lediglich mit äußerst geringer Zeitverzögerung auf
einen Steuerbefehl durch den Benutzer bzw. die Regelung der Handwerkzeugmaschine
reagiert.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor ein elektromagnetischer,
sich hin- und herbewegender Linearaktor. Der erfindungsgemäße elektromagnetische
Linearaktor hat insbesondere im Bereich von Handwerkzeugmaschinen,
wie zum Beispiel Stichsägen
oder andere, lediglich eine lineare Arbeitsbewegung ausführenden
Vorrichtungen, den Vorteil, dass die Antriebseinheit einfach ausgebildet
ist und keine zusätzlichen
Führungs- oder Umlenkungsmittel
erforderlich sind. Die Bewegungsstrecke und insbesondere ihre Länge kann
an die jeweilig erforderliche Werkzeugbewegungsstrecke direkt angepasst
werden. Der Vorteil von elektromagnetischen Linearaktoren bzw. Linearmotoren liegt
nicht zuletzt in der Möglichkeit
einer Erzeugung von relativ hohen statischen und dynamischen Kräften. Elektromagnetische
Aktoren sind äußerst langlebig
und störungsunanfällig.
Nach
einer diesbezüglich
alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor ein drehender und
in der Bewegung begrenzter Drehaktor. In bestimmten Bereichen kann
es erforderlich sein, dass die hin- und hergehende Arbeitsbewegung
des Werkzeugs nicht vollständig
linear ist, sondern einen leicht bogenförmigen Verlauf aufweist.
Beispielsweise
kann dies im Bereich von Schwingschleifern der Fall sein. Dennoch
ist die Bewegung des Antriebs begrenzt und keine vollständige umlaufende
Drehbewegung, wie es bei herkömmlichen
Elektromotoren der Fall ist. Deshalb sind die Vorteile der Erfindung,
einer vielfältig
steuerbaren und regelbaren Bewegung des Werkzeuges und einer geräuscharmen
und dennoch effektiven Krafterzeugung, auch durch einen in der Drehbewegung
begrenzten hin- und herbewegbaren Aktor als Antriebseinheit gegeben.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Regelung der Arbeitsbewegung des Werkzeugs eine Regelung im geschlossenen
Kreislauf in einem Nachführungsmodus
mit einem vorgegebenen Bewegungs-Sollwert und/oder Bewegungsablauf.
Auf diese Weise kann die Arbeitsbewegung des Werkzeuges mittels
der erfassten bewegungsbezogenen Signale und eines vorgegebenen
Sollwerts und/oder eines bestimmten Ablaufs einer Bewegung auf vielfältige und
unterschiedliche Weise je nach Bedarf geregelt werden. Die Regelung in
einem geschlossenen Kreislauf ermöglicht eine direkte Rückkopplung
auf den Stellwert, das heißt
beispielsweise den Geschwindigkeits-Sollwert. Durch den Nachführmodus
der geschlossenen Regelung kann die Regelung und somit die Einstellung
des Antriebs auf schnelle und direkte Weise erfolgen. Auch bei abnormalen
Arbeitsbedingungen, wie zum Beispiel einem Auftreffen auf ein wesentlich
härteres Material,
kann die Funktionsfähigkeit
der Handwerkzeugmaschine dennoch aufrecht erhalten werden. Die Regelung
der Bewegung des Werkzeugs ist über den
gesamten Hub des Werkzeugs direkt und genau.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein
Leistungsverstärker
zum Steuern des Aktors vorgesehen. Der Aktor kann so direkt mit
einer erhöhten
elektrischen Leistung betrieben werden, sodass die hohen dynamischen
und statischen Kräfte
erzeugbar sind. Die Leistungsverstärkung ist vorzugsweise mit
der Regelung der Maschine verbunden, über welche eine wesentlich
geringere Steuerspannung mit niedriger Stromstärke zur eigentlichen Regelung
der Arbeitsbewegung geliefert wird.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Führung
der Handwerkzeugmaschine zur Kopplung des Aktors mit dem Werkzeug
ein elastisches Führungs-Parallelogramm aus
Blattfedern. Die Führung über ein
elastisches Führungs-Parallelogramm
zwischen einem Gehäuse der
Maschine und dem Werkzeug ist konstruktiv einfach und erlaubt insbesondere
bei der linearen und hin- und
hergehenden Arbeitsbewegung des Werkzeugs eine elastische Bewegungsführung, die
zu den Seiten hin, das heißt
quer zur eigentlichen Richtung der Arbeitsbewegung, dennoch eine
stabile Führung gewährleistet.
Die Präzision
der Arbeitsbewegung des Werkzeuges ist gewährleistet. Nach einer diesbezüglich alternativen
Ausgestaltung der Erfindung ist die Führung eine Gleitlagerung zwischen
dem Gehäuse
und dem Werkzeug. Die Führung
mittels Gleitlagerung erfordert relativ wenig Raum in der Maschine,
sodass eine kompakte Bauweise ermöglicht wird. Die Gleitführung beispielsweise über Führungsstangen,
die in Lagerungsöffnungen
geführt
sind, kann dennoch derart ausgebildet werden, dass möglichst geringe
Reibungskräfte
entstehen. Die Ausnutzung der durch den Antrieb erzeugten Leistung
ist effektiv. Eine erhöhte
Abnutzung der Maschine wird vermieden und eine lange Lebensdauer
möglich,
da die notwendige Anzahl von Lagern gegenüber Lagerungs- und Führungssystemen
bei herkömmlichen
derartigen Handwerkzeugmaschinen mit Umformgetrieben reduziert ist.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
elastische Führung
jeweils angepasst an die Massen des Werkzeugs und des Gehäuses der
Handwerkzeugmaschine. Mit der Führung
kann hierdurch eine erste Dämpfung
von Vibrationen erfolgen, die zwangsläufig bei Werkzeugen mit einer
hin- und hergehenden Arbeitsbewegung auftreten. Die Anpassung der
elastischen Führung
erfolgt beispielsweise über
entsprechende Federkonstanten in den Federn eines elastischen Führungs-Parallelogramms oder
in der Reibwirkung bzw. Lagerdämpfung
der Gleitlager.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein
Masseausgleich vorgesehen zur Vermeidung von Vibrationen durch die
dynamischen Kräfte
und Trägheitsmomente.
Das Dämpfen
von Vibrationen durch Vorsehen entsprechender Massen an den zueinander
beweglichen Bauteilen von Handwerkzeugmaschinen erlaubt auf konstruktiv einfache
Weise eine effektive Vibrationsisolierung. Die Benutzung der Maschine
ist wesentlich komfortabler. Beispielsweise können entsprechende Gegenmassen über elastische
Bauteile, die an den masserelevanten Elementen und Bauteilen der
Maschine angebracht sind, vorgesehen werden. Gemäß einem vorteilhaften Aspekt
kann ein an die jeweiligen Massen von dem Werkzeug und dem Gehäuseteil der
Handwerkzeugmaschine angepasstes, lineares Gegenträgheitselement
vorgesehen sein. Das Gegenträgheitselement
kann zum Beispiel über
eine in linearer Richtung entsprechend der Längsrichtung und Richtung der
Arbeitsbewegung des Werkzeuges elastisch aufgehängte Masse realisiert werden.
Der
Sensor ist vorzugsweise ein Bewegungssensor, der angepasst ist zur
Erfassung der Bewegung des Werkzeugs über den gesamten Bewegungs-
bzw. Arbeitsablauf. Dadurch wird über den gesamten Hub des hin-
und herbewegten Werkzeugs eine Beschleunigungsinformation bereitgestellt,
die einer genauen Regelung dient. Die Regelung ist effizient und
besser angepasst auf verschiedene Arbeitsbedingungen.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Regelung mit einem Korrektursystem ausgestattet, welches an die
Mechanik und die möglichen
Betriebsbedingungen der Handwerkzeugmaschine angepasst ist. In dem
Korrektursystem können
beispielsweise häufig
auftretende, extreme Arbeitsbedingungen berücksichtigt werden, die bei
der Regelung dementsprechend berücksichtigt
werden können,
sodass es nicht zu fehlerhaften Sollwert-Vorgaben oder Übersteuerungen in dem System
kommt. Die Korrekturschaltung verbessert die Qualität und Wirksamkeit
der Regelung des Werkzeugs in seiner Geschwindigkeit, seiner Kraft und
in den gewünschten
Bewegungsabläufen.
Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
zu entnehmen, in welcher die Erfindung anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher beschrieben
und erläutert
ist.
Zeichnungen
In
der Zeichnung zeigen:
1 ein Blockdiagramm des
Aufbaus eines Elektrowerkzeugs mit einem schnell drehenden Universal-Motor
gemäß dem Stand
der Technik;
2 ein Blockdiagramm eines
Ausführungsbeispiels
eines Elektrowerkzeuges mit direkt gekoppeltem Aktor und Bewegungsregelung
gemäß der Erfindung;
3 eine geschnittene, schematische
Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Elektrowerkzeuges mit Gleitlagerführung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine geschnittene, schematische
Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Elektrowerkzeuges mit Führung
durch ein elastisches Parallelogramm gemäß der Erfindung;
5 eine geschnittene, schematische
Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
eines Elektrowerkzeuges mit Masseausgleichssystem gemäß der Erfindung;
6a eine schematische, geschnittene Seitenansicht
eines vierten Ausführungsbeispiels
eines Elektrowerkzeuges mit Masseausgleich gemäß der Erfindung;
6b eine Draufsicht auf das
Ausführungsbeispiel
des Elektrowerkzeuges gemäß 6a;
7a und 7b Detail-Seitenansichten von zwei Ausführungsbeispielen
für ein
elastisches Führungs-Parallelogramm zur
Führung
in einer Handwerkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
Das
in 2 gezeigte Blockdiagramm
eines Ausführungsbeispiels
einer elektronischen Handwerkzeugmaschine verdeutlicht wesentliche
Elemente und die Hauptfunktionsweise der erfindungsgemäßen Maschine:
Ein in der Bewegung begrenzter Antrieb 1, beispielsweise
ein Linear- oder Drehaktor mit begrenzter Bewegung, ist mit einer
Führung 4 gekoppelt
und wird über
einen Regler 3 betätigt.
Der Regler 3 betätigt
seinerseits einen zwischengeschalteten Leistungsverstärker 6.
Der Antrieb 1 ist vorzugsweise ein elektronischer Linearaktor,
wie zum Beispiel ein elektromagnetischer Aktor mit einer Tauchspule.
Alternativ kann der Antrieb 1 ein drehender Aktor sein, ebenfalls
in der Bewegung begrenzt, der über
einen bestimmten Radius eine hin- und hergehende Drehbewegung ausführt. Jedenfalls
ist der Antrieb 1 gemäß der Erfindung
ein in der Bewegung begrenzter Aktor, der angepasst ist, hohe dynamische
und statische Kräfte
zu erzeugen. Unter hohen Kräften
und Momenten wird vorliegend eine Größenordnung verstanden, die
mindestens gleich zu derjenigen ist, wie sie mit herkömmlichen
Universal-Elektromotoren
realisierbar ist, die bei Handelektrowerkzeugen heutzutage eingesetzt
werden. In dem Regelkreis des Ausführungsbeispiels (2) ist weiter ein Sensor 5 vorgesehen,
der direkt mit dem Werkzeug 2 und/oder der Führung 4 in
Beziehung steht, sodass eine bewegungsbezogene Größe als ein
Messsignal erfassbar ist. Die bewegungsbezogene Größe kann
beispielsweise eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung sein.
Dem Fachmann sind entsprechende Sensoren hinlänglich bekannt, und es können beispielsweise
zur Beschleunigungsmessung piezoelektrische Sensoren eingesetzt
werden. Die gemessenen Werte durch den Bewegungssensor 5 werden
dem Regler 3 zugeführt,
der zudem einen Bewegungs-Sollwert V als Eingangsgröße aufweist.
Unter Bewegungs-Sollwert wird vorliegend nicht nur eine vorgegebene
statische Bewegungsgröße verstanden,
sondern ebenso ein Profil einer Bewegung oder ein Ablauf von unterschiedlichen
Bewegungsrichtungen und/oder Geschwindigkeiten. Bei Abweichen des
durch den Sensor 5 gemessenen Bewegungswertes am Werkzeug 2 von
dem Bewegungs-Sollwert
V wird über
den Regler 3 der Aktor 1 auf den entsprechenden
Wert ab- oder aufgeregelt. Der Aktor 1 ist mit dem Werkzeug 2 über die
Führung 4 gekoppelt,
die beispielsweise durch elastisch geführte Massen des Werkzeuges
und des Gehäuses
bzw. Werkzeugträgers
gebildet ist. Beispielsweise ist die Führung 4 ein elastisches
Federparallelogramm aus jeweils zueinander parallel angeordneten
und miteinander fest verbundenen blattfederartigen Federelementen.
Optional ist ein Masseausgleich 14 zwischen dem Werkzeug 2 und
der Führung 4 vorgesehen.
Das weiter unten im Detail dargestellte Masseausgleichssystem 14 weist
beispielsweise eine zusätzliche
elastisch geführte
Ausgleichsmasse im Innern der Maschine auf, die entweder über einen
Umkehrhebel mit elastischer Lagerung aufgebracht wird, dessen Geschwindigkeit
gleich und entgegengesetzt zu derjenigen der Masse des Werkzeugs 2 ist.
Oder das System zum Masseausgleich ist durch ein Gegenträgheitselement
ausgeführt,
das phasenversetzt zu der Bewegung des Werkzeugs 2 bewegbar
ist. Der Masseausgleich 14 zur Vermeidung oder vollständigen Unterbindung
von Vibrationen ist optional, was durch die gestrichelten Linien
in 2 dargestellt ist.
3 zeigt in einer geschnittenen,
schematischen Seitenansicht ausschnittsweise ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Elektrowerkzeugs gemäß der Erfindung.
In der 3 wie auch in
den nachfolgenden 4, 5 und 6a, 6b sind
lediglich die für
die Erfindung wesentlichen Teile dargestellt. Dem Fachmann ist klar,
dass ein vollständiges
Elektrowerkzeug weitere Elemente und Teile umfasst, die aus Gründen der Übersichtlichkeit
vorliegend außer
Acht geblieben sind. Zur 3:
Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
das die Erfindung in ihrer einfachsten Art realisiert, ist der Antrieb 1 in
Form eines linearen, elektromagnetischen Aktors 23 verwirklicht.
In einem Gehäuse 9 der
Handwerkzeugmaschine 11 ist ein elektromagnetischer Aktor 23 montiert,
der aus einem Magnettopf 25 besteht, der an dem Boden des Gehäuses 9 fest
montiert ist, und einer Aktorspule 24, die als Tauchspule
in den Magnettopf 25 ein- und herausfahrbar ist. Die Aktorspule 24 ist
ihrerseits mit einem Werkzeugträger 26 fest
verbunden, an welchem eine aus dem Gehäuse 9 herausragende
Antriebsstange 39 befestigt ist. An der Stange 39 ist
seinerseits das Werkzeug 2 befestigt. Der Werkzeugträger 26 weist
Gleitlager 27, 28 auf, die als zylindrische Öffnungen
realisiert sind, die mit fest montierten Führungsstäben 30, 31 zusammenwirken.
Ein drittes Gleitlager 29 ist zwischen dem Gehäuse 9 und
der Antriebsstange 39, die aus dem Gehäuse 9 herausragt,
vorgesehen. Bei einem elektrischen Betätigen des elektromagnetischen
Aktors 23 über
den Regler und den Leistungsverstärker (nicht dargestellt in 3) wird eine Hin- und Herbewegung
gemäß der Richtung
X erzeugt, die direkt der Arbeitsbewegung X des Werkzeuges 2 entspricht.
Weiter ist ein Bewegungssensor 5 vorgesehen, der im vorliegenden
Fall an einem Vorsprung 40 des Werkzeugträgers 26 die Arbeitsbewegung
X erfasst. Beispielsweise wird die relative Geschwindigkeit zwischen
dem Sensor 5 und dem Werkzeugträger 26 erfasst. Alternativ
kann selbstverständlich
auch an dem Werkzeug 2 direkt ein Sensor zur Er fassung
der Bewegung vorgesehen sein. Die Sensorwerte werden als Eingangsgröße einem
(nicht dargestellten) Regler zugeführt, über welchen die Arbeitsbewegung
X durch elektronisches Steuern des Aktors 23 geregelt wird.
Durch die direkte Kopplung des Werkzeuges 2 mit dem Antrieb 1 ist bei
diesem Ausführungsbeispiel
die Konstruktion äußerst einfach
und störungsunanfällig.
In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel in
einer ähnlichen
schematischen Seitenansicht, wie diejenige der zuvorigen Figur dargestellt.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ist ein elektromagnetischer Linearaktor 23 eingesetzt,
bestehend aus einem Magnettopf 25, in welchen unter Anlegen
elektrischer Spannung eine Aktorspule bzw. Tauchspule 24 hinein-
und herausbewegbar ist. Die Aktorspule 24 ist hier mit
dem Werkzeugträger 26 ebenso
wie in dem zuvorigen Ausführungsbeispiel
direkt angekoppelt, das heißt
starr verbunden. Der Werkzeugträger 26 weist
eine aus dem Gehäuse 9 herausragende Stange 39 auf,
die einer Befestigung des Werkzeuges 2 dient. Selbstverständlich kann
die Befestigung des Werkzeuges 2 an dem Werkzeugträger 26 auf jede
herkömmliche
Weise erfolgen, z.B. mittels Schraubklemmverbindung, wie im Falle
von Stichsägen.
Der Bewegungssensor 5 im Innern des Gehäuses 9 ist auch hier
derart vorgesehen, dass eine Bewegung des Werkzeuges 2 gemäß der Arbeitsbewegung
X (Hin- und Herbewegung) über
den Werkzeugträger 26 indirekt
erfassbar ist. Anders als bei den zuvorigen Ausführungsbeispielen ist hier eine
Führung 4 aus
einem elastischen Führungs-Parallelogramm vorgesehen.
Das Führungs-Parallelogramm
besteht aus elastischen, blattförmigen
Federn 7, 8, die zwischen dem Werkzeugträger 26 und
dem Gehäuse 9 des
Elektrowerkzeuges befestigt sind. Die Blattfedern 7, 8 sind
derart vorgesehen, dass ein elastisches Führungs-Parallelogramm in Richtung
der hin- und hergehenden
Arbeitsbewegung X des Werkzeuges 2 gebildet wird: Das heißt, die
Bewegung in Richtung X wird durch elastische Verformung der Federn 7, 8 ermöglicht,
und dennoch wird eine seitliche Verschiebung quer zu der Arbeitsbewegung
X vermieden. Die Blattfedern des Führungs-Parallelogramms können beispielsweise aus Federstahl
gebildet sein. Selbstverständlich
können
auch entsprechende Kunststoffmaterialien für das Führungs-Parallelogramm 7, 8 der
Führung 4 vorgesehen
sein. Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 4 ist ansonsten die gleiche
wie zuvor beschrieben, das heißt,
ein (nicht dargestellter) Regler in einem geschlossenen Regelkreis
ist vorgesehen, der über
die Messwerte des Sensors 5 die Bewegung des Werkzeuges 2 auf
schnelle Art und Weise antreibt und gezielt regelt. Die Regelung
kann vorteilhafterweise auf jeweilige Arbeitsbedingungen und Anforderungsprofile
eingestellt werden, ohne dass aufwendige mechanische oder elektronische
Vorkehrungen notwendig sind.
Auch
bei dem weiteren Ausführungsbeispiel eines
Elektrowerkzeuges gemäß der Erfindung,
das in 5 gezeigt ist,
ist ein elektromagnetischer Linearaktor 23 als Antrieb
für das
Werkzeug 2 vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch ein Masseausgleichsystem 14 zwischen
dem Aktor 23 und dem Werkzeugträger 26 zwischengeschaltet. Hierfür ist eine
doppelte Führung 4 mit
jeweils einem elastischen Feder-Parallelogramm aus Blattfedern 7, 8 jeweils
zwischen der bewegten Tauchspule 24 und dem Gehäuse 9 der
Maschine 11 und dem Werkzeugträger 26 und dem Gehäuse 9 befestigt.
Die Tauchspule 24 ist fest verbunden mit einem Masseteil 34 des
Masseausgleichs 14, das über ein elastisches Element 32 mit
einem Umkehrhebel 33 gekoppelt ist. Der Umkehrhebel ist
mit dem Gehäuse 9 über ein weiteres
elastisches Element 32 und mit dem Werkzeugträger 26 über ein
drittes elastisches Element 32 verbunden. Durch den Umkehrhebel 33 und
die elastischen Elemente 32 wird bei Betätigung des
Linearaktors 23 eine Antriebsbewegung gemäß Y des Masseteils 34 hervorgerufen.
Die Bewegung des Werkzeuges 2 und des Werkzeugträgers 26 ist
dagegen in Phase versetzt (Gegenphase) gemäß der gleichsinnig linear verlaufenden
Arbeitsbewegung X. Auf diese Weise können Vibrationen an dem Gehäuse 9 des
Werkzeugs durch den Masseausgleich 14 kompensiert werden.
Die weiteren Funktionen des Elektrowerkzeuges sind ähnlich zu
denjenigen der zuvorigen Ausführungsbeispiele
mit dem Unterschied, dass hier der Bewegungssensor 5 einen
bewegungsbezogenen Messwert an dem Umkehrhebel 33 des Masseausgleichs 14 erfasst
und nicht am Werkzeugträger 26,
da die Bewegung des Umkehrhebels 33 proportional zu der
Bewegung des Werkzeuges 2 ist. Die erfasste bewegungsbezogene
Größe am Sensor 5 kann
eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung oder dergleichen sein.
Bei dieser Ausführungsform
misst der Sensor 5 vorzugsweise den Drehwinkel des Hebels 33.
Die Messsignale dienen wie zuvor der Regelung des linearen, elektromagnetischen
Aktors 23 über
einen Regler im geschlossenen Regelkreis (nicht dargestellt).
In
den 6a und 6b ist ein viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung vereinfacht in einer geschnittenen Seitenansicht
und in einer Draufsicht dargestellt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Antrieb ein elektromagnetischer Linearaktor 23 mit
einem Magnettopf 25 und einer Tauchspule 24, welche
fest mit dem Werkzeugträger 26 des
Werkzeuges 2 verbunden ist. Der Magnettopf seinerseits
ist seitlich mit dem Gehäuse 9 fest
verbunden. Ein Masseausgleich 14 ist auch hier in Form eines
kippbaren Umkehrhebels 33 vorgesehen, der über ela stische
Elemente 32 an einem Ende mit dem Werkzeugträger 26 und
an dem anderen Ende mit einer Ausgleichsmasse 34 verbunden
ist. Auf der gegenüberliegenden
Seite des Umkehrhebels 33 ist mittig ein drittes elastisches
Element 32 mit dem Gehäuse 9 verbunden,
sodass er eine Kippbewegung gegen die elastischen Elemente 32 ausführen kann. Auf
diese Weise wird die Ausgleichsmasse 34 in eine entgegengesetzte
Richtung Y (linker Pfeil am Umkehrhebel 33) zu der Bewegung
X des Werkzeugträgers 26,
des Werkzeuges 2 und der Tauchspule 24 (rechter
Pfeil am Umkehrhebel 33) bewegt. Die Ausgleichsmasse 34 ist
entsprechend der Masse des Werkzeugträgers 26 und des Werkzeuges 2 angepasst
ausgewählt.
Die Führung 4 ist
hier durch zwei elastische Führungs-Parallelogramme 35, 36 realisiert
mit jeweils einem Paar einer oberen (7) und unteren (8)
Blattfeder. Dies ist in der Draufsicht der 6b ersichtlich. Das innere Führungs-Parallelogramm 35 trägt den Werkzeugträger 26 und
die bewegbare Aktorspule 24, während das äußere elastische Führungs-Parallelogramm 36 die
Ausgleichsmasse 34 des Ausgleichsystems 14 trägt. Bei
diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das Masseausgleichsteil 34 derart im Verhältnis zu
dem Rest der Vorrichtung gewählt,
dass die Trägheitsmomente fast
vollständig
kompensiert werden können.
Auch die Trägheitskräfte werden
hier zu einem sehr großen
Teil kompensiert, wohingegen bei dem zuvorigen Ausführungsbeispiel
der 5 lediglich die
Trägheitskräfte aber
nicht die Trägheitsmomente
kompensiert wurden. Die Ausführungsform
gemäß der 6a und 6b ist daher eine besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung.
In
den 7a und 7b sind bevorzugte Ausführungsbeispiele
für elastische
Führungs-Parallelogramme
für Handwerkzeigmaschinen
gemäß der Erfindung
in jeweils einer Seitenansicht vereinfacht wiedergegeben. Die 7a zeigt eine Führung 4 mit einem
Führungs-Parallelogramm
aus elastischen Elementen, wobei hier ein oberes elastisches Teil 37 und
ein unteres elastisches Teil 38 durch jeweils an den Seiten
kreisförmig
verjüngte
Bereiche 41 vorgesehen sind, die über Stege 42 miteinander
zu einem Parallelogramm verbunden sind. Dieses elastische Führungs-Parallelogramm
ist beispielsweise aus Kunststoff in einem einzigen Stück durch
Spritzgießen
realisiert. Die kreisförmig
verjüngten
Bereiche 41 dienen der Bereitstellung der erforderlichen
Elastizität.
Bei dem in 7b dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind jeweils zwei Blattfedern 7, 8 miteinander
zu einem Parallelogramm einer erfindungsgemäßen Führung 4 des Linearantriebs
verbunden. Die Blattfedern können
beispielsweise aus Federstahl, aus Bronze mit Beryllium oder dergleichen
hergestellt sein. Die Montage der Blattfedern 7, 8 kann
beispielsweise durch Materialblöcke 43 und über (nicht
dargestellte) Schraubenverbindungen erfolgen. Beide Führungs-Parallelogramme 4 der 7a und 7b können vorteilhaft
in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
von Maschinen nach der Erfindung eingesetzt werden. Die Führung kann
jedoch selbstverständlich
auch über
Gleitlager oder andere elastische Führungen erfolgen.
Sämtliche
in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale
können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.