DE4011124A1 - Vibrationsgedaempfter handgriff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen vibrationsgedämpften, einendig einzuspannenden Handgriff für ein Elektrohandwerk­ zeug oder dergleichen der im Gattungsbegriff des Patentan­ spruchs 1 näher bezeichneten Art.

Ein solcher Handgriff ist aus der DE 28 04 223 C2 bekannt, dort sind zwischen einem koaxial an das Kuppelglied an­ schließenden Dorn und der Griffhülse des Handgriffs gummi­ elastische Zwischenstücke in Gestalt von Hülsen angeordnet, die so ausgebildet sein sollen, daß sie insbesondere senk­ recht zur Griffachse auftretende Stöße und Vibrationen nur gedämpft auf den Griffkörper bzw. die Griffhülse übertragen. Auf die Art des Schwingungssystems und eine danach auszu­ richtende Federcharakteristik der gummielastischen Zwischen­ stücke wird in der DE 28 04 223 C2 nicht eingegangen.

In der DE 31 24 349 A1 ist ein Handgriff mit Vibrations­ dämpfung beschrieben, der an der Griffhülse nahe dem Kuppel­ glied einen vorderen Vibrationsmassenkörper und am freien Ende der Griffhülse einen endseitigen Vibrationsmassenkörper hat, die beide über elastische Verbindungsteile an dem Kup­ pelglied aufgehängt sind. Dabei ist der endseitige Vibra­ tionsmassenkörper mit dem Kuppelglied über ein erstes, stei­ feres Verbindungsteil und mit dem vorderen Vibrationsmassen­ körper über ein zweites, weniger steifes Verbindungsteil verbunden. Dadurch soll der endseitige Vibrationsmassenkör­ per gegenüber dem vorderen Vibrationsmassenkörper als Frei­ träger vibrieren. Die Griffhülse selbst dient hierbei als Federelement, welches am vorderen Vibrationsmassenkörper an­ gelenkt ist, der über elastische Teile mit nicht näher be­ zeichneter Federsteifigkeit mit dem Kuppelglied verbunden ist. Zwar ist bei diesem bekannten Handgriff bereits das Prinzip eines Koppelschwingers angewendet, allerdings sind hier drei Federelemente und zwei zusätzliche Vibrations­ massenkörper aufeinander abzustimmen, was in der Praxis kaum brauchbar ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen vi­ brationsgedämpften Handgriff der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der bei einfachem Aufbau eine gute Vibrationsmin­ derung einerseits sowie eine ausreichende Steifigkeit der Griffankopplung andererseits bietet.

Diese Aufgabe wird bei einem vibrationsgedämpften Handgriff der gattungsbildenden Art durch die kennzeichenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der besondere Vorteil eines erfindungsgemäßen vibrationsge­ dämpften Handgriffs liegt darin, daß die Ankopplung der Griffhülse am Kuppelglied mittels eines Federsystems er­ folgt, bei dem zwei Federn, die auch in einem einzigen Fe­ derelement vereinigt sein können, aufgrund ihrer unter­ schiedlichen Federsteifigkeiten einen Koppelschwinger mit zwei Resonanzfrequenzen darstellen, zwischen denen ein Fre­ quenzbereich liegt, innerhalb dessen eine optimale Dämpfung stattfindet. Die Breite dieses Frequenzbereichs, also des Dämpfungs- und Isolationsbereichs, ist erfahrungsgemäß so auszulegen, daß außer der erregenden Grundfrequenz auch noch drei bis fünf Oberfrequenzen mit einer für die Vibrationsbe­ lastung signifikanten Amplitude miterfaßt werden. In Abhän­ gigkeit von der jeweiligen Erregerfrequenz, der Griffmasse und den Dämpfungsfaktoren unter Berücksichtigung der Bewertung von Hand- Arm-Schwingungen bei Handwerkzeugen müs­ sen für den individuellen Einsatzfall die unterschiedlichen Steifigkeiten der zwei Federn ausgewählt werden, um jeweils eine optimale Schwingungsisolation zu erzielen.

Unter der radialen Auslenkungsrichtung, in der die radiale Federsteifigkeit des Federsystems wirksam ist, wird diejeni­ ge Richtung verstanden, in der eine achsparallele Relativ­ verschiebung zwischen dem Kuppelglied und der Griffhülse stattfindet. Die pendelnde oder kardanische Auslenkungsrich­ tung, in der die kardanische Federsteifigkeit des Federsy­ stems wirkt, bezieht sich auf die Bewegung, welche die Griffhülse relativ zu einem auf ihrer Achse liegenden Pol­ punkt ausführt. Die praktisch auftretendenen Schwingungen bestehen aus sich überlagernden Schwingungen unterschied­ licher Richtung, deren Hauptkomponenten sich auf die beiden vorgenannten Richtungen verteilen.

Es ist von weiterem Vorteil, wenn die Federsteifigkeit des Federsystems in der radialen Richtung größer als die in der pendelnden oder kardanischen Auslenkungsrichtung ist. Ferner ist es zweckmäßig, wenn das Federsystem in der kardanischen Auslenkungsrichtung eine Federcharakteristik mit einer Reso­ nanzfrequenz hat, die kleiner als die vom Kuppelglied über­ tragene Grund- oder Erregerfrequenz ist, wobei dann das Federsystem in der radialen Auslenkungsrichtung eine Feder­ charakteristik mit einer Resonanzfrequenz aufweist, die mind. um das 2fache höher als die in der kardanischen Aus­ lenkungsrichtung ist. Bei schwingungsbehafteten Elektrohand­ werkzeugen oder pneumatischen Handwerkzeugen der gängigen Art, wie Bohrhämmern oder Winkelschleifer, sollte die untere Resonanzfrequenz für das Federsystem in der kardanischen Auslenkungsrichtung mindestens um den Faktor 1,4 unter der Grund- oder Erregerfrequenz liegen.

Um die unterschiedliche Federsteifigkeit in der radialen Auslenkungsrichtung zum einen sowie in der kardanischen Aus­ lenkungsrichtung zum anderen zu erreichen, kann man entweder das Federsystem oder -element aus zwei oder mehreren, in radialer Richtung hintereinander angeordneten Federgliedern gleicher oder unterschiedlicher Federsteifigkeit ausführen oder aus zwei Teilfedergliedern, die in axialer Richtung räumlich getrennt voneinander angeordnet sind. Im letzteren Falle sieht man vorteilhaft eine erste Teilfeder nahe der Einspannstelle und eine zweite Teilfeder nahe dem freien Ende der Griffhülse vor, wobei die erste Teilfeder die ge­ ringere Federsteifigkeit und die zweite Teilfeder die höhere Federsteifigkeit aufweist. Man erreicht dadurch in der ra­ dialen Auslenkungsrichtung eine hohe resultierende Feder­ steifigkeit, weil in dieser Richtung sich die Federcharak­ teristiken beider Teilfedern addieren. In der kardanischen Auslenkungsrichtung ist die Federcharakteristik wegen der weichen Federsteifigkeit der ersten Teilfeder jedoch gering.

In vorteilhafter Ausführung verwendet man Federelemente aus Gummi oder einem gummielastischen Material, damit die Feder­ und die Dämpfungscharakteristik jeweils in einem einzigen Element vereinigt werden können. Die Steifigkeit und das Dämpfungsvermögen lassen sich bei einer Gummifeder in einem weiten Bereich variieren, was sowohl durch die geometrische Form, als auch durch die Gummieigenschaften, wie insbeson­ dere die Gummihärte, bestimmt werden kann, womit eine leich­ te Anpassung an die unterschiedlichen Anwendungsfälle mög­ lich ist.

Aus den Unteransprüchen ergeben sich noch weitere vorteil­ hafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an Aus­ führungsbeispielen noch näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Handgriff erster Ausführung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Handgriff zweiter Ausführung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Handgriff längs der Linie A-A in Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Handgriff in dritter Ausführung und

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 4.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Handgriff mit einem Kuppel­ glied 1, welches mit dem Gehäuse eines Elektrohandwerkzeugs oder dergl. fest verbunden wird. Dazu weist das Kuppelglied 1 einen Gewindeansatz 2 auf, der in ein Gewindeloch am Ma­ schinengehäuse eingeschraubt werden kann. Koaxial mit dem Gewindeansatz 2 hat das Kuppelglied einen Dorn 3, zwischen dem und dem Gewindeansatz 2 am Kuppelglied 1 noch ein Mehr­ kantabschnitt 4 angeordnet ist, auf den eine Hülse 5 aufge­ preßt ist. Die Hülse 5 ist einstückig mit einem Radial­ flansch 6, der auf der dem Gewindeansatz 2 abgelegenen Seite eine ebene Anschlußfläche in Radialrichtung hat.

Koaxial mit dem Kuppelglied 1 ist eine Griffhülse 7 oder ein Griffkörper angeordnet, der zumindest teilweise von dem Dorn 3 des Kuppelgliedes 1 durchdrungen wird. Die Griffhülse 7 hat ebenfalls einen Radialflansch 8 an ihrem der Einspann­ stelle zugekehrten Ende, der dem Radialflansch 6 des Kuppel­ gliedes 1 koaxial in Abstand gegenüber liegt und eine ebene radiale Anschlußfläche aufweist. Beide Radialflansche 6 und 8 haben ferner den gleichen Durchmesser und nehmen zwischen sich ein Federelement 9 auf.

Das Federelement 9 hat beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Gestalt einer Federscheibe 10, welche aus Gummiwerkstoff besteht und durch Vulkanisieren mit den Anschlußflächen der Radialflansche 6 und 8 des Kuppelgliedes 1 bzw. der Griff­ hülse 7 fest verbunden ist. Folglich können über die Feder­ scheibe 10 auch Schubkräfte übertragen werden, die von den Radialflanschen 6 und 8 jeweils parallel zu deren Anschluß­ flächen in die Federscheibe 10 eingeleitet werden. In der Wirkrichtung dieser Kräfte, also in Radialrichtung zum Kup­ pelglied 1 sowie der Griffhülse 7 hat die Federscheibe 10 eine andere, nämlich eine höhere Steifigkeit als in kardanischer Richtung. Die Federscheibe 10 vereinigt somit zwei Federn in sich, eine in Radialrichtung wirkende Feder und eine in Axialrichtung wirkende Feder. Die Federscheibe 10 wird primär durch senkrecht zur Achsrichtung liegende Schwingungskomponenten des Kuppelgliedes 1 beaufschlagt, wodurch die Federscheibe 10 verschoben, komprimiert oder gedehnt wird. Die weichere kardanische Federsteifigkeit resultiert aus der Kompression und Dehnung der Federscheibe 10 an einander diametral gegenüberliegenden Stellen. Dadurch führt die Griffhülse 7 gegenüber dem Kuppelglied 1 karda­ nische Bewegungen aus, wobei sie um einen Polpunkt S pendelt, der auf ihrer Achse liegt.

Aufgrund der unterschiedlichen Federcharakteristiken der Fe­ derscheibe 10 und damit des Federelementes 9 ist die Griff­ hülse 7 nach Art eines bedämpften Koppelschwingers mit dem Kuppelglied 1 verbunden, wobei die Resonanzfrequenz der Federscheibe 10 in Richtung der kardanischen Federsteifig­ keit etwa um das 1,4fache unter der erregenden Grundfrequenz des Kuppelgliedes 1 und die Resonanzfrequenz der radialen Federsteifigkeit der Federscheibe oberhalb der störend auf­ tretenden Oberschwingungen der Grundfrequenz gewählt ist. Die obere Resonanzfrequenz sollte zweckmäßig wenigstens das etwa zweifache der unteren Resonanzfrequenz betragen. Zwi­ schen diesen beiden Resonanzfrequenzen liegt ein Frequenz­ bereich, in dem die Griffhülse 7 gegenüber dem Kuppelglied 1 eine optimale Vibrationsdämpfung erfährt.

Die Vibrationsdämpfung kann noch durch eine Ummantelung 11 der Griffhülse 7 aus einem gummielastischen Material oder aus Gummi gefördert werden. Die Griffummantelung 11 ist vorteilhaft der Form der führenden menschlichen Hand ergo­ nomisch angepaßt, und ihr gummielastisches Material bietet einerseits eine gute Dämpfung im Resonanzbereich des Schwin­ gungssystems und gewährleistet andererseits eine möglichst große Schwingungsisolation. Um allen Forderungen gerecht zu werden, wählt man für die Griffummantelung 11 Shore-Härten in der Größenordnung von 40 bis 75 Shore A, damit auch die haptischen Eigenschaften verbessert werden. Bei ausreichend großer Schichtdicke ist bei dieser relativ weichen Griffum­ mantelung noch eine Ausgleichs- bzw. Anpassungsmöglichkeit an die anatomisch unterschiedlich großen Hände der Bedie­ nungspersonen möglich, und es werden vor allem auch die als unangenehm empfundenen hochfrequenten Schwingungen mit einer solchen Griffummantelung 11 isoliert.

Die Griffhülse 7 ist an ihrem freien Ende mittels eines Ver­ schlußstopfens 12 geschlossen, der zum einen eine Zusatz­ masse darstellt und zum anderen dazu beiträgt, daß an der endseitigen Stirnseite der Griffhülse 7 die weiche Griff­ ummantelung 11 nicht beschädigt oder zerstört werden kann, wenn insbesondere die mit dem Handgriff ausgestattete Ma­ schine abgelegt wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 im wesentlichen durch eine unterschiedliche Ausbildung des Federelementes 9, das hier zwischen einem Bund 13 am Kuppelglied 1, der sich daran in Umfangsrichtung erstreckt, und einem diesen Bund 13 in Abstand umgebenden Kragen 14 an der Griffhülse 7 angeordnet ist. Das Federele­ ment 9 besteht aus mehreren Federabschnitten 15 und 16, die in radialer Richtung hintereinander liegen und durch koaxia­ le Zwischenhülsen 17 und 18 eingefaßt sind. Insgesamt han­ delt es sich hierbei um eine Hülsengummifeder 15-18, bei der sich im Vergleich zur Gummifeder des Ausführungsbei­ spiels nach Fig. 1 bei gleichen geometrischen Abmessungen kleinere kardanische Federsteifigkeiten und höhere radiale Federsteifigkeiten (Schubsteifigkeiten) realisieren lassen. Vor allem kann hier die radiale Federsteifigkeit bei vorhan­ denen geometrischen Verhältnissen durch Verwendung einer oder mehrerer der Zwischenhülsen 17, 18 und entsprechende Aufgliederung der Hülsengummifeder in Federabschnitte 15, 16 weiter erhöht werden, ohne die kardanische Federsteifigkeit nennenswert zu beeinflussen.

Auch bei dieser Ausführung verhält sich der Handgriff eben­ falls wie ein Koppelschwinger, da er identische Freiheits­ grade wie der nach Fig. 1 aufweist und beide Hauptschwin­ gungen, nämlich die in radialer und die in kardanischer Aus­ lenkungsrichtung, miteinander gekoppelt sind.

Als Sicherung gegen unzulässige Torsionsbelastungen sind bei dieser Ausführung Klauen 19 am Kuppelglied und Gegenklauen 20 an der Griffhülse 7 vorgesehen, die mit einem allseitigen Spiel ineinandergreifen, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist, damit ein den Schwingungsausgleich verhindernder Formschluß vermieden ist. Erst bei übermäßig hohen Radial- und Biege­ kräften kommt es zu einem Anschlag der Klauen 19 und Gegen­ klauen 20 aneinander, solche extrem hohen Kräften kann noch durch einen Anschlag des Dorns 3 an der Innenseite der Griffhülse 7 Rechnung getragen werden.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 zeigt eine noch andere Gestaltung der Klauen 19 und Gegenklauen 20, wo­ bei die Klauen 20 hier an einem auf den Dorn 3 des Kuppel­ gliedes 1 aufgesetzten, radial vorstehenden Bund 23 etwa in Gestalt eines Zahnrades angeordnet sind.

Im übrigen zeigt das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Federelementes 9, welches hier in eine erste nahe der Einspannstelle angeordnete Teilfeder 9a und in eine zweite, nahe dem freien Ende der Griffhülse 7 liegende Teilfeder 9b unterteilt ist. Die erste Teilfeder 9a wird durch eine Hülsengummifeder 21 gebildet, deren radiale Höhe größer als deren axiale Breite ist, womit eine geringere radiale Federsteifigkeit gegenüber dem zweiten Federelement 9b erzielt wird. Das zweite Federelement 9b ist ebenfalls eine Hülsengummifeder 22, deren radiale Höhe je­ doch kleiner als deren axiale Breite ist, woraus hier die relativ hohe radiale Federsteifigkeit resultiert. Die beiden Hülsengummifedern 21 und 22 sitzen unmittelbar auf dem Dorn 3 des Kuppelgliedes 1 einerseits und stützen sich andererseits unmittelbar an der Griffhülse 7 ab, die bei diesem Ausführungsbeispiel zur Einspannstelle hin einen im Durchmesser erweiterten Kragen 14 aufweist, um die in Ra­ dialrichtung höhere Hülsengummifeder 21 nahe der Einspann­ stelle aufnehmen zu können.

Claims (18)

1. Vibrationsgedämpfter, einendig einzuspannender Handgriff für ein Elektrohandwerkzeug oder dergleichen mit einem mit dessen Gehäuse fest verbindbaren Kuppelglied und mit einer dazu koaxialen Griffhülse, zwischen der und dem Kuppelglied zumindest ein gedämpftes Federelement ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) einerseits in radialer Richtung bezogen auf die Achse der Griffhülse (7) sowie anderer­ seits in Richtung einer pendelnden oder kardanischen Auslenkung der Griffhülse (7) um einen auf deren Achse liegenden Polpunkt (S) unterschiedliche Federsteifigkei­ ten hat.

2. Handgriff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federsteifigkeit des Federelementes (9) in der radialen Richtung höher als die in der pendelnden oder kardanischen Auslenkungsrichtung ist.

3. Handgriff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) in der kardanischen Auslenkungsrichtung eine Federcharakteristik mit einer Resonanzfrequenz hat, die kleiner als die vom Kuppelglied (1) übertragene Erregerfrequenz ist.

4. Handgriff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) in der radialen Auslenkungs­ richtung eine Federcharakteristik mit einer Resonanz­ frequenz hat, die mindestens um das 2fache höher als die in der kardanischen Auslenkungsrichtung ist.

5. Handgriff nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) aus zwei oder mehreren, in ra­ dialer Richtung hintereinander angeordneten Federgliedern (15, 16) gleicher oder unterschiedlicher Federsteifigkeit besteht.

6. Handgriff nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) nahe der Einspannstelle angeord­ net ist.

7. Handgriff nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) aus zwei Teilfedern (9a, 9b) be­ steht, die in axialer Richtung der Griffhülse (7) räum­ lich getrennt voneinander angeordnet sind.

8. Handgriff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Teilfeder (9a) nahe der Einspannstelle und die zweite Teilfeder (9b) nahe dem freien Ende der Griffhülse (7) angeordnet ist.

9. Handgriff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Teilfeder (9a) eine geringere radiale Fe­ dersteifigkeit und die zweite Teilfeder (9b) eine höhere radiale Federsteifigkeit aufweist.

10. Handgriff nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) aus Gummi oder aus einem gummi­ elastischen Material besteht.

11. Handgriff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Kuppelglied (1) sowie am Innenende der Griffhülse (7) einander koaxial gegenüberstehende Radialflansche (6, 8) angeordnet sind, zwischen denen eine Federscheibe (10) aus Gummiwerkstoff einvulkanisiert ist.

12. Handgriff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Kuppelglied (1) ein Bund (13) in Umfangsrichtung angeordnet ist und die Griffhülse (7) einen den Bund (13) mit Abstand umgebenden Kragen (14) hat, wobei zwi­ schen dem Bund (13) und dem Kragen (14) eine Hülsengum­ mifeder (15-18) angeordnet ist.

13. Handgriff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsengummifeder (15-18) durch eine oder mehrere koaxiale Zwischenhülsen (17, 18) in radialer Richtung in zwei oder mehrere Federabschnitte (15, 16) unterteilt ist.

14. Handgriff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kuppelglied (1) einen sich koaxial durch die Griffhülse (7) hindurch erstreckenden Dorn (3) aufweist, wobei die Griffhülse (7) durch den Kragen (14) an ihrem der Einspannstelle zugekehrten Ende im Durchmesser er­ weitert ist, und daß zwischen dem Kragen (14) der Griff­ hülse (7) und dem Dorn (3) eine erste Hülsengummifeder (21), deren radiale Höhe größer als deren axiale Breite ist, und nahe dem freien Ende zwischen der Griffhülse (7) und dem Dorn (3) eine zweite Hülsengummifeder (22) angeordnet ist, deren radiale Höhe kleiner als deren axiale Breite ist.

15. Handgriff nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende an der Griffhülse (7) eine Zusatz­ masse (12) angeordnet ist.

16. Handgriff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (12) durch einen Verschlußstopfen der Griffhülse (7) gebildet ist.

17. Handgriff nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Griffhülse (7) eine Ummantelung (11) aus einem gummielastischen Material hat.

18. Handgriff nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß am Kuppelglied (1) und der Griffhülse (7) als Ver­ drehsicherung Klauen (19) und Gegenklauen (20) angeord­ net sind, die mit allseitigem Spiel miteinander in Ein­ griff stehen.