EP1358965B1 - Oszillationsantrieb - Google Patents

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EP1358965B1
EP1358965B1 EP20030007185 EP03007185A EP1358965B1 EP 1358965 B1 EP1358965 B1 EP 1358965B1 EP 20030007185 EP20030007185 EP 20030007185 EP 03007185 A EP03007185 A EP 03007185A EP 1358965 B1 EP1358965 B1 EP 1358965B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spring
drive
oscillatory drive
drive shaft
spring elements
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP20030007185
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English (en)
French (fr)
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EP1358965A3 (de
EP1358965A2 (de
Inventor
Roland Pollak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
C&E Fein GmbH and Co
Original Assignee
C&E Fein GmbH and Co
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Filing date
Publication date
Application filed by C&E Fein GmbH and Co filed Critical C&E Fein GmbH and Co
Publication of EP1358965A2 publication Critical patent/EP1358965A2/de
Publication of EP1358965A3 publication Critical patent/EP1358965A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/04—Headstocks; Working-spindles; Features relating thereto
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/04—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with oscillating grinding tools; Accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to an oscillatory drive with a housing in which a rotatably driven drive shaft, a driven eccentric element, and a tool drive shaft are accommodated, wherein the eccentric is coupled to the tool drive shaft via a pivot member to drive the tool drive shaft oscillating about its longitudinal axis.
  • Such Oszillationsantriebe have long been in use, especially in hand-held power tools to do special tasks.
  • machine tools with such oscillating drives are used for numerous grinding and polishing tasks, for cutting, e.g. used for removing the adhesive bead of glued windshields, for sawing, such as body panels, and the like.
  • this oscillation drive has the disadvantage of a relatively high noise and low efficiency.
  • the invention has for its object to provide an improved oscillation drive, which has a higher efficiency and in which the noise is reduced compared to conventional Oszillationsantrieben.
  • a possible low-wear construction is to be possible in continuous operation.
  • the partial compensation of the inertia-related forces necessary for the acceleration of the pivoting element as well as the noise emission and the heating of the oscillation drive are significantly reduced.
  • the power consumption of the oscillation drive decreases and the overall efficiency increases.
  • the inventive centering of the spring elements with little play unwanted additional stresses in the spring elements are avoided. This reduces the wear during continuous operation.
  • the two spring elements are expediently identical.
  • the spring seat surfaces which are preferably made of hardened steel, may be formed on the housing side as inserts, which are placed approximately in the housing wall.
  • At least one of the spring seat surfaces has a cylindrical recess into which the associated spring element engages for centering.
  • the spring elements are preferably designed as coil springs or disc springs.
  • the spring elements themselves are preferably made of tempered valve spring steel.
  • the eccentric element is guided with a spherical outer surface in an at least partially cylindrical inner surface of the pivoting element.
  • a machine tool according to the invention is shown and designated overall by the numeral 10. It is a hand-held machine tool, in which the tool 40 at high frequency of about 5,000 to 30,000 oscillations per minute and a small pivot angle of about 0.5 to 7 ° about the longitudinal axis 32 of a tool drive shaft 30th is driven, as indicated by the double arrow 34.
  • Such a machine tool 10 can be used to carry out the most diverse work, in particular for grinding or polishing work, for cutting, for sawing and more.
  • the machine tool 10 has a generally designated by the numeral 12 oscillation drive, by which a rotating movement of a driven by an electric motor 16 drive shaft 18 is converted into the oscillation of the tool drive shaft 30.
  • the tool drive shaft 30 is arranged at right angles to the drive shaft 18.
  • the oscillation drive 12 has an eccentric element 20 which is held on a cylindrical eccentric portion 24 of the drive shaft 18.
  • a pivot member 28 is driven, which is fixedly connected to the tool drive shaft 30 (in Fig. 1 is the end of the pivot member 28 in the region of the eccentric 20 is not in the cutting plane and thus is not visible).
  • the outer ring 54 On the cylindrical eccentric portion 24, a needle bearing 52 is held with axial play, the outer ring 54 has a spherical outer surface 22.
  • the pivot member 28 is formed at its the tool drive shaft 30 opposite end 56 in the form of a fork whose inner surface 58 is cylindrical, wherein the cylinder axis is parallel to the longitudinal axis 32 of the tool drive shaft 30.
  • This to Drive shaft 18 toward open cylinder surrounds the spherical outer ring 54 of the needle bearing 52nd
  • the low, uniform and surface wear on the spherical outer ring 54 of the needle bearing 52 allows in general a longer life of the oscillation drive compared to conventional oscillating drives, even at higher powers to be transmitted.
  • the outer ring 54 of the needle bearing 52 and the pivot member 28 of steel materials having hardened surfaces or other hard and sufficiently tough materials (e.g., hard metals, specialty ceramic materials, etc.).
  • a (albeit very low) game is set between the sectionally cylindrical inner surface of the pivot member 28 and the spherical outer ring 54 in order to avoid a tendency to seizure of the two parts, including contribute to appropriate lubricants. So could e.g. the inner surface of the pivoting element 28 may be provided with a Teflon coating.
  • the outer end of the tool drive shaft 30 is formed as a receiving flange 44 for fixing a tool 40.
  • This may be, for example, a sanding pad in triangular form, which is braced by means of a mounting flange 46 in a central region by a fastening screw 48 against the mounting flange 44.
  • the fastening screw 48 is screwed into a thread 42 of the tool drive shaft 30.
  • the outer surface of the tool 40 may include a hook-and-loop fastener receiving surface for attaching an abrasive paper.
  • the pivoting element 28 is namely braced in the region of its end of the tool drive shaft 30 opposite end 56 on both sides by spring elements 60, 62 relative to the housing 14.
  • the two spring elements 60, 62 are identically constructed and designed as strong coil springs with high spring force.
  • a spring seat surface 64, 66 is provided on both sides of the pivot element 28, from which protrudes a cylindrical projection 68 or 70 in the direction of the opposite respective housing wall. This projection 68 or 70 serves to center the respective spring element 60 or 62 on its inner side.
  • the spring elements 60 and 62 are supported on spring seat surfaces 72 and 74, respectively. These spring seat surfaces are formed on inserts 80 and 82, which are inserted into the housing 14. Again, cylindrical protrusions 76 and 78 respectively project from the spring seat surfaces 72 and 74 toward the respective spring element 60 and 62, respectively, to center the spring elements 60 and 62, respectively.
  • the pivot member 28 and the inserts 80 and 82 are preferably made of hardened steel.
  • the spring elements 60, 62 are preferably made of tempered spring steel to keep the wear of the spring elements 60, 62 low even in continuous operation.
  • the spring elements 60, 62 of the overall efficiency in the implementation of the rotary drive movement of the drive shaft 18 is improved in the oscillating movement of the tool drive shaft 30. Due to the partial compensation of the inertia-related forces necessary for the acceleration of the pivoting element 28, the noise emission is reduced and the heating of the oscillation drive is reduced. In addition, the vibrations generated by the oscillation drive are noticeably reduced.
  • the high biasing forces of the spring elements 60, 62 compress the two opposing portions of the pivot member 28 so that the clearance between the inner surface 58 and the spherical outer ring 54 of the needle bearing 52 permanently, ie at increasing wear during operation is minimized.
  • the high biasing force of the spring elements 60, 62 can thus contribute to noise reduction of the oscillation drive 12.
  • the energy-lowering and vibration-reducing characteristic of the spring system which is formed by the eccentric element 20 in cooperation with the pivoting element 28 and the two spring elements 60, 62, is achieved by a suitable, relatively high prestressing of the spring elements 60, 62.
  • the high preload forces allow continuous trouble-free operation (low natural vibration behavior and high dynamics) of the spring elements 60, 62, with low to very high oscillation numbers of the pivoting element 28.
  • the prestressed compression springs behave in the work area as a train-pressure spring acting on the pivot element, which has a twice the spring constant with respect to the individual compression springs. This means reaching the necessary spring forces and spring constants with fewer or significantly smaller springs. Due to the relatively small amplitudes very high spring constants are generally necessary, so that the above-described property of the spring assembly is basically advantageous.
  • Fig. 3 the force F is plotted on the ordinate with respect to the path 1 on the abscissa.
  • Fig. 3 the two spring characteristics are represented by the lines R 1 and R 2 for the two spring elements.
  • the resulting spring characteristic R 1 + R 2 has a correspondingly higher slope.
  • the working range of the two spring elements is in Fig. 3 hatched marked.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Oszillationsantrieb mit einem Gehäuse, in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle, ein davon angetriebenes Exzenterelement, sowie eine Werkzeugantriebswelle aufgenommen sind, wobei das Exzenterelement mit der Werkzeugantriebswelle über ein Schwenkelement gekoppelt ist, um die Werkzeugantriebswelle um deren Längsachse oszillierend anzutreiben.
  • Derartige Oszillationsantriebe sind seit langem gebräuchlich, um insbesondere mit handgeführten Elektrowerkzeugen spezielle Aufgaben erledigen zu können. So werden Werkzeugmachinen mit derartigen Oszillationsantrieben für zahlreiche Schleif- und Polieraufgaben, zum Schneiden, z.B. zum Austrennen des Klebewulstes von eingeklebten Windschutzscheiben, zum Sägen, etwa von Karosserieblechen, und dergleichen mehr eingesetzt.
  • Zu diesem Zweck sind relativ hohe Leistungen notwendig, die der Oszillationsantrieb auf das Werkzeug übertragen muß. Hierbei soll der Wirkungsgrad des verwendeten Getriebes möglichst groß sein und andererseits die Geräuschentwicklung gering gehalten werden. Auch sollen die vom Benutzer empfundenen Vibrationen so weit als möglich gedämpft sein.
  • Aus der EP-A-0 372 376 sind verschiedene Bauformen eines derartigen Oszillationsantriebes bekannt. Ein Oszillationsantrieb gemäß der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der US-A-5 993 304 bekannt.
  • Hierbei wird die rotierende Antriebsbewegung einer Antriebswelle auf einen Exzenter übertragen, auf dem ein Nadellager mit einem balligen Außenring gehalten ist, an dem ein Schwenkelement mit zwei einander gegenüberliegenden ebenen Flächen geführt ist.
  • Ein solcher Oszillationsantrieb wie auch die aus der EP-A 0 372 376 bekannten Oszillationsantriebe weist jedoch eine relativ hohe Geräuschentwicklung und einen niedrigen Wirkungsgrad auf. Auch sind die vom Benutzer empfundenen Vibrationen je nach Belastung des Werkzeuges relativ stark
  • Aus der US-A-5 607 343 ist ein Oszillationsantrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
  • Auch dieser Oszillationsantrieb weist den Nachteil einer relativ hohen Geräuschentwicklung und eines niedrigen Wirkungsgrades auf.
  • Es ist zwar aus der US-A-409 052 grundsätzlich bekannt, bei einem Oszillationsantrieb beidseitig eine Schraubenfeder zur Dämpfung des Antriebs zu verwenden, jedoch ist nicht ersichtlich, wie eine solche Anordnung mit der aus der zuvor genannten US-A-5 607 343 bekannten Anordnung verwendet werden könnte, um einen verschleißarmen Betrieb zu gewährleisten.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Oszillationsantrieb zu schaffen, der einen höheren Wirkungsgrad aufweist und bei dem die Geräuschentwicklung gegenüber herkömmlichen Oszillationsantrieben verringert ist. Dabei soll ein möglichst verschleißarmer Aufbau im Dauerbetrieb ermöglicht werden.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Oszillationsantrieb gemäß der vorstehend genannten Art dadurch gelöst, daß das Schwenkelement an seinem der Werkzeugantriebswelle abgewandten Ende an beiden Außenseiten über je ein Federelement gegen das Gehäuse verspannt ist, und das an den Außenseiten des Schwenkelementes und an den zugeordneten Gehäuseabschnitten Federsitzflächen vorgesehen sind, die zur Aufnahme und Zentrierung der Federelemente ausgebildet sind.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
  • Erfindungsgemäß werden durch die teilweise Kompensation der zur Beschleunigung des Schwenkelementes notwendigen, trägheitsbedingten Kräfte, sowie die Geräuschemission und die Erwärmung des Oszillationsantriebes deutlich reduziert. Die Leistungsaufnahme des Oszillationsantriebes sinkt und der gesamte Wirkungsgrad steigt. Durch die erfindungsgemäße Zentrierung der Federelemente mit geringem Spiel werden ungewollte zusätzliche Spannungen in den Federelementen vermieden. Dadurch wird der Verschleiß im Dauerbetrieb vermindert.
  • Die beiden Federelemente sind zweckmäßigerweise identisch aufgebaut.
  • Die Federsitzflächen, die vorzugsweise aus gehärtetem Stahl bestehen, können gehäuseseitig als Einsätze ausgebildet sein, die etwa in die Gehäusewand eingelegt sind.
  • Hierdurch wird eine Selbstzentrierung der Federsitzflächen gewährleistet.
  • In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung weist zumindest eine der Federsitzflächen einen zylindrischen Vorsprung auf, der in das zugeordnete Federelement zur Zentrierung eingreift.
  • Gemäß einer alternativen Ausführung weist zumindest eine der Federsitzflächen eine zylindrische Vertiefung auf, in die das zugeordnete Federelement zur Zentrierung eingreift.
  • Auf diese Weise wird die notwendige Zentrierung der Federelemente entweder an der Innenseite der Federelemente oder an der Außenseite der Federelemente gewährleistet.
  • Die Federelemente sind vorzugsweise als Schraubenfedern oder als Tellerfedern ausgebildet.
  • Mit beiden Ausgestaltungen lassen sich die relativ hohen Federkräfte erzielen, die infolge der geringen Auslenkungen notwendig sind, um die gewünschte Wirkung der Federunterstützung zu erreichen.
  • Die Federelemente selbst bestehen vorzugsweise aus vergütetem Ventilfederstahl.
  • Hierdurch wird eine hohe Lebensdauer gewährleistet.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Exzenterelement mit einer sphärischen Außenfläche in einer zumindest abschnittsweise zylindrischen Innenfläche des Schwenkelementes geführt.
  • Durch diese Maßnahme wird eine deutlich verbesserte Leistungsübertragung vom Exzenterelement auf das Schwenkelement ermöglicht, da die sphärische Fläche des Exzenterelementes mit der zylindrischen Fläche des Schwenkelementes zu einer Linienberührung führt.
  • Hierdurch wird gleichzeitig die Geräuschentwicklung vermindert.
  • Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit einem Oszillationsantrieb im Längsschnitt im Be- reich des Oszillationsantriebes dargestellt;
    Fig. 2
    einen Querschnitt durch die Werkzeugmaschine gemäß Fig. 1 im Bereich des Oszillationsantriebes und
    Fig. 3
    eine Darstellung der Federkräfte über dem Federweg zur Erläuterung der Kraftverhältnisse an den Federe- lementen.
  • In den Figuren 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet. Es handelt sich um eine handgeführte Werkzeugmaschine, bei der das Werkzeug 40 mit hoher Frequenz von etwa 5.000 bis 30.000 Schwingungen pro Minute und geringem Verschwenkwinkel von etwa 0.5 bis 7° um die Längsachse 32 einer Werkzeugantriebswelle 30 angetrieben ist, wie durch den Doppelpfeil 34 angedeutet ist. Eine derartige Werkzeugmaschine 10 kann zur Durchführung der verschiedenartigsten Arbeiten benutzt werden, insbesondere für Schleif- oder Polierarbeiten, für Schneidarbeiten, für Sägearbeiten und dergleichen mehr.
  • Die Werkzeugmaschine 10 weist einen insgesamt mit der Ziffer 12 bezeichneten Oszillationsantrieb auf, durch den eine rotierende Bewegung einer von einem Elektromotor 16 angetriebenen Antriebswelle 18 in die Oszillation der Werkzeugantriebswelle 30 umgesetzt wird.
  • Im dargestellten Fall ist die Werkzeugantriebswelle 30 rechtwinklig zur Antriebswelle 18 angeordnet.
  • Der Oszillationsantrieb 12 weist ein Exzenterelement 20 auf, das auf einem zylindrischen Exzenterabschnitt 24 der Antriebswelle 18 gehalten ist. Von dem Exzenterelement 20 wird ein Schwenkelement 28 angetrieben, das mit der Werkzeugantriebswelle 30 fest verbunden ist (in Fig. 1 liegt das Ende des Schwenkelementes 28 im Bereich des Exzenterelementes 20 nicht in der Schnittebene und ist somit nicht erkennbar). Auf dem zylindrischen Exzenterabschnitt 24 ist ein Nadellager 52 mit axialem Spiel gehalten, dessen Außenring 54 eine sphärische Außenfläche 22 aufweist.
  • Wie aus Fig. 2 näher ersichtlich, ist das Schwenkelement 28 an seinem der Werkzeugantriebswelle 30 gegenüberliegenden Ende 56 in Form einer Gabel ausgebildet, deren Innenfläche 58 zylindrisch ausgebildet ist, wobei die Zylinderachse parallel zur Längsachse 32 der Werkzeugantriebswelle 30 verläuft. Dieser zur Antriebswelle 18 hin offene Zylinder umschließt den sphärischen Außenring 54 des Nadellagers 52.
  • Auf diese Weise wird durch die in Fig. 2 mit e bezeichnete Exzentrizität der rotierenden Antriebsbewegung der Antriebswelle 18 in eine hin- und heroszillierende Schwenkbewegung des Schwenkelementes 28 umgesetzt. Dabei haben die Bewegungskomponenten des Exzenterelementes 20, die parallel zur Werkzeugantriebswelle 30 verlaufen, keinerlei Auswirkungen, da die zylindrische Innenfläche 58 des Schwenkelementes 28 ein Gleiten des sphärischen Außenrings 54 des Nadellagers 52 in Richtung der Achse des Zylinders zuläßt. Durch die linienförmige Berührung zwischen dem sphärischen Außenring 54 und der zylindrischen Innenfläche 58 des Schwenkelementes 28 ergibt sich eine besonders gute und gleichmäßige Kraftübertragung vom Exzenter auf das Schwenkelement. Dies ermöglicht die Übertragung hoher Leistungen und einen geringen Verschleiß. Außerdem ergibt sich eine geringe Geräuschemission. Da der Verschleiß des Oszillationsantriebes zwischen dem sphärischen Außenring 54 und der zylindrischen Innenfläche 58 im Betrieb des Oszillationsantriebes nur minimal voranschreitet und außerdem relativ gleichmäßig verteilt ist, bleibt das geringe Geräuschniveau über die gesamte Maschinenlebensdauer erhalten.
  • Der geringe, gleichmäßige und flächige Verschleiß am sphärischen Außenring 54 des Nadellagers 52 ermöglicht ganz allgemein eine größere Lebensdauer des Oszillationsantriebs im Vergleich zu herkömmlichen Oszillationsantrieben, auch bei höheren zu übertragenden Leistungen.
  • Um eine große Lebensdauer zu erzielen, ist es zweckmäßig, den Außenring 54 des Nadellagers 52 und das Schwenkelement 28 aus Stahlwerkstoffen mit gehärteten Oberflächen oder aus anderen harten und gleichzeitig ausreichend zähen Werkstoffen herzustellen (z.B. Hartmetalle, keramische Spezialwerkstoffe usw.). Hierbei wird zwischen der abschnittsweise zylindrischen Innenfläche des Schwenkelementes 28 und dem sphärischen Außenring 54 ein (wenn auch sehr geringes) Spiel eingestellt, um eine Freßneigung der beiden Teile zu vermeiden, wozu auch geeignete Schmierwerkstoffe beitragen. So könnte z.B. die Innenfläche des Schwenkelementes 28 mit einer Teflonbeschichtung versehen sein.
  • In Fig. 1 ist ferner noch die Lagerung der Antriebswelle 18 im sich an den zylindrischen Exzenterabschnitt 24 anschließenden Bereich mit Hilfe eines Lagers 26 am Gehäuse 14 erkennbar.
  • Gleichermaßen ist die Lagerung der Werkzeugantriebswelle 30 im Gehäuse 14 mittels der Lager 36 und 38 schematisch angedeutet.
  • Das äußere Ende der Werkzeugantriebswelle 30 ist als Aufnahmeflansch 44 zur Befestigung eines Werkzeuges 40 ausgebildet. Hierbei kann es sich bspw. um einen Schleifteller in Dreiecksform handeln, der mit Hilfe eines Befestigungsflansches 46 in einem zentralen Bereich durch eine Befestigungsschraube 48 gegen den Aufnahmeflansch 44 verspannt ist. Hierzu ist die Befestigungsschraube 48 in ein Gewinde 42 der Werkzeugantriebswelle 30 eingeschraubt. Die Außenfläche des Werkzeuges 40 kann bspw. eine Klettverschluß-Aufnahmefläche zur Befestigung eines Schleifpapiers aufweisen.
  • Anhand der Figuren 2 und 3 wird nun ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung näher erläutert.
  • Das Schwenkelement 28 ist nämlich im Bereich seines der Werkzeugantriebswelle 30 gegenüberliegenden Endes 56 auf beiden Seiten durch Federelemente 60, 62 gegenüber dem Gehäuse 14 verspannt.
  • Im dargestellten Fall sind die beiden Federelemente 60, 62 identisch aufgebaut und als starke Schraubenfedern mit hoher Federkraft ausgebildet. Auf beiden Seiten des Schwenkelementes 28 ist hierzu eine Federsitzfläche 64, 66 vorgesehen, von der aus ein zylindrischer Vorsprung 68 bzw. 70 in Richtung auf die gegenüberliegende jeweilige Gehäusewand hin hervorsteht. Dieser Vorsprung 68 bzw. 70 dient zur Zentrierung des jeweiligen Federelementes 60 bzw. 62 an seiner Innenseite.
  • Auf der gegenüberliegenden Seite sind die Federelemente 60 bzw. 62 an Federsitzflächen 72 bzw. 74 abgestützt. Diese Federsitzflächen sind an Einsätzen 80 bzw. 82 ausgebildet, die in das Gehäuse 14 eingelegt sind. Wiederum stehen von den Federsitzflächen 72 bzw. 74 zylindrische Vorsprünge 76 bzw. 78 zum jeweiligen Federelement 60 bzw. 62 hin hervor, um die Federelemente 60 bzw. 62 zu zentrieren.
  • Das Schwenkelement 28 und die Einsätze 80 bzw. 82 bestehen vorzugsweise aus gehärtetem Stahl. Die Federelemente 60, 62 bestehen vorzugsweise aus vergütetem Federstahl, um den Verschleiß der Federelemente 60, 62 auch im Dauerbetrieb gering zu halten. Durch die Federelemente 60, 62 wird der Gesamtwirkungsgrad bei der Umsetzung der rotierenden Antriebsbewegung der Antriebswelle 18 in die oszillierende Bewegung der Werkzeugantriebswelle 30 verbessert. Durch die teilweise Kompensation der zur Beschleunigung des Schwenkelementes 28 notwendigen, trägheitsbedingten Kräfte wird die Geräuschemission reduziert und die Erwärmung des Oszillationsantriebes vermindert. Außerdem werden die durch den Oszillationsantrieb erzeugten Vibrationen spürbar vermindert.
  • Bei geeigneter Dimensionierung des Schwenkelementes 28 im Bereich seines Endes 56 können die hohen Vorspannkräfte der Federelemente 60, 62 die beiden einander gegenüberliegenden Bereiche des Schwenkelementes 28 so zusammendrücken, daß das Spiel zwischen der Innenfläche 58 und dem sphärischen Außenring 54 des Nadellagers 52 dauerhaft, also bei zunehmendem Verschleiß während des Betriebes gleichbleibend, minimiert wird. Die hohe Vorspannkraft der Federelemente 60, 62 kann somit zur Geräuschminderung des Oszillationsantriebes 12 beitragen.
  • Die energiesenkende und vibrationssenkende Charakteristik des Federsystems, das von dem Exzenterelement 20 in Zusammenwirken mit dem Schwenkelement 28 und den beiden Federelementen 60, 62 gebildet ist, wird durch eine geeignete, relativ hohe Vorspannung der Federelemente 60, 62 erreicht. Die hohen Vorspannkräfte ermöglichen eine durchgehend störungsfreie Funktion (geringes Eigenschwingverhalten und hohe Dynamik) der Federelemente 60, 62, bei geringen bis sehr hohen Schwingungszahlen des Schwenkelementes 28.
  • Obwohl die Federelemente 60, 62 gegeneinander wirken, verhalten sich die vorgespannten Druckfedern im Arbeitsbereich wie eine auf das Schwenkelement wirkende Zug-Druck-Feder, die über eine gegenüber den einzelnen Druckfedern zweifache Federkonstante verfügt. Dies bedeutet ein Erreichen der notwendigen Federkräfte und Federkonstanten mit weniger bzw. deutlich kleineren Federn. Aufgrund der relativ kleinen Amplituden sind allgemein sehr hohe Federkonstanten notwendig, so daß die zuvor beschriebene Eigenschaft der Federanordnung grundsätzlich vorteilhaft ist.
  • Diese Verhältnisse sind aus Fig. 3 näher ersichtlich.
  • In Fig. 3 ist die Kraft F auf der Ordinate gegenüber dem Weg 1 auf der Abszisse abgetragen.
  • In Fig. 3 sind die beiden Federkennlinien durch die Linien R1 und R2 für die beiden Federelemente dargestellt. Die resultierende Federkennlinie R1 + R2 besitzt eine entsprechend höhere Steigung. Der Arbeitsbereich der beiden Federelemente ist in Fig. 3 schraffiert gekennzeichnet.

Claims (12)

  1. Oszillationsantrieb mit einem Gehäuse (14), in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle (18), ein davon angetriebenes Exzenterelement (20), sowie eine Werkzeugantriebswelle (30) aufgenommen sind, wobei das Exzenterelement (20) mit der Werkzeugantriebswelle (30) über ein Schwenkelement (28) gekoppelt ist, um die Werkzeugantriebswelle (30) um deren Längsachse (32) oszillierend anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenkelement (28) an seinem der Werkzeugantriebswelle (30) abgewandten Ende (56) an beiden Außenseiten über je ein Federelement (60, 62) gegen das Gehäuse (14) verspannt ist, und daß an den Außenseiten des Schwenkelementes (28) und an den zugeordneten Gehäuseabschnitten Federsitzflächen (64, 66, 72, 74) vorgesehen sind, die zur Aufnahme und Zentrierung der Federelemente (60, 62) ausgebildet sind.
  2. Oszillationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (60, 62) als Druckfederelemente ausgebildet sind.
  3. Oszillationsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (60, 62) identisch aufgebaut sind.
  4. Oszillationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federsitzflächen (72, 74) gehäuseseitig an Einsätzen (80, 82) ausgebildet sind, die in das Gehäuse (14) eingelegt sind.
  5. Oszillationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Federsitzflächen (64, 66, 72, 74) einen zylindrischen Vorsprung (68, 70) aufweist, der in das zugeordnete Feder-element (60, 62) zur Zentrierung eingreift.
  6. Oszillationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Federsitzflächen (64, 66, 72, 74) eine zylindrische Vertiefung aufweist, in die das zugeordnete Federelement (60, 62) zur Zentrierung eingreift.
  7. Oszillationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (60, 62) als Schraubenfedern oder Tellerfedern ausgebildet sind.
  8. Oszillationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federsitzflächen (64, 66, 72, 74) aus gehärtetem Stahl bestehen.
  9. Oszillationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (60, 62) aus vergütetem Ventilfederstahl bestehen.
  10. Oszillationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterelement (20) mit einer sphärischen Außenfläche (22) in einer zumindest abschnittsweise zylindrischen Innenfläche (58) des Schwenkelementes (28) geführt ist.
  11. Oszillationsantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterelement (20) einen zylindrischen Abschnitt (24) aufweist, auf dem ein Nadellager (52) aufgenommen ist, das mit einem sphärischen Außenring (54) an der Innenfläche (58) des Schwenkelementes (28) geführt ist.
  12. Werkzeugmaschine, insbesondere Schleif- oder Schneidmaschine (10), mit einem Oszillationsantrieb (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
EP20030007185 2002-04-30 2003-03-29 Oszillationsantrieb Expired - Lifetime EP1358965B1 (de)

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