NO157090B

NO157090B - Vibration dampening handle.

Info

Publication number: NO157090B
Application number: NO841446A
Authority: NO
Inventors: Roland Andersson
Original assignee: Roland Andersson
Priority date: 1983-04-22
Filing date: 1984-04-11
Publication date: 1987-10-12
Also published as: GB8407207D0; GB2138348B; FI841098A0; GB2138348A; DK199684A; DK164650B; SE8302281D0; DK199684D0; DE3415255A1; NO841446L; SE8302281L; NO157090C; FI841098A; DE3415255C2; SE438280B; DK164650C; JPS59196176A

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning ved et vibrasjonsdempende håndtak for en arbeidsmaskin, f.eks. en boremaskin eller en huggemaskin som under drift frembringer vibrasjoner og hvor håndtaket er beregnet på å festes på en med maskinens deksel forbundet tapp ved hjelp av et hylseelement i form av en hul gummi syl inder hvis lengde er kortere enn håndtakets lengde, og hvor hylseelementet er utformet for å tillate en svingningsbevegelse på håndtaket i avhengighet av den til håndtaket under driften tilførte statiske trykkraft og arbeidsmaskinens dynamiske vibrasjonskraft. The invention relates to a device for a vibration dampening handle for a work machine, e.g. a drilling machine or a chopping machine which during operation produces vibrations and where the handle is intended to be attached to a pin connected to the machine's cover by means of a sleeve element in the form of a hollow rubber cylinder inside whose length is shorter than the length of the handle, and where the sleeve element is designed to allow an oscillating movement of the handle depending on the static compressive force applied to the handle during operation and the dynamic vibration force of the work machine.

Et vesentlig problem ved maskiner som frembringer vibrasjoner som gjennom håndtaket blir overført til brukeren, er så-kalte hvite hender som blir forårsaket av vibrasjonene, og som ytrer seg som redusert blodsirkulasjon og i visse tilfeller skader kapillarkarene i operatørens hender. Som vibrasjonsdempende organ anvendes vanligvis gummihylser eller legemer som er oppbygget av gummi, idet disse er anbragt mellom faste aksler som rager ut fra maskinen og en omgivende gripehylse. Så lenge man bare trenger å ta hensyn til høye frekvenser, fungerer slike gummidempere forholdsvis tilfredsstillende, men ved frekvenser som underskrider 5000-7000 Hz blir dempningseffekten utilfreds-stillende selv ved meget tykke og myke gummielementer. A significant problem with machines that produce vibrations that are transmitted to the user through the handle are so-called white hands caused by the vibrations, which manifest as reduced blood circulation and in certain cases damage to the capillaries in the operator's hands. Rubber sleeves or bodies made of rubber are usually used as vibration damping members, as these are placed between fixed shafts that protrude from the machine and a surrounding gripping sleeve. As long as one only needs to take into account high frequencies, such rubber dampers work relatively satisfactorily, but at frequencies below 5000-7000 Hz the damping effect becomes unsatisfactory even with very thick and soft rubber elements.

Det er således en hovedhensikt med oppfinnelsen å frem-skaffe en anordning av den innledningsvis angitte art som selv ved lavfrekvente vibrasjoner fremskaffer en vesentlig dempning. Oppfinnelsen baserer seg på den egenskap hos gummi, innbe-fattende såvel naturgummi som syntetisk gummi og blandinger av naturgummi og syntetisk gummi, at 1engdeforandringen hos gummien blir proporsjonalt større når gummien utsettes for strekkrefter enn nå;r gummien utsettes for trykkrefter, og at overgangen mellom trykkraft og strekkraft i et parti av det benyttede gummi legeme (momentpunktet) alltid ligger mellom den maskin som håndtaket er festet til og midtpunktet av håndtaket. It is thus a main purpose of the invention to provide a device of the kind indicated at the outset which provides substantial damping even with low-frequency vibrations. The invention is based on the property of rubber, including both natural rubber and synthetic rubber and mixtures of natural rubber and synthetic rubber, that the change in length of the rubber is proportionally greater when the rubber is subjected to tensile forces than when the rubber is subjected to compressive forces, and that the transition between compressive force and tensile force in a part of the used rubber body (the torque point) always lie between the machine to which the handle is attached and the center point of the handle.

Denne hensikt oppnås fullstendig ved oppfinnelsen This purpose is completely achieved by the invention

hvis vesentlige kjennetegn består i at hylseelementet med sin indre flate er direkte eller indirekte fast forbundet med akseltappen og med sin ytre flate er direkte eller indirekte fast forbundet med håndtakets indre, sylindriske whose essential characteristic consists in that the sleeve element with its inner surface is directly or indirectly firmly connected to the axle pin and with its outer surface is directly or indirectly firmly connected to the handle's inner, cylindrical

flate, at forholdet mellom hylseelementet og håndtakets surface, that the relationship between the sleeve element and that of the handle

aksielle lengde er valgt for, ved tilførsel av de nevnte krefter til håndtaket å bevirke at det momentområde i hylseelementet innenfor hvilket vekslingen fra trykkspenning til trekkspenning foregår, vil være beliggende mellom maskinens axial length is chosen so that, when the aforementioned forces are applied to the handle, the moment range in the sleeve element within which the change from compressive stress to tensile stress takes place will be located between the machine's

hus og håndtakets midtpunkt. housing and the center of the handle.

Hylseelementet som utgjøres av et sylindrisk rør av gummi, er passende fastvulkanisert ved et indre stålrør som i sin tur er fast forankret på maskinens akseltapp og har et ytre stålrør ved hvilket den sylindriske mantelflate er fastvulkanisert, The sleeve element, which consists of a cylindrical rubber tube, is suitably vulcanized by an inner steel tube which in turn is firmly anchored to the machine's axle pin and has an outer steel tube by which the cylindrical outer surface is vulcanized,

idet det ytre stålrør på sin side er fast forbundet med håndtakets indre sylindriske vegg, f.eks. ved hjelp av en eller flere bolter. Det er imidlertid til og med mulig med en direkte fastvulkanisering av gummihylsen på akseltappen resp. håndtakets sylindriske vegg. in that the outer steel tube is in turn firmly connected to the inner cylindrical wall of the handle, e.g. using one or more bolts. However, it is even possible with a direct vulcanization of the rubber sleeve on the axle pin or the cylindrical wall of the handle.

Slik det vil bli beskrevet nedenfor, vil gummielementet komme til å virke som en universalknute hvor gummiens egenskaper ved en gitt tilført kraft lettere tøyes enn komprimeres, hvorved amplituden ved vibrasjoner og støt fra maskinen utjevnes i vesentlig grad og således ikke påvirker håndtaket. As will be described below, the rubber element will act as a universal knot, where the properties of the rubber, at a given applied force, are more easily stretched than compressed, whereby the amplitude of vibrations and shocks from the machine is leveled out to a significant extent and thus does not affect the handle.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet under henvisning til den vedføyde tegning. Fig. 1 er en meget forenklet skisse av en arbeidsmaskin, f.eks. en slagboremaskin med to håndtak. Fig. 2 viser skjematisk en anordning ifølge oppfinnelsen med ubelastet håndtak. Fig. 3 viser et håndtak med et dempende hylseelement i-følge oppfinnelsen. The invention will be described below with reference to the attached drawing. Fig. 1 is a very simplified sketch of a working machine, e.g. an impact drill with two handles. Fig. 2 schematically shows a device according to the invention with an unloaded handle. Fig. 3 shows a handle with a damping sleeve element according to the invention.

Fig. 4 viser anordningen ifølge fig. 3 ved påføring av Fig. 4 shows the device according to fig. 3 when applying

en trykkraft på håndtaket. a pressure force on the handle.

Fig. 5 viser anordningen ifølge fig. 4 når en støtkraft fremskaffes av maskinen. Fig. 6 viser en sammenligning av dempningsfunksjonen mellom oppfinnelsen og kjente håndtak. Fig. 5 shows the device according to fig. 4 when an impact force is provided by the machine. Fig. 6 shows a comparison of the damping function between the invention and known handles.

Den forenklede skisse på fig. 1 viser en slagboremaskin The simplified sketch in fig. 1 shows an impact drill

1 med et maskinhus 2 inneholdende f.eks. en pneumatisk drivmotor som driver et slagbor 3. På maskinhuset 2 finnes der to faste utragende akseltapper, henholdsvis 4 og 5, som her er tenkt anordnet koaksialt og diametralt motsatt hverandre. Akseltappene 4, 5 kan imidlertid danne vinkel med hverandre og behøver ikke være anordnet diametralt motsatt. På hver akseltapp 4, 5 er der anordnet et vibrasjonsdempende håndtak 6 resp. 7. Fig. 2 viser nærmere det ene håndtak 7 som er maken til håndtaket 6. Det endeparti 8 av håndtaket 7 som vender mot maskinen 1, har 1 with a machine housing 2 containing e.g. a pneumatic drive motor that drives an impact drill 3. On the machine housing 2 there are two fixed projecting shaft pins, respectively 4 and 5, which are here thought to be arranged coaxially and diametrically opposite each other. The axle pins 4, 5 can, however, form an angle with each other and do not need to be arranged diametrically opposite. A vibration dampening handle 6 or 7. Fig. 2 shows in more detail the one handle 7 which is similar to the handle 6. The end part 8 of the handle 7 which faces the machine 1 has

en utboring med en sylindrisk indre vegg 9 hvori der er innført et sylindrisk dempningselement 10 bestående av gummi. På den ytre sylindriske mantelflate av dempningselementet 10 er der fastvulkanisert et rør 11 av stål eller annet passende materiale som ved det viste utførelseseksempel har hovedsakelig samme aksiale lengde som elementet 10. Den indre sylindriske flate av røret 11 kan være fast forbundet med mantelflaten av gummielementet 10 på en hvilken som helst passende måte, f.eks. ved fastliming. Den indre sylindriske flate av gummielementet 10 a bore with a cylindrical inner wall 9 in which a cylindrical damping element 10 consisting of rubber is introduced. A tube 11 made of steel or other suitable material is vulcanized on the outer cylindrical outer surface of the damping element 10, which in the embodiment shown has essentially the same axial length as the element 10. The inner cylindrical surface of the tube 11 can be firmly connected to the outer surface of the rubber element 10 in any suitable way, e.g. by gluing. The inner cylindrical surface of the rubber element 10

er på motsvarende vis forbundet med ytterflaten av et sylindrisk metallrør 12 som har en indre sylindrisk utboring tilpasset tappen 5, slik at der kan fremskaffes en fast forbindelse. Den indre sylindriske vegg av røret 12 kan eksempelvis være slik dimensjonert at røret kan presses fast på den sylindriske akseltapp 5, men den faste forbindelse kan også utgjøres av f.eks. is similarly connected to the outer surface of a cylindrical metal tube 12 which has an inner cylindrical bore adapted to the pin 5, so that a fixed connection can be provided. The inner cylindrical wall of the pipe 12 can, for example, be dimensioned such that the pipe can be pressed firmly onto the cylindrical axle pin 5, but the fixed connection can also be made up of e.g.

en gjengeforbindelse. Den ytre del 13 av håndtaket 7 som vender bort fra maskinen 1, og som under drift omsluttes av en hånd og fortrinnsvis ligger helt utenfor gummielementet 10, er ved det viste utførelseseksempel rørformet med en mindre diameter enn endepartiet 8. Slik det er vist på fig. 2, er forbindelsen mellom endepartiet 8 og røret 11 fremskaffet ved hjelp av skruer 14 . a threaded connection. The outer part 13 of the handle 7 which faces away from the machine 1, and which during operation is surrounded by a hand and preferably lies completely outside the rubber element 10, is in the embodiment shown tubular with a smaller diameter than the end part 8. As shown in fig . 2, the connection between the end part 8 and the pipe 11 is provided by means of screws 14.

Virkemåten for den nye anordning vil nå bli beskrevet under henvisning til fig. 4 og 5. Fig. 4 illustrerer håndtaket når maskinens arbeidsverktøy 3 settes mot den flate som skal bearbeides og brukeren utøver en viss trykkraft Fg på de to håndtak 6 og 7. Håndtaket 7 og eventuelt også håndtaket 6 kommer da til å bli dreiet i retning av kraften Fg og danne en vinkel c*. med midtlinjen A for akseltappen 5. Det er her antatt at håndtaket 7 er rett og koaksialt med akseltappen 5, men i det tilfelle hvor håndtaksdelen 13 er utformet på en spesiell måte betinget av ergonometriske synspunkte^ som gjør at håndtaket 7 og akseltappen 5 ikke har felles midtlinje, skal referanse-linjen A isteden referere til akseltappen 5 og midtlinjen for gummihylsen 10 som sammenfaller med akseltappens midtlinje. The operation of the new device will now be described with reference to fig. 4 and 5. Fig. 4 illustrates the handle when the machine's work tool 3 is placed against the surface to be processed and the user exerts a certain pressure force Fg on the two handles 6 and 7. The handle 7 and possibly also the handle 6 will then be turned in the direction of the force Fg and form an angle c*. with the center line A of the axle pin 5. It is assumed here that the handle 7 is straight and coaxial with the axle pin 5, but in the case where the handle part 13 is designed in a special way conditioned by ergonomic points of view^ which means that the handle 7 and the axle pin 5 do not have common center line, the reference line A shall instead refer to the axle pin 5 and the center line of the rubber sleeve 10 which coincides with the center line of the axle pin.

Ved denne nedbøyning av håndtaket som her er tenkt utført i By this bending of the handle which is here intended to be carried out in

et vertikalplan, vil gummimaterialet utsettes for strekk- resp. trykkspenninger. Strekkspenningene er her markert med et minus-tegn og trykkspenningene med et plusstegn. Spenningene i gummi-mater ialet veksler fortegn omtrent innenfor et område mp, momentpunktet. Når maskinen startes opp, oppstår der vibrasjoner, a vertical plane, the rubber material will be exposed to stretching or compressive stresses. The tensile stresses are here marked with a minus sign and the compressive stresses with a plus sign. The stresses in the rubber material change sign approximately within a range mp, the moment point. When the machine is started up, vibrations occur,

dvs. dynamiske krefter F, med amplitude X slik der er vist på fig. 5. Den dynamiske kraft F^ medfører en sammentrykning av gummimaterialet i området B, men pga. det forhold at en tøy-ning krever mindre kraft enn en komprimering, oppstår der en betydelig større tøyning eller økning i strekkspenningen i området C. På den motsatte ende av gummihylsen, dvs. enden nær-mest maskinen, medfører den dynamiske kraft en reduksjon av trykkspenningen og en reduksjon av strekkspenningen, dvs. mp-området blir forskjøvet slik det er vist på tegningen. Det hele resulterer i at håndtaket 7 blir forskjøvet oppover avhengig av den dynamiske kraft, men samtidig øker vinkelen CÅ i motsvarende grad og ved riktig dimensjonering av gummidemperens tykkelse, lengde og gummimaterialets stivhet, slik at gummidemperen tillater en svingning innenfor et vinkelområde bestemt av den statiske trykkraft Fg og den dynamiske trykkraft F^, kommer den ytre ende 15 alltid til å ligge hovedsakelig stille, i.e. dynamic forces F, with amplitude X as shown in fig. 5. The dynamic force F^ causes a compression of the rubber material in area B, but due to the fact that a stretch requires less force than a compression occurs where there is a significantly greater stretch or increase in the tensile stress in area C. At the opposite end of the rubber sleeve, i.e. the end closest to the machine, the dynamic force results in a reduction of the compressive stress and a reduction of the tensile stress, i.e. the mp range is shifted as shown in the drawing. It all results in the handle 7 being shifted upwards depending on the dynamic force, but at the same time the angle CÅ increases to a corresponding degree and with the correct dimensioning of the rubber damper's thickness, length and the stiffness of the rubber material, so that the rubber damper allows an oscillation within an angular range determined by the static pressure force Fg and the dynamic pressure force F^, the outer end 15 will always lie essentially still,

dvs. vibrasjonene overføres ikke til endepunktet. Selvsagt kommer dempningseffekten til å avta jo nærmere hånden ligger maskinen og gummielementet, men dempningseffekten blir, regnet i forhold til håndtakets hele lengde, helt tilfredsstillende selv i det tilfelle at håndens ene side delvis skyter inn over gummielementet. Det mest vesentlige er at momentvekslingsområdet mp ligger mellom den ende av håndtaket 7 som vender mot maskinhuset 2 og håndtakets midtpunkt M, og at elementet 10 tillater svingningsvinkelen ©<■ . i.e. the vibrations are not transmitted to the end point. Of course, the damping effect will decrease the closer the machine and the rubber element are to the hand, but the damping effect is, calculated in relation to the entire length of the handle, completely satisfactory even in the event that one side of the hand partially projects over the rubber element. The most important thing is that the torque exchange area mp lies between the end of the handle 7 that faces the machine housing 2 and the handle's midpoint M, and that the element 10 allows the swing angle ©<■ .

På fig. 6 er der illustrert dempningsfunksjonen hos In fig. 6, the damping function of is illustrated there

et vanlig håndtak med en gummihylse langs hele håndtakslengden (øvre kurve) og et håndtak ifølge oppfinnelsen med nedenfor angitte mål (nedre kurve). Langs y-aksen er det angitt den dyna- a normal handle with a rubber sleeve along the entire length of the handle (upper curve) and a handle according to the invention with the dimensions indicated below (lower curve). Along the y-axis is indicated the dynamic

miske kraft uttrykt i akselerasjon m/s 2 og langs x-aksen er angitt vibrasjonsfrekvensen. force expressed in acceleration m/s 2 and along the x-axis the vibration frequency is indicated.

Anordningen ifølge oppfinnelsen utgjøres av et håndtak The device according to the invention consists of a handle

7 med en total lengde på 165 mm, en gummihylse 10 med en lengde av 3 5 mm, en indre diameter av 2 5 mm, en ytre diameter av 4 0 mm samt rør 11 og 12 (fig. 2) med en veggtykkelse på 2 mm. Sammen-ligningshåndtaket (øvre kurve) var forsynt med en gummidemper 7 with a total length of 165 mm, a rubber sleeve 10 with a length of 3 5 mm, an inner diameter of 2 5 mm, an outer diameter of 4 0 mm and tubes 11 and 12 (Fig. 2) with a wall thickness of 2 etc. The comparison handle (upper curve) was fitted with a rubber damper

av motsvarende konstruksjon med en totallengde på 165 mm og akseltappen strakk seg i dette tilfelle gjennom hele håndtaket og gummidemperen. Området mellom de to kurver motsvarer den energi som blir opptatt i anordningen ifølge oppfinnelsen. of similar construction with a total length of 165 mm and the axle pin in this case extended through the entire handle and rubber damper. The area between the two curves corresponds to the energy absorbed in the device according to the invention.

Praktiske forsøk har vist at gummidemperens lengde avhengig av vibrasjonskrefter og vibrasjonsamplituder som er fremskaffet av maskinen fortrinnsvis bør ligge mellom 20-40 % av håndtakets totale lengde. Practical tests have shown that the length of the rubber damper, depending on the vibration forces and vibration amplitudes produced by the machine, should preferably be between 20-40% of the handle's total length.

Claims

1. Device for a vibration-damping handle (7) for a work machine (1), which during operation produces vibrations, and where the handle is designed to be attached to a pin (4, 5) connected to the machine's cover (2) by means of a sleeve element in the form of a hollow cylinder of rubber, the length of which is less than the length of the handle and where the sleeve element is designed to allow an oscillating movement of the handle depending on the static pressure force (F ) supplied to the handle during operation and the dynamic vibration force (F^) of the working machine, characterized in that the sleeve element (10) with its inner surface is directly or indirectly firmly connected to the axle pin (4, 5) and with its outer surface is directly or indirectly firmly connected to the inner, cylindrical surface of the handle (7), that the ratio between the sleeve element (10) and the axial length of the handle (7) is chosen for, upon application of the aforementioned forces (F^ ) to the handle (7) to cause the torque range in the sleeve element (10) within which the change from compressive stress to tensile stress takes place, will be located between the machine's housing (2) and the center point of the handle (7) .

2. Device as specified in claim 1, characterized in that the axial length of the sleeve element (10) constitutes 20-40% of the length of the handle (7).

3. Device as stated in claim 1 or 2, characterized in that the sleeve element (10) with its cylindrical mantle surface is directly attached to the handle's inner cylindrical surface and is with its inner cylindrical surface directly attached to the shaft pin's (4, 5) surface.

4. Device as specified in claim 1 or 2, characterized in that the sleeve element's (10) cylindrical outer surface is connected to the inner surface of a first metal tube (11) which is fixedly arranged in the handle and that the sleeve element's (10) inner cylindrical surface is firmly connected to the mantle surface by another pipe (12) which is firmly connected to the axle pin (4, 5).