DE2712863C3 - Schlagwerkzeug zum Abtragen von Oberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schlagwerkzeug zum Abtragen von Oberflächen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein bekanntes tragbares Schlagwerkzeug dieser Art (CH-PS 2 QO 394) ist mit einem Bündel dünner Stangen oder Nadeln versehen, die durch ein mit Druckluft betriebenes Schlagorgan angeschlagen werden. Die aus dem Gehäuse des Werkzeugs hervorragenden Enden der Nadeln werden in Kontakt mit der abzutragenden Oberfläche gebracht, und die wiederholte Schlagwirkung der Nadeln bei einer bestimmten, von den beteiligten Massen abhängigen Frequenz greift diese Oberfläche an. Dieses Werkzeug hat die Form einer Pistole, die mit einem Kompressor verbunden ist. Um einen bestimmten Abstand zwischen den Nadeln aufrechtzuerhalten, sind diese durch entsprechende öffnungen eines Nadelträgers genannten Hallers hindurchragend angebracht und werden mit Hilfe von an ihren Enden ausgebildeten, im Inneren des Gehäuses liegenden Köpfen gehalten. Nach etwa zehn Betriebsstunden brechen die Nadeln in Höhe der Köpfe ab. Und die Löcher des Nadelträgers werden nach und nach infolge der Schlagwirkung auf die Nadelköpfe vergrö' ßert, so daß der Nadelträger ausgewechsel) werden muß. Bisher wurde dies als normal und für diese Art Werkzeug naturgegeben angesehen.

Der wechselseitige Verschleiß der Nadelköpfe und der Löcher des Nadelträgers beruht auf dem Umstand, daß die Schwingungsfrequenzen der Nadeln bzw. der Nadelträger verschieden sind, was das Hämmern der Nadelköpfe gegen den Rand der Löcher des Nadelträgers zur Folge hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Abnutzung zu verringern und dadirch die Leistungsfähigkeit des Werkzeugs zu erhöhen.

ίο Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Mittel vorgeschlagen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Die einzige Figur der Zeichnung gibt schematisch und in beispielhafter Weise eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs im Längsschnitt wieder.

Dieses Werkzeug hat die Form einer Pistole mit

einem zylindrischen Gehäuse 1 und einem Handgriff 2.

Ein Bündel Nadeln oder gehärtete Stahlstäbe 3 ragt aus dem Ende des Gehäuses 1 hervor. Diese Nadeln 3 ragen durch einen gleitend in dem Gehäuse 1 angebrachten Nadelträger 4 genannten Halter hindurch, der federnd durch eine Feder 6 gegen einen Amboß 5 gedrückt wird.

Verschiedene Versuche sind durchgeführt worden, um die Masse des Nadelträgers 4 zu vermindern derart, daß sie sich weitmöglichst der Masse der Nadeln annähen. Dabei haben Metalle von sehr niedrigem spezifischen Gewicht wie Aluminium negative Resultate in mechanischer Hinsicht ergeben. Das ist der Grund dafür, daß Versuche mit Hilfe von Nadelträgern aus nichtmetallischen Werkstoffen, insbesondere aus Kunststoffen, in diesem Beispiel aus Polyamid 6 durchgeführt worden sind. Dabei wird der Nadelträger 4 entweder durch Bearbeitung oder durch Spritzguß aus einem Pulver hergestellt, das einer weitgehenden Konditionierung unterworfen wird, um ihm soviel von der Feuchtigkeit wie möglich zu entziehen, die die mechanischen Eigenschaften der Gudmasse beeinträchtigen könnte. Dieser Nadelträger hat die Form einer zylindrischen Küvette, deren Rand gegen den Amboß 5 anliegt, während der Boden mit gleichmäßig verteilten öffnungen durchbohrt ist. die die entsprechenden Nadeln 3 des Bündels aufnehmen. Das innere Ende jeder Nadel 3 endet in einem in diesem Fall kegelstumpfförmigen Kopf 3a, der in einem Freiraum von entsprechender Form liegt, welcher sich am Ende jeder den Boden des Nadelträgers durchlaufenden öffnung befindet und zum Inneren der diesen Nadelträger bildenden Küvette hin liegt.

Der Amboß 5 besteht aus einem frei in dem Gehäuse angebrachten Stahlzylinder und wird in seiner Bewegungsfähigkeit durch einen in diesem Gehäuse festen Anschlag behindert, der aus einer Kante eines im Inneren des Gehäuses 1 liegenden rohrförmigen Organs 7 besteht. Dieser Amboß weist mindestens eine Längsnut 5a auf, damit Luft entweichen kann, wie im folgenden beschrieben wird.

Ein als eine Art Kolben ausgebildetes Hammer genanntes Sehlagorgan 8 ist gleitend in dem rohrförmigen Element 7 angeordnet. Dieses rohrförmige Element ist in zwei Kammern 7a und Tb aufgeteilt mit Hilfe eines um den Körper 8a des Hammers 8 aufgepaßten ringförmigen Ansatzes Tc, während der Köpf Sb dieses Hammers gleitend in der hinter dem ringförmigen Ansatz Ic Hegenden Kammer 7a angeordnet ist Eine Leitung 9 in T-Form dient zur Herstellung einer Verbindung der Kammern 7a und Tb entsprechend der

Axialstellung des Hammers 8. Die Kammer 7a ist mit einer Druckluftquelle verbunden über eine Leitung 10, die vor dem Kopf Sb des Hammers in die Seitenwand der Kammer 7a einmündet, wenn dieser Hammer am Amboß 5 anliegt.

Diese Pistole wird von einem nicht dargestellten Kompressor gespeist, der in den Teil vor der Kammer 7a Luft unter Druck einleitet, so daß der Hammer 8 nach hinten gestoßen wird, bis der Querarm der Leitung 9 in T-Form in die Kammer 7a eindringt und damit den Teil vor dieser Kammer 7a mit ihrem hinter dem Kopf Sb des Hammers liegenden Teil in Verbindung bringt. Da die Kammer 7a unter Einern größeren Druck als die Kammer Tb steht und der in der Kammer 7a herrschende und auf das hintere Ende des Hammers 8 einwirkende Druck an der Oberfläche des zwischen dem Kopf Sb und dem Körper 8a des Hammers gebildeten Bereichs größer ist, wird der Hammer nach vorn gegen den Amboß 5 gedrückt. Wenn er in die Kammer Tb eindringt, ermöglicht der Querteii der Leitung 9 in T-Form, daß die komprimierte Luft aus dfn hinteren Teil der Kammer 7a entweicht, wobei die Längsnut 5a dazu dient, diese Luft in den Vorderteil der Pistole durch den Nadelträger 4 hindurch gelangen zu lassen. Dieses Gelangen der Luft nach vorn ist gleichzeitig ein wirksames Mittel zum Kühlen der Werkzeugelemente.

Wenn die Pistole eine Oberfläche abträgt, liegen die Nadeln 3 normalerweise in dem Moment, wo der Hammer 8 gegen die Hinterseite dieses Ambosses schlägt, am Amboß 5 an. Infolge des Schlags des Hammers 8 gegen den Amboß 5 überträgt diese letztere seine Energie auf die Nadeln 3 sowie auf den Nadelträger 4 und die Feder 6. Der beschriebene Zyklus beginnt von neuem, da die komprimierte Luft ständig durch die Leitung 10 in die Kammer 7a geleitet wird. Die Schlagfrequenz wird im wesentlichen durch die Ausmaße und das Verhältnis der verschiedenen vorhandenen Massen bestimmt.

Die durchgeführten Versuche mit einer solchen Pistole, deren Nadelträger aus Polyamid 6 besteht, haben gezeigt, daß die Lebensdauer der Nadeln, die mit dem bekannten Stahl-Nadelträger etwa zehn Stunden betrug, praktisch unbegrenzt groß wird. Die Lebensdauer des Nadelträgers kann entsprechend seiner Herstellungsart (Spritzguß oder Bearbeitung) und dem Zustand der Konditionierung des verwendeten Kunst Stoffs im wesentlichen gleich sein oder sogar über dem des Stahl-Nadelträgers liegen, bzw. auch bis zu zweimal langer sein, insbesondere, wenn der Nadelträger wenigstens teilweise abgenutzt wird. Es ist außerdem festgestel't worden, daß der Wirkungsgrad der mit einem Nadelträger aus Polyamid 6 bestehenden Pistole wesentlich verbessert wird. Das Abtragen einer Oberfläche von 0,i25 m^! dauerte mit einem Stahl-Nadelträger in 10 min 50 see, mit einem Polyamid 6-Nadelträger hingegen 7 min 10 see.

Tatsächlich haben die sehr weit führenden Versuche, die systematisch mit einer großen Vielzahl von Kunststoffen durchgeführt wurden, gezeigt, daß es nur sehr wenige Kunststoffe gibt, die in der Gesamtheit ihrer Eigenschaften ausreichen, um den verschiedenen Beanspruchungen zu genügen, denen ein Nadelträger unterworfen ist. Dies ist zweifellos der Grund dafür, warum bisher kein Konstrukteur daran gedacht hatte, einen Kunststoff zu verwenden, um die schnelle Abnutzung der Nadeln /u vermeiden. Da der Nadelträ· ger das Teil ist, das mit seinen Nadeln der stärksten Abnutzung aller Organe der Pistole unterworfen ist, war es unerwartet, daß der Kunststoff ebenso, wenn nicht sogar besser als der Stahl Widerstand leistet und es ermöglicht, das Brechen der Nadeln zu vermeiden.

Man darf nicht vergessen, daß, wenn die Herabsetzung der Masse des Nadelträgers ein Ziel der Erfindung ist dergestalt, daß die Schwingungsfrequenz des Nadelträgers sich derjenigen von jeder Nadel angleicht; indem auf diese Weise die Schlagfrequenz und die Aufschlagenergie vermindert wird, dann nichtsdestoweniger verbleibt, daß der Nadelträger trotz allem strengen Arbeitsbedingungen unterworfen ist. Deshalb sind die Werkstoffe von geringem spezifischen Gewicht schwierig zu finden, die in der Lage sind, die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu vereinen.

Darüber hinaus haben es die erwähnten Versuche ermöglicht, die Liste der wesentlichen Eigenschaften aufzustellen, die der Kunststoff haben muß. um für das erfindungsgemäße Schlagwerkzeug geeignet zu sein Dieses Material muß eine ausreißend hohe Gestalt änderungsenergie aufweisea d. h. die vor dem Bruch absorbierte Gestaltsänderungsenergie, die durch Multiplikation des Grenzwiderstandes mit der Zugki ft über die Verformung des Materials beim Bruch gefunden werden kann. Diese Gesialtänderungsenergie. die beim bisher verwendeten Stahl zur Herstellung des Nadelträ· gers ungefähr 10 kpm/cm' beträgt, liegt beim Polyamid 6 zwischen 15 und 20 kpm'cm¹.

Die Fließtemperatur des Materials muß ausreichend hoch sein, und hierin liegt eines der Kriterien, warum zahlreiche Kunststoffmaterialien ausgeschlossen sind. Angesichts der sehr wirksamen Kühlung des Nadelträgers durch die aus der Kammer Tb durch die Nuten 5a des Ambosses 5 und den Nadelträgern 4 ausströmende Luft muß diese Fließtemperatur mindestens 100'C erreichen, während die des Polyamid 6 nahe 200"· C liegt. Es gibt zwei Arten der Quellen für die Erwärmung des Nadelträgers, die Reibung zwischen den Nadeln und dem Nadelträger und die Umwandlung der kinetischen Energie der verschiedenen Organe der Pistole, insbesondere der Nadeln, bei den Schlagen in Wärme.

Schließlich muß dieses Material den Schlagen widerstehen. Es gibt verschiedene Arten, c'iese Eigenschaft zu bestimmen. Dabei bezieht sich die geläufigste auf ein gegen eine gekerbte Probe schlagendes Pendel bekannter Masse, wobei dann die potentielle, durch das Pendel gespeicherte Energie nach dem Schlag berechnet wird.

Dieser Versuch hängt von der Art der Einkerbung in der Probe ab, und häufig bricht dieses nicht, was ein Zeichen eines erhöhten Widerstandes gegen Jie Schläge ist. Messungen des Widerstandes gegen die Sch.äge nach der Norm DIN 53 453. ausgedrückt in kpcm/cm² ergibt bei Nylon 100. bei Delrin 9 bis 10 und bei PVC 2 bis 3. Die Schmiermittel enthaltenden, belasteten Kunststoffe haben eine geringere Widerstandskraft gegen die Schläge. So hat Polyamid 66 + M0S2 einen Widerstand von 15 bis 20, während das Material allein einen im wesentlichen dem des Nylons gleichen Widerstand aufweist. Diese Zusätze scheinen den Wert der Verformungsenergie ebenfalls herabzusetzen.

Alle diese Versuche wurden mit Nadeln aus gehärtetem Stahl i jrchgeführt.

Die festgestellten Verbesserungen sowohl hinsichtlich der Abnutzung der Organe als auch des Leistungsvermögens ergeben sich ebenfalls aus der geringen Masse des Nadelträgers aus Kunststoff, da das

spezifische Gewicht des Kunslstoffmaterials sehr viel niedriger als das des Stahls liegt. Wenn die Masse des Nadelträgcrs sich derjenigen der Nadeln annähert, hat die Bewegung des Nadelträgers daher die Neigung, in dem Moment des Schlages zwischen den Nadelköpfen und dem Nadelträger derjenigen der Nadeln zu folgen, wodureh die aus diesen Schlagen resultierenden Kräfte verringert werden, was die Beendigung des in Höhe des Kopfes auftretenden Bruchs der Nadeln erklärt. Die veichlige Verformung des Kunstsloffmaterials bei jedem Schlag dämpft die bei einem Nadelträger aus Stahl festzustellenden zufälligen Vibrationen wesentlich. Auch dies erklärt zweifellos, warum der Nadelträger aus Kunststoff in der Lage isf, mindestens ebenso lange, wenn nicht sogar bis zu zweimal länger als ein Nadelträger aus Stahl Widerstand zu leisten^ wobei jener geringeren Belastungen als letzterer unterworfen ist.

Der Nadelträger verschiebt sich gegen den durch die Feder 6 ausgeübten Druck, so daß die zum Zusammendrücken dieser Feder erforderliche Energie verschwindet. Die starke Verringerung der Masse des Nadelträ^ gers aufgrund der Verwendung von Kunststoff ermöglicht infolgedessen, den Energieverlust durch eine geringere Belastung der Feder zu verringern, wodureh die Erhöhung des Wirkungsgrades der mit dem ü Kunststoff-Nade'fräger versehenen Pistole erklärt wird. Dieser erhöhte Wirkungsgrad bringt im übrigen eine Verringerung des Verbrauchs an Druckluft mit sich, was schwer zu berechnen ist, weil es kompliziert zu messen ist. Infolgedessen führen die verstärkte Leistung der

to Pistole und der geringere Luftverbrauch zu einer wesentlichen Verringerung des Energieverbrauchs und zu einer erhöhten Produktivität. Außerdem soll betont werden, daß der Nadelträger aus gegossenem, teilweise gegossenem oder bearbeitetem Kunststoff einen geringeren Geslehungspreis als der Nadelträger aus gehärtetem Stahl hat.

Es ist offensichtlich möglich, auch ein anderes Antriebsmittel als die komprimierte Luft zur Mitnahme des Hamniefs 8 zu Verwenden, beispielsweise eiektff-

sehe Mittel der Art, wie sie für Schiagbohrer verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schlagwerkzeug zum Abtragen von Oberflächen mit einem länglichen Gehäuse, vor dem an seinem Ende ein Bündel metallischer Abtragnadeln hervorragt; mit einem in Längsrichtung gleitend im Inneren dieses Gehäuses angeordneten Nadelträger in Form einer zylindrischen Schale, deren Rand federnd gegen einen von einem Anschlag gehaltenen Amboß gedrückt wird und deren Boden von öffnungen durchlöchert ist, wobei die Nadeln diese Öffnungen entsprechend durchquerend angebracht sind und ihre inneren Enden jeweils in einem Kopf enden, der als axialer Anschlag dient; mit einem Schlagorgan, das in Längsrichtung gleitend in dem Gehäuse in Richtung auf den Amboß hin gegenüber dem Nadelträger angebracht ist; und mit einer Antriebseinrichtung zum Einleiten und Aufrechterhalten einer Folge von Hammerschlägen gegen den Amboß mit einer vorgegebenen Frequenz, d a durch gekennzeichnet, daß der Nadelträger (4) aus einem Kunststoff besteht, dessen Formänderungsenergie mindestens gleich 10 kp · m/cm' ist, dessen Fließtemperatur mindestens gleich 100" C ist und dtssen Schlagfestigkeit mindestens 50 kp · cm/cm' beträgt, wobei der Nadelträger derart bemessen ist, daß seine Masse zumindest annähernd gleich derjenigen der Nadeln (3) ist, dergestalt, daß unter der Einwirkung der Schläge diese Nadeln einerseits und der Nadelträger andererseits im wesentlichen synchron schwingen.

2. Schlagwerkzeug räch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunst.' off eine Formänderungsenergie von 15 bis 20 kp · m/cm³, eine Fließtemperatur von annähernd 200⁰C und eine Schlagfestigkeit von annähernd 100 kp· cm/cm² aufweist.