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EP1117508A1 - Luftfederschlagwerk mit rückholluftfeder - Google Patents

Luftfederschlagwerk mit rückholluftfeder

Info

Publication number
EP1117508A1
EP1117508A1 EP99944386A EP99944386A EP1117508A1 EP 1117508 A1 EP1117508 A1 EP 1117508A1 EP 99944386 A EP99944386 A EP 99944386A EP 99944386 A EP99944386 A EP 99944386A EP 1117508 A1 EP1117508 A1 EP 1117508A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
chamber
drive
percussion
drive piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP99944386A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1117508B1 (de
Inventor
Rudolf Berger
Wolfgang Schmid
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.)
Wacker Construction Equipment AG
Original Assignee
Wacker Werke GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Werke GmbH and Co KG filed Critical Wacker Werke GmbH and Co KG
Publication of EP1117508A1 publication Critical patent/EP1117508A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1117508B1 publication Critical patent/EP1117508B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/005—Arrangements for adjusting the stroke of the impulse member or for stopping the impact action when the tool is lifted from the working surface

Definitions

  • the invention relates to an air spring hammer mechanism in which a drive piston and a percussion piston are axially movable in a hammer mechanism housing.
  • Striking mechanisms of this type are usually used in rotary or percussion hammers, two types of striking mechanism having proven themselves in practice.
  • One type relates to a striking mechanism with a hollow drive piston, guided in the striking mechanism housing, in the cavity of which the striking piston is guided, while the other type relates to a striking mechanism with a hollow striking piston, which is guided in the striking mechanism housing, and in the cavity of which the driving piston is guided.
  • Both types of drive have in common that the drive piston z. B. is driven oscillatingly via a crank mechanism and an air spring forms between the drive piston and the percussion piston, which transmits the drive movement of the drive piston to the percussion piston and drives it in a direction of impact, where it is finally placed on a tool, e.g. on a chisel, strikes and transmits its impact energy. The impact piston then rebounds and, supported by the drive piston, a new impact movement begins.
  • the invention has for its object to provide an air spring hammer mechanism in which the recoil behavior of the percussion piston is improved.
  • an air spring hammer mechanism with a hammer mechanism housing; one axially in the striking mechanism housing and drivable drive piston; a, viewed in a striking direction, arranged in front of a drive surface of the drive piston and axially movable percussion piston axially to the drive piston; a first chamber arranged in front of the drive surface of the drive piston and behind a rear surface of the percussion piston; a second chamber formed behind the drive surface of the drive piston; and with a third chamber formed in front of the rear surface of the percussion piston; wherein the second chamber and the third chamber can be brought into communicating connection via a connecting channel.
  • the design of the air spring hammer mechanism enables the drive piston to pass on its energy to the percussion piston and thus indirectly to the tool during a forward movement via an air spring which is formed in the first chamber.
  • air pressure builds up in the second chamber located behind the drive piston and is conducted via the connecting channel to the third chamber located in front of the percussion piston.
  • the return movement of the percussion piston is supported regardless of its rebound after the blow and the suction effect of the drive piston transmitted via the first chamber.
  • the result is a reliable return movement of the percussion piston even under difficult operating conditions, so that a further powerful stroke can be carried out when the drive piston moves forward again.
  • the communicating connection between the second chamber and the third chamber enables a pressure change in the second chamber caused by the movement of the drive piston to have an effect on a pressure change in the third chamber via the connecting channel.
  • the drive piston is guided in the percussion mechanism housing, while the percussion piston is guided in a cavity formed on an end face of the drive piston (claim 2).
  • the percussion piston is guided in the percussion mechanism housing, while the drive piston is guided in a cavity formed in an end face Proverb 3).
  • the solution according to the invention is suitable for both of the air spring hammer types mentioned.
  • the second chamber is arranged between a rear surface of the drive piston and a rear tube plate fastened to the striking mechanism housing, while the third chamber is arranged between a front surface of the percussion piston and a front tube plate fastened to the hammer mechanism housing.
  • the drive piston is advantageously designed in such a way that it has a piston head forming the drive surface and the rear surface, a holder for attachment to a drive and a central member connecting the piston head to the holder.
  • This design enables the rear tube plate to be arranged between the piston head and the holder, as a result of which the second chamber is formed in a simple manner.
  • an idle channel which has at least one idle opening in a wall of the drive piston and penetrates a wall of the striking mechanism housing.
  • the idle channel is connected either to the connection channel or to the environment. Via the idle channel, it is possible to short-circuit the first and the second chamber, so that no pressure conditions can build up in the air spring hammer mechanism, which act on the percussion piston when the air spring hammer mechanism is in idle mode.
  • a displaceable control slide which can be switched between an impact position and an idle position and which in an impact position establishes the connection between the second and the third chamber via the connecting channel while blocking the idle channel. In an idle position, it interrupts the connection channel and opens the idle channel in order to to be able to precisely set the transition between idle and striking position.
  • the axial displacement of the control slide takes place advantageously in that the control slide is coupled to the tool or the striker arranged between the percussion piston and the tool, the tool or striker being slightly moved forward from the housing when it changes to idling by lifting off the rock slides, allowing the spool to follow the movement.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an air spring hammer mechanism according to the invention in the striking position.
  • FIG. 2 the hammer mechanism from FIG. 1 in the idle position
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of a second embodiment of the air spring hammer mechanism according to the invention in the striking position;
  • FIG. 4 the hammer mechanism according to FIG. 3 in the idle position
  • FIG. 5 shows a third embodiment of an air spring hammer mechanism according to the invention in the striking position
  • FIG. 6 shows the striking mechanism according to FIG. 5 in the idle position
  • FIG. 7 shows a fourth embodiment of an air spring hammer mechanism according to the invention in the striking position
  • FIG. 8 the hammer mechanism according to FIG. 7 in the idle position
  • FIG. 9 another type of striking mechanism as a fifth embodiment for an air spring hammer mechanism according to the invention in the striking and idling position.
  • FIG. 1 and 2 show an air spring hammer mechanism according to the invention in Beat or idle position.
  • a drive piston 2 is set into oscillating axial movement via a connecting rod 3 belonging to a crank drive (not shown) which is known per se.
  • the connecting rod 3 is articulated on a holder 4 of the drive piston 2.
  • the holder 4 is connected in one piece to a piston head 6 via a central link 5.
  • the drive piston 2 thus consisting of the holder 4, the middle member 5 and the piston head 6 can - unlike the figure - also be assembled from several parts if this is expedient for production or assembly reasons.
  • a cavity 8 is formed, in which a percussion piston 9 is inserted so as to be axially movable.
  • a first chamber 10 is provided between the drive piston 2 and the percussion piston 9 surrounded by the drive piston 2, in which air with ambient atmosphere is located in the initial state.
  • the drive piston 2 moves forward, i.e. - based on Figures 1 and 2 - to the left.
  • this is also accelerated forward and strikes a striker 11, only shown schematically, where the kinetic energy of the percussion piston 9 is transmitted as impact energy.
  • the striker 11 gives the impact energy to a tool, not shown, e.g. a chisel, on.
  • a shank of the tool can also be used directly.
  • an air compensation duct 12 present in the wall of the drive piston 2 is opened, whereby the first chamber 10 is ventilated and air losses can be compensated for in a manner known per se.
  • the percussion piston 9 bounces back in the direction of the drive piston. ben 2, which is already in reverse motion due to the crank mechanism.
  • the backward movement of the percussion piston 9 is supported by a negative pressure forming in the first chamber 10 until the drive piston 2 starts to move forward again and a new percussion cycle begins.
  • a connecting channel 13 is provided, which brings a second chamber 14 into communication with a third chamber 15.
  • the second chamber 14 is - seen in the direction of impact - arranged behind a drive surface 16 of the drive piston 2. As can be seen from FIGS. 1 and 2, the second chamber 14 is formed by a rear surface 17 provided on the piston head 6, a rear tube plate 18 belonging to the striking mechanism housing 1, the middle member 5 and the actual striking mechanism housing 1.
  • the third chamber 15 is arranged in front of a rear surface 19 of the percussion piston 9 and is formed by a striking surface 20 of the percussion piston 9 serving as the front surface, a front tube plate 21 belonging to the percussion mechanism housing 1, the actual percussion mechanism housing 1 and the drive piston 2.
  • the function of the first chamber 10 formed between the drive surface 16 of the drive piston 2 and the rear surface 19 of the percussion piston 9 is not impaired thereby.
  • a plurality of idle openings 23 are formed in a wall 22 of the drive piston 2, which move back and forth in front of an idle groove 24 formed in the striking mechanism housing 1 when the drive piston 2 moves axially.
  • the idle groove 24 is connected to the connecting duct 13 via an air duct 25.
  • the idle openings 23, the idle groove 24 and the air duct 25 together form an idle duct.
  • the striking mechanism is idle when the operator of a hammer drill or percussion hammer in which the striking mechanism is used lifts the tool from the rock to be machined. As a result, the tool and the die 1 1 slide out of the striking mechanism housing 1 by a certain distance.
  • the percussion piston 9 follows this path and arrives in the position shown in FIG. 2.
  • the percussion piston 9 passes over a region of an edge 26 fixed to the housing, as a result of which a connection is formed between the first chamber 10 via the idle openings 23, the idle groove 24 and the air duct 25 to the connecting duct 13.
  • the air system is short-circuited by establishing the connection between the first chamber 10 and the second chamber 14 or the third chamber 15. This means that with the further movement of the drive piston 2, the air from the second chamber 14 not only into the third chamber 15, as in impact operation, but also into the first chamber 10 is pumped, where it ensures an air balance and thus largely the same air pressure in all three chambers.
  • the percussion piston 9 is not displaced from its foremost position.
  • FIG. 3 and 4 schematically show a sectional view of a second embodiment of the invention.
  • the same parts as in the first embodiment are identified by the same reference numerals, and a renewed description is omitted.
  • an axially displaceable control slide 28 is provided in the second embodiment, which is acted upon on one side by a spring 29 supported against the striking mechanism housing 1.
  • the control slide 28 can be moved depending on the position of the striker 11 between a striking position shown in FIG. 3 and an idling position shown in FIG. 4.
  • a connecting opening 30 and an idling opening 31 are provided in the control slide 28.
  • the control slide 28 In the striking position, the control slide 28 is in a position in which the connecting opening 30 permits a connection between the connecting channel 13 and the third chamber 15, while the control slide 28 prevents a connection of the first chamber 10 to the environment in that the idle opening 31 is not above the air duct 25.
  • the striker 11, the striking piston 9 and the control slide 28 slide a certain distance in the direction of the tool, as a result of which the connection opening 30 interrupts the connection channel 13, while the idle opening 31 is displaced via the air duct 25.
  • the first chamber 10 can be connected to the surroundings, which results in reliable idling behavior.
  • the use of the control slide 28 requires a greater structural outlay, but has the advantage that the idle travel, ie the distance by which the tool has to slide out of the striking mechanism housing 1, can be shortened, which is reflected in a shorter construction.
  • FIGS. 5 and 6 A variant of this is shown as a third embodiment in FIGS. 5 and 6 again in the striking and idling position.
  • This third embodiment differs from the second embodiment according to FIGS. 3 and 4 in that the control slide 28 has a greater axial length and still extends over the region of the second chamber 14.
  • a connection opening 32 and a ventilation opening 33 are provided in the control slide 28.
  • control slide 28 is thus able to control all openings to the first chamber 10, the second chamber 14 and the third chamber 15.
  • the control slide 28 When the control slide 28 is in the striking position shown in FIG. 5, it establishes a communicating connection between the second chamber 14 and the third chamber 15 via the connecting channel 13 with the connecting openings 30 and 32.
  • the third chamber 15 is separated from the connecting channel 13 by the control slide 28 and therefore likewise does not experience any increase in pressure.
  • the percussion piston 9 remains in the position shown in FIG. 8 without being able to be lifted off by the drive piston 2.
  • FIG. 9 shows, as a fifth embodiment, another type of air spring hammer mechanism according to the invention, in which a percussion piston 40 is axially movably guided in a hammer mechanism housing 1.
  • the top half of FIG. 9 shows the striking mechanism in the striking position, while the lower half of FIG. 9 shows the striking mechanism in the idle position.
  • a cavity 42 is formed, in which a drive piston 43 is guided.
  • the drive piston 43 is constructed in a manner similar to that in the above embodiments and essentially consists of a holder 44, a central member 45 and a piston head 46.
  • a first chamber 49 is formed between a drive surface 47 of the drive piston 43 and a rear surface 48 of the percussion piston 40.
  • a second chamber 50 is formed behind a rear surface 51 of the drive piston 43 and a third chamber 52 in front of a front surface 53 of the percussion piston 40.
  • the second chamber 50 and the third chamber 52 are connected by a connecting channel 54.
  • the percussion piston 40 has an extension 55 which acts on a striker (not shown) or a tool (also not shown).
  • An idling duct 56 extends from the connecting duct 54, which enables a connection between the first chamber 49 and the second chamber 50 in the idle position of the striking mechanism.
  • an orifice 57 of the connecting channel 54 is covered by the percussion piston 40, so that the communication between the second chamber 50 and the third chamber 52 is interrupted.
  • the further structure of the striking mechanism corresponds to that of the embodiments already described, so that a new description can be dispensed with.
  • the various design options with regard to the connecting channel and the spool can also be applied to this type of hammer.
  • the second chamber can also be a small space, which can be connected to the connecting channel and is sealed off from the environment, which is arranged behind the drive piston and in which at least part of the drive device is provided for the drive piston .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)

Abstract

Ein Luftfederschlagwerk weist ein Schlagwerkgehäuse (1) auf, in dem ein Antriebskolben (2) und ein Schlagkolben (9) axial beweglich angeordnet sind. Die von einem Kurbeltrieb erzeugte Bewegung des Antriebskolbens (2) wird über eine Luftfeder in einer ersten Kammer (10) auf den Schlagkolben (9) übertragen, der zyklisch gegen einen Döpper (11) oder ein Werkzeug schlägt. Die Rückwärtsbewegung des vom Döpper (11) zurückprallenden Schlagkolbens (9) wird durch eine Erhöhung des Luftdrucks in einer dritten Kammer (15) unterstützt, die durch den Antriebskolben (2) über eine zweite Kammer (14) und einen Verbindungskanal (13) mit Luft versorgt wird.

Description

Luftfederschlagwerk mit Rückholluftfeder
Die Erfindung betrifft ein Luftfederschlagwerk, bei dem ein Antriebskolben und ein Schlagkolben in einem Schlagwerkgehäuse axial beweglich sind.
Derartige Schlagwerke werden üblicherweise bei Bohr- oder Schlaghämmern eingesetzt, wobei sich in der Praxis unter anderem zwei Schlagwerktypen bewährt haben. Der eine Typ betrifft ein Schlagwerk mit hohl ausgebildetem, in dem Schlagwerkgehäuse geführtem Antriebskolben, in dessen Höhlung der Schlagkolben geführt wird, während der andere Typ ein Schlagwerk mit hohl ausgebildetem und in dem Schlagwerkgehäuse geführtem Schlagkolben betrifft, in dessen Höhlung der Antriebskolben geführt ist. Beiden Schlagwerktypen gemeinsam ist, daß der Antriebskolben z. B. über einen Kurbeltrieb oszillierend angetrieben wird und sich zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben eine Luftfeder ausbildet, die die Antriebsbewegung des Antriebskolbens auf den Schlagkolben überträgt und diesen in eine Schlagrichtung treibt, wo er schließlich auf ein Werkzeug, z.B. auf einen Meißel, auftrifft und seine Schlagenergie überträgt. Danach prallt der Schlagkolben zurück und es beginnt, unterstützt durch den Antriebskolben, eine neue Schlagbewegung.
Die Vorteile der beschriebenen Schlagwerktypen liegen in geringen Ansprüchen hinsichtlich der Abdichtung der Trennfugen, so daß ein Einsatz von robusten Stahl-Stahl-Gleitpaarungen ohne Verwendung von zusätzlichen Dichtelementen im Hochdruckbereich möglich ist. Darüber hinaus weisen die Schlagwerke ein gutes Anlaufverhalten bei niedrigen Temperaturen auf.
Dennoch besteht unter bestimmten Betriebszuständen das Problem, daß die Rückbewegung des Schlagkolbens nach erfolgtem Schlag trotz des Rück- stoßimpulses und einer Saugwirkung des Antriebskolbens nicht ausreicht, um nachfolgend einen kraftvollen Schlag ausführen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftfederschlagwerk anzugeben, bei dem das Rückstoßverhalten des Schlagkolbens verbessert ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Luftfederschlagwerk, mit einem Schlagwerkgehäuse; einem in dem Schlagwerkgehäuse axial hin und her treibbaren Antriebskolben; einem, in eine Schlagrichtung gesehen, vor einer Antriebsfläche des Antriebskolbens angeordneten, koaxial zu dem Antriebskolben axial beweglichen Schlagkolben; einer vor der Antriebsfläche des Antriebskolbens und hinter einer Rückfläche des Schlagkolbens angeordneten ersten Kammer; einer hinter der Antriebsfläche des Antriebskolbens ausgebildeten zweiten Kammer; und mit einer vor der Rückfläche des Schlagkolbens ausgebildeten dritten Kammer; wobei die zweite Kammer und die dritte Kammer über einen Verbindungskanal in kommunizierende Verbindung bringbar sind.
Die Gestaltung des Luftfederschlagwerks ermöglicht es, daß der Antriebskolben bei einer Vorwärtsbewegung über eine sich in der ersten Kammer ausbildende Luftfeder seine Energie an den Schlagkolben und damit indirekt an das Werkzeug weitergeben kann. Bei einer Rückbewegung des Antriebskol- bens baut sich in der hinter dem Antriebskolben gelegenen zweiten Kammer ein Luftdruck auf, der über den Verbindungskanal zu der vor dem Schlagkolben gelegenen dritten Kammer geführt wird. Dadurch wird, bei Rückbewegung des Antriebskolbens, die Rückbewegung des Schlagkolbens unabhängig von dessen Rückprall nach dem Schlag und der über die erste Kam- mer übertragenen Saugwirkung des Antriebskolbens unterstützt. Eine zuverlässige Rückbewegung des Schlagkolbens auch unter schwierigen Betriebsbedingungen ist die Folge, so daß bei erneuter Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens ein weiterer kraftvoller Schlag ausgeführt werden kann.
Die kommunizierende Verbindung zwischen der zweiten Kammer und der dritten Kammer ermöglicht es, daß sich eine durch die Bewegung des Antriebskolbens bewirkte Druckänderung in der zweiten Kammer über den Verbindungskanal auf eine Druckänderung in der dritten Kammer auswirkt.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Antriebskolben in dem Schlagwerkgehäuse geführt, während der Schlagkolben in einer an einer Stirnseite des Antriebskolbens ausgebildeten Höhlung geführt ist (Anspruch 2).
Alternativ dazu ist bei einer ebenfalls sehr vorteilhaften Ausführungsform der Schlagkolben in dem Schlagwerkgehäuse geführt, während der Antriebskolben in einer in einer Stirnfläche ausgebildeten Höhlung geführt ist (An- spruch 3).
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich für beide der genannten Luftfederschlagwerktypen.
Bei einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist die zweite Kammer zwischen einer Rückfläche des Antriebskolbens und einem am Schlagwerkgehäuse befestigten hinteren Rohrboden angeordnet, während die dritte Kammer zwischen einer Vorderfläche des Schlagkolbens und einem am Schlagwerkgehäuse befestigten vorderen Rohrboden angeordnet ist. Dies ermöglicht es, daß die gegenüber dem Stand der Technik zusätzlichen Kammern hinter dem Antriebskolben und vor dem Schlagkolben ohne aufwendige zusätzliche Baumaßnahmen realisiert werden können.
Vorteilhafterweise ist dabei der Antriebskolben derart gestaltet, daß er einen die Antriebsfläche und die Rückfläche bildenden Kolbenkopf, eine Halterung zur Befestigung an einem Antrieb und ein den Kolbenkopf mit der Halterung verbindendes Mittelglied aufweist. Diese Gestaltung ermöglicht es, daß zwischen dem Kolbenkopf und der Halterung der hintere Rohrboden angeordnet werden kann, wodurch sich in einfacher Weise die zweite Kammer bildet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Leer- laufkanal vorgesehen, der wenigstens eine in einer Wandung des Antriebskolbens vorhandene Leerlauföffnung aufweist und eine Wandung des Schlagwerkgehäuses durchdringt. Der Leerlaufkanal wird entweder mit dem Verbindungskanal oder der Umgebung in Verbindung gebracht. Über den Leerlaufkanal ist es möglich, die erste und die zweite Kammer kurzzuschließen, so daß sich in dem Luftfederschlagwerk keine Druckverhältnisse aufbauen können, die auf den Schlagkolben wirken, wenn sich das Luftfeder- Schlagwerk im Leerlaufbetrieb befindet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist ein verschieblicher Steuerschieber vorgesehen, der zwischen einer Schlagstellung und einer Leerlaufstellung umschaltbar ist und in einer Schlagstellung die Verbindung zwischen der zweiten und der dritten Kammer über den Verbindungskanal herstellt, während er den Leerlaufkanal blockiert. In einer Leerlaufstellung unterbricht er den Verbindungskanal und öffnet den Leerlaufkanal, um so- mit den Übergang zwischen Leerlauf- und Schlagstellung präzise einstellen zu können. Die axiale Verschiebung des Steuerschiebers erfolgt dabei vorteilhafterweise dadurch, daß der Steuerschieber mit dem Werkzeug oder dem zwischen Schlagkolben und Werkzeug angeordneten Döpper gekoppelt ist, wobei das Werkzeug bzw. der Döpper bei Übergang in den Leerlauf durch das Abheben vom Gestein etwas aus dem Gehäuse nach vorne gleitet, wodurch auch der Steuerschieber der Bewegung folgen kann.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks in Schlagstellung;
Fig. 2 das Schlagwerk aus Fig. 1 in Leerlaufstellung;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks in Schlagstellung;
Fig. 4 das Schlagwerk gemäß Fig. 3 in Leerlaufstellung;
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks in Schlagstellung;
Fig. 6 das Schlagwerk gemäß Fig. 5 in Leerlaufstellung;
Fig. 7 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks in Schlagstellung;
Fig. 8 das Schlagwerk gemäß Fig. 7 in Leerlaufstellung;
Fig. 9 einen anderen Schlagwerkstyp als fünfte Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk in Schlag- und Leerlaufstellung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerk in Schlag- bzw. Leerlaufstellung.
In einem Schlagwerkgehäuse 1 wird ein Antriebskolben 2 über ein zu einem nicht dargestellten, an sich bekannten Kurbeltrieb gehörendes Pleuel 3 in oszillierende Axialbewegung versetzt.
Das Pleuel 3 ist an einer Halterung 4 des Antriebskolbens 2 angelenkt. Die Halterung 4 ist über ein Mittelglied 5 mit einem Kolbenkopf 6 einstückig verbunden. Der somit aus der Halterung 4, dem Mittelglied 5 und dem Kolben- köpf 6 bestehende Antriebskolben 2 kann - anders als in der Figur dargestellt - auch aus mehreren Teilen zusammengebaut sein, wenn dies aus Fer- tigungs- oder Montagegründen zweckmäßig ist.
An einer vorderen Stirnseite 7 des Antriebskolbens 2 ist eine Höhlung 8 aus- gebildet, in der ein Schlagkolben 9 axial beweglich eingesetzt ist. Zwischen dem Antriebskolben 2 und dem Schlagkolben 9 ist eine vom Antriebskolben 2 umgebene erste Kammer 10 vorgesehen, in der sich im Ausgangszustand Luft mit Umgebungsatmosphäre befindet.
Zu Beginn des Schlagbetriebs bewegt sich der Antriebskolben 2 nach vorne, d.h. - bezogen auf die Figuren 1 und 2 - nach links. Durch den aufgrund seiner Trägheit verzögert nachfolgenden Schlagkolben 9 erhöht sich in der ersten Kammer 10 der Luftdruck, so daß sich eine Luftfeder ausbildet, die ihre Energie verzögert auf den Schlagkolben 9 überträgt. Dieser wird schließlich ebenfalls nach vorne beschleunigt und trifft auf einen nur schematisch dargestellten Döpper 1 1 , wo die Bewegungsenergie des Schlagkolbens 9 als Schlagenergie übertragen wird. Der Döpper 1 1 gibt die Schlagenergie an ein nicht dargestelltes Werkzeug, z.B. einen Meißel, weiter. Anstelle des Döppers 1 1 kann auch direkt ein Schaft des Werkzeugs eingesetzt sein.
Zum in Fig. 1 dargestellten Zeitpunkt des Schlags wird ein in der Wandung des Antriebskolbens 2 vorhandener Luftausgleichskanal 12 geöffnet, wodurch die erste Kammer 10 belüftet und Luftverluste in an sich bekannter Weise ausgeglichen werden können.
Nach dem Schlag prallt der Schlagkolben 9 zurück in Richtung Antriebskol- ben 2, der aufgrund des Kurbeltriebs sich bereits ebenfalls in Rückbewegung befindet. Durch einen sich in der ersten Kämmer 10 ausbildenden Unterdruck wird die Rückwärtsbewegung des Schlagkolbens 9 unterstützt, bis der Antriebskolben 2 wieder in Vorwärtsbewegung gerät und ein neuer Schlagzyklus beginnt.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Schlagwerken hat sich herausgestellt, daß bei bestimmten Betriebsbedingungen die Rückbewegung des Schlagkolbens nur unbefriedigend verläuft und durch die Saugwirkung in der ersten Kammer nicht ausreichend unterstützt wird. Dies führt dazu, daß der Schlagkolben nicht weit genug zurückbewegt wird und den nachfolgenden Schlag nicht mit der erforderlichen Energie durchführen kann. Ein unbefriedigendes Arbeitsergebnis und ein für den Bediener unregelmäßiges Verhalten des Hammers sind die Folge.
Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verbindungskanal 13 vorgesehen ist, der eine zweite Kammer 14 mit einer dritten Kammer 15 in kommunizierende Verbindung bringt.
Die zweite Kammer 14 ist - in Schlagrichtung gesehen - hinter einer Antriebsfläche 16 des Antriebskolbens 2 angeordnet. Wie aus den Figuren 1 und 2 erkennbar ist, wird die zweite Kammer 14 von einer am Kolbenkopf 6 vorgesehenen Rückfläche 17, einem zum Schlagwerkgehäuse 1 gehörenden hinteren Rohrboden 18, dem Mittelglied 5 und dem eigentlichen Schlagwerk- gehäuse 1 gebildet.
Die dritte Kammer 15 ist vor einer Rückfläche 19 des Schlagkolbens 9 angeordnet und wird von einer als Vorderfläche dienenden Schlagfläche 20 des Schlagkolbens 9, einem zum Schlagwerkgehäuse 1 gehörenden vorderen Rohrboden 21 , dem dem eigentlichen Schlagwerkgehäuse 1 und dem Antriebskolben 2 gebildet.
Eine Abdichtung der verschiedenen Trennfugen zwischen den beweglichen Teilen ist meist nicht erforderlich. Hier werden üblicherweise Stahl-Stahl- Gleitpaarungen eingesetzt.
Wenn nach Durchführung eines Schlags der Antriebskolben 2 in Rückwärts- bewegung versetzt wird, wird nicht nur - wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt - in der ersten Kammer 10 ein Unterdruck zum Rücksaugen des Schlagkolbens 9 erzeugt. In der zweiten Kammer 14 entsteht ein Überdruck, der über den Verbindungskanal 13 zur dritten Kammer 15 ge- führt wird und dort auf die Schlagfläche 20 des Schlagkolbens 9 wirkt. Eine Unterstützung der Rückwärtsbewegung des Schlagkolbens 9 ist die Folge. Umgekehrt wird bei Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens 2 auch die Vorwärtsbewegung des Schlagkolbens 9 verstärkt, da ein in der zweiten Kammer 14 entstehender Unterdruck ebenfalls zur dritten Kammer 15 geführt wird.
Die Funktion der zwischen der Antriebsfläche 16 des Antriebskolbens 2 und der Rückfläche 19 des Schlagkolbens 9 gebildeten ersten Kammer 10 wird dadurch nicht beeinträchtigt.
In einer Wandung 22 des Antriebskolbens 2 sind mehrere Leerlauföffnungen 23 ausgebildet, die sich vor einer im Schlagwerkgehäuse 1 ausgebildeten Leerlaufnut 24 bei Axialbewegung des Antriebskolbens 2 hin- und herbewegen. Die Leerlaufnut 24 steht über einen Luftkanal 25 mit dem Verbin- dungskanal 13 in Verbindung. Die Leerlauföffnungen 23, die Leerlaufnut 24 und der Luftkanal 25 bilden zusammen einen Leerlaufkanal.
Das Schlagwerk gelangt in Leerlauf, wenn der Bediener eines Bohr- oder Schlaghammers, in dem das Schlagwerk Verwendung findet, das Werkzeug von dem zu bearbeitenden Gestein abhebt. Dadurch gleiten das Werkzeug und der Döpper 1 1 um einen bestimmten Weg aus dem Schlagwerkgehäuse 1 heraus. Der Schlagkolben 9 folgt diesem Weg und gelangt in die in Fig. 2 gezeigte Stellung. Dabei überfährt der Schlagkolben 9 einen Bereich einer gehäusefesten Kante 26, wodurch eine Verbindung zwischen der ersten Kammer 10 über die Leerlauföffnungen 23, die Leerlaufnut 24 und den Luftkanal 25 zu dem Verbindungskanal 13 gebildet wird.
Durch das Herstellen der Verbindung zwischen der ersten Kammer 10 und der zweiten Kammer 14 bzw. der dritten Kammer 15 wird das Luftsystem kurzgeschlossen. Das bedeutet, daß bei der weiteren Bewegung des Antriebskolbens 2 die Luft aus der zweiten Kammer 14 nicht nur - wie im Schlagbetrieb - in die dritte Kammer 15, sondern auch in die erste Kammer 10 gepumpt wird, wo sie für einen Luftausgleich und damit weitgehend gleichen Luftdruck in allen drei Kammern sorgt. Der Schlagkolben 9 wird dadurch nicht aus seiner vordersten Stellung verdrängt.
Zur Vervollständigung sei noch auf eine Belüftungsöffnung 27 hingewiesen, mit der ein sich möglicherweise aufbauendes Luftpolster zwischen dem hinteren Rohrboden 18 und der Halterung 4 abbauen läßt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen schematisch eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Teile wie bei der ersten Ausführungsform werden dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.
Gegenüber der in den Fig. 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung ist bei der zweiten Ausführungsform ein axial verschieblicher Steuerschieber 28 vorgesehen, der durch eine gegen das Schlagwerkgehäuse 1 abgestützte Feder 29 einseitig beaufschlagt wird. Der Steuerschieber 28 läßt sich in Abhängigkeit von der Stellung des Döppers 1 1 zwischen einer in Fig. 3 gezeigten Schlagstellung und einer in Fig. 4 gezeigten Leerlaufstellung verschieben.
Im Steuerschieber 28 ist eine Verbindungsöffnung 30 und eine Leerlauföffnung 31 vorgesehen. In Schlagstellung befindet sich der Steuerschieber 28 in einer Stellung, in der die Verbindungsöffnung 30 eine Verbindung zwi- sehen dem Verbindungskanal 13 und der dritten Kammer 15 zuläßt, während der Steuerschieber 28 eine Verbindung der ersten Kammer 10 zur Umgebung dadurch unterbindet, daß die Leerlauföffnung 31 nicht über dem Luftkanal 25 steht.
Beim Wechsel zwischen Schlag- und Leerlaufbetrieb gleiten der Döpper 1 1 , der Schlagkolben 9 und der Steuerschieber 28 um einen bestimmten Weg in Richtung Werkzeug, wodurch die Verbindungsöffnung 30 den Verbindungskanal 13 unterbricht, während die Leerlauföffnung 31 über den Luftkanal 25 verschoben wird. Dadurch kann die erste Kammer 10 mit der Umgebung in Verbindung gebracht werden, wodurch sich ein zuverlässiges Leerlaufverhalten einstellt. Die Verwendung des Steuerschiebers 28 erfordert zwar einen größeren baulichen Aufwand, hat jedoch den Vorteil, daß damit der Leerlaufweg, d.h. der Weg, um den das Werkzeug aus dem Schlagwerkgehäuse 1 gleiten muß, verkürzt werden kann, was sich in einer kürzeren Bauweise niederschlägt.
Wie in Fig. 4 erkennbar ist, baut sich bei Rückbewegung des Antriebskolbens 2 in der zweiten Kammer 14 ein Luftdruck auf, der über den Verbindungskanal 13 nicht abgeführt werden kann. Zur Vermeidung von extremen Drücken ist daher ein zweiseitig wirkendes Überdruckventil 13a im Verbin- dungskanal 13 vorgesehen.
Eine Variante dazu wird als dritte Ausführungsform in den Fig. 5 und 6 wiederum in Schlag- und Leerlaufstellung gezeigt. Diese dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 dadurch, daß der Steuerschieber 28 axial eine größere Länge aufweist und sich noch über den Bereich der zweiten Kammer 14 erstreckt. In dem Steuerschieber 28 ist außer der Verbindungsöffnung 30 und der Leerlauföffnung 31 eine Verbindungsöffnung 32 und eine Lüftungsöffnung 33 vorgesehen.
Wie in den Fig. 5 und 6 erkennbar, ist damit der Steuerschieber 28 in der Lage, sämtliche Öffnungen zu der ersten Kammer 10, der zweiten Kammer 14 und der dritten Kammer 15 anzusteuern. Wenn der Steuerschieber 28 in der in Fig. 5 gezeigten Schlagstellung steht, stellt er über den Verbindungs- kanal 13 mit den Verbindungsöffnungen 30 und 32 eine kommunizierende Verbindung zwischen der zweiten Kammer 14 und der dritten Kammer 15 her.
In Leerlaufstellung wird der Steuerschieber 28 nach vorne geführt, wodurch die Leerlauföffnung 31 über den Luftkanal 25 bewegt wird und eine Verbindung zwischen der ersten Kammer 10 und der Umgebung herstellt, um einen Druckaufbau in der ersten Kammer 10 zu vermeiden. Weiterhin wird über die Lüftungsöffnung 33 eine Verbindung zwischen der zweiten Kammer 14 und der Umgebung hergestellt, so daß die zweite Kammer 14 entlüften kann, ohne daß Luft über den Verbindungskanal 13 abgeführt werden muß oder daß im Verbindungskanal 13 ein erhöhter Luftdruck entsteht. Als Alternative dazu wird eine weitere, in den Fig. 7 und 8 dargestellte vierte Ausführungform vorgeschlagen, die sich von den in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Ausführungsformen dadurch unterscheidet, daß der Verbindungskanal 13 über ein Verbindungsstück 34 zu der Leerlauföffnung 31 im Steuerschie- ber 28 geführt wird.
Dies ermöglicht es - ähnlich wie in den Fig. 1 und 2 - die erste und die zweite Kammer 10, 14 kurzzuschließen, so daß bei einer Pumpbewegung des Antriebskolbens 2 keine Druckerhöhung in der ersten oder zweiten Kammer 10, 14 erfolgt.
Die dritte Kammer 15 wird durch den Steuerschieber 28 vom Verbindungskanal 13 getrennt und erfährt somit ebenfalls keine Druckerhöhung. Der Schlagkolben 9 verharrt in der in Fig. 8 gezeigten Stellung, ohne durch den Antriebskolben 2 abgehoben werden zu können.
Erst, wenn der Bediener das Werkzeug wieder auf das Gestein aufsetzt und sich damit der Döpper 1 1 nach hinten verschiebt, werden auch der Schlagkolben 9 und der Steuerschieber 28 nach hinten verschoben, wodurch der Schlagbetrieb wieder aufgenommen wird.
Fig. 9 zeigt als fünfte Ausführungsform einen anderen Typ des erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks, bei dem ein Schlagkolben 40 in einem Schlagwerkgehäuse 1 axial beweglich geführt ist. In der oberen Hälfte von Fig. 9 ist das Schlagwerk in Schlagstellung dargestellt, während die untere Hälfte von Fig. 9 das Schlagwerk in Leerlaufstellung zeigt.
An einer hinteren Stirnfläche 41 des Schlagkolbens 40 ist eine Höhlung 42 ausgebildet, in der ein Antriebskolben 43 geführt ist.
Der Antriebskolben 43 ist in ähnlicher Weise wie bei den vorstehenden Ausführungsformen aufgebaut und besteht im wesentlichen aus einer Halterung 44, einem Mittelglied 45 und einem Kolbenkopf 46.
Zwischen einer Antriebsfläche 47 des Antriebskolbens 43 und einer Rückfläche 48 des Schlagkolbens 40 ist eine erste Kammer 49 ausgebildet. Analog zu den bereits beschriebenen Ausführungsformen sind eine zweite Kammer 50 hinter einer Rückfläche 51 des Antriebskolbens 43 sowie eine dritte Kammer 52 vor einer Vorderfläche 53 des Schlagkolbens 40 ausgebildet. Die zweite Kammer 50 und die dritte Kammer 52 sind durch einen Ver- bindungskanal 54 verbunden.
Der Schlagkolben 40 weist einen Fortsatz 55 auf, der einen nicht dargestellten Döpper oder ein ebenfalls nicht dargestelltes Werkzeug beaufschlagt.
Von dem Verbindungskanal 54 geht ein Leerlaufkanal 56 ab, der in Leerlaufstellung des Schlagwerks eine Verbindung zwischen der ersten Kammer 49 und der zweiten Kammer 50 ermöglicht. Eine Mündungsstelle 57 des Verbindungskanals 54 wird in diesem Fall durch den Schlagkolben 40 abdeckt, so daß die Kommunikation zwischen der zweiten Kammer 50 und der dritten Kammer 52 unterbrochen ist.
Der weitere Aufbau des Schlagwerks entspricht dem der bereits beschriebenen Ausführungsformen, so daß auf eine neuerliche Beschreibung verzichtet werden kann. Selbstverständlich können die verschiedenen Gestaltungsmög- lichkeiten hinsichtlich des Verbindungskanals und des Steuerschiebers auch auf diesen Schlagwerktyp übertragen werden.
Die zweite Kammer kann bei anderen Ausführungsformen der Erfindung auch ein geringvolumig dimensionierter, mit dem Verbindungskanal in Ver- bindung bringbarer und zur Umgebung abgedichteter Raum sein, der hinter dem Antriebskolben angeordnet ist und in dem zumindest ein Teil der An- triebseinrichtung für den Antriebskolben vorgesehen ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Luftfederschlagwerk, mit einem Schlagwerkgehäuse ( 1); - einem in dem Schlagwerkgehäuse (1) axial hin und her treibbaren
Antriebskolben (2; 43); einem, in eine Schlagrichtung gesehen, vor einer Antriebsfläche ( 16; 47) des Antriebskolbens (2; 43) angeordneten, koaxial zu dem Antriebskolben axial beweglichen Schlagkolben (9; 40); - einer vor der Antriebsfläche ( 16; 47) des Antriebskolbens (2; 43) und hinter einer Rückfläche ( 19; 48) des Schlagkolbens (9; 40) angeordneten ersten Kammer ( 10; 49); einer hinter der Antriebsfläche ( 16; 47) des Antriebskolbens (2; 43) ausgebildeten zweiten Kammer ( 14; 50); und mit - einer vor der Rückfläche ( 19; 48) des Schlagkolbens (9; 40) ausgebildeten dritten Kammer ( 15; 52); wobei die zweite Kammer ( 14; 50) und die dritte Kammer ( 15; 52) über einen Verbindungskanal ( 13; 54) in kommunizierende Verbindung bringbar sind.
2. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskolben (2) in dem Schlagwerkgehäuse ( 1) geführt ist; die Antriebsfläche ( 16) des Antriebskolbens (2) in einer Höhlung (8) einer vorderen Stirnfläche (7) des Antriebskolbens ausgebildet ist; der Schlagkolben (9) in der Höhlung (8) des Antriebskolbens (2) ge- führt ist; und daß die erste Kammer ( 10) in der Höhlung (8) des Antriebskolbens (2) vorgesehen ist.
3. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß - der Schlagkolben (40) in dem Schlagwerkgehäuse ( 1) geführt ist; die Rückfläche (48) des Schlagkolbens (40) in einer Höhlung (42) einer hinteren Stirnfläche (41) des Schlagkolbens ausgebildet ist; der Antriebskolben (43) in der Höhlung (42) des Schlagkolbens (40) geführt ist; und daß - die erste Kammer (49) in der Höhlung (42) des Schlagkolbens (40) vorgesehen ist.
4. Luftfederschlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer ( 14) zwischen einer Rückfläche (17) des Antriebskolbens (2) und einem am Schlagwerkgehäuse ( 1) befestigten hinteren Rohrboden ( 18) angeordnet ist.
5. Luftfederschlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Kammer ( 15) zwischen einer Vorderfläche (20) des Schlagkolbens (9) und einem am Schlagwerkgehäuse ( 1) befestigten vorderen Rohrboden (21) angeordnet ist.
6. Luftfederschlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskolben (2) einen die Antriebsfläche ( 16) und die Rückfläche ( 17) bildenden Kolbenkopf (6), eine Halterung (4) zur Befestigung an einem Antrieb und ein den Kolbenkopf (6) mit der Halterung (4) verbindendes Mittelglied (5) aufweist.
7. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Rohrboden ( 18) zwischen dem Kolbenkopf (6) und der Halterung (4) des Antriebskolbens (2) angeordnet ist und von dem Mittelglied (5) des Antriebskolbens (2) durchdrungen wird.
8. Luftfederschlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leerlaufkanal (23, 24, 25) vorgesehen ist, der wenigstens eine in einer Wandung (22) des Antriebskolbens (2) vorhan- dene Leerlauföffnung (23) aufweist und eine Wandung des Schlagwerkgehäuses (1) durchdringt.
9. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Leerlaufbetrieb die erste Kammer (10) über den Leerlaufkanal (23, 24, 25) mit dem Verbindungskanal (13) in Verbindung bringbar ist.
10. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein axial verschieblicher Steuerschieber (28) vorgesehen ist, der in einer Schlagstellung den Verbindungskanal ( 13) öffnet und den Leerlaufkanal (23, 24, 25) unterbricht, sowie in einer Leerlaufstellung den Verbindungskanal ( 13) unterbricht und den Leerlaufkanal öffnet, wobei die erste (10) und die zweite ( 14) Kammer in kommunizierende Verbindung bringbar sind.
11. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Leerlaufbetrieb die erste Kammer (10) über den Leerlaufkanal (23, 24, 25) mit der Umgebung in Verbindung bringbar ist.
12. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein axial verschlieblicher Steuerschieber (28) vorgesehen ist, der in einer Schlagstellung den Verbindungskanal (13) öffnet und den Leerlaufkanal (23, 24, 25) unterbricht, sowie in einer Leerlaufstellung den Verbindungskanal (13) unterbricht und den Leerlaufkanal (23, 24, 25) öffnet.
13. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer hinter dem Antriebskolben (2, 43) angeordnet ist.
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