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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft allgemein pneumatische Bodenstechwerkzeuge und
insbesondere einen beweglichen Meißelkopf für ein pneumatisches Bodenstechwerkzeug.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Selbstvortreibende
pneumatische Werkzeuge zur Erzeugung von Löchern mit kleinem Durchmesser
durch das Erdreich sind allgemein bekannt. Solche Werkzeuge werden
verwendet, um Löcher
für Rohre
oder Kabel unter Straßen
zu erzeugen, ohne dafür über der
Straße
einen Graben ausheben zu müssen.
Diese Werkzeuge enthalten als wesentliche Komponenten einen torpedoförmigen Körper mit
einer sich verjüngenden
Spitze und einem offenen hinteren Ende, einen Luftzufuhrschlauch,
der in die Rückseite
des Werkzeugs eintritt und es mit einem Luftkompressor verbindet,
einen Kolben bzw. ein Schlagelement, das für eine Hin- und Herbewegung in
dem Werkzeug angeordnet ist, und einen Luftverteilungsmechanismus,
um eine schnelle Hin- und Herbewegung des Schlagelements zu bewirken.
Das Schlagelement schlägt
gegen die Vorderwand (Amboß)
des Inneren des Werkzeugkörpers
und bewirkt so eine heftige Vorwärtsbewegung
des Werkzeugs in dem Erdreich. Durch die Reibung zwischen der Außenseite
des Werkzeugkörpers
und dem umgebenden Erdreich neigt das Werkzeug dazu, an Ort und Stelle
gehalten zu werden, während
sich das Schlagelement für
einen weiteren Schlag nach hinten bewegt, was zu einer schrittweisen
Bewegung durch das Erdreich führt.
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Einige
pneumatische Werkzeuge haben an der sich verjüngenden Spitze des Werkzeugs
bewegliche Aufsätze
oder Meißel,
um harte Böden
leichter durchdringen zu können.
Obwohl diese Kraftkonzentration zur Durchdringung von Hindernissen
nützlich ist,
wird die Gesamtverlagerung des Werkzeugs pro Schlag reduziert. Durch
diese Reduktion vermindert sich die Werkzeuggeschwindigkeit, wenn
das Werkzeug nicht zur Durchdringung von harten Böden verwendet
wird. In dem Ausmaß,
in dem sich der bewegliche Meißel
bzw. der daran befestigte Aufsatz während eines Schlages aus dem
Werkzeugkörper
nach außen
wegbewegt, besteht auch eine Neigung, daß in den hinter dem Aufsatz
befindlichen Spalt zwischen dem Aufsatz und dem Werkzeugkörper Erde eindringt
und ein Verklemmen des Meißels
verursacht. Das US-Patent Nr. 5,031,706 (Spektor) beschreibt die
Verwendung einer elastischen Dichtung, die zusammengedrückt zwischen
dem beweglichen Kopf und dem Meißel-Adapter eingebaut ist, um hinter dem
Meißel
ein Eindringen von Erde zu verhindern.
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Einige
bekannte Werkzeuge mit einem beweglichen Meißel haben an ihrem vorderen
Ende komplizierte Konstruktionen, die leicht beschädigt werden
können
und außerdem
schwieriger zu montieren und zu demontieren sind als Werkzeuge,
bei denen sich der Amboß des
Werkzeugs nicht bewegt. Andere Werkzeuge haben den Nachteil, daß direkte Schläge gegen
das hintere Ende von einem Amboß ausgeführt werden,
der mit Hilfe eines Gewindes in einer vorderen Endöffnung des
Werkzeugkörpers
befestigt ist, wobei die Gewindeverbindung beschädigt wird und/oder Schwierigkeiten
beim Lösen
des Amboß auftreten,
wenn der Meißel
ausgewechselt werden muß.
Ein Beispiel liefert das US-Patent Nr. 4,462,468.
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Die
DE 38 25 800 A1 zeigt
ein Rammbohrgerät,
das ein rohrförmiges
Gehäuse
mit einem darin verschiebbaren Schlagkolben aufweist. Außerdem beinhaltet
das Rammbohrgerät
einen Meißel,
der axial bewegbar in einer Axialbohrung der Gehäusespitze gelagert ist. An
der nach hinten gerichteten Seite der Gehäusespitze ist eine Stirnfläche ausgebildet, die
als ein Amboss für
den Schlagkolben wirkt. Bei diesem Rammbohrgerät trifft der Schlagbolzen bei seiner
nach vorn gerichteten Bewegung zunächst auf die nach hinten zeigende
Schlagfläche
des Meißels beziehungsweise
des in der Axialbohrung der Gehäusespitze
geführten
Zapfens des Meißels
auf und treibt diesen über
eine vorbestimmten Distanz unabhängig
von dem Amboss (Gehäusespitze)
nach vorne. Anschließend
trifft der Schlagkolben auf die Stirnfläche der Gehäusespitze/Amboss auf, wodurch
das gesamte Rammbohrgerät
nach vorne getrieben wird. Die Gehäusespitze/Amboss ist mittels
einer Schraubverbindung an dem Gehäuse befestigt. Ein Problem
bei diesem Typ von Werkzeug, besteht darin, dass die Schraubverbindung
zwischen der Gehäusespitze/Amboss
und dem Gehäuse
sehr oft stark beschädigt
wird, wobei diese Beschädigungen aus
den wiederholten starken Stößen des
Schlagkolbens auf den Amboss resultieren. Wenn die Schraubverbindung
jedoch beschädigt
ist, wird es sehr schwer, das Bohrgerät zwecks Reparatur oder Austausch
von Teilen zu demontieren.
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Die
DE 196 37 697 A1 betrifft
ein pneumatisches Bodenstechwerkzeug, dessen Funktionsweise sich
grundlegend von der Funktionsweise der Werkzeuge, die in der
DE 38 25 800 A1 und
in der vorliegenden Patentanmeldung gezeigt sind. In der
DE 196 37 697 A1 sind
die Vorteile der Verwendung eines Meißels, der in der Bohrung von
einem Amboss axial verschiebbar ist, wobei der Meißel zwischen
einer hinteren Position, in der die Schlagfläche des Meißels von der Schlagfläche des
Schlagkolbens getroffen wird, und einer vorderen Position bewegbar ist,
in der der Schlagkolben auf die hintere Schlagfläche von dem Amboss auftrifft,
weder offenbart noch nahegelegt.
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Im
Normalbetrieb wird der Meißel
durch Federkraft in eine Position gedrückt, in der sein hinteres Ende über das
hintere Ende bzw. die Schlagfläche des
Amboß hinausragt.
Stößt der Meißel gegen
ein Hindernis und wird er nicht durch einen Schlag des Schlagelements
vollständig
nach vorne bewegt, dann wird die gesamte Energie des Schlagelements kontinuierlich
mit jedem weiteren Vorwärtshub
auf den Meißel übertragen,
bis das hintere Ende von dem Meißel mit der Schlagfläche des
Amboß bündig ist.
Die vorliegende Erfindung stellt einen bewegliche Meißel mit
einer einfachen und langlebigen Konstruktion zur Verfügung, die
es dem Werkzeug ermöglicht, harte
Böden zu
durchdringen und dabei eine Werkzeugleistung zu bewahren, die besser
als bei anderen beweglichen Meißeln
ist, die zur Zeit gebräuchlich
sind.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bodenstechwerkzeug zur
Verfügung
zu stellen, mit Hilfe dessen die vorstehend genannten Nachteile des
Standes der Technik überwunden
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung enthält
ein Bodenstechwerkzeug ein längliches
rohrförmiges
Gehäuse,
ein Schlagelement, das für
eine Hin- und Herbewegung in einer Innenkammer des Gehäuses angeordnet
ist, um auf eine vordere Schlagfläche Schläge auszuüben, um das Werkzeug durch
das Erdreich nach vorne zu treiben, und einen Luftverteilungsmechanismus,
durch den das Schlagelement als Reaktion auf die Zuleitung von komprimiertem
Fluid hin- und herbewegt wird. Ein Amboß ist in einer vorderen Endöffnung des
Werkzeuggehäuses
angeordnet. Der Amboß hat
einen hinteren, äußeren kegelstumpfförmigen Bereich,
der an einer ähnlich
geformten, sich nach vorne verjüngenden
Innenwand des Gehäuses
anliegt, wodurch der Amboß in
dem Gehäuse
gehalten wird. Der Amboß weist eine
Längsbohrung
auf, und ein hinteres Ende des Amboß bildet die vordere Schlagfläche für das Schlagelement.
Ein Meißel
ist in der Bohrung des Amboß verschiebbar
angeordnet, wobei der Meißel
zwischen einer hintersten Position, in der ein hinteres Ende des
Meißels
aus der Bohrung des Amboß vorsteht,
um einen ersten Schlag des Schlagelements aufzunehmen, und einer
vordersten Position bewegbar ist, in der das Schlagelement direkt
auf die hintere Schlagfläche
des Amboß schlagen
kann. Eine Feder kann in einem Raum zwischen dem Meißel und dem
Amboß eingespannt
sein, um zu bewirken, daß das
hintere Ende des Meißels über eine
bestimmte Distanz nach hinten aus der Bohrung des Amboß vorsteht.
Die Feder wird zusammengedrückt,
wenn das Schlagelement einen Schlag gegen den Meißel ausübt und den
Meißel
nach vorne bewegt, bis das Schlagelement mit dem hinteren Ende des
Amboß in Kontakt
kommt.
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Nahezu
alle bekannten Bodenstechwerkzeuge mit beweglichem Meißel verwenden
eine Feder. Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung hat sich herausgestellt, daß die Feder
weggelassen und der Meißel
so gestaltet werden kann, daß er
in eine Position zurückkehrt,
in der ein hinteres Ende des Meißels über eine kurze Distanz aus
der Öffnung
des Amboß vorsteht.
Wenn der Aufsatz durch das Erdreich an Ort und Stelle gehalten wird,
dann schlägt das
Schlagelement gegen den vorderen Amboß und kann somit das Gehäuse nach
vorne treiben, bis es durch den Aufsatz gestoppt wird, wodurch der
Meißel zurückgesetzt
wird. Wird der Aufsatz nicht durch das Erdreich festgehalten, dann
schlägt
das Schlagelement gegen den Meißel
und treibt ihn durch die schon geöffnete Bohrung nach vorne.
Da die Bohrung schon geöffnet
war, wird für
die Bewegung von Aufsatz und Meißel nur sehr wenig Energie
verwendet. Das Schlagelement bewegt sich weiter nach vorne, bis
es gegen den vorderen Amboß schlägt, wodurch
das Gehäuse
vorangetrieben wird, um zu dem Aufsatz und dem Meißel aufzuschließen. In
jedem Fall wird der Meißel
zurückgesetzt.
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Ein
Bodenstechwerkzeug gemäß diesem Aspekt
der Erfindung, das, wie oben beschrieben, ein Gehäuse, ein
Schlagelement und einen Luftverteilungsmechanismus aufweist, hat
einen Amboß,
der in einer vorderen Endöffnung
des Werkzeuggehäuses
angeordnet ist. Der Amboß hat
eine Längsbohrung
darin, und ein hinteres Ende des Amboß bildet die vordere Schlagfläche für das Schlagelement.
Der Meißel
ist in der Amboßbohrung
verschiebbar angeordnet und ist zwischen einer hintersten Position,
in der ein hinterer Endbereich des Meißels aus der Amboßbohrung
vorsteht, um einen ersten Schlag von dem Schlagelement aufzunehmen,
und einer vordersten Position bewegbar, in der das Schlagelement direkt
auf eine hintere Schlagfläche
des Amboß schlagen
kann. Der Meißel
weist einen hinteren Endbereich bzw. Anschlag mit vergrößertem Durchmesser
auf, der sich in engem verschiebbaren Kontakt mit einem vergrößerten hinteren
Endbereich der Amboßbohrung
befindet, so daß der
hintere Endbereich des Meißels,
der einen vergrößerten Durchmesser hat,
mit einer Stufe am vorderen Ende des vergrößerten hinteren Endbereichs
der Amboßbohrung
eingreift, wenn sich der Meißel
in seiner vordersten Position befindet. Vorzugsweise haben die Stufe
und eine Kontaktfläche
des hinteren Endbereichs des Meißels, der einen vergrößerten Durchmesser
hat, eine sich nach vorne verjüngende
Kegelstumpfform mit einer ausreichenden Verjüngung, um während des Rückwärtsbetriebs des Werkzeugs ein
temporäres
Festsetzen des Meißels
in seiner vordersten Position zu bewirken.
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An
einem vorderen Endbereich des Meißels ist ein Aufsatz befestigt.
Der Aufsatz hat eine äußere Oberfläche, die
dazu ausgestaltet ist, um mit der Wand eines zu bohrenden Loches
einzugreifen, so daß,
wenn das Schlagelement zuerst gegen den Meißel schlägt und den Meißel und
den Aufsatz nach vorne treibt, dann gegen die Schlagfläche des
Amboß schlägt und sich
dann in Vorbereitung eines weiteren Schlages nach hinten bewegt,
der Meißel
und der Aufsatz nach vorne getrieben werden, wodurch ein Spalt zwischen
dem Aufsatz und dem vorderen Ende von dem Gehäuse vergrößert wird. Danach wird das
Gehäuse
vorangetrieben, wodurch sich der Spalt zwischen dem Aufsatz und
dem vorderen Ende des Gehäuses
verkleinert und bewirkt wird, daß der Meißel seine hinterste Position
ohne die Hilfe einer Feder einnimmt. Durch das Weglassen der Feder wird
die Effizienz des Betriebs ver bessert, da ein Teil der Energie des
Schlagelements durch das Zusammendrücken der Feder bei jedem Schlag
verlorengehen würde.
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Weiterhin
stellt die Erfindung ein Bodenstechwerkzeug zur Verfügung, das
mit einer Verschleiß-Abdeckung
versehen ist, die dazu ausgestaltet ist, um über die Spitze von dem Bodenstechwerkzeug-Gehäuse zu passen,
wobei die Spitze einen zylindrischen vorderen Endbereich mit verringertem Durchmesser
und dahinter einen sich nach vorne verjüngenden Bereich aufweist. Die
Verschleiß-Abdeckung
hat eine zylindrische Hülse
mit einer sich nach vorne verjüngenden
Innenfläche,
die mit dem sich nach vorne verjüngenden
Bereich der Gehäusespitze
eingreift. Die Hülse
kann in Preßpassung
auf der Spitze befestigt sein und ausgewechselt werden, falls erforderlich.
Die Erfindung stellt außerdem
ein zweiteiliges Aufsatz-System mit Gewinden zur Verfügung, bei
dem die beiden Aufsatz-Abschnitte für erhöhte Sicherheit fest gegeneinander
angezogen sind und das vordere Ende des Aufsatz-Schafts überdeckt
ist. Eine V-förmige
Kerbe mit optionaler Dichtung, wie nachfolgend beschrieben, kann
vorgesehen sein, zu verhindern, daß hinter dem Aufsatz Schmutz
eindringt und die Bewegung von dem Aufsatz und dem Meißel blockiert
wird. Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden später detailliert
beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Für ein besseres
Verständnis
der Eigenschaften und Vorteile der Erfindung wird nun auf die detaillierte
Beschreibung der Erfindung und die beiliegenden Zeichnungen Bezug
genommen, in denen in unterschiedlichen Figuren gleiche Bezugszeichen für sich entsprechende
Teile verwendet werden und in denen:
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1 ein
Längsschnitt
durch ein pneumatisches Bodenstechwerkzeug mit einem beweglichen Meißelkopf
gemäß der Erfindung
ist;
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2 ein
vorderer Abschnitt des Werkzeugs aus 1 ist, die
die Ausrichtung des Schlagelements in dem Moment zeigt, in dem es
auf den Meißel
schlägt;
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3 ein
vorderer Abschnitt des Werkzeugs aus 1 ist, die
die Ausrichtung des Schlagelements und des Meißels nach dem Schlag zeigt;
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4 ein
vorderer Abschnitt eines Längsschnitts
von einer zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Werkzeugs
ist, die die Ausrichtung des Schlagelements in dem Moment zeigt,
in dem es auf den Meißel
schlägt;
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5 die
gleiche Ansicht wie 4 ist, die die Ausrichtung von
Schlagelement und Meißel
zeigt, wenn das Werkzeug im umgekehrten Betrieb arbeitet;
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6 ein
vorderer Abschnitt eines Längsschnitts
von einer dritten Ausführungsform
von einem erfindungsgemäßen Werkzeug
ist, die die Lage des Schlagelements in dem Moment zeigt, in dem
es auf den Meißel
schlägt;
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7 die
gleiche Ansicht wie 6 ist, die zeigt, wie das Schlagelement
auf den Amboß schlägt; und
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8 die
gleiche Ansicht wie 6 ist, die das Werkzeug in entgegengerichter
Verfahrweise zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In
den 1-3 ist ein pneumatisches Bodenstechwerkzeug 10 mit
einer beweglichen Meißel-Baugruppe
gemäß der Erfindung
gezeigt, das einen Luftverteilungsmechanismus 11 enthält, um ein Schlagelement 12 hin-
und herzubewegen, das in einem Gehäuse 13 angeordnet
ist. Der Luftverteilungsmechanismus 11 hat einen Schraubenumkehrmechanismus
(screw-reverse reversing mechanism), der in bekannter Art und Weise
durch Rotation des Luftzufuhrschlauches betätigt wird. Bevorzugte Luftverteilungsmechanismen,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind
beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5,603,383, Nr. 5,505,270,
Nr. 5,487,430, Nr. 5,465,797, Nr. 5,199,151 und Nr. 5,025,868 offenbart. Über einen Luftzufuhrschlauch
wird dem Luftverteilungsmechanismus 11 Druckluft zugeführt, wodurch
die Hin- und Herbewegung des Schlagelements 12 in dem Gehäuse 13 bewirkt
wird.
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Das
Gehäuse 13 ist
zylindrisch und so ausgestaltet, daß es an seinem vorderen Ende
einen verringerten Durchmesser hat. Das Schlagelement 12 wird
innerhalb des Gehäuses 13 hin-
und hergeschoben, um nach vorne gerichtete Schläge auf einen beweglichen Aufsatz-Schaft
bzw. einen beweglichen Meißel 14 und
auf einen Amboß 16 auszuüben, die
an dem vorderen Ende des Gehäuses 13 vorgesehen
sind. Der Amboß 16 ist
vorzugsweise ein Stahlrohr, das genau in eine runde vordere Endöffnung 17 des
Gehäuses 13 paßt. Ein
rohrförmiger
vorderer Endbereich 32 des Amboß 16 steht aus der Öffnung 17 vor.
Ein kegelstumpfförmiger
hinterer Endbereich 31 des Amboß 16 hat eine Außenfläche, die mit
einer ähnlich
geformten Innenfläche
des vorderen Endes bzw. Spitze 19 des Gehäuses 13 eingreift,
um den Amboß 16 in
der Öffnung 17 zu
halten. Der Amboß 16 ist
im Festsitz in das Gehäuse 13 eingepaßt, aber
durch dessen Verjüngung
wird der Amboß 16 nicht
darin festgeklemmt.
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Der
Meißel 14 ist
in einer mittleren Bohrung 15 des Amboß 16 verschiebbar,
wobei die Bohrung 15 koaxial in dem Gehäuse 13 verläuft. Ein
Aufsatz 18 ist an einem vorderen Endbereich 33 des
Meißels 14 befestigt,
der aus dem rohrförmigen
vorderen Endbereich 32 des Amboß 16 vorsteht. Der
Aufsatz 18 ist durch Stifte 20 gehalten, die in
nach außen
offene, halbrunde Nuten 21 in dem Meißel 14 und entsprechende
querverlaufende durchgehende Öffnungen
in dem Aufsatz 18 eingesetzt sind. Die Stifte 20 können, wie
gezeigt, massive Stifte oder spiralförmig gewundene Rollenstifte
sein.
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In
dieser Ausführungsform
hat der Meißel 14 eine
nach außen
offene ringförmige
Nut 23 in einem Zwischenbereich zwischen dem vorderen Endbereich 33 und
dem hinteren Endbereich 28 mit vergrößertem Durchmesser. Die ringförmige Nut 23 wirkt mit
einem hinteren Bereich (Gegenbohrung) 25 der Bohrung 15 zusammen,
um eine Umfangskammer 27 zwischen dem Meißel 14 und
dem Amboß 16 zu bilden,
der eine ringförmige
Feder 22 enthält,
die entweder eine Schraubenfeder oder eine elastische Hülse sein
kann. Die Feder 22 ist zusammengedrückt eingeschlossen, so daß sie den
Meißel 14,
wie in 2 gezeigt, bezüglich
des Amboß 16 in
eine hinterste Position drückt.
Dazu liegt die Feder 22 an einer nach hinten zeigenden
ringförmigen
Stufe 29 am vorderen Ende der Gegenbohrung 25 und
einer hinteren Wand 30 der ringförmigen Nut 23 an.
Die Wand 30 ist auch die vordere Kante des hinteren Bereichs 28 des
Meißels 14,
der einen vergrößerten Durchmesser
aufweist.
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Eine
austauschbare Verschleiß-Abdeckung 24 aus
Stahl ist im Preßsitz
auf der Spitze 19 des Gehäuses 13 befestigt.
Die Abdeckung 24 schützt
das vordere Ende des Gehäuses 13 vor übermäßigem Verschleiß durch
Abrieb, der durch Steine und Erde verursacht wird. Die Verschleiß-Abdeckung 24 ist vorzugsweise
eine Stahl-Hülse
mit einem nach hinten auseinanderlaufenden (oder sich nach vorne
verjüngenden)
Innenprofil, so daß sie
genau auf den sich verjüngenden
Bereich der Spitze 19 paßt. Der Außendurchmesser der Verschleiß-Abdeckung 24 ist vorzugsweise
kleiner oder gleich dem Außendurchmesser
des Werkzeuggehäuses 13.
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Damit
sich der Amboß 16 nicht
lösen kann, ist
die hinterste Position des beweglichen Meißels 14, wie in 2 gezeigt,
vorzugsweise durch den Punkt begrenzt, an dem eine hintere Endfläche von
dem Aufsatz 18 mit dem vorderen Ende des Gehäuses 13 in
Kontakt kommt. In dieser Position verbleibt ein schmaler Spalt zwischen
dem Aufsatz 18 und der Verscheiß-Abdeckung 24 sowie
zwischen einem radialen inneren Bereich des Aufsatzes 18 und
dem vorderen Ende des Amboß 16.
Zu diesem Zweck hat eine hintere Öffnung 34 des Aufsatzes 18 eine
ringförmige
Stufe 36, um mit dem vorderen Ende des Gehäuses 13 einzugreifen,
wie gezeigt ist, und eine innere zylindrische Ausnehmung 37,
in die das vorderen Ende des Amboß 16 verschiebbar
hineinpaßt. Eine
sich nach hinten erstreckende rohrförmige Schürze 39 an dem äußeren Rand
des Aufsatzes 18 an dem hinteren Ende davon überdeckt
den Spalt, der sich zwischen dem Aufsatz 18 und sowohl
dem Amboß 16 als
auch dem Gehäuse 13 öffnet und schließt, wodurch
das Eindringen von Erdreich verhindert wird. Der Spalt zwischen
der Abdeckung 24 und der Schürze 39 ist schmal
und niemals vollständig
geschlossen.
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2 zeigt
den Moment, in dem das Schlagelement 12 gegen den Meißel 14 schlägt. Vor
dem Schlag wurde der Meißel 14 rückgesetzt,
um mit einer Distanz 26 aus dem hinteren Ende von dem Amboß 16 vorzustehen.
Die Feder 22 wird zusammengedrückt, wenn das Schlagelement 12 gegen
den Meißel 14 schlägt. Das
vordere Ende von dem Meißel 14 bildet
im Erdreich ein Führungsloch
für den Aufsatz 18,
und der Aufsatz 18 weitet das Führungsloch auf den Durchmesser
des Gehäuses 13 auf.
Abhängig
von der Bodenbeschaffenheit kann der Aufsatz 18 so gestaltet
sein, um das Führungsloch
in einem Ausmaß aufzuweiten,
daß sein
Durchmesser dem des Gehäuses 13 entspricht
oder kleiner oder größer ist.
Zur Optimierung der Werkzeugleistung können unterschiedliche Köpfe mit
unterschiedlichen Außendurchmessern
verwendet werden. Durchsticht das Werkzeug 10 ein hartes
Hindernis, dann wird der Meißel 14 voraussichtlich
um eine Distanz nach vorne bewegt, die kleiner ist als die Distanz 26.
Der Meißel 14 kann
dann Hindernisse effizienter durchstechen als vergleichbare Werkzeuge
ohne bewegliche Meißel,
da der Meißel 14 und
der Aufsatz 18 eine größere Kraft
von dem Schlagelement 12 übertragen als dies der Fall
wäre, wenn
der Impuls des Schlagelements über
den Amboß 16 auf
das Werkzeuggehäuse 13 und
die Teile, die es trägt
(einschließlich Luftverteilungsmechanismus 11), übertragen
würde. Dieser
Effekt wird optimiert, wenn die Massen von dem Aufsatz 18 und
dem Meißel 14 so
gewählt
sind, um im Vergleich zur Masse des Schlagelements 12 einen
optimalen Rückkehrkoeffizienten
zu bewirken, wie im US-Patent Nr. 5,031,706 vorgeschlagen.
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Wird
Erdreich durchstochen und sind keine harten Hindernisse vorhanden,
so kann der Meißel 14 um
eine Distanz nach vorne bewegt werden, die gleich (oder größer) dem
Meißelhub 26 ist,
wie in 3 gezeigt ist. In diesem Fall wird ein Rest der Schlagkraft
von dem Schlagelement 12 auf den Amboß 16 übertragen,
und dadurch bewegt sich Gehäuse 13 nach
vorne, um den Spalt zwischen der Rückseite von dem Aufsatz 18 und
der Vorderseite des Gehäuses 13 zu
schließen.
Der Meißel 14 wird
dann zurückgesetzt,
um mit einer Distanz 26 aus dem hinteren Ende von dem Amboß 16 vorzustehen,
und der Arbeitsgang kann wiederholt werden.
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Ein
Werkzeug 10 mit einem beweglichen Meißel 14 der obigen
Bauweise besitzt einen einfacheren Aufbau und vermeidet die Verwendung
von Gewindeverbindungen an der Vorderseite des Werkzeugs, wo die
Belastungen durch die Schläge
am größten sind.
Ist ein Auswechseln des beweglichen Meißels erforderlich, werden die
Stifte 20 herausgenommen und der Aufsatz 18 entfernt.
Nach dem Entfernen von Schlagelement 12 und Luftverteilungsmechanismus 11 aus
der Rückseite
des Werkzeugs 10 kann der Meißel 14 aus dem Gehäuse 13 gelöst und ausgebaut
werden.
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Unter
Bezugnahme auf 4 und 5 wird nun
eine zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Werkzeugs 40 ohne
Feder 22 beschrieben. Ein hinterer Endbereich 42 mit
vergrößertem Durchmesser
eines modifizierten Meißels 43 hat eine
sich nach vorne verjüngende
Stufe 44, die mit einer nach hinten zeigenden, sich nach
vorne verjüngenden
ringförmigen
Stufe 45 in der Bohrung von einem modifizierten Amboß 46 eingreift.
Der Schlag des Schlagelements 12 treibt den Meißel 43 nach vorne,
bis der Widerstand des Erdreichs gegen das Durchstechen die Schlagkraft
aufzehrt, wie oben beschrieben, oder der Endbereich 42 mit
der Stufe 44 eingreift und eine versenkte Position einnimmt.
Da sich das hintere Ende des Meißels 43 bis über die hintere
Schlagfläche
von dem Amboß 46 hinausbewegt,
ist der gesamte Meißelhub
größer als
die Distanz 26, so daß das
Werkzeug mit jedem Hub weiter nach vorne vorankommen kann.
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Der
Meißel 43 kehrt,
wie in 4 gezeigt ist, in seine Ausgangsposition zurück, wenn
sich das Gehäuse 13 auf
den Aufsatz 18 zubewegt. Wenn der Aufsatz 18 durch
das Erdreich an Ort und Stelle gehalten wird, dann kann das Schlagelement 12 gegen den
vorderen Amboß schlagen
und somit das Gehäuse
vorantreiben, bis es durch den Aufsatz gestoppt wird, wodurch der
Meißel 43 zurückgesetzt wird.
Wird der Aufsatz nicht durch das Erdreich festgehalten, dann schlägt das Schlagelement
gegen den Meißel
und treibt ihn durch die schon geöffnete Bohrung nach vorne.
Da die Bohrung schon geöffnet war,
wird für
die Bewegung von Aufsatz und Meißel nur sehr wenig Energie
benötigt.
Das Schlagelement bewegt sich weiter nach vorne, bis es gegen den
vorderen Amboß schlägt. Auf
diese Weise wird das Gehäuse
vorgetrieben, um zu dem Aufsatz und dem Meißel aufzuschließen. In
beiden Fällen
wird der Meißel 43 zurückgesetzt.
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Da
der verbliebene Teil des Impulses vom Schlagelement 12 auf
den Amboß 46 übertragen wird,
bewegen sich das Gehäuse 13 und
alle damit verbundenen Teile um eine Distanz nach vorne, die ungefähr dem Hub
des Meißels 43 zwischen
seiner vorgeschobenen und seiner zurückgezogenen Position entspricht.
Eine Feder zur Rückführung des
Meißels 43 in
seine hinterste Position ist nicht erforderlich. Arbeitet das Werkzeug
in umgekehrter Betriebsart und schlägt das Schlagelement 12 gegen
eine Endmutter und nicht gegen den Amboß und den Meißel, dann
nimmt der bewegliche Meißel
die vorderste Position ein, wie in 5 gezeigt,
kehrt aber in seine Ausgangsposition zurück, wenn die Vorwärtsbewegung
fortgesetzt wird.
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Die 6, 7 und 8 zeigen
eine dritte Ausführungsform
eines Werkzeugs 60 gemäß der Erfindung.
Wie das Werkzeug 40, besitzt auch das Werkzeug 60 keine
Feder und arbeitet im wesentlichen auf die gleiche Weise wie das
Werkzeug 40, ist aber in einigen wichtigen Punkten verbessert.
Das Gehäuse 13 enthält einen
vorderen Amboß 62,
der einen modifizierten hinteren Endbereich 63 mit vergrößertem Durchmesser
aufweist, der sich über
einen Teil seiner Länge
in Richtung zu seinem vorderen Ende hin verjüngt. Der Winkel dieser vorderen Verjüngung des
Amboß ist
klein genug (6° oder
etwa 5 bis 7°),
um einen modifizierten Aufsatz-Schaft zeitweise in seiner vordersten
Position festzuhalten, während
sich das Werkzeug, wie in 8 gezeigt,
in seinem umgekehrten Betrieb befindet, so daß die nachteiligen Schläge gegen
den Aufsatz-Schaft reduziert werden. Zu diesem Zweck hat ein hinterer Endbereich 69 des
Aufsatz-Schaftes, wie gezeigt, eine passende äußere Verjüngung. Der Aufsatz-Schaft löst sich
in der Vorwärtsbetriebsart
bei dem ersten Schlag des Schlagelements 12 aus dieser
Position.
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In
dieser Ausführungsform
ist der Aufsatz 68 eine zweiteilige Baugruppe, die mit
dem Aufsatz-Schaft bzw. dem Meißel 64 durch
ein Gewinde verbunden ist. Ein hinterer Abschnitt 71 von
dem Aufsatz wird so weit auf einen mit einem Gewinde versehenen,
vorstehenden vorderen Endbereich 65 von dem Aufsatz-Schaft 64 geschraubt,
bis er gegen eine Schulter 72 stößt, die sich hinter dem mit
dem Gewinde versehenen Endbereich 65 befindet und ebenfalls aus
dem Amboß 62 vorsteht.
Ein vorderer Abschnitt 73 von dem Aufsatz wird dann auf
den Aufsatz-Schaft 64 geschraubt, und der hintere Abschnitt 71 von
dem Aufsatz wird gegen den vorderen Abschnitt 73 des Aufsatzes
mit Hilfe von geeigneten Mitteln festgezogen, wie zum Beispiel auf
beiden Seiten vorgesehene sechskantmutterartige Außenbereiche. Der
hintere Abschnitt 71 von dem Aufsatz bewegt sich ein kleines
Stück nach
vorne, wenn er gegen den vorderen Abschnitt 73 festgezogen
wird.
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Der
vordere Abschnitt 73 des Aufsatzes ist vorzugsweise als
eine Kappe mit einem nach hinten offenen, mit einem Gewinde versehenen
Sackloch 74 ausgebildet, mit Hilfe dessen der vordere Abschnitt 73 an
dem Aufsatz-Schaft 64 befestigt ist, und hat am vorderen
Ende einen Vorsprung bzw. einen "falschen Meißel" 75, der
dem vorstehenden vorderen Ende der Meißel 14, 43 der
vorangegangenen Ausführungsformen ähnelt. Ein
Hartmetallspitze 79 kann mittig an einer nach vorne zeigenden
Stelle des Vorsprungs angebracht sein, um die Fähigkeit des Werkzeugs zum Durchbrechen
harter Hindernisse zu verbessern. Ein rohrförmiger hinterer Flansch 76 des vorderen
Abschnitts 73 erstreckt sich in eine nach vorne offene
Ausnehmung oder Gegenbohrung 77 von einer mit einem Gewinde
versehenen Durchgangsöffnung 78 des
hinteren Abschnitts 71 des Aufsatzes, so daß, wie gezeigt
ist, in Längsrichtung
ein kleiner Spielraum verbleibt. Dadurch wird ein Festziehen in
der Art einer Gegenmutter ermöglicht,
ohne daß Erde
in die zweiteilige Aufsatz-Baugruppe gelangen kann. Die Befestigung
der Abschnitte 71, 73 des Aufsatzes sorgt für eine sicherere
Halterung des Aufsatzes 68 auf dem Aufsatz-Schaft 64 und
für eine
einfachere Demontage im Vergleich zu Befestigungssystemen mit Stiften
oder Gewindeverbindungen, die keine axiale Klemmkraft auf die Gewindeverbindung zwischen
Aufsatz und Schaft ausüben,
oder im Vergleich zu Systemen, bei denen eine Mutter, die vor dem
Aufsatz aufgeschraubt wird, den Aufsatz festhält.
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Eine
modifizierte Verschleiß-Abdeckung 81 hat
eine sich nach vorne verjüngende
Kante 82, die mit einer sich nach hinten verjüngenden
Kante 83 der Schürze 84 des
hinteren Abschnitts 71 des Aufsatzes zusammenwirkt, um
eine V-förmige
Kerbe 86 zu bilden, aus der sich Dreck effektiver löst als aus
den Anordnungen in den 4 und 5. Eine
ringförmige Nut 87 kann
in der Nähe
des vorderen Endes des Gehäuses 13,
ein wenig vor der Kerbe 86, wenn sich die Kanten 82, 83 berühren (6),
für ein
Dichtungslager 88 vorgesehen sein, das dazu beiträgt, das
Eindringen von Sand in den Raum hinter dem Aufsatz 68 zu
verhindern. Das Dichtungslager 88 ist vorzugsweise bündig mit
dem äußeren Umfang
der Spitze 19 des Gehäuses 13 und
dehnt sich daher nicht aus und zieht sich nicht zusammen, um die
Kerbe 86 zu füllen.
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Der
Betrieb des Werkzeugs 60 gleicht im wesentlichen dem oben
beschriebenen Betrieb des Werkzeugs 40. Die 6 und 7 zeigen
zwei Stufen des Schlages des Schlagelements, zunächst gegen den Aufsatz-Schaft 64 und
dann gegen den Amboß 62.
Während
des umgekehrten Betriebs, der in 8 gezeigt
ist, wird das Schlagelement 12 nach hinten beschleunigt
und schlägt
in bekannter Art und Weise gegen den hinteren Amboß oder die
Endmutter, woraufhin das Werkzeug nach hinten getrieben wird. In
diesem umgekehrten Betrieb werden der Aufsatz und der Aufsatz-Schaft 64 nach
hinten beschleunigt, wenn der hintere Endbereich 69 von
dem Aufsatz-Schaft 64 gegen die Verjüngung der Bohrung 89 von
dem Amboß 62 stößt.
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Das
Werkzeug 60 gemäß der obigen
Beschreibung stellt demnach weitere Verbesserungen in der Konstruktion
von dem Amboß,
dem Aufsatz und dem Aufsatz-Schaft zur Verfügung. Der Aufsatz ist nicht
so zerbrechlich und kann leichter auseinandergebaut werden als vergleichbare
Modelle. Der Meißel
bzw. der Aufsatz-Schaft wird durch eine Kappe am vorderen Ende geschützt und
dem Bohrloch nicht direkt ausgesetzt. Das erleichtert die Reparatur, da
die Kappe am vorderen Ende (Aufsatz-Abschnitt 73) entfernt
und ersetzt werden kann, ohne den Rest des Werkzeugs oder sein vorderes
Ende demontieren zu müssen.
Der Aufsatz-Schaft 64 ist zudem durch eine halbverriegelnde
Verjüngung
besser vor Beanspruchungen geschützt,
wenn das Werkzeug im umgekehrten Betrieb arbeitet.
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Verschiedende
Veränderungen
der vorangegangenen Ausführungsformen
fallen in den Schutzbereich der Erfindung. So kann der Aufsatz zum
Beispiel eine Vielzahl von Formen haben, die sich zum Graben unter
verschiedenen Bedingungen eignen, wie Schaufelblätter, Vorsprünge oder
Keile. Der Amboß kann
verkürzt
sein, so daß er
nicht aus dem Gehäuse
vorsteht und keine nach hinten geöffnete, abgestufte Bohrung
im Aufsatz notwendig ist. Ein steinbrechendes Hartmetall-Element,
das rund oder spitz wie das Element 79 sein kann, kann
an dem vorderen Ende des beweglichen Meißels angebracht sein, um die
Fähigkeit
zum Durchbrechen von Steinen oder anderen Hindernissen zu verbessern.
Obwohl es für eine
einfache Herstellung gewünscht
ist, den Amboß, den
Meißel,
das Gehäuse
und die Verschleiß-Abdeckung
radialsymmetrisch zu bauen, wie beschrieben ist, können einige
Teile des Mechanismus asymmetrisch sein. Statt eines hinteren Endbereichs 28 mit vergrößertem Durchmesser
könnte
der Meißel
beispielsweise einen radialen Vorsprung aufweisen, der in eine entsprechende
Nut in der Amboßbohrung gleitet.