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Die
Erfindung betrifft einen Bohr- und/oder Schlaghammer mit Leerlaufsteuerung
gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Ein
derartiger Bohr- und/oder Schlaghammer (nachfolgend zur Vereinfachung
als Hammer bezeichnet) mit einer anpressdruckabhängigen Leerlaufsteuerung ist
aus der
DE 101 45
464 A1 bekannt. Der Hammer weist einen Leerlaufkanal zur
Verbindung eines zwischen einem Antriebskolben und einem Schlagkolben
in einem Luftfederschlagwerk ausgebildeten Hohlraums mit der Umgebung
auf, der durch ein Ventil geöffnet
und geschlossen werden kann. Im Kraftfluss zwischen der Griffstelle
des Handgriffs und dem Hammergehäuse
ist eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer von dem Bediener
an dem Handgriff aufbringbaren Andrückkraft angeordnet. Das Ventil
ist in Abhängigkeit
von der erfassten Andrückkraft
ansteuerbar.
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Die
sich daraus ergebenden Vorteile sind in der
DE 101 45 464 A1 ausführlich beschrieben.
Insbesondere ist es dadurch möglich,
dass der Bediener den Hammer – trotz
bereits aktiviertem Motor und damit erhöhter Drehzahl – zunächst sanft
auf das zu bearbeitende Gestein aufsetzen kann. Das Schlagwerk befindet
sich in diesem Zustand noch im Leerlauf, auch wenn der Antriebskolben
im Schlagwerk bereits hin- und herbewegt wird. Erst bei einer Erhöhung der Andrückkraft
durch den Bediener wird das Ventil betätigt und der Leerlaufkanal
geschlossen, woraufhin sich in dem Hohlraum zwischen Antriebskolben
und Schlagkolben eine Luftfeder ausbilden kann. Dadurch setzt der
Schlagbetrieb ein.
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Der
in der
DE 101 45 464
A1 beschriebene Hammer hat sich in der Praxis bereits bewährt. Jedoch
hat sich herausgestellt, dass das dort beschriebene Prinzip noch
weiter verbessert werden kann. Insbesondere dadurch, dass der Hammer
beim Übergang
vom Leerlaufbetrieb in den Schlagbetrieb durch das sich aktivierende
Luftfederschlagwerk und die dadurch entstehenden Schwingungen bestimmte Eigenbewegungen
vollführt,
so dass sich das Hammergehäuse
relativ zu dem vom Bediener gehaltenen Handgriff bewegt, besteht
die Möglichkeit,
dass das Ventil vorzeitig geschlossen wird, so dass der Schlagbetrieb
letztendlich doch für
den Bediener unerwartet plötzlich
einsetzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Hammer
dahingehend zu verbessern, dass ein weiches Ansetzen des Hammers durch
einen relativ langsamen Übergang
vom Leerlaufbetrieb in den Schlagbetrieb erreicht werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
in Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterentwicklungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Ein
erfindungsgemäßer Bohr-
und/oder Schlaghammer (weiterhin nachfolgend vereinfachend als Hammer
bezeichnet) weist ein Ventil auf, mit dem ein in einem Luftfederschlagwerk
befindlicher und zur Aufnahme einer Luftfeder ausgebildeter Hohlraum über einen
Leerlaufkanal mit der Umgebung in Verbindung gebracht werden kann.
Das Ventil dient zum Öffnen
des Leerlaufkanals in einem Leerlaufbetrieb und zum Schließen des
Leerlaufkanals in einem Schlagbetrieb. Weiterhin ist eine Erfassungseinrichtung
zum Erfassen einer den Schlagbetrieb und den Leerlaufbetrieb unterscheidenden Steuergröße vorgesehen.
Das Ventil ist in Abhängigkeit
von der Steuergröße öffen- und
schließbar
und nimmt dafür
eine der Steuergröße entsprechende Stellung
ein. Dafür
kann es zweckmäßig sein,
einen Grenzwert zu definieren, bei dessen Über- oder Unterschreiten entsprechend
die dem Schlagbetrieb oder dem Leerlaufbetrieb zugehörige Stellung
eingenommen wird.
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Erfindungsgemäß ist eine
Verzögerungseinrichtung
vorgesehen, über
die das Ventil beim Schließen
derart ansteuerbar ist, dass es die der erfassten Steuergröße entsprechende
Stellung mit einer Zeitverzögerung
erreicht.
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Wie
oben ausgeführt,
bewirkt das Schließen des
Leerlaufkanals durch das Ventil einen Übergang des Luftfederschlagwerks
vom Leerlaufbetrieb in den Schlagbetrieb, weil sich in dem Hohlraum
zwischen Antriebskolben und Schlagkolben eine Luftfeder ausbilden
kann. Die Verzögerungseinrichtung
bewirkt, dass auch bei einem abrupten Aufsetzen des Hammers oder
gar bei einer Erhöhung
der erfassten Andrückkraft
aufgrund einer vom Bediener nicht vorhersehbaren bzw. ungewollten
Eigenbewegung des Hammergehäuses
dennoch kein dementsprechend umgehendes, der in diesem Fall erhöhten Andrückkraft
entsprechendes Schließen
des Leerlaufkanals durch das Ventil erfolgt. Vielmehr ändert das
Ventil unabhängig
von derartigen kurzfristigen Einwirkungen seine Stellung zeitlich
gestreckt und nimmt erst nach Ablauf eines gewissen Zeitraums die
der erfassten Steuergröße entsprechende
Stellung ein. Dies führt
dazu, dass der Übergang
vom Leerlaufbetrieb in den Schlagbetrieb relativ weich und für den Bediener
vorhersehbar erfolgt.
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Vorteilhafterweise
ist das Ventil hingegen beim Öffnen
derart ansteuerbar, dass es eine der erfassten Steuergröße, z.B.
der Andrückkraft
entsprechende Stellung im Wesentlichen unmittelbar erreicht. Das Öffnen des
Leerlaufkanals ist beim Übergang
vom Schlagbetrieb in den Leerlaufbetrieb erforderlich und wird durch
Abheben des Hammers am Handgriff und damit durch eine Reduzierung
der Andrückkraft
erreicht. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass der Hammer
sofort, also ohne Zeitverzögerung,
in den Leerlaufbetrieb übergeht,
um unerwünschte
Schwingungen des Hammers zu vermeiden. Dementsprechend sollte das
Ventil möglichst umgehend
ein Öffnen
des Leerlaufkanals und ein Belüften
der Luftfeder ermöglichen.
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Für das Schließen hingegen
ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die
Zeitverzögerung,
also der Zeitraum, während dem
das Ventil geschlossen wird, derart bemessen, dass sie einen Zeitraum
von mehreren, jeweils eine Hin- und Herbewegung des Antriebskolbens
umfassenden Schlagzyklen überstreicht.
Dazu ist es zweckmäßig, wenn
das Ventil seine Stellung während
des durch die Zeitverzögerung
definierten Zeitraums im Wesentlichen kontinuierlich ändert, also den
Leerlaufkanal gleichmäßig verschließt, um den gewünschten
weichen Übergang
vom Leerlaufbetrieb in den Schlagbetrieb zu erreichen.
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Als
Steuergröße und damit
als Kriterium für die
Unterscheidung des Leerlaufbetriebs und des Schlagbetriebs eignen
sich verschiedene Größen, die
alternativ oder auch ergänzend
ausgewertet werden können.
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So
kann z.B. als Steuergröße die Position
eines von dem Hammer beaufschlagten Werkzeugs und/oder des Schlagkolbens
und/oder eines Döppers (Zwischenkolben)
berücksichtigt
werden. Wenn der Hammer im Leerlaufbetrieb von dem zu bearbeitenden
Stein abgehoben wird, gleitet das Werkzeug mit seinem Schaft etwas
aus der Werkzeughalterung des Hammers heraus und erreicht somit
eine – bezogen auf
die Arbeitsrichtung – vordere
Position. Entsprechend können
auch der Döpper
und der Schlagkolben nach vorne in eine Position gleiten, die im Schlagbetrieb
nie erreicht werden kann. Die Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise
dann derart ausgebildet, dass sie diese vordere Position erkennen und
als Kriterium für
den Leerlaufbetrieb auswerten kann.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird als Steuergröße die Stellung
eines einen Antrieb des Antriebskolbens steuernden, von dem Bediener
handhabbaren Betätigungsglieds
genutzt. Das Betätigungsglied
kann z.B. ein Gasgriff oder Gashebel bei einem Drucklufthammer sein,
der zwischen einer Offen- und einer Schließstellung bewegbar ist. Ebenso
kann unter dem Begriff "Betätigungsglied" ein Gashebel für einen
Verbrennungsmotor oder eine Bedientaste für einen Elektromotor angesehen
werden.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
als Steuergröße die von
dem Bediener aufbringbare Andrückkraft
ausgewertet. Dazu ist in dem Kraftfluss zwischen einer Griffstelle
eines Handgriffs, an der der Bediener den Hammer angreift bzw. andrückt, und
einem Hammergehäuse,
in dem wenigstens das Luftfederschlagwerk, meist aber auch der Antrieb
untergebracht ist, eine Erfassungseinrichtung angeordnet zum Erfassen
einer von dem Bediener an dem Handgriff aufgebrachten, als Steuergröße dienenden
Andrückkraft. Das
Ventil ist in Abhängigkeit
von der erfassten Andrückkraft öffen- und
schließbar
und nimmt jeweils eine der Andrückkraft
entsprechende vordefinierte Stellung ein. Insbesondere wird bei Überschreiten
eines bestimmten Grenzwertes für
die Andrückkraft das
Ventil in Schließstellung
bewegt, so dass der Schlagbetrieb des Luftfederschlagwerks aufgenommen
werden kann. Bei Unterschreiten des Grenzwertes hingegen öffnet das
Ventil den Leerlaufkanal, so dass die Luftfeder im Schlagwerk belüftet und
der Schlagbetrieb unterbrochen wird.
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Erfindungsgemäß ist über die
Verzögerungseinrichtung
das Ventil beim Schließen
derart ansteuerbar, dass es die der erfassten Andrückkraft
entsprechende Stellung mit einer Zeitverzögerung erreicht.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
der Handgriff, an dem der Bediener die Andrückkraft aufbringt, relativ
zu dem Hammergehäuse
beweglich. Die Verzögerungseinrichtung
bewirkt, dass die Relativbewegung zwischen dem Hammergehäuse und
dem Handgriff nicht unmittelbar zu einem sofortigen Verschließen des
Leerlaufkanals, sondern zu einer eher langsamen Veränderung
des Querschnitts des Leerlaufkanals führt, also lediglich ein zeitlich
verzögertes
Verringern und schließlich
Verschließen
des Leerlaufkanals bewirkt.
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Dabei
kann zwischen dem Handgriff und dem Hammergehäuse ein zu der Erfassungseinrichtung
gehörendes
Federsystem vorgesehen sein, um den Handgriff relativ zu dem Hammergehäuse mit
einer vorgegebenen Federkraft vorzuspannen. Die Verlagerung des
Handgriffs relativ zu dem Hammergehäuse ist dann im Wesentlichen
proportional zu der Andrückkraft
des Bedieners.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
eine ein Steuerelement des Ventils bildende, axial bewegliche Hülse vorgesehen,
deren Axialposition in Abhängigkeit
von der Andrückkraft
veränderbar
ist. Diese Hülse
entspricht im Prinzip einer aus der
DE 101 45 464 A1 bekannten Hülse. Jedoch
ist die Hülse
erfindungsgemäß mit dem
Handgriff nur in einer Axialrichtung derart – z.B. formschlüssig – verbunden,
dass ein Verringern der Andrückkraft
durch den Bediener eine unmittelbare und proportionale Veränderung
der Stellung des Ventils bewirkt.
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Im
Unterschied zu der
DE
101 45 464 A1 ist die Hülse
mit dem Handgriff in der anderen, entgegengesetzt gerichteten Axialrichtung
nicht formschlüssig
verbunden, sondern derart gekoppelt, dass ein Erhöhen der
Andrückkraft
und eine damit verbundene Verschiebung des Handgriffs relativ zu
dem Hammergehäuse über die
Verzögerungseinrichtung eine
zeitlich verzögerte
bzw. zeitlich gestreckte Verschiebung der Hülse bewirkt. Unter zeitlich
verzögerter
bzw. gestreckter Verschiebung ist hier zu verstehen, dass sich die
Hülse mit
einer im Wesentlichen niedrigeren Geschwindigkeit bewegt als die
Relativgeschwindigkeit zwischen dem Handgriff und dem Hammergehäuse beträgt.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
der Antriebskolben hohl ausgebildet und der Schlagkolben im Antriebskolben beweglich.
In einer zylindrischen Wandung des Antriebskolbens ist wenigstens
eine Öffnung
vorgesehen, die je nach Axialstellung des Antriebskolbens einen
Teil des Leerlaufkanals bilden kann. Der Antriebskolben ist von
einem Schlagwerkrohr umgeben, in dem wenigstens eine der Öffnung in
der Wandung des Antriebskolbens zugeordnete Radialöffnung vorgesehen
ist, die ebenfalls einen Teil des Leerlaufkanals bildet. Das Schlagwerkrohr
wiederum ist von der oben beschriebenen Hülse umgeben, die eine der Radialöffnung des
Schlagwerkrohrs zugeordnete Radialöffnung aufweist.
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Die
Hülse ist
erfindungsgemäß auf dem Schlagwerkrohr
gegen die Wirkung einer Federeinrichtung axial derart verschiebbar,
dass zum Öffnen des
Ventils die Radialöffnung
der Hülse über die
Radialöffnung
des Schlagwerkrohrs bewegbar ist, während zum Schließen des
Ventils die Hülse
die Radialöffnung
des Schlagwerkrohrs abdeckt. Die Federeinrichtung drückt dabei
die Hülse
in Schließstellung,
so dass zum Öffnen
des Ventils die Hülse
gegen die Wirkung der Federeinrichtung verschoben werden muss.
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In
besonders vorteilhafter Weise weist die Verzögerungseinrichtung einen zwischen
der Hülse und
dem Schlagwerkrohr ausgebildeten Hohlraum auf, dessen Volumen sich
in Abhängigkeit
von der Relativstellung von Schlagwerkrohr und Hülse verändert. Der Hohlraum ist im
Wesentlichen von der Umgebung abgeschlossen und steht lediglich über eine definierte
Verzögerungsöffnung kontinuierlich
mit der Umgebung in Verbindung. Die Verzögerungsöffnung ist derart dimensioniert,
dass sie einen vorbestimmten Luft-Volumenstrom gewährleistet,
der im Wesentlichen von der Druckdifferenz zwischen Hohlraum und
Umgebung abhängt.
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Weiterhin
kann der Hohlraum ein Rückschlagventil
aufweisen, welches eine zusätzliche Öffnung bereitstellt, über die
ein im Hohlraum existierender Luft-Überdruck
bei Bedarf abbaubar ist. Hingegen kann über das Rückschlagventil keine Luft in
den Hohlraum einströmen.
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In
besonders vorteilhafter Weise wird die Hülse beim Erhöhen der
Andrückkraft
durch den Bediener derart bewegt, dass das Volumen des Hohlraums
durch die Wirkung der Federeinrichtung und die Bewegung der Hülse vergrößert wird,
wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der Hülse durch den vorbestimmten
Luft-Volumenstrom über
die Verzögerungsöffnung definiert
bzw. limitiert ist, Insbesondere ist die Bewegungsgeschwindigkeit
niedriger als die durch die Andrückkraft
bewirkte Relativgeschwindigkeit zwischen dem Handgriff und dem Hammergehäuse. Die
Hülse kann
sich somit nur relativ langsam in die durch die jeweils anliegende
Andrückkraft
vorgegebene Zielstellung bewegen. Da die Hülse als Steuerelement für das Ventil
dient, erreicht auch das Ventil nur mit Zeitverzögerung seine jeweils vorgegebene,
durch die Andrückkraft
definierte Endstellung, die im Wesentlichen eine vollständige Schließstellung
des Leerlaufkanals be wirkt.
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Damit
ist ein sanftes Verschließen
des Leerlaufkanals gewährleistet,
so dass sich im Inneren des Luftfederschlagwerks die Luftfeder nur
langsam aufbaut, wodurch der gewünschte
Sanftanlauf des Hammers erreicht wird.
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Beim
Abheben des Hammers hingegen wird ein zügiger Übergang vom Schlagbetrieb in
den Leerlaufbetrieb gewünscht.
Die Schwingungsentkopplungseinrichtung bewegt den nun entlasteten
Handgriff – meist
durch Federwirkung – in
seine definierte Ausgangs- bzw. Ruhestellung. Dann bewegt sich die mit
dem Handgriff gekoppelte Hülse
derart, dass das Volumen des Hohlraums zwischen Hülse und Schlagwerkrohr
verringert wird, wodurch in dem Hohlraum ein erhöhter Luftdruck entsteht. Wenigstens
ein Teil der im Hohlraum befindlichen Luft kann über des Rückschlagventil ausströmen. Ein
anderer, jedoch meist geringerer Teil wird auch über die Verzögerungsöffnung aus
dem Hohlraum ausströmen. Jedenfalls
ist es dadurch möglich,
dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Hülse im Wesentlichen der durch
die Schwingungsentkopplungseinrichtung bewirkten Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Handgriff und dem Hammergehäuse entspricht. Dies wird auch
dadurch sichergestellt, dass bei dieser Bewegungsrichtung eine formschlüssige Kopplung
zwischen der Hülse
und dem Handgriff besteht.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist die Erfassungseinrichtung einen Sensor auf,
zum Erfassen eines Zustands, in dem der Handgriff gegen die Wirkung
des Federsystems gegen das Hammergehäuse angedrückt ist, und zum Erzeugen eines
entsprechenden Andrücksignals. Das
Ventil kann ein mechanisch, elektrisch, elektromechanisch oder elektromagnetisch
ansteuerbares Ventilelement aufweisen. Das Andrücksignal ist einer Steuerung
zuführbar,
die entsprechend das Ventilelement zum Öffnen und Schließen des
Ventils ansteuert, wobei das Schließen des Ventils über einen
bestimmten Zeitraum gestreckt wird. Die Steuerung stellt somit sicher,
dass das Schließen
des Ventils, also der Übergang
vom Leerlaufbetrieb in den Schlagbetrieb, nicht plötzlich, über einen
nur sehr kurzen Zeitraum erfolgt, sondern über einen längeren, vordefinierten Zeitraum
gestreckt wird. Dadurch lassen sich die gleichen Wirkungen erreichen,
wie bei der oben beschriebenen rein mechanischen Lösung.
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Vorzugsweise
ist der Sensor als Näherungssensor
oder als Kraftmesssensor aus gestaltet.
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Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, wenn ein Lagesensor vorgesehen ist, zum
Erfassen der Lage des Hammers im Raum relativ zu einer Horizontalebene
und zum Erzeugen eines entsprechenden Lagesignals, welches der Steuerung
zuführbar
ist. Die Steuerung steuert dann unter Auswertung des Andrücksignals
und des Lagesignals das Ventilelement an. Dabei ist eine Abweichung
der Lage des Hammers von der Horizontalebene derart berücksichtigbar,
dass das sich daraus ergebende Andrücksignal einer Korrektur unter
Berücksichtigung
der wirksamen Gewichtskräfte
des Handgriffs, des Hammergehäuses
und der in ihm enthaltenen Komponenten sowie eines Werkzeugs unterzogen
wird.
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Sofern
als Steuergröße die Position
des Werkzeugs, des Schlagkolbens und/oder des Döppers ausgewertet wird, ist
es vorteilhaft, wenn eine, bezogen auf eine Arbeitsrichtung, vordere
Position des Werkzeugs, des Döppers
und/oder des Schlagkolbens als Kriterium für den Leerlaufbetrieb gilt, während eine
gegenüber
der vorderen Position nach hinten verlagerte Position als Kriterium
für den Schlagbetrieb
gilt. Im Leerlaufbetrieb gleiten das Werkzeug (Meißel), der
Döpper
und der Schlagkolben etwas aus dem Hammer heraus und gelangen so in
eine Leerlaufstellung, die während
des Schlagbetriebs niemals erreicht werden kann. Somit ist die Stellung
des Werkzeugs, des Döppers
und des Schlagkolbens ein geeignetes Kriterium zur Unterscheidung
des Leerlaufbetriebs vom Schlagbetrieb.
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Bei
einer besonders einfachen Ausgestaltung weist die Erfassungseinrichtung
eine Einrichtung zum Bestimmen der Position des Werkzeugs, des Döppers und/oder
des Schlagkolbens an wenigstens zwei Stellen auf, wobei die eine
Stelle dem Leerlaufbetrieb und die andere Stelle dem Schlagbetrieb
zuordenbar ist. Es ist dementsprechend nicht erforderlich, jede
beliebige Position des Werkzeugs, des Döppers oder des Schlagkolbens
zu erfassen und eine lückenlose,
kontinuierliche Überwachung vorzusehen.
Vielmehr reicht es aus, festzustellen, ob die betreffenden Bauelemente
eine Grenze zwischen Leerlaufstellung und Schlagstellung überschritten haben.
Dies lässt
sich besonders einfach dann realisieren, wenn die Position der Bauelemente
an den beiden, von der imaginären
Grenze getrennten Stellen erfasst werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung gilt eine Leerlaufstellung des Betätigungsglieds für den Antrieb
(z.B. Gasgriff als Kriterium für den
Leerlaufbetrieb, während
eine Betriebsstellung des Betätigungsglieds
als Kriterium für
den Schlagbetrieb gilt. Es wird somit einfach die Stellung des Betätigungsglieds,
z.B. bei einem Drucklufthammer, ausgewertet, um daraus Rückschlüsse auf
Leerlauf- und Schlagbetrieb zu ziehen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Erfassungseinrichtung einen Sensor
zum Erfassen der Steuergröße und zum
Erzeugen eines Steuersignals aufweist und das Ventil ein mechanisch,
elektrisch, elektromechanisch oder elektromagnetisch ansteuerbares
Ventilelement umfasst. Das Steuersignal kann dann einer Steuerung
zugeführt
werden, die entsprechend das Ventilelement zum Öffnen und Schließen des
Ventils ansteuert, wobei das Schließen des Ventils über einen
bestimmten Zeitraum in der vorgesehenen Weise gestreckt wird. Auf
diese Weise lässt
sich unabhängig
von der oben beschriebenen, weitgehend rein mechanischen Lösung auch eine
mechatronische, elektrische bzw. elektronische Variante realisieren.
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Da
das Schließen
des Ventils elektronisch gesteuert werden kann, lässt sich
durch die Elektronik auch der Zeitraum festlegen, der für das Schließen benötigt werden
soll. Dabei kann die Erfassungseinrichtung auch feststellen, ob
der Bediener zunächst
nur leicht gegen den Hammer drückt
und dementsprechend auch noch nicht die volle Schlagleistung abrufen
möchte.
Mit Hilfe der Steuerelektronik ist es dann möglich, Zwischenzustände beim Öffnen und
Schließen
des Ventils auch so lange aufrecht zu erhalten, wie der Bediener
den Hammer in der entsprechenden Weise handhabt, also z.B. andrückt.
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Diese
und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend
anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1a einen
Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Bohr- und/oder Schlaghammer
im Leerlaufbetrieb;
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1b eine
Ausschnittsvergrößerung zu 1a;
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1c eine
weitere Ausschnittsvergrößerung zu 1a;
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2a einen
der 1a entsprechenden Teilschnitt des Bohr- und/oder
Schlaghammers, jedoch in Schlagstellung;
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2b eine
Ausschnittsvergrößerung zu 2a;
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2c eine
weitere Ausschnittsvergrößerung zu 2a;
und
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3 einen
Schnitt durch eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bohr- und/oder
Schlaghammers.
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Die 1a zeigt
einen als Hammer bezeichneten Bohr- und/oder Schlaghammer, mit einem Hammergehäuse 1 und
einer große
Teile des Hammergehäuses 1 umgebenden
Griffhaube 2.
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Der
Begriff des Hammergehäuses 1 dient
als Zusammenfassung mehrerer Baugruppen des Hammers, nämlich insbesondere
eines nicht dargestellten Antriebs, eines von dem Antrieb angetriebenen
Taumelfingergetriebes 3 und eines Luftfederschlagwerks 4.
In dem Luftfederschlagwerk 4 wird ein Antriebskolben 5 von
dem Taumelfingergetriebe 3 in axiale Hin- und Herbewegung
versetzt, wodurch ein in einer hohlen Ausnehmung des Antriebskolbens 5 ebenfalls axial
hin- und herbewegbarer Schlagkolben 6 über eine in einem Hohlraum 7 ausgebildete
Luftfeder hin- und hergetrieben wird. Der Schlagkolben 6 wiederum schlägt zyklisch
auf das Einsteckende eines Werkzeugs 8 (in 1a ein
Brechmeißel),
welches von einer Werkzeugaufnahme 9 gehalten ist.
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Das
Hammergehäuse 1 nimmt
wenigstens einen Teil der vorstehend genannten Bauelemente in sich
auf und besteht üblicherweise
aus Metall. Es ist in wesentlichen Teilen von der Griffhaube 2 umgeben,
die über
eine nicht dargestellte, an sich bekannte Schwingungsentkopplungseinrichtung,
z.B. über Gummifedern,
mit dem Hammergehäuse 1 verbunden
ist. Die Griffhaube 2 kann aus Kunststoff bestehen und
sich bis in den Bereich der Werkzeugaufnahme 9 nach vorne
erstrecken.
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An
der Griffhaube 2 ist ein Handgriff 10 mit einer
Griffstelle 11 vorgesehen, an der der Bediener den Hammer
halten und gegen das zu bearbeitende Gestein andrücken kann.
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In
einem vorderen Bereich der Griffhaube 2 ist darüber hinaus
noch ein weiterer Handgriff 12 vorgesehen, den der Bediener
zur besseren Führung des
Hammers mit seiner anderen Hand in bekannter Weise ergreifen kann.
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Wie
oben beschrieben, umgibt die Griffhaube 2 wesentliche Teile
des Hammergehäuses 1. Selbstverständlich sind
auch Varianten möglich,
bei denen die Griffhaube 2 nur einen Teil des Hammergehäuses, insbesondere
den hinteren, dem Handgriff 10 zu gerichteten Bereich des
Hammergehäuses 1 umgibt.
Ebenso ist es möglich,
dass die Griffhaube 2 das Hammergehäuse 1 überhaupt
nicht umgibt, sondern lediglich durch die Schwingungsentkopplungseinrichtung
hinter dem Hammergehäuse 1 gehalten wird.
Der Begriff einer "Griffhaube" ist daher nicht derart
auszulegen, dass von dieser das Hammergehäuse 1 umschlossen
werden muss.
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Die
zwischen der Griffhaube 2 und dem Hammergehäuse 1 angeordnete
Schwingungsentkopplungseinrichtung dient dazu, die im Rahmen der Schlagerzeugung
durch das Luftfederschlagwerk 4 und die bei der Bearbeitung
des Gesteins auftretenden Stöße und Vibrationen
von der Griffhaube 2 und damit von dem Handgriff 10 fernzuhalten,
um so den Bediener möglichst
wenig den schädigenden Schwingungen
auszusetzen. Die Schwingungsentkopplungseinrichtung stellt sicher,
dass sich die Griffhaube 2 relativ zu dem Hammergehäuse 1 bewegen kann.
Wie unmittelbar erkennbar, kann dazu der Handgriff 10 vom
Bediener gegen das Hammergehäuse 1 derart
angedrückt
werden, dass sich die Griffhaube 2 über dem Hammergehäuse 1 nach
vorne, in Richtung des Werkzeugs 8 verschiebt.
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In
der
DE 101 45 464
A1 wird beschrieben, dass beim Aufdrücken einer bestimmten Andrückkraft
sichergestellt wird, dass das Luftfederschlagwerk
4 von
einem Leerlaufbetrieb, in dem der Hohlraum
7 mit der Umgebung
in Verbindung steht und die darin befindliche Luftfeder belüftet wird,
in einen Schlagbetrieb wechselt, in dem der Hohlraum
7 von der
Umgebung isoliert ist, so dass sich die Luftfeder in der gewünschten
Weise ausbilden kann.
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Für das Erfassen
der vom Bediener an dem Handgriff 10 bzw. der Griffstelle 11 aufbringbaren
Andrückkraft
ist eine Erfassungseinrichtung vorgesehen. Bei der in den Figuren
gezeigten Ausführungsform
besteht die Erfassungseinrichtung darin, dass die Andrückkraft
gegen die Wirkung einer Federeinrichtung in der Schwingungsentkopplungseinrichtung eine
bestimmte Verschiebung der Griffhaube 2 relativ zu dem
Hammergehäuse 1 bewirkt.
Da die Federkennlinie der Schwingungsentkopplungseinrichtung bekannt
ist, kann zuverlässig
rückgeschlossen
werden, dass eine bestimmte Andrückkraft
auch eine bestimmte Verschiebung bewirkt. Dabei ist es auch möglich, dass
die Verschiebung durch einen Anschlag begrenzt wird, wobei für das Erreichen
des Anschlags eine Kraft erforderlich ist, die einer minimal erforderlichen
Andrückkraft
für den
Schlagbetrieb entspricht.
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Die 1a bis 1c zeigen
den Hammer in Leerlaufstellung, wenn der Hohlraum 7 mit
seiner Umgebung in Verbindung steht, also belüftet wird. Der genaue Aufbau
ist in den Ausschnittsvergrößerungen
1b und 1c besser erkennbar.
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In
einer zylindrischen Wandung des Antriebskolbens 5 ist eine Öffnung 13 in
Form eines Längsschlitzes
vorgesehen. Der Antriebskolben 5 wird von einem Schlagwerkrohr 14 radial
geführt, welches
eine zu der Öffnung 13 des
Antriebskolbens 5 korrespondierende Radialöffnung 15 aufweist.
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Das
Schlagwerkrohr 14 ist von einer Hülse 16 umgeben, in
deren Wandung eine zu der Radialöffnung 15 des
Schlagwerkrohrs 14 korrespondierende Radialöffnung 17 ausgebildet
ist. Wie die 1b und 1c zeigen,
stehen die Öffnung 13 und
die Radialöffnungen 15 und 17 derart übereinander,
dass sie einen Leerlaufkanal bilden, über den der Hohlraum 7 mit
der Umgebung des Luftfederschlagwerks 5 in Verbindung gebracht
wird. Dementsprechend kann sich bei einer Axialbewegung des Antriebskolbens 5 keine
Luftfeder in dem Hohlraum 7 ausbilden, so dass der Schlagkolben 6 nicht
das Bestreben hat, der Bewegung des Antriebskolbens 5 zu
folgen. Das Luftfederschlagwerk 4 läuft auch dann im Leerlauf, wenn
sich der Antriebskolben 5 aufgrund der Wirkung des Antriebs
hin- und herbewegt.
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Die
Hülse 16 ist
auf dem Schlagwerkrohr 14 gegen die Wirkung einer Feder 18 verschiebbar,
so dass die Radialöffnung 17 entweder
im Leerlaufbetrieb über
der Radialöffnung 15 stehen
kann, oder, wie später
noch anhand der 2b und 2c erläutert, im
Schlagbetrieb so verschoben wird, dass die Radialöffnung 17 nicht
mehr über
der Radialöffnung 15 steht
und somit die Radialöffnung 15 von
der Hülse 16 verschlossen
wird. Dementsprechend stellt die Hülse 16 ein Ventil
für den
Leerlaufkanal dar.
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Die
Axialstellung der Hülse 16 wird
zum einen durch die Wirkung der Feder 18 bestimmt. Zum andern
wird die Hülse 16 auf
einer Stirnseite durch einen Stift 19 abgestützt, der
wiederum von der Griffhaube 2 gehalten wird.
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In
den 2a bis 2c wird
der gleiche Bohrhammer gezeigt, jedoch diesmal in einer Schlagstellung,
bei der der Bediener eine Andrückkraft
gegen den Handgriff 10 aufbringt, so dass die Griffhaube 2 nach
vorne, in Richtung des Werkzeugs 8 relativ zu dem Hammergehäuse 1 verschoben
wird.
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Bei
einem Vergleich der 1a und 1b mit
den 2a und 2b wird
die Wirkung auf die Stellung der Hülse 16 erkennbar:
In
der Leerlaufstellung gemäß 1a und 1b bringt
der Bediener keine oder nur eine geringe Andrückkraft auf den Handgriff 10 auf.
Unter Umständen
zieht er sogar den Hammer an dem Handgriff 10 hoch. Die
nicht dargestellte Schwingungsentkopplungseinrichtung sorgt dafür, dass
die Griffhaube 2 bezüglich
dem Hammergehäuse 1 die
in 1a gezeigte Leerlaufstellung (Ausgangs- oder Ruhestellung)
einnimmt. Dadurch drückt
der Stift 19 die Hülse 16 gegen
die Wirkung der Feder 18 in die insbesondere in 1b erkennbare
Stellung, so dass der Leerlaufkanal geöffnet und die Luftfeder im
Hohlraum 7 gelüftet
wird. Die Wirkung der Feder 18 wird durch die stärkere Kraftwirkung
der Schwingungsentkopplungseinrichtung übertroffen.
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Wenn
hingegen der Bediener eine Andrückkraft
auf den Handgriff 10 aufbringt und sich dementsprechend
die Griffhaube 2 nach vorne verlagert, wandert auch der
an der Griffhaube 2 befestigte Stift 19 nach vorne.
Damit fehlt zunächst
die stirnseitige Abstützung
der Hülse 16,
so dass die Hülse 16 aufgrund
der Wirkung der Feder 18 ebenfalls nach vorne gedrückt wird,
wie insbesondere in 2b erkennbar. Dabei bildet sich
zwischen dem Schlagwerkrohr 14 und der Hülse 16,
insbesondere zwischen deren Stirnseiten, ein Hohlraum 20 aus.
Da der Hohlraum 20 im Wesentlichen von der Umgebung abgeschottet ist,
entsteht in ihm aufgrund der Wirkung der Feder 18 ein Unterdruck.
Der Unterdruck in dem Hohlraum 20 kann nur über eine
in der Stirnseite der Hülse 16 ausgebildete
Verzögerungsöffnung 21 abgebaut
werden, über
die Luft in den Hohlraum 20 einströmt. Bei entsprechender Dimensionierung
der Verzögerungsöffnung 21 bedeutet
dies, dass sich die Hülse 16 nur relativ
langsam aus der in 1b gezeigten Leerlaufstellung
in die in 2b gezeigt Schlagstellung bewegen
kann.
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Dementsprechend
wird auch die Radialöffnung 17 nur
langsam von der Radialöffnung 15 wegbewegt,
so dass der Leerlaufkanal nur langsam geschlossen wird. Das bedeutet,
dass der Übergang vom
Leerlaufbetrieb in den Schlagbetrieb sehr sanft erfolgt und vom
Bediener leicht vorhersehbar und kontrollierbar ist.
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Der
Stift 19 kann sich somit bei entsprechend schnellem und
kräftigem
Andrükken
der Griffhaube 2 durch den Bediener von der Hülse 16 wegbewegen. Er
definiert dann lediglich die Endstellung, die von der Hülse 16 erreicht
werden kann, nachdem sie sich zeitverzögert in Richtung des Stifts 19 bewegt
hat. Die Zeitverzögerung,
also die verlangsamte Axialbewegung der Hülse 16, lässt sich
in geeigneter Weise durch die Dimensionierung der Verzögerungsöffnung 21 vorwählen.
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Erfindungsgemäß wird somit
eine Verzögerungseinrichtung
angegeben, die im Wesentlichen aus der Feder 18, dem Hohlraum 20 und
der Verzögerungsöffnung 21 besteht.
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Nach
Beendigung der Arbeit, d. h. beim Abheben des Hammers vom zu bearbeitenden
Gestein oder bei Nachlassen der Andrückkraft, ist hingegen ein möglichst
schneller Übergang
vom Schlagbetrieb in den Leerlaufbetrieb wünschenswert, um den Bediener
vor unerwünschten
Schwingungen zu schützen.
Hierzu muss die Radialöffnung 17 wieder über die
Radialöffnung 15 bewegt
werden, um den Leerlaufkanal zu öffnen.
Da die Luft in dem Hohlraum 20 hierbei eine Luftfeder darstellen
würde,
die dieser Bewegung entgegenwirkt, ist es erforderlich, dass der Luftvorrat
in dem Hohlraum 20 sehr schnell abgebaut werden kann. Zu
diesem Zweck ist ein Rückschlagventil 22 vorgesehen,
dass eine darunter befindliche Öffnung 23 abdeckt.
Zum Beispiel kann das Rückschlagventil 22 ein
Gummiring sein, der in eine umlaufende Nut eingesetzt ist und mehrere
am Umfang verteilte Öffnungen 23 abdeckt.
Wenn der Luftdruck im Inneren des Hohlraums 20 erhöht ist,
wird der Gummiring des Rückschlagventils 22 angehoben,
so dass die Luft über
die Öffnungen 23 sehr
schnell entweichen kann. Auf diese Weise ist ein zügiger Übergang
in den Leerlauf sichergestellt.
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Die
oben beschriebene Verzögerungseinrichtung
bewirkt, dass eine Relativbewegung zwischen der nicht gefederten
Hammermasse (im Wesentlichen das Hammergehäuse 1 mit den darin
enthaltenen Komponenten) und der gefederten Hammermasse (im Wesentlichen
der Griffhaube 2 bzw. dem Handgriff 10) nicht
unmittelbar zu einer schlagartigen Veränderung der Querschnitte im
Leerlaufkanal führt,
sondern vielmehr eine beabsichtigte Zeitverzögerung bzw. zeitliche Erstreckung
erreicht wird. Durch eine derartige Vorrichtung kann der Hammer
je nach der vom Bediener aufgebrachten Andrückkraft beliebig lange in einem
Zustand verminderter Schlagstärke
bei voller Hammerschlagzahl gehalten werden. Der Bediener kann also
den Antrieb auf voller Drehzahl halten, so dass das Schlagwerk mit
der normalen Betriebsfrequenz arbeitet, ohne dass bereits starke
Schläge
auf das Werkzeug 8 ausgeübt werden. Bei plötzlichem,
schnellem Aufdrücken
des Hammers gegen das zu bearbeitende Gestein wird das Schlagwerk
jedoch nicht ebenso schnell in den Schlagbetrieb wechseln, sondern
aufgrund der Verzögerungseinrichtung
einige Schlagzyklen benötigen,
bis die volle Schlagstärke
erreicht ist.
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Das
obige Beispiel stellt nur eine Ausführungsform der Erfindung dar.
Selbstverständlich
sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung möglich. Insbesondere kann das
Erhöhen
der Andrückkraft
auch durch eine elektrische oder elektronische Erfassungseinrichtung
erfasst werden, die ein entsprechendes Signal an eine Steuerung
weitergibt, durch die ein Ventil zum Öffnen und Schließen des
Leerlaufkanals angesteuert wird.
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Dabei
kann auch die jeweilige Lage des Hammers berücksichtigt werden, denn die
vom Bediener aufzubringende Andrückkraft
variiert in erheblichem Maße
in Abhängigkeit
von der Lage des Hammers. So muss der Bediener eine höhere Andrückkraft
bei horizontalen Arbeiten oder bei Arbeiten über Kopf aufbringen, als dies
beim Arbeiten nach unten erforderlich ist, weil in den ersteren
Fällen
auch die Gewichtskraft des Hammers aufzunehmen ist. Die daraus resultierenden
Andrückkräfte und
die entsprechenden Folgen für
den Wechsel von Leerlaufbetrieb und Schlagbetrieb können von
der Steuerung in geeigneter Weise ausgewertet bzw. eingestellt werden.
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3 zeigt
einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrhammers,
der auf der Darstellung gemäß
4 aus der
DE 101 45 464 A1 beruht. In der
DE 101 45 464 A1 wurde
unter Bezugnahme auf diese Figur ein Hammer beschrieben, bei dem
eine Erkennung der Andrückkraft
des Bedieners am Handgriff und eine sich daraus ergebende Beeinflussung
der Stellung des die Verbindung des Hohlraums
7 mit der
Umgebung steuern den Ventils auf mechatronischem Wege erfolgt.
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Dazu
ist ein Ventilkörper 25 in
einen sehr kurzen Leerlaufkanal eingesetzt. Der Leerlaufkanal besteht
hier lediglich aus einer Ausnehmung 26 im Schlagwerkrohr 14 und
einem Verbindungskanal 27, in den der Ventilkörper 25 eingesetzt
ist. Der Ventilkörper 25 weist
in seinem Inneren eine Durchgangsbohrung auf und ist durch ein in
der Figur nicht dargestelltes Stellglied drehbar. In 3 ist
der Ventilkörper 25 in
eine Stellung gedreht, in der die Durchgangsbohrung nicht im Leerlaufkanal
angeordnet ist, so dass die Verbindung zwischen dem Hohlraum 7 und
der Umgebung des Luftfederschlagwerks unterbrochen ist. Der Ventilkörper 25 lässt sich
jedoch um 90° in
eine Stellung drehen, bei der die Durchgangsbohrung den Leerlaufkanal öffnet und
die Verbindung zwischen dem Hohlraum 7 zur Umgebung herstellt.
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Der
Handgriff 10 ist gegen die Wirkung von Federsystemen 28 relativ
zu dem Hammergehäuse 1 bewegbar
befestigt. Die Relativstellung zwischen Handgriff 10 und
Hammergehäuse 1 wird
mit Hilfe eines Näherungssensors 29 erfasst.
Der Näherungssensor 29 kann
entweder derart ausgelegt werden, dass er lediglich binäre Zustände, nämlich Schlagbetrieb
und Leerlaufbetrieb, zu unterscheiden vermag. Alternativ ist es
auch möglich,
mit Hilfe eines geeigneten Näherungssensors
die genaue Position des Handgriffs 10 relativ zum Hammergehäuse 1 zu
erfassen und entsprechend auszuwerten. Anstelle des Näherungssensors 29 kann
auch – z.B.
im Inneren der Federsysteme 28, aber auch unabhängig von
Federsystemen – ein
geeigneter Kraftmesssensor angeordnet sein, der die vom Bediener
aufgebrachte Andrückkraft
erfasst. Weiterhin ist es möglich,
durch einen berührungsempfindlichen
Kraftmesssensor im Handgriff 10 selbst direkt an der Griffstelle 11 die
Andrückkraft
des Bedieners zu erfassen.
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Der
Näherungssensor 29 erzeugt
ein der Andrückkraft
entsprechendes Andrücksignal – sei es nun
binär oder
der Andrückkraft
proportional – und leitet
es an eine Steuerung 30 weiter. Wenn die Steuerung 30 erkennt,
dass der Bediener den Hammer derart andrückt, dass ein Übergang
von der Leerlaufstellung in die Schlagstellung gewünscht ist,
steuert die Steuerung 30 das nicht dargestellte Ventilstellglied
an, um den Ventilkörper 25 in
die in 3 gezeigte Stellung zu verdrehen. Beim Abheben
des Hammers und entsprechendem Nachlassen der Andrückkraft
wird der umgekehrte Vorgang eingeleitet.
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Insbesondere
bei dem Verdrehen des Ventilkörpers 25 in
die Schlagstellung zum Schließen
des Leerlaufkanals 27 soll erfindungsgemäß eine gewisse
Zeitverzögerung
erreicht werden. Das bedeutet, dass die Steuerung 30 die
Verzögerungseinrichtung aufweist
und das Ventilstellglied derart ansteuert, dass der gewünschte zeitlich
gestreckte Übergang erreicht
werden kann.
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Bei
anderen Ausführungsformen
der Erfindung können
als Steuergröße andere
Größen als
die Andrückkraft
des Bedieners ausgewertet werden. Dazu gehören insbesondere die Position
des Werkzeugs 8, die Position des Schlagkolbens 6 oder
die Position eines in den Figuren nicht dargestellten Döppers, der
als Zwischenkolben zwischen dem Schlagkolben 6 und dem
Werkzeug 8 dient. Dabei ist es nicht erforderlich, die
Position jeweils präzise
zu erfassen. Es kommt im Wesentlichen darauf an, einen Wechsel der
Position zwischen der Schlagstellung und der Leerlaufstellung zu
erkennen und daraus festzustellen, ob sich der Hammer im Leerlaufbetrieb oder
im Schlagbetrieb befindet. Somit ist es ebenfalls nicht erforderlich,
dass die Position exakt ermittelt werden muss. Vielmehr reicht es
aus, wenn der Aufenthaltsort des betreffenden Bauelements, dessen Position
bestimmt werden soll, in einem bestimmten Bereich erfasst wird.