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Die
Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1
ein Arbeitsgerät,
das beispielsweise in einem Schlag-, Bohr- oder Aufbruchhammer oder
einem Stampfer zur Bodenverdichtung Verwendung finden kann.
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Arbeitsgeräte, bei
denen ein Antriebsmoment eines Antriebs von einem Antriebselement
auf ein mit dem Antriebselement gekoppeltes Bewegungselement übertragen
wird, sind allgemein bekannt, wie der
DE 10 2004 055 236 A1 zu
entnehmen ist. Beispielsweise können
Schlagwerke, die in Schlag-, Bohr- und/oder Aufbruchhämmern verwendet
werden, nach diesem Prinzip betrieben werden.
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Bei
einem derartigen Schlagwerk wird als Antriebselement ein Antriebskolben
verwendet, welcher durch einen geeigneten Antrieb, z. B. einen mit einem
Elektromotor gekoppelten Kurbeltrieb, in eine oszillierende Axialbewegung
versetzt werden kann. Diese oszillierende Axialbewegung kann auf
ein Werkzeug wie zum Beispiel einen Meißel übertragen werden. Um den Antrieb
nicht übermäßig starken
und damit verschleißenden
Belastungen auszusetzen und um eine verbesserte Schlagwirkung am
Werkzeug zu erreichen, kann zwischen dem Kurbeltrieb und der Werkzeugaufnahme
ein Bewegungselement wie beispielsweise ein Schlagkolben angeordnet
und durch eine Federeinrichtung mit dem Antriebskolben gekoppelt
werden. Bekannt ist beispielsweise die Verwendung von einseitigen
oder doppelseitigen Luftfeder-Schlagwerken.
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Grundsätzlich unterscheiden
sich Luftfederschlagwerke durch die Gestaltung und Anordnung eines
Antriebskolbens und eines Schlagkolbens. Dementsprechend sind vier
Varianten von Luftfederschlagwerken bekannt:
- – Einseitige
Schlagwerke mit durchmessergleichen, in einem Schlagwerksgehäuse geführten Antriebs-
und Schlagkolben;
- – einseitige
Schlagwerke mit hohlem, einseitig offenem Antriebskolben und darin
geführtem Schlagkolben;
- – einseitige
Schlagwerke mit hohlem, einseitig offenem Schlagkolben und darin
geführtem
Antriebskolben; und
- – zweiseitige
Schlagwerke mit hohlem, den Schlagkolben umschließenden Antriebskolben.
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Der
Antriebskolben und der Schlagkolben können mittels Spaltdichtungen
oder auch anderen Dichtungen in diesen Anordnungen gegeneinander und
je nach Variante auch gegen das Schlagwerksgehäuse abgedichtet sein, so dass
sich bei hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Antriebskolben
und dem Schlagkolben durch das eingeschlossene Luftvolumen Luftfedern
ausbilden können.
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Die
Funktionsweise eines herkömmlichen Schlagwerks
wird im Folgenden an einem Schlagzyklus beschrieben.
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Durch
den Kurbeltrieb kann der Antriebskolben, also das Antriebselement,
in eine oszillierende, beispielsweise annähernd einer Sinusfunktion folgende
Axialbewegung versetzt werden, wobei die extreme Position des Antriebskolbens,
welche dem Kurbeltrieb zugewandt ist, als oberer Totpunkt bezeichnet
werden kann, und wobei die extreme Position, welche vom Kurbeltrieb
abgewandt ist, als unterer Totpunkt bezeichnet werden kann.
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Wird
der Antriebskolben dabei aus Richtung des oberen Totpunkts in Richtung
des unteren Totpunkts und des Schlagkolbens, also des Bewegungselements,
bewegt, bildet sich mindestens zwischen einer Stirnfläche des
Schlagkolbens und dem Antriebskolben durch das eingeschlossene Luftvolumen
eine Luftfeder aus. So erzeugt die Bewegung des Antriebskolbens
in Richtung des unteren Totpunkts aufgrund der Trägheit des
Schlagkolbens einen Überdruck
des eingeschlossenen Luftvolumens, durch den der Schlagkolben einen
Schub in Richtung der Bewegung des Antriebskolbens erfährt. Hier kann
eine Aufschlagvorrichtung mit daran angeordnetem Werkzeug vorgesehen
sein, die durch ein Ende des Werkzeugs oder einen Döpper gebildet sein
kann. Durch den Schub beaufschlagt der Schlagkolben die Aufschlagvorrichtung, überträgt dabei
einen Impuls auf das Werkzeug und prallt anschließend zurück. Der
Rückstoß ist abhängig von der
Energie des Aufschlags, der Geometrie der Schlagpartner, dem Material
der Stoßkörper und
vom Härtegrad
des bearbeiteten Werkstücks.
Besonders groß ist
der Rückstoß dann,
wenn sich das Werkzeug im Werkstück
festklemmt. Durch den Rückstoß wird der
Schlagkolben in eine Bewegung in Richtung des Antriebskolbens und
weg von der Aufschlagvorrichtung versetzt.
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Die
Bewegungsrichtung des mit dem Kurbeltrieb verbundenen Antriebskolbens
kehrt sich um, sobald der Antriebskolben den unteren Totpunkt erreicht.
Wenn die Bewegung des sich nun in Richtung des Kurbeltriebs bewegenden
Antriebskolbens schneller ist als die des Schlagkolbens, entsteht durch
die Relativbewegung der beiden Kolben ein Unterdruck im eingeschlossenen
Luftvolumen und damit eine Luftfeder, die eine Saugwirkung auf den Schlagkolben
ausübt
und dessen Rückbewegung verstärkt.
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Nach
Erreichen des oberen Totpunkts wird der Antriebskolben (Antriebselement)
durch den Kurbeltrieb wieder in entgegen gesetzter Richtung bewegt,
bremst dabei durch die Wirkung der Luftfeder, die sich nun zwischen
den Kolben in Kompression befindet, den sich noch in der Rückbewegung
befindenden Schlagkolben (Bewegungselement) ab und beschleunigt
diesen dann erneut in Richtung der Aufschlagvorrichtung, wodurch
der nächste
Schlag vorbereitet wird.
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Bei
einem Schlagwerk der oben beschriebenen, bekannten Bauart kann der
Rückstoß des Werkzeugs
auf den Schlagkolben die Relativbewegung zwischen dem Antriebskolben
und dem Schlagkolben nachteilig beeinflussen. So kann bei einem
starken Rückstoß, der beispielsweise
durch einen harten Untergrund, ein hartes Werkstück, ein eingeklemmtes Werkzeug
oder durch einen starken vorherigen Schlag entsteht, der Schlagkolben
mit hoher kinetischer Energie zurückgeschlagen werden.
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In
einem Luftfederschlagwerk kann dies bewirken, dass in der Luftfeder
zwischen Schlagkolben (Bewegungselement) und Antriebskolben (Antriebselement)
bereits Druck aufgebaut wird, obwohl der Antriebskolben noch auf
dem Weg in Richtung des oberen Totpunkts ist. Der Schlagkolben wird
durch diesen Druck abgebremst und verliert kinetische Energie, im
Extremfall kann er sogar seine Bewegungsrichtung ändern. Wenn
der Antriebskolben dann auf den Schlagkolben zu bewegt wird, hat
sich die Bewegung des Schlagkolbens bereits verlangsamt und die Luftfeder
wird nicht mehr ausreichend gespannt, so dass der Antriebskolben
nur einen geringen Schub auf den Schlagkolben übertragen kann. Ebenso ist
es möglich,
dass durch den Rückstoß die Luftfeder
zu einem Zeitpunkt gespannt wird, zu dem der Antriebskolben zwar
bereits in Richtung des Schlagkolbens bewegt wird, zu dem er sich
aber noch in der Nähe des
oberen Totpunkts befindet, so dass er eine geringe Geschwindigkeit
aufweist. Auch in diesem Fall wird die Luftfeder weniger stark vorgespannt
als wenn der Schlagkolben und der Antriebskolben mit hoher Relativgeschwindigkeit
in einer gegenläufigen Bewegung
aufeinander zu streben. Außerdem
hat der An triebskolben dann zum Zeitpunkt der maximalen Luftfederkompression
eine zu geringe Geschwindigkeit. Folglich fällt der darauffolgende Schlag
entsprechend schwach aus.
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Ähnliche
Effekte können
auch bei weiteren Arbeitsgeräten,
bei denen das Antriebsmoment von einem jeweiligen Antriebselement
auf ein damit gekoppeltes jeweiliges Bewegungselement übertragen wird,
auftreten und damit eine Arbeitsleistung oder physische Wirkung
des Arbeitgeräts
schwächen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsgerät anzugeben,
bei dem ein zu frühes Abbremsen
des Bewegungselements verhindert werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe
der Erfindung, ein Arbeitsgerät
anzugeben, bei dem das Bewegungsverhalten von Antriebselement und
Bewegungselement verbessert wird.
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Die
Aufgabe wird durch ein Arbeitsgerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen der
Erfindung sind den abhängigen
Ansprüchen
zu entnehmen.
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Ein
Arbeitsgerät
weist einen Antrieb, einen von dem Antrieb antreibbares, axial beweglich
angeordnetes Antriebselement, ein axial beweglich angeordnetes,
mit dem Antriebselement über
eine Koppeleinrichtung, z. B. eine Feder, gekoppeltes Bewegungselement
und eine in dem Antrieb oder in einem Momentenfluss zwischen Antrieb
und Antriebselement angeordnete Überholkupplung
auf. Die Überholkupplung
befindet sich in einem Sperrzustand, wenn der Antrieb eine schnellere
als oder gleich schnelle Bewegung wie das Antriebselement aufweist.
Die Überholkupplung
befindet sich in einem Freilaufzustand, wenn der Antrieb eine langsamere Bewegung
aufweist als das Antriebselement. Im Sperrzustand schließt die Überholkupplung
einen Momentenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement.
Im Freilaufzustand unterbricht die Überholkupplung den Momentenfluss
zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement.
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Der
Antrieb kann einen Motor wie beispielsweise einen Elektro- oder
einen Verbrennungsmotor aufweisen. Durch den Antrieb kann ein Antriebsmoment
erzeugt werden, das ein Schubmoment als translatorischen Anteil
und/oder ein Drehmoment als rotativen Anteil enthalten kann. Dieses
Antriebsmoment kann über
weitere Komponenten des Antriebs, wie beispielsweise Schwungräder, Wellen
und/oder Getriebe sowie die mit dem Antrieb verbundene Überholkupplung
auf das Antriebselement übertragen
werden. Das Antriebselement kann beispielsweise als Antriebskolben
gestaltet sein.
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Die Überholkupplung
kann zwei unterschiedliche Betriebszustände einnehmen. Sie befindet
sich in einem Sperrzustand, wenn der Antrieb eine gleich schnelle
wie oder eine schnellere Bewegung als das Antriebselement aufweist.
Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der Antrieb das
Antriebselement beschleunigt. Im Sperrzustand schließt die Überholkupplung
den Momentenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement,
so dass die durch den Antrieb erzeugte Bewegungsenergie beispielsweise
kraft- oder formschlüssig
auf das Antriebselement übertragen
werden kann.
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Wenn
die Bewegung des Antriebs langsamer ist als die des Antriebselements,
wenn also insbesondere das Antriebselement nicht durch den Antrieb
beschleunigt wird, befindet sich die Überholkupplung in einem Freilaufzustand,
in welchem der Momentenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement
unterbrochen ist. Durch die Unterbrechung des Momentenflusses ist
im Freilaufzustand die Übertragung
des Antriebsmoments und/oder der Antriebskraft des Antriebs auf
das Antriebselement unterbrochen.
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Wenn
sich die Überholkupplung
im Sperrzustand befindet, kann der Antrieb das axial beweglich angeordnete
Antriebselement in eine Bewegung versetzen. Dies kann beispielsweise
eine oszillierende, translatorische Bewegung des Antriebselements sein.
Diese Bewegung des Antriebselements kann nun, beispielsweise durch
eine Federeinrichtung oder eine Luftfeder, auf das mit dem Antriebselement gekoppelte
Bewegungselement übertragen
werden. Das Bewegungselement kann dabei ebenfalls axial beweglich
angeordnet sein und wird durch die Übertragung der Bewegung des
Antriebselements ebenfalls in eine oszillierende, translatorische
Bewegung versetzt, die beispielsweise als Schlag- oder Stampfbewegung
in einem Werkzeug genutzt werden kann.
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Zwischen
dem Antriebselement und dem Bewegungselement ist eine als Koppeleinrichtung
dienende Federeinrichtung angeordnet. Diese ermöglicht eine elastische Kopplung
der Bewegungen des Antriebs- und des Bewegungselements und damit eine
elastische Übertragung
der Bewegungsenergie zwischen Antriebs- und Bewegungselement. Die
Federeinrichtung kann beispielsweise Federn aufweisen, die zwischen
dem Antriebs- und dem Bewegungselement an entgegengesetzten Stirnflächen des
Bewegungselements angeordnet sind.
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Die Überholkupplung
kann in dem Momentenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement
angeordnet sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Überholkupplung
wirkungsmäßig direkt
in dem Antrieb vorgesehen ist. Das bedeutet, dass die Überholkupplung
als eigenständiges
Bauelement im Antrieb vorgesehen sein kann. Ebenso kann aber auch
die Überholkupplung
wirkungsmäßig realisiert
werden, wenn der Antrieb derart angesteuert wird, dass er nicht
in den generatorischen Betrieb übergehen
kann. Dies ist insbesondere bei einem Elektromotor möglich, bei
dem durch entsprechende Ansteuerung des Motors ein Generatorbetrieb
für den
Fall vermieden wird, in dem die Motorwelle von außen (hier:
vom Bewegungselement) angetrieben wird. Bei einem Asynchronmotor
und Synchronmotor mit Umrichter ist dies z. B. dadurch möglich, dass
der Motor nicht mit einer von der Läuferfrequenz abweichenden Frequenz
beaufschlagt wird. Wenn in diesem Fall die Motorwelle des Motors
von außen
durch das sich schnell bewegende Bewegungselement angetrieben wird,
kann der Rotor im Stator frei drehen, wenn im Stator ein Strom kleiner
als der Leerlaufstrom fließt
bzw. fließen
kann.
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Die
Kopplung von Antriebselement und Bewegungselement durch eine Federeinrichtung
führt zu
einer elastischen Übertragung
der Bewegungsenergie und damit zu einer dynamischen Relativbewegung
zwischen Antriebs- und Bewegungselement, wie im Weiteren noch erläutert werden
wird. Die Anordnung der Federeinrichtung zwischen dem Antriebs-
und dem Bewegungselement kann weiterhin nach einem Schlag den Rückstoß des Bewegungselements
auf den Antrieb derart dämpfen,
dass der Antrieb nicht übermäßig belastet
wird.
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Energieübertragung
und Dämpfung
können durch
die Gestaltung der Federeinrichtung beeinflusst werden. Verwendet
werden können
beispielsweise mechanische oder hydraulische Federeinrichtungen.
Gebräuchlich
ist die Nutzung von Luftfedern, die sich in Hohlräumen zwischen
Antriebs- und Bewegungselement durch die Relativbewegung der Elemente
zueinander bei einer entsprechenden Abdichtung der Hohlräume ausbilden
können.
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Im
Folgenden wird die Wirkungsweise eines Arbeitsgeräts entsprechend
der Erfindung anhand der dynamischen Bewegung seiner Komponenten erläutert. Hierfür sei angenommen,
dass die Überholkupplung
durch eine Bewegung des Antriebs in den Sperrzustand versetzt wird.
Dadurch kann das Antriebselement in eine translatorische Bewegung,
beispielsweise weg vom Bewegungselement, versetzt werden. Diese
Bewegung kann durch die Federeinrichtung auf das Bewegungselement übertragen werden,
welches, verzögert
durch seine Trägheit,
ebenfalls in eine zur Bewegung des Antriebselements gleich gerichtete
Bewegung versetzt wird.
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Im
oberen Totpunkt der Bewegung des Antriebselements kehrt sich die
Bewegungsrichtung des Antriebselements um. Zu diesem Zeitpunkt bewegt
sich das Bewegungselement durch seine Trägheit weiterhin in Richtung
des Antriebselements. Durch die entgegengesetzte Relativbewegung
der beiden Elemente spannt sich die Federeinrichtung vor, bis sich
auch die Bewegungsrichtung des Bewegungselements umkehrt und das
Bewegungselement in eine Bewegung zu der vom Antriebselement abgewandten
Seite versetzt wird. Diese Bewegung wird durch die Bewegung des
Antriebselements auf das Bewegungselement zu und durch eine Entspannung
der Federeinrichtung verstärkt,
so dass das Bewegungselement mit hoher kinetischer Energie vom Antriebselement
wegbewegt wird. Die hohe kinetische Energie kann für einen
Arbeitsschritt des Arbeitsgeräts
genutzt werden. Falls das Arbeitsgerät als Schlagwerk gestaltet
ist, kann beispielsweise ein Schlag gegen eine Aufschlagvorrichtung,
beispielsweise ein Werkzeug, ausgeführt werden. Falls das Arbeitsgerät als Stampfer
gestaltet ist, kann die kinetische Energie eine Stampfplatte bewegen,
so dass beispielsweise eine Bodenverdichtung bewirkt werden kann.
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Je
nach den Schlagverhältnissen,
also z. B. dem Härtegrad
der Aufschlagvorrichtung und/oder des unter der Aufschlagvorrichtung
oder der Stampfplatte befindlichen Untergrundes, wird die Energie des
Schlags nun teilweise an die Aufschlagvorrichtung oder die Stampfplatte
und/oder den Untergrund abgegeben und teilweise an das Bewegungselement zurückgegeben.
Hierdurch erfährt
das Bewegungselement einen Rückstoß, dessen
Energie je nach Härtegrad
des Untergrundes unterschiedlich ausfallen kann.
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Bei
einem starken Rückstoß prallt
das Bewegungselement mit hoher kinetischer Energie zurück. Das
Antriebselement kann sich in diesem Moment noch in einer Bewegung
auf das Bewegungselement zu befinden, bevor es den unteren Totpunkt
erreicht, oder es kann bereits durch den Antrieb in eine Bewegung
vom unteren Totpunkt weg versetzt worden sein. Durch die Beschleunigung
des Bewegungselements kann die Federeinrichtung vorgespannt werden,
so dass die hohe kinetische Energie des Bewegungselements auf das
Antriebselement übertragen werden
kann.
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Das
hierdurch auf das Antriebselement wirkende Antriebsmoment kann in
diesem Fall stärker sein
als das Antriebsmoment des Antriebs, so dass das Antriebselement
eine schnellere Bewegung auf die Überhohlkupplung überträgt als der
Antrieb. Die Überholkupplung
geht dadurch in den Freilaufzustand über, so dass der Momentenfluss
zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement unterbrochen wird.
Die Bewegung des Antriebselements und des Bewegungselements ist
damit vom Antrieb entkoppelt, so dass das Bewegungselement einen
Schub auf das Antriebselement in Richtung des oberen Totpunkts bewirken
kann. Durch die Entkopplung des Antriebselements kann das Antriebselement
frei beschleunigt werden, die Beschleunigung wird nicht durch eine
Kopplung zum Antrieb gebremst, also z. B. bei einem elektromotorischen
Antrieb durch den Übergang
in den generatorischen Betrieb.
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Durch
die hierbei aufzuwendende Energie nimmt die Geschwindigkeit des
Bewegungselements und damit auch des Antriebselements auf dem Weg zum
oberen Totpunkt ab. Sobald die Geschwindigkeit des Antriebselements
gleich zu der Geschwindigkeit des Antriebs ist oder geringer ist
als diese, kann die Überholkupplung
den Sperrzustand einnehmen und den Momentenfluss zwischen dem Antrieb
und dem Antriebselement schließen.
Das Antriebselement und das damit gekoppelte Bewegungselement kann wieder
durch den Antrieb bewegt werden.
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Sobald
das Antriebselement den oberen Totpunkt erreicht, wird seine Bewegungsrichtung
durch den Antrieb umgekehrt. Dabei bewegt sich zunächst das
Bewegungselement weiterhin durch seine Trägheit auf das Antriebselement
zu, bis durch die Zunahme der Vorspannung der Federeinrichtung auch
die Bewegungsrichtung des Bewegungselements umgekehrt wird. Das
Antriebselement kann sich zu diesem Zeitpunkt bereits von seinem
oberen Totpunkt entfernt haben und durch den Antrieb in Richtung
des Bewegungselements beschleunigt worden sein. Durch die Bewegungsenergie
des Antriebselements und die in der Federeinrichtung gespeicherte
Energie kann das Bewegungselement dann mit hoher Energie vom Antriebselement
weg in die nächste
Arbeitsbewegung bewegt werden.
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Durch
den Freilaufzustand der Überholkupplung
kann in der oben beschriebenen Weise das Trägheitsmoment des Antriebs von
Antriebs- und Bewegungselement entkoppelt werden. So kann das Bewegungselement
die Energie eines starken Rückstoßes in eine
Beschleunigung auf das Antriebselement umsetzen. Bewegungselement
und Antriebselement können
so die Energie des Rückstoßes nutzen,
um sich in einer beschleunigten Bewegung in Richtung des oberen
Totpunkts zu bewegen. Ein Abbremsen des Antriebs- und des Bewegungselements durch
den Antrieb, das den Elementen kinetische Energie entzieht, wird
vermindert.
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Durch
die freie Bewegung des Antriebselements kann eine frühzeitige
Kompression der Federeinrichtung verhindert werden. Der Zeitpunkt
der stärksten
Kompression der Federeinrichtung kann daher später erfolgen, beispielsweise
in einem Moment, in dem das Antriebselement bereits seine Bewegungsrichtung
geändert
hat und in dem es mit einer hohen Geschwindigkeit in Richtung des
Bewegungselements bewegt wird. Da die Energie des Bewegungselements
durch den Schub des Antriebselements und die in der Federeinrichtung
gespeicherte Energie bestimmt wird, kann der Schlag in diesem Fall
stärker
ausfallen.
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Folglich
ermöglicht
es der Freilauf, die Energie des Rückstoßes für die darauf folgende Arbeitsbewegung
zu nutzen. Weiterhin kann durch den Freilauf die Arbeitsleistung
des Arbeitsgeräts
insgesamt gesteigert werden, da zum einen die Bewegung des Bewegungselements
nach einem hohen Rückstoß stärker ausfallen
kann, und da zum anderen durch die Beschleunigung des Antriebs-
und des Bewegungselements durch den Rückstoß die Anzahl der Arbeitsbewegungen
bei einer gleich bleibenden Antriebsleistung steigt. Darüber hinaus
wird der Antrieb durch die Entkopplung von der Bewegung des Antriebs-
und des Bewegungselements nach einem starken Rückstoß geschont.
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Um
die Wirkungsweise der Überholkupplung zu
unterstützen,
kann diese geeignet im Momentenfluss zwischen Antrieb und Antriebselement
angeordnet werden. Grundsätzlich
ist eine beliebige Anordnung in der Wirkstrecke zwischen der Quelle
des Antriebsmoments und dem Antriebselement möglich, die eine Entkopplung
des Antriebsmoments des Antriebs vom Antriebselement erlaubt. Insbesondere kann
die Überholkupplung
dicht am Antriebselement angeordnet werden, um möglichst viele Elemente des
Antriebsstrangs, welche eine Trägheitswirkung auf
das Antriebselement ausüben,
vom Antriebselement zu entkoppeln. Dadurch kann die Schubkraft des
Rückstoßes möglichst
umfassend für
eine Bewegung des Antriebs- und des Bewegungselements genutzt werden.
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In
einer Ausführungsform
ist der Antrieb ein Drehantrieb. Weiterhin ist im Momentenfluss
zwischen dem Drehantrieb und dem Antriebselement eine Drehbewegungs-Wandeleinrichtung,
wie zum Beispiel ein Kurbeltrieb, zum Wandeln einer Drehbewegung
des Drehantriebs in eine oszillierende Translationsbewegung vorgesehen.
Hierbei ist das Antriebselement durch die Drehbewegungs-Wandeleinrichtung
bewegbar.
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Der
Drehantrieb kann einen Elektromotor, wie beispielsweise einen Hochfrequenz-Drehstrommotor, oder
auch einen Verbrennungsmotor aufweisen, der eine Welle in Rotation
versetzt. Über
weitere mechanische Vorrichtungen, wie beispielsweise ein Getriebe,
kann diese Rotationsbewegung auf die Überholkupplung und weiter auf
die Drehbewegungs-Wandeleinrichtung übertragen werden. Diese kann
die Rotationsbewegung des Drehantriebs in die oszillierende, axiale
Translationsbewegung des Antriebselements wandeln.
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Je
nach Gestaltung der Drehbewegungs-Wandeleinrichtung kann sich dabei
beispielsweise eine Translationsbewegung des Antriebselements zwischen
dem oberen und unteren Totpunkt ergeben, die annähernd einer Sinusfunktion über der Zeit
entspricht. In diesem Fall weist das Antriebselement seine größte Geschwindigkeit
auf, wenn er sich auf halber Strecke zwischen dem oberen und unteren Totpunkt
befindet. Die oben beschriebene zeitliche und räumliche Verschiebung des Auftretens
der maximalen Kompression der Federeinrichtung kann in diesem Fall
bewirken, dass die maximale Kompression zu einem Zeitpunkt auftritt,
zu dem das Antriebselement durch den Antrieb mit einer verhältnismäßig hohen
Geschwindigkeit in Richtung des unteren Totpunkts bewegt wird. Dies
kann zu einer effektiven Beschleunigung des Bewegungselements durch
das Antriebselement führen.
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In
einer Variante dieser Ausführungsform
ist die Überholkupplung
im Momentenfluss zwischen dem Drehantrieb und der Drehbewegungs-Wandeleinrichtung
angeordnet. Dadurch kann im Sperrzustand der Überholkupplung die Drehbewegung
des Antriebs auf die Drehbewegungs-Wandeleinrichtung, beispielsweise
den Kurbeltrieb, übertragen
werden. Im Freilaufzustand kann der Momentenfluss unterbrochen werden,
so dass die Drehbewegungs-Wandeleinrichtung von der Drehbewegung
des Antriebs abgekoppelt werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Überholkupplung
durch einen Freilauf gebildet. Der Freilauf wechselt entsprechend
der relativen Drehrichtung auf seiner Antriebsseite beziehungsweise seiner
Abtriebsseite zwischen dem Sperr- und den Freilaufzustand. Die Antriebsseite
bezeichnet dabei die dem Antrieb zugewandte Seite des Freilaufs,
von der aus das Antriebsmoment des Antriebs auf den Freilauf übertragen
wird. Gleichzeitig bezeichnet die Abtriebsseite die mit dem Antriebselement
verbundene Seite, über
die das Antriebsmoment des Antriebs an das Antriebselement weitergegeben
wird. Im Sperrzustand koppelt der Freilauf die An- und Abtriebsseite
kraft- oder formschlüssig.
Im Freilaufzustand entkoppelt der Freilauf die An- und Abtriebsseite.
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In
einer Variante dieser Ausführungsform
ist der Freilauf durch einen Klemmkörperfreilauf, einen Klemmrollenfreilauf,
einen Klinkenfreilauf oder einen Zahnfreilauf gebildet. Bei einem
Klemmkörperfreilauf sind
Klemmkörper,
welche eine unrunde, also nicht kreis- oder kugelförmige Form
aufweisen, zwischen kreiszylindrischen Laufringen angeordnet. Die
Laufringe können
dabei kreiszylindrisch um die zu koppelnden Rotationsachsen angeordnet
sein. Im Sperrzustand können
An- und Abtriebsseite durch eine formschlüssige Kopplung der Laufringe
durch die Klemmkörper
gekoppelt werden. Bei Verwendung eines Klemmrollenfreilaufs kann
im inneren Laufring ein Innenstern vorgesehen sein, der einzeln
gefederte Rollen in keilförmigen
Einbuchtungen aufweist. Je nach relativer Drehrichtung können sich
die Rollen frei bewegen und entkoppeln so den inneren und den äußeren Laufring,
oder sie werden in die keilförmigen Taschen
gedrückt,
wodurch eine Kopplung der Laufringe durch eine Klemmung der Klemmrollen
entsteht. Bei Verwendung eines Klinkenfreilaufs, wie er beispielsweise
in Sperrrädern
und Ratschen verwendet wird, wird im Sperrzustand eine formschlüssige Verbindung
zwischen der An- und der Abtriebsseite hergestellt. Bei Verwendung
eines Zahnfreilaufs werden Zähne
zur Übertragung
eines Drehmoments verwendet. Der Zahnfreilauf schaltet automatisch,
wenn sich eine Kupplungsmuffe aufgrund einer Drehzahldifferenz zwischen
Antriebs- und Abtriebsseite verschiebt.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann eine Fluidkupplung die Funktion der Überholkupplung übernehmen.
Wird z. B. in den Pumpenkreis ein Rückschlagventil integriert,
entsteht für
die Sperrwirkung ein hoher Widerstand und für den Freilauf ein geringer
Widerstand.
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Das
Arbeitsgerät
kann – wie
oben bereits dargelegt – derart
gestaltet sein, dass die Überholkupplung
direkt in dem Antrieb vorgesehen ist. Der Antrieb ist dann z. B.
dadurch zu realisieren, dass er in einem Betriebszustand, in dem
eine Antriebswelle des Antriebs durch ein Drehmoment von außen angetrieben
wird, nicht generatorisch betreibbar ist, also keine Leistung abgeben
kann. Die Antriebswelle und z. B. ein damit gekoppelter Rotor können, wenn das
Bewegungselement das Bestreben hat, das Antriebselement zu überholen,
frei drehen, ohne dass elektrische oder magnetische Felder zwischen
dem Rotor und einem Stator des Antriebs wirken. Z. B. kann bei einem
Asynchronmotor das Erregerfeld abgeschaltet werden, wenn die Antriebswelle
durch Einwirken von außen
schneller gedreht werden soll, als es der Motor vorgibt. Auf diese
Weise ist es nicht erforderlich, die Überholkupplung durch ein eigenständiges Bauelement
bereitzustellen. Vielmehr wird durch geschickte Ansteu erung des
Motors die Überholkupplung
direkt durch das Zusammenwirken zwischen Rotor und Stator realisiert.
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In
einer Ausführungsform
ist das Bewegungselement ein Schlagkolben. Das Arbeitsgerät kann in
dieser Ausführungsform
ein Schlagwerk beinhalten, welches beispielsweise einen Schlag-, Bohr-
und/oder Aufbruchhammer antreiben kann.
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In
einer Variante dieser Ausführungsform kann
die Federeinrichtung durch wenigstens eine oder mehrere Luftfedern
gebildet sein. Die Luftfedern können
sich beispielsweise in den vom Antriebselement und vom Schlagkolben
eingeschlossenen Luftvolumina bei einer relativen Bewegung vom Antriebselement
und vom Schlagkolben ausbilden. Sie können durch eine Druck- oder
Saugwirkung relative Bewegungen zwischen dem Antriebselement und
dem Schlagkolben übertragen.
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In
einer weiteren Ausführungsvariante
ist eine mit dem Schlagkolben beaufschlagbare Aufschlagvorrichtung
vorgesehen. Die Aufschlagvorrichtung kann so angeordnet sein, dass
sie durch den Schlagkolben bei seiner oszillierenden Translationsbewegung
regelmäßig beaufschlagt
wird. Sie kann beispielsweise durch einen Döpper oder das Einsteckende
eines Werkzeugs gebildet sein. Es ist möglich, dass die Werkzeughalterung
ein Werkzeug derart hält,
dass der Schlagkolben das Werkzeug direkt beaufschlagt.
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Ein
erfindungsgemäßes Arbeitsgerät kann unterschiedlich
verwendet werden. In einer Ausführungsform
weist es ein Werkzeug auf, welches an der Aufschlagvorrichtung angeordnet
ist. Das Werkzeug kann beispielsweise ein Meißel in einem Aufbruchhammer
sein, der durch die regelmäßige Beaufschlagung
durch den Schlagkolben, also das Bewegungselement, betätigt wird.
Weiterhin kann auch ein Schlag- oder
Bohrhammer an der Aufschlagvorrichtung angeordnet sein und durch
den Schlagkolben betrieben werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Arbeitsgerät
als Vibrationsstampfer ausgebildet, wobei das Bewegungselement durch
einen Stampfkolben gebildet ist. An dem Stampfkolben kann eine Stampfplatte
angeordnet sein, welche durch die Bewegung des Stampfkolbens in
stampfende Bewegungen versetzt werden kann. Diese Bewegungen können beispielsweise
zur Bodenverdichtung eingesetzt werden.
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In
einer Variante dieser Ausführungsform
ist die Federeinrichtung durch eine Schraubenfeder gebildet, welche
die Bewegungen von Antriebselement und Stampf kolben koppelt und
wechselseitig überträgt. Durch
die Schraubenfeder kann die hohe kinetische Energie, die durch die
Bewegung des Stampfkolbens und der Stampfplatte, welche eine hohe Masse
aufweisen können,
geeignet zwischen Antriebselement und Stampfkolben übertragen
werden. Weiterer Federtypen, wie beispielsweise Gasdruckfedern oder
Elastomerfedern, können
alternativ oder zusätzlich
verwendet werden.
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In
einer weiteren Variante dieser Ausführungsform weist der Stampfkolben
einen Hohlraum auf, in welchem die Schraubenfeder, Gasdruckfeder und/oder
Elastomerfeder angeordnet und mit dem Antriebselement gekoppelt
ist. Hierdurch kann eine geeignete Kopplung der Bewegungen des Antriebselements
und des Stampfkolbens erreicht, eine axiale Führung der Bewegungen unterstützt und
gleichzeitig Bauraum gespart werden.
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Diese
und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von
Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Schlagwerk mit Freilauf und einfacher Luftfeder;
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2 ein
Schlagwerk mit Freilauf und doppelter Luftfeder;
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3A schematisch
einen Klemmkörperfreilauf;
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3B ein
Segment des Klemmkörperfreilaufs
im Freilaufzustand; und
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3C ein
Segment des Klemmkörperfreilaufs
im Sperrzustand.
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4 einen
Stampfer mit Freilauf und doppelt wirkender Schraubenfeder;
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Das
in 1 schematisch dargestellte Schlagwerk wird durch
einen Motor als Antrieb 1 betrieben, dessen Drehmoment über ein
Getriebe 2 auf eine Überholkupplung
als Freilauf 3 übertragen
wird.
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Je
nach Betriebszustand kann der Freilauf 3 das über seine
Antriebsseite auf ihn übertragene Drehmoment
auf eine an seiner Abtriebsseite angeordnete Drehbewegungs-Wandeleinrichtung 4, 5 übertragen,
welche in 1 durch einen Kurbeltrieb 4 und
ein Pleuel 5 gebildet wird. Der Kurbeltrieb 4 und
das Pleuel 5 wandeln das über den Freilauf 3 übertragene
Drehmoment um in eine oszillierende Translations bewegung eines mit
dem Pleuel 5 verbundenen Antriebselements in Form eines
Antriebskolbens 6.
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Der
Antriebskolben 6 ist in einem hohl ausgebildeten Führungszylinder 7 beweglich
angeordnet. Im Führungszylinder 7 ist
weiterhin ein zylindrisch geformter Schlagkolben (Bewegungselement) 8 auf
der vom Pleuel 5 abgewandten Seite des Antriebskolbens 6 beweglich
angeordnet. Der Schlagkolben 8 ist so angeordnet, dass
er ein an der vom Kurbeltrieb 4 abgewandten Seite des Führungszylinders 7 von
einem Werkzeughalter 9 gehaltenes Werkzeug 10 beaufschlagen
kann.
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Sowohl
der Antriebskolben 6 als auch der Schlagkolben 8 sind
axial entlang der Mittelachse des Führungszylinders 7 beweglich
und gegen den Führungszylinder 7 mittels
Spaltdichtungen abgedichtet. Die Spaltdichtungen ermöglichen,
dass sich bei hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Antriebskolbens 6 und
Schlagkolben 8 durch Kompression oder Dekompression des
zwischen dem Antriebskolben 6 und dem Schlagkolben 8 eingeschlossenen
Luftvolumens eine Luftfeder als Federeinrichtung 11 ausbildet,
die eine elastische Impulsübertragung
zwischen Antriebskolben 6 und Schlagkolben 8 ermöglicht.
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Nachfolgend
wird der Betrieb des in 1 dargestellten Schlagwerks
mit Freilauf 3 und einfacher Luftfeder 11 anhand
eines Schlagzyklus beschrieben:
Bei Übertragung eines Drehmoments
vom Motor 1 über
das Getriebe 2 auf die Antriebsseite des Freilaufs 3 nimmt
der Freilauf 3 einen Sperrzustand ein, falls der Kurbeltrieb 4 auf
der Abtriebsseite des Freilaufs 3 zu diesem Zeitpunkt eine
geringere Geschwindigkeit aufweist. Im Sperrzustand überträgt der Freilauf 3 das
Drehmoment auf den Kurbeltrieb 4, der dadurch in Rotation
versetzt wird. Die Rotationsbewegung wird über das Pleuel 5 in
die oszillierende Translationsbewegung des Antriebskolbens 6 entlang
einer Mittelachse des Führungszylinders 7 gewandelt.
In der in 1 dargestellten Stellung der Komponenten
des Schlagwerks kann dies beispielsweise zu einer Bewegung des Antriebskolbens 6 in Richtung
des Schlagkolbens 8 führen.
Hierdurch wird die im Führungszylinder 7 zwischen
dem Antriebskolben 6 und dem Schlagkolben 8 eingeschlossene Luftfeder 11 zusammengedrückt und
der Bewegungsimpuls des Antriebskolbens 6 elastisch auf
den Schlagkolben 8 übertragen.
Der Schlagkolben 8 wird dabei, verzögert durch seine Trägheit, ebenfalls
in eine Bewegung entsprechend der Richtung der Bewegung des Antriebskolbens 6 versetzt
und auf das Werkzeug 10 zu bewegt. Er trifft mit einem
Schlag auf das Werkzeug 10, welches den hierbei übertragenen Impuls
auf einen nicht darge stellten Untergrund oder ein nicht dargestelltes
Werkstück
weiterleitet. Je nach Härtegrad
des Werkstücks
und des Werkzeugs 10 erfährt der Schlagkolben 8 dabei
einen Rückstoß in Richtung
des Antriebskolbens 6. Der Antriebskolben 6 kann
sich zu diesem Zeitpunkt in Abhängigkeit von
der Drehzahl des Motors 1 noch in einer Bewegung in Richtung
des Schlagkolbens 8 befinden, oder er kann nach Erreichung
eines unteren Totpunkts durch den Kurbeltrieb 4 und das
Pleuel 5 bereits in eine Bewegung in die entgegengesetzte
Richtung bewegt werden.
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Durch
die im Rückstoß enthaltene
Energie wird der Schlagkolben 8 in Richtung des Antriebskolbens 6 beschleunigt,
wobei die zwischen dem Antriebskolben 6 und dem Schlagkolben 8 eingeschlossene
Luftfeder 11 komprimiert wird. Dadurch kann die Beschleunigungsenergie
des Schlagkolbens 8 elastisch auf den Antriebskolben 6 übertragen
werden. Durch das Pleuel 5 wird die axiale Bewegung des
Antriebskolbens 6 nun in eine Drehbewegung des Kurbeltriebs 4 umgewandelt
und auf die Abtriebsseite des Freilaufs 3 übertragen.
Falls die Drehbewegung des Kurbeltriebs 4 schneller ist
als die durch den Motor 1 und das Getriebe 2 von
der Antriebsseite auf den Freilauf 3 übertragene, nimmt der Freilauf 3 einen
Freilaufzustand ein, in dem ein Momentenfluss zwischen seiner An-
und seiner Abtriebsseite unterbrochen ist. Die Bewegung des Antriebskolbens 6 wird
so vom Antrieb des Motors 1 entkoppelt, und der Schlagkolben 8 kann
den Antriebskolben 6 in Richtung des Rückstoßes beschleunigen.
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Mit
abnehmender Geschwindigkeit des Schlagkolbens 8 verlangsamt
sich die Bewegung des Antriebskolbens 6 und damit auch
des Kurbeltriebs 4. Sobald die durch den Kurbeltrieb 4 auf
die Abtriebsseite des Freilaufs 3 übertragene Drehbewegung langsamer
wird bzw. gleich ist wie die durch den Motor 1 über das
Getriebe 2 auf die Antriebsseite des Freilaufs 3 übertragene
Drehbewegung, nimmt der Freilauf 3 erneut den Sperrzustand
ein und der Motor 1 kann die Bewegung des Antriebskolbens 6 antreiben.
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Falls
sich der Antriebskolben 6 zu diesem Zeitpunkt noch in einer
Bewegung vom Schlagkolben 8 weg befindet, wird die Luftfeder 11 dekomprimiert. Durch
die entstehende Saugwirkung wird der Bewegungsimpuls des Antriebskolbens 6 elastisch
auf den Schlagkolben 8 übertragen.
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Sobald
sich die durch den Kurbeltrieb 4 und das Pleuel 5 auf
den Antriebskolben 6 übertragene Bewegungsrichtung
umkehrt, entsteht eine entgegengesetzte Relativbe wegung zwischen
dem Antriebskolben 6 und dem Schlagkolben 8. Dadurch wird
die Luftfeder 11 erneut komprimiert und der nächste Schlagzyklus
eingeleitet.
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Da
der Antriebskolben 6 durch die Wirkung des Freilaufs 3 vom
Antriebsmoment des Motors 1 entkoppelt und durch die Wirkung
des Rückstoßes ungehindert
beschleunigt werden kann, befindet er sich zu Beginn des nächsten Schlagzyklus
in einer vorgerückten
Position. Die maximale Luftfederkompression kann daher zu einem
Zeitpunkt erfolgen, zu dem der Antriebskolben 6 bereits
in eine Bewegung in Richtung des Schlagkolbens 8 versetzt
und beschleunigt ist. Der Antriebskolben 6 weist daher
zum Zeitpunkt der maximalen Luftfederkompression eine hohe Geschwindigkeit
in Richtung des Schlagkolbens 8 auf, so dass der Schlagkolben 8 effektiv
beschleunigt werden kann und der darauf folgende Schlag des Schlagkolbens 8 auf
das Werkzeug 10 entsprechend stark ausfällt.
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Auf
diese Weise kann die Energie des Rückstoßes für den darauf folgenden Schlag
genutzt werden. Zudem wird die Schlagleistung des Schlagwerks gesteigert,
weil durch den Einsatz des Freilaufs 3 die Schlagzahl des
Schlagwerks bei gleich bleibender Drehzahl des Motors 1 steigt.
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2 zeigt
ein Schlagwerk mit Freilauf 3 und doppelter Luftfeder 11a, 11b.
Die Funktionen des Motors 1, des Getriebes 2,
des Freilaufs 3, des Kurbeltriebs 4 und des Pleuels 5 entsprechen
den oben bereits beschriebenen Funktionen.
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In 2 ist
der Antriebskolben 6a zylindrisch gestaltet und weist eine
Höhlung
auf, in der ein Schlagkolben 8a axial beweglich entlang
der Mittelachse des Antriebskolbens 6a eingelassen ist.
Der Schlagkolben 8a ragt an der vom Pleuel 5 abgewandten
Seite des Antriebskolbens 6a aus diesem heraus, so dass
er bei einer Schlagbewegung das durch den Werkzeughalter 9 fixierte
Werkzeug 10 beaufschlagen kann. Der Antriebskolben 6a und
der Schlagkolben 8a sind derart gegeneinander mittels Spaltdichtungen
abgedichtet, dass bei einer Relativbewegung der beiden Kolben zueinander
die innerhalb des Antriebskolbens 6a auf beiden Seiten
des Schlagkolbens 8a eingeschlossenen Luftvolumina komprimiert beziehungsweise
dekomprimiert werden. Hierbei bildet sich eine erste Luftfeder 11a auf
der vom Werkzeug 10 abgewandten Seite des Schlagkolbens 8a und
eine zweite Luftfeder 11b auf der dem Werkzeug 10 zugewandten
Seite des Schlagkolbens 8a. Die beiden Luftfedern 11a und 11b ermöglichen
eine effektive Übertragung
der Bewegungsenergie zwischen dem Antriebskolben 6a und
dem Schlagkolben 8a.
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Ebenso
wie in dem in 1 dargestellten Schlagwerk kann
auch in dem in 2 gezeigten Schlagwerk nach
Beschleunigung des Schlagkolben 8a durch einen durch das
Werkzeug 10 auf den Schlagkolben 8a übertragenen
Rückstoß der Freilauf 3 den
Momentenfluss zwischen dem Motor 1 und dem Antriebskolben 6a unterbrechen,
so dass der Schlagkolben 8a den Antriebskolben 6a ungehindert beschleunigen
kann.
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Zusätzlich kann
in dem in 2 dargestellten Schlagwerk die
Bewegung des Antriebskolbens 6a vom Motor 1 entkoppelt
werden, wenn der Schlagkolben 8a sich mit hoher kinetischer
Energie in Richtung des Werkzeugs 10 bewegt und dabei durch Kompression
der zweiten Luftfeder 11b den Antriebskolben 6a beschleunigt.
So kann verhindert werden, dass der Schlagkolben 8a kurz
vor dem Schlag durch die Kopplung an den Momentenfluss des Antriebs 1 gebremst
wird.
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Auf
diese Weise kann in dem in 2 gezeigten
Schlagwerk mit Freilauf 3 und doppelter Luftfeder 11a, 11b die
Energie des Rückstoßes für die Vorbereitung
des nächsten
Schlages genutzt und die Schlagzahl bei gleich bleibender Motordrehzahl
erhöht
werden.
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3A zeigt
schematisch einen Klemmkörperfreilauf
mit einem innen liegenden Antriebsring 12 und einem konzentrisch
dazu angeordneten, außen liegenden
Abtriebsring 13, wobei zwischen dem Antriebsring 12 und
dem Abtriebsring 13 unrunde Klemmkörper 14a, 14b, 14c,
... angeordnet sind. Je nach Ausrichtung eines Schnitts durch einen
der Klemmkörper 14a, 14b, 14c,
... ist der Durchmesser entlang des Schnitts unterschiedlich. In
Abhängigkeit von
einer Relativbewegung und damit von einer relativen Drehzahl zwischen
dem Antriebsring 12 und dem Abtriebsring 13 nimmt
der Klemmkörperfreilauf einen
Freilaufzustand oder einen Sperrzustand ein, in denen sich die Klemmkörper 14a, 14b, 14c,
... unterschiedlich ausrichten.
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Der
Freilaufzustand und der Sperrzustand sind in den 3B und 3C dargestellt
und werden im Folgenden beschrieben.
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3B zeigt
den Klemmkörperfreilauf
aus 3A im Freilaufzustand, in dem der Antriebsring 12 eine
geringere Drehzahl als der Abtriebsring 13 und damit eine
negative Relativbewegung zum Abtriebsring 13 aufweist.
Hierbei richten sich die Klemmkörper 14a, 14b und 14c so
aus, dass ein geringerer Durchmesser zwischen dem Antriebsring 12 und
dem Abtriebsring 13 zu liegen kommt, so dass die Bewegung
des Abtriebsrings 13 von der des Antriebsrings 12 entkoppelt
wird. 3C zeigt den Klemmkörperfreilauf
aus 3A im Sperrzustand. Hier weist der Antriebsring 12 eine
höhere
Drehzahl als der Abtriebsring 13 auf, wodurch die Klemmkörper 14a, 14b und 14c so
ausgerichtet werden, dass ein größerer Durchmesser
zwischen dem Antriebsring 12 und dem Abtriebsring 13 zu
liegen kommt. Hierdurch entsteht eine formschlüssige Verbindung, über die
das Drehmoment des Antriebsrings 12 auf den Abtriebsring 13 übertragen
werden kann.
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4 zeigt
einen Stampfer mit Freilauf 3 und doppelt wirkender Schraubenfeder 17a, 17b.
Die Funktionen des Motors 1, des Getriebes 2,
des Freilaufs 3, des Kurbeltriebs 4 und des Pleuels 5 entsprechen
den oben bereits beschriebenen Funktionen und werden nicht erneut
beschrieben.
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In
dem in 4 gezeigten Stampfer ist ein Stampfkolben 15 vorgesehen,
welcher an seinem unteren Ende eine Stampfplatte bzw. einen Stampffuß 18 aufweist.
Der Stampfer kann beispielsweise zur Bodenverdichtung eingesetzt
werden.
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Weiterhin
weist der Stampfer ein Antriebselement 6b auf, welches
länglich
gestaltet und mit dem Pleuel 5 gekoppelt ist. Es ist teilweise
in eine Höhlung des
Stampfkolbens 15 derart eingelassen, dass das Antriebselement 6b und
der Stampfkolben 15 relativ zueinander axial entlang einer
gemeinsamen Mittelachse bewegbar sind.
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Innerhalb
der Höhlung
des Stampfkolben 15 weist das Antriebselement 6b einen
als Haltevorrichtung dienenden Bund 16 auf, mit welcher
es zwischen zwei Schraubenfedern 17a und 17b,
welche in der Höhlung
des Stampfkolbens 15 vorgesehen sind, gekoppelt ist. Die
Schraubenfedern 17a, 17b sind entlang der gemeinsamen
Mittelachse des Stampfkolbens 15 und des Antriebselements 6b ausgerichtet
und können
Stirnseiten der Höhlung
des Stampfkolbens 15 berühren. Dadurch wird erreicht,
dass die Schraubenfedern 17a, 17b eine axiale
Relativbewegung von Antriebselement 6b und Stampfkolben 15 elastisch übertragen
können.
Die Schraubenfedern 17a, 17b ermöglichen
damit eine effektive Übertragung
der Bewegungsenergie zwischen dem Antriebselement 6b und
dem Stampfkolben 15.
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Alternativ
können
die Schraubenfedern 17a, 17b auch durch nur eine
Schraubenfeder ersetzt werden, die in einem mittleren Bereich in
Bezug auf ihre Längsachse
mit dem Antriebselement 6b koppelbar ist.
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Ebenso
wie in dem in 2 dargestellten Schlagwerk mit
doppelter Luftfeder 11a, 11b kann auch in dem
in 4 gezeigten Stampfer nach Beschleunigung des Stampfkolbens 15 durch
einen über
die Stampfplatte 16 auf den Stampfkolben 15 übertragenen
Rückstoß der Freilauf 3 den
Momentenfluss zwischen dem Motor 1 und dem Antriebselement 6b unterbrechen,
so dass der Stampfkolben 15 das Antriebselement 6b ungehindert
beschleunigen kann.
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Zusätzlich kann
die Bewegung des Antriebselements 6b vom Motor 1 entkoppelt
werden, wenn der Stampfkolben 15 sich mit hoher kinetischer
Energie in Richtung der Stampfplatte 16 bewegt und dabei durch
Kompression der ersten Schraubenfeder 17a das Antriebselement 6b beschleunigt.
So kann verhindert werden, dass der Stampfkolben 15 kurz
vor dem Auftreffen der Stampfplatte 16 durch die Kopplung
an den Momentenfluss des Antriebs 1 gebremst wird.
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Auf
diese Weise kann in dem in 4 gezeigten
Stampfer mit Freilauf 3 und doppelt wirkender Schraubenfeder 17a, 17b die
Energie des Rückstoßes für die Vorbereitung
des nächsten
Stampfens genutzt und die Anzahl der Stampfschläge bei gleich bleibender Motordrehzahl
erhöht
werden.