-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Hammerwerk für einen pneumatischen Hammer,
insbesondere Bohrhammer. Die Erfindung betrifft außerdem einen
Bohrhammer mit einem derartigen Hammerwerk.
-
Üblicherweise
umfasst ein Hammerwerk für einen
Bohrhammer einen Zylinder, in dem ein Kolben hubverstellbar angeordnet
ist. Zum Antreiben des Kolbens kann ein Kurbeltrieb vorgesehen sein,
der über
eine Pleuelstange mit dem Kolben antriebsverbunden ist. Damit der
Kolben im Zylinder einen pneumatischen Druck erzeugen kann, ist
er im Zylinder vergleichsweise gasdicht angeordnet. Hierzu weist der
Kolben üblicherweise
zumindest eine ringförmige Radialdichtung
auf, die mit dem Zylinder, also mit dessen Innenseite zusammenwirkt.
Bei einem Bohrhammer ist besagter Zylinder üblicherweise in einer Spindel
angeordnet, die das jeweilige Bohrwerkzeug im Betrieb rotierend
antreibt. Das heißt,
dass dann auch der Zylinder um die Drehachse des jeweiligen Bohrers
rotiert. Je nach Drehzahl der Werkzeugspindel und je nach Hubfrequenz
des Kolbens ist die jeweilige Dichtung zwischen Kolben und Zylinder
extrem hohen Belastungen ausgesetzt, die zu einem raschen Verschleiß führen können. Hierdurch
kann der Kolben undicht werden, was die Effektivität des pneumatischen
Hammers extrem beeinträchtigt.
-
Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein Hammerwerk der eingangs genannten Art bzw. für einen damit ausgestatteten Bohrhammer
eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Gefahr
einer Beschädigung
einer Kolbendichtung reduziert ist.
-
Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
-
Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Kolben an der
Pleuelstange drehbar zu lagern. In der Folge kann der Kolben der
Rotation des Zylinders mehr oder weniger folgen, wodurch die Relativgeschwindigkeit
zwischen Kolbendichtung und Zylinder signifikant reduziert werden
kann. Dementsprechend nimmt auch die Belastung der Kolbendichtung
ab, was deren Abnutzung reduziert und deren Standzeit erhöht. Durch
die vorgeschlagene Bauweise ist es insbesondere möglich, für die Werkzeugspindel
des Bohrhammers höhere
Drehzahlen vorzusehen, ohne dass dadurch die Lebensdauer der Kolbendichtung
beeinträchtigt
wird.
-
Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Kolben über ein
Kugelkopflager mit der Pleuelstange gekoppelt sein. Ein derartiges
Kugelkopflager kann besonders einfach zur Realisierung der Antriebsverbindung
zwischen Kolben und Pleuelstange und zur Realisierung der Drehlagerung
zwischen Kolben und Pleuelstange ausgestaltet sein. Derartige Kugelkopflager
können vergleichsweise
preiswert realisiert werden und können eine hinreichend geringe
Reibung aufweisen.
-
Entsprechend
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
kann vorgesehen sein, den Kolben über ein Kugellager mit der
Pleuelstange zu koppeln, wobei eine Außenlaufbahn des Kugellagers
durch die Innenseite des Zylinders gebildet sein kann. Auch ein
derartiges Kugellager kann ohne weiteres zur Realisierung der Antriebsverbindung
zwischen Kolben und Pleuelstange und zur Realisierung der Drehlagerung
zwischen Kolben und Pleuelstange ausgestaltet sein. Da die Kugeln
des Kugellagers an der Innenseite des Zylinders laufen, ist das
komplette Kugellager gleichzeitig im Zylinder axial verstellbar,
also hubverstellbar gelagert, wodurch einerseits das Kugellager extrem
kompakt baut und andererseits für
den Kolben eine besonders stabile Axialführung realisierbar ist.
-
Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
-
Es
zeigen, jeweils schematisch,
-
1 einen
Längsschnitt
durch einen Bohrhammer im Bereich eines Hammerwerks,
-
2 einen
Längsschnitt
durch einen Kolben mit Pleuelstange,
-
3 einen
Längsschnitt
wie in 2, jedoch bei einer um 90° gedrehten Schnittebene,
-
4 eine
Rückansicht
des Kolbens mit Pleuelstange,
-
5 eine
Frontansicht des Kolbens mit Pleuelstange,
-
6 eine
perspektivische Ansicht des Kolbens mit Pleuelstange,
-
7 eine
Seitenansicht eines Kolbens mit Pleuelstange bei einer anderen Ausführungsform,
-
8 einen
Längsschnitt
des Kolbens mit Kolbenstange entsprechend Schnittlinien VIII in 7,
-
9 eine
perspektivische Ansicht des Kolbens mit Kolbenstange aus 7.
-
Entsprechend 1 umfasst
ein pneumatischer Hammer 1, z. B. ein Bohrhammer 1,
vorzugsweise ein handbetätigter
Hammer 1 bzw. ein handbetätigter Bohrhammer 1,
in einem Gehäuse 2 ein
Hammerwerk 3, das pneumatisch arbeitet. Das Hammerwerk 3 weist
einen Kolben 4 auf, der in einem Zylinder 5 hubverstellbar
bzw. axial verstellbar angeordnet ist. Ferner umfasst das Hammerwerk 3 einen
Kurbeltrieb 6 zum Antreiben des Kolbens 4. Der
Kurbeltrieb 6 umfasst hierzu eine Pleuelstange 7,
die mit dem Kolben 4 antriebsverbunden ist. Ferner umfasst der
Kurbeltrieb 6 eine Kurbel 8, die um eine Kurbelachse 9 rotierend
antreibbar ist. Zum Antreiben der Kurbel 8 weist der Bohrhammer 1 einen
entsprechenden Motor, z. B. einen Elektromotor auf, der hier nicht dargestellt
ist. Die Kurbel 8 übersetzt
ihre Rotation über
einen Zapfen 10, an dem die Pleuelstange 7 gelagert
ist, und über
die Pleuelstange 7 in Hubbewegungen des Kolbens 4.
-
Das
Hammerwerk 3 umfasst ferner einen Stößel 11 sowie einen
sogenannten Döpper 12.
Die Hubbewegungen des Kolbens 4 erzeugen im Zylinder 5 pneumatische
Druckstöße, die
den Stößel 11 ebenfalls
zu Hubbewegungen antreiben. Dabei kann sich der Stößel 11 schneller
bewegen als der Kolben 4. Der Stößel 11 schlägt gegen
den Döpper 12, überträgt dabei
seinen Impuls auf den Döpper 12,
wodurch der Döpper 12 mit
hohem Impuls gegen ein Werkzeug schlägt, das hier nicht dargestellt
ist. Besagtes Werkzeug ist über
ein Futter 13, also über eine
Werkzeugaufnahme 13 in den Bohrhammer 1 eingesetzt.
Beim Werkzeug handelt es sich bspw. um einen Meißel oder um einen Bohrer.
-
Beim
Bohrhammer 1 ist außerdem
eine Werkzeugspindel 14 vorgesehen, die im Bohrbetrieb des
Bohrhammers 1 um ihre Spindelachse 15 rotiert und
die das Futter 13 trägt.
Hierzu ist der Bohrhammer 1 mit einem entsprechenden Drehantrieb 16 ausgestattet,
der insbesondere über
den gleichen Motor angetrieben wird, über den auch der Kurbeltrieb 6 angetrieben
wird. Besonders zweckmäßig ist
es dabei, den Zylinder 5 des Hammerwerks 3 in
der Spindel 14 auszubilden. Dementsprechend rotiert der
Zylinder 5 mit der Spindel 14, wenn der Bohrhammer 1 zum Bohren
betrieben wird. Hierdurch kommt es zu einer relativen Drehbewegung
zwischen Zylinder 5 und Pleuelstange 7. Um nun
den Kolben 4, der einerseits mit dem rotierenden Zylinder 5 und
andererseits mit der nicht um die Spindelachse 5 rotierenden
Pleuelstange 7 gekoppelt ist, bzw. eine am Kolben 4 angeordnete,
mit dem Zylinder 5 zusammenwirkende Kolbendichtung 17 nicht übermäßig zu belasten
bzw. um diese zu entlasten, ist der Kolben 4 beim hier
vorgestellten Hammerwerk 3 an der Pleuelstange 7 um
die Längsmittelachse 18 des
Kolbens 4 drehbar gelagert. Die Längsmittelachse 18 des
Kolbens 4 fällt
mit der Spindelachse 15 und somit mit der Längsmittelachse 19 des
Zylinders 5 zusammen. Da der Kolben 4 somit grundsätzlich mit
der Spindel 14 bzw. mit dem Zylinder 5 mitdrehen
kann, kommt es bei deaktiviertem Hammerwerk 3 zu keiner
Relativbewegung oder zumindest zu einer stark reduzierten Relativbewegung
zwischen Kolben 4 und Zylinder 5. Die Kolbendichtung 17 ist
dadurch signifikant entlastet. Aber auch im Betrieb des Hammerwerks 3 führt die
drehbare Lagerung des Kolbens 4 an der Pleuelstange 7 zu
einer extremen Entlastung der Kolbendichtung 17. Denn auch
bei aktiviertem Hammerwerk 3 muss die Kolbendichtung 17 im
Wesentlichen nur noch die axialen Relativbewegungen zwischen Zylinder 5 und Kolben 4 dichten,
während
sie von den zusätzlich auftretenden
rotierenden Relativbewegungen zwischen Zylinder 5 und Pleuelstange 7 vollständig oder zumindest
weitgehend entkoppelt ist. Somit ergibt sich insgesamt für die Kolbendichtung 17 eine
reduzierte Belastung. Die Kolbendichtung 17 besitzt eine längere Lebenszeit.
Ebenso ist es möglich,
die Werkzeugspindel 14 mit höheren Drehzahlen zu betreiben,
ohne dass dadurch die Lebenszeit der Kolbendichtung 17 leidet.
Die Kolbendichtung 17 ist im gezeigten Beispiel eine Ringdichtung.
-
Entsprechend
den 1 bis 9 ist der Kolben 4 bevorzugt über ein
Kugelkopflager 20 mit der Pleuelstange 7 gekoppelt.
Das Kugelkopflager 20 ist dabei so ausgestaltet, dass es
einerseits die Antriebsverbindung zwischen Kolben 4 und
Pleuelstange 7 realisiert und dass es andererseits die
Drehlagerung zwischen Kolben 4 und Pleuelstange 7 um
die Längsmittelachse 18 des
Kolbens 4 realisiert. Das Kugelkopflager 20 weist
einen Kugelkopf 21 und eine Kugelaufnahme 22 auf,
in die der Kugelkopf 21 eingreift. In dieser Kugelaufnahme 22 ist
der Kugelkopf 21 drehbar gelagert, wobei in der Kugelaufnahme 22 gleichzeitig
die Halterung des Kugelkopfs 21 zur Antriebskraftübertragung
erfolgt, nämlich
insbesondere eine axiale Abstützung
in der Eindrückrichtung
und eine Mitnahmekopplung in der Auszugsrichtung.
-
Entsprechend
der in den 2 bis 6 gezeigten
Ausführungsform
weist die Kugelaufnahme 22 mehrere Umfangssegmente 23 auf,
die bezogen auf die Längsmittelachse 18 des
Zylinders 4 in der Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind.
Die Umfangssegmente 23 übergreifen
bzw. hintergreifen den in die Kugelaufnahme 22 eingesetzten
Kugelkopf 21. Um die Kraftübertragung zwischen Kugelkopf 21 und
den Umfangssegmenten 23 zu verbessern bzw. um die Lagerung
des Kugelkopfs 21 in den Umfangssegmenten 23 zu
verbessern, können
die Umfangssegmente 23 an einer den Kugelkopf 21 zugewandten
Innenseite ein konkaves Profil aufweisen. Die Innenseite bzw. das
Profil kann dann bevorzugt im Längsschnitt
kreisbogenförmig
ausgestaltet sein. Bevorzugt wird jedoch die hier gezeigte Variante,
bei welcher das Profil der Innenseite der Umfangssegmente 23 kugelsegmentförmig gestaltet
ist. Es ist klar, dass auch eine nicht näher bezeichnete Basis der Kugelaufnahme 22,
an welcher sich der Kugelkopf 21 axial am Kolben 4 abstützt, an
der dem Kugelkopf 21 zugewandten Innenseite ein konkaves Profil
aufweisen kann, das insbesondere kreisbogenförmig und vorzugsweise kugelsegmentförmig ausgestaltet
sein kann.
-
Die
Umfangssegmente 23 sind so dimensioniert bzw. gestaltet,
dass sie bezüglich
der Längsmittelachse 18 radial
federelastisch sind. Diese radiale Federelastizität der Umfangssegmente 23 ist
dabei so bemessen, dass für
den Zusammenbau von Kolben 4 und Pleuelstange 7 der
Kugelkopf 21 nach Art einer Clipsverbindung axial in die
Kugelaufnahme 22 einsteckbar ist. Bei den Ausführungsformen
der 2 bis 6 ist der Kugelkopf 21 an
der Pleuelstange 7 ausgebildet, während die Kugelaufnahme 22 am
Kolben 4 ausgebildet ist. Grundsätzlich ist jedoch auch eine
umgekehrte Bauweise denkbar, bei welcher der Kugelkopf 21 am
Kolben 4 ausgebildet ist, während die Kugelaufnahme 22 an
der Pleuelstange 7 ausgebildet ist.
-
Bei
der in den 7 bis 9 gezeigten Ausführungsform
ist der Kugelkopf 21 am Kolben 4 ausgebildet,
während
die Kugelaufnahme 22 an der Pleuelstange 7 ausgebildet
ist. Es ist klar, dass auch bei dieser Ausführungsform eine umgekehrte
Bauweise möglich
ist, bei welcher der Kugelkopf 21 an der Pleuelstange 7 ausgebildet
ist, während
die Kugelaufnahme 22 am Kolben 4 ausgebildet ist.
-
Bei
der in den 7 bis 9 gezeigten Ausführungsform
ist der Kugelkopf 21 koaxial zur Drehachse des Kugelkopflagers 20,
die im gezeigten Beispiel mit der Längsmittelachse 18 des
Kolbens 4 zusammenfällt,
mit einer ringförmigen
Umfangsnut 24 ausgestattet. Die Kugelaufnahme 22 umfasst
bei dieser Ausführungsform
zumindest einen Gleitkörper 25.
Im Beispiel sind genau zwei derartige Gleitkörper 25 vorgesehen.
Die beiden Gleitkörper 25 liegen
hier mittig in einer Ebene 26, in der auch eine Lagerachse 27 liegt,
um welche die Pleuelstange 7 am Zapfen 10 des
Kurbeltriebs 6 drehbar gelagert ist. Die beiden Gleitkörper 25 liegen
sich somit in dieser Ebene 26 diametral gegenüber. Der
jeweilige Gleitkörper 25 greift
radial in die Umfangsnut 24 ein und ist darin in der Umfangsrichtung
beweglich. Zweckmäßig besitzt die
Umfangsnut 24 ein komplementär zur damit zusammenwirkenden
Körperkontur
des jeweiligen Gleitkörpers 25 geformtes
Querschnittsprofil. Hierdurch wird die Beweglichkeit der Gleitkörper 25 in
der Umfangsrichtung in der Umfangsnut 24 vereinfacht. Vorzugsweise
sind die Gleitkörper 25 als
Kugeln ausgestaltet. Die Umfangsnut 24 ist dann zweckmäßig mit
einem kreisbogenförmigen
Querschnittsprofil ausgestattet. Die kugelförmigen Gleitkörper 25 liegen am
Kugelkopf 21 einander diametral gegenüber und definieren dadurch
eine Drehachse 28, die mittig durch die kugelförmigen Gleitkörper 25 und
mittig durch den Kugelkopf 21 führt und die parallel zur Lagerachse 27 der
Pleuelstange 7 verläuft.
-
Grundsätzlich kann
der jeweilige Gleitkörper 25 an
der Kugelaufnahme 22 befestigt sein. Bevorzugt wird jedoch
die hier gezeigte Ausführungsform, bei
welcher der jeweilige Gleitkörper 25 an
der Kugelaufnahme 22 beweglich angeordnet ist, und zwar
insbesondere in radialer Richtung. Ferner ist die Kugelaufnahme 22 hier
so ausgestaltet, dass sich der jeweilige Gleitkörper 25 radial außen an der
Innenseite des Zylinders 5 radial abstützen kann. Bei dieser Ausführungsform
ist das Kugelkopflager 20 als Kugellager ausgestaltet,
dessen Innenlaufbahn am Kugelkopf 21 ausgebildet ist und
dessen Außenlaufbahn
am Zylinder 5 ausgebildet ist. Die Kugeln, also die Gleitkörper 25 sind
dabei mittels der Kugelaufnahme 22 positioniert und ermöglichen
die Kraftübertragung
zwischen Kugelkopf 21 und Kugelaufnahme 22 und
somit zwischen Kolben 4 und Pleuelstange 7.
-
Bei
einer anderen, hier nicht dargestellten, Ausführungsform kann das mit Bezug
auf die 7 bis 9 beschriebene
Kugellager 20 auch so ausgestaltet sein, dass es kein Kugelkopflager
bildet. Ein derartiges anderes Kugellager 20 kann den Kolben 4 zur
Realisierung der Antriebsverbindung zwischen Kolben 4 und
Pleuelstange 7 sowie zur Realisierung der Drehlagerung
zwischen Kolben 4 und Pleuelstange 7 mit der Pleuelstange 7 koppeln.
Auch bei einem solchen Kugellager 20 ist zweckmäßig die
Außenlaufbahn
der Kugeln 25 durch die Innenseite des Zylinders 5 gebildet.
Die Innenlaufbahn der Kugeln 25 ist dabei integral am Kolben 4 oder
an der Pleuelstange 7 ausgebildet. Im Beispiel der 7 bis 9 erfolgt
die integrale Ausformung der Innenlaufbahn am Kugelkopf 21,
und zwar in Form der Umfangsnut 24. Es ist jedoch nicht
erforderlich, dass diese Innenlaufbahn, also insbesondere die Umfangsnut 24 an
einem kugelförmigen
Bestandteil des Kolbens 4 bzw. der Pleuelstange 7 ausgeformt
wird. Ebenso kann sie an einem zylindrischen Abschnitt des Kolbens 4 bzw. der
Pleuelstange 7 ausgeformt sein. Ferner umfasst dieses andere
Kugellager 20 einen Käfig
zum Positionieren der Kugeln 25 bzw. zur Kraftübertragung
zwischen Kolben 4 und Pleuelstange 7. Dieser Käfig ist dabei
am Kolben 4 oder an der Pleuelstange 7 integral
ausgeformt, und zwar an demjenigen Bauteil, das nicht die Innenlaufbahn 24 trägt. Bei
der speziellen Ausführungsform
der 7 bis 9 ist der Käfig durch die Kugelaufnahme 22 gebildet.
Bei dieser alternativen, allgemeinen Ausführungsform ist es jedoch nicht
erforderlich, den Käfig 22 zur
Aufnahme eines Kugelkopfs 21 auszubilden. Insbesondere kann
der Käfig 22 eine
zylindrische Innenkontur aufweisen.