-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine handgeführte meißelnde Werkzeugmaschine.
-
Bei meißelnden Handwerkzeugmaschinen soll eine Meißeltätigkeit eingestellt werden, wenn ein Meißel von einem Werkstück abgehoben wird. Bei pneumatisch arbeitenden Schlagwerken kann eine Luftfeder mittels zusätzlicher Belüftungsöffnungen deaktiviert werden, welche nur bei einem ausgerückten Meißel geöffnet werden. Ein Döpper, auch als Zwischenschläger oder Amboss bezeichnet, sollte hierfür nach einem Leerschlag von den Belüftungsöffnungen entfernt bleiben. Allerdings ist dies teilweise aufgrund des Abpralls des Döppers an einem vorderen Anschlag nicht gegeben.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine hat einen Döpper, ein Führungsrohr in dem der Döpper längs einer Achse geführt ist, und eine pneumatische Kammer, die durch den Döpper, das Führungsrohr und eine eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung abgeschlossen ist. Ein Volumen der pneumatischen Kammer ändert sich mit einer Bewegung des Döppers entlang der Achse. Die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung hat zwischen dem Döpper und dem Führungsrohr ein schwenkbares Dichtelement. Das schwenkbares Dichtelement ist bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung in eine eingeklappte Stellung und bei einer Bewegung des Döppers entgegen der Schlagrichtung in eine ausgeklappte Stellung verschwenkt. In der eingeklappten Stellung hat das Dichtelement eine erste Anströmfläche, definiert durch die Projektion des Dichtelements auf eine Ebene senkrecht zur Achse. In der ausgeklappten Stellung hat das Dichtelement eine zweite Anströmfläche, ebenfalls definiert als die Fläche einer Projektion des Dichtelements auf die Ebene senkrecht zur Achse. Die zweite Anströmfläche ist größer als die erste Anströmfläche. In der eingeklappten Stellung ist die radiale Abmessung des Dichtelements geringer als in der ausgeklappten Stellung. Die pneumatische Kammer dient als Döpperbremse, die durch die Bewegungsrichtung des Döppers gesteuert ist. Die pneumatische Kammer wird durch die Ventileinrichtung geschlossen, wenn der Döpper nach beispielsweise einem Leerschlag in die Werkzeugmaschine hinein läuft. Der sich mit der Bewegung des Döppers in der pneumatischen Kammer ändernde Druck bewirkten Abbremsen des Döppers. Die Ventileinrichtung öffnete die pneumatische Kammer, wenn der Döpper in Schlagrichtung bewegt wird. Die Bremse ist deaktiviert.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass falls das Volumen der pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung zunehmend ist, das schwenkbare Dichtelement bei einem in Richtung zu der pneumatischen Kammer abfallenden Druckgradienten in die eingeklappte Stellung verschwenkt und bei einem in Richtung zu der pneumatischen Kammer ansteigendem Druckgradienten in die ausgeklappte Stellung verschwenkt ist, und falls das Volumen der pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung abnehmend ist, das schwenkbare Dichtelement bei einem in Richtung zu der pneumatischen Kammer ansteigendem Druckgradienten in die eingeklappte Stellung verschwenkt und bei einem in Richtung zu der pneumatischen Kammer abfallenden Druckgradienten in die ausgeklappte Stellung verschwenkt ist.
-
Eine Ausgestaltung hat eine weitere pneumatischen Kammer, die durch den Döpper, das Führungsrohr und die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung abgeschlossen ist, wobei das Volumen der einen pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung zunehmend und ein Volumen der weiteren pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers abnehmend ist und wobei die pneumatische Kammer und die weitere pneumatische Kammer durch die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung verbunden sind.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Dichtelement an dem Döpper befestigt und in der ausgeklappten Stellung ein Kontaktabschnitt des Dichtelements das Führungsrohr berührt oder alternativ das Dichtelement an dem Führungsrohr befestigt und in der ausgeklappten Stellung der Kontaktabschnitt des Dichtelements den Döpper berührt. Der berührende Kontaktabschnitt begrenzt die Schwenkbewegung des beweglichen Abschnitts des Dichtelements. Das Dichtelement wird hierdurch in der ausgeklappten Stellung stabilisiert.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass falls das Volumen der pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung zunehmend ist, ein Schwenkgelenk des Dichtelements gegenüber dem Kontaktabschnitt, längs der Achse, weiter von der pneumatische Kammer entfernt ist, und falls das Volumen der pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung abnehmend ist, das Schwenkgelenk des Dichtelements gegenüber dem Kontaktabschnitt, längs der Achse, näher an der pneumatische Kammer angeordnet ist. Das Schwenkgelenk kann durch ein Festkörpergelenk gebildet sein.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Dichtelement mit einen Befestigungsabschnitt an dem Döpper oder dem Führungsrohr befestigt ist und eine Lippe des Dichtelements gegenüber der Achse geneigt ist, wobei falls das Volumen der pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung zunehmend ist, die Lippe längs der Achse hin zu der pneumatischen Kammer von dem Befestigungsabschnitt weg geneigt ist, und falls das Volumen der pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung abnehmend ist, die Lippe längs der Achse weg von der pneumatischen Kammer von dem Befestigungsabschnitt weg geneigt ist.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Dichtelement ein V- oder U-förmiges Querschnittsprofil längs der Achse aufweist, wobei das Querschnittsprofil in Richtung zur der pneumatischen Kammer geöffnet ist, falls das Volumen der pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung zunehmend ist, und das Querschnittsprofil von der pneumatischen Kammer abgewandt geöffnet ist, falls das Volumen der pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung abnehmend ist.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Dichtelement asymmetrisch bezüglich jeglicher Ebenen senkrecht zur Achse ist.
-
Eine Ausgestaltung hat einen Anschlag an dem das schwenkbare Dichtelement in der ausgeklappten Stellung anliegt und in der eingeklappten Stellung beabstandet ist. Der Anschlag unterstützt das Dichtelement in der ausgeklappten Stellung gegen die auf das Dichtelement wirkenden Kräfte.
-
Eine Ausführungsform hat eine Drossel, welche die pneumatische Kammer mit einem Luftreservoir verbindet. Eine effektive Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer, definiert durch das Differential des Volumens der pneumatischen Kammer nach der Schlagrichtung ist größer als das Hundertfache einer Querschnittsfläche der Drossel. Der Döpper wird parallel zu der Achse bewegt, wodurch sich eine Volumenänderung der pneumatischen Kammer proportional zu der Verschiebung längs der Achse und der effektiven Querschnittsfläche ergibt. Die effektive Querschnittsfläche kann durch die mathematische Operation des Differenzierens nach der Bewegungs- bzw. Schlagrichtung ermittelt werden. Bei einer zylindrischer Führung und einem zylindrischen Döpper entspricht die effektive Querschnittsfläche der größten Querschnittsfläche senkrecht zur Achse. Das Verhältnis der effektiven Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer zu der Querschnittsfläche der Drossel legt eine relative Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Drossel bezogen auf die Geschwindigkeit des Döppers fest. Ab dieser relativen Strömungsgeschwindigkeit kann die Luft rasch genug aus der pneumatischen Kammer entweichen, ohne dass sich ein Druckgefälle zur Umgebung aufbaut. Es wurde erkannt, dass ein absolute Geschwindigkeit der Luft in der Drossel nicht überschritten werden kann. Die Drossel scheint aber einem Grenzwert der absoluten Geschwindigkeit zu sperren. Das Verhältnis des Hundertfachen, bevorzugt des Dreihundertfachen, ist so gewählt, dass bei einem von dem Schlagwerk getriebenen Döpper die absolute Geschwindigkeit der Luft in der Drossel erreicht wird, bei einem manuell bewegten Döpper die absolute Geschwindigkeit deutlich unterschritten wird. Im Ergebnis sperrt die Drossel bei dem geschlagen Döpper und öffnet bei manuell bewegten Döpper.
-
In der ausgeklappten Stellung des schwenkbaren Dichtelement kann ein Strömungskanal durch die Ventileinrichtung eine Querschnittsfläche aufweist, welche geringer als ein Hundertstel der effektiven Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer ist. Die Querschnittsfläche kann beispielsweise größer 1/1500 oder größer einem 1/2000 der effektiven Querschnittsfläche ausgebildet sein. Die Querschnittsfläche des geschlossen/drosselnden Ventils kann durch längs der Achse verlaufende Bohrungen, Kerben und/oder Rillen in dem Dichtelement gebildet sein.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:
-
1 eine Handwerkzeugmaschine mit pneumatischem Schlagwerk und einer Döpperbremse,
-
2 das pneumatische Schlagwerk in Betriebsstellung,
-
3 Döpperbremse mit einer Kammer und bewegten Ventil in bremsender Stellung;
-
4 Querschnitte in den Ebenen IV-IV von 3;
-
5 Döpperbremse von 3 in gelöster Stellung;
-
6 Querschnitte in den Ebenen VI-VI von 5;
-
7 Detailansicht eines Ventils;
-
8 Ausführungsform mit einem anders gestalteten Ventil;
-
9 Ausführungsform mit einem anders gestalteten Ventil;
-
10 Döpperbremse mit zwei Kammern;
-
11 Döpperbremse mit stationärem Ventil.
-
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
-
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
-
1 zeigt einen Bohrhammer 1 als Ausführungsform für eine meißelnde Werkzeugmaschine. Der Bohrhammer 1 hat ein Maschinengehäuse 2, in dem ein Motor 3 und ein von dem Motor 3 angetriebenes pneumatisches Schlagwerk 4 angeordnet sind und eine Werkzeugaufnahme 5 vorzugsweise lösbar befestigt ist. Der Motor 3 ist beispielsweise ein Elektromotor, der über einen kabelgebundenen Netzanschluss 6 oder ein aufladbares Batteriesystem mit Strom versorgt wird. Das pneumatische Schlagwerk 4 treibt ein in die Werkzeugaufnahme 5 eingesetztes Werkzeug 7, z. B. einen Bohrmeißel oder einen Meißel, von dem Bohrhammer 1 weg, längs einer Achse 8 in Schlagrichtung 9 in ein Werkstück. Der Bohrhammer 1 weist optional einen Drehantrieb 10 auf, der das Werkzeug 7 zusätzlich zu der schlagenden Bewegung um die Achse 8 drehen kann. An dem Maschinengehäuse 2 sind ein oder zwei Handgriffe 11 befestigt, die einem Anwender ermöglichen, den Bohrhammer 1 zu führen. Eine rein meißelnde Ausführungsform, z. B. ein Meißelhammer, unterscheidet sich von dem Bohrhammer 1 im wesentlichen nur durch das Fehlen des Drehantriebs 10.
-
Das beispielhaft dargestellte pneumatische Schlagwerk 4 hat einen Schlagkolben 12, der durch eine erregte Luftfeder 13 zu einer Bewegung nach vorne, d. h. in Schlagrichtung 9, längs der Achse 8 angeregt wird. Der Schlagkolben 12 schlägt auf einen Döpper 20 auf und gibt dabei einen Teil seiner kinetischen Energie an den Döpper 20 ab. Aufgrund des Rückstoßes und angeregt durch die Luftfeder 13 bewegt sich der Schlagkolben 12 nach hinten, d. h. entgegen der Schlagrichtung 9, bis die komprimierte Luftfeder 13 den Schlagkolben 12 wieder nach vorne treibt. Die Luftfeder 13 ist durch eine pneumatische Kammer gebildet, die axial, nach vorne durch eine hintere Stirnfläche 21 des Schlagkolbens 12 und axial, nach hinten durch einen Erregerkolben 22 abgeschlossen ist. In radialer Richtung kann die pneumatische Kammer umfänglich durch ein Schlagrohr 23 abgeschlossen sein, in dem der Schlagkolben 12 und der Erregerkolben 22 längs der Achse 8 geführt sind. In anderen Bauformen kann der Schlagkolben 12 in einem topfförmigen Erregerkolben gleiten, wobei der Erregerkolben den Hohlraum der pneumatischen Kammer in radialer Richtung, d. h. umfänglich abschließt. Die Luftfeder 13 wird durch eine gezwungene, oszillierende Bewegung längs der Achse 8 des Erregerkolbens 22 erregt. Ein Exzenterantrieb 24, ein Taumelantrieb etc. kann die Drehbewegung des Motors 3 in die lineare, oszillierende Bewegung umsetzen. Eine Periode der gezwungenen Bewegung des Erregerkolbens 22 ist auf das Zusammenspiel des Systems aus Schlagkolben 12, Luftfeder 13 und Döpper 20 und deren relative axiale Abstände, insbesondere einen vorgegebenen Stoßpunkt 25 des Schlagkolbens 12 mit dem Döpper 20 abgestimmt, um das System resonant und damit optimal für eine Energieübertragung von dem Motor 3 auf den Schlagkolben 12 anzuregen.
-
Der Döpper 20 ist ein Körper, vorzugsweise ein Rotationskörper, mit einer vorderen, in Schlagrichtung 9 freiliegenden Schlagfläche 26 und einer hinteren, entgegen der Schlagrichtung 9 freiliegenden Schlagfläche 27. Ein Stoß auf seine hintere Schlagfläche 27 überträgt der Döpper 20 auf das an seiner vorderen Schlagfläche 26 anliegende Werkzeug 7. Der Döpper 20 kann seiner Funktion entsprechend auch als Zwischenschläger bezeichnet werden.
-
Eine Führung 28 führt den Döpper 20 längs der Achse 8. In dem dargestellten Beispiel taucht der Döpper 20 teilweise mit einem hinteren Ende in einen hinteren Führungsabschnitt 29 ein. Das hintere Ende liegt mit seiner radialen Außenfläche an dem Führungsabschnitt 29 in radialer Richtung an. Ein vorderer Führungsabschnitt 30 kann gleichermaßen einen vorderes Ende des Döppers 20 umschließen und dessen radiale Bewegung einschränken. Der hintere und der vordere Führungsabschnitt 29, 30 bilden mit ihren axial ausgerichteten Flächen zugleich zwei Anschläge, die eine axiale Bewegung des Döppers 20 auf eine Wegstrecke zwischen dem hinteren Anschlag 29 und dem vorderen, in Schlagrichtung 9 liegenden Anschlag (Döpperanschlag) 30 begrenzen. Der Döpper 20 hat einen verdickten mittleren Abschnitt 33, welcher mit seinen Stirnflächen an den axialen Flächen der Führungsabschnitte 29, 30 anschlägt. Die beispielhaft dargestellte Führung 28 hat ein, beispielsweise zylindrisches, umfänglich geschlossenes Führungsrohr 31, in dem der Döpper 20. Der dickere Abschnitt 33 des Döppers 20 ist mit seiner Mantelfläche 34, d. h. radialen Außenfläche, wenigstens abschnittsweise oder entlang seines gesamten Umfangs von einer Innenwand 32 des Führungsrohrs 31 radial beabstandet. Über die gesamte axiale Länge des mittleren verdickten Abschnitts 33 verläuft ein rinnenförmiger oder zylindrischer Spalt 35 zwischen dem Döpper 20 und dem Führungsrohr 31. Der Spalt 35 kann beispielsweise eine radiale Abmessung von zwischen 0,5 mm und 4 mm haben.
-
Beim Meißeln stützt sich das Werkzeug 7 an der vorderen Schlagfläche 26 des Döppers 20 ab, wodurch der Döpper 20 an dem hinteren Anschlag 29 eingerückt gehalten wird (2). Das Schlagwerk 4 ist auf die eingerückte Stellung des Döppers 20 ausgelegt. Der vorgegebene Stoßpunkt 25 (2) des Schlagkolben 12 und Umkehrpunkt in der Bewegung des Schlagkolbens 12 wird durch die hintere Schlagfläche 27 des eingerückten Döppers 20 festgelegt.
-
Sobald ein Anwender das Werkzeug 7 von dem Werkstück entfernt, soll die schlagende Funktion des pneumatischen Schlagwerks 4 unterbrochen werden, da sonst der Bohrhammer 1 leer schlägt. Ein Stoß des Schlagkolbens 12 auf den Döpper 20 führt dazu, dass der Döpper 20 zu dem vorderen Anschlag 30 gleitet und bevorzugt in dessen Nähe stehen bleibt. Der Schlagkolben 12 kann sich über den vorgegebenen Stoßpunkt 25 nach vorne, in Schlagrichtung 9 bis zu dem vorzugsweise dämpfenden Anschlag 30 hinausbewegen. In der über den Stoßpunkt 25 hinaus vorgerückten Stellung gibt der Schlagkolben 12 eine Belüftungsöffnung 36 in dem Schlagrohr 23 frei, durch welche die pneumatische Kammer der erregten Luftfeder 13 mit vorzugsweise der Umgebung in dem Maschinengehäuse 2 verbunden und belüftet wird. Die Wirkung der Luftfeder 13 wird reduziert oder aufgehoben, weshalb der Schlagkolbens 12 aufgrund der abgeschwächten oder ausbleibenden Ankopplung an den Erregerkolben 22 stehen bleibt. Das Schlagwerk 4 wird wieder aktiviert, wenn der Döpper 20 bis zu dem hinteren Anschlag 29 eingerückt wird und der Schlagkolben 12 die Belüftungsöffnung 36 verschließt.
-
Damit der Döpper 20 nach einem Leerschlag vorzugsweise in der Nähe des vorderen Anschlags 30 liegen bleibt, kann sich der Döpper 20 im wesentlichen ungebremst in Schlagrichtung 9 zu dem vorderen Anschlag 30 bewegen, in Gegenrichtung zu dem hinteren Anschlag 29 erfolgt die Bewegung jedoch gegen eine Federkraft wenigstens einer Luftfeder 40. Die Federkraft der Luftfeder 40 wird in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Döppers 20, bezogen auf die Führung 28 gesteuert.
-
Eine wenigstens teilweise radial verlaufende Fläche des Döppers 20 und eine wenigstens teilweise radial verlaufende Fläche der Führung 28 bilden Innenflächen der pneumatischen Kammer 40 für die Luftfeder, welche senkrecht oder geneigt zur Achse 8 orientiert sind. Ein axialer Abstand der beiden radial verlaufenden Flächen ändert sich mit der Bewegung des Döppers 20 und damit das Volumen der pneumatischen Kammer 40. Die Volumenänderung bewirkt eine Änderung des Drucks innerhalb der pneumatischen Kammer 40.
-
Eine entgegen der Schlagrichtung 9 weisende, hintere Prellfläche 41 des dickeren Abschnitts 33 kann die erste radial verlaufende Innenfläche der pneumatischen Kammer 40 bilden. Eine in Schlagrichtung 9 weisende, hintere Prellfläche 42 der Führung 28, die mit der hinteren Prellfläche 41 des dickeren Abschnitts 33 den hinteren Anschlag 29 definiert, kann die zweite radial verlaufende Innenfläche der pneumatischen Kammer 40 sein.
-
In radialer Richtung ist die pneumatische Kammer 40 auf einer Seite durch die Führung 28 und auf der anderen Seite durch den Döpper 22 abgeschlossen. Eine hermetische, luftdichte Versiegelung zwischen dem Döpper 20 und der Führung 28 erfolgt durch ein erstes Dichtelement 43 und ein zweites Dichtelement 44. Die Dichtelemente 43, 44 sind längs der Achse 8 zueinander versetzt angeordnet. Das erste Dichtelement 43 ist beispielsweise zwischen den beiden Anschlägen 29, 30, das zweites Dichtelement 44 axial außerhalb der beiden Anschläge 29, 30, d. h. der jeweiligen Prellflächen 42 angeordnet. Zwischen den beiden Dichtelementen 43, 44 befinden sich die radial verlaufenden Innenflächen der pneumatischen Kammer 40. In der dargestellten Ausführungsform sind die Dichtelemente 43, 44 auf Abschnitten des Döppers 20 mit unterschiedlichem Querschnitt angeordnet, wodurch der Abstand der Dichtelemente 43, 44 zu der Achse 8 verschieden groß ist. In anderen Ausführungsformen sind wenigstens Abschnitte der Dichtelemente 43, 44 in verschiedenem Abstand zur Achse 8. In einer Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Achse 8 überlappen die zwei Dichtungen nicht oder wenigstens abschnittsweise nicht.
-
Die Abhängigkeit der Luftfeder 40 von der Bewegungsrichtung des Döppers 20 wird dadurch erreicht, dass wenigstens eines der Dichtelemente 43, 44 als Ventil 100 ausgebildet ist. Ein Luftkanal 45 bindet die pneumatische Kammer 40 an ein Luftreservoir in der Umgebung, z. B. dem Maschinengehäuse 2, an. In dem Kanal 45 ist das Ventil 100 angeordnet, welches einen Luftstrom durch den Kanal 45 steuert. Die Steuerung erfolgt in Abhängigkeit der Bewegung des Döppers 20. Wenn sich der Döpper 20 in Schlagrichtung 9 bewegt, öffnet das Ventil 100 und Luft kann aus dem Reservoir durch den Kanal 45 in das sich vergrößernde Volumen der pneumatischen Kammer 40 nachströmen; die Luftfeder wird hierdurch deaktiviert. Das Ventil 100 sperrt den Kanal 45, wenn der Döpper 20 sich entgegen der Schlagrichtung 9 bewegt. Der Druck in der pneumatischen Kammer 40 steigt mit dem sich verringernden Volumen der pneumatischen Kammer 40 an, wodurch die Luftfeder 40 der Bewegung des Döppers 20 entgegenwirkt.
-
Das Ventil 100 ist ein selbsttätiges oder eigenmedium-betätigtes Ventil 100, z. B. ein Rückschlagventil oder ein Drosselrückschlagventil. Das Ventil 100 wird durch einen Luftstrom betätigt, der in das Ventil 100 einströmt. Der Luftstrom ist Folge einer Druckdifferenz zwischen der pneumatischen Kammer 40 und dem mit ihr über das Ventil 100 verbundenen Raum 51. Der verbundene Raum 51 kann ein sehr großes Luftreservoir, z. B. die Umgebung, das Innere des Maschinengehäuses 51, oder eine andere abgeschlossene, pneumatische Kammer mit begrenztem Volumen sein.
-
3 und 5 zeigen im Längsschnitt durch das Schlagwerk eine beispielhafte Ausführung des Ventils 100 im geschlossenen w. geöffneter Stellung. Querschnitte durch das geschlossene Ventil 100 in der Ebene IV-IV und das geöffnete Ventil 100 in der Ebene VI-VI sind in 4 und 6 gezeigt. 7 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt des Ventils 100.
-
Ein Lippendichtring 101 umspannt den mittleren Abschnitt 33 des Döppers 20. Der Lippendichtring 101 hat einen schlauchförmigen, zylindrischen Befestigungsabschnitt 103, mit dem der Lippendichtring 101 an dem Döpper 20 befestigt ist. Der Befestigungsabschnitt 103 kann beispielsweise auf dem Nutboden 88 in eine Ringnut 106 in den mittleren Abschnitt 33 eingesetzt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Befestigungsabschnitt 103 auf den Döpper 20 geklemmt, geklebt oder sonst wie befestigt sein, um ein Verrutschen des Lippendichtrings 101 längs der Achse 8 zu unterdrücken.
-
Eine Lippe 102 des Lippendichtrings 101 ist gegenüber der Achse 8 geneigt und ein radialer Abstand zu dem Befestigungsabschnitt 103 erhöht sich in Richtung zu der pneumatischen Kammer 40. Die Kontur der Lippe 102 kann beispielsweise abschnittsweise hohlkegelförmig mit einem in Richtung zu der pneumatischen Kammer 40 öffnenden Kegel sein. Die Lippe 102 und der Befestigungsabschnitt 103 umschließen einen sackartigen Hohlraum 104, welcher in Richtung zu der pneumatischen Kammer 40 offen und in Richtung weg von der pneumatischen Kammer 40 geschlossen ist. Bei der in 4 dargestellt in Schlagrichtung 9 vor dem Lippendichtring 101 angeordneten pneumatischen Kammer 40 öffnet sich der sackartige Hohlraum 104 entgegen der Schlagrichtung 9. In einem Schnitt längst zur Achse 8 hat der Lippendichtring 101 ein V- oder U-förmiges Profil.
-
Die Lippe 102 ist gegenüber dem Befestigungsabschnitt 103 schwenkbar, damit eine radiale Abmessung 110 des Lippendichtrings 101 veränderlich ist. Die radiale Abmessung 110 kann beispielsweise die Differenz von Außendurchmesser zu Innendurchmesser des Lippendichtrings 101 sein. Der Lippendichtring 101 kann eine ausgeklappte Stellung (4) einnehmen, in welcher die Lippe 102 in einen möglichst großen Abstand zu dem Befestigungsabschnitt 103 geschwenkt ist. Eine Stirnfläche des Lippendichtrings 101, welche senkrecht zu der Achse 8 orientiert ist, entspricht beispielsweise der Querschnittsfläche des Spalts 35. In der dargestellten Ausgestaltung berührt die Lippe 102 mit einem Kontaktabschnitt 113 das Führungsrohr 31. Der Lippendichtring 101 kann von der ausgeklappten Stellung in eine eingeklappte Stellung (6) geschwenkt werden. Die Stirnfläche des Lippendichtrings 101 wird hierdurch gegenüber der Stirnfläche des ausgeklappten Lippendichtrings 101 verringert, die radiale Abmessung 101b verkleinert. Der Kontaktabschnitt 113 löst sich von dem Führungsrohr 31.
-
Der Lippendichtring 101 bildet das Dichtelement des Ventils 100. Bei einem ausgeklappten Lippendichtring 101 ist das Ventil 100 in einer geschlossenen/drosselnden und bei einem eingeklappten Lippendichtring 101 ist das Ventil 100 in einer geöffneten Stellung. Der Wechsel des Lippendichtrings 101 zwischen der eingeklappten und ausgeklappten Stellung wird durch das Druckverhältnis in der pneumatischen Kammer 40 und die Strömungsrichtung in dem Spalt 35 bewirkt. Ein Luftstrom in Richtung zu der hinteren, pneumatischen Kammer 40 strömt eine teilweise radial zur Führung 28 weisende Fläche 114 der Lippe 102 an. Die anströmende Luft bewirkt ein Schwenken der Lippe 102 in Richtung zu dem Befestigungsabschnitt 103 und folglich ein Einklappen des Lippendichtrings 101. Die weiter nachfließende Luft hält der Lippendichtring 101 in der eingeklappten Stellung, wodurch das Ventil 100 offen gehalten bleibt. Ein Luftstrom aus der hinteren, pneumatischen Kammer 40 strömt hingegen eine teilweise radial von der Führung 28 wegweisende Fläche 114 der Lippe 102 an. Die anströmende Luft bewirkt dadurch ein Schwenken der Lippe 102 weg von dem Befestigungsabschnitt 103 zu dem Führungsrohr 31 hin. Der Lippendichtring 101 geht in die ausgeklappte Stellung über. In der ausgeklappten Stellung liegt die schwenkbare Lippe 102 mit wenigstens einem Abschnitt der von der pneumatischen Kammer 40 wegweisenden Fläche 114 an einem Anschlag 119 an. Der Anschlag 119 wird beispielsweise durch das Führungsrohr 31 gebildet, an dem der Kontaktabschnitt 113 anliegt. Das Ventil 100 ist geschlossen und bleibt geschlossen gehalten.
-
Die Lippe 102 kann aus einem elastischen Material, z. B. Kautschuk sein. Eine Stärke der Lippe 102 kann deutlich geringer als ihre Abmessung längs der Achse 8 sein. Die relativ geringe Stärke der Lippe 102 ermöglicht, dass der Luftstrom in und/oder aus der pneumatischen Kammer 40 die Lippe 102 durch Verbiegen verschwenkt. Die Lippe 102 ist beispielsweise elastisch in die ausgeklappte Stellung vorgespannt. In einer Grundstellung ist das Ventil 100 geschlossen. In dieser Ausgestaltung ist es ausreichend, dass der Luftstrom in die pneumatischen Kammer 40 das Verbiegen bewirkt.
-
Die Lippe 102 und der Befestigungsabschnitt 103 können ein einteiliges, monolithisches oder ein in einem Stück gespritztes Bauelement aus demselben Material, z. B. Kautschuk sein. Ein Bereich in dem die schwenkbare Lippe 102 in den gegenüber dem Döpper 20 unbeweglichen Befestigungsabschnitt 103 übergeht, kann von der pneumatischen Kammer 40 weiter entfernt sein, als der Kontaktabschnitt 113.
-
Ein Festkörpergelenk 107 kann die Lippe 102 mit dem Befestigungsabschnitt 103 verbinden. Das Festkörpergelenk 107 hat eine geringere Stärke als die Lippe 102, wodurch eine Schwenkbewegung vorwiegend um das Festkörpergelenk 107 erfolgt.
-
Das zweite Dichtelement 44 kann zu dem hinteren Anschlag 29 axial, entgegen der Schlagrichtung 9 versetzt angeordnet und kann beispielsweise ein in der Führung 28 stationär gelagerter Dichtring sein. Der Dichtring 44 ist beispielsweise in die Hülse 29 eingesetzt und schließt bündig mit einem hinteren Ende 75 des Döppers 20 ab. Das hintere Ende 75 des Döppers 20 hat beispielsweise einen geringeren Durchmesser als der mittlere Abschnitt 33.
-
8 zeigt eine Ausgestaltung bei der die Lippe 102 in einem separaten Befestigungsabschnitt 103 drehbar gelagert befestigt ist. Der Befestigungsabschnitt 103 hat eine Lagerschale 116, in die ein Lagerkopf 117 der Lippe 102 eingesetzt ist.
-
9 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Ventils 100. Auf der von der pneumatischen Kammer 40 entfernten Seite erhebt sich von dem Befestigungsabschnitt 103 in radialer Richtung ein Anschlag 118. Die Lippe 102 liegt mit einem Abschnitt ihrer von der pneumatischen Kammer 40 abgewandten Fläche 114 an dem Anschlag 118 an, wenn der Lippendichtring 101 aufgeklappt ist. In der eingeklappten Stellung ist die Lippe 102 von dem Anschlag oder Bezugszeichen weggeschwenkt (gestrichelter Darstellung). Der Anschlag 118 an dem Döpper 20 begrenzt in die Schwenkbewegung der Lippe 102. Die Ausführungsform mit dem Anschlag 118 ist beispielhaft mit einer drehgelagerten Lippe 102 dargestellt, kann gleichermaßen auch für ein durch ein Festkörpergelenk 107 oder über ihre Länge biegsame Lippe 102 verwendet werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist das Dichtelement 101 in der Innenwand verankert und die Lippe 102 berührt den Döpper 20.
-
10 zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform mit einer hinteren Luftfeder 40, einer vorderen Luftfeder 120 und wenigstens dem Ventil 100 zum Steuern des Verhaltens des Döppers 20. Bei einer Vorwärtsbewegung, d. h. in Schlagrichtung 9 des Döppers 20 wird das Volumen der hinteren pneumatischen Kammer 40 vergrößert und das Volumen der vorderen pneumatischen Kammer 120 verringert. Das in der vorderen pneumatischen Kammer 120 verdrängt Luftvolumen kann durch das Ventil 100 in die hintere pneumatische Kammer 40 strömen. Bei einer Rückwärtsbewegung, d. h. entgegen der Schlagrichtung 9 des Döppers 20 erhöht sich das Volumen der vorderen pneumatischen Kammer 120 und verringert sich das Volumen der hinteren pneumatischen Kammer 40. Die Federkraft der hinteren Luftfeder 40 und der vorderen Luftfeder 120 wird in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Döppers 20 gesteuert. Das Ventil 100 verhindert einen Luftstrom, welcher den in der hinteren pneumatischen Kammer 40 erhöhten Druck und den in der vorderen pneumatischen Kammer 120 verringerten Druck ausgleichen würde. Die Rückwärtsbewegung erfolgt daher gegen die Federkraft der beiden Luftfedern 40 und 120 und wird gebremst. Die Federkraft der Luftfedern 40, 120 kann verschieden sein, die auf Druck belastete hintere Luftfeder 40 kann eine größere bremsende Wirkung als die vordere Luftfeder 120 entfalten.
-
Die vordere pneumatische Kammer 120 der vorderen Luftfeder hat eine wenigstens teilweise radial verlaufende, vordere Innenwand 131, welche durch die Führung 28 gebildet wird, und eine wenigstens teilweise radial verlaufende, hintere Innenwand 132, welche durch den Döpper 20 gebildet wird. Die hintere pneumatische Kammer 40 der hinteren Luftfeder hat eine wenigstens teilweise radial verlaufende, vordere Innenwand 41, welche durch den Döpper 20 gebildet wird, und eine wenigstens teilweise radial verlaufende, hintere Innenwand 42, welche durch die Führung 28 gebildet wird. In radialer Richtung nach Außen sind die pneumatischen Kammern 40, 120 durch die Innenwand 32 des zylindrischen oder prismatischen Führungsrohr 31 abgeschlossen. In radialer Richtung nach Innen sind die pneumatischen Kammern 40, 120 durch den Döpper 20 abgeschlossen. In dem radialen Spalt 35 für die gleitende Bewegung des Döppers 20 in der Führung 28 sind axial zueinander versetzt ein erstes Dichtelement 43 und ein zweites Dichtelement 44 angeordnet, um die hintere pneumatische Kammer 40 luftdicht zu versiegeln. Die vordere und die hintere Innenwand 41, 42 der hinteren pneumatischen Kammer 40 sind längs der Achse 8 zwischen dem ersten Dichtelement 43 und dem zweiten Dichtelement 44 angeordnet. Ein drittes Dichtelement 133 ist in Schlagrichtung 9 vor der vorderen Innenwand 131 der vorderen pneumatischen Kammer 120 angeordnet. Die vordere und die hintere Innenwand 131, 132 der vorderen pneumatischen Kammer 120 liegen entlang der Achse 8 innerhalb des ersten Dichtelements 43 und des dritten Dichtelements 133.
-
Die über den Luftkanal 134 gekoppelte vordere und hintere pneumatische Kammer 40, 120 haben ein konstantes gegenüber der Umgebung abgeschlossenes Luftvolumen, wobei eine Aufteilung des Luftvolumens auf die beiden Kammern 40, 120 in Abhängigkeit der momentanen Stellung des Döppers 20 variiert.
-
11 zeigt eine Ausführungsform mit einem stationären Ventil 180 bei einer pneumatischen Kammer 40 deren Volumen sich bei Bewegung des Döppers 20 in Schlagrichtung 9 vergrößert. Der Aufbau des Ventils 180 kann dem Ventil 100 entsprechen. Ein Lippendichtring 181 des Ventils 180 ist in der Führung 28 befestigt und beispielsweise in einer Ringnut einer in das Führungsrohr 31 eingeschobenen Hülse 29 eingesetzt. Eine ringförmige, schwenkbare Lippe 182 ist gegenüber der Achse 8 geneigt und entfernt sich in Richtung zu der pneumatischen Kammer 40 von der Führung 28. In der dargestellten Ausführungsform kann die schwenkbare Lippe 182 den Döpper 20 in einer ausgeklappten Stellung berühren. Beispielhaft berührt die schwenkbare Lippe 182 den Döpper 20 an dessen Endabschnitt 76 mit geringerem Durchmesser. Ein Luftstrom in die pneumatische Kammer 40 verschwenkt die Lippe 182 Weg von den Döpper 20, wodurch das Ventil 180 geöffnet wird. Das erste Dichtelement 43 auf dem Umfang des mittleren Abschnitts 33 kann ein permanent abdichtendes Dichtelement oder ein Ventil sein, welches beispielsweise in eine Ringnut 160 in dem mittleren Abschnitt eingesetzt ist.
-
Die Geschwindigkeit des Döppers 20 in Schlagrichtung 9 liegt etwa im Bereich von 1 m/s bis 10 m/s bei einem Leerschlag. Entsprechend schnell vergrößert sich das Volumen der pneumatischen Kammer 40. Durch das geöffnete Ventil 100 strömt Luft in pneumatische Kammer 40 mit einer hohen Rate ein, so dass sich rasch ein Druckausgleich einstellt. Das Ventil 50 gibt hierfür in seiner geöffneten Stellung eine durchströmbare Fläche (hydraulische Fläche) frei, welche wenigstens 1/30, vorzugsweise wenigstens 1/20, oder wenigstens 10% der ringförmigen, effektiven Querschnittsfläche des Volumens der pneumatischen Kammer 40 beträgt. Die hydraulische Fläche ist senkrecht zu der Strömungsrichtung in dem Ventil 50 definiert. Die effektive Querschnittsfläche ist das Differential des Volumens nach der Bewegungsrichtung, d. h. die Änderung des Volumens bestimmt sich aus dem Produkt der effektiven Querschnittsfläche und der Längsverschiebung des Döppers 20. Wenn der Döpper 20 an dem Döpperanschlag 30 reflektiert wird, kann seine Geschwindigkeit entgegen der Schlagrichtung 9 in gleicher Größenordnung von 1 m/s bis 10 m/s liegen. Das Ventil 100 schließt und die Kompression der geschlossenen pneumatischen Kammer 40 bremst den Döpper 20. Die Drosselöffnung 54 lässt nur einen geringen Luftstrom austreten, wodurch der Überdruck in der pneumatischen Kammer 40 aufrecht erhalten bleibt.
-
Bei einer langsamen Bewegung von weniger als 0,2 m/s entgegen der Schlagrichtung 9, typisch für ein neues Ansetzen des Meißels, kann die Luft mit einer ausreichenden Rate durch die Drosselöffnung 54 austreten, um einen Druckausgleich zu ermöglichen. Die Drosselöffnung 54 kann beispielsweise eine Bohrung durch die Wand des Führungsrohrs 31 sein. Die Fläche eines Strömungsquerschnitts (hydraulischer Querschnitt) der Drosselöffnung 54 ist um wenigstens zwei Größenordnungen geringer als die ringförmige Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer 40, z. B. kleiner als 0,5 Prozent. Die Drosselöffnung 54 ist beispielsweise größer als 1/2000 oder 1/1500 der ringförmigen Querschnittsfläche, um ein manuelles Einschieben des Döppers 20 zu ermöglichen. Der Strömungsquerschnitt oder die Querschnittsfläche der Drosselöffnung 54 ist an deren engster Stelle senkrecht zur Strömungsrichtung bestimmt. Bei der Bewegung des Döppers 20 ändert sich das Volumen der pneumatischen Kammer 40 proportional zu der Geschwindigkeit des Döppers 20 und zu der ringförmigen Querschnittsfläche des von der pneumatischen Kammer 40 umschlossenen Volumens. Soll die Drossel 54 die Volumenänderung ohne Druckänderung ausgleichen, muss die verdrängte Luft mit einer um das wenigstens Hundertfache der Geschwindigkeit des Döppers die Drossel 20 passieren. Die Strömungseigenschaften von Luft setzen der Strömungsgeschwindigkeit eine obere Grenze, weshalb ein Druckausgleich zwar bei einem langsamen aber bei nicht einem schnell bewegenden Döpper 20 möglich ist.
-
Alternativ zu einer gesonderten Drosselöffnung 54 kann das Ventil 100 als Drosselventil ausgelegt sein, das eine entsprechende Drosselöffnung in einer geschlossenen/drosselnden Stellung offen lässt. Beispielsweise kann das Lippendichtring 101 axial verlaufende Bohrungen 200 von einer der pneumatischen Kammer 40 zugewandten Seite zu einer der pneumatischen Kammer 40 abgewandten Seite aufweisen. Der Durchmesser der axialen Bohrungen kann beispielsweise einen Querschnitt aufweisen, dessen Fläche wenigstens zwei Größenordnungen geringer als in die Fläche des Strömungsquerschnitts (hydraulische Querschnitt) das geöffneten Ventils 100 ist, z. B. kleiner als 0,5% und z. B. größer als 0,05%.
-
Eine Drossel kann auch durch eine nicht vollständig an der Führung 31 abschließende Lippe 102 ermöglicht werden. Die Lippe kann Einkerbungen 201 an ihrem berührenden Abschnitt 113 aufweisen. Ein Strömungsquerschnitt der Drossel zwischen der Einkerbung 201 und der Führung 31 liegt in den obige angegebenen Grenzen von höchstens 1/100, z. B. kleiner 1/300 der effektiven Querschnittsfläche, d. h. in dem dargestellten Beispiel der ringförmigen Querschnittsfläche des Volumens der pneumatischen Kammer 40. Alternativ oder zusätzlich können Kanäle für die Drossel entlang des Befestigungsabschnitts 103 durch Rillen in dem Befestigungsabschnitt 103 oder dem Nutboden 106 eingebracht sein.
