DE19828426C2 - Antriebskolben mit geringer Wandstärke für ein Luftfederschlagwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebskolben sowie ein zugehöriges Luftfederschlagwerk.

Unter den heute üblichen Schlagwerkstypen für Bohr- oder Schlaghämmer hat sich sich vor allem eine Bauart bewährt, bei der ein als Hohlkolben ausgeführ­ ter Antriebskolben über einen Kurbeltrieb in eine oszillierende Axialbewegung versetzt wird. Im Inneren des im Gehäuse des Hammers geführten Antriebskol­ bens wird ein massiver Schlagkolben bewegt, der an dem offenen Ende des hohlen Antriebskolbens vorsteht und zyklisch ein Meißelwerkzeug oder einen zwischengeschalteten Döpper beaufschlagt. In einem Hohlraum zwischen dem Schlagkolben und dem Antriebskolben bildet sich dazu eine Luftfeder aus, die die aufgezwungene Bewegung des Antriebskolbens auf den Schlagkolben wei­ terleitet und diesen gegen das Werkzeug treibt.

Das Schlagwerk nimmt verhältnismäßig wenig Bauraum in Anspruch und ist kostengünstig herzustellen. Darüber hinaus erreicht der Schlagkolben eine hohe Stoßgeschwindigkeit. Besonders vorteilhaft ist auch das zuverlässige An­ laufverhalten des Schlagwerks aus dem Leerlauf.

Als nachteilig hat sich jedoch die hohe Masse des Antriebskolbens erwiesen, da dieser durch den Antrieb auch im Leerlauf hin- und herbewegt wird, d. h. in einem Zustand, in dem das Werkzeug kein Material bearbeitet. Die verhältnis­ mäßig großen schwingenden Massen erschweren das Handhaben des Hammers im Leerlauf.

Aus der US 3,456,740 ist ein Schlagwerk mit doppelt wirkender Luftfeder be­ kannt. In einem Antriebskolben ist ein Luftausgleichsschlitz vorgesehen, der von einem im Inneren des Antriebskolbens hin- und herbeweglichen Schlagkol­ ben derart überfahrbar ist, daß wechselweise die vordere und die hintere Luft­ feder mit der Umgebung in Verbindung gebracht werden. Dadurch werden die Luftfedern nach jedem Schlag aufgeladen. Derartige Doppel-Luftfederschlag­ werke erfordern jedoch großen Bauraum und können nicht im Leerlauf betrie­ ben werden.

In der EP 0 014 760 A1 wird ein Luftfederschlagwerk mit hohlem Antriebskolben beschrieben, in dem ein Schlagkolben durch eine sich zwischen Antriebs­ kolben und Schlagkolben ausbildende Luftfeder angetrieben wird. Wenn der Hammer, in dem das Schlagwerk zur Anwendung kommt, von dem zu bearbei­ tenden Gestein abgehoben wird, verlagert sich der Schlagkolben so weit nach vorne, daß die Luftfeder über eine Leerlaufbohrung mit der Umgebung in Ver­ bindung bringbar ist. Das Aufladen der Luftfeder im Schlagbetrieb erfolgt über eine radiale Bohrung in einer Führungshülse des Antriebskolbens, die über ei­ nen ortsfesten Schlitz angesteuert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der positiven Merkmale des Schlagwerks eine Reduktion der im Leerlauf auftretenden Vibrationen zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Luftfederschlagwerk gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Luftfederschlagwerks sind in den Unteransprüchen definiert.

Bei einem erfindungsgemäßen Antriebskolben für ein Luftfederschlagwerk mit einer Kolbenaufhängung, einem Kolbenboden und mit einer hohlzylindrischen Führungshülse ist in der Führungshülse wenigstens ein Luftausgleichsschlitz vorgesehen.

Der Antriebskolben wird bei einem Luftfederschlagwerk eingesetzt, bei dem ein Schlagkolben in der Führungshülse des Antriebskolbens axial hin- und herbe­ wegbar ist. Dabei weist der Luftausgleichsschlitz des Antriebskolbens eine grö­ ßere axiale Länge auf als der Schlagkolben, so daß ein zwischen dem Antriebs­ kolben und dem Schlagkolben ausgebildeter und eine Luftfeder umschließender Hohlraum mit einem vorderen Teil des Antriebskolbens, d. h. einer vorderen Stirnseite des hohlen Antriebskolbens in Verbindung gebracht werden kann.

Wenn dann der Antriebskolben von einem z. B. zum Gehäuse des Hammers gehö­ renden Führungsrohr weitgehend vollständig umschlossen geführt wird, kann die Luftfeder nach jedem Schlag über den Luftausgleichsschlitz belüftet werden, indem Luft von der Umgebung, d. h. von der Stirnseite des Antriebskolbens her in den Hohlraum eingesaugt wird. Der Luftausgleichsschlitz wird dabei durch das Führungsrohr an seiner radialen Außenseite abgedeckt, so daß eine Verbin­ dung zwischen dem Hohlraum und der Umgebung nur bei bestimmten Relativ­ stellungen zwischen dem Schlagkolben und dem Antriebskolben möglich ist, nämlich dann, wenn der Schlagkolben mit seiner gesamten Länge innerhalb der axialen Erstreckung des Luftausgleichsschlitzes liegt. Diese Anordnung ermög­ licht einen äußerst kompakten Aufbau des Schlagwerks, da auf jegliche radiale Belüftungsöffnungen verzichtet werden kann. Darüber hinaus läßt sich der An­ triebskolben mit einer minimalen Wandstärke und damit mit geringstmöglichem Gewicht ausführen, was das Entstehen von unerwünschten Schwingungen, ins­ besondere im Leerlauf, erheblich mindert.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Luftausgleichsschlitz sich in Axialrichtung der Führungshülse erstreckt. Beson­ ders vorteilhaft ist es daher, daß die Führungshülse eine möglichst geringe Wandstärke von weniger als 5% des Durchmessers der Führungshülse aufweist und mit Leerlauföffnungen versehen ist.

Soweit in dem Antriebskolben mehrere Leerlauföffnungen vorteilhafterweise in zwei Reihen zickzackförmig angeordnet sind und das Führungsrohr des Hammergehäuses einen zugeordneten Belüftungskanal aufweist, ist darüber hinaus ein zuverlässiger Wechsel zwischen Leerlauf und Schlagbetrieb möglich. Der Zeitpunkt, zu dem das Schlagwerk aufgrund einer Verlagerung des Werk­ zeugs und damit des Schlagkolbens nach vorne in den Leerlauf übergeht, läßt sich durch die Lage des Belüftungskanals und der Leerlauföffnungen präzise einstellen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht und einen Querschnitt des erfindungs­ gemäßen Antriebskolbens;

Fig. 2 einen Teilschnitt durch einen Bohrhammer mit einem Luftfeder­ schlagwerk, bei dem der erfindungsgemäße Antriebskolben aus Fig. 1 zur Anwendung kommt; und

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Antriebskolben 1 in Seitenansicht und im Querschnitt.

Der Antriebskolben 1 ist aus Stahl hergestellt und weist eine hohlzylindrische Führungshülse 1a auf. Die Führungshülse 1a ist an einer Stirnseite 1b - in Fig. 1 am unteren Ende - offen und an der anderen Stirnseite durch einen Kolben­ boden 2 abgedeckt. Vom Kolbenboden 2 erstreckt sich eine Kolbenaufhängung 3 in Form von zwei Stegen, die jeweils quer zur Axialrichtung des Antriebskolbens 1 von Bohrungen 4 durchdrungen sind. In die Bohrungen 4 wird - wie später anhand von Fig. 2 erläutert wird - ein Pleuelzapfen eingeschoben, der den Antriebskolben 1 mit einem Pleuel gelenkig verbindet.

In der Führungshülse 1a sind drei um 120° zueinander versetzte Luftausgleichs­ schlitze 5 vorgesehen, die sich in Axialrichtung der Führungshülse 1a erstrecken. Die Luftausgleichsschlitze 5 dienen dazu, eine sich im Inneren der Führungshülse 1a ausbildende Luftfeder nach jedem Schlagzyklus mit frischer Luft zu versorgen.

Weiterhin sind in der Führungshülse 1a Leerlauföffnungen 6 ausgebildet, die in zwei axialen Reihen 7, 8 zickzackförmig angeordnet sind. Dabei ist der Abstand der einzelnen Leerlauföffnungen 6 zueinander so bemessen, daß eine in Gedan­ ken tangential an die Führungshülse 1a angelegte Kante bei einer Axial­ bewegung von den Leerlauföffnungen 6 derart überfahren werden kann, daß im Bereich der Kante permanent eine Verbindung zwischen dem Inneren der Führungshülse 1a und ihrem Äußeren besteht. Dazu sind jeweils wenigstens zwei Leerlauföffnungen 6 aus verschiedenen Reihen 7, 8 zueinander benachbart, wobei die Mittelpunkte der betreffenden Leerlauföffnungen 6 in Axialrichtung der Führungshülse 1a einen Abstand aufweisen, der kleiner ist als das Mittel der Durchmesser der betreffenden Leerlauföffnungen 6, wie auch aus Fig. 1 erkennbar wird.

Die Führungshülse 1a weist eine extrem dünne Wand aus Stahl mit einer Dicke von weniger als 3 mm auf. Dadurch kann das Gewicht des Antriebskolbens 1 minimiert werden. Die Beibehaltung des Werkstoffs Stahl gewährleistet beson­ ders gute Verschleiß-, Notlauf und Dichtungseigenschaften.

Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch einen Bohrhammer, bei dem der erfindungs­ gemäße Antriebskolben 1 in einem Luftfederschlagwerk verwendet wird. Fig. 3 ist eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 2 und dient der Verdeutlichung der Schlagwerksdarstellung.

Im oberen Drittel der Fig. 2 und 3, d. h. oberhalb einer durchgehenden strich­ punktierten Linie ist eine im Schlagbetrieb auftretende Schlagstellung dargestellt. Unterhalb der strichpunktierten Linie ist der Leerlauf dargestellt, in dem das nicht dargestellte Werkzeug von dem zu bearbeitenden Material abge­ hoben ist.

Über einen Elektromotor 10 wird ein Kurbelwellenzahnrad 11 drehend angetrie­ ben, das mit einer in einem Hammergehäuse 12 drehend gelagerten Kurbel­ wellenscheibe 13 eine Kurbelwelle bildet, die ein aus Kunststoff bestehendes Pleuel 14 antreibt.

Das Pleuel 14 ist an seinem anderen Ende über einen Pleuelzapfen 15 mit der Kolbenaufhängung 3 des erfindungsgemäßen Antriebskolbens 1 gelenkig verbun­ den und bewegt dadurch bei entsprechender Drehbewegung der Kurbelwelle den Antriebskolben 1 mit seinem Kolbenboden 2 und der Führunghülse 1a axial in einem zum Hammergehäuse 12 gehörenden Führungsrohr 16 hin und her.

Im Inneren der Führungshülse 1a ist ein Schlagkolben 17 axial beweglich ange­ ordnet, der einen ebenfalls axial beweglichen Döpper 18 in an sich bekannter Weise zyklisch gegen ein nicht dargestelltes Werkzeug schlägt. Dazu wird in ei­ nem Hohlraum 19 zwischen dem Antriebskolben 1 und dem Schlagkolben 17 eine Luftfeder aufgebaut, die die durch den Kurbeltrieb aufgezwungene Bewegung des Antriebskolbens 1 auf den Schlagkolben 17 überträgt. Bei Rück­ bewegung des Antriebskolbens 1 unterstützt die Luftfeder durch Saugwirkung die durch den Rückprall des Schlagkolbens 17 von dem Werkzeug bzw. dem Döpper 18 hervorgerufene Rückbewegung des Schlagkolbens 17.

Der Antriebskolben 1 ist mit seiner Führungshülse 1a in dem Führungsrohr 16 gleitend geführt. Wie bereits beschrieben, ist die Führungshülse 1a extrem dünnwandig und weist die Luftausgleichsschlitze 5 auf, die über die vordere Stirnseite 1b des Antriebskolbens 1 mit der Umgebungsluftatmosphäre im Inneren des Hammergehäuses 12 in Verbindung bringbar sind.

Die Luftausgleichsschlitze 5 werden vollständig durch das Führungsrohr 16 an ihrer radialen Außenfläche abgedeckt und führen bei entsprechender Relativ­ stellung von Antriebskolben 1 und Schlagkolben 17 die Luft zu dem Hohlraum 19 in Axialrichtung zu. Die Luftausgleichsschlitze 5 weisen eine größere Axiallänge auf als der Schlagkolben 17. Wie besonders deutlich in der vergrößer­ ten Darstellung von Fig. 3 erkennbar ist, ermöglicht dies, daß die Luft an dem Schlagkolben 17 vorbei durch die Luftausgleichsschlitze 5 geführt werden kann, wenn der Schlagkolben 17 mit seiner Gesamtlänge innerhalb der Axiallänge der Luftausgleichsschlitze 5 steht.

Nachfolgend wird der Schlagbetrieb des erfindungsgemäßen Luftfederschlag­ werks anhand der oberhalb der strichpunktierten Linie in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schlagstellung erläutert.

Die betreffende Darstellung zeigt den Moment, in dem der Antriebskolben 1 durch das Pleuel 14 und den Kurbeltrieb in seiner linke Extremstellung ent­ sprechend einem vorderen Totpunkt bewegt worden ist. Aufgrund der sich in dem Hohlraum 19 ausbildenden Luftfeder wird der Schlagkolben 17 nach vorne gegen den Döpper 18 geschlagen, der wiederum die Schlagenergie an das nicht dargestellte Werkzeug weiterleitet.

Wie in der Figur erkennbar ist, steht in diesem Moment der Hohlraum 19 über die Luftausgleichsschlitze 5 mit der Umgebungsatmosphäre, zumindest aber mit der vorderen Stirnseite 1b des Antriebskolbens 1 in Verbindung, so daß Luft in den Hohlraum 19 einströmen und die Luftfeder wieder aufladen kann.

Der Antriebskolben 1 wird anschließend durch den Kurbeltrieb nach rechts bewegt, wodurch weiterhin Luft über die Luftausgleichsschlitze 5 eingesaugt wird. Der Schlagkolben 17 prallt vom Döpper 18 zurück und folgt mit einer ge­ wissen zeitlichen Verzögerung der Bewegung des Antriebskolbens 1. Er wird dar­ über hinaus durch den im Hohlraum 19 entstehenden Unterdruck zurückge­ saugt. Wenn der Schlagkolben 17 eine hintere Steuerkante 5a der Luftaus­ gleichsschlitze 5 überfahren hat, ist der Hohlraum 19 gegenüber der Umgebung wieder abgedichtet, so daß sich bei der nächsten Vorwärtsbewegung des An­ triebskolbens 1 die Luftfeder erneut ausbilden kann.

Wenn der Bediener den Hammer nicht mit der normalerweise erforderlichen Kraft gegen das zu bearbeitende Material andrückt, ist es möglich, daß der Auf­ schlagpunkt des Schlagkolbens 17 auf den Döpper 18 etwas nach vorne rutscht. Dabei wird noch nicht die später beschriebene Leerlaufstellung erreicht. Viel­ mehr überfährt dann der Schlagkolben 17 mit seiner vorderen Kante eine vorde­ re Steuerkante 5b der Luftausgleichsschlitze 5, wodurch die Verbindung zwi­ schen dem Hohlraum 19 und der Umgebung wieder unterbrochen wird, so daß nach dem Befüllen der Luftfeder im Hohlraum 19 keine weitere Luft mehr in den Hohlraum 19 eindringen kann. Dies bewirkt, daß die Füllmenge der Luftfeder im Hohlraum 19 relativ konstant bleibt, was zu einer weitgehend konstanten Schlagwirkung im darauf folgenden Schlag führt. Im Gegensatz dazu ist es bei aus dem Stand der Technik bekannten Geräten häufig möglich, daß in einem solchen Fall das Luftfedervolumen durch die Verlagerung des Schlagkolbens nach vorne vergrößert wird, was im nachfolgenden Schlagzyklus zu einer gerin­ geren Schlagwirkung, zumindest aber zu einem unregelmäßigen Schlag, führt.

Unterhalb der strichpunktierten Linie in den Fig. 2 und 3 wird das Luftfeder­ schlagwerk in Leerlaufstellung gezeigt.

Wie bereits erläutert, sind in dem Antriebskolben 1 Leerlauföffnungen 6 in zick­ zackförmiger Anordnung ausgebildet. Die Leerlaufstellung wird dadurch erreicht, daß das Werkzeug von dem zu bearbeitenden Material abgehoben wird und das Werkzeug daher etwas aus dem Hammer herausrutschen kann. Der Döpper 18 folgt der Bewegung des Werkzeugs und verschiebt sich in die in den Figuren dargestellte linke bzw. vordere Extremstellung. Dies gilt gleichfalls für den Schlagkolben 17, so daß der Schlagkolben 17 mit einer an seiner hinteren Stirnfläche liegenden Schlagkolbenhinterkante 17a eine Steuerkante 20 eines in dem Führungsrohr 16 ausgebildeter, sich in Axialrichtung erstreckenden Belüf­ tungskanals 21 überfährt. Die Leerlauföffnungen 6 ermöglichen praktisch ge­ nau in dem Zeitpunkt, in dem die Schlagkolbenhinterkante 17a die Steuerkante 20 überfährt, eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 19 und der Umgebung, wodurch der Hohlraum 19 belüftet wird und kein wirksamer Druckaufbau mehr möglich ist. Das Schlagwerk gerät in Leerlaufstellung. Erst durch das Wieder­ aufsetzen des Werkzeugs und damit das Zurückbewegen des Döppers 18 und des Schlagkolbens 17 kann erneut die Steuerkante 20 von der Schlagkolbenhin­ terkante 17a überfahren werden, wodurch die Verbindung zwischen Hohlraum 19 und Belüftungskanal 21 unterbrochen wird. Das Schlagwerk nimmt dann sei­ nen Betrieb wieder auf.

Außer der Schlagbewegung kann durch den dargestellten Bohrhammer auch eine Drehbewegung auf das Werkzeug ausgeübt werden. Zu diesem Zweck ist auf der Kurbelwelle ein Kegelritzel 22 aufgeschrumpft, das mit einem Kegelrad 23 kämmt. Die Drehbewegung des Kegelrads 23 wird über eine an sich bekannte Sicherheitskupplung 24 auf eine Königswelle 25 übertragen, von wo aus sie auf nicht dargestellte, aber bekannte Weise auf das Werkzeug aufgezwungen wird.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Luftausgleichsschlitze 5 ersetzen die bisher üblichen Luftausgleichstaschen an der Innenwandung der Führungshülse 1a. Dies erlaubt es, die Wandstärke der Führungshülse 1a zu minimieren und daher erheblich Gewicht zu sparen, was sich vorteilhaft auf das Vibrationsverhalten des Schlagwerks im Leerlauf auswirkt. Weiterhin wird bei der Herstellung Material gespart, wodurch sich die Herstellkosten reduzieren lassen.

Claims (5)

1. Luftfederschlagwerk für einen Schlag- und/oder Bohrhammer, mit
einem axial hin- und herbewegbaren Antriebskolben (1), der eine hohlzy­ lindrische Führungshülse (1a), einen Kolbenboden (2) und eine Kolbenaufhän­ gung (3) aufweist;
mit einem in der Führungshülse (1a) axial hin- und herbewegbaren Schlagkolben (17); und mit
einem zwischen dem Antriebskolben (1) und dem Schlagkolben (17) aus­ gebildeten und eine Luftfeder umschließenden Hohlraum (19); wobei
in der Führungshülse (1a) wenigstens ein Luftausgleichsschlitz (5) vorge­ sehen ist, der eine Länge aufweist, die größer als die axiale Länge des Schlag­ kolbens (17) ist,
die Führungshülse (1a) von einem Führungsrohr (16) geführt wird, das den Luftausgleichsschlitz (5) an dessen radialer Außenseite abdeckt;
der Hohlraum (19) über den Luftausgleichsschlitz (5) mit einer vorderen Stirnseite (1b) des Antriebskolbens (1) in Verbindung bringbar ist.

2. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (1a) eine Wandstärke von weniger als 5% des Durchmessers der Führungshülse (1a) aufweist.

3. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Führungshülse (1a) wenigstens eine Leerlauföffnung (6) vorgesehen ist.

4. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Führungshülse (1a) Leerlauföffnungen (6) vorgesehen sind und daß die Leerlauföffnungen (6) in zwei nebeneinander liegenden Reihen (7, 8) in Axial­ richtung der Führungshülse (1a) angeordnet sind, wobei jeweils wenigstens zwei Leerlauföffnungen (6) aus verschiedenen Reihen (7, 8) zueinander benachbart sind und die Mittelpunkte der betreffenden Leerlauföffnungen (6) in Axialrich­ tung der Führungshülse (1a) einen Abstand aufweisen, der kleiner ist als das Mittel der Durchmesser der betreffenden Leerlauföffnungen (6).

5. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Führungsrohr (16) wenigstens ein Belüftungskanal (21) vorgesehen ist, der bei Bewegung des Antriebskolbens (1) von den Leerlauföffnungen (6) überfahrbar ist.