Die Erfindung betrifft ein Luftfederschlagwerk, insbesondere ein sogenanntes
Rohrschlagwerk, bei dem ein Antriebskolben und ein Schlagkolben durchmes
sergleich in einem Schlagwerkrohr geführt sind.
Derartige Schlagwerke werden üblicherweise bei größeren Bohr- oder Schlag
hämmern eingesetzt. Dabei wird ein Antriebskolben über einen Kurbeltrieb
oszillierend in einem Schlagwerkrohr angetrieben. Zwischen dem Antriebskolben
und einem ebenfalls in dem Schlagwerkrohr geführten Schlagkolben bildet sich
eine Luftfeder aus, die die Antriebsbewegung des Antriebskolbens auf den
Schlagkolben überträgt und diesen in eine Schlagrichtung treibt, wo er
schließlich auf ein Werkzeug, z. B. einen Meißel, auftrifft und seine
Schlagenergie überträgt. Danach prallt der Schlagkolben zurück und es beginnt,
unterstützt durch den Antriebskolben, eine neue Schlagbewegung.
Neben verschiedenen anderen Luftfederschlagwerktypen hat sich das sogenannte
Rohrschlagwerk in der Praxis bewährt, bei dem der Antriebskolben und der
Schlagkolben den gleichen Durchmesser aufweisen und gemeinsam in einem
Schlagwerkrohr mit konstantem Durchmesser geführt sind. Die Vorteile dieses
Schlagwerktyps liegen in einem relativ guten Übergang zwischen Schlagbetrieb
und Leerlaufbetrieb, einer geringen Vibrationsneigung im Leerlauf aufgrund
eines leichten Antriebskolbens und guten Leerlaufeigenschaften. Nachteile des
Schlagwerks liegen darin, daß in bestimmten Betriebszuständen die Rück
bewegung des Schlagkolbens nach erfolgtem Schlag nicht ausreicht, um nachfol
gend erneut einen kraftvollen Schlag auszuführen. Weiterhin weist das Schlag
werk schlechte Kaltstarteigenschaften auf und benötigt, beim Start aus tiefen
Temperaturen, bis zu einigen Minuten bis zur vollen Funktionsfähigkeit.
Zur Behebung dieser Nachteile wurde in der DE-GM-87 08 167 ein Rohrschlag
werk vorgeschlagen, bei dem neben dem eigentlichen Schlagwerk ein Verdich
tungszylinder angeordnet ist, in dem ein darin befindlicher Verdichtungskolben
eine zu dem Antriebskolben gegenläufige Bewegung ausführt. Dadurch werden
eine weitgehende Unabhängigkeit vom Rückstoß des Schlagkolbens sowie ver
besserte Kaltstarteigenschaften erreicht. Jedoch erfordert der Aufbau einen gro
ßen zusätzlichen Aufwand, was sich in den Kosten, im räumlichen Platzbedarf,
im Gewicht und in der Wartung des Schlagwerks niederschlägt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftfederschlagwerk anzugeben,
bei dem die Rückstoßunabhängigkeit und die Kaltstarteigenschaften weiter
verbessert sind, während der Aufbau für eine wirtschaftliche Herstellung und
Wartung besonders einfach gestaltet sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Luftfederschlagwerk, mit
einem Schlagwerkrohr; einem in dem Schlagwerkrohr geführten, axial hin und
her treibbaren Antriebskolben; einem, in eine Schlagrichtung gesehen, vor dem
Antriebskolben angeordneten, koaxial zu dem Antriebskolben in dem Schlag
werkrohr geführten, axial beweglichen Schlagkolben; einer vor einer Antriebs
fläche des Antriebskolbens und hinter einer Rückfläche des Schlagkolbens
angeordneten von dem Schlagwerkrohr umschlossenen ersten Kammer; einer
hinter der Antriebsfläche des Antriebskolbens ausgebildeten zweiten Kammer;
und mit einer vor der Rückfläche des Schlagkolbens ausgebildeten dritten
Kammer; wobei die zweite Kammer und die dritte Kammer über einen Verbin
dungskanal in kommunizierende Verbindung bringbar sind.
Die Gestaltung des Luftfederschlagwerks ermöglicht es, daß der Antriebskolben
bei einer Vorwärtsbewegung über eine sich in der ersten Kammer ausbildende
Luftfeder seine Energie an den Schlagkolben und damit indirekt an das Werk
zeug weitergeben kann. Bei einer Rückbewegung des Antriebskolbens baut sich
in der hinter dem Antriebskolben gelegenen zweiten Kammer ein Luftdruck auf,
der über den Verbindungskanal zu der vor dem Schlagkolben gelegenen dritten
Kammer geführt wird. Dadurch wird, bei Rückbewegung des Antriebskolbens,
die Rückbewegung des Schlagkolbens unabhängig von dessen Rückstoß nach
dem Schlag und der über die erste Kammer übertragenen Saugwirkung des
Antriebskolbens unterstützt. Eine zuverlässige Rückbewegung des Schlag
kolbens auch unter schwierigen Betriebsbedingungen ist die Folge, so daß bei
erneuter Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens ein weiterer kraftvoller Schlag
ausgeführt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Kammer
von einer Rückfläche des Antriebskolbens, einem am Schlagwerkrohr befestigten
hinteren Rohrboden und dem Schlagwerkrohr umschlossen, während die dritte
Kammer von einer Schlagfläche des Schlagkolbens, einem am Schlagwerkrohr
befestigten vorderen Rohrboden und dem Schlagwerkrohr umschlossen ist. Dies
ermöglicht es, daß die gegenüber dem Stand der Technik zusätzlichen Kammern
hinter dem Antriebskolben und vor dem Schlagkolben ohne besondere zusätz
liche Baumaßnahmen realisiert werden können.
Vorteilhafterweise ist dabei der Antriebskolben derart gestaltet, daß er einen die
Antriebsfläche und die Rückfläche bildenden Kolbenteller, eine Halterung zur
Befestigung an einem Antrieb, z. B. an einem Pleuel eines Kurbeltriebs, und ein
den Kolbenteller mit der Halterung verbindendes Mittelglied aufweist. Diese
Gestaltung ermöglicht es, daß zwischen dem Kolbenteller und der Halterung der
hintere Rohrboden angeordnet werden kann, wodurch sich in einfacher Weise
die zweite Kammer bildet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein die erste
Kammer mit dem Verbindungskanal verbindender Leerlaufkanal vorgesehen, der
in einem Schlagbetrieb vom Schlagkolben abgedeckt und in einem Leerlaufbe
trieb freigelegt wird. Dies ermöglicht es im Leerlaufbetrieb, in dem der Schlag
kolben aufgrund des sich in Richtung Gestein bewegenden Werkzeugs im
Schlagwerkrohr weiter nach vorne gleitet und dadurch eine Mündungsstelle des
Verbindungskanals in die dritte Kammer abdeckt, daß zwischen der zweiten
Kammer und der ersten Kammer eine Art Kurzschluß entsteht, so daß die nach
wie vor bestehende Pumpbewegung des Antriebskolbens zwar auf die zweite
Kammer wirkt, jedoch den Schlagkolben nicht erreicht.
Bei einer zusätzlichen, besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung
wird ein sich in axialer Richtung erstreckender Teil des Verbindungskanals dicht
entlang einer den Antriebskolben und den Schlagkolben führenden Innenseite
des Schlagwerkrohrs geführt. Durch die Bewegung des Antriebskolbens erwär
men sich die bewegten Luftmengen schnell und werden durch den Verbindungs
kanal gepreßt. Die Luftwärme kann dann im Verbindungskanal an das Schlag
werkrohr abgegeben werden, was zu einer zügigen Erwärmung des Schlag
werkrohrs, des im Schlagwerkrohr befindlichen Fettes und der Dichtstellen
zwischen dem Schlagwerkrohr und den Kolben führt, so daß bereits nach kurzer
Zeit die Betriebstemperatur erreicht wird.
Vorteilhafterweise wird der axiale Teil des Verbidungskanals in einem das
Schlagwerkrohr umgebenden zweiten Rohr geführt, wodurch die geforderte Nähe
des Verbindungskanals zu der Innenseite des Schlagwerkrohrs in baulich ein
facher Weise realisierbar ist.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend
unter Zuhilfenahme der begleitenden Figur näher erläutert. Die einzige Figur
zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Rohrschlagwerk
für einen Bohr- oder Schlaghammer, wobei in einer oberen Hälfte der Figur eine
Schlagstellung und in einer unteren Hälfte der Figur eine Leerlaufstellung dar
gestellt ist.
In einem als Gehäuse dienenden zylindrisch ausgebildeten Schlagwerkrohr 1
werden ein Antriebskolben 2 und ein Schlagkolben 3 axial beweglich geführt.
Selbstverständlich können das Schlagwerkrohr 1, der Antriebskolben 2 und der
Schlagkolben 3 außer einer in der Praxis zweckmäßigen zylindrischen Form
auch andere Formen aufweisen.
Der Antriebskolben 2 wird durch einen an sich bekannten Kurbeltrieb, von dem
in der Figur nur ein Pleuel 4 dargestellt ist, in eine axiale Oszillationsbewegung
versetzt. Das Pleuel 4 ist an einer Halterung 5 des Antriebskolbens 2 angelenkt.
Die Halterung 5 ist über ein Mittelglied 6 mit einem Kolbenteller 7 verbunden.
Der somit aus der Halterung 5, dem Mittelglied 6 und dem Kolbenteller 7 beste
hende Antriebskolben 2 kann - anders als in der Figur dargestellt - auch aus
mehreren Teilen zusammengebaut sein, wenn dies aus Fertigungs- oder Monta
gegründen zweckmäßig ist.
Zwischen dem Antriebskolben 2 und dem Schlagkolben 3 ist eine vom Schlag
werkrohr 1 umgebene erste Kammer 8 vorgesehen, in der sich im Ausgangs
zustand Luft mit Umgebungsatmosphäre befindet.
Zu Beginn des Schlagbetriebs bewegt sich der Antriebskolben 2 nach vorne, d. h.
- bezogen auf die Figur - nach links. Dadurch erhöht sich in der ersten Kammer
8 der Luftdruck, so daß sich eine Luftfeder ausbildet, die ihre Energie verzögert
auf den Schlagkolben 3 überträgt. Dieser wird schließlich ebenfalls nach vorne
beschleunigt und trifft auf einen nur schematisch dargestellten Döpper 9, wo die
Bewegungsenergie des Schlagkolbens 3 als Schlagenergie übertragen wird. Der
Döpper 9 gibt die Schlagenergie an ein nicht dargestelltes Werkzeug, z. B. einen
Meißel, weiter. Anstelle des Döppers 9 kann auch direkt ein Schaft des Werk
zeugs eingesetzt sein.
Nach dem Schlag prallt der Schlagkolben 3 zurück in Richtung Antriebskolben
2, der aufgrund des Kurbeltriebs sich bereits ebenfalls in Rückbewegung befin
det. Durch einen sich in der ersten Kammer 8 ausbildenden Unterdruck wird die
Rückwärtsbewegung des Schlagkolbens 3 unterstützt, bis der Antriebskolben 2
wieder in Vorwärtsbewegung gerät und ein neuer Schlagzyklus beginnt.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Rohrschlagwerken hat sich heraus
gestellt, daß bei bestimmten Betriebsbedingungen die Rückbewegung des
Schlagkolbens nur unbefriedigend verläuft und durch die Saugwirkung in der
ersten Kammer nicht ausreichend unterstützt wird. Dies führt dazu, daß der
Schlagkolben nicht weit genug zurückbewegt wird und den nachfolgenden
Schlag nicht mit der erforderlichen Energie durchführen kann. Ein unbefriedi
gendes Arbeitsergebnis und ein für den Bediener unregelmäßiges Verhalten des
Hammers sind die Folge.
Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verbindungskanal
10 vorgesehen ist, der eine zweite Kammer 11 mit einer dritten Kammer 12 in
kommunizierende Verbindung bringt.
Die zweite Kammer 11 ist - in Schlagrichtung gesehen - hinter einer Antriebs
fläche 13 des Antriebskolbens 2 angeordnet. Wie aus der Figur erkennbar ist,
wird die zweite Kammer 11 von einer am Kolbenteller 7 vorgesehenen Rückfläche
14, einem hinteren, zum Schlagwerkrohr 1 gehörenden Rohrboden 15, dem Mit
telglied 6 und dem Schlagwerkrohr 1 gebildet.
Die dritte Kammer 12 ist vor einer Rückfläche 19 des Schlagkolbens 3 angeord
net und wird von einer Schlagfläche 16 des Schlagkolbens 3, einem vorderen
Rohrboden 17 und dem Schlagwerkrohr 1 gebildet.
Zur Abdichtung der verschiedenen Trennfugen zwischen den beweglichen Teilen
sind weiterhin Dichtungen 18 vorgesehen. Die zweite und die dritte Kammer 11,
12 sind von der Umgebungsatmosphäre bzw. dem Kurbelraum getrennt.
Wenn nach Durchführung eines Schlags der Antriebskolben 2 in Rückwärts
bewegung versetzt wird, wird nicht nur - wie bereits aus dem Stand der Technik
bekannt - in der ersten Kammer 8 ein Unterdruck zum Rücksaugen des Schlag
kolbens 3 erzeugt, sondern auch in der zweiten Kammer 11 ein Überdruck, der
über den Verbindungskanal 10 zur dritten Kammer 12 geführt wird und dort auf
die Schlagfläche 16 des Schlagkolbens 3 wirkt. Eine Unterstützung der Rück
wärtsbewegung des Schlagkolbens 3 ist die Folge. Umgekehrt wird bei Vorwärts
bewegung des Antriebskolbens 2 auch die Vorwärtsbewegung des Schlagkolbens
3 verstärkt, da ein in der zweiten Kammer 11 entstehender Unterdruck ebenfalls
zur dritten Kammer 12 geführt wird.
Die Funktion der zwischen der Antriebsfläche 13 des Antriebskolbens 2 und der
Rückfläche 19 des Schlagkolbens 3 gebildeten ersten Kammer 8 wird dadurch
nicht beeinträchtigt.
Der Verbindungskanal 10 weist außer einer Mündungsstelle 20 in die zweite
Kammer 11 und einer Mündungsstelle 21 in die dritte Kammer 12 eine als Leer
laufkanal 22 dienende Mündungsstelle zur ersten Kammer 8 auf.
Im Schlagbetrieb ist der Leerlaufkanal 22 durch den Schlagkolben 3 abgedeckt.
Bei Übergang in den Leerlaufbetrieb bewegt sich jedoch der Schlagkolben 3 auf
grund des aus dem Gerät gleitenden Werkzeugs und Döppers 9 ebenfalls in
Richtung Gestein, wie in der unteren Hälfte der Figur dargestellt, wodurch der
Leerlaufkanal 22 freigelegt und die Mündungsstelle 21 des Verbindungskanals
10 in die dritte Kammer 12 abgedeckt wird.
Dies führt dazu, daß bei der weiteren Bewegung des Antriebskolbens 2 die Luft
aus der zweiten Kammer 11 nicht - wie im Schlagbetrieb - in die dritte Kammer
12, sondern in die erste Kammer 8 gepumpt wird, wo sie für einen Luftausgleich
und damit weitgehend konstanten Luftdruck sorgt. Der Schlagkolben 3 wird
dadurch in seiner vordersten Stellung gehalten.
Erst wenn der Bediener das Werkzeug wieder auf das Gestein aufsetzt, werden
der Döpper 9 und der Schlagkolben 3 nach hinten versetzt, wodurch der Leer
laufkanal 22 überfahren und die Mündungsstelle 21 freigegeben wird, so daß
der Schlagbetrieb von neuem beginnen kann.
Der in der Figur nur schematisch dargestellte Verbindungskanal 10 wird zweck
mäßigerweise so dicht wie möglich an einer Innenwand 23 des Schlagwerkrohrs
1 geführt. Die zwischen den Kammern 11, 12 hin und her gepumpte Luft
erwärmt sich bereits nach wenigen Sekunden des Betriebs aus dem Kaltstart.
Die Luftwärme kann über den Verbindungskanal 10 an das Schlagwerkrohr 1
und damit an die Innenwand 23 übertragen werden, wodurch die Fettschmie
rung zwischen dem Schlagwerkrohr 1 und den Kolben 2, 3 innerhalb kürzester
Zeit auf die erforderliche Betriebstemperatur gebracht wird. Somit erreicht das
erfindungsgemäße Luftfederschlagwerk bereits nach wenigen Sekunden seinen
Betriebszustand, was bei aus dem Stand der Technik bekannten Schlagwerken
oft mehrere Minuten erfordert.
Der Verbindungskanal 10 kann besonders einfach dadurch realisiert werden,
daß über das Schlagwerkrohr 1 ein nicht dargestelltes weiteres Rohr geschoben
wird, was z. B. auf seiner Innenseite Nuten trägt, die als Verbindungskanal 10
dienen können. Selbstverständlich sind dem Fachmann weitere Mittel geläufig,
um den Verbindungskanal 10 zu erzeugen.
Der Verbindungskanal 10 sollte zur Vermeidung unnötiger Strömungswiderstän
de mit möglichst großem Querschnitt ausgeführt werden. Unterstellt man, daß
er in der Innenwand eines zweiten Rohr gebildet wird, erscheint es zweckmäßig
ihn in Form von breiten, sich über einen größeren Winkelbereich erstreckenden
Taschen zu bilden. Dies würde nicht nur den Strömungswiderstand reduzieren,
sondern die Erwärmung des Schlagwerkrohrs 1 unterstützen und vergleichmä
ßigen.
Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, daß zur Vermeidung von den Betrieb
hindernden Drücken in einem Zwischenraum 24 hinter dem hinteren Rohrboden
15 eine zur Umgebung oder zum Kurbelgehäuse gerichtete Belüftungsöffnung 25
vorgesehen ist. Weiterhin weist das Schlagwerkrohr 1 eine Luftausgleichsöff
nung 26 mit geringem Querschnitt auf, um die Luftspaltverluste auszugleichen.
Die zweite Kammer 11 kann bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung
auch ein geringvolumig dimensionierter, mit der Mündungsstelle 20 verbunde
ner und zur Umgebung abgedichteter Raum sein, der hinter dem Antriebskolben
angeordnet ist und in dem zumindest ein Teil der Antriebseinrichtung für den
Antriebskolben vorgesehen ist.