DE19843644A1 - Rohrschlagwerk mit Rückholluftfeder - Google Patents

Abstract

Ein als Rohrschlagwerk bezeichnetes Luftfederschlagwerk weist ein Schlagwerkrohr (1) auf, in dem durchmessergleich ein Antriebskolben (2) und ein Schlagkolben (3) axial beweglich geführt sind. Die von einem Kurbeltrieb erzeugte Bewegung des Antriebskolbens (2) wird über eine Luftfeder in einer ersten Kammer (8) auf den Schlagkolben (3) übertragen, der zyklisch gegen einen Döpper (9) oder ein Werkzeug schlägt. Die Rückwärtsbewegung des vom Döpper (9) zurückprallenden Schlagkolbens (3) wird durch eine Erhöhung des Luftdrucks in einer dritten Kammer (12) unterstützt, die durch den Antriebskolben (2) über eine zweite Kammer (11) und einen Verbindungskanal (10) mit Luft versorgt wird.

Description

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.

Claims (10)

1. Luftfederschlagwerk, mit

• 1. einem Schlagwerkrohr (1);
• 2. einem in dem Schlagwerkrohr (1) geführten, axial hin und her treibbaren Antriebskolben (2);
• 3. einem, in eine Schlagrichtung gesehen, vor dem Antriebskolben (2) angeordneten, koaxial zu dem Antriebskolben in dem Schlagwerkrohr (1) geführ­ ten, axial beweglichen Schlagkolben (3);
• 4. einer vor einer Antriebsfläche (13) des Antriebskolbens (2) und hinter einer Rückfläche (18) des Schlagkolbens (3) angeordneten, von dem Schlag­ werkrohr (1) umschlossenen ersten Kammer (8);
• 5. einer hinter der Antriebsfläche (13) des Antriebskolbens (2) ausgebildeten zweiten Kammer (11); und mit
• 6. einer vor der Rückfläche (19) des Schlagkolbens (3) ausgebildeten dritten Kammer (12);

wobei die zweite Kammer (11) und die dritte Kammer (12) über einen Verbin­ dungskanal (10) in kommunizierende Verbindung bringbar sind.

2. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (11) von einer Rückfläche (14) des Antriebskolbens (2), einem am Schlagwerkrohr (1) befestigten hinteren Rohrboden (15) und dem Schlag­ werkrohr (1) umschlossen ist.

3. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Kammer (12) von einer Schlagfläche (16) des Schlagkolbens (3), einem am Schlagwerkrohr (1) befestigten vorderen Rohrboden (17) und dem Schlagwerkrohr (1) umschlossen ist.

4. Luftfederschlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskolben (2) einen die Antriebsfläche (13) und die Rückfläche (14) bildenden Kolbenteller (7), eine Halterung (5) zur Befesti­ gung an einem Antrieb und ein den Kolbenteller (7) mit der Halterung (5) verbin­ dendes Mittelglied (6) aufweist.

5. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Rohrboden (15) zwischen dem Kolbenteller (7) und der Halte­ rung (5) des Antriebskolbens (2) angeordnet ist und von dem Mittelglied (6) des Antriebskolbens (2) durchdrungen wird.

6. Luftfederschlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die erste Kammer (8) mit dem Verbindungskanal (10) verbindender Leerlaufkanal (22) vorgesehen ist.

7. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkolben (3) in einem Schlagbetrieb den Leerlaufkanal (22) abdeckt und eine Mündungsstelle (21) des Verbindungskanals (10) in die dritte Kammer (12) freilegt, während der Schlagkolben (3) in einem Leerlaufbetrieb den Leerlauf­ kanal (22) freilegt und die Mündungsstelle (21) abdeckt.

8. Luftfederschlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein in axialer Richtung erstreckender Teil des Ver­ bindungskanals (10) dicht entlang einer den Antriebskolben (2) und den Schlag­ kolben (3) führenden Innenseite (23) des Schlagwerkrohrs (1) geführt wird.

9. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Teil des Verbindungskanals (10) in einem das Schlagwerkrohr (1) um­ gebenden zweiten Rohr angeordnet ist.

10. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer hinter dem Antriebskolben (2) angeordnet ist.