DE2204160A1

DE2204160A1 - Pneumatic impact device

Info

Publication number: DE2204160A1
Application number: DE19722204160
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dipl.-Ing. Roztoky Krivoklatu; Lada Mirko Dipl.-Ing. Prag; Koudelka (Tschechoslowakei)
Original assignee: Narzadi, N.P., Prag
Priority date: 1971-02-01
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1972-08-10
Also published as: CS149009B1; AT330698B; DD95535A5; GB1361944A; SE366239B; CA944228A; DE2204160B2; ATA73772A; US3788404A; DE2204160C3

Description

Dip:· HTDip: · HT

M Qnchori -1., _;.:.:..JciLie. 10M Qnchori -1., _;.:.: .. Jci Lie. 10

233-18.233P(18.234H) 28. 1. 1972233-18.233P (18.234H) January 28, 1972

Naradi. narodni podnik. P r a h a (CSSR)

Pneumatisches SchlaggerätPneumatic impact device

Die Erfindung betrifft eine Ausbildung eines pneumatischen Schlaggerätes, die das Problem der Herabsetzung von Vibrationen löst, die auf den Handgriff des Gerätes während des Betriebes übertragen werden.The invention relates to a design of a pneumatic impact device that addresses the problem of reduction of vibrations that are transmitted to the handle of the device during operation.

Pneumatische Schlaggeräte weisen eine gewisse Beschleunigung der Schwingungsbewegung im ganzen Bereich
der meßbaren Schwingungen auf, was eine Folge des Grundprinzips ihrer Wirkungsweise und Ausbildung ist. Die Ursache des Schwingens ist die Kolbenbewegung im' Arbeitszylinder durch Wirkung von Druckluft, der Anschlag des Kolbens gegen das Arbeitswerkzeug, der Anschlag des Bundringes oder der Stirnwand des Arbeitswerkzeuges an den Werkzeugkörper, die Bewegung des Verteilungsorgans,welchesPneumatic impact devices show a certain acceleration of the vibratory movement in the whole area
the measurable vibrations, which is a consequence of the basic principle of their mode of action and training. The cause of the oscillation is the piston movement in the 'working cylinder through the action of compressed air, the stop of the piston against the working tool, the stop of the collar or the end wall of the working tool on the tool body, the movement of the distribution organ, which

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das Druckmedium in den Arbeitszylinder zuführt und eine Reihe weiterer Faktoren. Die einzelnen Wirkungen beeinflussen einander, sie kombinieren sich, und das Ergebnis sind Vibrationen, die für den Werktätigen vom hygienischen Standpunkt unerwünscht sind.the pressure medium feeds into the working cylinder and a number of other factors. The individual effects influence each other, they combine, and the result are vibrations that are common to the working people from the hygienic Viewpoint are undesirable.

Als Vibration des Werkzeuges wird allgemein der ganze Bereich mechanischer Schwingungen am pneumatischen Schlaggerät und seinen Teilen verstanden, ob dies schon die sogenannten Rückschläge sind, die durch die Erregerkraft verursacht sind oder ein Schwingen mit einer Schwingungszahl, die noch meßbar ist und ordnungsgemäß Zehntausende von Schwingungen in der Sekunde betragen kann» Das Schwingen mit verschiedenen Schwingungszahlen hat auf den Bedienenden einen verschiedenen Einfluß, der durch die Fähigkeit der verschiedenen Gewebe des menschlichen Organismus gegeben ist, diese Schwingungen zu übertragen und zu dämpfen. Wie weit eine gewisse Schwingungszahl fähig ist, die Gesundheit des Bedienenden zu beeinträchtigen, kann aus medizinischen Vorschriften entnommen werden, welche die Pegel der Beschleunigungsgrenze für jede Schwingungszahl oder für jeden Schwingungsbereich angeben, die noch zulässig sind. Gemäß diesen hygienischen Vorschriften sind die niedrigsten Schwingungszahlen die gefährlichsten j Schwingungszahlen, die höher sind als der mittlere Oktavenbereich 1000 Hz, werden nicht mehr auf den menschlichen Organismus übertragen und werden von hygienischen Vorschriften nicht erwähnt. Es sind somit vom hygienischen Standpunkt für die Beurteilung, ob das gegebene Gerät geeignet oder schädlich ist, die Schwingungszahlen bis zum mittleren Oktavenbereich 1000 Hz ausschlaggebend.The entire range of mechanical vibrations on the pneumatic impact device is generally used as the vibration of the tool and its parts understood whether these are the so-called setbacks caused by the excitation force are or an oscillation with an oscillation number that is still measurable and properly tens of thousands of Oscillations per second can be »The oscillation with different oscillation numbers has on the operator a different influence given by the ability of the different tissues of the human organism is to transmit and dampen these vibrations. How far a certain number of vibrations is capable of health of the operator can be taken from medical regulations, which the level specify the acceleration limit for each vibration number or for each vibration range that is still permissible are. According to these hygienic regulations, the lowest vibrations are the most dangerous j Vibration numbers that are higher than the middle octave range 1000 Hz, are no longer transmitted to the human organism and are hygienic Regulations not mentioned. There are thus from a hygienic point of view for assessing whether the given device suitable or harmful, the number of vibrations up to the middle octave range of 1000 Hz is decisive.

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Es sind derzeit verschiedene Konstruktionen pneumatischer Schlaggeräte und deren Teile bekannt, vor allem deren Handgriffe, die den Zweck haben, die Vibrationen des Gerätes herabzusetzen oder deren Übertragen auf den Bedienenden zu verhüten. Es sind dies verschiedene Anordnungen der Abfederung des Handgriffes gegenüber dem eigentlichen Mantel des Gerätes. Dieses Abfedern wird durch verschiedene Arten von Federn, elastischem Material-Luftpolster und Kombinationen einzelner Elemente erzielt, bis zu Handgriffen aus elastischem Material und dergleichen..There are currently various designs of more pneumatic ones Impact devices and their parts are known, especially their handles, which have the purpose of the vibrations of the device reduce or prevent their transmission to the operator. These are different arrangements of the cushioning of the handle compared to the actual jacket of the device. This cushioning is done in different ways of feathers, elastic material-air cushions and combinations individual elements, up to handles made of elastic material and the like ..

Alle diese bekannten Verfahren verringern Vibrationen überwiegend im Bereich der hohen Schwingungszahlen oberhalb des Bereiches, der durch hygienische Vorschriften erfaßt wird, das heißt, sie sind fähig, Vibrationen zu dämpfen, die für die Gesundheitsgefährdung des Bedienenden keine wesentliche Bedeutung haben. Der Bereich der gefährlichsten niedrigen Schwingungszahlen wird jedoch in allen Fällen sehr wenig oder überhaupt nicht beeinflußt. Der Beitrag aller derzeit bekannter Lösungen dieser Art ist deshalb problematisch, oft unter Anwendung derzeitiger Meßanordnungen und Meß- und Auswertungsmethoden nicht nachweisbar. Es kann allgemein zusammengefaßt werden, daß bestehende bekannte Systeme zum Herabsetzen von Vibrationen an den Greifteilen, das ist am Handgriff des pneumatischen Schlaggerätes, nicht effektiv wirksam sind.All of these known methods reduce vibrations predominantly in the range of the high vibration numbers above the area covered by hygienic regulations, i.e. they are able to dampen vibrations, which are not of major importance for the health hazard of the operator. The area of the most dangerous however, low vibrations will occur in all Cases affected very little or not at all. The contribution of all currently known solutions of this type is therefore problematic, often undetectable when using current measuring arrangements and measuring and evaluation methods. It can generally be summarized that existing known systems for reducing vibrations on the gripping parts, that is on the handle of the pneumatic Impact device, are not effective.

Die erwähnten Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Ausbildung des pneumatischen Schlaggerätes behoben, die darin beruht, daß der Arbeitszylinder als Dilatationszylinder ausgebildet ist und aus einem Reaktionselement The disadvantages mentioned are eliminated by the inventive design of the pneumatic impact device, which is based on the fact that the working cylinder is designed as a dilatation cylinder and consists of a reaction element

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und einem Führungselement besteht, die gleichachsig verschiebbar in einem Körper gelagert sind, gegenüber welchem sowohl das Reaktionselement als auch das Führungselement in axialer Richtung selbständig jeweils mittels wenigstens eines vorgespannten Elementes abgefedert sind, wobei der Handgriff mit dem angeschlossenen Mantel gegenüber dem Körper verschiebbar gelagert und in axialer Richtung mittels wenigstens eines vorgespannten elastischen Elementes abgefedert ist. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der zwischen der Stirnwand des Reaktionsgliedes und der Stirnwand des Handgriffes ein Dämpfraum vorgesehen ist.and a guide element, which are coaxially displaceably mounted in a body, opposite to which both the reaction element and the guide element in the axial direction independently in each case by means of at least a pretensioned element are cushioned, the handle with the attached jacket facing the body slidably mounted and cushioned in the axial direction by means of at least one prestressed elastic element is. An arrangement is particularly advantageous in which between the end wall of the reaction member and the Front wall of the handle a damping space is provided.

Durch die erfindungsgemäöe Anordnung des pneumatischen Schlaggerätes entsteht ein kombiniertes Schwingungssystem, das mathematisch am besten mittels einer selbsttätigen Rechenmaschine untersucht werden kann, mittels der die Abhängigkeit zwischen der Steifheit der einzelnen elastischen Elemente und den Massen der einzelnen schwingenden Teile so bestimmt werden kann, daß die resultierende Beschleunigung der Schwingungsbewegung am Handgriff des pneumatischen Schlaggerätes im ganzen Schwingungsbereich, der durch hygienische Normen bestimmt ist, minimal bleibt. Im Vergleich mit bestehenden Verfahren zum Herabsetzen der Schwingungen, bei denen lediglich das Bestreben vorliegt, die Folgen einer ungeeigneten Konstruktion des Gerätes zu beheben, beschränkt die erfindungsgemäße Anordnung das Entstehen der Schwingungen durch eine neue Konstruktion des pneumatischen Schlaggerätes.The inventive arrangement of the pneumatic Impact device creates a combined vibration system, which mathematically is best done using an automatic calculating machine can be investigated by means of which the dependence between the stiffness of each elastic Elements and the masses of the individual vibrating parts can be determined so that the resulting acceleration the vibration movement on the handle of the pneumatic impact device in the entire vibration range, the hygienic Norms is determined, remains minimal. Compared to existing methods for reducing vibrations, who only endeavor to remedy the consequences of an unsuitable construction of the device, limited the arrangement according to the invention the occurrence of the vibrations by a new construction of the pneumatic Impact device.

Das Ausbilden des Arbeitszylinders als Dilatationseinheit und das Abfedern seiner Teile hat zur Folge, daß The formation of the working cylinder as a dilation unit and the cushioning of its parts has the consequence that

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sowohl die durch Einwirkung des Druckmediums auf den Arbeitszylinder entstehende Kraft, als auch die Rückschläge des Arbeitswerkzeuges auf den Körper, nicht in voller Wucht übertragen werden. Eine weitere Dämpfung wird durch ein Abfedern des Handgriffes gegenüber dem Körper erzielt. Der Mantel und der mit ihm verbundene Handgriff werden somit durch eine wesentlich geringere Kraft zum Schwingen gebracht, was als Folge ein Herabsetzen des Beschleunigungspegels in dem durch hygienische Normen definierten Schwingungsbereich ergibt. Das Herabsetzen des Beschleunigungspegels der Schwingungen in diesem Bereich verringert wesentlich Berufskrankheiten, wie z. B₀ Vasoneurose und Gelenkerkrankungen. Durch Herabsetzen der Vibrationen am eigentlichen Werkzeug wird es möglich, das Anwenden ungeeigneter und die Arbeit unangenehm gestaltender persönlicher Schutzmittel zu erübrigen, deren Beitrag oft problematisch ist.Both the force generated by the action of the pressure medium on the working cylinder and the kickbacks of the working tool on the body are not transmitted in full force. Further damping is achieved by cushioning the handle against the body. The jacket and the handle connected to it are thus caused to vibrate by a significantly lower force, which results in a reduction in the acceleration level in the vibration range defined by hygienic standards. Lowering the acceleration level of the vibrations in this area significantly reduces occupational diseases such as B ₀ vasoneurosis and joint diseases. By reducing the vibrations on the actual tool, it becomes possible to dispense with the use of unsuitable and uncomfortable personal protective equipment, the contribution of which is often problematic.

Außer einem Herabsetzen der Vibrationen hat die erfindungsgemäße Ausbildung des pneumatischen Schlaggerätes eine weitere günstige Folge? Durch elastisches Lagern einzelner Teile und Baugruppen wird ein besserer Kontakt des Arbeitswerkzeuges mit dem Gestein erzielt. Bei jedem Kolbenhub wird so alle Energie auf das Gestein übertragen und zu nützlicher Arbeit umgewandelt, im Unterschied zu anderen Lösungen, bei denen wegen der großen Beschleunigung der Schwingungsbewegung des ganzen Gerätes nur ein Teil der Schlagenergie für Nutzarbeit ausgenutzt und ein Teil der Schlagenergie überhaupt nicht ausgenutzt wurde, was durch das Zurückspringen des Werkzeuges bedingt war. Das Herabsetzen der Vibrationen eines Gerätes, das gemäß vor-In addition to reducing the vibrations, the design of the pneumatic impact device according to the invention has another beneficial consequence? By elastically mounting individual parts and assemblies, better contact between the working tool and the rock is achieved. With each piston stroke, all energy is transferred to the rock and converted into useful work, in contrast to other solutions in which only part of the impact energy is used for useful work and part of the impact energy is not used at all due to the great acceleration of the vibratory movement of the entire device became what was caused by the jumping back of the tool. The reduction of the vibrations of a device that is

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liegender Erfindung ausgebildet ist, ermöglicht es, die
nötige Andrückkraft auf das pneumatische Schlagwerkzeug
bei vollkommenem Kontakt des Arbeitswerkzeuges bei wesentlich verringerter physischer Ermüdung des Werktätigen zu
erzielen. Der Arbeiter ist somit fähig, eine volle Leistung während einer längeren Zeitspanne zu geben als mit bestehenden Geräten. Durch Herabsetzung der Vibrationen des Handgriffes wird gleichzeitig auch die Lebensdauer der mit dem Handgriff verbundenen Bestandteile erhöht und Anforderungen an deren Abmessungen herabgesetzt, was erlaubt, das Gesamtgewicht des Gerätes zu verringern.lying invention is formed, it enables the
necessary pressing force on the pneumatic impact tool
with perfect contact of the work tool with significantly reduced physical fatigue of the worker
achieve. The worker is thus able to give full performance for a longer period of time than with existing equipment. By reducing the vibrations of the handle, the service life of the components connected to the handle is increased at the same time and requirements on their dimensions are reduced, which allows the overall weight of the device to be reduced.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemMßen pneumatischen Schlaggerätes ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, in der zeigen?An embodiment of a pneumatic according to the invention Impact device is shown in the accompanying drawing, in which show?

Fig. 1 eine allgemeine schematische Darstellung eines pneumatischen Schlaggerätes;1 shows a general schematic representation of a pneumatic impact device;

Fig. 2 ein Beispiel eines pneumatischen Schlaghammers in Teil schnitt entlang dessen Längsachse.Fig. 2 shows an example of a pneumatic hammer in part cut along its longitudinal axis.

Der Arbeitszylinder 1 ist als Dilatationszylinder ausgeführt und besteht aus einem Reaktionseleraent 2 und einem Führungselement 3· Im Arbeitszylinder 1 ist ein Kolben 4
verschiebbar gelagert. Das Reaktionselement 2 und das Führungselement 3 sind im Körper 8 verschiebbar gelagert. Jedes dieser Elemente ist gegenüber dem Körper 8 in Axialrichtung selbständig durch vorgespannte Federn 9 und 10 ab-The working cylinder 1 is designed as a dilatation cylinder and consists of a reaction element 2 and a guide element 3. A piston 4 is located in the working cylinder 1
movably mounted. The reaction element 2 and the guide element 3 are slidably mounted in the body 8. Each of these elements is independent of the body 8 in the axial direction by pretensioned springs 9 and 10.

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gefedert. Der Körper 8 ist in einem Mantel 5 gelagert und gegen diesen in Axialrichtung durch eine vorgespannte Feder 11 abgefedert. Der Mantel ist mit einem Handgriff 6 versehen. Zwischen dem Führungselement 3 und dem Körper 8 ist ein Dicht- oder Sitzring 12 vorgesehen und zwischen dem Körper 3 und dem Mantel 5 ein Dicht- oder Sitzring 13° Das Führungselement 3 besitzt in seinem Unterteil ein äußeres Gewinde für ein Ansatzstück 16 und begrenzt zusammen mit dem Dicht- oder Sitzring 1^ den Hub des Arbeitswerkzeuges 7t welches verschiebbar im Führungselement 3 und im Ansatzstück 16 gelagert ist. Vorgespannte Federn 9» 10, 11 wirken so, daß im Ruhezustand zwischen der Stirnwand des Reaktionselementes 2 und der Stirnwand der im Mantel 5 ausgebildeten Höhlung ein Dämpfungsraum 15 entsteht.sprung. The body 8 is mounted in a jacket 5 and against this in the axial direction by a pretensioned spring 11 cushioned. The jacket is provided with a handle 6. Between the guide element 3 and the body 8 a sealing or seat ring 12 is provided and a sealing or seat ring 13 ° between the body 3 and the jacket 5 The guide element 3 has in its lower part an external thread for an extension piece 16 and limited together with the sealing or seat ring 1 ^ the stroke of the working tool 7t which is slidable in the guide element 3 and in the Extension piece 16 is mounted. Pre-tensioned springs 9 »10, 11 act in such a way that in the state of rest between the end wall of the Reaction element 2 and the end wall formed in the jacket 5 Cavity a damping space 15 is created.

Druckluft wird über ein nicht gezeichnetes Verteilerorgan und nicht gezeichnete Kanäle abwechselnd in den Oberteil des im Reaktionselement 2 ausgebildeten Raumes des Arbeitszylinders 1 und in den Unterteil des im Führungselement 3 ausgebildeten Raumes zugeführt. So wird eine geradlinige Kehrbewegung des Kolbens h im Arbeitszylinder 1 erregt. Falls der Kolben h sich in der oberen Grenzlage befindet, und falls der obere Teil des Arbeitszylinders 1 mit Druckluft gefüllt wird, übt die Druckluft einen Druck auf den Kolben h aus und erteilt ihm eine Bewegung gegen die untere Grenzlage. Gleichzeitig entsteht jedoch eine Kraft F. entgegengesetzter Richtung, die auf das Reaktionselement 2 wirkt. In der unteren Grenzlage stößt der Kolben h auf die Stirnwand des Arbeitswerkzeuges 7· Durch Wirkung des Verteilerorgans wird nun Druckluft unterhalb des Kolbens h eingeführt, der beginnt, sich gegen die obere Grenz-Compressed air is alternately fed into the upper part of the space of the working cylinder 1 formed in the reaction element 2 and into the lower part of the space formed in the guide element 3 via a distributor element (not shown) and channels (not shown). A rectilinear sweeping movement of the piston h in the working cylinder 1 is thus excited. If the piston h is in the upper limit position, and if the upper part of the working cylinder 1 is filled with compressed air, the compressed air exerts a pressure on the piston h and gives it a movement towards the lower limit position. At the same time, however, a force F. in the opposite direction arises, which acts on the reaction element 2. In the lower limit position, the piston h hits the front wall of the working tool 7 By the action of the distributor, compressed air is now introduced below the piston h , which begins to move towards the upper limit

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lage zu bewegen. Gleichzeitig entsteht eine Kraft F entgegengesetzter Richtung, die auf das Führungselement 3 und auf die Stirnwand des Arbeitswerkzeuges 7 wirkt.able to move. At the same time, there is a force F in the opposite direction Direction which acts on the guide element 3 and on the end wall of the working tool 7.

Bei Arbeit des pneumatischen Schlagwerkzeuges entstehen so im Arbeitszylinder 1 periodisch Luftdruckänderungen, wodurch periodische Erregerkräfte F, und F entstehen,When the pneumatic impact tool is working, air pressure changes occur periodically in the working cylinder 1, whereby periodic excitation forces F, and F arise,

XJ. SXJ. S.

die auf das Reaktionselement 2 und das Führungselement 3 wirken. Die Kraft F, wird jedoch auf den Körper 8 in ihrer ganzen Größe durch Wirkung der Feder 9 nicht übertragen. Auf den Körper 8 wirkt somit eine kleinere Kraft F , deren Größe von der gegenseitigen Lage des Reaktionselementes 2 und des Körpers 8 abhängt, ferner von der Steifheit und vom Dämpfungskoeffizient der Feder 9 und von der Schwingungsfrequenz. Die auf die Stirnwand des Arbeitswerkzeuges 7 und das Führungselement 3 wirkende Kraft wird auf das Gestein übertragen. Das Arbeitswerkzeug 7 prallt nach dem Schlag des Kolbens k und nach Übergabe eines Teiles der Energie an das Gestein von diesem mit gewisser Beschleunigung in entgegengesetztem Sinn ab. So kommt es zu einer Deformation der Feder 10 und zu einem Entstehen einer Kraft F , deren Teil auf den Körper 8 übertragen wird. Der Körper gerät so in Schwingungen durch Erregerkräfte F und F . Auf den Mantel 5 und den mit ihm verbundenen Handgriff 6 wird so die Kraft F übertragen, die dem Ausschlag des Körpers 8 gegenüber dem Mantel 5 proportional ist und von der Steifheit und vom Dämpfungskoeffizient der Feder 11 und von der Schwingungsfrequenz abhängt. Die resultierende Schwingungsbewegung des Handgriffes 6 hängt so von der Größe der Kraft F und der Impedanz der Hand des Bedienenden ab. Es ist möglich, mathematisch zu bestimmen,which act on the reaction element 2 and the guide element 3. However, the force F i is not transmitted to the body 8 in its entire size by the action of the spring 9. A smaller force F thus acts on the body 8, the magnitude of which depends on the mutual position of the reaction element 2 and the body 8, further on the rigidity and the damping coefficient of the spring 9 and on the oscillation frequency. The force acting on the front wall of the working tool 7 and the guide element 3 is transmitted to the rock. After the impact of the piston k and after a part of the energy has been transferred to the rock, the working tool 7 bounces off the rock with a certain acceleration in the opposite direction. This results in a deformation of the spring 10 and the creation of a force F, part of which is transmitted to the body 8. The body starts to vibrate through excitation forces F and F. On the jacket 5 and the handle 6 connected to it, the force F is transmitted, which is proportional to the deflection of the body 8 with respect to the jacket 5 and depends on the stiffness and the damping coefficient of the spring 11 and on the oscillation frequency. The resulting oscillating movement of the handle 6 depends on the magnitude of the force F and the impedance of the operator's hand. It is possible to mathematically determine

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für welche Werte der einzelnen Schwingungselemente und für welche Federsteifheiten die auf den Handgriff 6 wirkende Kraft F und so auch die Beschleunigung des Handgriffes 6 minimal sein wird.for which values of the individual vibration elements and for which spring stiffnesses acting on the handle 6 Force F and thus also the acceleration of the handle 6 will be minimal.

Das Prinzip der Konstruktion des erfindungsgemäßen pneumatischen Schlaggerätes kann für alle Schlagwerkzeuge mit geradliniger Kehrbewegung des Kolbens Verwendung finden, die durch ein geeignetes Druckmedium angetrieben werden.The principle of the construction of the pneumatic impact device according to the invention can be used for all impact tools find with rectilinear sweeping movement of the piston use, which are driven by a suitable pressure medium.

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Claims

1y Pneumatic impact device, consisting of a working cylinder in which a piston is displaceably mounted, a distributor element for the pressure medium, a jacket provided with a handle and a working tool, characterized in that the working cylinder (i) is designed as a dilatation cylinder and
from a reaction element ("2) and a guide element
(3), which are mounted coaxially displaceably in a body (8), with respect to which both the reaction element (2) and the guide element (3) are axially
Direction independently cushioned in each case by means of at least one prestressed elastic element (9 or 10)
are, wherein the handle (6) with the attached jacket (5) is mounted displaceably relative to the body (8) and is cushioned in the axial direction by means of at least one pretensioned elastic element (11).

2. Pneumatic impact device according to claim 1, characterized in that between the end wall of the reaction element (2) and the end wall of the handle (6)
Damping space (i5) is provided.

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