DE2246370A1

DE2246370A1 - Pressluftwerkzeug

Info

Publication number: DE2246370A1
Application number: DE2246370A
Authority: DE
Inventors: Susumu Matsuo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-09-23
Filing date: 1972-09-21
Publication date: 1973-03-29
Also published as: IT969434B; JPS519938B2; DE2246370C3; CH565629A5; FR2154232A5; US3821992A; JPS4844871A; CA971059A; AT334840B; GB1361552A; SE398719B; ATA818272A; DE2246370B2

Description

6072 DRE I E ICH ENHAI N BERLINER RING 17,0 RUF (061 03) 8 18 13

Pu 356

Susumu MatBuo

Cho s en-Cho, Sunt ο-gun,

Shizuoka-ken, Japan

Pressluftwerkzeug

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pressluftwerkzeug mit einer Luftpumpe zur Beaufschlagung jeweils einer oberen und unteren Kammer eines durch einen Schlagkolben aufgeteilten Zylinderraumes mit Pressluft und einem Antrieb zur Betätigung des Pumpenkolbens.

Für Zertrümmerungsarbeiten, wie beispielsweise das Zerschlagen roher Kalksteine, die Vor-Zerkleinerung abgebauter Steine, bevor diese einem Brechwerk zugeführt werden, das Aufbrechen von Betonstraßen und Gebäuden und das Zerkleinern von Klinkersteinen erfordert außerordentlich hohe Energien. Solche Arbeiten werden bisher ausgeführt, indem das pneumatische und mit Pressluft betriebene Brechwerkzeug an dem Auslegerarm eines Baufahrzeuges, wie beispielsweise ein Bagger, befestigt ist, wobei das Pressluft-

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werkzeug mit einem anderen Fahrzeug in Verbindung steht, welches den starken Luftkompressor von etwa 100 bis 200 PS trägt. Die Verbindung zwischen dem Luftkompressor und dem Pressluftwerkzeug wird durch einen aufwickelbaren Schlauch hergestellt, durch den die Pressluft zum Antrieb des Werkzeuges vom Kompressorfahrzeug geliefert wird. Während der Arbeiten mit dem Pressluftwerkzeug wird das Trägerfahrzeug den Erfordernissen entsprechend von Ort zu Ort bewegt, während das Fahrzeug mit dem Luftkompressor an Ort und Stelle bleibt. Dabei wird der Verbindungsschlauch über den Erdboden gezogen und wird oftmals durch die Bewegung des Fahrzeugs, welches das Pressluftwerkzeug trägt, stramm gezogen. Oftmals kommt es auch vor, daß der Schlauch von den Räumfahrzeugen, welche die zertrümmerten Steine beseitigen, überfahren wird. Auf Grund des starken Verschleißes und der umständlichen Handhabung stellt die Schlauchverbindung einen der schwächsten Punkte dieses bekannten Werkzeuges dar.

Das Pressluftwerkzeug gibt die verbrauchte Fressluft nach jedem Arbeitshub an die Atmosphäre ab, so daß der mechanische Wirkungsgrad auf Grund der Verluste des Luftkompressors, der mechanischen Verluste des eigentlichen Pressluftwerkzeuges, der Wärmeverluste sowohl des Werkzeuges als auch des Kompressors und der Luftreibung im Innern des Schlauches sehr gering ist.

Diese Nachteile sind auf Grund des grundsätzlichen Aufbaus der bekannten Anlagen unvermeidbar, da keine Anlage bekannt ist, welche eine Energiequelle verwendet, die auf dem gleichen F-hrzeug befestigt ist, welche das Pressluftwerkzeug führt. Die bisher bekannten Schlagwerkzeuge erfordern für den Impuls des Schlagkolbens einen unnötig großen Arbeitskreislauf, so daß die Schlaggeschwindigkeit des Schlagkolben erhöht werden kann, um große Schlagkräfte zu erzeugen.

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Aus diesen Gründen iet es bei derartigen Schlagwerkzeugen notwendig, das außerordentlich große Trägheitsmoment, welches an jedem Hubende des unnötig schweren Schlagkolbens erzeugt wird, aufzuheben, wodurch Energie bei der Richtungsumkehr des Hubes vergeudet wurde. Auf diese Weise wurde der größere Teil der zugeführten Energie als mechanische Verluste verschwendet.

Mit anderen Worten ausgedrückt: für die Schlaghubgeschwindigkeit des Schlagkolbens zählt nur der halbe Arbeitskreislauf. Um eine hohe Kolbengeschwindigkeit zu erzielen, ist es daher notwendig, die Anzahl der Arbeitskreisläufe pro Minute zu erhöhen, um eine höhere Geschwindigkeit zu erzielen.. Bei den herkömmlichen Anlagen Jedoch ergibt eine höhere Arbeitskreislauffrequenz höhere Energieverluste, bei der Unterdrückung dee oben beschriebenen Trägheitsmomentes.

Aus diesen Gründen ist es notwendig, daß zum Aufbau einer Schlagvorrichtung mit großem Wirkungsgrad der verwendete Schlagkolben so schwer wie möglich ausgebildet wird, daß die Kreislaufzeit so lang wie möglich ist und daß der Weg des Schlagkolbens innerhalb praktischer Grenzen sehr ungleichmäßig verläuft; d.h. die Geschwindigkeit des abwärtsgerichteten Schlaghubes des Schlagkolbens sollte so groß wie möglich sein, während sein aufwärtsgerichteter Bückkehrhub nach der Dämpfung der Massenträgheit genügend langsam sein sollte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu beseitigen und die oben aufgezeigten Erkenntnisse für die Erfindung auszuwerten.

Die Lösung dieser Aufgaben besteht darin, daß bei einem Pressluftwerkzeug mit einer Luftpumpe zur Beaufschlagung jeweils einer oberen und unteren Kammer eines durch

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einen Schlagkolben aufgeteilten Zylinderraumes mit Fressluft und einem Antrieb zur Betätigung dee Pumpenkolbens die obere und die untere Zylnderkammer des Schlagkolbenzylinders jeweils mit der oberen und unteren Zylinderkammer des Luftpumpenzylinders über steuerbare Ventile strömungsmäßig ein abgeschlossenes System bildend verbunden sind. Gemäß der Erfindung werden die Über- und Unterdrucke in der Luftpumpe durch Schließen der entsprechenden Ventile solange gehalten, bis die Luftpumpe die Kompression der Arbeitsluft beendet hat, wobei der schwere Schlagkolben des Werkzeugs solange in der Anfangsstellung des oberen Totpunktes gehalten wird, bis der Schlaghub ausgelöst wird und die entsprechenden Ventile angesteuert werden, sobald die vorbestimmte Kompression erreicht ist, wodurch der auf das Werkzeug gerichtete Schlaghub des Schlagkolbens durch Zuführung der unter hohem Druck stehenden Pressluft in die obere Kammer des Schlagkolbenzylinders und durch Erzeugung eines Unterdruckes in der unteren Kammer des ßchlagkolbenzylinders leistungsstark unterstützt wird. Die Zeit, die für die Aufwärtsbewegung des Schlagkolbens erforderlich ist, entspricht nach der Erfindung der halben Kreislauf zeit der Luftpumpe, während der abwärtsgerichtete Schlaghub des Schlagkolbens nur einem kleinen Bruchteil der Kreislaufzeit der Antriebspumpe entspricht« Nach der Erfindung ist sowohl die Antriebepumpe, ale auch das Schlagwerkzeug auf einem Fahrzeug angeordnet, und die Antriebspumpe wird von der dem Antrieb des Fahrzeugs dienenden Maschine angetrieben, so daß der Verbindungsechlauch für die Pressluft nicht mehr auf dem Erdboden entlangschleift.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der einige Aueführungsbeispiele wiedergegeben werden, näher erläutert.

Hierbei zeigen:

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Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 einen ebenen Schnitt durch einen Teil derselben nach Figur 1;

Figur 3 eine Seitenansicht der Gesamtvorrichtung nach der Erfindung, die auf einem Fahrzeug befestigt ist;

Figur 4 Diagramme I bis VI, welche den Arbeitsablauf der Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulichen;

Figur 5 ein Diagramm, aus dem die Zeiten der einzelnen Bewegungsabläufe des Pumpen- und des Schlagkolbens ersichtlich sind und

Figur 6 einen Längsschnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsform der Erfindung, verglichen mit Figur 1. .

In Figur 1 ist mit A eine Luftpumpe bezeichnet, deren Zylinder 1 einen Kolben 2 enthält, der das Zylinderinnere in eine obere Kammer 1a und eine untere Kammer 1b aufteilt. Wenn eine der Kammern durch Bewegung des Kolbens 2 ihr Volumen erhöht, verringert die andere ihr Volumen entsprechend. Unter dem Zylinder 1 und mit diesem verbunden befindet sich ein Zylinder 3 einer hydraulischen mit einem Kolbenzylinder ausgerüsteten Betätigungseinrichtung B, welche bewirkt, daß der Kolben 2 der Luftpumpe A regelmäßige hin- und hergehende Hubbewegungen ausführt. Der Kolben 4 innerhalb des Zylinders 3 ist mit dem Kolben 2 der Luftpumpe A über die Kolbenstange 5 verbunden. Der Innenraum des Zylinders 3 iat in entsprechender Weise durch den Kolben 4 in eine obere Kammer 3a und in eine untere Kammer 3b aufgeteilt,, derart, daß bei Erhöhung des

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einen Volumens das andere entsprechend abnimmt. Die Wellen 6a und 6b sind drehbar gelagert und führen am oberen und unteren Teil des Zylinders 3 durch seine Wandung, wobei die inneren Enden dieser Wellen mit Hebelarmen 7a und 7b versehen sind, welche sich innerhalb der oberen und unteren Kammer 3& bzw· 3b befinden und an den entsprechenden äußeren Enden der Wellen befinden sich äußere Hebelarme 8a und 6b.

Die genannten äußeren Hebelarme Ba und 8b verändern die Steuerwirkung der Spindel 9 des Umschaltventils C, welches an der Außenseite des Zylinders 3 angebracht ist, in folgender Weise: das Umschaltbild C besitzt eine öffnung P zur Einführung des Eingangedruckeβ der Flüssigkeit von einer hydraulischen Pumpe, die beispielsweise mit Ol betrieben wird, und zwei Offnungen T^ und Tg» um das hydraulische Mittel zum Tank surückleiten zu können· Wenn eich die Spindel 9 gemäß dieser Aueführungeform in ihrer oberen Position befindet, so wird der Eingangsdruck der Flüssigkeit, welche durch die öffnung P gelangt, in die untere Kammer 3h des Zylinders 3 eingeführt, nachdem die Flüssigkeit durch das Ventil geströmt ist und hebt den Kolben 4 an, wobei der Flüssigkeitsdruck innerhalb der oberen Kammer 3a de« Zylinders dem Tank über die öffnung Tp nach Durchströmen des Ventils zurückgeführt wird. Wenn sich die Spindel 9t wie in der Zeichnung dargestellt, in ihrer unteren Stellung befindet, gelangt der Flüssigkeitsdruck in die obere Kammer 3a des Zylinders und senkt den Kolben 4, wobei die Flüssigkeit aus der unteren Kammer über die öffnung T^ dem Tank zurückgeleitet wird. Wenn der Kolben 4 nach oben bewegt wird, wird daher der Hebelarm in der oberen Kammer 3a nach oben gestoßen und der äußere Hebelarm 8a stößt die Spindel 9 nach unten in ihre unter« Steuerstellung, wodurch der Flüssigkeitsdruck in die obere Kammer 3a gelangt und den Kolben 4 nach unten führt. Wenn andererseits der Kolben 4 nach unten gelangt, wird der Hebelarm 7b in der unteren Kammer 3b nach unten gestoßen und der äußere Arm 8b 309813/0927

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stößt die Spindel 9 nach oben in ihre obere Steuerstellung, wodurch der Flüssigkeitsdruck in die untere Kammer 3b gelangt und den Kolben 4 anhebt. Wenn der Kolben 4· auf einen der Hebelarme ?a oder 7b einwirkt und die Spindel 9 mit Hilfe des jeweils äußeren Armes in eine andere Stellung bringt, wird der jeweils andere Hebelarm durch die Spindel 9 in die Ausgangsstellung gebracht.

Der Flüssigkeitsdruck selbst wird durch eine hydraulische Pumpe erzeugt, welche mittels der Energie angetrieben wird, die dem Kraftfahrzeugmotor entzogen wird.

Die hydraulische Betätigungsvorrichtung B bewirkt auf diese Weise, daß der Kolben M- mit Hilfe des Umschaltventils C gleichmäßige hin- und hergehende Hubbewegungen ausführt und den Kolben 2 der Luftpumpe A über die Kolbenstange 5 antreibt.

Der Iiuftpumpenzylinder 1 ist an seiner unteren Innenseite mit einer axial verlaufenden längliehen öffnung 10, wie aus der Zeichnung ersichtlich, versehen, wobei Teile der Öffnung oberhalb und unterhalb des Kolbens frei, bleiben, so daß die obere Kammer 1a und die untere Kammer 1b miteinander in Verbindung stehen, wenn der Kolben 2 sich im unteren Totpunkt befindet. Die öffnung 10 steht mit dem Auslassventil 12 des Zylinderkopfes 1' über den Kanal 11 in Verbindung. Diese öffnung 10 kann jedoch auch aus einem oberen und einem unteren Abzweig bestehen, der in Figur 4 mit 10a und entsprechend mit 10b bezeichnet ist.

Das Auslassventil 12 öffnet sowohl, wenn ein starker Überdruck in den Kanal 11 wegen der Kompression der Luft in der unteren Kammer 1b durch den Kolben 2 gelangt, als auch wenn der Kolben 2 den oberen Totpunkt erreicht hat und das untere Ende des Stößels 12',

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welches in die obere Kammer 1a hineinreicht, abhebt.

Der Zylinderkopf 1' ißt nicht nur mit einem Auslassventil 12, sondern auch mit einem Einlassventil 14 versehen, das in der öffnung 13 des Zylinderkopfes seinen Sitz hat. Die öffnung 13 ist über das Einlassventil 14 und das Rohr 15 mit der öffnung 18 am oberen Teil der oberen Kammer 17a des Schlagzylinders 17 verbunden, welcher den Schlagkolben 16 enthält. Bas Einlassventil 14 öffnet sowohl dann, wenn ein starker Unterdruck in der oberen Kammer 1a durch einen Abwärtshub des Kolbens 2 bewirkt wird, wie später noch beschrieben wird, als auch dann, wenn der Kolben 2 den oberen Totpunkt im Zylinder 1 erreicht hat und den Stößel 1,4' durch den Ventilhebelarm 20, welcher vom aufwärtsbewegten Stößel 19 betätigt wird, nach unten stößt.

Der Schlagzylinder 17 ist am unteren Teil innenseitig mit einer oberen und einer unteren öffnung 21 bzw. 22 versehen, die unterhalb des Kanals 23 miteinander verbunden sind, wobei die obere öffnung mit der oberen Kammer 17a in Verbindung steht und die andere durch den Schlagkolben 16 geschlossen wird, wenn sich dieser in Beinern unteren Totpunkt befindet. Die entsprechende vertikale Zuordnung der oberen zur unteren öffnung 21 bzw. 22 ißt derart, daß dann, wenn der Schlagkolben eeinen abwärtsgerichteten Schlaghub durchführt, die obere öffnung 21 zuerst durch die Seite des Kolbens geschlossen wird und sxjdann die untere öffnung 22 und, wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, ist die obere öffnung 21 zur oberen Kammer 17a frei, während die untere öffnung 22 durch den Kolben geschlossen bleibt. Genauso wie in der oben beschriebenen Ausführungsform der öffnung 10 des Luftpumpenzylinders können ouch die Offnungen 21 und 22 als eine lange axiale Öffnung hergestellt werden, insoweit, wie die gewünschte und oben aufgeführte Beziehung erhalten bleibt.

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Der Kanal 2^, welcher die obere und untere Öffnung 21 bzw, 2'd miteinander verbindet, führt über das Hohr zum Auslassventil 12, welches auf dem Kopf des Luftpumpeniylindera angeordnet ist, wodurch eine Verbindung zur Öffnung 10 über den Kanal 11 hergestellt ist.

Der Schlagzylinder 17 ist an seinem unteren Ende mit einem Werkzeug 25 versehen, um auf dag zu bearbeitende Objekt zu stoßen, wenn der Schlagkolben 16 seinen abwärtsgerichteten Schlaghub durchführt und den unteren Totpunkt erreicht. Dieses Werkzeug 25 wird mit Hilfe einer Feder 26 oder ähnlichen Elementen in seine Ausgangsstellung gebracht und sein oberes Ende stößt in die untere Kammer des Schlagzylinders zurück.

Der Schlagkolben 16 ist an seinem oberen Ende mit einem Verschlußstück 27 versehen, das in dem Kolben eingearbeitet ist. Wenn der Schlagkolben seinen aufwärtsgerichteten Rückkehrhub durchführt, gelangt dieser in den oberen Teil des Zylinders 17 und das Verschlußstück 27 stößt in die öffnung 18 und verschließt diese. Der Schlagkolben setzt seine Aufwärtsbewegung fort, bis er seinen oberen Totpunkt erreicht, wobei die öffnung durch das Verschlußstück 27 geschlossen bleibt.

Im Prinzip ist die Luft bei Atmosphärendruck in dem Gesamtvolumen des Systems (Arbeitsvolumen plus Spiel-Volumen) der Luftpumpe A und der Volumina der oberen und unteren Kammern 17a bzw. 17b des Schlagzylinders eingeschlossen. In der Praxis jedoch wird die Luft in ein Gas umgewandelt, das keinen Sauerstoff mehr enthält und sich ähnlich zusammensetzt wie die Abgase einer Verbrennungsmaschine, da der Sauerstoff in einer explosiven Reaktion mit einem relativ nicht brennbaren Gas verbraucht wird, welches sich aus dem Zerfall des Schmiermittels am Hubende des Schlagkolbens zu Beginn des Arbeitsablaufes ergibt. Anstelle von Luft kann

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auch ein inertes Gas für das abgeschlossene System verwendet werden.

Das Verhältnis der Luftpumpenkapazität zur Gesamthubkapazität des Schlagkolben 16 wird auf Grund der erforderlichen Gesamtleistung berechnet. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem großen Kapazitätsverhältnis von 1,4 bis 1,8 berechnet, damit der Schlagkolben 16 eine effektiv ungleichförmige Bewegung mit einem überschüssigen Luftvolumen durchgeführt werden kann, welche gleich der Differenz zwischen den zwei Raumkapazitäten ist. Das wirksamste Verhältnis der überschüssigen Luft wird durch die Kreislaufzeit ausgewählt, die durch die PS-Leistung der Energiequelle, durch das Gewicht und den Hub des Schlagkolbens in Abhängigkeit von der Art der auszuführenden Arbeit bestimmt wird. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist die Luftpumpe A, die hydraulische Betätigungsvorrichtung B und das Umschaltventil C auf einem Schwingarm 28 des Arbeitefahrzeuges angebracht und der Schlagteil D ist am Ende des Schwingarmes ZQ mit Hilfe betätigbarer Verbindungehebel befestigt, so daß das Werkzeug in die gewünschte Richtung gebracht werden kann, indem die die Lage steuernde Betätigungsvorrichtung 28' in Vertikalrichtung bewegt wird.

Um dies zu ermöglichen, sind die Schlauchverbindungen und 24 flexibel ausgebildet und innerhalb der notwendigen Grenzen so kurz wie möglich ausgebildet, um die Vertikalbewegung der Schlagvorrichtung D zu erlauben.

Die Bewegung der Luft bzw, des Gases in dem System und die Druckänderung in einem Kreislauf wird anhand der Figur 4 näher erläutert. Wenn der Kolben 2 der Luftpumpe A daa Ende des nach unten gerichteten Hubes erreicht (I in Figur 4), entwickelt sich in der oberen Kammer la ein

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hoher Unterdruck. Durch diesen Unterdruck wird das Einlassventil 14 geöffnet, so daß die obere Kammer 17a der Schlagvorrichtung D mit der oberen Kammer 1a über die Schlauchverbindung 15 und die öffnung 18 verbunden wird. Andererseits öffnet die in der unteren Kammer 1b der Pumpe zusammengepresste Luft das Auslassventil 12 über die öffnung 10 und den Kanal 11 und wirkt als überdruck in der unteren Kammer 17b der Schlagvorrichtung D _v nachdem es durch die Schlaucverbindung 24, den Kanal 23 und die öffnungen 21 und 22 geströmt ist.

Auf Grund dieses Zustandes macht der Schlagkolben 16 einen aufwärtsgerichteten Rückkehrhub und wird durch den Unterdruck von oben angesaugt und durch den Überdruck von unten nach oben gestoßen und schließt sodann die öffnung 18 mit dem Verschlußstück 27 (II nach Figur 4),

Wenn das Verschlußstück 27 die öffnung 18 schließt, bildet die obere Kammer 17a des .Schlagzylinders eine abgeschlossene Polsterkammer und dämpft das Trägheitsmoment des aufsteigenden Schlagkolbens, bis es überwunden ist und der Kolben 16 den oberen Totpunkt erreicht. Gleichzeitig erreicht der Kolben 2 der Luftpumpe den unteren Totpunkt, wodurch die obere Kammer Λ, der Luftpumpe mit der unteren Kammer 1b über die öffnung 10 in Verbindung steht und die Druckdifferenz zwischen den zwei Kammern 1a und 1b verschwindet, so daß die Einlass- und Auslassventile 12 bzw. 14 nicht mehr offen bleiben können. Beide Ventile schließen daher automatisch und die Luftpumpe A sowie die Schlagvorrichtung D sind voneiander hermetisch getrennt. Beträchtliche Mengen komprimierter Luft bleiben jedoch in der Schlauchverbindung 24 und in der unteren Kammer 17b des Schlagzylinders abgeschlossen und das Innere der Schlauchverbindung 15 wird unter starkem Unterdruck gehalten, go daß der Schlagkolben am oberen Totpunkt verbleibt. Als nächstes wird der Kolben der

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I C

Luftpumpe A gezwungen, einen nach oben gerichteten Hub auszuführen (siehe III der Figur 4).

Da die obere Kammer 1a der Luftpumpe ein ausreichendes Luftpumpe hält, wenn diese mit der unteren Kammer 1b über die öffnung 10, wie oben ausgeführt, verbunden ißt, wird in diesem Fall die Luft in der oberen Kammer 1a zusammengepresst und in der unteren Kammer 1b ein Unterdruck erzeugt, nachdem der Kolben 2 über die öffnung 10 gewandert ißt. Die Einlass- und Auslassventile 14 bzw. 12 werden natürlich durch den überdruck in der oberen Kammer oder durch den Unterdruck in der unteren Kammer nicht geöffnet. Die Luftpumpe A und die Schlagvorrichtung D bleiben daher voneinander getrennt und der Schlagkolben 16 bleibt auf Grund des Überdruckes in der unteren Kammer der Schlagvorrichtung und des Unterdruckes in der Schlaucverbindung 15 am oberen Totpunkt stehen.

Wenn der Kolben 2 der Luftpumpe A bald darauf den oberen Totpunkt erreicht, wodurch ein starker überdruck und starker Unterdruck in der oberen Kammer 1a bzw. in der unteren Kammer 1b erzeugt wird, werden die Einlass-und Auslassventile 14 bzw. 12 durch den Kolben geöffnet (siehe IV in Figur 4). Die untere Kammer 1b der Luftpumpe steht dann mit der unteren Kammer 17b der Schlagvorrichtung über das Auslassventil 12 in Verbindung, wodurch die Behinderung des Schlagkolbens auf Grund des Überdruckes einen abwärtsgerichteten Schlaghub auszuführen beseitigt wird und der Schlagkolben 16 wird abwärtsgesaugt. Die in der oberen Kammer 1a der Luftpumpe hochkomprimierte Luft strömt in die Schlauchverbindung 15 über das Einlaseventil 14 und stößt den Schlagkolben durch Einwirkung auf das Verschlußstück 27 abwärts.

Wenn der Kolben 16 sich gesenkt hat und das Verschlußstück ?7 die öffnung 18 am oberen Ende freigegeben hat, 309813/0927

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strömt die Hochdruckluft durch die öffnung 18 und wirkt auf die gesamte obere Seite des Kolbens 16 und wirkt in Kombination mit der Saugwirkung in der unteren Kammer 17b, wodurch der Schlagkolben 16 einen schnellen nach unten gerichteten Schlaghub ausübt und auf das Werkzeug 25 stößt.

Wenn der Schlagkolben 16 den abwärtsgerichteten Schlaghub aisgeführt hat und bis unterhalb der unteren öffnung 22 herabkommt (siehe V in Figur 4), so bildet die untere Kammer 17b der Schlagvorrichtung eine Polsterkammer, welche den Schlagkolben am unteren Totpunkt mit Hilfe der Gegenwirkung des Werkzeugs 25 abfängt. Zu diesem Zeitpunkt öffnet sich die obere Öffnung 21 oberhalb des Kolbens 16 für einen Augenblick und verbindet die obere Kammer 17a der Schlagvorrichtung mit der öffnung 23. Aus diesen Gründen strömt das unter hohem Druck innerhalb der oberen Kammer 17a befindliche Gas mit einem Hohen Trägheitsmoment in den Kanal 23jund zwar auf Grund des sich vervielfachenden. Effektes der kräftigen Abwärtsströmung, die mit der Uhterdruckzone innerhalb des Kanals 23 in Verbindung steht und der Differenz zwischen den zwei Drucken und dem großen Volumen des Arbeitsgases in der Luftpumpe.

Wenn der Schlagkolben 16, nachdem er am unteren Totpunkt abgefangen wurde, zur oberen öffnung 21 gelangt und die Anfangsstufe des nach oben gerichteten Rückkehrhubes vervollständigt, wird die obere Kammer 17a unter einem geeigneten Unterdruck gehalten und der Kolben der Luftpumpe vollführt einen Abwärtshub, um in der unteren Kammer 1b die von der unteren Kammer 17b der Sehlagvorrichtung angesaugte Luft zu komprimieren, wenn das Einlassventil geöffnet ist und in der oberen Kammer 1a einen Unterdruck zu erzeugen (siehe VI in Figur 4), wobei der Schlagkolben durch die Drucke beider Kammern seinen nach oben gerichteten Rückkehrhub fortsetzt, wie in bezug auf das Diagramm I in Figur 4 beschrieben wurde. 309813/0927

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Figur 5 zeigt ein Diagramm, aus dem die Beziehung zwischen der Kreislaufzeit und dem Hub für den Luftpumpenkolben und den Schlagkolben gemäß vorliegender Erfindung zu entnehmen ist. Der Luftpumpenkolben 2, dessen Verlauf durch die durchgezogene Linie dargestellt ist, öffnet die Auslass- und Einlassventile und 14, nachdem er in der oberen Kummer 1a die Luftkompression durchgeführt hat und in der unteren Kammer 1b einen Unterdruck erzeugt hat, indem er von dem unteren Totpunkt UTP nach oben wandert und den oberen Totpunkt OTP erreicht hat. Wenn diese Ventile 12 und 14 geöffnet sind, wird der Schlagkolben 16 durch einen starken Unterdruck nach unten gesaugt und vollzieht einen nach unten gerichteten Schlaghub, um den unteren Totpunkt UHP zu erreichen, wobei er der komprimierten Luft unterworfen ist, die durch den Luftpumpenkolben in die obere Kammer 1a einströmt, während der Luftpumpenkolben einen nach unten gerichteten Hub zum unteren Totpunkt UTP mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit vollführt. Der Schlagkolben 16, der den unteren Totpunkt UHP erreicht hat, ändert den Druck in der unteren Kammer der Schlagvorrichtung von einem überdruck in einen Unterdruck, bevor der Luftpumpenkolben den unteren Totpunkt UTP erreicht hat und kehrt sodann sum oberen Totpunkt HTP zurück, und zwar durch den Überdruck, der in der unteren Kammer der Luftpumpe erzeugt ist. Während der Luftpumpenkolben seinen aufwärtsgerichteten Hub vollführt, verbleibt der Schlagkolben in der oberen Stellung HTP.

Der Pumpen- und der Schlagkolben beginnen somit ihre entsprechenden Abwärtshübe gleichzeitig. Der Pumpenkolben vollführt eine gleichmäßige Bewegung und der Schlagkolben führt eine äußerst ungleichförmige Bewegung durch, die ein Anhalten am oberen Totpunkt mit umfasst, obgleich beide Bewegungen regelmäßig

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ausgeführt werden. Während der Pumpenkolben seinen Abwärtshub ausführt, vollzieht der Schlagkolben seinen nach unten gerichteten kurzzeitigen Schlaghub und seinen nach oben gerichteten Rückkehrhub.

Dieser Ablauf wird nur gemäß den der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien erreicht, indem in ,dem Kanal, welcher die entsprechenden oberen Kammern 1a und 17a der Luftpumpe und der Schlagvorrichtung miteinander verbinden,ein Einlassventil 14 und in dem Kanal, der die entsprechenden unteren Kammern 1b und 17b miteinander verbindet, ein Auslassventil 12 vorgesehen ist. Beide Ventile 12 und 14 werden durch Erzeugung eines starken Unterdruckes in der oberen Kammer 1a und eines starken Überdruckes in der unteren Kammer 1b bei dem Abwärtshub des LuftpumpenkoIbens geöffnet und der Schlagkolben wird zu seinem oberen Totpunkt bewegt, wenn die Ventile geöffnet werden, wobei der Schlagkolben am oberen Totpunkt gehalten wird, bis der Luftpumpenkolben, welcher den unteren Totpunkt erreicht hat und die Ventile durch Beseitigung der Druckdifferenz zwischen den oberen und unteren Kammern geschlossen hat, den oberen Totpunkt erreicht und die Ventile öffnet. Durch das öffnen der Ventile am oberen Totpunkt beginnt gleichzeitig der abwärtsgerichtete Hub sowohl des Luftpumpen- als auch des Schlagkolbens, wobei die Luft der unteren Kammer des Schlagzylinders in die untere Kammer 1b des Luftpumpenzylinders gesaugt wird. Sodann erfolgt ein Absaugen der Luft aus der oberen Kammer der Schlagvorrichtung, so daß der Schlagkolben, welcher den unteren Totpunkt erreicht hat, unmittelbar den nächeten aufwärtsgerichteten Bückkehrhub durchführen kann, wobei die Luft in der unteren Kammer durch den Pumpenkolben beim nach unten gerichteten Hub komprimiert wird, wodur.ch in der oberen Kammer ein Unterdruck erzeugt wird.

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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Auslass- und Einlassventile 12 und 14 derartig ausgelegt, daß sie geöffnet werden, wenn der Pumpenkolben den oberen Totpunkt erreicht hat und wenn der Pumpenkolben seinen abwärtsgerichteten Hub durchgeführt hat, um starke Drucke in den oberen und unteren Kammern zu erzeugen. Diese Ventile jedoch können auch derartig ausgelegt werden, daß sie eich öffnen, wenn der Pumpen« kolben den oberen Totpunkt erreicht hat und es können Führungsventile oder dergleichen bei bellen Ventilen zusätzlich angebracht werden, wobei die zusätzlichen Ventile durch die in den Kammern erzeugten Drucke geöffnet werden.

Es ist auch möglich, die Verwendung des Saugventils 14 mit dem Stößel 19 und dem Ventilkipphebel 20, wie aus Figur 6 ersichtlich ist, zu vermeiden und statt dessen z.B. ein Magnetventil oder ein hydraulisch betätigtes Ventil 29 zu verwenden, das direkt oberhalb der öffnung 18,in die sich das Verschlußstück 27 schiebt, eine Feder aufweist, wobei das Ventil 29 geöffnet wird, wenn der Pumpenkolben einen abwärtsgerichteten Hub ausführt und geschlossen wird, wenn der Pumpenkolben den unteren Totpunkt erreicht und ebenfalls geschlossen wird, wenn der Pumpenkolben einen aufwärtsgerichteten Hub aueführt und erneut öffnet, wenn der Pumpenkolben einen abwärtsgerichteten Hub einleitet, nachdem er den oberen Totpunkt erreicht hat. In diesem Falle ist das gesamte Volumen des Rohres 15 als Verdichtungsraum der Luftpumpe A ausgelegt. Wenn der Pumpenkolben einen aufwartsgerichteten Hub aueführt, wird die Luft in dem Rohr 15 ebenfalls zusammengepresst und wenn er den oberen Totpunkt erreicht, wird das Ventil 29 geöffnet, wobei die äußeret komprimierte Luft augenblicklich auf das Verschlußetück 27 einwirkt.

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Das.in Figur 6 dargestellte Ventil 29 wird gewöhnlich durch die Feder 29' geschlossen. Gemäß dieser Darstellung wird die Spindel 9 des Umschaltventils G in eine untere Stellung umgeschaltet, so daß der Pumpenkolben einen abwärtsgerichteten Hub ausführen kann, nachdem er den oberen Totpunkt erreicht hat, wobei ein Teil des Flüssigkeitsdruckes, welcher in die obere Kammer des Pumpenkolbens über den Kanal P eingeführt wurde, in das Ventil über den abgezweigten Kanal·-30 geführt wird, um den Flüssigkeitsdruck auf den Kolben 29" wirken zu lassen, der mit dem Ventil integral verbunden ist, so daß das Ventil gegen den Druck der Feder 29' offengehalten wird, während der Pumpenkolben einen abwärtsgerichteten Hub ausführt. Dieses Ventil kann an Stelle des Auslassventils 12 verwendet werden, und zwar derart, daß es durch den Flüssigkeitsdruck offengehalten wird, während der Pumpenkolben einen abwärtsgerichteten Hub ausführt und durch die Feder 29' geschlossen wird, während der Pumpenkolben einen aufwärtsgerichteten Hub ausführt.

Je größer die gesamte Konstruktion gemäß der Erfindung ausgelegt wird, um so größer muss die Fläche des Schlagkolbens sein auf Grund des Verhältnisses zwishen seiner Höhe und Breite. Eine größere Ausgangsleistung jedoch kann erzielt werden, wenn der Schlagkolben hohl ausgeführt wird.

Zu-Betriebsbeginn befindet sich der Schlagkolben 16 am unteren Totpunkt und versperrt die untere öffnung 22 mit seiner Seitenwandung. Somit ist es unmöglich, daß der in der unteren Kammer der Luftpumpe A erzeugte überdruck von unten auf den Schlagkolben einwirkt. Aus diesen Gründen wird der in der oberen Kammer der Luftpumpe erzeugte Unterdruck zum Anlaufen verwendet. Dies bedeutet, daß es eine Zeit dauert, bis der Schlagkolben reguläre Hubbewegungen ausführen kann. Bei einem

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tatsächlichen Arbeitsablauf jedoch kann diese Zeit verkürzt werden, indem am unteren End· der unteren Kammer 17b der Schlagvorrichtung ein Saugventil 31 vorgesehen wird, wobei dort eine geeignete öffnung angeordnet wird, welche dieses Ventil 31 mit dem Kanal 23 verbindet, so daß der in der unteren Kammer Ib der Luftpumpe erzeugte Überdruck auf den Schlagkolben von unten wirken kann, selbst wenn die untere Öffnung 22 versperrt ist. Dieses Ventil ist natürlich geschlossen, wenn der Schlagkolben 16 einen abwärtsgerichteten Schlaghub ausführt und die Luft in der unteren Kammer 17b komprimiert. Dae Ventil 31 stört daher nicht das Abfangen des Schlagkolbens am unteren Totpunkt.

Die Luftpumpe A wird in dem dargestellten Ausführungebeispiel durch eine hydraulische Betätigungseinrichtung B gesteuert. Diese Betätigungseinrichtung kann auch ein hin und her angetriebener Motor sein, beispielsweise über die Kolbenstange 5 mit Hilfe einer Kurbelwelle. Die Energiequelle zur Betätigung der Luftpumpe A kann ein Öldruck sein, der von der hydraulischen Pumpe gewonnen wird, welche durch die Maschine des Kraftfahrzeuges angetrieben wird. Während die Energie zum Betreiben des Kraftfahrzeugs benötigt wird, wird die hydraulische Pumpe durch Entkuppeln einer Kupplung abgeschaltet und wenn das Kraftfahrzeug steht, wird die Pumpe durch Einkuppeln der Kupplung betrieben.

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Claims

Patentansprüche

1. Pressluftwerkzeug mit einer Luftpumpe zur wechselweisen Beaufschlagung jeweils einer oberen und unteren Kammer eines durch einen Schlagkolben aufgeteilten Zylinderraumes mit Pressluft und einem Antrieb zur Betätigung des Pumpenkolbens, dadurch gekennzeich net, daß die obere und die untere Zylinderkammer (¹IVa bzw. 17b) des Schlagkolbenzylinders (17) jeweils mit der oberen ud der unteren Zylinderkammer (1a bzw. 1b) des Luftpumpenzylinders (1) über steuerbare Ventile (12, 14) strömungsmäßig, ein abgeschlossenes System bildend, verbunden sind.

2. Pr.essluftwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß die Ventile (12,14) derart ausgelegt sind, daß sie durch Erzeugung eines ötarkeh Unterdruckes in der oberen Kammer (1a) und eines starken ^Jberdruckes in der unteren Kammer (1b) bei der Aufwärtsbewegung des Luftpumpenzylinders (2) geöffnet werden, so daß der Schlagkolben (16) zu seinem oberen Totpunkt bewegt wird und dort verbleibt.

3. Pressluftwerkzeug nach Anspruch 2, d a d u r c h

g e ke η η ζ e i chn e t, daß die über- und Unterdrücke in der Luftpumpe durch Schließen der entsprechenden Ventile (12, 14) solange gehalten werden, bis die Luftpumpe (A) die Kompression der Arbeitsluft beendet hat, wobei der Schlagkolben (16) solange in der Anfangsstellung des oberen Totpunktes gehalten wird,.bis der Schlaghub des Schlagkolbens (16) dadurch ausgelöst wird, daß die Ventile (12, 14) durch den Pumpenkolben (2) angesteuert werden, sobald die vorbestimmte Kompression in der oberen Pumpenkammer (1a) erreicht ist, wodurch der auf das Werkzeug (25) gerichtete Schlaghub des Schlagkolbens (16) durch

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Zuführung der unter hohem Druck stehenden Pressluft der Pumpenkammer (1«) in die obere Kammer (1?a) des Schiagkolbenzylindero (17) und durch Erzeugung eines Unterdruckes in der unteren Kammer (17b) des Schlagkolbenzylinders (17) stark unterstützt wird.

4. Pref!8luf!werkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, .dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t, daß im unteren Teil des Luftpumponzylinders (1) öffnungen (10a und 10b) derart angeordnet sind, daß ein Druckausgleich zwischen der oberen Zylinderkamin er (1n) und der unteren ZyIindcrkammer (1b) erfolgt ι wenn eich der Pumpenkolben (2) in seinem unteren Totpunkt befindet.

5. Prossluftwerkzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn ζ ei c h η e t , daß im öchlagkolbcnzy-linder (17) eine öffnung (21) derart angeordnet ist, daß die obere Kammer (17a) mit der Verbindungeleitung (24) otrömungsmäßig verbunden werden kann.

6. Precsluftworkzeug nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, die iüi· die Aufwärtobewegung des ßchlaßkolbens (16) erforderlich int, etwa der halben Kreislauizeit des Lui tpumpenkolbeiiB (2) entspricht, während der abwärtsgeri clitet β üchla^lmb deo Schlagkolben« (1G) nur einem kleinen Bruchteil der Krei slaufzeit der. Luftpumpenkolben^ (2) entspricht.

7· Pressluftwerkzeug nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslassventil (12) derartig ausgebildet ist, daß es sowohl bei einem bestehenden Unterdruck im Kanal (11), nls auch durch Betätigung eines Ventilstößel s 12' öffnet.

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8. Pressluftwerkzeug nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch, getkennzeich.net, daß das Einlassventil (14) derartig ausgebildet ist, daß es sowohl bei einem bestehenden Unterdruck in der Zylinderkammer (1a) als auch durch Betätigung eines Ventilstößels 19 Öffnet»

9. Pressluftwerkzeug nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Antriebspumpe (A) als auch das Schlagwerkzeug (D) auf einem fahrzeug angeordnet ist und daß die Antriebspumpe (A) von der dem Antrieb des Fahrzeugs dienenden Maschine angetrieben wird.

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