DE2300388C3 - Schlaggerät - Google Patents

Description

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von der momentanen Stellung des innenzylinders — werden die Steuerbohrungen durch den Freikolben während dessen Bewegung gegenüber dem I nnenzylinder freigegeben, so daß bei gegenüber der Außenluft abgeschlossenem Ringkanal die Beliif ung der Druckkammern erfolgt. Damit lehrt die Erfindung eine gleichsam dosierte Belüftung dei Druckkammern, die trotz der unterschiedlichen Größe der Druckkammern zu einer überraschenden Stabilisierung der Arbeitstage des Freikolbens führt ° _!0

Bei einem erfindungsgemäßen Schlaggerät ergeben sich optimale Verhältnisse bezüglich Schlagkraft und Dämpfung, wenn die obere Druckkammer eine solche Axiallänge besitzt, daß der Freikolben seine Aufwärtsbewegung noch fortsetzen kann, wenn der Innenzylinder seine obere Endlage erreicht hat. Entsprechend besitzt die untere Druckkammer vorzugsweise eine solche Axiallänge, daß der Freikolben seine Abwärtsbewegung noch fortsetzen kann, wenn c'er Innenzylinder seine untere Endlage erreicht hat. _ia

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen im wesentlichen darin, daß — unabhängig von der durch die jeweiligen Einsatzbedingungen des Schlaggerätes bestimmten Bewegung des Freikolbens gegenüber dem Innenzylinder — eine stets gleichmäßige Belüftung der Druckkammern gewährleistet ist. Daraus ergibt sich trotz wesentlich verschiedener Größe der Druckkammern eine genau eingehaltene Arbeitslage des Freikolbens gegenüber dem Innenzylinder. Im Ergebnis werden damit unter allen Einsatzbedingungen gleichmäßige und hohe Schlagstärke bei guter Schlagdämpfung erreicht

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schlaggerät in Vorderansicht im Teilschnitt,

Fig.2 ein Schlaggerät gemäß F i g. 1 in Seitenansicht im Teilschritt und

F i g. 3 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Arbeitstaktes bei einem Schlaggerät.

Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Schlaggerät 10 besitzt ein langgestrecktes Gehäuse 11, in welchem ein Außenzylinder 12 befestigt ist, welcher an seinen beiden Enden wenigstens zwei Belüftungsbohrungen 13a 4, und 136 besitzt, welche eine Verbindung des Innenraumes des Außenzylinders mit der Außenluft ergeben. Am oberen Ende des Außenzylinders 12 ist ein Kurbelgetriebegehäuse 14 befestigt, welches ein an sich bekanntes Kurbelgetriebe beherbergt, mittels welchem die Drehbewegung einer Antriebswelle in die hin- und hergehende Bewegung einer Pleuel- oder Treibstange umgewandelt werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die einfachste Form eines Kurbelgetriebes verwendet worden, welche aus einer Pleuel- .^ stange 15, einer Kurbelwelle 16, einem großen Zahnrad 17 und einem kleinen Ritzel 18 besteht. Andererseits lassen sich natürlich auch irgendwelche anderen bekannten Kurbelgetriebe verwenden, wie beispielsweise ein Nockenantrieb oder eine ähnliche Exzenteranord- (<o nung. Das Ritzel 18 ist über eine biegsame Antriebswel Ie 19, welche in Fig.2 in strichpunktierten Linien angedeutet ist, mit einer in F i g. 2 ebenfalls strichpunktiert angedeuteten außen liegenden Antriebsmaschine 20 verbunden. Als außenliegende Antriebsmaschine kann jeder auf dem Markt befindliche Dieselmotor, Benzinmotor oder Elektromotor verwendet werden.

in dem Außenzylinder 12 ist ein Innenzylinder 21 angeordnet, welcher an seinen beiden Enden einen oberen Deckel 22a bzw. einen unteren Deckel 226 ttägt, deren Flansche außen über den lnnenzylinder überstehen und abdichtend an der Innenwandung des Außenzylinders 12 anliegen. Auf diese Weise ergibt sich zwischen der Inne.nwandung des Außenzylinders i2 und der Außenwandung des Innenzylinders 21 ein Ringkanal 24, welcher über die Belüftungsbohrungen 13a und 136 mit der Außenluft in Verbindung gebracht werden kann. Auf dein oberen Deckel 22a ist eine gelenkige Verbindung zwischen dem lnnenzylinder 21 und dem unteren Ende der Pleuelstange 15 vorgesehen, die hier als Kugelkopf 23 ausgebildet ist Dadurch läßt sich der innenzylinder 21 innerhalb des Außenzylinders 12 über das Kurbelgetriebe auf und nieder bewegen. Der untere Deckel 226 des Innenzylinders 21 besitzt eine Axialbohrung 22c für einen noch näher zu erläuternden Zweck. In der Wandung des Innenzylinders 21 sind mehrere Steuerbohrungen 25 und 26 vorgesehen, welche in Hen Ringkanai 24 einmünden, um die Druckkammern mit Luft zu versorgen bzw. aus ihnen die Luft abgeben zu können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese in unterschiedlichen Höhen übereinander angeordneten Steuerbohrungen 25 und 26 jeweils in gleichmäßigi.« Abständen voneinander über den Umfang des lnnenzylinders 21 verteilt. Im Innenzylinder 2! ist ein Freikolben 27 angeordnet welcher an der Innenwandung des lnnenzylinders auf und nieder gleiten kann. Auf diese Weise entsteht innerhalb des lnnenzylinders über dem Freikolber. 27 eine obere Druckkammer 28, welche durch die Innenwandung des Innenzylinders, die Innenwandung des oberen Deckels 22a und die obere Stirnfläche des Frcikolbens 27 begrenzt wird, während unter dem Freikolben 27 eine untere Druckkammer 29 entsteht,· welche durch die Innenwandung des unleren Deckels 226. die Innenwandung des lnnenzylinders und die untere Stirnflache des Freikolbens 27 begrenzt wird. Die Ausdehnung der Druckkammern ist durch die Anordnung der Steuerbohrungen 25, 26 bestimmt und sollte unter Berücksichtigung des Hubes des Innenzylinders 21 sowie der Länge des Koibenweges derai l festgelegt werden, daß die Axiailänge dei oberen Druckkammer 28 wesentlich größer ist als die der unteren Druckkammer 29. so daß. wenn der Innenzylinder 21 seinen oberen Totpunkt P (F i g. 3) erreicht, der Freikolben 27 seine Aufwärlsbcwegung noch fortsetzen kann. Wenn auch die untere Druckkammer 29 eine geringere Axiallänge aufweist als die obere Druckkammer 28, so sollte ihre Axiallän ge doch wenigstens so groß sein, daß der Freikolben 27 seine Abwärtsbewegung noch fortsetzen kann, wenn der Innenzylinder 21 seinen untersten Totpunkt Q (F i g. 3) erreicht, um sicherzustellen, daß die zusammengepreßte Luft nicht nur einen Dämpfungseffekt bewirkt, sondern auch eine wirksame Expansion gegenüber dem Freikolben entwickeln kann. Auf diese Weise läßt sich die Repulsivkraft der zusammengepreßten Luft innerhalb beider Druckkammern sehr vorteilhaft zur Beschleunigung und zur Dämpfung des Freikolbens ausnutzen.

Der Freikolben 27 trägt an seinem unteren Ende einen angeformten Ansatz 30, der als Hammeransat7 dient und durch die Axialbohrung 22c des unteren Dek kels 226 sowie die Axialbohrung 12a durch den Boden des Außenzylinders 12 hindurchführbar ist. Der Durchmesser der Axialbohrung 22c muß derart bestimmt werden, daß die Axialbohrung beim Durchgang des Hammeransatzes von ihm einwandfrei luftdicht ver-

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schlossen wird. Am unteren Ende des Schlaggerätes 10 ist ein Schlagwerkzeug 31, wie beispielsweise ein Meißel oder ein Stampfer, derart angeordnet, daß er durch eine im Boden eines unteren Gehäuses, welches beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Haltebügcl 32 ausgebildet ist, vorgesehene Durchgangsbohrung 32a nach unten herausragt und innerhalb vorgegebener Grenzen gegenüber dem unteren Ende des Hammeransatzes 3 axial bewegbar ist, so daß es von diesem Hammeransatz beaufschlagt werden und seine Schlagwirkung ausüben kann. Wenn das vorbeschriebene Schlaggerät zum Verdichten oder Feststampfen von Erdreich verwendet werden soll, so muß ein nicht dargestellter Stampfer an Stelle des dargestellten Meißels 31 verwendet werden, welcher vorzugsweise direkt am Hammeransatz 30 ausgebildet oder zumindest fest mit ihm verbunden ist.

Die unteren Steuerbohrungen 26 sind derart angeordnet, daß die Unterkante des Freikolbens 27 bei der Abwärtsbewegung nicht eher über diese unteren Steuerbohrungen 26 hinweggleitet als der Hammeransatz 30 auf das Schlagwerkzeug 31 trifft, da anderenfalls die Kompression der in der unteren Druckkammer 29 eingeschlossenen Luft zu früh einsetzt, wodurch die Abwärtsgeschwindigkeit des Hammeransatzes 30 schlagartig und infolgedessen die Schlagkraft des Gerätes sehr schnell verringert wird. Andererseits sind die oberen Steuerbohrungen 25 derart angeordnet, daß eine ausreichende Luftmenge in der oberen Druckkammer 29 eingeschlossen werden kann, und daß, wenn der Freikolben 27 die Luft in der unteren Druckkammer 29 maximal zusammengepreßt hat (s. F i g. 3,1) und augenblicklich seine Bewegungsrichtung umkehrt, die Oberkante des Freikolbens unter den oberen Radialbohrungen 25 liegt, so daß durch diese Radialbohrungen Frischluft in die ubere Druckkammer 2S einströmen kann. Die oberen Steuerbohrungen 25 bestimmen folglich die Unterkante der oberen Druckkammer 28, während die unteren Steuerbohrungen 26 die Oberkante der unteren Druckkammer 29 bestimmen. In jedem Fall erfolgt die Belüftung der Druckkammern 25, 26 über den Ringkanal 24, der seinerseits in den Endlagen des innenzyiinders 21 über die Belüftungsbohrungen 13a, Mb mit der Außenluft in Verbindung steht. Wenn auch bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils vier Steuerbohrungen 25 bzw. 26 vorgesehen sind, so ist doch diese Anzahl nicht unbedingt erforderlich; es genügt auch, jeweils nur eine Steuerbohrung 25 und 26 vorzusehen. An Stelle dieser zwei Steuerbohrungen 25 und 26 könnte auch an einer entsprechenden Stelle zwischen den beiden Bohrungen 25 und 26 eine einzige Radialbohrung mit großem Durchmesser vorgesehen werden. Die gleiche Funktion kann auch eine einzige axial verlaufende ovale Durchlaßöffnung, ein einziger Längsschlitz oder ein anderer Luftkanal ähnlicher Ausbildung in der Wandung des Innenzylinders 21 ausüben.

Zwischen dem unteren Ende des Außenzylinders 12 und einem Ringbund 34, welcher am Schlagwerkzeug 31 ausgebildet ist, ist eine Spiralfeder 33 angeordnet, um diesen Ringbund 34, welcher ein Herausfallen des Schlagwerkzeugs aus dem Haltebügel 32 verhindert, elastisch abzufangen. Außerdem ist neben dem Außengehäuse 11 eine Dämpfungsfeder 35 angeordnet (Fi g. 1), um die Reaktionskraft, welche bei der Arbeit mit dem Gerät an die Bedienungsperson übertragen wird, zu absorbieren. Zur Handhabung des Schlaggerätes isi außerdem am Gehäuse 11 ein Gehäuseunterteil 36 befestigt, welches die üblichen Handgriffe 37 trägt.

Wenn bei der Arbeit mit dem vorbeschriebenen Schlaggerät 10 das Kurbelgetriebe seitens der außenliegenden Antriebsmaschine 20 angetrieben wird, wird die Kurbelwelle 16 in Drehurg versetzt, wodurch die Pleuelstange 15 und gleichzeitig über sie der Innenzylinder 21 innerhalb des feststehenden Außenzylinders 12 auf und nieder bewegt wird. Der Ablauf eines gesamten Arbeitstaktes ist in der Fig.3 dargestellt. In der Phase I bewegen sich sowohl der Innenzylinder 21

ίο wie der Freikolben 27 nach oben. In der anschließenden Phase II steht die Pleuelstange 15 in ihrem oberen Totpunkt P. Der Innenzylinder hat infolgedessen gerade das Ende seines Aufwärtshubes erreicht und der Ringkanal 24 steht über die Belüftungsbohrung 13 mit der Außenluft in Verbindung, während der Freikolben 27 seine Aufwärtsbewegung noch fortsetzt und die in der oberen Druckkammer 28 eingeschlossene Luft zusammenpreßt. In der Phase III bewegt sich die Pleuelstange 15 von ihrem oberen Totpunkt Pnach unter und drückt dabei auch den Innenzylinder 21 nach unten. Hierbei wird die zwischen dem abwärts gehenden Innenzylinder 21 und dem sich noch aufwärts bewegenden Freikolben 27 eingeschlossene Luft stark bis zum Maximalwert zusammengepreßt und dehnt sich als-

2s dann plötzlich aus, so daß sie eine starke Repulsionskraft auf den Freikolben 27 ausübt. Dadurch wird der Freikolben 27 schlagartig nach unten gepreßt und läuft dem Innenzylinder 21 voraus, wie dies in der Phase IV dargestellt ist. und zwar mit einer Geschwindigkeit.

welche sich im wesentlichen aus der Abwärtsgeschwindigkeit des Innenzylinders 21, der beschleunigenden Repulsionskraft der zusammengepreßten Luft und dem Gewicht des Freikolbens 27 selbst zusammensetzt.
Die Phase V zeigt genau den Augenblick, in welchem der Freikolben 27 über die untere Steuerbohrung 26 hinwcgglcitct. In diesem Augenblick trifft der Hammeransatz 30 auf das obere Ende des Schlagwerkzeugs 31 und erteilt diesem einen harten Schlag. Im nächsten Augenblick beginnt der Freikolben, die Luft in der unteren Druckkammer 29 zusammenzupressen. Dabei befinden sich jedoch der Innenzylinder 21 und der Freikolben 27 noch in ihrer Abwärtsbewegung. In der Phase Vl hat die Pleuelstange 16 ihren unteren Totpunkt Q erreicht. Der Innenzylinder 21 befindet sich infolgedessen auch am Ende seines Abwärtshubes, der Ringkana 24 steht über die Belüftungsbohrung 13b mit der Außenluft in Verbindung. In dieser Phase ist daher der Schlag beendet und der Innenzylinder 21 bewegt sicr unmittelbar anschließend wieder nach oben, obwoh

so der Freikolben sich noch abwärts bewegt und die Lufi in der unteren Druckkammer 29 zusammenpreßt. Infol gedessen wird in der sich an die Phase Vl anschließen den Phase I die Luft in dieser unteren Druckkammei auf ihren Maximalwert zusammengepreßt. Hierdurcr

wird der Freikolben 27 gezwungen, seine Bewegung zi ändern und sich aufwärts zu bewegen, wobei er durcr den Druck der sehr stark zusammengepreßten Luft ir der unteren Druckkammer nach oben beschleunig wird und mithilft, die Druckwirkung auf die Luft in dei

(Ό oberen Druckkammer 28 zu verstärken. Sobald di< Oberkante des Freikolbens über die oberen Steuerboh rangen 25 hinweggleitet, ist die Luft in der oberer Druckkammer eingeschlossen und es beginnt ihn Kompression. Infolgedessen beginnt der Freikolber fcs allmählich an Geschwindigkeit zu verlieren. Es ist ein leuchtend, daß in den Phasen I und III die jeweils zu sammengepreßte Luft die Dämpfung erleichtert un< den Frcikolben daran hindert, gegen den Zylinderdek

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kel zu schlagen.

Da in den Phasen Il bis VI die Luft in der unteren Druckkammer 29 durch die Steuerbohrungen 25 und 26 entweichen kann, ergibt sich keine nach oben gerichtete Repulsionskraft entgegen dem abwärts gleitenden Freikolben. In der Phase I strömt dagegen durch die

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oberen Steuerbohrungen 25 Frischluft in die obere Druckkammer 28 ein, um einen Luftverlust während des vorangegangenen Arbeitstaktes wieder aufzufüllen. Dieser vorgeschriebene Arbeitstakt wiederholt sich während der Drehung der Kurbelwelle 16 fortlaufend.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

409 610/296

Claims (1)

1. 23 00 3S8

   Patentanspruch:

   Schlaggerät, bestehend aus einem Außenzylinder mit Belüftungsbohrungen sowie mit einem aufgesetzten und an eine außenüegende rotierende Antriebsmaschine anschließbaren Kurbelgetriebe, aus einem über das Kurbelgetriebe im Außenzylinder verschiebbaren innenzylinder mit oberem und unterem Deckel sowie mit in seinem Mantel angeordneten Steuerbohrungen, aus einem im Innenzylinder verschiebbaren Freikolben mit einem dichtend in einer Axialbohrung des unteren Deckels geführten Hammeransatz, und aus einem koaxial zum Hammeransatz geführten und von diesem beaufschlag- !5 baren Schlagwerkzeug, wobei im Innenzyünder durch den Freikoiben Druckkammern von durch die Anordnung der Steuerbohrungen bestimmter Ausdehnung abgetrennt sind und wobei die obere Druckkammer wesentliche größere Ausdehnung ais die untere Druckkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der innenzylinder (21) im Außenzylinder (12) mittels Flanschen der Deckel (22a, 226) geführt ist, zwischen sich einen geschlossenen Ringkanal (24) einschließen, wobei die Steuerbohrungen (25, 26) in den Ringkanal (24) münden, und wobei in den Endlagen des Innenzylinders (21) der Ringkanal (24) durch die Belüftungsbohrungen (13a, 13i>) mit der Außenluft in Verbindung steht.

   Die Erfindung betrifft ein Schlaggerät, bestehend aus einem Außenzylinder mit ßeiüftungsbc>hrungen sowie mit einem aufgesetzten und an eine außenliegende rotierende Antriebsmaschine anschließbaren Kurbelgetriebe, aus einem über das Kurbelgetriebe im Außenzylinder verschiebbaren Innenzylinder mit oberem und unterem Deckel sowie mit in seinem Mantel angeordneten Steuerbohrungen, aus einem im Innenzylinder verschiebbaren Freikolben mit einem dichten in einer Axia'ibuhrung de: Vieren Deckels geführten Hammeransatz und aus einem koaxial zum Hammeransatz geführten und von diesem beaufschlagbaren Schlagwerkzeug, wobei im Innenzylinder durch den Freikolben Druckkammern von durch die Anordnung der Steuerbohrungen bestimmter Ausdehnung abgetrennt sind und wobei die obere Druckkammer wesentlich größere Ausdehnung als die untere Druckkammer aufweist. — Derartige Schlaggeräte werden beispielsweise für Brecharbeiten in Beton, Bohrarbeiten im Gestein, zum Feststampfen von Erdreich, zum Entgraten von Gußteilen u.dgl. eingesetzt. Dabei wird die Antriebskraft nicht unmittelbar auf das Schlagwerkzeug übertragen, sondern mittelbar über den angetriebenen Innenzylinder und den im Innenzylinder verschiebbaren Freikoiben. Die Steuer- und Belüftungsbohrungen dienen zu Steuerung der Druckverhältnisse in den Druckkammern und im Außenzylinder. Mit der im Vergleich zur unteren Druckkammer größeren Ausdehnung der oberen Druckkammer wird erreicht, daß die Rückstoßkraft der in den Kammern eingeschlossenen Luft vorteilhaft zur Beschleunigung und zur Dämpfung des Freikolbens bei Arbeits- und Rückhub beiträgt.

   Bei einem bekannten Schlaggerät der eingangs beschriebenen Gattung (vgl. DT-PS 2 55 977) ist die Anordnung so getroffen, daß eine Belüftung der Druckkammern im Innenzylinder genau dann erfolgt, wenn Steuer- und Belüftungsbohrungen einander überdekken, und wenn zugleich der Freikolben die Sicucrbohrungen freigibt. Die Belüftungsbedingungen hängen hier maßgeblich von den Einsatzbedingungen des Srhlaggerätes ab, da zeitlicher Verlauf und Größe des Hubes des Freikolbens weitgehend durch die Festigkeit der zu bearbeitenden Unterlage bestimmi sind. Diese Ungleichmäßigkeit der Belüftung der Druckkammern hat zur Folge, daß mit dem bekannten Schlaggerät eine definierte Arbeitslage des Freikolbens und gleichmäßige Schlagstärke nicht zu erreichen sind.

   Bei einem bekannten Schlaggerät anderer als der eingangs beschriebenen Gattung (vgl. DT-PS 5 06 624), bei dem obere und untere Druckkammer gleiche Ausdehnung ausweisen und folglich optimale Schlagstärke nicht zu erreichen ist, sind die Belüftungsöffnungen ais. durchgehende Abführkanäle im Außenzylinuer ausgebildet, durch welche die Steuerbohrungen beständig mit der Außenluft in Verbindung stehen. Entsprechendes gilt für ein weiter bekanntes Schlaggerät anderer Gattung (vgl. DT-AS 18 14 006), bei dem zwischen Innenzylinder und Außenzylinder ein durch Führungsilansche abgeschlossener Ringraum besteht, durch den die Steueröffnungen beständig mit einer Beiüftungsöffnung in Verbindung stehen. Das mag bei gleicher Größe von oberer und unterer Druckkammer zulässig sein, bei — zur Erreichung hoher Schlagstärke — wesentlich verschiedener Größe der Druckkammern ist auf diese Weise eine konstante Arbeitslage des Freikolbens nicht zu erreichen.

   Weiter ist ein Schlaggerät anderer Gattung bekannt (vgl. US-PS 14 89 312), bei dem der Innenzylinder unten offen ist und folglich eine untere Druckkammer nicht besteht, so daß beim Aufschlag des Hammeransatzes keine Druckdämpfung erzielt wird. Der Außenzylinder weist hier keine Belüftungsbohrungen auf, die Belüftung der oberen Druckkammer erfolgt von unten her über Steuerbohrungen, die in einen Ringkanal zwischen Innen- und Außenzylinder münden.

   Schließlich ist ein Schlaggerät gleichfalls anderer Gattung bekannt (vgl. FR-PS 20 54 222), das nicht durch eine außen liegende Antriebsmaschine angetrieben wird, sondern als Zweitaktmotor mit innerer Verbrennung arbeitet. Das öl enthaltende Verbrennungsgemisch wird zur Schmierung des Freikolbens in den innenzylinder geleitet, und zwar über einen Ringkanal zwischen Innen- und Außenzylinder und die in den Druckkammern mündenden Steuerbohrungen.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schlaggerät der eingangs beschriebenen Gattung so weiterzubilden, daß gleichmäßige und hohe Schlagstärke gewährleistet sind.

   Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Innenzylinder im Außenzylinder mittels 1 !ansehen der Deckel geführt ist, die zwischen sich einen geschlossenen Ringkanal einschließen, wobei die Steuerbohrungen in den Ringkanal münden, und wobei in den Endlagen des Innenzylinders der Ringkanal durch die Belüftungsbohrungen mit der Außenluft in Verbindung steht. — Bei einem erfindungsgemäßen Schlaggcrät wird der Belüftungsvorgang der Druckkammern gleichsam in zwei Phasen unterteilt. Zunächst erfolgt stets und unabhängig von der Stellung des Freikolbens in den Endlagen des Innenzylinders die Belüftung des Ringkar.als durch die Belüftungsbohrungen im Außenzylinder, !m weiteren Verlauf — und nun unabhängig