DE2316526A1

DE2316526A1 - Pressluftwerkzeug

Info

Publication number: DE2316526A1
Application number: DE2316526A
Authority: DE
Inventors: Susumu Matsuo
Original assignee: MATSUO LAB CO
Current assignee: MATSUO LAB CO
Priority date: 1972-04-03
Filing date: 1973-04-03
Publication date: 1973-10-18
Also published as: FR2179007B1; CH576317A5; AT334841B; DE2316526C3; US3878902A; GB1389803A; FR2179007A1; JPS48100768A; DE2316526B2; SE398834B; ATA292373A; IT980029B; CA971058A; JPS519199B2

Description

HEiNZ LINSER . PATENTANWALT . PHYSIKER

6072 DREIEICHENHAIN BERLINER RING 170 RUF (061 03) 8 18 13

Fu 41?.D

Matsuo Laboratory Co., Ltd. Sunto, Shizuoka .
Japan

Pressluftwerkzeug

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pressluftwerkzeug mit einer einen Luftpumpenzylinder und einen darin gleitbar gelagerten Pumpenkolben aufweisenden Luftpumpe und einem Werkzeugzylinder mit einem darin gleitbar gelagerten freien Kolben.

Die Erfindung stellt eine Weiterentwicklung und Verbesserung eines Pressluftwerkzeuges dar, daß in der deutschen Offenlegun^- schrift ? 246 370 beschrieben ist. Dieses bereits vorgeschlagene Pressluftwerkzeug ist mit einer Luftpumpe zur Beaufschlagung jeweils einer oberen und einer unteren 'Kammer eines durch einen Schlagkolben aufgeteilten Zylinderraumes mit Pressluft ausgerüstet. Die obere und die untere Zylinderkamraer des Schlagkolbenzylinders ist dabei jeweils mit der oberen

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und unteren Zylinderkammer des Luftpumpenzylinders über steuerbare Ventile strömungsmäßig ein abgeschlossenes System bildend verbunden. Die Über- und Unterdrucke in der Luftpumpe werden durch Schließen der entsprechenden Ventile so lange 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. Die entsprechenden Ventile werden angesteuert 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 Schlagkolbenzylinders leistungsstark unterstützt wird.

Bei dem bereits vorgeschlagenen Pressluftwerkzeug steuert der Luftpumpenkolben in dem Pumpenzylinder die Bewegung des freien Kolbens in dem Werkzeugzylinder derart, daß soviel Zeit wie möglich verwendet wird, um den oberen Punkt des Werkzeugzylinders zu erreichen und so wenig Zeit wie möglich, um zum Zylinderboden zu gelangen.

Das bereits vorgeschlagene' Pressluftwerkzeug, gemäß der oben genannten Offenlegungsschrift,arbeitet zufriedenstellend. Wenn jedoch ein freier Kolben einer großen Masse verwendet wird, mit dem Bestreben, die erzeugte Schlagenergie zu erhöhen, so ist es außerordentlich schwierig, einen derartig schweren freien Kolben am oberen Totpunkt zu halten, so daß die Verwendung eines schweren freien Kolbens einen abnormalen Zeitablauf zwischen den Kolben ergibt, wodurch der Wirkungsgrad verschlechtert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorgeschlagene Pressluftwerkzeug zu verbessern, wobei ein massiver freier

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Kolben derart gesteuert wird, daß eine erhöhte Schlagenergie erzeugt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Pressluftwerkzeug der eingangs aufgeführten Art, dadurch, daß der Zylinderkopf des Werkzeugzylinders eine öffnung und eine einseitig gerichtete Steuerauslaßöffnung aufweist, wobei der freie Kolben ein hervorstehendes Teil aufweist, welches in die öffnung des Zylinderkopfes passt und diese schließt, daß der Luftpumpenzylinder mit dem Werkzeugzylinder über eine in den V/andungen der Zylinder angebrachte ßeitenöffnung strömungsmäßig verbunden ist und daß ein Meißel gleitend gelagert durch den Boden des- Werkzeugzylinders geführt ist und bis in den Werkzeugzylinder reicht. Der Werkzeug- und der Luftpumpenzylinder bilden dabei in vorteilhafter Weise einen integralen Bestandteil des Pressluftwerkzeugs. Die Seitenöffnung ist gemäß der Erfindung in Relation zur Größe des freien Kolbens so dimensioniert und angeordnet, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt zwischen dem oberen Raum des Luftpumpenzylinders über ein oberes Verbindungsrohr und der oberen öffnung zum oberen Raum des Werkzeugzylinders und von diesem über die Seitenöffnung zum unteren R-rum des Luftpumpenzylinders eine strömungsmäßige Verbindung besteht. Ein motorisch angetriebener Kurbelmechanismus ist in vorteilhafter Weise mit dem Luftpumpenkolben wirksam verbunden.

Nach der Erfindung weist eine in einer Richtung wirkende Steueröffnung eine öffnung auf, die mit dem oberen Verbindungsrohr in Verbindung steht und wobei ein Rückströmventil vorhanden ist, welches eine Strömung der Luft vom Werkzeugzylinderraum zum Luftpumpenzylinderraum über das obere Verbindungsrohr gestattet, jedoch nicht umgekehrt. Die Seitenöffnung in den Zylinderwandungen ist derart angeordnet, daß sie von dem freien Kolben geschlossen wird, wenn dieser seinen unteren Totpunkt erreicht und daß sie

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teilweise geöffnet wird, unmittelbar nachdem der freie Kolben sich vom unteren Totpunkt abhebt.

Die Bodenfläche des freien Kolbens weist in vorteilhafter V/eise eine Aussparung auf, in di-e das Kopfteil des Meißels passt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Hierbei zeigen:

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Figur 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines pneumatisch betätigbaren Pressluftwerkzeuges nach der Erfindung, bei dem sich der freie Kolben am unteren Totpunkt befindet, während der Pumpenkolben am oberen Totpunkt steht;

Figuren 2, 1 bis 2,7 in sehematischer Darstellungen die Arbeitsabläufe des Pumpenkolbens und des freien Kolbens nach der Erfindung:

Figur 3 eine graphische Darstellung der periodischen Bewegungen des freien Kolbens des Schlagwerkzeugen nach der Erfindung (durchgezogene Kurve), des Pumpenkolbens (unterbrochene Kurve) und des freien Kolbens des bereits vorgeschlagenen Pressluftwerkzeuges (Kettenkurve)·, und

Figur 4 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform des pneumatisch betätigten Pressluftwerkzeuges nach der Erfindung.

In Figur 1 ist mit 1 ein freier Kolben bezeichnet, der in einem Zylindergehäuse 2 gleitbar gelagert ist. Der Zylinderkopf des Werkzeugzylinders 2 weist eine öffnung 2¹ in der

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Mitte desselben auf. Im Pumpenzylinder 4 ist ein Pumpenkolben 5 gleitbar gelagert und der Zylinderkopf des Pumpenzylinders besitzt ebenfalls eine öffnung 4' in der Mitte desselben.

Beide Zylinder 2 und 4 liegen zueinander parallel und stellen einen integralen Teil des Pressluftwerkzeuges dar, wobei die Zylinder untereinander durch ein oberes Hohr 5 strömungsmäßig verbunden sind, wobei das obere Rohr einerseits in die öffnung 2¹ des Werkzeugzylinders und 4' in die öffnung des Pumpenzylinders übergeht. In den unteren Teilen der einander zugekehrten Zylinderwandungen befindet sich eine Öffnung 6. Der Pumpenzylinder 4 weist am unteren Ende des Zylindergehäuses ,ein Kurbelgehäuse 7 auf. Eine in dem Kurbelgehäuse 7 gelagerte Kurbel 8 ist mit einem Kolben 3 durch eine Kolbenstange verbunden. Die Kurbel 8 wird durch einen Motor 14 über einen Riemen 15 und eine Riemenscheibe 13 angetrieben. Der Kammerraum, welcher durch das Kurbelgehäuse und durch den Pumpenzylinder bestimmt ist, ist luftdicht abgeschlossen, mit Ausnahme der oberen öffnung 4*. und der Seitenöffnung 6.

Der freie Kolben 1 weist ein hervorstehendes Teil 10 auf, welches derartig ausgelegt ist, daß es in die öffnung ?'■ des Kopfteiles passt und diese schließt, wenn der freie Kolben den oberen Teil des Werkzeugzylinders erreicht und das Kopfteil des Werkzeugzylinders ist mit einer Steueröffnung versehen, die in bezug zur öffnung 2' parallel liegt und enthält ein Rückströmventil 11.

"Der freie Kolben 1 stößt, wenn er nach unten getrieben wird , mit einer starken Kraft gegen das Kopfteil eines Meißels bevor der freie Kolben 1 den unteren Totpunkt erreicht.

In den Figuren '\1bis ?,7 nind die verschiedenen Arbeitszustünde der Kolben des Pressluftwerkzeuges dargestellt. Die Figur -",1 zeigt den Zustand des Werkzeuges vor Beginn des

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Arbeitsanlaufes und hierbei steht .der obere Raum 4a des Pumpenzylinders mit dem oberen Raum 2a des Werkzeugzyliiiders über das obere Rohr 5 strömungsmäßig in Verbindung und der untere Raum 4b des Pumpenzylinders mit dem oberen Raum 2a über den oberen Teil der Öffnung 6 in Verbindung, welcher dann geöffnet ist, wenn der freie Kolben 1 sich am unteren Totpunkt befindet. Der freie Kolben 1 wird somit nicht von der Bewegung des Pumpenkolbens 3 beeinflußt, der sich frei im Leerlaufzustand hin und her bewegen kann.

Um die Bewegung des freien Kolbens 1 einzuleiten, wird der Meißel 9 mit dem zu bearbeitenden Material in Berührung gebracht um den freien Kolben 1 nach oben bis in eine Stellung zu schieben, in der sich der Boden desselben etwas oberhalb des unteren Teils der Seitenöffnung 6 befindet, so daß der untere Raum 2b des Werkzeugzylinders mit dem unteren Raum 4b des Pumpenzylinders strömungsmäßig in Verbindung steht (siehe hierzu Figur P₅ 2)»

Wenn sich der Pumpenkolben 3 nach unten bewegt, komprimiert er die Luft in den beiden unteren Räumen Pb und 4b und verringert den Luftdruck in den beiden oberen Räumen Pa und 4a. Der Überdruck der so komprimierten Luft und der Unterdruck der auf diese Weise expandierten Luft bewirkt, daß der freie Kolben 1 sich nach oben bewegt (siehe hierzu Figur 2,3).

Der freie Kolben 1 bewegt sich in. die Nähe des oberen Totpunktes (siehe Figur 2,4) und das hervorstehende Teil 10 des freien Kolbens- dringt in die Öffnung 2' des Kopfteiles ein und schließt diese luftdicht ab, ro daß die Luft daran gehindert wird über das obere Rohr 5 in den- oberen. Raum des Pumpenzylinders einzudringen. Dies geschieht in dem Augenblick, in dem sich der Pumpenkolben in der Hähe dos

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oberen Totpunktes oder in der Nähe des unteren Totpunktes befindet. Dadurch eingibt sich, dass der freie Kolben mit einer verringerten Geschwindigkeit weiter hoch steigt und die Luft zusammenpresst, die in dem verbleibenden Raum zwischen den» freien Kolben und dem Kopfteil des Werkzeugzylinders eingeschlossen ist. Der Druck der eingeschlossenen und in dem restlichen Raum Pa komprimierten Luft steigt derart an, daß er die Gegenkraft der Feder des Rückströmventils 11 überwindet, wodurch das Ventil 11 geöffnet wird und die eingeschlossene Luft aus dem Raum 2a des Werkzeugzylinders über die Steueröffnung 12 in den oberen Raum 4a des Pumpenzylinders strömt.

Während die eingeschlossene Luft noch frei-gegeben wird, steigt der freie Kolben noch an und treibt die übrige Luft in den oberen Raum ^J\a. des Pumpenzylinders und gleichzeitig wird der freie Kolben abgefangen, bis er den oberen Totpunkt erreicht.

Der freie Kolben 1 erreicht seinen höchsten Punkt zu dem Zeitpunkt, in dem der Pumpenkolben 3 den unteren Totpunkt erreicht. Der Druck der in dem oberen Raum 2a eingeschlossenen Luft wird sodann durch das Gewicht des freien Kolbens 1 verringert.

Der unterdruck dieser Luft wirkt auf die obere Fläche des freien Kolbens und der freie Kolben wird daher noch am oberen Totpunkt festgehalten, während der Pumpenkolben zum oberen Totpunkt hoch-steigt (siehe. Figur 2,5)·

Wenn der Pumpenkolben 3 sich in die Nähe des oberen Totpunktes bewegt (siehe Figur 2,6) so wird die Luft" in dem oberen Raum Aa des Pumpenzylinders und in den* oberen Rohr 5» welches damit in Verbindung steht, komprimiert. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, wird die Steueröffnung 12 durch das

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Rückströmventil 11 geschlossen und der.Druck der so komprimierten Luft im oberen Raum 4a und in dem Rohr 5 wirkt nur auf die kleine Fläche des hervorstehenden Teils 10. Wegen der kleinen Fläche des hervorstehenden Teils 10 beträgt der Druck der auf Jede Flächeneinheit der gesamten oberen Fläche des freien Kolbens wirkt, nur einen kleinen Bruchteil des Druckes, der auf- Jede Flächeneinheit des hervorstehenden -Teils wirkt, so daß daher der freie Kolben aufgrund der Saugwirkung am oberen Totpunkt,verbleibt. Dem freien Kolben kann auch gestattet werden etwas abzusinken, während Jedoch das hervorstehende Teil desselben noch in der Öffnung 2' verbleibt (siehe Figur 2,7)· Venn der Pumpenkolben den oberen Totpunkt erreicht, und wenn der Luftdruck in dem oberen Raum 4a auf sein Maximum ansteigt, so beginnt der freie Kolben abzusinken und das hervorstehende Teil verläßt die Öffnung 2'. Somit wirkt"der maximale Luftüberdruck, auf die gesamte obere Fläche des freien Kolbens und gleichzeitig wirkt der maximale Luftunterdruck in dem unteren Raum des Pumpenzylinders auf die gesamte untere Fläche des freien Kolbens über die Seitenöffnung 6. Der freie Kolben, welcher somit der Stoß-Zug-Wirkung unterworfen wird, bewegt sich und zieht das hervorstehende Teil aus der Öffnung 2'. Der freie Kolben bewegt sich mit einer zunehmenden Geschwindigkeit,bis er gegen den Meißel 9 stößt (siehe Figur 2,1), wobei dann der obere Raum 2a des Werkzeugzylinders mit dem unetren Raum 4b des Pumpenzylinders strömungsmäßig in Verbindung steht, so daß der Überdruck der Luft von dem Werkzeugzylinder zum unteren Raum des-Pumpenzylinders über die Seitenöffnung 6 gelangen kann.

Die, Seitenöffnung 6 ist etwas kürzer als die Höhe des freien Kolbens 1 und die Seitenöffnung 6 kann auch in zwei Seitenöffnungen aufgeteilt werden, wie aus Figur 4 ersichtlich ist.

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Nach dem Stoß auf den Meißel 9 wird der freie Kolben 1 durch den Meißel 9 nach oben gestoßen, welcher noch mit dem Material in Berührung steht und durch die Reaktion, welche sich von dem Stoß mit dem Meißel 9 ergibt (siehe Figur 2,2). Der unetre Rand des freien Kolbens 1 wandert somit über den unteren Teil der Seitenöffnung 6, so daß in dem unetren Raum 2a ein Unterdruck erzeugt wird, wahrend in dem unteren Raum 4b ein Überdruck erzeugt wird, der dafür sorgt, daß der freie Kolben 1 nach oben steigt, wenn der Pumpenkolben 3 sich nach unten bewegt (siehe Figur 2,3 und 2,4). Die Stoßbewegung wird daher weich und kontinuierlich wiederholt. Die Stoßbewegung des freien Kolbens 1 kann nur dadurch angehalten werden, wenn der Meißel 9 von dem zu bearbeitenden Material entfernt wird.

Die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung können daher auf die folgenden Punkte reduziert werden:

1. Der freie Kolben 1 weist ein hervorstehendes Teil 10 auf, welches in die öffnung 2' des Kopfteils des Werkzeugzylinders 2 in der Nähe des Endes des nach oben gerichteten Hubes des freien Kolbens 1 passt und diese abschließt, so daß der Luftkanal von den Werkzeugzylinder 2 zum Pumpenzylinder 4- geschlossen wird;

2. das Kopfteil des Werkzeugzylinders besitzt eine Steueröffnung 12, welche in der Nähe der öffnung 2' des Kopfteils angeordnet ist, welche gestattet, daß der freie Kolben, nach dem Verschluß der öffnung 2' durch das hervorstehende Teil, nach oben gteigt und die Luft, welche in dem oberen Raum 2a des Werkzeugzylinders 2 eingeschlossen ist, komprimiert, bis der Druck der so komprimierten Luft bewirkt, daß das damit in Verbindung stehende Rückströmventil geöffnet wird, wobei gleichzeitig dem freien Kolben gestattet ist, nach oben zu steigen und die verbleibende Luft in den Luftkanal zum oberen Raum des Kolbenzylinders zu stoßenjbis er den oberen Totpunkt erreicht

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und unter dem Sog gehalten wird:.

der freie Kolben 1 beginnt nicht abzusinken, bevor der Pumpenkolben 3 die in dem oberen Raum des Kolbenzylinders 4 eingeschlossene LuJTt mrocimal komprimiert hat, da der Druck der komprimierten Luft auch die größere obere Fläche des freien Kolbens nur über die kleine obere Fläche des hervorstehenden Teils einwirkt.

Das so gewonnene Ergebnis ist in Figur 3 insbesondere um den oberen Totpunkt des Hubes des_freien Kolbens dargestellt. Die Abflachungen B', H' der Kurve (durchgezogene Linie) um den oberen Totpunkt in Figur 3 zeigt an, daß die Erfindung die Verwendung eines freien Kolbens erlaubt,-welcher schwerer ist' als bei den bekannten Maschinen, so daß daher der Stoß oder die Zertrüramerungskraft des Meißels wesentlich erhöht wird.

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Claims

PatentansOrüche

1. Pressluftwerkzeug mit einer einen Luftpumpenzylinder und einen darin gleitbar gelagerten Pumpenkolben aufweisenden Luftpumpe und einem Werkzeugzylinder mit einem darin gleitbar gelagerten freien Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf des Werkzeugzylinderε (2) eine öffnung (2¹) und eine einseitig gerichtete SteuerauslaßÖffnung (12) aufweist, wobei der freie Kolben (1) ein hervorstehendes Teil (10) aufweist, welches in die öffnung (2¹) des Zylinderkopfes passt und diese schließt, daß der Luftpumpenzylinder (4) mit dem Werkzeugzylinder über eine in den Wandungen der Zylinder (2 und 4)-eingebrachte Seitenöffnung (6) strömungsmäßig verbunden ist und daß ein Meißel (9) gleitend gelagert durch den Boden des Werkzeugzylinders (?) geführt ist und bis in den Werkzeugzylinder reicht.

2. PresGluftwerkzQUg nach Anspruch 1, dadurch g e k.ennz ei chnet, daß der Werkzeug- und der Luftpumpenzylinder einen integralen Bestandteil des Pressluftwerkzeuges bilden.

Pressluftwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenöffnung(6) in Relation zur Größe des freien Kolbens (1) so dimensioniert und angeordnet ist, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt zwischen dem oberen Raum (4a) des Luftpumpenzylinders (4) über ein oberes Verbindungsrohr (5) und der oberen öffnung (2') zum oberen Raum (2a) des Werkzeugzylindere (2) und von diesem über die SeitenÖffnungs (6) zum unteren Raum (4b) des Luftpumpenzylinders (4) eine strömungsmäßige Verbindung besteht.

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4. Pressluftwerkseug nach Anspruch 1, 2 oder 3» d ad u r c h gekennz ei chne t, daß ein motorisch angetriebener Kurbelmechanismus (8) mit dem Luftpumpenkolben (3) wirksam verbunden ist.

Pressluftwerkzeug nach Anspruch Ί bis 4, d a d u r c h gekennz ei chne t, daß eine in einer Richtung wirkende Steueröffnung (12) eine öffnung au^eist, die mit dem oberen Verbindungsrohr (5) in Verbindung steht und daß ein Ruckströmventil (H) vorhanden ist, welches eine Strömung der Luft vom Werkzeugzylinderraum (2a) zum Luftpumpenzylinderraum (4a) über das obere Verbindungsrohr (5) gestattet, jedoch nicht umgekehrt. .

6· Pressluftwerkzeug nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeic h η e t, daß die Seitenöffnung (6) derartig angeordnet ist, daß sie von dem freien Kolben (1) geschlossen wird, wenn dieser seinen unteren Totpunkt erreicht und daß sie teilweise geöffnet wird_s unmittelbar nach dem der freie Eolben (1) sich vom unteren Totpunkt abhebt.

7· Pressluftwerkzeug nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g-ekennz ei chn.e t, daß die Bodenfläche des freien Kolbens (1) eine Aussparung aufweist, in die das Kopfteil des Meißels (9) passt.

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