DE2506907C2 - Pneumatisch betriebenes Schlagwerkzeug - Google Patents

Description

15

Die Erfindung betrifft ein pneumatisch mit ölfreier Druckluft betriebenes Schlagwerkzeug mit einem in einem Zylinder axial frei geführten, durch Ventile gesteuert hin- und hergehend antreibbaren, auf einen Werkzeugeinsatz einwirkenden Schlagkolben und einer Kolbenstange, die in mit Schmiermittel versorgten Führungen im Gehäuse gleitet.

Bei herkömmlichen Schlagwerkzeugen wird der Hammerkolben unmittelbar im Zylinder geführt Zu seiner Schmierung sind entweder an eine Dosiereinrichtung angeschlossene Schmierölkanäle vorgesehen, wobei der Kolben mit ölfreier Druckluft beaufschlagt werden kann, oder es wird der Druckluft, mit der der Motor betrieben wird, öl zugesetzt (vgl. AT-PS 1 25 397 und Taschenbuch für Druckluftbetrieb, 9. Auflage, 1970, herausgegeben von FMA Pokorny, Seiten 474, 475). In diesem Fall wird bei jedem Arbeitshub sowohl in der Antriebs-Druckluft verteiltes ö! als auch öl, das sich am Hammerkolben und den Zylinderwänden abgesetzt hatte, mit der aus dem Zylinder ausgestoßenen Abluft in die Atmosphäre entlassen. Der größte Teil des Öls, das in dieser Weise kontinuierlich das Schlagwerkzeug verläßt, ist in der Luft in Form kleinster Tröpfchen suspendiert. Es stellt deshalb eine ernsthafte Gefahr für die Gesundheit der sich in der Nähe des Schlagwerkzeugs aufhaltenden Personen dar.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Schlagwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem das Ausblasen von öl mit der Abluft im wesentlichen beseitigt ist

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Kolbenstange nach beiden Seiten aus dem Zylinder erstreckt und den Kolben mit Abstand zur Zylinderwand führt

Es ist zwar bei sogenannten Trockenläufer-Kompressoren und bei Dampfmaschinen seit Jahrzehnten bekannt, die Kolben durch die Kolbenstange mit Abstand zur Zylinderwand zu führen (vgl. DE-PS 6 97 619), um die Schmierung des Kolbens zu vermeiden, aber in jenen Fällen sind die Voraussetzungen für einen solchen Betrieb insofern günstig, als keine schlagartigen Belastungen im Kolben auftreten und die Frequenz niedrig ist. Bei Schlagwerkzeugen ist man dagegen bestrebt, den Hammerkolben mit einer möglichst hohen Schlagfrequenz von z. B. 2500 bis 3000 und mehr Schlägen pro Minute arbeiten zu lassen. Dabei ist der Hammerkolben praktisch ununterbrochen starken Stoßwellen ausgesetzt, die ihn vorübergehend im Durchmesser um einige Hundertstel Millimeter dicker b5 werden lassen und auch nicht immer genau in axialer Richtung verlaufen, so daß die radialen Führungen des Kolbens stark beansprucht werden, wenn nicht ein dämpfender Ölfilm vorhanden ist Die bisher bei Trockenläufer-Kompressoren als Ersatz für die ölschmierung verwendeten selbstschmierenden Materialien würden bei Schlagwerkzeugen den dort auftretenden Belastungen nicht standhalten. Erst recht erschien bisher bei Hammerkolben ein freier Ringspalt zwischen Kolben und Zylinder ungeeignet, weil an dieser Stelle die stärksten seitlichen Auslenkungen bzw. Verformungen auftreten und an der Kolbenwand bei Dämpfung durch einen Ölfilm eine verhältnismäßig große Dämpfungsfläche zur Verfügung steht Der Schmierfilm hat außerdem eine zentrierende Funktion, die für die möglichst genaue axiale Richtung der Stoßwellen wichtig ist und dient schließlich noch der Dichtung, was insbesondere dann, wenn die Kolbenstange Ventilfunktion hat, Bedeutung erlangt.

Infolge der genannten besonderen Bedingungen bei Schlagwerkzeugen ist trotz der sich auf die Betriebskosten auswirkenden beträchtlichen Ölverluste und der Gesundheitsgefährdung bisher kein Versuch unternommen worden, auf die Gleitführung des Hammerkolbens an der Zylinderwand mittels eines dämpfenden Schmierfilms zu verzichten. Nunmehr hat sich jedoch überraschend gezeigt, daß auch ein Hammerkolben mit Abstand zur Zylinderwand geführt werden kann und die Führung an der Kolbenstange für die Dämpfung der Stoßwellen und die Zentrierung ausreicht

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen Längsschnitt durch ein Schlagwerkzeug, wobei das Gehäuse insgesamt mit 10 bezeichnet ist Darin ist eine Zylinderbüchse

11 eingesetzt, welche den Arbeitsraum eines Zylinders

12 begrenzt. Im Zylinder ist ein Hammerkolben 13 hin-und hergehend antreibbar. Er besteht aus einem Kolbenkopf 13a und einer Kolbenstange 14, die sich nach beiden Seiten des Kolbenkopfs 13a erstreckt, wobei ein vorderer Kolbenstangenteil 14a nach vorn und ein hinterer Kolbenstangenteil 14b nach hinten au* dem Zylinder 12 herausgeführt sind. Der Hammerkolben besteht im Beispielsfall aus einem einzigen Stück. Alternativ könnte auch der Kolbenkopf 13a auf der Kolbenstange 14 montiert sein.

Der Kolbenkopf 13a unterteilt die Arbeitskammer des Zylinders in einen vorderen Zylinderraum 12a und einen hinteren Zylinderraum i2b. Der Kolben 13 wird im Gehäuse 10 durch seine Kolbenstange 14 geführt, die in passenden beidseitigen Führungen, z. 3. in Form von Büchsen 15 und 16, im Gehäuse 10 gleitet. Es ist dabei wichtig, daß die Führung des Hammerkolbens 13 allein durch die Büchsen 15, 16 erfolgt und der Kolbenkopf 13a keine unmittelbare Berührung mit der Zylinderbüchse 11 hat. Dies wird dadurch erreicht, daß das Spiel zwischen den Büchsen 15, 16 und der Kolbenstange 14 kleiner ist als das Spiel zwischen dem Kolbenkopf 13a und der Zylinderbüchse 11.

Der Hammerkolben 13 schlägt während des Betriebs mit seinem vorderen Ende auf die Amboßfläche des Schafts eines Werkzeugs 18, das in den vorderen Teil des Gehäuses 10 eingesetzt ist. Eine Spülleitung 19 zur Zufuhr von Spülfluid zum Werkzeug 18 ist im hinteren Teil des Gehäuses 10 befestigt und erstreckt sich in herkömmlicher Weise durch den Hammerkolben 13.

Ein ringförmiges, axial hin- und hergehend verschiebliches Umsteuerventil 20 bewirkt während des Betriebs des Schlagmotors die wechselseitige Druckbeaufschlagung des vorderen und hinteren Zylinderraums 12a und 126, so daß der Hammerkolben hin- und hergehend angetrieben wird. Dem Umsteuerventil 20 wird ölfreie

Druckluft von einem Schlauchanschluß 21 über einen Kanal 23 und eine Ringkammer 22 zugeführt

In der einen seiner beiden Endstellungen, nämlich der gezeichneten, leitet das Umsteuerventil 20 Druckluft von der Ringkammer 22 über einen Kanai 24 und eine oder mehrere Einlaßöffnungen 25 in der Zylinderbüchse

11 dem vorderen Zylinderraum 12a zu. Die Zylinderbüchse 11 ist außerdem mit einer Vielzahl von Auslaßöffnungen 26 versehen.

In seiner anderen Endstellung gibt das Umsteuerventil 20 der Druckluft in der Ringkammer 22 den Weg zum hinteren Zylinderraum 12b frei, so daß der Hammerkolben 13 vorwärts gestoßen wird und einen Arbeitshub ausführt In dieser Ventilstellung ist die Ringkammer 22 in Verbindung mit einer Ringnut 27 in der hinteren Führungsbüchse 16. Da sich diese Ringnut 27 im Abstand von der Vorderkante der Büchse 16 befindet, kann sie durch die Kolbenstange 14 vom Zylinderraum

12 abgeschlossen werden. Um Druckluft nur während einer bestimmten Bewegungsphase des Hammerkolbens !3 zuzuführen, ohne daß das Umsteuerventil 20 seine Stellung ändert, ist die Kolbenstange 14 mit einer Eindrehung 28 ausgebildet. Die Druckluftzufuhr zum hinteren Zylinderraum 126 findet also nur statt, wenn sich die Eindrehung 28 zwischen der Ringnut 27 und dem Zylinderraum befindet. Die Ventilfunktion für die Druckluftzufuhr zum hinteren Zylinderraum wird auf diese Weise verdoppelt.

Das Umsteuerventil 20 hat einen radial nach einwärts gerichteten Flansch 29, der in eine Ringnut 30 im Gehäuse 10 ragt. Die Tiefe der Nut 30 entspricht der Höhe des Flanschs 29. Die Nutbreite ist dagegen beträchtlich größer als die Dicke des Flanschs. Die Nut 30 kann mit einer Druekluftquelle in Verbindung gebracht werden, so daß diese auf den Flansch 29 des Umsteuerventils 20 wirkt und das Ventil umsteuert. Zu diesem Zweck ist die eine Seite der Nut 30 über einen Kanal 32 mit einer Ringnut 33 in der Büchse 16 verbunden, während die andere Seite der Nut 30 über einen Kanal 35 mit einer Ringnut 34 in der Büchse 16 in Verbindung steht.

Die Büchse 16 hat noch zwei weitere Ringnuten 36 und 37, die über Kanäle 38 bzw. 39 ständig mit einem Anschluß 41 einer Zufuhrleitung für ölhaltige Druckluft verbunden sind. Um eine Verbindung herzustellen zwischen der Ringnut 30 und dem ständig unter Druck stehenden Lufteinlaß, hat die Kolbenstange 14 zwei weitere Eindrehungen 42 und 43. Mittels der ersteren können die beiden Ringnuten 33 und 36 in einer bestimmten Position des Hammerkolbens 13 verbunden werden, wodurch der vordere Teil der Nut 30 unter Druck gesetzt und das Ventil 20 in diejenige Stellung umgesteuert wird, daß der Hammerkolben einen Arbeitshub ausführt. Die Eindrehung 43 dient dazu, in einer anderen Stellung des Hammerkolbens die Ringnuten 34 und 37 zu verbinden, so daß der hintere Teil der Nut 30 mit Druck beaufschlagt und das Ventil 20 auf den Rückhtib umgesteuert wird Die Nut 30 steht außerdem über Entlüftungskanäle 44 und 45 sowie eine öffnung 46 mit der Außenatmosphäre in Verbindung.

Es ist für den beschriebenen Schlagmotor charakteristisch, daß die Druckluft, mit welcher der Hammerkolben beaufschlagt wird, frei von öl ist, dagegen ein getrenntes Schmiersystem vorgesehen ist, um Schmiermittel an die Führungen der Kolbenstange 14, nämlich die Büchsen 15 und 16 heranzubringen. Im Beispielsfall wird den Führungsbüchsen 15 und 16 ölhaltige Druckluft zugeleitet. Diese Druckluft wird weiterhin auch dazu benutzt, das Ventil 20 umzusteuern. Durch diese Anordnung wird erreicht daß auch das Ventil geschmiert wird. Das Volumen der ölhaltigen Druckluft beträgt nur etwa 10% des gesamten Druckluftverbrauchs des Schlagmotors. Im übrigen schlägt sich praktisch alles in Form eines Ölnebels zugeführte Öl im Schlagmotor nieder, liegt dann also nicht mehr nebelförmig vor.

Zur Schmierung der vorderen Führungsbüchse 15

ίο besitzt diese eine Ringnut 47, die an einen Schmierluftkanal 48 im Gehäuse 10 angeschlossen ist Nur aus Gründen der einfacheren zeichnerischen Darstellung ist dieser Kanal 48 außerhalb des Gehäuses gezeigt Er hat unmittelbar Verbindung mit dem Anschlußteil 41. Durch einen weiteren Schmierluftkanal 49 kann das Schmiermittel einem nicht gezeigten Werkzeugfutter und anderen nicht dargestellten Maschinenelementen am vorderen Ende des Schlagmotors zugeleitet werden. Damit ölhaltige Druckluft in die Büchse 15 strömen kann, ist das vorderste Ende der Kolbenstange 14 im Durchmesser verjüngt. Der verjüngte Teil reicht von vorn bis zu einer Schulter 50, die so angeordnet ist, daß sie die Ringnut 47 freigibt wenn sich der Hammerkolben nahe seinem hinteren Umkehrpunkt befindet.

Durch diese Anordnung wird öl auch dem vorderen Gehäuseteil zugeführt, um dort z. B. den Werkzeugschaft zu schmieren.

Der vorstehend beschriebene Schlagmotor arbeitet wie folgt:

w In der Zeichnung ist der Hammerkolben 13 in Schlagstellung gezeigt In dieser Stellung steht das Umsteuerventil 20 in der Rückhub-Stellung und leitet über den Kanal 24 und den Einlaß 25 dem vorderen Zylinderraum 12a Druckluft zu. Der Hammerkoiben 13 bewegt sich dadurch zurück, bis die Eindrehung 42 der Kolbenstange beide Ringnuten 33 und 36 in der Führungsbüchse 16 gleichzeitig freigibt, so daß Druckluft dem vorderen Teil der Ringnut 30 zugeführt wird und dadurch das Ventil 20 in die Arbeitshub-Steüung umgeschaltet wird. Daraufhin erhält die Ringnut 27 in der Führungsbüchse 16 Druckluft. Sie ist jedoch durch die Kolbenstange 14 vom hinteren Zylinderraum 126 abgeschlossen. Infolgedessen setzt der Hammerkolben 13 den Rückhub fort, bis die Auslaßöffnungen 26 vom Kolbcnkopf 13a freigegeben werden und der vordere Zylinderraum 12a vom Druck entlastet wird. Der Hammerkolben bewegt sich dabei noch ein wenig weiter, bis das hintere Ende der Eindrehung 28 in der Kolbenstange in die Ringnut 27 eintritt und nunmehr Druckluft über die Eindrehung 28 in den hinteren Zylinderraum 12£> eintreten kann.

Der Hammerkoiben 13 hat jedoch normalerweise während des Rückhubs so viel kinetische Energie, daß er sich selbst dann noch ein wenig weiter rückwärts bewegt, so daß das vordere Ende der Eindrehung 28 das vordere Ende der Büchse 16 erreicht, wodurch die Verbindung mit der Druekluftquelle erneut unterbrochen wird. Der hintere Zylinderraum 12£> ist nunmehr vollständig abgetrennt und ein Luftkissen darin eingeschlossen, welches den Kammerkolben 13 am Ende des Rückhubs weich abfängt und in Vorwärtsrichtung zurückschleudert.

Während des ersten Teils des Aibeitshubs wird dann wietJ^r die Verbindung zwischen dem hinteren Zylinderraum 12b und der Druekluftquelle über die Eindrehung 28 geöffnet. Der Hammerkolben 13 wird durch die Druckluft, welche jetzt in den Zylinderraum einströmt, vorwärts getrieben, bis das hintere Ende der Eindrehung

die Ringnut 27 verläßt, wodurch die Druckluftzufuhr unterbrochen wird. Der Hammerkolben 13 setzt seine Bewegung fort, während die Druckluft im hinteren Zylinderraum 126 expandiert.

In der nächstfolgenden Bewegungsphase gibt der > Hammerkolben 13 die Auslaßöffnungen 26 frei, so daß der hintere Zylinderraum 12/) vom Druck entlastet wird.

Während der Arbeitshub noch andauert, legt die Eindrehung 43 der Kolbenstange 14 die Ringnut 37 frei, welche ständig unter Druck steht, so daß Druckluft in m die Ringnut 34 und von dort über den Kanal 35 zur Ringnut 30 gelangt, wo der Flansch 29 des Umsteuerventils 20 beaufschlagt wird. Dadurch wird das Ventil 20 in die Rückhub-Stelltmg umgesteuert und leitet nunmehr Druckluft über den Kanal 24 und die i^r> Einlaßöffnung 25 in den vorderen Zyünderraurn 12s. Das Ventil 20 behält seine Stellung bei, bis der Hammerkolben 13 vorn gewendet und während des nachfolgenden Rückhubs eine Stellung erreicht hat, in welcher die Eindrehung 42 der Kolbenstange 14 die Ringnuten 33 und 36 in der Führungsbüchse 16 gleichzeitig freigibt, so daß das Ventil 20 abermals in die Arbeitshub-Stellung umgesteuert wird.

Wenn der Hammerkolben 13 während des Arbeitshubs auf einen zu geringen Widerstand trifft, z. B. auf keinen Schaft aufschlägt, bewegt sich der Kolbenkopf 13a an der Einlaßöffnung 25 vorbei, so daß ein Luftkissen im vorderen Zylinderraum 12a eingeschlossen wird, welches den Hammerkolben 13 weich abfängt und zurückschleudert. Die Zeichnung zeigt jedoch die normale Schlagstellung des Hammerkolbens 13.

Es kommt für die Erfindung wesentlich darauf an, daß der Hammerkolben über seine Kolbenstange im Gehäuse geführt wird, und das ölfreie Druckluft zum .Antrieb des Kolbens benutzt wird. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß der Hammerkolben keine unmittelbare Berührung mit der Zylinderwand hat, so daß auch keine Schmierung des Kolbenkopfs erforderlich ist. Nur die Führungen der Kolbenstange werden in geeigneter Weise geschmiert.

Der ölfreie Betrieb des Hammerkolbens wird dadurch erreicht, daß das Spiel zwischen der Kolbenstange und ihren Führungen im Gehäuse, z. B. den Führungsbüchsen 15 und 16, kleiner ist als das Spiel zwischen dem Kolbenkopf und der Zylinderwand.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Pneumatisch mit ölfreier Druckluft betriebenes Schlagwerkzeug mit einem in einem Zylinder axial frei geführten, durch Ventile gesteuert hin- und hergehend antreibbaren, auf einen Werkzeugeinsatz einwirkenden Schlagkolben und einer Kolbenstange, die in mit Schmiermittel versorgten Führungen im Gehäuse gleitet, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kolbenstange (14) nach beiden Seiten aus dem Zylinder (12) erstreckt und den Kolben (13) mit Abstand zur Zylinderwand führt