DE2557188A1

DE2557188A1 - Adiabatischer gasvolumentransformator, insbesondere erschuetterungsfreies pneumatisches werkzeug

Info

Publication number: DE2557188A1
Application number: DE19752557188
Authority: DE
Inventors: Charles Leavell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-18
Filing date: 1975-12-18
Publication date: 1976-06-24
Also published as: BE836761A; CA1035216A; AT361879B; FR2294809B1; JPS5750631B2; SE7514234L; DK574375A; DE2557188C2; ZA757724B; IT1052864B; AR208940A1; FI65312B; JPS5187102A; GB1536565A; IL48668A; ES443566A1; FR2294809A1; SE437343B; FI753566A; AU8764275A

Description

Adiabatisoher G-asvolumentransformator, insbesondere erschütterungsfreies pneumatisches Werkzeug

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen pneumatischen Motor, der unter Ausnutzung von durch einen Verdichtungsvorgang erzeugter Wärmeenergie eines Gases betreibbar ist, das im wesentlichen adiabatisch mit Hilfe eines Verdichters verdichtet wird, der so ausgebildet ist, daß er das Gas annähernd auf ideale Weise adiabatisch verdichtet, und sie betrifft insbesondere eine derartige Kombination eines pneumatischen Motors mit einem Verdichter, bei welcher der Motor als Schlagwerkzeug, z.B, in Form eines vibrationsfrei arbeitenden Werkzeugs zum Aufbrechen von Straßendecken, ausgebildet ist.

Der Ausdruck "vibrationsfrei" bezeichnet im folgenden die vollständige Ausschaltung sowohl fühlbarer als auch theoretischer Gehäuseschwingungen bei einem Werkzeug, bei dem von einem Schläge ausführenden Element Gebrauch gemacht wird« Der Stand der Technik, auf dem die Erfindung aufbaut, ergibt sich aus den US-PSen 2 400 65Ο, 2 679 826, 1 730 073,

2 752 889, 2 985 078, 3 028 840, 3 028 841, 3 200 893,

3 214 155, 3 255 832, 3 266 581, 3 291 425 und 3 295 614.

609826/0326

47 437 - 2 -

Die Gedanken, die den betreffenden vibrationslosen pneumatischen Werkzeugen zugrundeliegen, sind in der US-PS 3 200 893 eingehend dargelegt₀

Auf dem Gebiet der pneumatischen Schlagwerkzeuge wird zwar allgemein versucht, das Auftreten von Schwingungen möglichst einzuschränken, doch im Gegensatz hierzu ist durch die vorliegende Erfindung die grundsätzliche Möglichkeit geschaffen worden, derartige Schwingungen vollständig auszuschalten.» Mit anderen Worten, während es gemäß der Erfindung möglich ist, einen vollständig vibrationsfreien Betrieb zu erreichen, ist es bei den bekannten Konstruktionen bestenfalls möglich*, das Ausmaß der tatsächlich auftretenden Schwingungen einzuschränken, die jedoch immer noch ein sehr unerwünschtes Ausmafl erreichen»

Bei den bekannten Schlagwerkzeugen, und zwar sowohl bei den Schwingungen erzeugenden als auch den schwingungsfreien, wird das zur Betätigung dienende verdichtete Gas, bei dem es sich normalerweise um verdichtete Luft handelt, dem Werkzeug zur Ausnutzung bei einer Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur zugeführt,, Daher ergeben sich sehr kostspielige Verluste an potentiell verfügbarer Betätigungsenergie, denn nach dem bisherigen Stand der Technik wird die Wärmeenergie abgeführt, die während der Verdichtung des Gases erzeugt wird, und zwar wird absichtlich eine Entspannung des verdichteten Gases in dem Werkzeug vermieden, wodurch sich der Wirkungsgrad eines solchen Systems entsprechend verringert.

Um ein anschauliches Bild dieser Sachlage zu vermitteln, sei auf den seit langer Zeit bestehenden außerordentlich großen Gegensatz hingewiesen, der sich ergibt, wenn man die nutzbare Energie eines elektrischen Generators mit einer mechanischen Antriebsleistung von 100 kW nach dem Zuführen der elektrischen Energie zu Elektromotoren über Kupferleitungen mit der Energie vergleicht, die bei einem Luftverdichter zur Verfü-

6 0 9 8 2 6/0326

47 437

gung steht, nachdem verdichtete Luft mittels einer Rohr- oder Schlauchleitung pneumatischen Motoren zugeführt worden ist; mit Hilfe von Elektromotoren läßt sich die mechanische Antriebsleistung im Ausmaß von etwa 90 kW zurückgewinnen, während man im Vergleich hierzu bei pneumatischen Motoren gewöhnlich nur einen nutzbaren Energieanteil erhält, der im Bereich von 10 bis 20 kW liegt und diesen Bereich in manchen Fällen sogar unterschreitet. Da sich die Erfindung mit pneumatischen Motoren befaßt, insbesondere solchen in Gestalt von mit der Hand zu haltenden pneumatischen Werkzeugen zum Aufbrechen von Straßendecken, ist es nicht ohne Interesse, festzustellen, daß bei den bekannten pneumatisch-mechanischen Kraftübertragungseinrichtungen mit Verdichtern und Schlauchleitungen zum Zuführen verdichteter Luft zu den pneumatischen Motoren die auf pneumatischem Wege übertragene mechanische Leistung bei einem Leistungsaufwand von 100 kW normalerweise diesen erstaunlich niedrigen Wert von 10 kW nicht überschreitet, und daß sich nicht selten, z.B«, bei der Benutzung von alten und abgenutzten Verdichtern, Schläuchen und Werkzeugen, die nutzbare Leistung auf 8 kW oder sogar nur 6 kW verringert.

Man kann ohne weiteres sagen, daß dieser einer Größenordnung entsprechende Unterschied zwischen den Wirkungsgraden elektrischer und pneumatisch^iiechanischer Kraftübertragungseinrichtungen bzw. der vorhandene Unterschied zwischen einer 90-prozentigen und einer 10-prozentigen Ausnutzung der aufgewendeten Energie den Hauptgrund für die früher und heute noch unvermeidbaren Nachteile solcher pneumatischen Systeme bildet, und zwar trotz der Tatsache, daß solche Systeme sehr wesentliche Vorteile bieten, da bei ihnen die Brandgefahr und die elektrischen Gefahren vermieden sind, die normalerweise bei der Benutzung elektrischer Einrichtungen bestehen, und da pneumatische Motoren zur Verfügung stehen, die elektrischen Antriebseinrichtungen bezüglich des Verhältnisses zwischen der abgegebenen Leistung und dem Gewicht, zwischen der abgegebenen

609826/0326

47 437

Leistung und den Abmessungen sowie zwischen der abgegebenen Leistung und den entstehenden Kosten bei weitem überlegen sind.

Die vorstehenden Angaben über die Verwendung von Verdichtern zum Erzeugen von Druckgas für den Betrieb von pneumatischen Motoren, insbesondere in Gestalt pneumatischer Schlagwerkzeuge und vor allem in Gestalt erschütterungsfrei arbeitender, mit der Hand zu haltender Werkzeuge zum Aufbrechen von Straßendecken, sowie bezüglich des sehr geringen pneumatischen Gesamtwirkungsgrades von Systemen, zu denen jeweils ein Verdichter, ein praktisch brauchbarer pneumatischer Motor und ein Schlauch gehören, wobei der Schlauch dazu dient, dem pneumatischen Motor das Antriebsgas unter einem Druck zuzuführen, der durch den Verdichter auf einen Wert über den Umgebungsdruck erhöht worden ist, wobei ferner gemäß den traditionellen technischen Vorstellungen eine Entspannung des Betätigungsgases in dem Motor vermieden wird, lassen es als angebracht erscheinen, an dieser Stelle die Vorgeschichte der Erfindung zu erläutern und insbesondere darauf einzugehen, wieso diese traditionellen, jedoch falsch verstandenen Vorstellungen in erster Linie dafür verantwortlich zu machen sind, daß sich die Weiterentwicklung der pneumatischen Technik während des ersten Jahrhunderts der Geschichte der Verdichter und der pneumatischen Werkzeuge verzögert hat, und wieso es dazu gekommen ist, daß der genannte Gedanke zu einem Leitgedanken bei thermodynamischen Betrachtungen geworden ist»

Da die älteren Verdichter von schwerer Konstruktion waren und sich nur unter Schwierigkeiten an Baustellen jeweils an den gewünschten Arbeitsplatz bringen ließen, wurde es üblich, die Verdichter an ihrem Standort zu belassen und relativ lange Schläuche zu benutzen, um sie mit den leichter bewegbaren pneumatischen Werkzeugen zu verbinden»

Hierbei zeigte es sich, daß das Ausmaß der Wärmeübertragung durch die Wände dieser langen Schläuche hindurch zwischen der

47 437

— 5 —

hindurchströmenden verdichteten Luft und der Umgebungsluft im allgemeinen ausreicht, um zu bewirken, daß die verdichtete Luft dem zu betätigenden Werkzeug ohne Rücksicht auf die Temperatur, mit der sie von dem Verdichter an die Schlauchleitung abgegeben wird, mit einer Temperatur zugeführt wird, die sich nur unwesentlich von der Temperatur des Werkzeuggehäuses und des Gehäuseinnenraums unterscheidet, die infolge der Berührung mit der Umgebungsluft annähernd auf der Umgebungstemperatur gehalten werden. Unter diesen Bedingungen ließ sich leicht feststellen, daß es möglich war, den Leistungsbedarf für den Antrieb des Verdichters zum Fördern von Druckluft zu dem Werkzeug bei einem beliebig gewählten Arbeitsdruck und gleichzeitig notwendigerweise annähernd bei Umgebunstemperatür sowie bei einer vorbestimmten Durchsatzmenge entsprechend der gewünschten Leistungsabgabe des Werk-* zeugs erheblich zu verringern, und zwar dadurch, daß der Verdichter absichtlich mit dem Ziel konstruiert wurde, den Aufwand für den eigentlichen VerdichtungsVorgang zu verringern und eine ideale isothermische Verdichtung bei Umgebungstemperatur herbeizuführen.

Mit dieser allgemein herrschenden Auffassung bezüglich der anzuwendenden Konstruktionsgrundsätze ging die selbstverständliche Beibehaltung der Meinung einher, daß es erforderlich sei, die Betriebsdruckluft dem Werkzeug annähernd bei Umgebungstemperatur zuzuführen; hieraus ergab sich die auch heute noch allgemein geltende Auffassung, daß es nicht zulässig ist, eine erhebliche Entspannung der Betriebsdruckluft in dem Werkzeug zu ermöglichen, da sich hierbei die Temperatur der Druckluft beim Durchströmen des Werkzeugs so weit verringern würde, daß eine unzulässig weitgehende Abkühlung eintreten würde,, Während der letzten Jahre veröffentlichte ein führender Hersteller von Verdichtern und pneumatischen Werkzeugen eine Liste von 14 Arten von Nachteilen, die sich bei einer solchen Abkühlung eines Druckluftwerkzeugs gewöhnlich ergeben würden. Beispielsweise wurde festgestellt, daß schon eine nicht sehr

bO9826/Ü3iib

47 437

weitgehende Abkühlung zu einer Kondensation der in der Druckluft enthaltenen Feuchtigkeit führen würde, und daß das Kondenswasser den Ölfilm auf der Zylinderwand des Werkzeugs streifenweise durchbrechen würde; dies würde dann zu einer schnellen Abnutzung und einer Beeinträchtigung der Abdichtung zwischen dem kolbenförmigen Hammer und der Zylinderwand als Folge der Einschränkung der Schmierung führen; bei einer noch stärkeren Abkühlung könnte die gesamte Schmierwirkung verlorengehen, so daß eine ungehinderte Gleitbewegung des kolbenförmigen Hammers infolge der Erstarrung des Schmieröls unmöglich würde; ferner würde unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen das Werkzeug dadurch vollständig betriebsunfähig werden, daß aus der in der Druckluft enthaltenen Feuchtigkeit ein Pfropfen aus Eis entstehen könnte _p durch den der Auslaßkanal des Werkzeugs vollständig verlegt wirdo

Diese allgemein übliche Vermeidung einer Entspannung der Druckluft in dem Werkzeug, die zur Folge hat, daß es unmöglich ist, den größten Teil der mechanischen Energie zurückzugewinnen, welche zum Verdichten von Luft auf ein kleineres Volumen in dem Verdichter aufgewendet wird, d.h. die sog, Verdichtungsenergie, führt zu einer Verringerung der mechanischen Energie, die das Werkzeug der hindurchgeleiteten Druckluft entnimmt, auf die kleinere mechanische Energiemenge, die dem Verdichterkolben als Pumpenergie zugeführt wird und dazu dient, Luft aus dem Verdichterzylinder herauszupumpen, ohne daß eine weitere Verringerung des Volumens stattfindet, woraufhin die Luft weiter entgegen dem Luftdruck gefördert wird, der im Aufnehmer und/oder der Schlauchleitung herrscht.

Somit ist die schon seit etwa einem Jahrhundert bestehende Festlegung der Verdichter und pneumatische Werkzeuge herstellenden Industrie darauf, daß die erheblich größere Verdichtungsenergie in dem Werkzeug nicht ausgenutzt wird, und daß lediglich die erheblich geringere Pumpenergie nutzbar gemacht wird, der Hauptgrund dafür, daß es bei dem schon genannten

47 437

äußerst niedrigen pneumatisch-mechanischen Gesamtwirkungsgrad der Kraftübertragung in der Größenordnung von 10% geblieben ist.

Durch die Erfindung sind erschütterungsfrei arbeitende Druckluftwerkzeuge geschaffen worden, die im Vergleich zu Werkzeugen nach älteren Patenten des Anmelders Verbesserungen aufweisen, und bei denen der konstruktionsbedingte niedrige Wirkungsgrad sämtlicher bis jetzt bekannten pneumatischen Systeme vermieden ist. Zwar ist im folgenden als bevorzugte Ausführungsform ein erschütterungsfrei arbeitendes Werkzeug zum Aufbrechen von Straßendecken beschrieben, doch lassen sich die Merkmale der Erfindung allgemein auch bei allen sonstigen vibrationsfreien Schlagwerkzeugen und allgemein bei pneumatischen Motoren anwenden.

Beider nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform besitzt das erschütterungsfrei arbeitende Druckluftwerkzeug zum Aufbrechen von Straßendecken ein allgemein zylindrisches äußeres Gehäuse mit einem ringförmigen Querschnitte Gleichachsig mit dem Gehäuse ist eine zentrale runde Stange angeordnet, und ein allgemein zylindrisches Element zum Ausführen von Schlägen bzw. ein Hammer von ringförmigem Querschnitt ist in dem Gehäuse auf der runden Stange gleitend geführt. Auf der Innenseite des Gehäuses ist zwischen seinen Enden eine allgemein ringförmige Schulter vorhanden. Der Hammer bzw. das Element zum Ausüben von Schlägen gleitet bei seiner Auf- und Abbewegung an dieser Schulter vorbei. Ein.Ende des Hammers kann mit einem das eigentliche Werkzeug bildenden Einsatzstück zusammenarbeiten. Nahe demjenigen Ende des Hammers, welches mit dem Werkzeugeinsatz zusammenarbeitet, ist ein ringförmiger Ansatz vorhanden, der mit Gleitsitz mit der Innenfläche des Gehäuses zusammenarbeitet. Der Raum zwischen diesem Ansatz und der genannten Ringschulter bildet eine Betätigungskammer, die mit einem Druckgas - gewöhnlich Druckluft - gespeist wird. Zum Zuführen des Druckgases zu der Betätigungskammer dient eine Leitung.

ÖÜ982b/U'd2 6

47 437

Das dem Werkzeugeinsatz benachbarte Ende der runden Stange ist mit einem Hohlraum versehen. Die runde Stange und jeder Hohlraum erstrecken sich beide bis in den Werkzeugeinsatz hinein_o Ein Teil dieses Hohlraums, der sich in dem Werkzeugeinsatz und dem ihm benachbarten Teil der Stange befindet, ist erweitert, um eine Ventilbaugruppe aufnehmen zu können, deren Halterung und Vorspannfeder in dem Werkzeugeinsatz untergebracht sind. Dieser erweiterte Teil des Hohlraums besitzt eine Steueröffnung am unteren Ende des Hammers und eine Entlüftungsöffnung, mit welcher der Werkzeugeinsatz versehen ist₀ Die Ventilbaugruppe arbeitet mit der Steueröffnung zusammen, um den Durchtritt von Betriebsdruckluft zu dem Raum unter dem Hammer zu regeln und diesen Raum zu entlüften, damit das Druckgas entweichen kann. Am anderen Ende des Hohlraums ist ein Druckluftkanal vorhanden, der in eine Ringkammer mündet, mit welcher der Hammer versehen ist, und die mit der Betätigungskammer durch einen weiteren Kanal verbunden ist, welcher sich über einen kleinen Teil der Länge des Hammers erstreckt.

Da sich der Werkzeugeinsatz gegenüber dem Gehäuse ungehindert bewegen kann, ist es erforderlich, dafür zu sorgen, daß er in dem Gehäuse festgelegt wird. Zu diesem Zweck dient eine Halteeinrichtung, zu der z.B_o etwas elastische Haltearme gehören, die an dem Werkzeugeinsatz angreifen und sich über das andere Ende des Druckluftwerkzeugs hinweg erstrecken.

Wird die Ventilbaugruppe entsprechend betätigt, wird der Unterseite des Hammers kurzzeitig ein Druckluftstrom mit einer über der Umgebungstemperatur liegenden Temperatur zugeführt, so daß sich die Druckluft entspannt und den Hammer gegenüber dem Werkzeugeinsatz nach oben treibt. Bei entsprechender Regelung der Dauer dieses Druckluftstoßes wird der Hammer zu dem von dem Werkzeugeinsatz abgewandten Ende des Gehäuse getrieben, und sobald dies geschieht, wird die Bewegungsenergie des Hammers durch den Druck des in der Betätigungskammer vorhandenen Druckgases ausgeglichen. Die in dem

b ü 9 8 2 ti / U 3 I ti ORiGiNAL INSPECTED

47 437

— ο —

Gas enthaltene Wärmeenergie liefert die Entspannungsenergie. Der Hammer wird dann durch die Druckluft in der Betätigungskammer zu dem Werkzeugeinsatz getrieben, während sich die Ventilbaugruppe in einer solchen Stellung befindet, daß der Raum unter dem Hammer zur Atmosphäre entlüftet wird, damit die entspannte Luft entweichen kann.

Somit ist durch die Erfindung ein erschütterungsfrei arbeitendes Druckluftwerkzeug geschaffen worden, bei dem der Hammer entgegen einer konstanten Kraft arbeitet, die durch das Druckgas in der Betätigungskammer erzeugt wird, wenn auf das Gehäuse eine äußere Kraft wirkt, und bei dem sich die Betätigung des Hammers während seiner Rücklaufbewegung von dem Werkzeugeinsatz weg, d.h. während des Rückwärts- bzw. Aufwärtshubes leicht und genau regeln läßt. Neben seinem vibrationsfreien Betrieb ist dieses Werkzeug auch dadurch gekennzeichnet, daß es praktisch kein Auspuffgerausch erzeugt, da die Abluft bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck abgeführt wird. Da sich das erfindungsgemäße Druckluftwerkzeug aus einer sehr kleinen Anzahl von Bauteilen zusammensetzt, steht nunmehr außerdem ein erschütterungsfrei arbeitendes Druckluftwerkzeug zur Verfügung, das nicht nur mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und sich leicht steuern läßt, sondern das auch sehr leicht herstellbar ist.

Das vorstehend beschriebene vibrationsfreie Druckluftwerkzeug arbeitet mit sehr hohem Wirkungsgrad, da es die beim Verdichten des Gases entstehende Wärme ausnutzt, um das Werkzeug anzutreiben, wogegen bei bekannten Druckluftwerkzeugen diese Wärmeenergie nutzlos vernichtet wird. Mit anderen Worten, es wird durch eine im wesentlichen adiabatische Verdichtung des Gases ausgehend von der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsdruck in Verbindung mit einer im wesentlichen adiabatischen Estspannung und Abkühlung des Gases im Werkzeug eine weitgehende Ausnutzung der Wärmeenergie erzielt. Damit diese erwünschten Wirkungen erreicht werden, ist es zweckmäßig, das Werkzeug

47 437

zu isolieren, um die gewünschte abiabatische Entspannung zu ermöglichen. Bei einer solchen Anordnung erhöht sich natürlich die Leistungsabgabe des Werkzeugs, und daher kann es auch dann, wenn kein adiabatischer Verdichter zur Verfügung steht, zweckmäßig sein, ein erwärmtes Druckgas zu verwenden, ZoB. unter Benutzung eines Nacherhitzers in Verbindung mit einem Verdichter bekannter Art.

Um die gewünschte adiabatische Verdichtung zu ermöglichen, ist durch die Erfindung ein adiabatischer Verdichter geschaffen worden, der einen sehr erheblichen technischen Fortschritt darstellt. Zwar wird im folgenden in erster Linie die Benutzung dieser Vorrichtung als adiabatischer Verdichter betrachtet, doch ist festzustellen, daß die gleiche Vorrichtung ebenso gut als adiabatische Entspannungsvorrichtung oder pneumatischer Motor arbeitet; im Hinblick hierauf wird eine solche Vorrichtung im folgenden als "adiabatischer Gasvolumentransformator" bezeichnet. Hierzu ist ferner zu bemerken, daß auch das pneumatische Werkzeug als adiabatische Entspannungsvorrichtung bzw_o pneumatischer Motor arbeitet und daher eine spezielle Ausführungsform eines solchen adiabatischen Gasvolumentransformators darstellt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen adiabatischen Gasvolumentransformators, der bezüglich seiner Benutzung als Verdichter beschrieben ist, ist in einem Gehäuse ein bewegliches Bauteil bzw. ein Kolben hin- und herbewegbar gelagert. Ein erster Teil dieses Kolbens ist so angeordnet, daß er sich in einer zum Einschließen einer Gasmasse dienenden Zone bzw. einer Energieumwandlungskammer bewegt, um das Volumen des darin enthaltenen Gases zu ändern. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat die Energieumwandlungskammer eine allgemein zylindrische Form mit einem zur Gestalt des Gehäuses passenden halbkugelförmigen Ende, doch könnte man natürlich auch verschiedene andere Formen vorsehen. Es sind Maßnahmen erforderlich, um Wärmeverluste zu verhindern, damit

47 437

aus der Energieumwandlungskammer während des Betriebs des Gasvolumentransformators keine Wärme verloren geht. Zwar könnte man beliebige zu diesem Zweck geeignete Maßnahmen anwenden, z.B. die Einhaltung einer sehr hohen Arbeitsgeschwindigkeit, doch ist bei der bevorzugten Ausführungsform als Einrichtung zum Verhindern von Wärmeverlusten ein Isoliermaterial vorhanden, das den ersten Teil des Kolbens umschließt und in dem Gehäuse so angeordnet ist, daß es die Energieumwandlungskammer umgibtο

Ferner benötigt man eine Ventileinrichtung zum Steuern des Strömens von Gas zu der Energieumwandlungskammer und aus ihr heraus. Im vorliegenden Fall werden zwei Ventile verwendet, von denen eines dazu dient, eine Verbindung zur Atmosphäre herzustellen, während das andere Ventil geeignet ist, eine Verbindung zu einem ein erhitztes verdichtetes Gas enthaltenden Behälter herzustellen· Zwar kann man jede beliebige Staier einrichtung für diese Ventile verwenden, z.B. eine Nockenanordnung, doch kann man für den Fall des Betriebs als Verdichter Vorspannfedern zum Steuern der Ventile benutzen.

Ein zweiter Teil des Kolbens ist so angeordnet, daß er mit der Innenwand des Gehäuses mit Gleitsitz zusammenarbeitet. Dieser zweite Teil ist fest mit dem ersten Teil des Kolbens sowie mit einer Kolbenbetätigungsstange verbunden, die sich gegenüber dem ersten Teil des Kolbens in der entgegengesetzten Richtung erstreckt. Der zweite Teil des Kolbens bildet eine Unterstützung für den Kolben und ist mit Kolben- oder Dichtungsringen zum Fördern von Schmierstoff während des Betriebs des Transformators versehen. Um die Reibungsverluste möglichst zu verringern, ist es zweckmäßig, die seitlichen Druckkräfte auszuschalten, die auf den zweiten Teil des Kolbens wirken. Zu diesem Zweck dient eine entsprechende Führungskonstruktion, z.B. ein Armstern zum Führen der Kolbenbetätigungsstange. Der Kolben wird dann mit Hilfe mechanischer Energie hin- und herbewegt, die der Betätigungs- bzw. Kolbenstange z.B_o über eine

47 437

- 12 -

Kröpfung einer Kurbelwelle zugeführt wird. Die Führung bzw. der Armstern ermöglicht es außerdem dem ersten Teil des Kolbens, sich in der Energieumwandlungskammer zu bewegen, ohne die sie begrenzende Fläche zu berühren, obwohl der Kolben dieser Fläche sehr nahe benachbart ist₀

Bei der soeben beschriebenen Konstruktion befindet sich nur ein sehr kleiner Teil des erhitzten Gases in der Energieumwandlungskammer in der Nähe der Kolbenringe dort, wo in dem Transformator die maximale Temperatur herrscht, was dann der Fall ist, wenn der Kolben das von dem Gas eingenommene Volumen der Energieumwandlungskammer im maximalen Ausmaß verkleinert hat. Hierdurch ist es möglich, das Gas in der Nähe der Kolbenringe abzukühlen, ohne die Temperatur des Gases zu beeinflussen, das sich in der aktiven Zone der Energieumwandlungskammer befindet, in der die höchste Temperatur herrscht. Diese Kühlung wird durch eine entsprechende Kühleinrichtung bewirkt, z.B. durch ein in dem Gehäuse untergebrachtes Wasserbad, durch das auch die Kolbenringe über ihre ganze Hubstrecke gekühlt werden. Dies ist sehr wichtig, denn die sehr hohen Temperaturen, die in der Energieumwandlungskammer erreicht werden können, würden anderenfalls dazu führen, daß der Schmierstoff, z.Bο das öl zum Schmieren des zweiten Kolbenteils^ zum Verdampfen verbracht wird_o

Somit ist durch die Erfindung ein mit sehr hohem Wirkungsgrad arbeitendes pneumatisches Werkzeugsystem geschaffen worden. Ein Bestandteil dieses Systems wird durch einen ebenfalls mit einem äußerst hohen Wirkungsgrad arbeitenden adiabatischen Gasvolumentransformator gebildet, so daß der bis jetzt unerfüllbare Wunsch, bei der Übertragung von mechanischer Eingangsenergie und zur Verwandlung dieser Energie in mechanische Ausgangsenergie einen Wirkungsgrad von 100% zu erzielen, nahezu erfüllt ist.

609826/U3 2Ö

47 437

- 13 -

Die Erfindung wird im folgenden mit v/eiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines pneumatischen Werkzeugsystems;

Fig. 2 die linke Seite des pneumatischen Werkzeugs nach Fig. 1;

Fig. 3 eine auseinandergezogene Schnittdarstellung der Teile des pneumatischen Werkzeugs nach Fig. 1 und 2;

Fig. 4 bis 13 jeweils in einem Längsschnitt durch das pneumatische Werkzeug nach Fig. 1 und 2 verschiedene Stadien, die beim Betrieb des Werkzeugs durchlaufen werden;

Fig. 14 einen Teilschnitt einer Ausführungsform eines adiabatischen Gastransformatorsystems;

Fig. 15 im Längsschnitt einen Teil des Transformators nach Fig. 14 in seiner besonderen Ausführungsform als adiabatischer Verdichter;

Fig. 16 einen weiteren Teilschnitt des Verdichters nach Fig. 15» und

Fig. 17 bis 19 jeweils in einem Teilschnitt einen adiabatischen GasVolumentransformator in Gestalt eines pneumatischen Werkzeugs.

In Fig. 1 bis 3 ist ein erschütterungsfrei arbeitendes Druckluftwerkzeug 21 nach der Erfindung dargestellt, das insgesamt mit 21 bezeichnet und als Preßlufthammer, ζ.B₀ zum Aufbrechen

47 437

- 14 -

von Straßendecken, ausgebildet ist_o Im Hinblick hierauf wird das Werkzeug 21 im folgenden als "pneumatischer Preßluftmeißel" oder nur als "Preßluftmeißel" bezeichnet.

Der Preßluftmeißel 21 hat ein äußeres Gehäuse 23, an dem Griffe 25 und 27 befestigt sind. Das Gehäuse 23 besteht aus einem Material von ausreichender Festigkeit, gewöhnlich aus Metall und vorzugsweise aus Stahl, und auch die Griffe 25 und 27 müssen aus einem hinreichend festen Material, z.B. Stahlτ bestehen. Die beiden Griffe sind an dem Gehäuse 23 befestigt und so angeordnet, daß sie das Gewicht einer Bedienungsperson aufnehmen können, die sich während des Betriebs des Preßluftmeißels an ihnen abstützt. Zwar lassen sich die Griffe an dem Gehäuse an beliebigen Punkten anbringen, doch erweist sich die aus Fig. 1 ersichtliche Anordnung als für ein solches Werkzeug besonders zweckmäßig. Da das Entstehen von Schwingungen vermieden ist, und da die Griffe 25 und 27 entsprechend angeordnet sind, kann sich die Bedienungsperson mit der Brust am oberen Ende des Preßluftmeißels 21 abstützen, um auf das Gehäuse 23 eine größere Kraft auszuüben, und dies ist mit geringerer Anstrengung möglich als bei Werkzeugen bekannter Art, bei denen die Griffe nahe dem oberen Ende angeordnet sind. Jeder der Griffe 25 und 27 weist an seinem äußeren Ende eine kugelähnliche Verdickung 29 auf, denn es hat sich gezeigt, daß sich solche Griffe durch die Bedienungsperson leichter halten lassen als Griffe der üblichen Art.

Gemäß Fig. 3 erstreckt sich längs der Achse des Gehäuses eine runde Stange 31 mit einem das obere Ende des Gehäuses 23 verschließenden Kopfabschnitt 33. Der Kopfabschnitt 33 und damit auch die runde Stange 31 kann mit dem Gehäuse 23 zusammenhängend ausgebildet oder auf beliebige Weise damit fest verbunden sein, z.B. durch Verschweißen, wobei jedoch ein Verzug des Gehäuses zu vermeiden ist. Das andere Ende der runden Stange 31 ragt aus dem unteren Ende des Gehäuses 23 heraus ο

60982B/U3 2 6

47 437

- 15 -

Die runde Stange 31 weist einen Hohlraum 37 auf, der sich vom unteren Ende 35 der Stange aus über eine vorbestimmte Länge nach oben bzw. innen erstreckte Zu dem Hohlraum 37 gehört ein Teil 39 von relativ kleinem Durchmesser und ein Abschnitt 41 von etwas größerem Durchmesser.

In den erweiterten Abschnitt 41 des Hohlraums 37 ist eine Ventilbaugruppe 43 mit einem einen Ventilschaft 47 tragenden Ventilkegel 45 eingebaut. An einem mit dem Ventilschaft 47 verbundenen Basisabschnitt 51 ist eine Vorspannfeder 49 befestigte Eine Schraube 53 mit einem Gewinde 55» das in ein entsprechendes Innengewinde 57 am unteren Ende 35 der runden Stange 31 eingeschraubt ist, hält die Ventilbaugruppe 43 im Abschnitt 41 des Hohlraums 37 in ihrer Lage, und die Vorspannfeder 49 ist auf einen Ansatz 54 der Schraube 53 aufgeschobene Daher kann man beim Zusammenbau des Werkzeugs die Ventilbaugruppe 43 in den Abschnitt 41 des Hohlraums 37 einführen und sie darin mit Hilfe der Schraube 53 festlegen.

Der Ventilkegel 45 ist gegenüber mehreren Steueröffnungen 59 der runden Stange 31 bewegbar, die dazu dienen, nach Bedarf ein zur Betätigung benötigtes verdichtetes Gas einem Bauteil zum Ausüben von Schlagen bzw. einem Hammer 61 zuzuführen bzw_e den Raum unter dem Hammer zu entlüften. Die Steueröffnungen 59 sind über den Umfang der runden Stange 31 in beliebiger Anzahl in Abständen verteilt; bei der bevorzugten Ausführungsform hat es sich als zweckmäßig erwiesen, insgesamt vier Steuer- bzw. Betätigungsöffnungen 59 vorzusehen. Die unteren Enden der Steueröffnungen 59 stehen in Fluchtung mit der Oberseite eines Werkzeugeinsatzes 63» wenn die Tei3e des Werkzeugs 21 ihre aus Fig. 5 bis 13 ersichtliche Gebrauchslage einnehmen. Der Werkzeugeinsatz 63 hat einen Halsabschnitt 65» der in das Gehäuse 23 hineinragt_o

Das untere Ende 35 der runden Stange 31 steht in Eingriff mit dem Werkzeugeinsatz 63. Die runde Stange weist Entlüftungsöff-

60982B/U3ÜS

47 437

- 16 -

nungen 67 auf, die allgemein den Steueröffnungen 59 entsprechen und sich von dem Abschnitt 4t des Hohlraums 37 aus zu einer Kammer 69 im Inneren des Werkzeugeinsatzes 63 erstrekken. Die Kammer 69 steht über Kanäle 71 in Verbindung mit der Atmosphäre. Eine Schulter 75 des Werkzeugeinsatzes 63 ist mit Nuten 73 versehen, welche die oberen Abschnitte der Kanäle 71 bilden. Eine weitere Entlüftungsöffnung 77 verbindet gemäß Fig. 3 den Hohlraum 37 der Stange 31 mit der Kammer 69, um den den Schaft 35 der Stange 31 umgebenden Raum bei der aus Fig. 4 ersichtlichen Ruhe- oder Bereitschaftsstellung zu entlüften, denn die Aufwärtsbewegung des Gehäuses 23 führt dazu, daß die Entlüftungsöffnungen 67 für die Kammer 69 durch den Werkzeugeinsatz 63 verschlossen werden.

Bei der Bereitschaftsstellung nach Fig₀ 4 ist der Ventilkegel 45 durch die Feder 49 nach oben in Richtung auf das obere Ende des Abschnitts 41 des Hohlraums 37 vorgespannt. Hierbei arbeitet ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 79 des Ventilkegels 45 mit einer konischen Schulter 81 am oberen Ende des Abschnitts 4t zusammen, um die Bewegung des Ventilkegels nach oben zu begrenzen. Bei dieser Stellung ist der Raum zwischen dem oberen Ende des Halsabschnitts 65 des Werkzeugeinsatzes 63 und dem unteren Ende des Hammers 61 über die Öffnungen 59» längs des Ventilschaftes 47, die Öffnungen 67» die Kammer 69 und die Kanäle 71 zur Atmosphäre entlüftet. Wird über die öffnungen oder Kanäle 83 der Stange 31 Druckluft in den Abschnitt 39 des Hohlraums 37 eingeleitet, wird der Ventilkegel 45 entgegen der Vorspannkraft der Feder 49 nach unten bewegt, so daß die Druckluft durch die Öffnungen 59 zur Unterseite des Hammers 61 strömen kann, um den Hammer gegenüber dem Werkzeugeinsatz 63 nach oben zu treiben. Gleichzeitig wird der soeben beshriebene Entlüftungsströmungsweg geschlossen. Auf diese Weise ermöglicht es der Ventilkegel 45, nach Bedarf dem Raum unter dem Hammer 61 Druckluft zuzuführen oder aber diesen Raum zum Zweck des Entlüftens mit der Atmosphäre zu verbinden,.

B 0 9 8 2 b / U a L b

47 437

Der Hammer 61 ist als allgemein zylindrischer Körper von ringförmigem Querschnitt ausgebildet und aus einem harten Werkstoff hergestellt, damit er Schläge auf den Werkzeugeinsatz 63 ausüben kann. Gemäß Fig. 3 besitzt der Hammer eine Stoßfläche 85, die mit einer Stoßaufnahmefläche 87 am oberen Ende des Halsabschnitts 65 des Werkzeugeinsatzes 63 zusammenarbeitet. Die Stoßfläche 85 bildet das untere Ende einer Verdickung 89 des Hammers 61. Um die Fläche zu vergrößern, die der Druckluft ausgesetzt ist, wenn die Stoßfläche 85 an der Stoßaufnahmefläche 87 anliegt, kann man die Stoßfläche 85 gemäß Fig. 3 mit radialen Nuten 91 versehen. Außerdem ist der unterste Abschnitt 89 des Hammers 61 mit einer kegelstumpfförmigen Innenfläche 93 versehen, damit eine Fläche vorhanden ist, auf welche die Druckluft wirken kann, während die Flächen 85 und 87 in Berührung miteinander stehen, und während der Hammer 61 seinen Rückwärtsoder Aufwärtshub ausführt«,

Eine Kammer 95 im Inneren des Hammers 61 weist Öffnungen oder Durchlässe 97 zum Zuführen von Druckluft auf. Zwar könnte man eine beliebige Anzahl solcher Durchlässe vorsehen, doch hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Hammer mit sieben solchen Durchlässen zu versehen. Das über die Öffnungen oder Durchlässe 97 zugeführte verdichtete Gas wird einer Betätigungskammer 99 entnommen, die sich gemäß Fig. 4 zwischen der Verdickung 89 des Hammers 61 und einer nach innen vorspringenden Schulter 101 des Gehäuses 23 erstreckt. Die Außenfläche 103 des Hammers 61 arbeitet mit der Innenfläche der Schulter 101 mit einem engen Gleitsitz zusammen. Entsprechend arbeitet die Umfangsflache 105 der Verdickung 89 des Hammers mit der Innenfläche 107 des Gehäuses 23 mit einem engen Gleitsitz zusammen, so daß eine Betätigungskammer 99 von variablem Volumen vorhanden ist. Man kann nicht dargestellte Dichtungen vorsehen, um zu gewährleisten, daß bei der Betätigungskammer 99 keine Gasverluste auftreten. Das verdichtete Gas wird der Betätigungskammer 99 gemäß Fig. 1 von einer Quelle 109 aus über eine Leitung 111 zugeführt, die in Verbindung mit einer Öffnung II3 des Gehäuses

bO982ö/U3i£6

47 437

- 18 -

23 steht. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird das verdichtete Gas dem Werkzeug 21 mit einer Temperatur von etwas über 93°C zugeführt, so daß sich das Gas entspannen kann, und es möglich ist, die Wärmeenergie des verdichteten Gases zum Antreiben des Hammers 61 auszunutzen, wodurch der Wirkungsgrad des gesamten pneumatischen Systems erheblich gesteigert wird. Die in dem der Quelle 109 entnommenen verdichteten Gas enthaltene Wärmeenergie kann mit Hilfe eines adiabatischen Verdichters der weiter unten beschriebenen Art oder auf beliebige andere Weise erzeugt werden, z.B. dadurch, daß man einen annähernd isothermisch arbeitenden Verdichter bekannter Art mit einem Nacherhitzer ausrüstet.

Der Hammer 61 besitzt an seinem von der Verdickung 89 abgewandten Ende eine Öffnung 115 mit kegelstumpfförmigen Abschnitten 117 und 119 sowie einem sie verbindenden zylindrischen Abschnitt 121. Sobald sich der Hammer 61 dem Kopfabschnitt 33 der Stange 31 am oberen Ende des Gehäuses 23 nähert, kommt die zylindrische Fläche 121 in Eingriff mit einer Schulter 123 der runden Stange 31, während sich die konische Fläche 117 einer ebenfalls an der Stange 31 ausgebildeten Schulter 125 nähert. Die zylindrische Fläche 121 arbeitet mit der Schulter 123 mit engem Gleitsitz zusammen, so daß zwischen der konischen Fläche 117 und der konischen Schulter 125 ein Raum gasdicht abgegrenzt wird. Hierdurch wird ein Gas- oder Luftpolster erzeugt, das den Hammer 61 daran hindert, an das Gehäuse 23 anzuschlagen und eine metallische Berührung damit herzustellen.

Der Raum 126 über dem Hammer 61 steht über Öffnungen 127 ständig in Verbindung mit der Atmosphäre, so daß über dem Hammer mit Ausnahme des Gaskissens zwischen der konischen Fläche 117 und der Schulter 125 kein Druck aufgebaut wird. Zwar könnte man Öffnungen 127 in einer beliebigen Anzahl vorsehen, doch hat es sich gezeigt, daß es bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel mit Hilfe von 40 solchen Öffnungen

60982b/üJüb

47 437

- 19 -

möglich ist» eine ausreichende Entlüftung zu erreichen. In Fig. 1 bis 3 sind die Öffnungen 127 nur schematisch angedeutet, d.h. es sind nicht alle 40 Öffnungen dargestellt.

Der Halsabschnitt 65 des Werkzeugeinsatzes 63 ist in dem Gehäuse 23 gleitend geführt. Wird das Gehäuse 23 unter Kraftaufwand in Richtung auf dem Werkzeugeinsatz 6"3 bewegt, kommt die Schulter-75 des Werkzeugeinsatzes zur Anlage an einem mit dem unteren Ende des Gehäuses 23 verbundenen elastischen Bauteil 129. Wird jedoch der Werkzeugeinsatz 63 durch den Hammer 61 angeschlagen, wird er nach unten von dem Gehäuse 23 abgehoben, so daß die Schulter 75 nicht mehr an dem elastischen Bauteil 129 anliegt. In manchen Fällen könnte sich jedoch der Werkzeugeinsatz 63 so weit nach unten bewegen, daß er vollständig aus dem Gehäuse 23 austreten würde; hierdurch würde das Werkzeug 21 betriebsunfähig, und außerdem könnte es beschädigt werden. Ferner könnte der Werkzeugeinsatz 63 bei der Ruhe- oder Bereitschaftsstellung aus dem Werkzeug 21 herausfallen. Daher ist eine Halteeinrichtung 131 vorhanden, die den Werkzeugeinsatz 63 daran hindert, sich zu weit von dem Gehäuse 23 zu entfernen. Zu dieser Halteeinrichtung gehören zwei etwas elastische Arme 13O und 132, von denen jeder an seinem unteren Ende mit einem hakenförmigen Abschnitt 133 versehen ist, der in einen dazu passenden Schlitz 135 des Werkzeugeinsatzes 63 eingreift. Wird der Werkzeugeinsatz durch einen Schlag des Hammers 61 gegenüber dem Gehäuse 23 nach unten bewegt, oder übt der Benutzer keine Kraft mehr auf das Gehäuse 23 aus, arbeiten die hakenförmigen Abschnitte 133 mit den Flächen 137 an den oberen Enden der Schlitze 135 zusammen, um die Abwärtsbewegung des Werkzeugeinsatzes gegenüber dem Gehäuse zu begrenzen.

Um Drehbewegungen des Werkzeugeinsatzes 63 während des Betriebs zu verhindern, ragen die Arme 13O und 132 des Halteteils 131 durch eine auf dem Gehäuse 23 angeordnete Einrichtung 139, die Drehbewegungen der Arme verhindert. Zu der Ein-

60982b/U3Zb

47 437

richtung 139 gehören zwei Paare von Halteteilen 138 und 140, die auf entgegengesetzten oeiten des Gehäuses 23 angeordnet sind.

Das Halteteil kann mit einer Befestigungseinrichtung, z.B. einem schraubenähnlichen Ansatz 141 am oberen Ende des Gehäuses 23 befestigt sein. Der Ansatz 141 ist mit dem Halteteil 131 einstückig ausgebildet, und sein Gewinde 143 ist in eine dazu passende Gewindebohrung 145 im Kopfabschnitt 33 der runden Stange 31 eingeschraubt. Soll das Halteteil 131 an dem Werkzeug 21 angebracht oder davon getrennt werden, spreizt man die Arme 130 und 132 in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise auf, woraufhin das Halteteil um seine Achse gedreht wird«, Werden die elastischen Arme 130 und 132 wieder freigegeben, damit sie erneut ihre Lage nach Fig. 1 und 2 einnehmen können, verankert sich das Halteteil 131 an dem Werkzeug 21, auf dem es durch die Ansätze 138, 140 und die Seitenwände der Nuten 135 des Werkzeugeinsatzes festgehalten wird.

Zwar würde das vorstehend beschriebene Werkzeug 21 auch betriebsfähig sein, wenn es bei Umgebungstemperatur mit einem verdichteten Gas gespeist würde, doch beruht die Betriebsfähigkeit des Werkzeugs tatsächlich auf der Entspannung des Druckgases unter dem Hammer 61, und daher würde es erforderlich sein, Wärme zuzuführen, um eine zu starke Abkühlung zu verhindern. Das zweckmäßigste Verfahren ,um dies zu bewirken, und bei dem sich außerdem der Wirkungsgrad des Systems in einem sehr großen Ausmaß steigern läßt, besteht darin, die Wärmeenergie auszunutzen, die beim Verdichten des Gases erzeugt wirdo Daher würde man bei der bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs zweckmäßig als Druckgasquelle 109 einen im wesentlichen adiabatisch arbeitenden Verdichter benutzen» Hierbei würde das erhitzte verdichtete Gas dem Werkzeug 21 z.B„ über eine kurze Schlauchleitung 111 zugeführt, die vorzugsweise so ausgebildet ist, daß Wärmeverluste vermieden werden, und die zu diesem Zweck ZoB₀ aus einer inneren Gasleitung 147 und einem äußeren

ö 0 9 8 2 b / U 'J Z b

47 437

- 21 -

Rohr oder Schlauch 149 besteht. Der Luftspalt zwischen der Leitung 147 und dem äußeren Schlauch 149 bewirkt hierbei die gewünschte Isolierung. Wird eine solche isolierte Schlauchleitung 111 benutzt, kann man natürlich eine Leitung von jeder beliebigen Länge verwenden.

Eine der Hauptschwierigkeiten, die sich bei der Verwendung eines erhitzten Treibgases ergibt, besteht darin, daß der Schmierstoff in dem Werkzeug möglicherweise verdampft^ Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 wird das Druckgas bei einer Temperatur verwendet, die hinreichend niedrig ist, um das Verdampfen des Öls oder eines anderen Schmierstoffs unmöglich zu machen. Zwar ist es möglich, das Werkzeug 21 im nicht isolierten Zustand zu betreiben, doch ist es zweckmäßig es gemäß Fig. 3 mit einer Isolation 149 aus Gummi zu versehen. Ein solcher Gummiüberzug auf dem Gehäuse 23 verhindert nicht nur Wärmeverluste, sondern er ermöglicht es wegen der Erhöhung der Elastizität durch den Gummiüberzug, ein Gehäuse 23 von geringerer Wandstärke zu verwenden.

Im folgenden ist die Wirkungsweise des pneumatischen Werkzeugs nach der Erfindung anhand von Fig. 4 bis 13 näher erläutert. Fig. 4 zeigt die Teile des Werkzeugs in ihrer Ruhe- oder Bereitschaftsstellung. Hierbei ist der Werkzeugeinsatz 63 von dem Gehäuse 23 durch einen Spalt 148 getrennt, der dem maximalen Abstand entspricht, welcher durch das Haiteteil 131 zugelassen wird. Gemäß Fig. 4 stehen die hakenförmigen Endabschnitte 133 des Haiteteils 131 in Eingriff mit den oberen Stirnflächen 137 der Nuten 135» um den Abstand zwischen dem Werkzeugeinsatz 63 und dem elastischen Bauteil 129 am unteren Ende des Gehäuses 23 zu begrenzen. In Fig. 4bis 13 ist das Halteteil 131 der Deutlichkeit halber nur bruchstückweise dargestellt. Gemäß Fig. 4 nimmt die Kammer 95 eine Lage unterhalb des Kanals 83 ein, so daß der Ventilkegel 85 nicht mit dem Druckgas beaufschlagt wird. Daher hält die Feder 49 den Ventilkegel 45 in einem maximalen Abstand von dem Werkzeugeinsatz 63, so daß

60982Ö/03 2 6

47 437

- 22 -

die konische Fläche 79 an der konischen Schulter 81 der runden Stange 31 anliegt.

Fig. 5 zeigt das Werkzeug 21 in seiner Gebrauchsstellung, in die es dadurch gebracht wird, daß eine Bedienungsperson eine Kraft auf das Gehäuse 23 so ausübt, daß das elastische Bauteil 129 zur Anlage an dem Werkzeugeinsatz 63 gebracht wird. Bei dieser Stellung ist die Kammer 95 in dem Hammer 61 auf den Kanal 83 ausgerichtet, so daß Druckluft von der Betätigungskammer 99 aus zu dem Hohlraum 37 strömen kann, um den Ventilkegel 45 entgegen der Vorspannkraft der Feder 49 nach unten zu drücken. Daher nimmt der Ventilkegel 45 eine Lage ein, in der er die Öffnungen 59 gegenüber der Atmosphäre verschließt, und hierbei kann das Druckgas in den Raum unter dem Hammer 61 einströmen. Die Wirkung, die anfänglich auf den Hammer 61 ausgeübt wird, während dieser seinen Rückwärts- bzw. Aufwärtshub ausführt, wird durch die Nuten 91 und die kegelstumpfförmige Fläche 93 verstärkt. Die Öffnungen 127 dienen natürlich dazu, den Raum 126 über dem Hammer 61 ständig zur Atmosphäre zu entlüften, so daß in diesem Raum keine Luft verdichtet wird, und daß daher die Bewegung des Hammers während seines Rückwärtshubes nur dadurch behindert wird, daß am oberen Ende des Rückwärtshubes in der beschriebenen Weise das kleine Luftpolster zur Wirkung kommt.

Fig. 6 zeigt den Hammer 61 für den Fall, daß er so weit nach oben getrieben worden ist, daß die Kammer 95 nicht mehr in Verbindung mit dem Kanal 83 steht, woraufhin dem Hohlraum 37 kein weiteres verdichtetes Gas zugeführt wird. Die Länge der Kammer 95 ist genau auf die Geschwindigkeit des Hammers 61 während des Rückwärts hübe s abgestimmt, so daß der Druckluftstoß, der auf die relativ große Fläche 85 am unteren Ende des Hammers ausgeübt wird, dem Hammer gerade genügend Energie zuführt, um den Hammer bis zum oberen Ende seines Rückwärtshubes zu bewegen, und zwar entgegen der Kraft, die durch das Druckgas in der Kammer 99 auf die Fläche 150 an der Verdickung 89

609826/03 2 6

47 437

des Hammers ausgeübt wird. Nachdem die Kammer 95 gerade außer Fluchtung mit dem Kanal 83 gebracht worden ist, nimmt der Ventilkegel 45 immer noch seine aus Fig. 5 ersichtliche Lage ein.

In Fig. 7 nähert sich der Hammer 61 dem oberen Ende seines Rückwärtshubes, wobei sich seine Bewegung verlangsamt, da eine Änderung der Wirkungsrichtung seiner Bewegungsenergie unmittelbar bevorsteht. Der Ventilkegel 45 hat jetzt eine Stellung eingenommen, bei der er die Öffnungen 59 vollständig verschließt, so daß auf der Unterseite des Hammers 61 nur der anfängliche Druckgas- bzw. Druckluftimpuls zur Wirkung kommt, der am Beginn des Rückwärtshubes zugeführt wurde. Diese Druckgasmenge entspannt sich jetzt, um den Hammer 61 zu betätigen, wobei die in dem verdichteten Gas enthaltene Wärmeenergie die Entspannungsenergie liefert, um zu ermöglichen, daß das Gas bei Umgebungstemperatur und unter Umgebungsdruck abgeführt wird; hierdurch wird das Entstehen von Auspuffgeräuschen vermieden, und gleichzeitig wird ein Betrieb mit hohem Wirkungsgrad gewährleistete

In Fig. 8 befindet sich der Hammer 61 am oberen Ende seines Rückwärts- bzw, Aufwärtshubes. Die der Unterseite des Hammers zugeführteDruckluftmenge hat sich jetzt entspannt und annähernd auf die Umgebungstemperatur bzw. die Temperatur der Atmosphäre abgekühlt. Für den Fall, daß durch den Druckluftstoß eine zu große Energiemenge zugeführt worden ist, verhindert das zwischen der kegelstumpfförmigen Fläche 117 des Hammers und der Schulter 125 der runden Stange 31 entstehende Gaspolster eine unmittelbare Berührung zwischen dem Hammer und dem Gehäuse Gleichzeitig hat die Feder 49 den Ventilkegel 45 gegenüber den Öffnungen 59 etwas nach oben bewegt, so daß der Raum unter dem Her jetzt mit der Atmosphäre über die Öffnungen 59» längs des Ventilschaftes 47, die Öffnungen 67, die Kammer 69 und die Kanäle 71 verbunden ist. Wenn der Hammer beginnt, unter der Wirkung der durch die Druckluft in der Betätigungskammer

609826/0326

47 437 - 24 -

99 ausgeübten Kraft seinen Abwärtshub zum Betätigen des Werkzeugeinsatzes 63 auszuführen, findet daher keine Verdichtung von Gas unterhalb des Hammers statt, da dieser Raum in Verbindung mit der Atmosphäre steht, so daß das verbrauchte Gas abgeführt werden kann. Zwar bewirkt der Hammer 61 bei seinem Abwärtshub, daß das Gas aus dem Raum unter dem Hammer verdrängt wird, doch da sich das Gas in diesem Raum entspannt und auf die Temperatur der Atmosphäre abgekühlt hat, befindet sich das zu führende Gas bereits nahezu im gleichen Zustand wie die Umgebungsluft.

Während des ersten Teils des Abwärts- bzw. Arbeitshubes des Hammers wird der Ventilkegel 45 durch die Feder 49 gegenüber dem Werkzeugeinsatz 63 weiter nach oben bewegt, bis er das obere Ende seiner Hubstrecke erreicht, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Hierdurch werden die Öffnungen 59 vollständig freigegeben, um den Raum unter dem Hammer 61 in der beschriebenen Weise zu entlüften. Zwischen den in Fig. 8 und 10 gezeigten Stellungen wird der Hammer 61 beim Durchlaufen seines Arbeitshubes durch das Druckgas in der Betätigungskammer 99 und im Fall eines Preßluftmeißels auch durch die Wirkung der Schwerkraft nach unten getrieben. Ist die Stellung nach Fig. 10 erreicht, stehen die Kanäle 97 in Verbindung mit der Betätigungskammer 99, doch ist die Kammer 95 noch nicht mit den Öffnungen 83 verbunden, so daß der Ventilkegel 45 durch die Feder 49 in seiner obersten Stellung gehalten wird.

Bewegt sich'der Hammer 61 weiter nach unten bis zu der in Fig_o 11 gezeigten Stellung, beginnt die Kammer 95» in Strömungsverbindung mit den Öffnungen 83 zu kommen, so daß Druckgas in den Hohlraum 37 einströmen kann. Jedoch ist diese Stellung erst gerade eben erreicht worden, so daß sich der Druck in dem Hohlraum 37 noch nicht so weit erhöht hat, daß der Ventilkegel 45 entgegen der Vorspannkraft der Feder 49 bewegt wird. Sobald die Stellung nach Fig_o 12 erreicht worden ist, bei welcher der Hammer 61 einen Schlag auf den Werkzeug-

609816/0326

47 437

- 25 -

einsatz 63 ausübt, ist die Kammer 95 mit den Öffnungen 83 verbunden worden, so daß der Ventilkegel 95 entgegen der Kraft der Feder 49 nach \mten bewegt wird, Da jedoch die Zufuhr von Druckluft zu dem Hohlraum 37 und damit auch zu dem Ventilkegel 45 nicht zum Schließen der Offnungen 59 geführt hat, bewirken diese Öffnungen immer noch eine Entlüftung des Raums unter dem Hammer 61, um eine Verringerung der Energiemenge zu verhindern, die von dem Hammer an den Werkzeugeinsatz 63 abgegeben wird. Nach Ablauf einer kurzen Zeitspanne hat jedoch gemäß Fig. 13 die Druckluft in dem Hohlraum 37 bewirkt, daß der Ventilkegel 45 verstellt worden ist, um die Wirkung der Öffnungen 59 als Entlüftungsöffnungen aufzuheben und sie als Öffnungen zum Zuführen von Betriebsdruckluft zur Wirkung zu bringen. Da der Hammer 61 einen Schlag auf den Werkzeugeinsatz 63 ausgeübt hat und jetzt bereit ist, das soeben beschriebene Arbeitsspiel erneut zu durchlaufen, ist ersichtlich, daß durch das verdichtete Gas in der Betätigungskammer 99 eine konstante Kraft auf den Hammer zur Wirkung gebracht worden ist, wobei die Betätigungskammer die Kraft von dem Gehäuse 23 aus überträgt, wenn auf das Gehäuse eine Kraft aufgebracht wird, die ausreicht, um das elastische Bauteil 129 am unteren Ende des Gehäuses 23 in Berührung mit dem Werkzeugeinsaiz 63 zu halten. Eine Betätigungs- bzw. Vortriebskraft wird dadurch erzielt, daß der gleiche konstante Druck des verdichteten Gases zur Wirkung auf eine größere Fläche am unteren Ende des Hammers 61 gebracht wird, und daß es dem Druckgas ermöglicht wird, sich zu entspannen, um den Hammer entgegen der konstanten Kraft zu bewegen, die durch das Gas in der Betätigungskammer 99 erzeugt wird, Somit ist durch die Erfindung ein schwingungsfrei arbeitendes pneumatisches Werkzeug geschaffen worden, bei dem sich ein hoher Wirkungsgrad erzielen läßt, das von einfacher Konstruktion ist und sich auf einfache Weise benutzen läßt.

In der Beschreibung des pneumatischen Werkzeugs 21 wurde darauf hingewiesen, daß sich eine höhere Arbeitsleistung erzielen

609826/0326

O Ό I I O O

47 437

- 26 -

läßt, wenn auch die in dem verdichteten Gas enthaltene Wärmeenergie zum Antreiben des Hammers ausgenutzt wird_o Bies gilt insbesondere dann, wenn man die Wirkungsweise des pneumatischen Werkzeugs in Verbindung mit der Wirkungsweise eines vollständigen Systems betrachtet, bei dem der Wirkungsgrad des Systems dadurch erheblich verringert,wird, daß die Verdichtungswärme beseitigt wird, da man in der üblichen Weise bestrebt ist, mit einem isοthermischen VerdichtungsVorgang zu arbeiten. Mit anderen Worten, es ist möglich, ein sehr viel wirtschaftlicheres System zu schaffen, wenn es ermöglicht wird, die Verdichtungswärme dem pneumatischen Werkzeug zuzuführen und sie darin nutzbar zu machen. Zu diesem Zweck ist durch die Erfindung ein völlig neuartiger adiabatischer Verdichter geschaffen worden, dessen Arbeitsprinzip sich ebenso gut im Falle eines umgekehrten Energieflusses anwenden läßt, für den eine adiabatisch arbeitende Ausführungsform des erfindungsgemäßen pneumatischen Werkzeugs als Beispiel zu nennen ist. Im Hinblick hieraf gilt die nachstehende Beschreibung eines adiabatischen Verdichters in einem umfassenderen Sinne für einen sog. adiabatischen Gasvolumentransformator, d.h. eine Vorrichtung, bei der eine im wesentlichen adiabatische Energieübertragung erreicht wird, wobei die Vorrichtung als Verdichter oder als pneumatischer Motor arbleiten kann.

In Fig. 14 bis 16 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines adiabatischen Gasvolumentransformators 201 dargestellt. Fig. 15 und 16 zeigen den Transformator 201 in seiner speziellen Ausführungsform als adiabatischer Verdichter, doch lassen sich die hierbei verwirklichten Grundgedanken auch bei der verallgemeinerten Ausführungsform nach Fig. 14 anwenden.

Zu dem adiabatischen Gasvolumentransformator 201 gehört ein äußeres Gehäuse oder Mantel 203, der aus einem Werkstoff von ausreichender Festigkeit, z.B_o Stahl, besteht. Das Gehäuse hat einen ringförmigen Querschnitt und weist einen allgemein zylindrischen Abschnitt 205 und an einem Ende einen allgemein

609826/0326

47 437

halbkugelförmigen Abschnitt 207 auf. Zwar hat das Gehäuse 203 vorzugsweise die dargestellte Form, doch könnte man auch Ge-$ häuse von erheblich abweichender Form verwenden.

Das Gehäuse 203 begrenzt einen Hohlraum 209» der allgemein die gleiche Form hat wie das Gehäuse. Ein oberer Abschnitt 211 des Hohlraums 209 am halbkugelförmigen Ende des Hohlraums bildet einen Raum zum Aufnehmen einer Gasmasse bzw. eine Energieumwandlungskammer, die bei einem adiabatischen Verdichter als Verdichtungsrum zur Wirkung kommt.Die Energieumwandlungskammer 211 ist von einem Isoliermaterial 213 umgeben, das den relativ hohen Drücken und Temperaturen standhält, denen es als Wand der Kammer 211 ausgesetzt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Isoliermaterial 213 um eine keramisches Material. Wärmeverluste der Kammer 211 können auch auf beliebige andere Weise vermieden werden, z.B. dadurch, daß die Vorrichtung mit einer sehr hohen Geschwindigkeit betrieben wird.

In dem Hohlraum 209 ist ein Kolben 215 axial hin- und herbewegbar. Zu dem Kolben 215 gehören ein in die Energieumwandlungskammer 211 einschiebbarer erster Abschnitt 217, ein sich daran anschließender zweiter Abschnitt 219 und eine mit letzterem verbundene Kolbenstange 221. Alle diese Teile des Kolbens 215 bilden eine zusammenhängende Konstruktion, die gleichachsig mit dem Gehäuse 203 angeordnet ist.

Der Abschnitt 217 des Kolbens 215 ist so geformt, daß er in die Energieumwandlungskammer 211 an dem allgemein halbkugelförmigen Ende des Hohlraums 209 paßte Dieser Abschnitt 217 begrenzt praktisch die Energieumwandlungskammer, wenn er sich gemäß Fig. 16 am Ende seiner Hubstrecke befindet. Man kann die Energie-umwandlungskammer 211 als denjenigen Teil des Hohlraums 209, welcher sich zwischen dem'halbkugelförmigen Ende des Hohlraums und dem oberen Ende des Abschnitts 219 des Kolbens 215 erstreckt, abzüglich des durch den Kolben-

609826/03 2 6

47 437

- 28 -

abschnitt 217 eingenommenen Raums definieren. Diese Definition gilt natürlich für den Fall, daß sich der Kolben gemäß Fig. 16 am unteren Ende seiner Hubstrecke befindet. Es ist ersichtlich, daß ein zusätzlicher Raum am Umfang des Kolbenabschnitts 217 zwischen dem Punkt 223 und dem Kolbenabschnitt 219 vorhanden ist, doch da dieser Raum sehr klein ist und die von ihm aufnehmbare Gasmenge nur einem sehr kleinen Teil des Gasvolumens entspricht, bis der Kolben 215 seinen oberen Totpunkt erreicht, kann man diesen Raum ohne weiteres vernachlässigen, wenn der Rauminhalt der Energieumwandlungskammer 211 angegeben werden soll. Da jedoch die Bedeutung des von diesem Raum aufgenommenen Gasvolumens während des Verdichtungshubes beim Erreichen des oberen Totpunktes zunimmt, muß man es dem Rauminhalt der Energieumwandlungskammer hinzurechnen O

Der Abschnitt 217 des Kolbens 215 besitzt einen zentralen Kern 225 aus einem Material von hoher Eestigkeit, z.B_o Stahl, zu dem ein an seinem allgemein halbkuegelförmigen Ende angeordneter Stopfen 227 gehört, der ein Außengewinde 229 hat, mit dem er in eine entsprechende Gewindebohrung des Kerns 225 eingeschraubt ist. Der Stopfen 227 ist vorhanden, damit Material aus dem inneren Teil des Kerns 225 entfernt werden kann, um eine öffnung 231 herzustellen, die sich bis in den Kolbenabschnitt 219 hinein erstreckt. Auf diese Weise kann man das Gewicht des Kolbens 215 verringern, ohne daß es erforderlich ist, die Kolbenstange 221 zu durchbohren, was zu einer Schwächung der Kolbenstange führen würde. Nachdem die Öffnung 231 hergestellt worden ist, wird der Stopfen 227 in den Kern 225 eingeschraubt, um den Kern für den Kolbenabschnitt 217 zu vervollständigen.

Das Kolbenisoliermaterial 233 erstreckt sich ebenso weit wie das Isoliermaterial 213» damit Wärmeverluste der Energieumwandlungskammer 211 über den Kolben 215 vermieden werden. Bei dem Isoliermaterial 233 kann es sich um jedes geeignete Mate- * auf der Außenfläche des Kerns 225

47 437

- 29 -

rial, z.B. ein keramisches Material, handeln. Es läßt sich mit dem Kern 225 fester verbinden, wenn man den Kern mit Vorsprüngen 235 versieht, die von dem Isoliermaterial umschlossen werden, um letzteres fest an dem Kern zu verankern.

Gemäß Fig. 15 und 16 sind die Außenabmessungen des Kolbenabschnitts 217 etwas kleiner als die Innenabmessungen des Hohlraums 209, so daß selbst dann, wenn sich der Kolben 215 gemäß Fig. 15 am oberen Totpunkt befindet, ein kleines Gasvolumen zwischen dem Kolbenabschnitt 217 und der Innenwand des Gehäuses 203 vorhanden sein kann«, Der Abstand zwischen der Außenfläche des Kolbenabschnitts 217 und der Innenfläche des Gehäuses 203 ist sehr klein, d_oh. er liegt in der Größenordnung von nur einigen tausendstel Zoll (0,001 Zoll = 0,00254 mm). Dieser geringe Abstand ermöglicht es in Verbindung mit der auf eine noch zu erläuternde Weise herbeigeführten genauen

β -to

axialen Ausrichtung des Kolbens,/Isoliermaterialien 213 und 233 außer Berührung zu halten, was erforderlich ist, um die Isolierwirkung nicht zu beeinträchtigen, und um zu verhindern, daß sich in der Energieumwandlungskammer 211 Isoliermaterialabrieb ansammelt.

Der Abschnitt 219 des Kolbens 215 arbeitet mit dem Hohlraum 209 mit einem engen Gleitsitz zusammen. Dieser Kolbenabschnitt ist mit Kolben- oder Dichtungsringen 237 versehen, die mit der Innenwand des Gehäuses 203 bzw. des Hohlraums 209 zusammenarbeiten. Außerdem ist ein Abdichtungs- und Schmiermittel, z.B. Öl, vorhanden, um eine Schmierung zwischen den aufeinander gleitenden Flächen des Kolbenabschnitts 219 und des Gehäuses 203 zu bewirken und die Energieumwandlungskammer 211 gegen das Entweichen von Gasen abzudichten. Das Dichtungs- und Schmiermittel, z.B. Öl, wird in den Hohlraum 209 auf beliebige Weise so eingeführt, daß die Kolbenringe 237 damit zusammenarbeiten. Der Druck des Gases in der Energieumwandlungskammer 211 hindert das Öl daran, sich über den obersten Kolbenring 239 hinaus nach oben zu bewegen.

47 437

Bei dem adiabatischen Verdichter nach der Erfindung kann man die mit Vorspannfedern versehenen Ventilbaugruppen 251 und 253 nach Fig₀ 15 und 16 anstelle der in Fig. 14 nur schematisch angedeuteten Anordnung 254 verwenden, bei welcher es sich um eine Nockenanordnung handeln würde, die man jedoch bei dem Verdichter ebenfalls verwenden könnte. Bei der Ventilbaugruppe 251 ist mit einem Ventilschaft 257 eine Druckfeder 255 verbunden. Das andere Ende des Ventilschaftes 257 steht in Verbindung mit einem Ventilteller 259, der durch diese Druckfeder gegen einen Ventilsitz 261 vorgespannt ist. Der Ventilschaft 257 ragt durch eine Ventilführung 263, die in einen mit Innengewinde versehenen Rohrstutzen 265 des Gehäuses 203 eingeschraubt ist. Zwischen der Ventilführung 263 und dem Ventilteller 259 ist eine Ventilkammer 267 vorhanden, die über eine Öffnung 269 in Verbindung mit der Atmosphäre steht. Wird der Ventilteller 259 von dem Ventilsitz 261 abgehoben, bilden der Raum zwischen dem Ventilteller und dem Ventilsitz, die Ventilkammer 267 und die Öffnung 269 eine Ütrömungsverbindung zwischen der Energieumwandlungskammer 211 und der Atmosphäre.

Bei der Ventilbaugruppe 253 ist an einem Ventilschaft 273» der an seinem unteren Ende einen Ventilteller 257 trägt, eine Zugfeder 271 befestigt. Der Ventilteller 275 arbeitet mit einem Ventilsitz 277 zusammen, um die Energieumwandlungskammer 211 gegenüber einer Ventilkammer 279 abzudichten.. Von dieser Ventilkammer aus führt eine Leitung 281 zu einem in Fig. 14 dargestellten Behälter 280, in dem Gas gespeichert wird, das sich unter einem relativ hohen Druck und auf einer relativ hohen Temperatur befindet. Der Behälter 280 ist vorzugsweise durch eine Schicht 282 aus Isoliermaterial isoliert. Zwar zeigt Fig. 14 einen kugelförmigen Behälter 280, doch könnte der Behälter auch eine beliebige andere Form erhalten. Auch die Leitung 281 ist vorzugsweise isoliert, um Verluste an Wärmeenergie zu verhindern.

609826/0 3/: 6

47 437

Wird der Ventilteller 275 von dem Ventilsitz 277 abgehoben, bilden der Raum zwischen dem Ventilteller und dem Ventilsitz, die Ventilkammer 279 und die Leitung 281 eine Strömungsverbindung zwischen der Energieumwandlungskammer 211 und dem Gasspeicherbehälter 280. Ebenso wie bei der Ventilbaugruppe 251 gehört zu der Ventilbaugruppe 253 eine Ventilführung 283, durch die der Ventilschaft 273 hindurchragt. Die Ventilführung 283 ist in einen mit Innengewinde versehenen Rohrstutzen 284 des Gehäuses 203 eingeschraubte Ebenso wie die Druckfeder 255 an der Ventilführung 263 befestigt ist, ist die Zugfeder 271 an der Ventilführung 283 befestigt. Die Zugfeder 271 ist mit der Ventilführung 283 durch Klammern 285 verbunden, während die Druckfeder 255 an der Ventilführung 263 mittels Klammern 287 befestigt ist.

Bei der unteren Totpunktstellung des Kolbens 215 nach Fig. 16 liegt der Ventilteller 275 fest an dem Ventilsitz 277 an, und der Ventilteller 259 wird durch die relativ schwache Druckfeder 255 an den Ventilsitz 261 angedrückt. Zwar ist der Ventilteller 259 während des Abwärtshubes des Kolbens durch den in der iSnergieumwandlungskammer 211 erzeugten Unterdruck von dem Ventilsitz 261 abgehoben worden, doch genügt die relativ schwache Druckfeder 255, um den Ventilteller bei der unteren Totpunkts teilung des Kolbens in seiner aus Fig. 16 ersichtlichen Lage zu halten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei der unteren Totpunktstellung der Druck in der Energieumwandlungskammer den Atmosphärendruck erreicht hat, da der Strömungsweg über die Öffnung 269, die Ventilkammer 267 und den Raum zwischen dem Ventilteller 259 und dem Ventilsitz 261 offen ist. Dagegen wird der Ventilteller 275 in seiner Schließstellung in Anlage an dem Ventilsitz 277 durch den Druck des Gases in der Ventilkammer 279 festgehalten, da dieses Gas über die Leitung 281 zur Wirkung kommt, sowie durch den Unterdruck, der während des Abwärtshubes in der Energieumwandlungskammer erzeugt wird.

609826/

- 30 -

47 437

Die Abschnitte 217 und 219 des Kolbens 215 sind gewöhnlich zusammenhängend ausgebildet, doch könnte man auch eine beliebige feste Verbindung zwischen getrennt hergestellten Abschnitten vorsehen. Auch die Kolbenstange 221 könnte mit dem Kolbenabschnitt 219 zusammenhängen, doch kann man sie auch auf beliebige andere Weise fest mit diesem Kolbenabschnitt verbinden.

Die Kolbenstange 221 ragt in ein Kurbelgehäuse 241 hinein, in welchem mechanische Energie entweder in den Kolben 215 eingeleitet oder ihm entnommen werden kann. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eines mit hohem Wirkungsgrad arbeitenden adiabatischen Verdichters kann man eine nicht dargestellte Doppelkurbel benutzen, um den Kolben nach oben zu bewegen, damit das Gas in der Energieumwandlungs- oder Verdichtungskammer 211 verdichtet wird. Die Antriebsenergie wird auf den Kolben von der Doppelkurbel aus über Kurbelstangen 240 und 242 übertragen, die so kräftig bemessen sind, daß der Verdichter erforderlichenfalls mit hoher Drehzahl betrieben werden kann» Die Kurbelstangen 240 und 242 sind mit der Kolbenstange 221 durch ein Zwischenstück 244 verbunden, in das Wälzlager, z.B. Nadellager, eingebaut sind. Das Zwischenstück 244 ist auf beliebige Weise an der Kolbenstange 221 befestigt; zweckmäßigerweise ist an dieser Stelle eine lösbare Verbindung, z.B. eine Gewindeverbindung, vorhanden.

Wegen des geringen Spielraums zwischen dem Kolbenabschnitt 217 und der Innenwand des Gehäuses 203 muß der Kolben dazu gezwungen werden, sich mit äußerster Genauigkeit gleichachsig mit dem Gehäuse zu bewegen. Zu diesem Zweck kann man eine Führungseinrichtung für die Kolbenstange 221 vorsehen, z.B. die in Fig. 14 gezeigte Armsternkonstruktion 243» die nach Bedarf drei oder vier Arme aufweisen kann. In diese Armsternkonstruktion 243 ist ein Ring 245 eingebaut, der mit der Kolbenstange mit einem engen Gleitsitz zusammenarbeitet und sehr genau positioniert sein muß, um zu gewährleisten, daß sich der

609826/03ü6

47 437

- 31 Kolben genau entlang der Achse des Gehäuses 203 bewegt.

Unterhalb der unteren Enden der Isoliermaterialien 215 und 233 ist ein Kühlmantel 247 angeordnet, der sich von dem allgemein halbkugelförmigen Ende 207 des Gehäuses weg erstreckte

Die Temperatur, bei der das Abdichtungs- und Schmiermittel auf den Kolbenringen 237 verdampft, ist häufig erheblich niedriger als die relativ hohen Temperaturen, die in der Energieuinwandlungskammer 211 erreicht werden. Beispielsweise könnte man erwarten, daß der Schmierstoff bzw. das Öl eine Verdampfungstemperatur von etwa 205⁰C besitzt, während die Temperatur in der Energieumwandlungskammer bei der maximalen Verdichtung, d.h. beim Erreichen des oberen Totpunktes durch den Kolben, bis zu etwa 33OO°C ansteigen könnte. Natürlich könnten in der Energieumwandlungskammer noch erheblich höhere Temperaturen auftreten, doch möge der genannte Wert von etwa 3300 C genügen, um die zu lösende Aufgabe zu veranschaulichen. Der Kühlmantel 247 hält im Bereich der Kolbenringe 237 sowie bezüglich eines Teils des Gases in der Energieumwandlungskammer 211 eine relativ niedrige Temperatur aufrecht, wenn sich der Kolben 215 gemäß Fig. 14 und 15 am oberen Totpunkt tefindet. Ein sehr wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Kolbenringe 237 gegenüber dem Bereich verlagert sind, in dem außerordentlich hohe Temperaturen erreicht werden, d.h. gegenüber der Energieumwandlungskammer 211, und daß Maßnahmen getroffen sind, um denjenigen Teil des Gasvolumens in der Energieumwandlungskammer abzukühlen, welcher den Kolbenringen 237 benachbart ist.

Der Kühlmantel 247 kann entweder um das Gehäuse 203 herum angeordnet sein oder in der aus Fig. 14 bis 16 ersichtlichen Weise in das Gehäuse einbezogen sein. Normalerweise enthält der Kühlmantel als Kühlmittel Wasser, doch könnte man ebenso gut auch ein anderes flüssiges Kühlmittel oder ein gasförmiges Kühlmittel verwenden.

■) ü 9 8 2 b / U 3 l b

47 437

Bewegt sich der Kolben 215 nach oben, wird das Gas in der Ene rgieumwandlungs kammer 211 verdichtet, so daß eine Erhöhung des Drucks und der Temperatur des Gases eintritt. Der auf den Ventilteller 259 wirkende erhöhte Druck hält die Ventilbaugruppe 251 geschlossen, so daß die Energieumwandlungskammer gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist. Die Ventilbaugruppe 253 bleibt ebenfalls geschlossen, da die Kraft, die durch das Druckgas in der Kammer 211 auf die Innenfläche des Ventiltellers 275 ausgeübt wird, nicht ausreicht, um die durch das Druckgas in der Ventilkammer 279 auf die Oberseite des Ventiltellers 275 in der Verbindung mit der Zugfeder 271 ausgeübte Kraft zu überwinden.

Erreicht der Kolben 215 gemäß Fig. 15 seine obere Totpunktstellung, erreichen der Druck und die Temperatur des Gases in der Energieumwandlungskammer 211 diejenigen Werte, welche für das durch die Leitung 281 zu fördernde Gas erwünscht sind. Nunmehr genügt der hohe Druck des Gases in der Kammer 211, der auf die Unterseite des Ventiltellers 275 wirkt, um das Ventil zu öffnen, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, damit das Gas aus der Energieumwandlungskammer durch die Leitung 281 zu dem Speicherbehälter 280 strömen kann. Sobald das Gas aus der Energieumwandlungskammer durch die Leitung 281 in den Speicherbehälter 280 überführt worden ist, wird der Ventilteller 275 wieder zur Anlage an dem Ventilsitz 277 gebracht, um das Ventil zu schließen. Nunmehr kann der Kolben 215 seinen nächsten Abwärtshub ausführen, währenddessen der Ventilteller 259 in der beschriebenen Weise von dem Ventilsitz 261 abgehoben wird. Gleichzeitig wird der Ventilteller 275 durch den Druck des Gases in der Kammer 279 und die Kraft der Feder 271 in fester Anlage an dem Ventilsitz 277 gehalten, und die wirksame Abdichtungskraft wird noch durch den in der Energieumwandlungs- oder Verdichtungskammer 211 erzeugten Unterdruck vergrößert. Daher kann das eine relativ hohe Temperatur und einen relativ hohen Druck aufweisende Gas nicht von dem Speicherbehälter 280 aus durch die Leitung 281 in die Energieum-

609826/03*6

47 437

- 35 -

Wandlungskammer 211 überströmen. Erreicht der Kolben seine untere Totpunktstellung, bewegt sich der Ventilteller 259 in seine Schließstellung, woraufhin sich das beschriebene Arbeitsspiel wiederholt.

Wie erwähnt, besteht eines der wichtigen Merkmale der Erfindung, durch dessen Anwendung das System erst betriebsfähig wird, in den'Maßnahmen, die gewährleisten, daß das mit den Kolbenringen 237 zusammenarbeitende Schmier- und Abdichtungsmittel bzw. das Öl nicht durch die während des Verdichtens des Gases erzeugte Wärme zum Verdampfen gebracht wird. Genauer gesagt, handelt es sich hierbei um die beiden folgenden Maßnahmen: Erstens ist der räumliche Abstand zwischen den Kolbenringen und der Zone, in der das Gas seine höchste Temperatur erreicht, d.h. dem Bereich in der Nähe des halbkugelförmigen Teils des Hohlraums 209, vergrößert, und zweitens wird das den Kolbenringen am nächsten benachbarte Gas gekühlt. Zu diesem letzteren Zweck ist die Isolierung 213 in dem Gehäuse 203 ebenso wie die Isolierung 233 auf dem Kolbenabschnitt 217 so ausgebildet, daß sie gemäß Fig. 15 in Höhe der Linie A endet, während sich ein Teil des Gases nach unten bis zur Höhe der Linie B bewegen kann. Somit wird das zwischen den Linien A und B in der Energie Umwandlungskammer enthaltene Gas der Kühlwirkung des Kühlmantels 247 unter Vermittlung durch das Gehäuse 203 und den Kolbenabschnitt 219 ausgesetzt. Nimmt man an, daß die Temperatur«, die an der Linie A herrscht, die gleiche ist wie die Temperatur im halbkugelförmigen Teil der Energieumwandlungskammer 211, muß somit zwischen den Linien A und B ein solcher Temperaturgradient erreicht werden, daß sich die Temperatur des Gases bis zu der Linie B so weit erniedrigt, daß sie unter der Verdampfungstemperatur des Abdichtungs- und Schmiermittels liegt. Da in dem genannten Raum nur ein sehr dünner Gasfilm vorhanden ist, ist die Kühlwirkung des Wassermantels 247 mehr als ausreichend, um den gewünschten Temperaturgradienten hervorzurufen. In der Praxis dürfte die Temperatur an der Linie A

609826/03I6

47 437

etwas niedriger sein als die maximale Temperatur in der Energieumwandlungskammer 211, doch da das beschriebene Verfahren zum Schützen des Abdichtungs- und Schmiermittels gegen zu hohe Temperaturen auch im ungünstigsten Falle ausreicht, ergibt sich in der Praxis eine hinreichende Schutzwirkung auch dann, wenn sich zwischen den Linien A und B ein weniger steiler Temperaturgradient einstellt_o

Zwar handelt es sich bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel um einen adiabatischen Verdichter, doch läßt sich ein solcher adiabatischer GasVolumentransformator ebenso gut auch als pneumatischer Motor zum Erzeugen mechanischer Energie einsetzen. Bei einer solchen Anordnung würde das Gas, das einen relativ hohen Druck und eine relativ hohe Temperatur aufweist, der Snergieumwandlungskammer 211 über die Ventilbaugruppe 253 zugeführt, um den Kolben 215 nach unten zu treiben» Während des Abwärtshubes des Kolbens würde die Ventilbaugruppe 251 geschlossen gehalten. Während des Rückwärts- bzw. Aufwärtshubes des Kolbens würde die Ventilbaugruppe 251 offen sein, während die Ventilbaugruppe 253 geschlossen ist. Natürlich würden sich die Federanordnungen nach Fig. 15 und 16 in diesem Fall nicht benutzen lassen, und es würde erforderlich sein, eine Nockensteuereinrichtung der in Fig. 14 bei 154 schematisch dargestellten Art oder eine andere Steuereinrichtung vorzusehen.

Ein weiteres sehr wichtiges Merkmal der Doppelnatur des adiabatischen Gasvolumentransformators nach der Erfindung besteht darin, daß es durch die Verwendung eines solchen Transformators als Verdichter zum Antreiben eines entsprechenden, als pneumatischer Motor arbeitenden Transformators in der Praxis möglich ist, Wirkungsgrade zu erzielen, die dem maximalen theoretischen Wirkungsgrad von 100% so nahe kommen, daß es als zweckmäßig erscheint, eine solche pneumatische Kraftübertragung in der Praxis einzusetzen,, Somit kann man den weiter

609826 / U32 b

47 437

oben beschriebenen Preßluftmeißel als Sonderfall eines adiabatischen Gasvolumentransformators betrachten, der als pneumatischer Motor betrieben wird. Benutzt man einen adiabatischen Verdichter in Verbindung mit einem solchen Preßluftmeißel, erhält man ein mit hohem Wirkungsgrad arbeitendes pneumatisches System, das sich nicht nur durch seinen schwingungsfreien Betrieb, sondern auch durch weitere vorteilhafte Merkmale auszeichnet, wie es weiter oben beschrieben ist.

Fig. 17 bis 19 zeigen in etwas vereinfachten Darstellungen ein pneumatisches Werkzeug, bei dem ein adiabatischer Gasvolumentransformator dazu dient, Energie in einer Richtung zu übertragen, die der Übertragungsrichtung bei einem Verdichtungsvorgang entgegengesetzt ist, und zwar in Form eines pneumatischen Motors. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis wird das erhitzte verdichtete Gas auf eine relativ niedrige Temperatur gebracht. Da diese Temperatur unter der Verdampfungstemperatur des Schmiermittels liegt, ist es nicht erforderlich, den Schmierstoff von dem Treibgas getrennt zu halten. Bei der Ausführungsform nach Fig. 17 bis 19 treten jedoch wesentlich höhere Temperaturen auf, so daß das Schmiermittel geschützt werden muß.

Zu dem Werkzeug 301 nach Fig_o 17 bis 19 gehört ein äußeres Gehäuse 303, das z.B. aus Aluminium besteht und einen Vorratsbzw. Hilfsbehälter bildet, der ein Gas enthält, das sich unter einem erhöhten Druck, jedoch im wesentlichen auf der Umgebungstemperatur befindet. Die Benutzung eines solchen Hilfsbehälters zum Aufrechterhalten einer konstanten Druckkraft ist in der US-PS 3 266 581 geoffenbart.

Ferner ist ein inneres Gehäuse 305 vorhanden, das mit einer Isolierschicht 307 versehen ist, und in dem ein bewegbares Bauteil bzw. ein Kolben 309 angeordnet ist_o Der Kolben weist einen unteren Abschnitt 311 auf, der als Hammer zum Ausüben von Schlagen zur Wirkung kommt. Der obere Abschnitt 313 des

47 437

Kolbens 309 ist mit Dichtungsringen 315 versehen, die mit der Innenwand des Gehäuses 305 mit einem Gleitsitz zusammenarbeiten. Diese Kolbenringe dienen zum Fördern eines Schmierstoffs, z₆3. von Öl, das einen Schmierfilm erzeugt, welcher sich vom oberen Ende des Gehäuses 305 bis zum unteren Ende des Kolbenabschnitts 313 erstreckt, wenn der Kolben die in Fig. 17 gezeigte Stellung einnimmt. Der Hammerabschnitt 311 hat einen etwas kleineren Durchmesser als der Kolbenabschnitt 313, so daß er außer Berührung mit dem Gehäuse 305 bleibt.

Der Hammer 311 kann Stöße auf einen Amboß 317 ausüben, bei dem es sich entweder um einen Abschnitt eines Werkzeugeinsatzes oder um ein gesondertes Bauteil handelt, das nach unten getrieben wird, um Stöße auf das eigenüiche Werkzeug auszuüben .Eine erste Leitung 319 dient zum Zuführen eines erhitzten, verdichteten Gases (Luft), während eine zweite Leitung 321 den Raum zwischen dem Hammer 311 und dem Amboß 317 entlüftet. Natürlich würdennicht dargestellte Ventileinrichtungen zum Steuern des Offnens und Schließen dieser Leitungen vorhanden sein. Der Druck des über die Leitung 319 zugeführten Gases ist höher als der konstante Gasdruck, mit dem das obere Ende des Kolbens 309 von dem Hilfsbehälter 303 aus beaufschlagt wird, so daß der Kolben entgegen dieser konstanten Kraft nach oben bewegt werden kann.

Es sei beispielsweise angenommen, daß die über die Leitung 319 zugeführte Druckluft unter einem Druck von etwa 16 bar steht und eine Temperatur von etwa 283 C hat. Bezüglich der Umgebungsluft sei angenommen, daß ihr Druck etwa 1,034 bar und ihre Temperatur etwa 21⁰C beträgt.

Bei der Kolbenstellung nach Fig. 17 wird über die Leitung 319 ein Druckluftstoß zugeführt. Dieser Impuls hat eine solche zeitliche Länge, und die darin enthaltene Energie ist so berechnet, daß der Kolben 309 nach oben getrieben und in die Stellung nach Fig. 19 gebracht wird, während sich die zuge-

6 0 9 8 2 b, / U 3 I B

47 437

führte Druckluft entgegen der konstanten Kraft entspannt, die durch das verdichtete Gas in dem Hilfs-oder Stützbehälter aufgebracht wird. Während das erhitzte verdichtete Gas in das Gehäuse 305 eingeleitet wird, erhöht sich die Temperatur des Hammers 311 auf etwa 66°C. Da sich der Ölfilm nur bis zu dem unteren Ende des Kolbenabschnitts 313 erstreckt, wird er nicht der Temperatur des zugeführten Druckgases von etwa 283°C, sondern nur einer Temperatur von etwa 68,8 C ausgesetzt.

■Während sich das Gas entspannt und den Kolben 309 nach oben treibt, bis dieser die Stellung nach Fig. 18 erreicht hat, kühlt sich das Gas ab. Die Abnahme der Temperatur und des Drucks des Gases ist in Fig. 19 für das untere Ende des Hammers 311 dargestellt. Bei der Stellung nach Fig. 18 befindet sich das untere Ende des Hammers 311 auf gleicher Höhe mit der Untergrenze des Ölfilms, d.h. dort, wo sich in Fig. das untere Ende des Kolbenabschnitts 313 befindet. Die in Fig. 19 eingetragenen Zahlenwerte zeigen, daß die maximale Temperatur, welcher der Ölfilm ausgesetzt werden könnte, etwa 90⁰C betragen und somit unter der Verdampfungstemperatur des Öls liegen würde. An allen höher liegenden Punkten würde das Öl niedrigeren Temperaturen ausgesetzt sein, so daß keine Gefahr des Verdampfens des Öls bestehen würde.

Im Verlauf der weiteren Entspannung und Abkühlung des über die Leitung 319 zugeführten Gasstroms wird der Kolben 309 in die aus Fig. 19 ersichtliche Stellung gebracht. Hierbei ist die Leitung 321 mit der Atmosphäre verbunden, so daß der Raum unter dem Hammer 311 während dessen Abwärtsbewegung entlüftet wird» Da das zugeführte Druckluftvolumen bis auf die Umgebungsbedingungen entspannt und abgekühlt wird, wird es auch bei entsprechenden Werten des Drucks und der Temperatur abgeführt. Man erkennt somit, daß der adiabatische Gasvolumentransformator in diesem Fall im umgekehrten Sinne arbeitet, und daß die gesamte Energie des erhitzten verdichteten Gases auf den Kolben 309 übertragen worden ist, der

609826/0326

47 437

jetzt "bereit ist, diese Energie dadurch abzugeben, daß er unter der Wirkung der konstanten Kraft des verdichteten Gases aus dem Hilfsbehälter 303 einen Stoß auf den Werkzeugeinsatz ausübt. Somit ist durch die Erfindung ein mit hohem Wirkungsgrad arbeitendes adiabatisches System geschaffen worden, bei dem es möglich ist, an beiden Enden des Systems jeweils einen Gasvolumentransformator zu verwenden.

Ansprüche:

609826/0 3 2 6

Claims

ANSPRÜCHE

Gasvolumentransformator, gekennze ichnet durch, einen pneumatischen Motor mit einem schwingend bewegbaren Antriebselement (61, 309)» dessen schwingende Bewegung durch eine intermittierende, im wesentlichen adiabatische Entspannung eines Gases herbeigeführt wird, dessen Druck- und Temperaturwerte höher sind als die Umgebungs-Druck- und Temperaturwerte, um das Antriebselement entgegen einer seiner Bewegung entgegenwirkenden Kraft zu betätigen, einen Verdichter (109; 201), in dem das Gas im wesentlichen adiabatisch verdichtet wird, um die während der Verdichtung erzeugte Wärme zurückzuhalten, sowie eine Leitung (111} 319) zum Zuführen des Gases von dem Verdichter zu dem pneumatischen Motor bei einem minimalen Verlust an Wärmeenergie.

2. Gas-volumentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Bewegung des Antriebselements (61; 309) entgegenwirkende Kraft eine im wesentlichen konstante Kraft ist, die durch das Gas erzeugt wird, das seinen Druck ständig auf eine erste Fläche (117> 199) ausübt, die kleiner ist als eine zweite Fläche (85), gegen die sich das Gas intermittierend entspannt, um&s Antriebselement zu betätigen«

3_o Gasvolumentransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dai3 der pneumatische Motor ein pneumatisches Schlagwerkzeug (21) ist, und daß das Antriebselement ein in dem Schlagwerkzeug angeordnetes Element (61) zum Ausüben von Schlagen ist,

4o Gasvolumentransformator nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Schlagwerkzeug ein Preßluftmeißel (21) ist, daß die genannte zweite Fläche (85) des Elements (61)

47 437

zum Ausüben von Schlagen tiefer liegt als die erste Fläche (117, 119), und daß sich das Gas von unten her gegen die zweite Fläche entspannt und von oben her eine Kraft auf die erste Fläche ausübt_o

5 ο Gasvolumentransformator nach Anspruch 4, dadurch ge« kennzeichnet, daß die im wesentlichen konstante Gegenkraft von einem mit der Hand zu haltenden Gehäuse (23) aus durch das Gas übertragen wird.

6ο Gasvolumentransformator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (111) ein isolierter Schlauch (147) ist.

7« Gasvolumentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (201) eine Kammer (211) zum Einschließen einer Gasmasse aufweist, ferner ein bewegbares Element (215) zum Variieren des Gasaufnahmevolumens der Kammer, eine Einrichtung (213), die verhindert, daß das Gas in der Kammer Wärmeenergie verliert, sowie eine Ventileinrichtung (254) zum Zuführen von erhitztem verdichtetem Gas zu der Leitung.

8. Gas Volumentransformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische Motor ein Preßluftmeißel (21) ist, daß das Antriebselement ein in dem Preßluftmeißel gelagerter Hammer (61) ist, daß die genannte Gegenkraft im wesentlichen konstant ist und dadurch erzeugt wird, daß das Gas ständig auf eine erste, vergleichsweise kleinere Fläche (117» 119) des Hammers wirkt, und daß das Gas zur Entspannung gegen eine zweite, vergleichsweise größere Fläche (85) gebracht wird, die von der ersten Fläche abgewandt ist, um den Hammer entgegen der konstanten Gegenkraft zu betätigen»

9. Gasvolumentransformator, gekennzeichnet durch ein erstes Bauteil (23), bei dem Schwingungen unerwünscht sind, ein mit

609826/U3 2 6

47 437

dem ersten Bauteil zusammenarbeitendes, schwingende Bewegungen ausführendes zweites Bauteil (61), eine Quelle (109) für ein Gas, das unter einem den Atmosphärendruck überschreitenden konstanten Druck steht, eine Kopplungskammer (126), in die das Gas eingeleitet wird, um eine im wesentlichen konstante Kraft von dem ersten Bauteil aus auf das zweite Bauteil zu übertragen, wobei sich die Größe der durch die Kopplungskammer auf das zweite Bauteil aufgebrachten Kraft nach dem Druck des Gases und der Größe einer dem zweiten Bauteil zugeordneten ersten Druckfläche (117» 119) richtet, sowie eine Betätigungseinrichtung (43) zum Zuführen des Gases zu einer dem zweiten Bauteil zugeordneten zweiten Druckfläche (85) während einer vorbestimmten Zeit, wobei die zweite Druckfläche größer ist als die erste Druckfläche, so daß das zweite Bauteil entgegen der auf es durch die Kopplungskammer aufgebrachten Kraft bewegt wird«

10. Gasvolumentransformator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas entspannt wird, um das zweite Bauteil (61) entgegen der auf es durch die Kopplungskammer (126) aufgebrachten Kraft zu bewegen.

11. Gasvolumentransformator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gases höher ist als die Umgebungstemperatur, um die Entspannungsenergie zu liefern, und daß die Entspannung im wesentlichen adiabatisch erfolgt.

12. Gasvolumentransformator nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil ein äußeres Gehäuse (23) eines Preßluftaieißels (21) und das zweite Bauteil ein in dem äußeren Gehäuse gelagerter Hammer (61) zum Ausüben von Schlägen ist.

13„ Gasvolumentransformator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gases höher ist als die Umgebungstemperatur, und daß das Gas im wesentlichen adiabatisch entspannt wird, um das zweite Bauteil (61) entgegen der

6ü982b/U'J/b

47 437

auf es durch die Kopplungskammer (126) aufgebrachten Kraft zu bewegen.

14. Gasvolumentransformaror nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kopplungskammer (126) zwischen dem Hammer (61) und dem äußeren Gehäuse (23) befindet, und daß voneinander abgewandte Flächen (125, 117) an dem äußeren Gehäuse bzw, dem Hammer vorhanden sind, um die Übertragung der im wesentlichen konstanten Kraft von dem Gehäuse auf den Hammer zu ermöglichen.

15. Gasvolumentransformator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine das Gehäuse (23) haltende Bedienungsperson eine im wesentlichen konstante Kraft auf das Gehäuse ausgeübt wird₀

16. Gasvolumentrsnsformator nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Gasquelle ein Verdichter (109; 201) ist, in dem das Gas im wesentlichen adiabatisch verdichtet wird.

17· Gasvolumentransformator nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Hammer (61) allgemein zylindrisch ist und einen solchen allgemein ringförmigen Querschnitt hat, daß er auf eine gleichachsig mit dem Gehäuse (23) angeordnete runde Stange (31) paßt.

18. Gasvolumentransformator nach Anspruch 17> dadurch gekennzeichnet, daß zu der Betätigungseinrichtung eine in der runden Stange (31) angeordnete Ventilbaugruppe (43) gehört, welche die Zufuhr des Gases zu dem Raum unter dem Hammer (61) so steuert, daß das Gas jeweils während einer vorbestimmten Zeit zugeführt wird, und daß die Ventilbaugruppe den Raum unter dem Hammer während seines Abwärtshubes entlüftet, um das Entweichen des Gases zu ermöglichen.

6Ü9826/U3Z6

47 437

19. GasVolumentransformator in Gestalt eines schwingungsfrei arbeitenden pneumatischen Werkzeugs, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (23) zum Aufnehmen einer äußeren Kraft, ein allgemein zylindrisches Bauteil (61) zum ■Ausüben von Schlagen mit einem allgemein ringförmigen Querschnitt, das in dem Gehäuse hin- und herbewegbar gelagert ist, ein Werkzeug (63) zum Aufnehmen von durch das genannte Bauteil ausgeübten Schlägen, eine Quelle (109) für verdichtetes Gas, das dazu dient, das Bauteil zum Ausüben von Schlägen in Richtung auf das Werkzeug zu bewegen, wobei von dem Gehäuse aus eine im wesentlichen konstante Kraft übertragen wird, sowie eine Ventileinrichtung (43) > die es ermöglicht, das verdichtete Gas zu veranlassen, das Bauteil zum Ausüben von Schlägen während einer vorbestimmten Zeitspanne entgegen der im wesentlichen konstanten Kraft von dem Werkzeug weg zu bewegen.

20_o Gasvolumentransformator in Gestalt eines schwingungsfrei arbeitenden pneumatischen Werkzeugs nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der vorbestimmten Zeitspanne, während welcher das Bauteil (61) zum Ausüben von Schlagen von dem Werkzeug (63) bewegt wird, durch die Bewegung des Bauteils zum Ausüben von Schlagen bestimmt wird.

21. Gasvolumentransformator in Gestalt eines schwingungsfrei arbeitenden pneumatischen Preßluftmeißelsystems, gekennzeichnet durch eine Quelle (109) für ein verdichtetes Gas, dessen Temperatur höher als die Umgebungstemperatur, ein Gehäuse (23) zum Aufbringen einer Kraft, eine Leitung (111) zum Zuführen des verdichteten Gases von der Quelle zu dem Gehäuse, einen in dem Gehäuse hin- und herbewegbar gelagerten Hammer (61), ein Werkzeug (63), das es ermöglicht, eine Straßendecke aufzubrechen, wenn es durch den Hammer angeschlagen wird, wobei das Werkzeug gegenüber dem Gehäuse bewegbar gelagert ist, eine Halteeinrichtung (131)» die verhindert, daß sich das Werkzeug von dem Gehäuse trennt, eine Betätigungskammer (99), der das Gas zugeführt wird, die zwischen dem Gehäuse und dsm Hammer angeordnet ist und voneinander abgewandte

47 437

Flächen an dem Gehäuse und dem Hammer aufweist, um die auf das Gehäuse aufgebrachte Kraft auf den Hammer zu übertragen, wobei die übertragene Kraft einen konstanten Wert hat, der sich nach dem Druck des Gases richtet, sowie eine Ventilbaugruppe (43), die es nach Bedarf ermöglicht, das Gas der Unterseite des Hammers während einer vorbestimmten Zeit zuzuführen, damit es eine Fläche (85) beaufschlagt, die größer ist als die voneinander abgewandten Flächen in der Betätigungskammer, um den Hammer während des Entspannens des Gases entgegen der übertragenen konstanten Kraft zu bewegen, und die dazu dient, den Raum unter dem Hammer zu entlüften, um das entspannte Gas entweichen zu lassen.

22« Gas volumentrans forma tor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Hammer (61) allgemein zylindrisch ist, einen allgemein ringförmigen Querschnitt hat und längs einer gleichachsig mit dem Gehäuse (23) angeordneten runden Stange

(51) hin- und herbewegbar ist«

23. Gasvolumentransformator nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbaugruppe (43) in einem Hohlraum (37) der runden Stange (31) angeordnet ist und einen Ventilkegel (45) aufweist, der in dem Hohlraum hin- und herbewegbar ist und dazu dient, die Zufuhr von Gas zu dem Raum unter dem Hammer (61) und das Abführen von Gas zu steuern, ferner einen Gasströmungsweg zum Zuführen des verdichteten Gases zu dem Hohlraum derart, daß das Gas den Ventilkegel in vorbestimmten Zeitpunkten beaufschlagt, sowie eine Feder (49), welche den Ventilkegel entgegen der Richtung, in der er durch das verdichtete Gas in dem Hohlraum bewegt wird, jedoch mit einer geringeren Kraft vorspannt.

24. Gasvolumentransformator nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Gasströmungsweg eine von dem Hohlraum (37) zur Außenseite der runden Stange (31) führende Öffnung (59) gehört, ferner eine Kammer (95)* die sich auf der Innen-

47 437

seite des Hammers (61) über eine vorbestimmte Länge erstreckt und. geeignet ist, periodisch in Verbindung mit der Öffnung gebracht zu werden, wenn sich der Hammer hin- und herbewegt, sowie einen sich durch die Wand des Hammers zu der Betätigungskammer (99) erstreckenden Kanal (97), wobei sich die vorbestimmte Zeitspanne, während welcher das Gas dem Raum unter dem Hammer zugeführt wird, nach der Dauer der Verbindung zwischen der Kammer"und der Öffnung richtet.

25. Gasvolumentransformator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (63) durch die Kraft des Gases in der Betätigungskammer (99) in einem Abstand von dem Gehäuse (23) gehalten wird, sobald das Gehäuse von der auf es wirkenden Kraft entlastet wird, und daß die hierbei erfolgende Verlagerung des Hammers (61) bewirkt, daß der Preßluftmeißel (21) außer Betrieb gesetzt wird.

26. Gasvolumentransformator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Gehäuses (23) von einem isolierenden Medium (149) umschlossen ist, um Wärmeverluste zu verhindern.

27ο Gasvolumentransformator nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Entlüftungseinrichtung (67), durch die in dem Raum unter dem Hammer (61) der Umgebungsdruck aufrechterhalten wird ο

28. Gasvolumentransformator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (109) für verdichtetes Gas ein im wesentlichen adiabatischer Verdichter ist.