DE2710920C2 - Vibrationsgedämpfter Schlagmechanismus mit Druckmittelantrieb - Google Patents

Description

a) daß die Druckmittelzuleitung (8) zu der Arbeitskammer (6) koaxial durch die als Anschlagglied (5) rhythmisch auf das Antriebsglied (3) auftreffende Ausgleichsmasse hindurch verläuft,

b) daß die Arbeitskammer (6) von einer ringförmigen, zprächen dem Antriebsglied (3) und dem Anschlagglied (5) angeordneten elastischen Dichtung (7) begrenzt ist, die beim Auseinanderbewegen der beiden Glieder (3, 5) eine ringförmige Ausströmöffnung der Arbeitskammer freigibt, und

c) daß das Antriebsglied (3) ii id das Anschlagglied (5) zusammen mit Druckfedern (9, 10), weiche sie gegensinnig im Sinne der Schließung der Ausströmöffnung der Arbeitskammer beaufschlagen, ein Zweimassenschwingungssystem mit unte: Einwirkung des Druckmittels phasengleich voneinander we.~ und aufeinander zu schwingenden Massen bilden.

2. Vibrationsgedämpfter Schlagmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelzuleitung von einem langgestreckten, koaxial durch das Gehäuse (2) hindurch verlaufenden Rohr (8) gebildet ist.

3. Vibrationsgedämpfter Schlagmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsglied (5) und/oder das Antriebsglied (3) auf dem Rohr (8) verschiebbar gelagert ist.

4. Vibrationsgedämpfter Schlagmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Dichtung zwischen den beiden Gliedern (3, 5) durch einen oder mehrere O-Ringdichtungen (7) gebildet ist.

5. Vibrationsgedämpfter Schlagmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Flucht hintereinander mehrere mit einer gemeinsamen Druckmittelzuleitung (8) in Verbindung stehende Arbeitskammern (6), die je von einem Antriebsglied (3) und einem Anschlagglied (5) begrenzt sind, angeordnet sind.

6. Vibrationsgedämpfter Schlagmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der bzw. den Arbeitskammern ein oder mehrere ringförmige Halter (13) für Ringdichtungen (7) zwischen jeweils einem Antriebsglied (3) und einem Anschlagglied (5) vorgesehen sind.

7. Vibrationsgedämpfter Schlagmechanismus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Halter für eine Ringdichtung (7) fest mit jeweils einem Antriebsglied (3) und/oder einem Anschlagglied(5) verbunden ist.

8. Vibrationsgedämpfter Schlagmechanismus nach

Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dall der ringförmige Halter (13) frei in axialer Richtung beweglich zwischen je zwei Ringdichtungen (7) angeordnet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen vibrptionsgedämpften Schlagmechanismus mit Druckmittelantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bereits bekannten Einrichtung dieser Gattung (GB-PS 4 31 317) wird ein das Antriebsglied bildender Arbeitskolben abwechselnd an seinem hinteren und an seinem vorderen Ende mit Druckmittel aeaufschlagL Ein zweiter, die Ausgleichsmasse bildender Kolben ist an seinem einen Ende ständig mit Druckmittel beaufschlagt, während sein anderes Ende über ein Ventil stoßweise beaufschlagt wird, das die Druckmittelstöße unabhängig von der Bewegung und Lage der Ausgleichsmasse regelt. Bei dieser bekannten Einrichtung treten die auf beide Massen wirkenden Kräfte in der Regel nicht gleichzeitig auf, so daß kein vollständiger Massenausgleich vorhanden ist und kaum phasengleiche Bewegungen erreichbar sind.

Ein anderer bereits bekannter Schlagmechanismus mit Druckmittelantrieb (schwedische Patentanmeldung 75 03 970-1) weist ein zur Ausführung einer hin und hergehenden Bewegung relativ zu einem Anschlagglied axial geführtes Antriebsglied, eine in einem oder beiden Gliedern angeordnete, nach dem anderen Glied hin offene Arbeitskammer für das Druckmittel und eine Dichtung zwischen dem Antriebsglied und dem Anschlagglied auf, welche dazu dient, das Druckmittel während eines Teils der Bewegung des Antriebsgliedes zurückzuhalten. Als Dichtung kann beispielsweise ein O-Ring verwendet sein.

Durch die US-Patentschrift 24 32 877 ist ein Schlagmechanismus mit einer elastischen Dichtung in Form

einer Lochscheibe bekannt, deren zentrale öffnung während eines Teils der Bewegung durch den Kopf des Antriebsgliedes gesperrt ist, der somit ähnlich wie ein Ventil wirkt, indem er das Druckmittel am Verlassen der Arbeitskammer hindert.

Alle bisher bekannten Schlagmechanismen haben bei Verwendung für Werkzeuge, insbesondere solche, die mit der Hand zu halten sind, wie z. B. pneumatischer Hämmer, Meißel, Abklopfvorrichtungen sowie Stemm- und Brecheisen dsn Nachteil, daß störende und

se schädliche Vibrationen ungedämpft von dem Schlagmechanismus auf das Gehäuse und die Handhaben des Werkzeugs übertragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Vibrationsdämpfung für Werkzeuge mit einem hin- und hergehenden Schlagmechanismus mit Druckmittelantrieb zu schaffen, die einen fast völligen Massenausgleich der in dem Gehäuse beweglichen Teile bewirkt, so daß sowohl beim Leerlauf des Werkzeugs als auch unter Last, wenn dieses an einem Werkstück zu dessen Bearbeitung angesetzt wird, keine oder fast keine Vibrationen auf das Gehäuse übertragen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

Merkmale des Patentanspruchs I gelöst.

Dadurch wird erreicht, daß die beiden Ausgleichsmassen im Ruhezustand des Geräts eine Mittellage einnehmen, dia nur durch die Federkräfte bestimmt wird. Während des Betriebs dagegen erfahren alle seine beweglichen Teile ständig rasche Belastungsschwan-

klingen, weil das Arbeitswerkzeug, z. B. ein Meißel zum Beseitigen von Schweißschlacken, auf wechselnde Widerstände der Arbeitsfläche stößt und die Bedienungsperson einen wechselnden Druck über das Werkzeug auf das Werkstück ausübt. Das Gleichgewicht des schwingenden Zweimassensystems wird dadurch rasch wechselnden zusätzlichen Kräften ausgesetzt, die automatisch dadurch kompensiert werden, daß die Mittellage, in der die Kräfte sich gegenseitig ausgleichen, sich verändern kann. Die Verzögerung der schwingenden Massen bei deren Rückschwingbewegung, die Schließung und Abdichtung der Arbeitskammer und die darauf folgende erneute Beschleunigung der Massen finden immer an der Stelle statt, wo die Massen zusammentreffen. Das Gleichgewicht des schwingenden Systems korrigiert sich also stets selbsttätig, ohne irgendwelche zusätzliche Hilfsvorrichtungen wie Ausgleichs- und Steuerventile od. dgl.

Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung eines solchen vibrationsgedämpften Schlagmechanismus sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein mit einer Einrichtung zur Vibrationsdämpfung gemäß der Erfindung versehenes Druckluftwerkzeug,

F i g. 2 eine etwas abgewandelte Ausführungsform,

Fig.3 ein Ausführungsbeispiel für die Abdichtung der Arbeitskammer und

Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsform der abgedichteten Arbeitskammer.

Das in F i g. 1 dargestellte Werkzeug 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein hin- und hergehendes Antriebsglied 3 angeordnet ist, das an seinem äußeren Ende einen Werkzeugeinsatz, beispielsweise einen Meißel oder ein Stemmeisen 4 trägt, wie er z. B. zur Entfernung von Schweißperlen erforderlich ist. Der Werkzeugeinsatz ist starr mit dem Antriebsglied verbunden. Zwischen dem Antriebsglied 3 und einem Anschlagglied 5 befindet sich eine Arbeitskammer 6, die in radialer Richtung durch eine flexible Dichtung 7, beispielsweise einen O-Ring, abgedichtet ist. Das Anschlagglied 5 ist beweglich auf einem Schaft 8 gelagert, der als Druckluftzuführungsleitung ausgebildet ist. Sowohl das Antriebsglied als auch das Anschlagglied stehen unter Einwirkung sie gegeneinanderdrückender Federn 9 und 10. Mit dem Werkzeug ist ein Schlauch 11 zur Zuführung der Druckluft verbunden. Außerdem ist es mit einem Ventil 12 Z'.v Regelung der Druckluftzufuhr versehen.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende. Sobald das Druckmittel die Arbeitskammer 6 beaufschlagt, bewegt sich das Antriebsglied 3 entgegen der Wirkung der Feder 9 nach vorn, d. h. nach links in der Zeichnung, und gleichzeitig bewegt sich das Anschlagglied 5 in der Gegenrichtung entgegen der Wirkung der Feder 10, d. h. nach rechts in der Zeichnung. Dabei wird, wie schon aus der eingangs genannten, auf einer früheren Erfindung der gleichen Erfinder beruhenden eo Patentanmeldung bekannt, der O-Ring 7 während der ersten Phase der Bewegung seine Dichtwirkung zwischen Antriebs- und Anschlagglied aufrechterhalten, da er infolge des Druckes derart verformt wird, daß er in axialer Richtung eine größere als seine Nennabmessung annimmt, worauf er während der nächsten Phase rasch in seine ursprüngliche Grstalt zurückschnappt und ein Entweichen des Druckmittels in radialer Richtung aus der Arbeitskammer zuläßt. Nun werden die Teile 3 und 5 durch die Federn 9 und 10 erneut zusammengedrückt, was eine erneute Abdichtung mittels des O-Ringes und eine Wiederholung des Arbeitszyklus zur Folge hat

Da das Antriebsglied 3 und das Anschlagglied 5 ein aus zwei Massen mit Federaufhängung bestehendes System bilden, bei dem die beiden Massen phasengleich voneinander weg und aufeinander zu schwingen, ist das System vollständig ausgeglichen, so daß das Gehäuse im wesentlichen unbeeinflußt von den Bewegungen des Schlagmechanismus bleibt, mit Ausnahme von den vergleichsweise geringfügigen Auswirkungen der Lagerreibung, der Druckmittelströmung und dgl. Sobald die Bedienungsperson das vordere Ende des Werkzeugs 4 an ein Werkstück anlegt und es fest gegen das Werkstück andrückt, wird die Ferler 10 so stark zusammengedrückt, daß sie eine Bewegung des Antriebsglieds 3 des Anschlagglieds 5 und der Arbeitskammer 6 mit ihrer Dichtung 7 zwischen den beiden Gliedern um eine kurze Strecke nach hinten, d. h. nach rechts in der Zeichnung verursacht Die Feder 10 erhält dadurch eine etwas stärkere V01 spannung, aber noch immer wirken das Antriebsglied 3 und das Anschlagglied 5 als ein Zweimassensystem mit Massenausgleich, so daß die Vibrationen nicht auf die Bedienungsperson übertragen werden, obwohl diese das Gehäuse mit dem Werkzeug gegen das Werkstück gedrückt hält. Der einzige Effekt ist im Ergebnis eine sanft federnde Bewegung des Werkzeuges, die keine Unbequemlichkeit bedeutet Darin liegt ein Vorteil von geradezu umwälzender Bedeutung für den Arbeitsschutz im Vergleich zu den bereits bekannten druckmittelbetätigten Werkzeugen mit Schlagmechanismus, wie Druckmittelmeißeln u. dgl.

Eine weitere, abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 2 veranschaulicht Die Kraft mit der das Druckmittel auf das Antriebsglied 3 wirkt, ist direkt proportional der Größe von dessen aktiver Oberfläche, der Druckfläche, die eine Wand der Arbeitskammer 6 bildet. Falls es, beispielsweise der besseren Zugänglichkeit halber, erwünscht ist, ein Werkzeug mit kleinem Durchmesser zu haben, kann die aktive Fläche, wie in F i g. 2 gezeigt, dadurch vergrößert werden, daß zwei oder mehr hintereinander angeordnete Antriebsglieder 3 vorgesehen werden, welche auf dem gleichen Werkzeugträger wirken. In diesem Fall wird auch das Anschlagglied 5, ebenso wie das Antriebsglied, durch zwei oder noch mehr Teile gebildet. Die Antriebsglieder stehen unter Einwirkung einer gemeinsamen Feder 9, die Anschlagglieder unter der Wirkung einer gemeinsamen Feder 10. Zwischen jeweils einem Antriebsglied und einem Anschlagglied befindet sich eine Arbeitskammer mit Dichtung 7. Auch diese Ausführungsform der Erfindung stellt ein Schwingungssystem mit zwei Massen dar, nämlich einerseits den Antriebsgliedern und dem Werkzeugträger mit dem Werkzeugeinsatz und andererseits den Anschlaggliedern. Beide Massen bewegen sich in Phase voneinander weg und aufeinanc^r zu.

F i g. 3 zeigt eine mögliche Anordnung von Dichtungsringen 7 an den Enden von Antriebsglied 3 und Anschlagglied 5. Diese Ausführungsforrn ergibt aufgrund des Umstandes, daß die zweifache Deformationsstrecke und der zweifache Dichtungsabstand bei der Trennbewegung d<.r Glieder erhalten wird, einen längeren Hub als wenn nur eine Dichtung verwendet wird.

Fig. 4 zeigt eine Möglichkeit zur Vergrößerung der

Zahl der Dichtungsringe 7. Ein ringförmiger Halter 13, der zu beiden Seiten mit Sitzflächen für jeweils einen Dichtungsring 7 versehen ist, ist zwischen dem Antriebsglied 3 und dem Anschlagglied 5 vorgesehen und derart beweglich angeordnet, daß er selbsttätig seine Lage zwischen Antriebs- und Anschlagglied entsprechend den Hublängen dieser Glieder und dem Druck der Feder 10 anpaßt, der sich ergibt, wenn das Werkzeug gegen ein Werkstück gedruckt wird. Der Ring 13 kann axial durch die Seitenwände der Arbeitskammer geführt sein. Er kann aber auch mit einem freien Spiel gegenüber diesem angeordnet werden, sofern die Dichtungen 7, beispielsweise durch Vulkanisieren, paarweise aneinander befestigt sind, so daß sie durch ihren jeweiligen Sitz an dem Arbeiisgliecl bzw. dem Anschlagglied und wiederum durch den Sitz an dem ringförmigen Halter 13 geführt sind. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß zur Vergrößerung der llublangc aucii iiucii mehr Ringt· 13 niii Dichtungen 7 zwischen Antriebs- und Anschlaggliedern vorgesehen werden können.

Vorrichtungen gemäß der Erfindung haben sich mit sehr gutem Erfolg bei von Hand zu haltenden Meißelwerkzeugen mit Druckluftantrieb bis zu Arbeitsfrequenzen über mehr als 200 Hübe pro Sekunde bewährt.

Es kann in vielen Fällen vorteilhaft sein, die Feder 10 kürzer und steifer zu machen als die Feder 9. Die Feder 9 soll so eingestellt sein, daß sie für das Antriebsglied 3 mit seinem Werkzeugeinsatz die erwünschte Hublänge und Frequenz ergibt, wogegen die Feder 10 bis zu einem gewissen Grade dem von der Bedienungsperson ausgeübten Druck gegenüber nachgiebig sein soll, wenn diese mit dem Werkzeug an einem Werkzeug arbeitet.

Daraus folgt auch, daß das Anschlagglied 5 schwerer sein soll als das Antriebsglied 3 mit seinem Werkzeugeinsatz so daß es der Bewegung des Antriebsglieds durch Ausführung einer kleineren Bewegung als dieses das Gleichgewicht halten kann.

Es könnte scheinen, daß die Wirkung des Druckmittels auf das Antriebsglied 3 dadurch geschwächt wird, daß das Anschlagglied 5 sich gleichfalls wegbewegt, wenn der Druck in der Arbeitskammer zunimmt.

ίο Tatsächlich ist dies jedoch offensichtlich nicht der Fall. F.s scheint, daß, da die Geschwindigkeiten des Antricbsgliedes und des Anschlaggliedes sich zueinander addieren, wenn diese Glieder ihren Rückhub aufeinander zu ausführen und die Dichtung 7 die Arbeitskammer schließt, eine sehr rasche und starke Kompression der Kammer, eine Zunahme des Druckes und eine Deformation der Dichtungen und damit eine Energiespeicherung stattfinden, mit dem Erfolg, daß die G)ICUCt ii'i uci' Gegenrichtung w'icuCT 5CnF SiUT¹K beschleunigt werden.

Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung sind nicht auf die hier im einzelnen dargestellten und beschriebenen Beispiele und vor allem nicht auf druckluftbetätigte Werkzeuge beschränkt.

Vielmehr ist die Erfindung auch auf andere Arten von Geräten und Maschinen mit Schlagmechanismen. Druckmittelantrieben und Dichtungen anwendbar, die in axi.iler Ausrichtung zueinander mit einer oder mehreren zwischen ihnen liegenden Arbeitskammern

jo denen das Druckmittel zugeführt wird, angeordnet werden können. Ebenso können anstelle der in dem Ausführungsbeispiel vorgesehenen Druckfedern in Form von Wendeln auch andersartige Federn benutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vibrationsgedämpfter Schlagniechanismus mit Druckmittelantrieb für Werkzeuge, mit zwei in einem gemeinsamen Gehäuse gleichachsig hin- und hergehend geführten Massen, die eine von dem Druckmittel zu beaufschlagende Arbeitskammer zwischen sich einschließen und von denen die eine als Antriebsglied für einen anzutreibenden Teil, insbesondere einen Werkzeugeinsatz, und die andere als Ausgleichsmasse dient, dadurch gekennzeichnet,