DE2800025A1

DE2800025A1 - Federschlagwerkzeug mit motorantrieb

Info

Publication number: DE2800025A1
Application number: DE19782800025
Authority: DE
Inventors: James L Finney
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1977-01-14
Filing date: 1978-01-02
Publication date: 1978-07-20
Also published as: CA1078681A; JPS5720119B2; US4103747A; GB1540777A; JPS5397903A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Schlagwerkzeuge und betrifft insbesondere ein Schlagwerkzeug mit Motorantrieb, bei welchem eine Feder und ein Nocken benutzt werden, um Rüttelschläge zu erzeugen.

Schlagwerkzeuge mit Nocken- und Federantrieb werden benutzt, um kraftvolle Schläge im Hochleistungseinsatz zu erzeugen, beispielsweise beim Aufbrechen von sehr harten Formationen, wie Felsen und Beton. Ein Werkzeug dieser Art wird nicht in der Hand gehalten, sondern ist wegen der großen Energie, die es liefert, normalerweise an einem

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Fahrzeug, wie einem Traktor, montiert.

Diese Schlagwerkzeuge haben einen Motor zum Drehen einer Anordnung aus einem Ringnocken und einer Rolle, die die Drrehbewegung in eine Hin- und Herbewegung umsetzt. Ein Hammer ist zur Hin- und Herbewegung mit der Anordnung aus Nocken und Rolle verbunden und eine große Schraubenfeder liefert den Schlag. Ein Arbeitswerkzeug ist in dem Gehäuse des Schlagwerkzeuges verschiebbar gelagert, um die Energie von dem Hammer auf das Werkstück zu übertragen.

Falls das Arbeitswerkzeug durch das Werkstück durchbricht oder nicht in festem Kontakt mit dem Werkstück ist, wenn der Schlag ausgeführt wird, muß die Energie von dem Hammer innerhalb des Werkzeuges abgeführt werden. Falls keine Einrichtungen zum Absorbieren der Energie vorgesehen sind, können die Bestandteile des Werkzeuges wegen des starken Schlages, den sie empfangen, reißen und brechen.

Bekannt sind Gummipuffer zum Absorbieren von Schlägen, wenn die Energie nicht völlig auf das Werkstück übertragen werden kann. Die US-PS 3 179 185 zeigt eine Dämpfungsvorrichtung aus Gummi für ein handbetätigtes Schlagwerkzeug. Handbetätigte Schlagwerkzeuge liefern normalerweise eine Energie von 4,8 bis 9,7 mkp, während die Schlagwerkzeuge nach der Erfindung eine Energie von ungefähr 55 mkp liefern. Wenn die Energie nicht auf das Werkstück übertragen werden kann, muß sie durch das Werkzeug absorbiert und in Form von Reibungswärme abgeführt werden. Ein Gummipuffer kann

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zwar eine Energie von 4,8 bis 9,7 mkp zufriedenstellend absorbieren, vegen der erzeugten hohen Temperaturen wäre er jedoch zum Absorbieren einer Energie von 55 mfcp völlig ungeeignet. Örtliche Temperaturen, die sich aus der Reibung bei dem Absorbieren dieser Energiemenge ergeben, können 260 C bis 316 C betragen- Solche hohen Temperaturen würden jede Dämpfungsvorrichtung aus Gummi schnell verschlechtern.

Ein Federstahlendanschlag, der bei einem Gerät mit Explosionsantrieb zum Verankern von Bolzen, Nägeln und dgl. benutzt wird, ist aus der US-PS 3 566 978 bekannt. Bei diesem Gerät zwängt sich der Hammer in eine konisch zulaufende Bohrung in dem Endanschlag, erweitert den Endanschlag und absorbiert einen Teil der Energie durch Reibung und Wärme. Federn wirken mit dem sich erweiternden Endanschlag zusammen, um den Rest der Energie zu absorbieren. Eine solche Energieabsorptionsvorrichtung ist zwar für ein Schlagwerkzeug mit Explosionsantrieb geeignet, bei dem mit Motorantrieb versehenen Schlagwerkzeug nach der Erfindung soll jedoch eine weniger komplexe Anordnung vorgesehen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Federschlagwerkzeug mit Motorantrieb zu schaffen, das die Energie, wenn diese nicht auf das Werkstück übertragbar ist, besser absorbiert.

Die Erfindung schafft ein Federschlagwerkzeug, das eine

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Werkzeugführung am Ende des Hammers zur Aufnahme des Arbeitswerkzeuges enthält. Die Werkzeugführung hat eine Amboßfläche, auf die der Hammer auftrifft, wenn das Ende des Arbeitswerkzeuges sich tiefer als die Amboßfläche er" strecken sollte, beispielsweise wenn das Werkzeug durch das Werkstück durchbricht. Die Werkzeugführung ist in dem Gehäuse durch einen Metallpufferring abgestützt, welcher alle Schläge aufnimmt, die die Werkzeugführung empfängt. Der Pufferring ist gekrümmt und es ist ein Spielraum vorgesehen, der dem Ring gestattet, sich in einem ausgewählten Umfang zu verformen, um Energie zu absorbieren. Ein Rand des Ringes reibt während der Verformungsbewegung an der Gehäusewand, um die Energie in Reibung umzusetzen.

Die Erfindung schafft somit vorteilhafterweise ein Schlagwerkzeug mit einer metallischen Energieabsorptionsvorrichtung, die einen einfachen Aufbau hat.

Die Erfindung schafft somit, kurz zusammengefaßt, ein Federschlagwerkzeug mit einer Pufferfeder, die Energie absorbiert, wenn nicht sämtliche Energie über das Arbeitswerkzeug auf das Werkstück übertragen werden kann. Ein Hammer ist in dem Gehäuse abgestützt und wird durch eine Anordnung aus einem ringförmigen Nocken und einer Rolle hin- und herbewegt. Ein Arbeitswerkzeug ist in einer Linie mit dem Hammer angeordnet, um Energie von dem Hammer auf das Werkstück zu übertragen. Eine Werkzeugführung ist in dem Gehäuse angeordnet und hat einen axialen Durchlaß für das Arbeitswerkzeug. Die Werkzeugführung hat einen Amboß an dem dem Hammer

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benachbarten Ende zur Aufnahme von Schlagen, falls sich das obere Ende des Arbeitswerkzeuges innerhalb des axialen Durchlasses befindet. Die Werkzeugführung ist in dem Gehäuse durch einen Pufferring aus Federstahl abgestützt. Der Pufferring ist gekrümmt, was ihm gestattet, sich zur Energieabsorption in einem ausgewählten Umfang zu verformen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine vergrößerte

Ansicht eines Schlagwerkzeuges nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstel

lung eines Pufferringes, der in dem Schlagwerkzeug von Fig. 1 benutzt wird, und

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines

Teils der Werkzeugführung, des Pufferringes und des Gehäuses des Schlagwerkzeuges von Fig. 1

Fig. 1 zeigt ein mit Nocken und Feder versehenes Schlagwerkzeug 11 nach der Erfindung. Ein Hydromotor 13 hat eine Antriebswelle 15, die mit einer Büchse 17 verbunden ist, welche ihrerseits durch das Gehäuse auf Kugellagern 18 abgestützt ist. Ein Ringnocken 19 ist durch die Büchse 17

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über zwei Stifte 21 (nur einer ist gezeigt), welche um 180 versetzt angeordnet sind, gehaltert. Der Ringnocken 19 hat eine doppeltgeneigte Nocken- oder Steuerfläche 23, auf der zwei Nockenrollen 25 abgestützt sind. Die Nockenrollen 25 sind auf einer Achse 27 drehbar gelagert, die quer in dem Schaft 29 des Hammers 31 befestigt ist. Der Hammer bewegt sich vertikal hin und her, wenn der Nocken 19 in bezug auf die Nockenrollen 25 gedreht wird. Der Hammer 31 hat einen verdickten Teil 33 an seinem Schlagende. Eine Schraubenfeder 35 umgibt den Schaft 29 und ist zwischen dem verdickten Teil 33 und einer Querwand 37 in dem Gehäuse 39 in einem gewählten Ausmaß vorzusammengedrückt.

Eine Werkzeugführung 41 ist innerhalb des Gehäuses 39 an dem unteren Ende oder Schlagende des Hammers 31 vorgesehen. Die Werkzeugführung 41 ist zylindrisch und hat einen axialen Durchlaß 43, der ein Arbeitswerkzeug 45 verschiebbar aufnimmt. Ein Querstift 46 zwischen der Werkzeugführung und einem Schlitz 48 in dem Arbeitswerkzeug 45 begrenzt die Axialbewegung des Arbeitswerkzeuges auf eine ausgewählte Strecke. Die Werkzeugführung 41 hat einen Amboß 47 an dem dem Hammer 31 benachbarten Ende für den Empfang von Schlägen von dem Hammer 31, falls das Arbeitswerkzeug 45 ausgefahren ist, so daß sich sein oberes Ende unterhalb des Ambosses 47 befindete Das ist die in Fig. 1 gezeigte Stellung.

Gemäß Fig. 3 ist der Amboß 47 im Durchmesser breiter als der übrige Teile der Werkzeugführung, so daß ein erweiter-

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ter zylindrischer Wandteil 49 an seiner äußeren Begrenzung und ein von diesem durch eine unter einem Winkel von 45° konisch zulaufende Schulter 53 getrennter zylindrischer Wandteil 51 mit kleinerem Durchmesser gebildet sind. Diese Teile sind engtoleriert und verschiebbar in eine zylindrische Bohrung in dem Gehäuse 39 eingeführt, die einen erweiterten Teil 55, welcher mit dem Wandteil 49 größeren Durchmessers der Werkzeugführung in Berührung ist, und einen Teil 57 kleineren Durchmessers hat, der mit dem Wandteil 51 kleineren Durchmessers der Werkzeugführung in Berührung ist. Die Bohrungen 55, 57 größeren und kleineren Durchmessers sind durch einen Absatz 59 voneinander getrennt, der zu der Schlagwerkzeugachse senkrecht ist und dem Hammer 31 zugewandt ist. Der Abstand zwischen der konisch zulaufenden Schulter 53 und dem Amboß 4 7, der die Höhe des Wandteils 49 größeren Durchmessers festlegt, ist wesentlich kleiner als der Abstand zwischen dem Absatz 59 und dem Amboß 47. Der letztgenannte Abstand ist im wesentlichen gleich der Höhe der Bohrung 55 größeren Durchmessers.

Ein Stoßdämpfungs- oder Pufferring 61 aus Federstahl ist in dem Ringraum angeordnet, der durch den Absatz 59, die konisch zulaufende Schulter 53, den Wandteil 51 kleineren Durchmessers und die Bohrung 55 größeren Durchmessers begrenzt ist. Gemäß Fig. 3 ist der Pufferring 61 so gekrümmt, daß er einen inneren konvexen Wandteil 63 und einen äußeren konkaven Wandteil 65 hat. Die Außenwand des Ringes hat ausserdem einen zylindrischen Wandteil 67 an dem dem Hammer zugewandten Rand, der mit der Bohrung 55 größeren Durchmes-

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sers des Gehäuses im wesentlichen in Berührung ist, vorzugsweise mit einem Nennspiel von 0,25 mm. Die Innenwand des Ringes hat einen konisch zulaufenden Teil 69 an dem dem Hammer zugewandten Rand, der unter demselben Winkel wie die konisch zulaufende Schulter 53 geneigt ist und mit dieser zusammenpaßt. Der Rand 71 des Pufferringes 61, der am weitesten von dem Hammer 31 entfernt ist, ist abgefast, um Risse aufgrund von scharfen Ecken zu vermeiden. Der Radius des Pufferringes 61 ist so gewählt, daß der Rand 71 und der zylindrische Teil 67 mit der Bohrung 55 größeren Durchmessers im wesentlichen in Berührung sind. Das Fertigungsspiel beträgt 0,51 - 0,51 mm. Spiel ist zwischen dem Mittelabschnitt der konvexen Wand 63 und dem Wandteil 51 kleineren Durchmessers der Werkzeugführung 41 vorhanden, damit sich der Pufferring in geringem Ausmaß verformen kann. Das Spiel beträgt an der Stelle 73 vorzugsweise 1,85 - 0,51 mm.

Im Betrieb wird das Arbeitswerkzeug mit einer ausgewählten Kraft von ungefähr 26 689 N gegen das Werkstück gedrückt. Das hat zur Folge, daß das Arbeitswerkzeug die Schraubenfeder zusammendrückt oder sie weiter vorbelastet und daß das obere Ende des Arbeitswerkzeuges ungefähr um 4,8 mm über den Amboß 47 der Werkzeugführung 41 übersteht. Der Motor 13 wird dann betätigt, um den Nocken 23 in Drehung zu versetzen, was bewirkt, daß die Nockenrollen 25 abwechselnd auf- und niedergehen. Die Schraubenfeder 35 drückt den Kolben 31 in Richtung des Ambosses 47, so daß das Werk-

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stück über das Arbeitswerkzeug 45 einen Schlag erhält. Wenn die richtige Kraft, die das Schlagwerkzeug auf das Werkstück ausübt, aufrechterhalten wird, erstreckt sich das Ende des Arbeitswerkzeuges 45 normalerweise nicht in den Amboß 47 oder in einen Bereich unterhalb desselben, so daß der Amboß keinen Schlag empfängt. Falls das Arbeitswerkzeug durch das Werkstück durchbricht oder die Vorbelastungskraft aufhört, schlägt der Hanauer 31 auf dem Amboß 47. Der Schlag wird auf den Pufferring 61 übertragen, der sich dadurch längs der Vertikalachse krümmt und dor Werkzeugführung 41 gestattet, sich in bezug auf das Gehäuse 39 abwärts zu bewegen. Wenn der Mittelabschnitt der konvexen Wand 63 die Werkzeugführung berührt, hört die Abwärtsbewegung auf und die Führung beginnt in ihre normale Stellung zurückzukehren. Diese Auslenkung dehnt das Schlagintervall für die übrigen Teile des Gerätes. Außerdem wird Reibungswärme an den sich berührenden Flächen der konisch zulaufenden Schulter 53 und des konisch zulaufenden Teils 69 des Ringes sowie an den sich berührenden Flächen zwischen dem zylindrischen Teil 67 des Ringes und der Bohrung 55 größeren Durchmessers erzeugt. Die konisch zulaufende Schulter 53 leitet eine Komponente des Schlages von dem Hammer in Richtung zu der Bohrung 55 größeren Durchmessers, um die Reibung zwischen dem zylindrischen Teil 67 des Ringes und der Bohrung 55 größeren Durchmessers zu erhöhen, wenn der Ring in der Vertikalrichtung gekrümmt oder zusammengedrückt wird. Die erzeugte Reibungswärme kann örtlich 260 °C bis 316 C betragen. Der Amboß 47 empfängt weiterhin die Schläge von dem Hammer, bis das Werkzeug 45 wieder in seine Vor-

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belastungsstellung zurückkehrt, in welcher sich sein Ende oberhalb des Ambosses 47 befindet.

Die beträchtlichen Vorteile, die das Schlagwerkzeug nach der Erfindung erbringt, liegen auf der Hand. Es handelt sich um ein Hochleistungsschlagwerkzeug mit einer Stoßdämpfungsoder Puffervorrichtung, die Energie verbraucht, wenn das Arbeitswerkzeug nicht in der Lage ist, die Energie völlig auf das Werkstück zu übertragen. Der Pufferring aus Federstahl wird durch die Wärme, die durch Reibung erzeugt wird, nicht beschädigt.Die Werkzeugführung und der Pufferring absorbieren eine große Energiemenge und haben trotzdem einen einfachen Aufbau.

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Claims

Patentansprüche :

> Iy Federschlagwerkzeug mit Motorantrieb, mit einem Gehäuse, mit einem in dem Gehäuse axial beweglich angeordneten Hammer, mit einer ringförmigen Anordnung zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung des Hammers, mit einer Vorrichtung zum Drehen der ringförmigen Anordnung und mit einem Arbeitswerkzeug, das in axialer Flucht mit dem Hammer angeordnet ist und von dem Hammer empfangene Energie auf ein Werkstück überträgt, * gekennzeichnet durch eine in dem Gehäuse axial angeordnete Werkzeugführung mit einem axialen Durchlaß zum verschiebbaren Aufnehmen des Arbeitswerkzeuges, mit einem Amboß zum Empfang von Schlägen von dem Hammer, falls das Arbeitswerkzeug so weit ausgefahren ist, daß sich sein dem Hammer benachbartes Ende unterhalb des Ambosses befindet, mit einer ringförmigen Schulter größeren Durchmessers an der äußeren

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ORiGiNAL iNSPäCsED

Begrenzung des Ambosses und mit einem zylindrischen Wandteil kleineren Durchmessers neben der Schulter, und durch einen ringförmigen metallischen Pufferring, der den Wandteil kleineren Durchmessers der Werkzeugführung zwischen der Schulter und einem inneren Absatz in dem Gehäuse umschließt, im Vertikalquerschnitt gekrümmt ist und mit Abstand zwischen dem Wandteil kleineren Durchmessers und dem Gehäuse angeordnet ist, so daß er sich unter der Kraft eines Schlages in einem ausgewählten Maß verformt, um einen Teil der Energie zu absorbieren, die durch einen Schlag auf die Werkzeugführung verursacht wird.
2. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rand des Pufferringes mit der Schulter und der andere Rand mit dem Absatz in Berührung ist.
3. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferring einen konvexen inneren Wandteil und einen kokaven äußeren Wandteil hat, wobei der innere Wandteil einen ausgewählten Abstand von dem Wandteil kleineren Durchmessers der Werkzeugführung hat, so daß sich der Ring in einem ausgewählten Umfang verformen kann.
4. Schlagwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter konisch zuläuft und in Richtung weg von dem Hammer weist und daß der Pufferring einen mit der konisch zulaufenden Schulter zusammenpassenden konisch zulaufenden Teil hat.
5. Schlagwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wand des Pufferringes ein zylindrisches Band neben dem mit der Schulter in Berührung befindlichen Rand hat, das an dem Gehäuse reibt, wenn ein Schlag ausgeübt wird und sich der Pufferring krümmt, wodurch ein Teil der zugeführten Energie in Reibungswärme umgesetzt wird.
6. Schlagwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferring aus Federstahl besteht.
7. Schlagwerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zylindrische Bohrungsteile kleineren und größeren Durchmessers hat, die durch einen Absatz voneinander getrennt sind, der dem Hammer zugewandt ist, daß der Wandteil größeren Durchmessers der Werkzeugführung, der von dem Wandteil kleineren Durchmessers durch die konisch zulaufende Schulter getrennt ist, eine geringere Höhe hat als der Bohrungsteil größeren Durchmessers des Gehäuses, so daß ein Ringraum durch die konisch zulaufende Schulter, den ringförmigen Absatz, den Bohrungsteil größeren Durchmessers und den Bohrungsteil kleineren Durchmessers der Werkzeugführung begrenzt wird, daß die Innenwand des Pufferringes außerdem einen ringförmigen, konisch zulaufenden Teil hat, der mit der konisch zulaufenden Schulter der Werkzeugführung zusammenpaßt, und daß der Radius der konvex-konkaven Wandteile so bemessen ist, daß ein ausgewähltes Spiel zwischen dem Wandteil kleineren Durchmessers der Werkzeugführung und dem Mittelabschnitt des konvexen Wandteils vorhanden ist, wodurch ein auf den Amboß der Werkzeugführung

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ausgeübter Schlag bewirkt, daß sich die Werkzeugführung in bezug auf das Gehäuse abwärts bewegt, der Pufferring sich krümmt, bis das Spiel beseitigt ist und das zylindrische Band des Pufferringes an der Bohrung größeren
Durchmessers des Gehäuses reibt, wodurch das Zeitintervall des Schlages gedehnt und Energie absorbiert und in Reibungswärme überführt wird.

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