DE2835570C2

DE2835570C2 - Bohr- und Meisselhammer mit Verbrennungsmotorantrieb

Info

Publication number: DE2835570C2
Application number: DE2835570A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing. Zollikerberg Gloor
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1978-08-14
Filing date: 1978-08-14
Publication date: 1987-01-29
Also published as: JPS6134951B2; ATA523779A; PL117394B1; NO792624L; JPS5531590A; CA1118689A; CH641713A5; AT372327B; AU4923079A; NL7904806A; BE878204A; YU182579A; HU180243B; GB2027629B; AU529523B2; FI71818C; FI791781A; IT7923950A0; NL186530C; YU40846B

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohr- und Meißelhammer mit Schlagwerk und Verbrennungsmotor, wobei die Kurbelwelle des Motors mit einer den Antriebskolben des Schlagwerkes über eine Pleuelstange in eine hin- und hergehende Bewegung versetzenden Kurbel gekoppelt ist.
Bohr- und Meißelhämmer der obengenannten Art werden vor allem für höhere Abbauleistungen verwendet. Bei dem dem Antrieb dienenden Verbrennungsmotor handelt es sich um einen sogenannten 2-Takt-Motor. Diese Bauform hat gegenüber einem 4-Takt-Motor den Vorteil eines einfacheren Aufbaues und somit auch eines geringeren Gewichts bei vergleichbarer Leistung. 2-Takt-Motoren sind daher aus Gewichts- und auch aus Preisgründen bei handgeführten Geräten und Maschinen üblich.
Der 2-Takt-Motor muß nach jedem Arbeitshub mit einem Benzin- Luft-Gemisch gespült werden, d. h. die im Zylinder vorhandenen Rauchgase werden durch das Gemisch verdrängt und dem Motor wird eine neue, zündfähige Ladung zugeführt. Damit das Gemisch in den Zylinder strömt, ist jedoch eine Pumpe notwendig. Bei praktisch allen 2-Takt-Kleinmotoren wird der Kurbelkasten des Motors als Spülpumpe verwendet. Dies ist jedoch mit einem erheblichen Nachteil verbunden. Die Lagerstellen der Kurbelwelle und des Pleuels sowie die Zylinderwand müssen ausreichend geschmiert werden. Durch das Benzin-Luft-Gemisch wird nun das Schmieröl in kurzer Zeit ausgewaschen, so daß die Maschine ohne Gegenmaßnahmen innert kürzester Frist zerstört würde. Um dem abzuhelfen, wird bei 2-Takt-Motoren ein Benzin-Öl-Gemisch verwendet. Dabei fällt dem Öl die Aufgabe zu, das Triebwerk zu schmieren. Das Benzin ist Energieträger für die Verbrennung.
Da nun das in den Verbrennungsraum gelangende Öl während der Verbrennung des Benzin-Luft-Gemisches nur unvollständig verbrennt, tritt es als lästiger, blauer Auspuffrauch in Erscheinung.
Weiterhin ist der Wirkungsgrad von herkömmlichen 2-Takt-Motoren meist geringer als derjenige eines vergleichbaren 4-Takt-Motors. Der kleinere Wirkungsgrad ist hauptsächlich auf die Spülverluste bei der Spülung des Verbrennungsraumes zurückzuführen. Bei größeren, stationären oder in Fahrzeugen eingebauten Motoren wird teilweise ein erheblicher Aufwand für das Spülen des Verbrennungsraumes betrieben. So sind beispielsweise Turbo-Gebläse, Drehschieber-Gebläse oder auch Kolbenpumpen bekannt. Bei tragbaren Geräten, wie beispielsweise bei dem aus der DE-OS 20 33 382 bekannten Meißelhammer scheiden solche Maßnahmen jedoch aus Gewichtsgründen von vornherein aus. Durch die im selben Raum angeordneten Kurbeln des Motors und des Schlagwerkes beeinflussen sich die Pumpwirkungen der beiden Kolben gegenseitig, so daß eine gute Spülung des Motors nicht erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohr- und Meißelhammer mit Verbrennungsmotor zu schaffen, wobei der Motor dank guter Spülung einen hohen Wirkungsgrad erreicht und der Hammer insgesamt ein günstiges Leistungsgewicht aufweist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kurbel des Schlagwerkes in einem gegenüber der Kurbelwelle des Motors abgetrennten Raum angeordnet ist, der ein Einlaßventil aufweist und über eine Abströmöffnung mit den zum Verbrennungsraum führenden Einlaßschlitzen des Motors in Verbindung steht.
Wenn der Kurbelraum des Schlagwerkes gegenüber dem Kurbelraum des Motors abgetrennt ist, kann dieser als Spülpumpe für den Motor verwendet werden. Da das Hubvolumen des Schlagwerkes für einen gegebenen 2-Takt-Motor etwa dem Hubvolumen des Motors entspricht, ist der Schlagwerkskurbelkasten als Spülpumpe für den Motor bestens geeignet. Die Lagerung der Kurbelwelle ist meist im Motorkurbelkasten angeordnet und der Antriebskolben wird üblicherweise vom Schlagwerk her geschmiert. Die Pleuellagerungen des Schlagwerkes können problemlos mit dichten, fettgeschmierten Lagern ausgeführt werden. Eine Schmierung des Schlagwerkkurbelkastens ist daher nicht notwendig. Da der Kurbelraum des Motors mit dem Treibstoff-Luft-Gemisch bei einem Vergasermotor oder mit der angesaugten Luft bei einem Einspritzmotor nicht in Berührung kommt, kann die Schmierung der Kurbelwellenlager, Pleuellagerungen und der Zylinderlauffläche des Motors nach optimalen Gesichtspunkten ausgelegt werden. So kann beispielsweise eine Tauch- oder eine Ölnebelschmierung verwendet werden. Das angesaugte Treibstoff-Luft-Gemisch hat somit keine besonderen Schmierfunktionen zu erfüllen. Es ist somit möglich, das Gerät ohne ölhaltiges 2-Takt-Gemisch zu betreiben, was sich auf die Betriebskosten und die Abgase günstig auswirkt.
Die bekannten 2-Takt-Maschinen haben noch einen weiteren Nachteil. Bei der Spülung tritt ein Teil des Treibstoff-Luft-Gemisches als Spülverluste durch die Auslaßschlitze über den Auspufftopf ins Freie. Dies läßt sich bei 2-Takt-Motoren praktisch nicht vermeiden. Die Folgen sind ein hoher Treibstoffverbrauch, da dieser Treibstoff am Verbrennungsprozeß nicht mehr teilnimmt sowie ein hoher Anteil an unverbrannten, zumeist giftigen Gasen, die aus dem Auspuff entweichen. Bei den sogenannten Einspritzmotoren wird dies dadurch verhindert, daß man mit reiner Luft spült. Sobald nun der Kolben die Steuerschlitze überdeckt hat und der Verbrennungsraum somit dicht ist, wird mittels einer Hochdruck-Einspritzdüse Treibstoff eingespritzt. Aus dieser Maßnahme resultieren drei Vorteile: Durch das nachträgliche Einspritzen des Treibstoffs wird die Leistung spürbar erhöht, der Treibstoffverbrauch wird entscheidend reduziert und die Abgasqualität wird wesentlich besser.
Die erfindungsgemäße Spülung mit dem Schlagwerkkurbelkasten ist sowohl für Vergaser- als auch Einspritzmotoren geeignet.
Durch das Einlaßventil wird über einen an sich bekannten Vergaser ein zündfähiges Gemisch oder auch über einen Luftfilter reine Luft angesaugt. Obwohl dieses System speziell für einen nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Verbrennungsmotor geeignet ist, kann damit beispielsweise auch bei einem Viertaktmotor eine sogenannte Aufladung und somit eine Leistungssteigerung erreicht werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders einfach und benötigt gegenüber einem bekannten, durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Bohr- und Meißelhammer lediglich ein Einlaßventil sowie eine Verbindungsleitung von der Abströmöffnung des abgetrennten Raumes zu den Einlaßschlitzen des Motors. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen haben somit praktisch keine Gewichtserhöhung zur Folge.
Für einen einfachen Aufbau des Gerätes ist es zweckmäßig, daß die der Pleuelstange zugewandte Stirnseite des Antriebskolbens ein Wandteil des gegen die übrigen Teile des Hammers abgetrennten Raumes bildet. Insbesondere bei einem pneumatischen Schlagwerk sind dabei keinerlei zusätzliche Maßnahmen notwendig, da der in einem Zylinder hin- und hergehende Antriebskolben bereits gegenüber dem zwischen dem Antriebskolben und einem Schlagkolben angeordneten Luftpolster abgedichtet ist. Die Verdichtung der angesaugten Luft oder des Gemisches im abgetrennten Raum kann durch Festlegen des Kurbelhubes sowie des toten Raumes innerhalb bestimmter Grenzen unabhängig vom Antriebsmotor optimal festgelegt werden.
Durch einen von den übrigen Teilen des Hammers abgetrennten Raum ergeben sich gegenüber einem bekannten Gerät, in dem die Kubel des Schlagwerkes und die Kurbel des Antriebsmotors im selben Raum angeordnet sind, neue Möglichkeiten. Bei einem herkömmlichen Zweitaktmotor wird das Luft-Treibstoff-Gemisch ins Kurbelgehäuse des Motors angesaugt und während der Expansionsphase des Verbrennungsraumes im Kurbelgehäuse vorverdichtet. Kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes werden durch den Kolben die Überströmkanäle freigegeben und das vorverdichtete Gemisch kann vom Kurbelgehäuse in den Verbrennungsraum einströmen. Beim Weiterdrehen der Kurbel nimmt jedoch der Druck im Kurbelgehäuse sowie auch dem Überströmkanal wieder ab, so daß das Einströmen in den Verbrennungsraum verlangsamt wird. Aus diesem Grunde ist nur ein unvollständiges Spülen des Verbrennungsraumes möglich. Wird andererseits der Spüldruck durch Verkleinerung des Kurbelraumes erhöht, so besteht die Gefahr, daß ein zu großer Teil des zündfähigen Gemisches als Spülverlust unverbrannt durch die Auspuffschlitze entweicht, was wiederum zu einem erhöhten Treibstoffverbrauch führt. Um nun den Spüldruck dem Spülvorgang optimal anpassen zu können, ist es vorteilhaft, daß die Kurbel des Schlagwerkes zur Kurbelwelle des Motors derart versetzt ist, daß das Schlagwerk gegenüber dem Motor mit einem Kurbelversatz von 10 bis 60° nacheilt. Somit ist es möglich, daß ausgehend von der unteren Totpunktstellung des Motorkolbens, beim Weiterdrehen der Kurbelwelle ein ausreichender Spüldruck vorhanden ist, bis die Einlaß- oder Überströmschlitze durch den Kolben wieder abgedeckt werden. Da das Schlagwerk mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, bleibt dieser Kurbelversatz stets gleich.
In der Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß der Kurbelversatz 40° beträgt. Dadurch wird bei gegebener Stellung der Einlaß- oder Überströmschlitze bewirkt, daß ein genügender Spüldruck bis zum Schließen der Einlaß- oder Überströmschlitze vorhanden ist, was ein Rückströmen der Spülluft verhindert und eine weit bessere Spülung ermöglicht, als dies mit einer Kurbelkastenspülung erreichbar ist. Andererseits ist beim Öffnen der Einlaßschlitze das Druckgefälle zwischen dem Spüldruck und dem Druck im Verbrennungsraum gering, so daß sich im Verbrennungsraum eine Strömung ausbilden kann, und das neu einströmende Gemisch die verbrannten Gase größtenteils durch die Auspuffschlitze verdrängt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 Einen erfindungsgemäßen Bohr- und Meißelhammer, teilweise im Schnitt dargestellt.
Fig. 2 Die Triebwerksteile des Schlagwerkes und des Motors in der oberen Totpunkt-Stellung des Antriebskolbens, entsprechend der Linie A-A in Fig. 1.
Fig. 3 Die Triebwerksteile in der unteren Totpunkt-Stellung des Antriebskolbens.
Der aus Fig. 1 ersichtliche Bohr- und Meißelhammer besteht im wesentlichen aus einem insgesamt mit 1 bezeichneten Gehäuse. Am rückwärtigen Ende des Gehäuses 1 ist ein Handgriff 2 befestigt. Auf der dem Handgriff 2 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 1 ist ein Werkzeughalter 3 angeordnet. Im Gehäuse 1 ist eine insgesamt mit 4 bezeichnete Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehbar gelagert. Ein Pleuel 5 ist an einer Kurbelwange 4 a drehbar befestigt. Der Pleuel 5 ist wiederum mit einem Kolben 6 verbunden. Der Kolben 6 ist seinerseits in einem Zylinder 1 c geführt. Am oberen Ende der Kurbelwelle 4 ist eine insgesamt mit 7 bezeichnete Kurbel über ein Gewinde 4 b mit der Kurbelwelle 4 verbunden. An einem Kurbelzapfen 7 a ist eine Pleuelstange 8 des Schlagwerkes befestigt. Die Pleuelstange 8 ist ihrerseits wiederum mit einem Antriebskolben 9 beispielsweise für ein pneumatisches Schlagwerk, verbunden. Der Antriebskolben 9 ist in einer Laufbüchse 10 geführt. Das Schlagwerk ist somit mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Am Gehäuse 1 im Bereich der Kurbel 7 ist ein insgesamt mit 11 bezeichnetes Einlaßventil angeordnet. Im Einlaßventil 11 wird eine Kugel 11 a mittels einer Feder 11 b gegen einen Ventilsitz 11 c gedrückt. Das Einlaßventil 11 hat somit die Funktion eines Rückschlag- oder Einwegventils. Wenn sich der Antriebskolben 9, in Richtung des Werkzeughalters 3 bewegt, wird durch das Einlaßventil 11 Luft oder allenfalls ein Treibstoff-Luft-Gemisch in einen Raum 1 a, in dem sich die Kurbel 7 und die Pleuelstange 8 bewegen, angesaugt. Der Raum 1 a ist gegenüber den übrigen Teilen des Gehäuses 1 durch eine Dichtung 12 abgedichtet. Der Raum 1 a weist weiterhin eine Abströmöffnung 1 d auf. Eine Rohrleitung 13 führt von der Abströmöffnung 1 d zu einem Einlaßschlitz 1 e im Zylinder 1 c. Wenn der Antriebskolben 9 seine Richtung ändert und sich wieder gegen den Handgriff 2 bewegt, wird der Raum 1 a verkleinert und die darin angesaugte Luft oder das Treibstoff- Luft-Gemisch durch die Rohrleitung 13 ausgestoßen. Wenn der Kolben 6 den Einlaßschlitz 1 e freigibt, kann die Luft in den Verbrennungsraum 1 b einströmen. Dabei werden die nach der Zündung im Verbrennungsraum 1 b enthaltenen, verbrannten Abgase durch einen Auspuffschlitz 1 f verdrängt. Dieser Vorgang wird in der Fachsprache auch als Spülung bezeichnet. Bei einem sogenannten Vergasermotor wird mit einem zündfähigen Treibstoff-Luft-Gemisch gespült. Dies ergibt an sich den Nachteil, daß ein Teil des Gemisches ebenfalls durch die Auspuffschlitze 1 f entweichen kann und der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors herabgesetzt wird. Beim sogenannten Einspritzmotor wird dagegen mit reiner Luft gespült. Der Treibstoff wird durch eine Düse erst dann in den Verbrennungsraum 1 b eingespritzt, wenn sowohl der Einlaßschlitz 1 e als auch der Auspuffschlitz 1 f geschlossen sind. Dies wirkt sich wiederum günstig auf den Wirkungsgrad aus. Am unteren Ende der Kurbelwelle 4 ist ein bei Verbrennungsmotoren übliches Schwungrad 14 angeordnet. Das Schwungrad 14 dient einerseits als Ausgleich zwischen der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors und der Leistungsaufnahme des Motors während der Verdichtungsphase sowie der Schlagarbeit des Schlagwerkes. Außerdem wird das Schwungrad zusätzlich als Generator zur Erzeugung der Zündspannung und als Lüfterrad für einen Kühlluftstrom, der durch eine Abdeckung 15 angesaugt und am Zylinder 1 c vorbeigeblasen wird, verwendet.
Aus dem in Fig. 2 ersichtlichen Schnitt durch das Gerät entsprechend der Linie A-A in Fig. 1 sind die wesentlichen Triebwerksteile des Gerätes ersichtlich. Der Antriebskolben 9 befindet sich dabei in seiner oberen Totpunktstellung. Bezüglich der Drehrichtung D hat der Kolben 6 dagegen seine obere Totpunktlage bereits überschritten. Der Kurbelzapfen 7 a des Schlagwerkes ist somit gegenüber der Kurbelwange 4 a des Verbrennungsmotors um einen Winkel α versetzt, wobei das Schlagwerk dem Verbrennungsmotor um diesen Winkel α nacheilt. Beim Weiterdrehen der Kurbel 7 wird der Raum 1 a wieder verkleinert und die darin enthaltene Luft oder das Luft-Treibstoff-Gemisch durch die Abströmöffnung 1 d ausgestoßen. Dieses Nacheilen des Schlagwerkes gegenüber dem Verbrennungsmotor hat im Vergleich zu einem üblichen Zweitaktmotor, bei dem das Kurbelgehäuse des Motors als Spülpumpe wirkt den Vorteil, daß während des gesamten Spülvorganges der Spüldruck über demjenigen im Verbrennungsraum liegt, so daß ein Rückströmen verhindert wird.
Fig. 3 zeigt dieselben Triebwerksteile wie Fig. 2, jedoch in der unteren Totpunktlage des Antriebskolbens 9. Der Kolben 6 bewegt sich dabei bereits wieder von der Kurbel 7 weg. Dabei wird das vom Raum 1 a durch die Abströmöffnung 1 d und den Einlaßschlitz 1 e in den Verbrennungsraum gelangte Treibstoff-Luft-Gemisch verdichtet. In dieser Stellung ist der Leistungsbedarf des Schlagwerks gering. Die im Schwungrad gespeicherte Energie kann somit praktisch voll für die Verdichtung des im Verbrennungsraum 1 b enthaltenen Treibstoff-Luft-Gemisches verwendet werden. Somit wirkt sich die Phasenverschiebung zwischen Schlagwerk und Verbrennungsmotor ebenfalls günstig aus.

Claims

1. Bohr- und Meißelhammer mit Schlagwerk und Verbrennungsmotor, wobei die Kurbelwelle des Motors mit einer den Antriebskolben des Schlagwerkes über eine Pleuelstange in eine hin- und hergehende Bewegung versetzenden Kurbel gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel (7) des Schlagwerkes in einem gegenüber der Kurbelwelle des Motors abgetrennten Raum (1 a) angeordnet ist, der ein Einlaßventil (11) aufweist und über eine Abströmöffnung (1 d) mit den zum Verbrennungsraum (1 b) führenden Einlaßschlitzen (1 e) des Motors in Verbindung steht.

2. Bohr- und Meißelhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Pleuelstange ( 8) zugewandte Stirnseite des Antriebskolbens (9) ein Wandteil des gegenüber der Kurbelwelle des Motors abgetrennten Raumes (1 a) bildet.

3. Bohr- und Meißelhammer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel (7) des Schlagwerkes zur Kurbelwelle (4) des Motors derart versetzt ist, daß das Schlagwerk gegenüber dem Motor mit einem Kurbelversatz von 10 bis 60° nacheilt.

4. Bohr- und Meißelhammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelversatz 40° beträgt.