DE2933178C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schlagwerkzeug zum Meißeln, Hämmern u. dgl. mit einem an einem Griffteil angeordneten Grundkörper, in dem eine Schlagmasse in Schlagrichtung elastisch gelagert ist.

Schlagwerkzeuge wie z. B. druckluftbetriebene Meißel­ hämmer, Abklopf- oder Pickhämmer u. dgl., sowie Hand­ werkzeuge wie Hämmer, Vorschlag- oder Schmiedehämmer u. dgl. verursachen im Einsatz in z. B. Werkstätten usw. Probleme aufgrund ihrer starken Geräuschent­ wicklung, die als sehr belästigend empfunden wird und ggf. gesundheitsschädlich sein kann.

Beim Zusammenprall von zwei Massen in Luft wird ein Kraftimpuls erzeugt, dessen zeitlicher Verlauf eine Funktion in erster Linie der aufgebrachten Kraft und der Verformungssteifigkeit der zusammenstoßen­ den Massen ist. Die aufgebrachte Kraft ist vor allem abhängig von den einander entgegengesetzten kine­ tischen Energien der Massen und der Kollisionsdauer. Die Verformungssteifigkeit hängt in der Hauptsache von den Eigenschaften der Werkstoffe, aus denen die Massen bestehen, den jeweils aufeinanderprallenden Berührungspunkten der Massen, sowie von der Größe der Berührungsflächen und der Kollisionsdauer ab. Die normalen Energieverluste haben die Form einer Druckwelle, eines Temperaturanstiegs, Körperschall­ schwingungen und Schallausbreitung. Unabhängig davon, aus welchem Grunde und auf welche Weise die Kollision herbeigeführt worden ist, d. h. ob es sich bei der technischen Anwendung um Meißeln, Stemmen, Hämmern usw. handelt, bildet der Kraftimpuls den Hauptfaktor sowohl im Hinblick auf die erzielte technische Wir­ kung als auch auf die Geräuschentwicklung.

Ein einen bestimmten Betrag an von einem Schlagele­ ment gelieferter kinetischer Energie darstellender Kraftimpuls läßt sich, wie aus Fig. 3 der Zeichnung ersichtlich, als Kurve in einem Schaubild mit senk­ rechter Kraftachse und waagerechter Zeitachse dar­ stellen. Die Impulskurve steigt in Richtung der Zeitachse von Null auf einen Spitzenwert an und fällt dann wieder auf Null ab, sobald die ganze Im­ pulsenergie erschöpft ist. Die zwischen der Impuls­ kurve und der Zeitachse eingeschlossene Fläche stellt dabei die abgegebene Energiemenge dar. Die beiden Kurven 1 und 2 in der graphischen Darstellung von Fig. 3 umschließen in etwa gleich große Flächen, d. h. entsprechen dem gleichen Energiebetrag. Kurve 1 entspricht dabei einem schnellen Impuls, in dem die den Energiebetrag darstellende Fläche eine geringe Ausdehnung in Richtung der Zeitachse aufweist und folglich ein höheres Maximum in Richtung der Kraft­ achse erreicht, wohingegen Kurve 2 einen Impuls größerer Zeitdauer und niedrigerer Höchstkraft zeigt. Bei der Beseitigung von Schweißzunder von einer Stahlplatte vermittels eines Druckluft-Meißelhammers bekannter Ausführung ohne Einrichtung zur Verlänge­ rung der Impulsdauer wird ein etwa Kurve 1 entspre­ chender Impulsverlauf erhalten. Die hohe Kraft­ spitze ist für die technische Wirkung, d. h. den Wir­ kungsgrad des Werkzeugs, günstig, bedingt jedoch andererseits auch steile Vorder- und Hinterflanken des Impulses und kurze Erstreckung in Richtung der Zeitachse, was zu einem hohen Geräuschpegel führt.

Das Problem liegt also darin, einen solchen Kurven­ verlauf anzustreben, der einerseits eine ausreichend hohe Maximalkraft und andererseits geeignete Kurven­ gradienten in bezug auf die Zeitachse während sämt­ licher Phasen des Kraftablaufs bewirkt, so daß so­ wohl eine zufriedenstellende technische Wirkung als auch eine Verringerung der Schallerzeugung erhal­ ten werden.

Der Kraftimpuls setzt sich aus zahlreichen Sinus­ schwingungen zusammen, deren Überlagerung die Im­ pulsform vorgibt. Durch Veränderung des Impulses lassen sich einige Komponentenschwingungen unter­ drücken oder zumindest abschwächen. Wenn beispiels­ weise der vermittels eines Abklopfhammers od. dgl. Werkzeug auf eine Stahlplatte ausgeübte Kraftimpuls bestimmte Frequenzen nicht umfaßt, heißt das, daß Schwingungen mit diesen Frequenzen nicht in der Platte erregt werden (sogenannter Körperschall), und daß außerdem die abgestrahlte Luftschallwelle diese Frequenzkomponenten nicht umfaßt. Welche Fre­ quenzen unterdrückt oder abgeschwächt werden sollen, hängt von dem jeweiligen Arbeitseinsatzgebiet ab. Im Falle druckluftbetätigter Abklopfhämmer liegen die am meisten störenden Frequenzen im allgemeinen zwischen 1000 Hz und 4000 Hz. Beim Aufprall eines Schmiedehammers auf eine großformatige Metallplatte herrschen im Schallspektrum untere Frequenzen vor.

Beim mechanischen Eintreiben von Pfählen wird be­ kanntlich auf das obere Pfahlende ein Pfahl aufge­ setzt, um die Schlagwelle oder den vermittels einer Ramme und den Helm auf den Pfahl übertragenen Kraft­ impuls im Sinne einer besseren Energieausnutzung beim Pfahleintrieb zu verändern. Nach einem ähn­ lichen Prinzip ist auch schon versucht worden, eine elastisch nachgiebige Masse wie z. B. Polyurethan­ gummi zwischen dem Schlagkolben und dem Meißelschaft anzuordnen, um bei herkömmlichen druckluftbetätigten Abklopfhämmern die Impulsform zu verändern und da­ durch die Geräuschentwicklung zu verringern. Der Abklopfhammer weist dabei eine bewegliche Masse in Form eines Kolbens auf, der gegen den Schaft eines an einem Ende des Abklopfhammers angeordneten und an dem Werkstück angreifenden Meißel schlägt. Die Schlagfrequenz liegt dabei üblicherweise zwischen 70 und 100 Schlägen pro Sekunde. Der Kraftimpuls entsteht, sobald der Kolben auf den Meißelschaft trifft, und pflanzt sich zur Meißelspitze hin fort. Er hat die Form einer Druckwelle, welche nach oben in den Kolben läuft, sowie einer Spannungswelle, die nach unten zum Meißelschaft zurückläuft. Der Meißel überträgt lediglich eine Druckwelle, deren Zeitdauer durch Länge und Formgebung des Kolbens vorgegeben ist. Da die Impulsausbreitung in Stahl mit einer Fortpflanzungsgeschwindigkeit von ange­ nähert 5000 m/s erfolgt und praktische Überlegun­ gen verbieten, die Kolbenlänge um mehr als höch­ stens einige Zentimeter zu verändern, läßt sich die Impulsform durch Steigerung der Kolbenlänge nicht in nennenswerter Weise verändern. Eine Federanordnung in Form eines auf dem Ende des Meißelschafts angeordneten Schlagkissens oder eine in anderer Weise ausgebildete Federung, die ggf. im Kolben oder im Meißel angeordnet sein kann, führt zu einer Steigerung der Impulsdauer. Dabei geht jedoch ein großer Teil der vom Kolben gelie­ ferten Schlagenergie verloren, d. h. nur ein be­ grenzter Teil dieser Energie wird zur Meißelspitze übertragen. Außerdem ergeben sich große Probleme dabei, ein elastisches Material zu finden, welches in der Lage ist, dem Aufprall des Kolbens zu wider­ stehen. Da ein Pick- oder Abklopfhammer genau wie andere Handwerkzeuge zum Zwecke der Handhabbarkeit innerhalb enger Gewichts- und Abmessungsgrenzen ge­ halten werden muß, ist es, wenn überhaupt möglich, schwierig, die Konstruktion des Werkzeugs so abzuän­ dern, daß einerseits die zum Ausgleich der oben ge­ nannten Verluste vom Kolben gelieferte Schlagenergie gesteigert und andererseits eine ausreichend große Schlagfläche für das elastische Material zur Ver­ fügung gestellt wird, damit dieses die Schläge aus­ hält. Aus diesen Gründen haben diese bisherigen Ver­ suche nicht zu einem praktischen Ergebnis in Form neuer, schallgedämpfter Werkzeuge geführt, und statt­ dessen wird in der Praxis dieses Problem als mehr oder weniger unlösbar angesehen. Auch können die bereits bekannten Werkzeuge keine Anregungen ver­ mitteln, um den aufgezeigten Problemen abzuhelfen.

So ist bereits ein Schlagwerkzeug bekannt, bei dessen Konzeption ein Rückprall verhindert werden soll. Das Werkzeug hat einen Körper mit zwei Schlagköpfen und zwei Böden. Diese Teile bilden zu­ sammen sowohl Treibmasse als auch Schlagmasse und sind miteinander steif verbunden. Im Körper ist eine bewegliche Masse angeordnet, die einen Druck an das Anschlagende überträgt, wenn das Werkzeug auf ein Werkstück trifft. Unbehindert von diesem Druck kann eine Druckwelle und eine darauf folgen­ de Spannungswelle durch die Wände des Körpers und das hintere Ende laufen. Diese aus Wellen bestehen­ de "Mikrobewegung", welche für die Kontaktdauer und die Schallerzeugung von Bedeutung ist, wird also nicht verhindert. Dagegen wird die viel größere und langsamere Rückprallbewegung gedämpft. Der Körper, der eine große Oberfläche aufweist, nimmt teil an der Erzeugung der Luftschallwelle. Die Masse ist höchstens gleichschwer wie der Körper und kann somit aus diesem Grunde nicht die schalldämpfende Verzögerung der Spannungswelle bewirken. Es ist aus praktischen Gründen kaum mög­ lich, die innere Masse mindestens doppelt so schwer wie die umgebenden Wände zu machen, weil diese ja eine gewisse Stärke haben müssen und von größerem Durchmesser sind als die innere Masse (DE-GM 18 94 696).

Bei einer ähnlichen Vorrichtung ist der hohle Körper nicht mit einer Flüssigkeit gefüllt. Dies bedeutet, daß bei Beschleunigung des Körpers die vordere Feder wegen der Trägheit der Masse entlastet und die hin­ tere Feder entsprechend belastet wird. Hierbei ent­ steht, wenn das Anschlagende des Werkzeugs auf ein Arbeitsstück trifft, eine kleine Verzögerung der Übertragung der kinetischen Energie der Masse, die auch, wenn die Feder steif ist, dazu führen kann, daß die Energieübertragung zu spät erfolgt, um den äußerst schnellen Kraftimpulsverlauf rechtzeitig zu beeinflussen. Bei dieser Vorrichtung wird vor­ geschlagen, daß die Flüssigkeit nicht unbedingt die Bohrung des Körpers vollständig auszufüllen braucht. Dies wird bedeuten, daß bei Beschleuni­ gung des Körpers eine Rückwärtsbewegung der Flüs­ sigkeit stattfinden kann, so daß im vorderen Ende derselben eine nicht komprimierte Luftblase ent­ steht, deren Kompression eine gewisse Zeit fordert und somit die Übertragung der Zusatzenergie ver­ zögert (FR-PS 13 23 904).

Aufgabe bei einer anderen bekannten Vorrichtung ist es, eine Stoß- oder Vibrationsisolierung zwischen dem Schlagkörper des Hammers und seinem Stiel zu erhalten. Eine schalldämpfende Kraftimpulsverlän­ gerung wird dabei nicht erzielt. Der schnelle Kraft­ impulsverlauf (ca. 5000 m/sek. in einem Schlagkörper aus Stahl) wird von den dort vorgesehenen elasti­ schen Ringen nicht beeinflußt, und zwar aufgrund mehrerer Ursachen.

Die Ringe sind relativ weich (70 Shore) und können dazu noch eine rollende Bewegung in ihren Nuten aus­ führen. Der Aufbau von Widerstand in den Ringen for­ dert daher eine vielfach längere Zeit als der sehr schnelle Kraftimpulsverlauf. Weiterhin sind die Ringe nur mit den peripherischen Teilen des Schlag­ körpers in Berührung. Auch wenn sie diese Teile be­ einflussen sollten, so werden die Druck- und Span­ nungswellen trotzdem hauptsächlich ungestört durch die zentralen Teile verlaufen. Eine solche Wirkung wird als eine Reihe aufeinanderfolgender Störungen des Kraftimpulsverlaufes an verschiedenen Punkten des Schlagkörpers auftreten. Man wird hierbei also keine Konzentration von gegengerichteter Kraft am hinteren Ende des Schlagkörpers erhalten. Außerdem sind bei dieser Vorrichtung die zur Steuerung der Kraftimpulskurve notwendigen Gewichtsrelationen der Treib- und Schlagmassen jedoch nicht berück­ sichtigt worden (FR-PS 12 29 299).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung eines Kraftimpulsverlaufes zur Erreichung einer Schalldämpfung, d. h. eine Veränderung der Kraftim­ pulskurve in einer spezifischen Weise zur Lösung dieser Aufgabe.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patent­ anspruches 1 gelöst.

Mittels der Steuerung des Kraftimpulsverlaufes wird das Geräusch gedämpft, das erzeugt wird, wenn ein Schlagkörper, z. B. ein druckluftange­ triebener Meißel, auf ein Werkstück trifft und dieses bearbeitet. Die Bearbeitung erfolgt durch Ausnutzung der Menge kinetischer Energie, die dem Schlagkörper durch dessen Beschleunigung in Rich­ tung auf das Werkstück zugeführt worden ist und die abgegeben wird, wenn der Schlagkörper auf das Werkstück trifft.

Die abgegebene Menge kinetischer Energie wird von einem Kraftimpulsverlauf dargestellt, der aus einer Druckwelle, die vom Anschlagende des Schlagkörpers zu seinem hinteren Ende läuft und aus einer Span­ nungswelle in der entgegengesetzten Richtung be­ steht, die - wenn keine Dämpfung erfolgt - unmit­ telbar auf die Druckwelle folgt.

Für einen guten Bearbeitungseffekt ist eine steile Kraftimpulskurve mit einer hohen Kraftspitze vor­ teilhaft. Eine solche Kurve mit einer kurzen Er­ streckung in Richtung der Zeitachse, wie in Kurve 1, Fig. 3, führt zu einem hohen Geräuschpegel.

Bei dem vorgeschlagenen Schlagwerkzeug wird der Kraftimpulsverlauf hauptsächlich in der Nähe seiner Spitzen beeinflußt, unter Beibehaltung einer aus­ reichenden Höhenlage dieser Spitze sowie einer aus­ reichenden Steilheit hinauf zum und herunter vom Höchstniveau. Kurve 2, Fig. 3, stellt eine in dieser Weise beeinflußte Kraftimpulskurve dar, die bei der Prüfung eines Druckluftschlackenhammers gemessen wurde, der mit einem Prototyp eines schalldämpfen­ den Meißels gemäß der vorliegenden Erfindung ver­ sehen war. Die Meißelvorrichtung, die diese Kraft­ impulskurve erzeugte, ergab teils eine zufrieden­ stellende Bearbeitungswirkung, teils eine, im Ver­ gleich zu einem herkömmlichen Meißel, der in dem­ selben Schlackenhammer verwendet wurde, eine sehr wesentliche Schallreduzierung, und zwar um 13 dB(A).

Zur Erreichung der gewünschten Beeinflussung des Kraftimpulsverlaufes wird ein Körper verwendet, der eine hintere Masse, nämlich die Treibmasse, umfaßt, auf die eine Vortriebskraft wirkt, und eine vordere Masse, nämlich die Schlagmasse, wobei die Massen untereinander über eine steife Federung begrenzt beweglich sind, wobei die Größe, d. h. das Gewicht der einen Masse in einer bestimmten Re­ lation zum Gewicht der anderen Masse steht und daß die Steife der Federung in einer bestimmten Weise gewählt worden ist.

Bei der Beschleunigung der Massen gegen ein Werk­ stück schiebt die Treibmasse die Schlagmasse über die steife Federung voran. Wenn die Schlagmasse auf das Werkstück trifft, beginnt sie aufgrund ihrer kinetischen Energie sofort, das Werkstück zu bearbeiten, wobei eine Druckwelle erzeugt wird, die von dem vorderen Ende zu dem hinteren Ende der Schlagmasse läuft. Gleichzeitig mit dem Anschlag gegen das Werkstück beginnt die steife Federung - die die ganze Zeit gegen die Anschlagmasse gewirkt hat - die Energie der Treibmasse an die Schlag­ masse zu übertragen. Wenn die Treibmasse genug kinetische Energie beinhaltet, d. h. im Verhältnis zur Schlagmasse schwer genug ist, und wenn die Federung steif genug ist, so daß der Übertragungs­ verlauf schnell genug ist, so wird die Kompression der Schlagmasse während einer verlängerten Zeit aufrechterhalten, d. h. der Eintritt der zweiten Phase des Kraftimpulsverlaufes - die Spannungs­ welle - wird verzögert.

Dabei ist noch zu beachten, daß die Federung die große Treibmasse von diesem Kraftimpulsverlauf isoliert und auf die beträchtlich kleinere Schlag­ masse begrenzt. Die abgestrahlte Luftschallwelle steht nämlich in Relation zur Fläche der Masse.

Weitere Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Das vorgeschlagene Schlagwerkzeug ist nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seiten­ ansicht eines spanabhebenden Druckluft-Werkzeugs,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seiten­ ansicht eines Vorschlaghammers entsprechend einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 3 ein graphisches Schaubild mit zwei unter­ schiedlichen Impulskurven, und

Fig. 4 ein Schaubild von Schallpegelmessungen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform han­ delt es sich um das eine Ende eines spanabhebenden Druckluftwerkzeugs, wie z. B. eines Abklopfhammers, der in der Zeichnung ganz allgemein mit dem Bezugs­ zeichen 1 bezeichnet ist. Das Werkzeug ist mit einem Antriebsmechanismus versehen, welcher dem in weiteren Patentanmeldungen der Anmelder be­ schriebenen Mechanismus entspricht (schwedische Patentanmeldungen Nr. 75 03 970-1 und 76 03 252-3; DBP 26 12 218, deutsche Patentanmeldung P 27 10 920.2-15). Der Antriebsmechanismus um­ faßt einen axial beweglichen Schlagkolben 2, welcher an seinem hinteren Ende in bezug auf die Schlagrichtung in einem verbreiterten, plat­ tenförmigen Endstück 3 ausläuft, welches zusammen mit einem O-Ring 4 eine Antriebskammer zwischen dem plattenförmigen Endstück und einem Element 5 abdichtet. Über eine Rohrleitung 6 wird Druckluft in die Antriebskammer zugeführt. Da der O-Ring 4 als Ventil wirkt, welches die Antriebskammer ab­ wechselnd in Radialrichtung öffnet und schließt, wird der Schlagkolben 2 abwechselnd durch den Luftdruck nach vorn getrieben und durch eine Feder 7 wieder nach hinten rückgestellt.

Der Schlagkopf ist ganz allgemein mit dem Bezugs­ zeichen 8 bezeichnet. Er besteht bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform aus dem Schlagkol­ ben 2 und einer Meißelbaugruppe 9, deren Schaft 10 in den Schlagkolben eingesteckt und vermittels der Mutter 11 starr an diesem befestigt ist. Die Meißelbaugruppe 9 umfaßt neben dem Schaft 10 ein Ge­ häuse 12, in welchem der Meißel 13 gelagert ist. In dem Meißel 13 ist ein Meißeleinsatz 14 aus Hartmetall eingesetzt. Der Meißel 13 und das Gehäu­ se 12 weisen einen begrenzten Freiheitsgrad zuein­ ander in Axialrichtung auf, der durch eine verfor­ mungssteife Federanordnung oder Federung 15 vorge­ geben ist, welche bei dieser Ausführungsform aus mehreren Federscheiben gebildet ist.

Der Schlagkopf 8 umfaßt somit zwei Massen, näm­ lich eine (aus dem Schlagkolben 2, der Mutter 11, dem Meißelschaft 10 und dem Gehäuse 12, welche starr miteinander verbunden sind, bestehende) Treib­ masse 16 und eine (aus dem Meißel 13 und dem an diesem starr befestigten Meißeleinsatz 14 bestehen­ de) Schlagmasse 17. Aufgrund der verformungssteifen Federanordnung 15 haben diese Massen einen begrenz­ ten Freiheitsgrad zur Ausführung von gegenseitigen Axialbewegungen.

Die Federanordnung 15 kann natürlich anstelle der hier dargestellten Gruppe von Federscheiben auch aus einer Federung unterschiedlicher Ausführung wie z. B. aus Gummi bestehen.

Eine verformungssteife Stahlfederung wie z. B. eine Gruppe von Federscheiben weist jedoch den Vorteil auf, daß mit ihr geringe Energieverluste in Form von Wärme auftreten.

Die bei jedem Öffnen der Antriebskammer aus dieser austreten­ de Druckluft tritt über die Kanäle 18 a - 18 e in den Schlag­ kopf 8 ein und an diesem aus. Die durch das Meißelgehäuse und den Meißel strömende Druckluft bewirkt eine wirksame Abführung von in der Federanordnung 15 erzeugter Wärme. Das ist besonders vorteilhaft, wenn die Federung aus Gummi oder Kunststoff besteht.

Wenn der Meißeleinsatz 14 gegen ein Werkstück anliegt und der Antrieb des Meißelhammers in Betrieb ist, werden auf das Werkstück Schläge in rascher Folge durch den Meißeleinsatz ausgeübt, da dieser zusammen mit dem ganzen Schlagkopf 8 eine hin und her gehende Bewegung ausführt. Bei diesem Vor­ gang wird zunächst der ganze Schlagkopf 8 nach vorn gegen das Werkstück beschleunigt. Sobald der Meißel auf das Werkstück trifft, wird zunächst die Schlagmasse 17 verzögert, wohin­ gegen die Treibmasse 16 noch weiter nach vorn drückt und da­ bei die Federanordnung 15 zusammendrückt. Aufgrund der Energiespeicherung in der Feder wird die Rückstellbewegung beider Massen kurzzeitig verzögert.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Abklopfhämmern, bei denen ein Kolben auf den Meißelschaft schlägt, wandert der Kraftimpuls nicht von dem Meißelschaft durch den Meißel nach unten, son­ dern entsteht beim Aufprall des Meißeleinsatzes auf das Werk­ stück. Der Vorgang umfaßt daher eine Druckwelle, welche durch den Meißel (die Schlagmasse 17) nach oben verläuft, und eine Spannungswelle, welche sich nach unten zum Meißel­ einsatz hin fortpflanzt. Die Auslösung der Spannungswelle ist dabei verzögert, da die Treibmasse 16 weiterhin eine Kraft über die Federanordnung 15 ausübt und die Schlagmasse unter Druckbeaufschlagung hält. Aufgrund der Verzögerung der Spannungswelle wird die Schlagdauer und damit die Dauer des Kraftimpulses verlängert. Die Federung 15 verursacht zwar einen bestimmten Energieverlust, der jedoch im Vergleich zur kinetischen Energie der Schlagmasse, welche auf den Meißel­ einsatz übertragen wird, vernachlässigbar klein ist.

Die gesteigerte Impulsdauer wird erzielt in der Hauptsache auf Kosten einer gewissen Verringerung der Spitzenkraft. Die Änderung der Impulsform gegenüber dem Impuls bei einem Schlag­ kopf 8, welcher aus einer einzigen, starren Masse besteht, ist vorgegeben durch die Verformungssteifigkeit der Federung und die relative Größe und Lage der Massen. Versuche mit sowohl einem Vorschlaghammer als auch einem Abklopfhammer haben gezeigt, daß bevorzugt eine Treibmasse verwendet wird, welche wesentlich größer ist als die Schlagmasse, und die Federanord­ nung in einem Abstand von dem Schlagpunkt angeordnet wird, welcher wesentlich kleiner ist als die Gesamtlänge des Schlag­ kopfs. In einem Abklopfhammer wurden gute Ergebnisse mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schlagkopf im wesentlichen entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Anordnung erzielt, wenn das Gewicht der Schlagmasse nur 15 bis 20% des Gesamt­ gewichts des Schlagwerkzeugs betrug und sich die Federanord­ ordnung in einem Abstand von der Meißelspitze befand, der kaum einem Drittel der Gesamtlänge des Schlagkopfs entsprach.

Wenn die Schlagmasse 17 zum Aufschlag auf ein Werkstück ge­ bracht wird, beginnt sie aufgrund ihrer kinetischen Eigen­ energie, welche sie durch die zuvor erfolgte Beschleunigung des gesamten Schlagkopfs 8 erhalten hat, sofort, in das Werk­ stück einzudringen. Aufgrund der Federung 15 wird die Ener­ gie der Treibmasse unverzüglich anschließend übertragen. Im Schlagzeitpunkt braucht daher die Federung 15 nicht die von der Schlagmasse selbst übertragene kinetische Energie aufzu­ nehmen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die Schlagmasse bereits in der gleichen Richtung wie die Federung 15 und die Treibmasse 16 verlagert und daher bereits begonnen hat, in die Oberfläche des Werkstücks einzudringen, wenn die Übertragung der Energie der Treibmasse beginnt, da unter diesen Umständen die Übertragung natürlich glatter erfolgt. Für die technische Wirkung ist außerdem günstig, daß die Über­ tragung der zusätzlichen Energie an einem Punkt beginnt, an dem die Impulskurve bereits im Anstieg begriffen ist und der größte Teil dieser zusätzlichen Energie während der Phase zu­ geführt wird, in welcher die Spitzenkraft erreicht wird, so daß dieser Spitzenwert wie anhand der Kurve 2 in Fig. 3 er­ sichtlich über einen längeren Zeitraum gehalten wird. Damit wird ein besserer Energiewirkungsgrad erzielt.

Es versteht sich, daß dieser Arbeitsablauf einen großen Unter­ schied in technischer Wirkung als auch in den an der Federung angreifenden Beanspruchungen zur Folge hat, wenn er mit der bekannten Übertragungsfolge über Schlagkolben, Feder, Meißel­ schaft und Meißel verglichen wird. Im letzteren Falle wird der Meißel zu Beginn des Vorgangs im wesentlichen in Ruhelage gegen das Werkstück gehalten und kann erst dann in dieses ein­ dringen, sobald ein ausreichend hoher Energiebetrag gespei­ chert und übertragen worden ist, damit die Meißelspitze den Materialwiderstand des Werkstücks überwinden kann. Der Ver­ lauf der Kraftkurve ist daher im Hinblick auf die technische Wirkung nachteilig, und die Beanspruchung der Federung als auch die Energieverluste sind hoch.

Der Verlauf des in Kurve 2 von Fig. 3 dargestellten Kraft­ impulses wurde ermittelt durch Messungen mit einem Abklopf­ hammer, der mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schlag­ kopf ausgerüstet war.

Fig. 4 veranschaulicht Schallpegelvergleichsmessungen mit einem druckluftbetriebenen Abklopfhammer, der gegen eine auf einer gedämpften Fläche liegende flache Metallplatte ange­ setzt worden war. Kurve 1 wurde erhalten mit einem Abklopf­ hammer, dessen Schlagkopf keine geräuschmindernde Federanord­ nung aufwies, wohingegen zur Erstellung von Kurve 2 der Abklopfhammer mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schlag­ kopf ausgerüstet war. Bei Messung mit einem A-Filter entsprach die Dämpfung von Kurve 2 einem Wert von 13 dB(A).

In der Beschreibungseinleitung war ausgeführt worden, daß die Erregung bestimmter Schwingfrequenzen im Werkstück durch Ver­ änderung des Kraftimpulses vermieden werden kann, oder mit anderen Worten, daß das Werkstück selbst mit seinen Abmessungen usw. keinen kritischen Einfluß in dieser Hinsicht ausübt. Das wurde durch Versuche der in Fig. 4 veranschaulichten Art nachgewiesen, welche an mehreren Werkstücken unterschiedlicher Abmessungen ausgeführt worden waren und sowohl aus groß­ formatigen Metallplatten als auch steifen, verwinkelten Ge­ bilden bestanden, welche freihängend bzw. auf einer schall­ dämmenden Unterlage ruhten. In allen Fällen war der Kurven­ verlauf im wesentlichen der gleiche im Hinblick auf die Dämpfung bei den verschiedenen Schwingfrequenzen. Der erzielte Dämpfungsgrad in dB(A) schwankte im Bereich von nur 9 bis 13 dB(A) und betrug im Mittelwert angenähert 11 dB(A). Damit dürfte klar erwiesen sein, daß ein erfindungsgemäß ausgebil­ deter Schlagkopf ermöglicht, bestimmte Frequenzen zu dämpfen, ohne daß dabei die Eigenschaften des jeweiligen Werkstücks irgendeinen maßgeblichen Einfluß auf diese Dämpfung ausüben.

Zur weiteren Steigerung der Dauer des Kraftimpulses und zur Verbesserung der spanabhebenden Wirkung des Werkzeugs auf das Werkstück kann bei einem mit einem Meißel versehenen Schlagkopf das plastische Eindringen des Meißels in das Werk­ stück dadurch gesteigert werden, daß der Meißel mit einem Hartmetall-Meißeleinsatz 14 bestückt wird. Dadurch wird das erfindungsgemäß angestrebte Ziel, nämlich die Dämpfung uner­ wünschter Schallfrequenzen bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit zufriedenstellendem Ergebnis wesentlich begünstigt, indem die Spitzenkraft verringert und der Arbeitsablauf gegenüber bei herkömmlichen spanabhebenden Schlagwerkzeugen allgemein flüssiger gemacht worden ist. Es hat sich gezeigt, daß ein mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schlagkopf versehenes Schlagwerkzeug auch mit einem derartigen Hartmetall-Meißel­ einsatz aus Gesteinsbohrstahl bestückt werden kann, ohne daß es zu Rißbildung im Metall kommt. Ein derartiger Einsatz läßt sich jedoch andererseits nicht an Abklopfhämmern verwenden, die nach dem Prinzip des Schlagkolbens und Meißelschafts ar­ beiten, da bei diesen Werkzeugen so hohe Zugbeanspruchungen entstehen würden, daß auch im Leerlauf des Werkzeugs die Gefahr einer Spaltung des Einsatzes bestünde. Ein weiterer Vorteil eines Hartmetalleinsatzes besteht darin, daß die Standzeit des Meißels aufgrund seiner hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber Verschleiß wesentlich gesteigert ist.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schlag­ kopfes an einem handbetätigten Werkzeug in Form eines Vorschlag­ hammers veranschaulicht. Der Vorschlaghammer umfaßt einen Schaft 19, an dem der Schlagkopf 8 befestigt ist. Der Schlag­ kopf ist mit einer Schafthalterung 20 versehen und besteht aus einer Treibmasse 16 und einer Schlagmasse 17. Zwei Schlagkopfstücke 21 und 24 sind gegen den von einer Federan­ ordnung 15 ausgeübten Rückstelldruck in einem Gehäuse 22 axial verstellbar gelagert. Die Federanordnung ist vermittels eines an dem Schlagkopfstück 21 angeordneten Zapfens 23 in Axial­ richtung geführt. Wenn der Vorschlaghammer in der Weise be­ nutzt wird, daß mit dem Schlagkopfstück 21 ein Schlag gegen ein Werkstück ausgeführt wird, wirkt das Schlagkopfstück 21 als Schlagmasse 17, wohingegen die Funktion der Treibmasse 16 durch den Schaft 19, die Schafthalterung 20, das Gehäuse 22 und das Schlagkopfstück 24, welches durch die Federung 15 gegen seinen Sitz im Gehäuse 22 gehalten und durch das letztere angetrieben ist, wahrgenommen wird, so daß das Schlagkopf­ stück 24 als starr mit dem Gehäuse verbundene Einheit wirkt. Wenn der Schlag jedoch mit der entgegengesetzten Vorschlag­ hammerseite ausgeführt wird, wirkt das Schlagkopfstück 24 als Schlagmasse 17, wohingegen die anderen Bestandteile die Treibmasse 16 bilden. Da eines der beiden Schlagkopfstücke einen Zapfen 23, und das andere entsprechend der Darstellung von Fig. 2 dem Zapfen 23 passende Ausnehmung aufweist, werden in Abhängigkeit davon, mit welcher Seite der Vor- schlaghammer benutzt wird, unterschiedliche Gewichtsverhält­ nisse zwischen Treibmasse und Schlagmasse erhalten. Dieser Unterschied läßt sich vorteilhaft zur Dämpfung unterschied­ licher Schallfrequenzen bei unterschiedlichen Arbeitseinsätzen ausnutzen. Versuche an einer großformatigen Metallplatte mit einem Prototyp eines im wesentlichen der Darstellung in Fig. 2 entsprechenden Vorschlaghammers zeigten, daß die Federung 15 einen vernachlässigbar kleinen Energieverlust bei der Energie­ übertragung von dem Vorschlaghammer auf die Platte verursachte. Außerdem wurde gefunden, daß der Vorschlaghammer im Vergleich zu herkömmlichen Vorschlaghämmern ein Schallspektrum lieferte, in welchem die höheren Frequenzen dominierten. Der üblicher­ weise beim Hämmern großer Platten in stahlverarbeitenden Be­ trieben und auf Schiffswerften am meisten störende "schallende" Niederfrequenzschall entsteht somit bei Verwendung der er­ findungsgemäßen Vorrichtung in der Platte nicht. Die Feder­ anordnung bewirkt, daß der Vorschlaghammer nach Ausführung jedes Schlags sehr weit zurückspringt. Wenigstens bei eini­ gen Arbeitsgängen ist dieser Rückpralleffekt von Vorteil, in­ dem er Kraftaufwand spart. Aufgrund des durch die Federan­ ordnung bewirkten glatten Arbeitsablaufs wird außerdem auch keine Schockwelle auf die Hände und Arme der den Vorschlag­ hammer schwingenden Person übertragen. Wenn erwünscht sein sollte, den Rückpralleffekt zu dämpfen, kann das in bekann­ ter Weise dadurch erfolgen, daß ein Teil des Vorschlaghammers oder das untere Schaftende mit Bleischrot gefüllt wird.

Die hier dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Ausführungsbeispiele für den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schlagkopf dar, und es sei darauf hingewiesen, daß die Er­ findung ganz allgemein auf Schlagwerkzeuge und Schlagvor­ richtungen anwendbar ist.

Claims (3)

1. Schlagwerkzeug zum Meißeln, Hämmern u. dgl. mit einem an einem Griffteil angeordneten Grund­ körper (1, 22), in dem eine Schlagmasse (17) in Schlagrichtung elastisch gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Grundkörper (1, 22) zusätzlich eine gegen­ über dem Grundkörper (1, 22) in Schlagrichtung bewegliche Treibmasse (16) angeordnet ist, die gegenüber der Schlagmasse (17) durch eine steife Feder (15) abgestützt ist und zumindest von doppelt so großem Gewicht als die Schlagmasse ist.

2. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagmasse (17), bezogen auf die Schlag­ richtung, vor der Treibmasse (16) angeordnet ist und daß die Federung (15) auf die, bezogen auf die Schlagrichtung, hintere Partie der Schlag­ masse (17) wirkend angeordnet ist.

3. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagmasse (17) einen Meißel (13) mit Hartmetallschneide (14) aufweist.