DE3390500C2 - Tragbares Schlagwerkzeug mit Druckluftantrieb und Vibrationsd{mpfung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein trag­ bares Schlagwerkzeug mit Druckluftantrieb und Vibrations­ dämpfung mit einem Mantel, einem im Mantel axial ver­ schieblichen Gehäuse, einem im Gehäuse axial verschieb­ lichen Hohlkolben und einem am Mantel befestigten Tauch­ rohr zur Zufuhr eines Druckmediums in das Gehäuse, um dieses und den Kolben in eine im wesentlichen in Gegen­ phase verlaufende hin- und hergehende Bewegung relativ zueinander zu versetzen, und zur Aufnahme des konstanten Drucks des Druckmediums zum Ausgleich des Gewichts des Mantels. Ein solches Schlagwerkzeug ist aus der US-PS 38 92 280 bekannt.

Schlagwerkzeuge dieser Art dienen zum Beispiel als Hand­ stampfer, mit denen in Gießereibetrieben bei der Her­ stellung von Formen und Kernen verschiedener Zweckbe­ stimmung der Formsand verdichtet wird.

Zwar sind derartige Hand-Schlagwerkzeuge sehr wirksame Mittel zur Mechanisierung manueller Arbeit, jedoch haben sie den spezifischen Nachteil der im Betrieb auftreten­ den erheblichen Vibrationen, deren Einwirkung auf die Bedienungskräfte die Arbeitsproduktivität beeinträchtigt und zur Entstehung von Berufskrankheiten - Vibrations­ krankheiten - führen kann.

Aus der DE-PS 8 92 580 ist ein vibrationsgedämpftes Hand- Schlagwerkzeug mit Druckluftantrieb bekannt, zu dem ge­ hören ein Mantel mit Steuerorganen, ein in diesem Mantel in Axialrichtung hin und her bewegliches Gehäuse, ein in diesem Gehäuse in Axialrichtung beweglicher Kolben und eine Druckluftverteilungsvorrichtung, mit der das Gehäuse und der Kolben in hin- und hergehende Bewegungen versetzt werden, wobei der Kolben Nutzarbeit verrichtet. Eine Einrichtung zur Erzeugung einer Axialkraft zwischen Mantel und Gehäuse dient zum Ausgleich des Gewichts des Mantels, so daß dieses sich an der Erzeugung der nützlichen Arbeit (der Schläge) beteiligt. Diese Ein­ richtung ist ausgebildet in Form eines Hohlraumes, der sich innerhalb des Gehäuses oder des Mantels befindet und ständig mit der Druckluftquelle in Verbindung steht, sowie eines Rohres kalibrierten Querschnitts, das am Mantel oder Gehäuse befestigt ist und in den Hohlraum hineinragt.

Bei dieser Ausbildung ist eine erste Vibrationsquelle die Reibung des Gehäuses am Mantel, und zu dieser kommt als weitere Vibrationsquelle hinzu, daß die Größe der Axialkraft dadurch schwankt, daß die Luftverteilungs­ vorrichtung die Druckluft von ihrer Quelle ungleich­ mäßig verbraucht und das Volumen des Hohlraums während des Betriebs des Werkzeugs schwankt.

Auch hat dieses Werkzeug beträchtliche axiale und ra­ diale Außenabmessungen, was ernsthafte Schwierigkeiten bereitet, wenn es auf eine kompakte Bauweise ankommt.

Bei der eingangs genannten Ausbildung, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, wird eine Verminderung der Schwankungen der Axialkraft aufgrund der Änderungen des Volumens des Hohlraums sowie eine Verringerung der radialen Außenabmessungen angestrebt. Dieses Werkzeug hat zum Ausgleich des Volumens des Hohlraums einen mit dem Hauptkolben verbundenen zusätzlichen Kolben. Dennoch kommt es auch hier zu Mantelvibrationen infolge der Reibung des Gehäuses und der Restschwankungen der Größe der Axialkraft aufgrund ungleichmäßigen Druckluftver­ brauchs durch die Luftverteilungsvorrichtung. Über­ dies besitzt dieses Werkzeug beträchtliche axiale Außen­ abmessungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Be­ seitigung der vorstehend angegebenen Nachteile ein tragbares Hand-Schlagwerkzeug mit Druckluftantrieb und Vibrationsdämpfung zu schaffen, bei dem infolge eines Ausgleichs auch der veränderlichen Reibungskräfte zwi­ schen dem Mantel und dem Gehäuse nur noch minimale Vi­ brationen des Mantels auftreten, und zwar bei kleinen axialen und radialen Außenabmessungen.

Ausgehend von der eingangs genannten gattungsgemäßen Ausbildung wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung da­ durch gelöst, daß das Tauchrohr in Gleitverbindung mit dem Kolben steht. Durch diese Gleitverbindung kommt es zu einer Reib-Zusammenwirkung zwischen diesen Teilen, so daß über das Tauchrohr eine weitere nach Größe und Richtung veränderliche Reibungskraft auf den Mantel wirkt. Diese Kraft ist im wesentlichen gegenphasig zu der vom Gehäuse her auf den Mantel wirkenden, nach Größe und Richtung veränderlichen Reibungskraft. Dies führt zur gegenseitigen Kompensation dieser Kräfte und somit zur Verminderung der Mantelvibration.

Zweckmäßigerweise hat das Tauchrohr einen kalibrierten Querschnitt und ragt unter Abdichtung in den Hohlraum des Kolbens. Bei einer solchen Ausführung wird die Auf­ gabe auf die einfachste Weise gelöst, da die Kon­ struktion des Werkzeugs nur durch Abänderung bereits vorhandener Elemente angepaßt werden muß. Auch können die axialen Außenabmessungen des Werkzeugs wesentlich verringert werden.

Durch die Erfindung ist ein vibrationsgedämpftes Druckluft-Handschlagwerkzeug geschaffen, das bei ein­ facher Bauart und minimalen Abmessungen hohe Leistungen bei praktisch vibrationsfreiem Betrieb abgibt.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Druckluft-Schlagwerkzeug im Längsschnitt;

Fig. 2 den Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 den Schnitt nach Linie III-III der Fig. 1.

Das beispielsgemäße Hand-Schlagwerkzeug ist ein Stampfer, z. B. zur Verdichtung von Formsand in Gießereien. Seine hauptsächlichen Baueinheiten sind ein Mantel 1, ein Ge­ häuse 2 und ein Kolben 3.

Zum Mantel 1 gehört ein Handgriff 4, in dem eine nicht mehr dargestellte handbetätigbare Ventilvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Druckluftzufuhr einge­ baut ist. Das Schlagwerk befindet sich in einem am Handgriff 4 angeschraubten zylindrischen Teil 5 des Mantels 1, an dessen vorderem Ende eine Haube 6 aufge­ schraubt ist. Zwischen dem zylindrischen Teil 5 und der Haube 6 ist ein elastisches Element 7 angeordnet, das z. B. aus Gummi besteht.

Das Gehäuse 2 ist im Mantel 1 begrenzt längsverschieb­ lich, wobei die Oberfläche 9 des Gehäuses 2 längs der Innenfläche 8 des Mantels 1 gleitet.

Das Gehäuse 2 besteht aus einem hohlen Zylinder 10, in dessen oberem Teil eine Büchse 11 eingepreßt und in dessen unterem Teil eine Stopfbuchse 12 befestigt ist.

Im Gehäuse 2 sitzt längsverschieblich der Kolben 3, dessen hohle Kolbenstange 13 einen Innenraum 14 be­ sitzt. Am Ende der Kolbenstange ist ein Stampfschuh 15 befestigt.

Auf den Kolben 3 ist diesem gegenüber unverschieblich eine Hülse 16 aufgesetzt. Innerhalb der Hülse 16 ist im Kolben 3 eine Quernut 17 eingearbeitet, die in den Innenraum 14 mündet und in der ein Ventil 18 verschieb­ bar angeordnet ist. Auf der Außenfläche des Kolbens 3 sind Längsnuten eingearbeitet, die durch die Quernut 17 verlaufen und zusammen mit der Hülse 16 Kanäle 19 und 20 bilden. Die Kanäle 19 münden in einen im Ge­ häuse 2 durch den Kolben 3 gebildeten Vorwärtsgang-Hohl­ raum 21, der innerhalb des Zylinders 10 von der Büchse 11 und dem Kolben 3 begrenzt ist. Die Kanäle 20 münden in einen Rückwärtsgang-Hohlraum 22, welcher innerhalb des Zylinders 10 durch den Kolben 3 und die Stopfbuchse 12 gebildet ist. In der in Fig. 1 gezeigten Lage des Ventils 18 sind die Kanäle 20 abgesperrt. Die Quernut 17, das Ventil 18 und die Kanäle 19, 20 bilden in ihrer Gesamtheit eine Luftverteilungsvorrichtung.

Zur Abführung der Abluft aus den Hohlräumen 21 und 22 sind im Zylinder Aulaßöffnungen 23 vorgesehen, die in Nuten 24 münden, welche über einen Ringspalt 25 zwischen dem Zylinder 10, der Stopfbuchse 12, dem zylindrischen Teil 5, dem elastischen Element 7 und der Haube 6 mit der Atmosphäre in Verbindung stehen.

Zwischen dem Handgriff 4 und dem zylindrischen Teil 5 ist mit Hilfe eines Deckels 26 ein Tauchrohr 27 kali­ brierten Querschnitts mit einem durchgehender Längs­ kanal 28 befestigt, der über einen Kanal 29 im Hand­ griff 4 mit der Druckluftquelle verbindbar ist. Das Tauchrohr 27 ist mittels eines Bördelrandes und eines elastischen Ringes 30 abgedichtet. Es ist durch die Büchse 11 hindurchgeführt und ragt in den Kolben 3 hinein, wobei seine Außenfläche 31 in Gleitverbindung mit der Innenfläche 32 der Büchse 11 und der Innenfläche 33 des Kolbens 3 steht und diesen gegenüber abgedichtet ist.

Der Mantel 1 hat somit über das Tauchrohr 27 eine Rei­ bungsverbindung nicht nur mit dem Gehäuse 2, sondern mit dem Kolben 3, in den das am Mantel 1 befestigte Tauchrohr 27 unter Abdichtung hineinragt. Hierbei wirken der Kolben 3 und das Tauchrohr 27 reibend mit­ einander zusammen.

Ein zwischen dem Mantel 1 und dem Gehäuse 2 in ihrem oberen Teil gebildeter Hohlraum 34 steht über Öffnungen 35 im Deckel 26 und Öffnungen 36 im Handgriff 4 mit der Atmosphäre in ständiger Verbindung.

Die Verschiebung des Gehäuses 2 im Mantel 1 ist oben durch den Deckel 26 und einen z. B. aus Gummi be­ stehenden elastischen Anschlag 37 und unten durch einen Bund 38 des Gehäuses und das als Anschlag wirkende elastische Element 7 des Mantels 1 begrenzt. Die Be­ wegung des Kolbens 3 im Gehäuse 2 ist durch die Büchsen 11 und 12 begrenzt.

Der Betrieb des beschriebenen Werkzeugs verläuft folgender­ maßen:

Als Ausgangslage sei die in Fig. 1 gezeigte Lage be­ trachtet, bei der der Rückwärtsgang-Hohlraum 22 über die Auslaßöffnungen 23, die Nuten 24 und den Ring­ spalt 25 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Kanäle 20 im Kolben 3 sind durch das Ventil 18 abge­ sperrt, so daß der Rückwärtsgang-Hohlraum 22 über die Quernut 17, den Innenraum 14, den Kanal 28 im Rohr 27 und den Kanal 29 im Handgriff 4 keine Verbindung mit der Druckluftquelle hat. Der Kolben 3 befindet sich in bezug auf das Gehäuse 2 in der hinteren Endstellung, was dem Beginn des Vorwärtshubs entspricht. Der Vor­ wärtsgang-Hohlraum 21 ist über die Kanäle 19, die Quer­ nut 17, den Innenraum 14 des Kolbens 3, den Kanal 28 des Rohrs 27 und den Kanal 29 des Handgriffs 4 mit der Druckluftquelle verbindbar. Das Gehäuse 2 nimmt im Mantel 1 eine gewisse Zwischenstellung ein, ohne daß der elastische Anschlag 27 den Deckel 26 oder der Bund 38 des Gehäuses 2 den anderen elastischen Anschlag 7 be­ rührt.

Wenn durch Öffnen des nicht gezeigten Ventils die Druck­ luftzufuhr beginnt, beaufschlagt diese über den Kanal 29 im Handgriff 4 und den Kanal 28 im Rohr 27 den Innen­ raum 14 des Kolbens 3, welcher während des Betriebs des Werkzeugs ständig unter Druck steht, wobei dieser etwa den Druck der Druckluftquelle entspricht. Hierbei ist an den Mantel 1 eine praktisch konstante, nach oben gerichtete Kraft angelegt. Diese ergibt sich aus dem Produkt des Drucks im Innenraum 14 mal der Querschnitts­ fläche des Tauchrohrs 27 (einschließlich des Flächen­ inhalts des Rohrkanals 28) und wird zur bequemen Arbeit etwas größer als das Gewicht des Mantels 1 gewählt. Diese Wahl geschieht durch die Festlegung der Querschnitts­ größe des Tauchrohrs 27, denn der Druckluftdruck ist bei Verwendung einer bestimmten Art von Druckluftquelle im wesentlichen konstant. Dadurch, daß ein Teil der nach hinten gerichteten Druckkräfte ständig auf den Mantel 1 mit dem Handgriff 4 wirkt, wird bei der fast ausschließlich in Frage kommenden senkrechten Gebrauchs­ lage des Werkzeugs nicht nur das Gewicht des Mantels 1 mit den daran angeschlossenen Teilen ausgeglichen, was die Arbeit bequem macht, sondern auch das Gewicht des Mantels an der Erzeugung der Schläge beteiligt, was zur Steigerung der Leistung des Werkzeugs im ganzen beiträgt.

Aus dem Innenraum 14 gelangt die Druckluft über die Quernut 17 und die Kanäle 19 in den Vorwärtsgang-Hohl­ raum 21. Unter der Wirkung ihrer Druckkraft beginnen das Gehäuse 2 und der Kolben 3, sich nach oben und nach unten auseinanderzubewegen. Bei der Beschleunigung des Kolbens wirkt die auf den Boden des Innenraums 14 ständig wirkende Druckkraft mit.

Bei der Bewegung des Gehäuses 2 und des Kolbens 3 passiert dieser die Auslaßöffnungen 23, die dabei durch die Hül­ se 16 überdeckt werden. Dadurch wird der Rückwärtsgang- Hohlraum 22 abgesperrt und es beginnt die Verdichtung der in ihm eingeschlossenen Luft. Bei der weiteren Vor­ wärtsbewegung des Kolbens 3 im Gehäuse 2 bekommen die Auslaßöffnungen 23 Verbindung mit dem Vorwärtsgang- Hohlraum 21, der dadurch über die Nuten 24 und den Ringspalt 25 entlüftet wird. Es setzt der Auspuff aus dem Hohlraum 21 in die Atmosphäre ein, so daß der Druck in ihm abfällt und praktisch den atmosphärischen Druck erreicht.

Das Gehäuse 2 und der Kolben 3 setzen ihre Auseinander­ bewegung fort und der im Hohlraum 22 wachsende Druck verbringt das Ventil 18 in seine obere Stellung, in der es die Kanäle 19 absperrt und den Kanal 20 und damit den Rückwärtsgang-Hohlraum 22 über die Quernut 17 mit der Druckluftquelle verbindet.

Kurz nach dieser Umsteuerung trifft der sich unter der Wirkung seiner Trägheit zunächst noch weiter nach unten bewegende Kolben 3 mit seinem Stampfschuh 15 auf das zu verdichtende Material (nicht gezeigt) und lei­ stet dadurch Nutzarbeit. Danach beginnt der Kolben 3, sich unter der Wirkung des Drucks im Hohlraum 22 unter Überwindung des Drucks im Innenraum 14 nach oben zu be­ wegen. Ungefähr zur gleichen Zeit wird das Gehäuse 2 gebremst und beginnt seine Abwärtsbewegung.

Bei der Bewegung des Gehäuses 2 nach unten und des Kolbens 3 nach oben werden die Auslaßöffnungen 23 über­ deckt, und im Vorwärtsgang-Hohlraum 21 beginnt die Ver­ dichtung der in ihm eingeschlossenen Luft. Unter der Wirkung dieses steigenden Drucks von oben wird das Ven­ til 18 in seine untere Stellung bewegt und setzt den Hohlraum 21 über die Kanäle 19, die Quernut 17, den Innen­ raum 14 und die Kanäle 28, 29 mit der Druckluftquelle in Verbindung. Die Ineinanderbewegung von Gehäuse 2 und Kolben 3 wird abgebremst und umgekehrt, bis diese sich wieder in entgegengesetzten Richtungen beschleunigt auseinanderbewegen. Der Arbeitszyklus wiederholt sich.

Während eines Arbeitszyklus wirken auf den Mantel 1

• a) das konstante nach unten gerichtete Gewicht des Mantels sowie der mit ihm verbundenen Teile und
• b) die über das Rohr 27 von Seiten des Innenraums 14 auf den Mantel wirkende nach oben gerichtete Druck­ kraft. Infolge der praktischen Konstanz des Druckluft­ drucks in diesem Innenraum 14 ist auch die Größe dieser Kraft praktisch konstant.

Die genannten Kräfte sind gegeneinander gerichtet und gleichen sich aus. Schon wegen ihrer Konstanz rufen sie praktisch keine Vibration des Mantels 1 hervor.

Hinzu kommen

• c) eine nach Größe und Richtung veränderliche Reibungs­ kraft, die von der hin- und hergehenden Bewegung des Gehäuses 2 längs der Innenfläche 8 des Mantels 1 sowie der Innenfläche 32 der Buchse 11 des Gehäuses 2 längs der Außenfläche 31 des Tauchrohrs 27 herrührt und
• d) eine nach Größe und Richtung veränderliche Reibungs­ kraft, die von der hin- und hergehenden Bewegung der Oberfläche 33 des Kolbens 3 längs der Oberfläche 31 des Tauchrohrs 27 herrührt.

Wegen der im wesentlichen gegenphasigen Bewegung des Gehäuses 2 und des Kolbens 3 sind auch diese Reibungs­ kräfte praktisch gegenphasig gerichtet. Ihre Größen sind praktisch gleich, da die bedeutend größere Be­ rührungsfläche des Gehäuses 2 mit dem Mantel 1 im Ver­ gleich zur Berührungsfläche des Kolbens 3 mit dem Tauch­ rohr 27 durch eine beträchtlich höhere Bewegungsge­ schwindigkeit des Kolbens 3 relativ zum Mantel 1 im Vergleich zu der Bewegungsgeschwindigkeit des Gehäuses 2 relativ zum Mantel 1 ausgeglichen wird, und zwar wegen des wesentlichen Unterschieds ihrer Massen.

Aus den vorstehend genannten Gründen gleichen diese Reibungskräfte einander praktisch aus und bewirken ebenfalls keine Vibrationen des Mantels 1. Der Hand­ griff 4 liegt ruhig in der Hand der Bedienungsperson.

Während des Betriebs des Werkzeugs beeinflußt der Hohl­ raum 34 in keiner Weise seine Parameter, weil dieser Hohlraum über die Öffnungen 35, 26 ständig mit der Atmosphäre in Verbindung steht und der Druck in ihm praktisch gleich dem Atmosphärendruck ist.

Im stationären Betriebszustand schwingt das Gehäuse 2 bei seiner hin- und hergehenden Bewegung um eine ge­ wisse mittlere Lage, ohne mit dem elastischen Anschlag 37 den Deckel 26 oder mit dem Bund 38 den elastischen Anschlag 7 zu berühren.

Zufällige Zusammenstöße der genannten Elemente und dadurch auftretende Schläge des Mantels 1 können durch Verschiebung des letzteren nach oben oder nach unten ohne weiteres vermieden werden. Der Mantel 1 braucht also nur in der richtigen Höhenlage gehalten zu werden, was ohne Kraftanstrengung möglich ist.

Claims (2)

1. Tragbares Schlagwerkzeug mit Druckluftantrieb und Vibrationsdämpfung
mit einem Mantel (1),
einem im Mantel (1) axial verschieblichen Gehäuse (2),
einem im Gehäuse (2) axial verschieblichen Hohlkolben (3)
und einem am Mantel (1) befestigten Tauchrohr (27) zur Zufuhr eines Druckmediums in das Gehäuse (2), um dieses und den Kolben in eine im wesentlichen in Gegenphase verlaufende hin- und hergehende Bewegung relativ zu­ einander zu versetzen, und zur Aufnahme des konstanten Drucks des Druckmediums zum Ausgleich des Gewichts des Mantels (1),
dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (27) in Gleit­ verbindung mit dem Kolben (3) steht.

2. Tragbares Schlagwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (27) einen kalibrier­ ten Querschnitt hat und unter Abdichtung in den Hohl­ raum des Kolbens (3) ragt.