DE3717694A1 - Bohrhammer - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Bohrhammer nach der Gattung des Haupt­ anspruchs, dessen Schläger mittels eines Luftpolsters angetrieben wird, das aus zwei Teilvolumina besteht.

Ein mit zwei Teilluftpolstern arbeitendes Schlagwerk ist schon durch die DE-OS 33 04 916 (Figur 6 bis 9) bekanntgeworden. Durch diese Aufteilung will man entgegengesetzten Anforderungen an die Gasvolu­ mina von pneumatischen Schlagwerken entsprechen. Denn einerseits wird ein möglichst kleines Volumen gewünscht, um ein Ansaugen des Schlägers im Rückhubbetrieb sicher zu gewährleisten; eine für ein gutes Anlaufverhalten wichtige kleine Luftmenge führt jedoch im Schlagbetrieb zu scharfen Druckspitzen, die sich in hoher Bean­ spruchung der Bauteile des Bohrhammers niederschlagen. Um die Druck­ spitzen abzuflachen, ist ein großes Gasvolumen im Schlagbetrieb wün­ schenswert.

Ziel der Erfindung ist es, das in der vorbekannten Lösung offenge­ legte Grundprinzip dahingehend weiter zu optimieren, daß eine kom­ paktere, einfachere Lösung gefunden wird, die gleichzeitig das Prinzip der Volumenteilung weiterverbessert. Die Variante der vorbe­ kannten Lösung, die sich eines hohlen Balls aus elastischem Werk­ stoff bedient, ist zwar einfach im Aufbau, konnte jedoch nicht voll befriedigen, da bisher kein elastischer Werkstoff besonders den thermischen Belastungen auf Dauer gewachsen war.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Bohrhammer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, durch die druck­ speichernde Wirkung einer Luftkammer die Rückstoßdämpfung im Schlag­ betrieb weiter zu optimieren, ohne dabei die Baulänge zu erhöhen.

Weiterhin zeichnet sich das beschriebene Schlagwerk gegenüber kon­ ventionellen pneumatischen Schlagwerken mit nur einem Luftpolster durch besseres Rücksaugverhalten und eine geringere Stoßbelastung aus. Dadurch sind größere Schlägermassen bei kostengünstigerer Aus­ legung der Bauteile möglich. Außerdem ist eine geringere Schwin­ gungsbelastung der Bedienungsperson die Folge. Besonders vorteilhaft ist die Optimierungsmöglichkeit des Dämpfungsverhaltens durch Rege­ lung des Druckes in der Druckluftkammer.

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt die

Fig. 1 bis 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines asymmetrischen Druckspeicherschlagwerks in Schnittdarstellungen; ebenfalls in Schnitten sind weitere Ausführungsbeispiele der Er­ findung in den Fig. 5 und 6 dargestellt, wobei jeweils oberhalb der Symmetrielinie der Hammerkolben als Topfkolben, im unteren Teil als konventioneller Kolben ausgeführt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Schlagwerk hat ein Führungs­ rohr 12, in dem ein Führungskolben 1 gleitend durch einen hier nicht dargestellten, eine Hin- und Herbewegung ausführenden Antrieb (z. B. ein Kurbeltrieb oder ein Taumelfinger) über das Auge 19 bewegt wird.

Der Führungskolben 1 ist als Hohlkolben ausgeführt, dessen zylin­ drischer Hohlraum zum werkzeugseitigen Ende hin offen ist; darin ist ein weiterer Kolben 14 dicht und gleitend bewegbar angeordnet. Die­ ser Kolben 14 setzt sich in Werkzeugrichtung in einem Stempel 15 fort, an dessen werkzeugseitigem Ende ein als Topfkolben ausgeführ­ ter Hammerkolben 2 angeformt ist. In dem zum Werkzeug hin offenen zylindrischen Hohlraum des Hammerkolbens 2 ist der Schläger 6 axial frei beweglich angeordnet. Der Hammerkolben 2 ist ebenso wie der Führungskolben 1 im Führungsrohr 12 gleitend geführt. Als Dicht­ elemente zwischen dem Schläger 6 und dem Hammerkolben 2 sowie zwi­ schen dem Kolben 14 und dem Führungskolben 1 sind O-Ringe 16 bzw. 7 vorgesehen.

Der Stempel 15 und der Kolben 14 sind von einer in axialer Richtung verlaufenden Durchgangsbohrung 17 durchsetzt; die die vom Schläger 6 und vom Hammerkolben 2 gebildete Luftkammer 4 mit der vom Führungs­ kolben 1 und vom Kolben 14 gebildeten Druckluftkammer 5 verbindet. Das in letztere mündende Ende der Durchgangsbohrung 17 ist von einer Ventilmembran 3 verschlossen, die über das vom Werkzeug abgewandte Ende des Kolbens 14 gestülpt ist. Die Ventilmembran 3 trägt Löcher 18 und ist so angeordnet, daß sie die Durchgangsbohrung 17 öffnet, wenn und solange der Gasdruck in der Luftkammer 4 höher als der­ jenige in der Druckluftkammer 5 ist.

Die axiale Beweglichkeit des Kolbens 14 in Werkzeugrichtung ist durch einen elastischen Anschlag 9 begrenzt, der von einer auf das werkzeugseitige Ende des Kolbens 14 gestülpten Kappe 13 gebildet wird, die eine Öffnung zur Durchführung des Stempels 15 hat. Belüf­ tungsbohrungen 10, 21 sind im Führungsrohr 12 bzw. im Hammerkolben 2 derart angebracht, daß sie miteinander fluchten, wenn sich der Ham­ merkolben 2 im vorderen (das ist der zum Werkzeug hin gewandte) Tot­ punkt befindet.

Aus den Fig. 1 bis 4 ist die nachfolgend erläuterte Funktions­ weise des vorstehend beschriebenen Aufbaus ersichtlich. In Fig. 1 ist der Rücksaugtakt dargestellt: Der Führungskolben 1 hat vom nicht abgebildeten Antrieb über das Auge 19 in die vom Werkzeug abgewandte Richtung gezogen. Ein am Auge 19 eingezeichneter Pfeil deutet dies an. Nach dem Anlegen des Kolbens 14 an den Anschlag 9 der Kappe 13 wird über den Stempel 15 der Hammerkolben 2 ebenfalls in diese Rich­ tung gezogen. Durch den in Kammer 4 entstehenden Unterdruck wird auch der Schläger 6 mit zurückgesaugt.

In Fig. 2 verlangsamt der Führungskolben 1 seine Bewegung, auch die aus Kolben 14, Stempel 15 und Hammerkolben 2 gebildete Einheit wird infolge der Reibkraft des O-Ringes 7 mit abgebremst. Der Schläger 6 gleitet zunächst wegen der Trägheit seiner Masse in Pfeilrichtung weiter und drückt dabei die in Kammer 4 befindliche Luft durch die Durchgangsbohrung 17 in die Druckluftkammer 5. Das Ventil 20 ist in dieser Strömungsrichtung offen, wie an der vom Boden des Kolbens 14 teilweise abgehobenen Ventilmembran teilweise zu erkennen ist.

In Fig. 3 ist die Kompressionsphase dargestellt: Der Schläger 6 trifft auf den Boden 22 des Hammerkolbens 2 auf und schiebt über den Stempel 15 den Kolben 14 in den Führungskolben 1 hinein. Dabei schließt sich das Ventil 20. Die vorverdichtete Luft in der Druckluftkammer 5 wird weiter komprimiert. Führungskolben 1, Hammer­ kolbeneinheit 14, 15, 2 und Schläger 6 werden durch den Antrieb nach vorne bewegt. Ein Festsaugen des Schlägers 6 in der abgebildeten Stellung findet wegen seiner Masse und der insbesondere in der Durchgangsbohrung 17 befindlichen Totraumluft nicht statt.

In Fig. 4 ist die Vorwärtsbewegung beendet. Das Luftpolster in der Druckluftkammer 5 schiebt den Kolben 14 wieder aus dem Führungs­ kolben 1 heraus, bis die Schulter 8 auf den elastischen Anschlag 9 auftrifft. (Unterstützend auf die Vorwärtsbewegung wirkt noch die Massenträgheit der Hammerkolbeneinheit 14, 15, 2.) Dabei bleibt das Ventil 20 geschlossen, da der Druck in der Druckluftkammer 5 weiter­ hin höher als der in Kammer 4 ist. Der Schläger 6 bewegt sich weiter nach vorn und trifft auf den Schlagbolzen 23 auf. Dieser Schlagbol­ zen 23, an den der Schläger 6 seine Energie abgibt, kann das hintere Ende eines Bohrwerkzeuges oder eines Zwischendöppers sein. In der Schlagstellung wird die Kammer 4 über die nun fluchtenden Belüf­ tungsbohrungen 10, 21 neu belüftet. Mit dem folgenden Arbeitstakt wird wieder Gasvolumen der Kammer 4 in die Druckluftkammer 5 hinein­ gepumpt, wodurch in letzterer der Gasdruck weiter ansteigt. Nach einigen, wenigen Zyklen ist der festgelegte Arbeitsdruck in der Druckluftkammer 5 erreicht. Durch den von dieser Kammer 5 anstehen­ den Druck wird die Ventilmembran 3 zunehmend in Schließstellung ge­ halten, so daß immer weniger Luft aus der Kammer 4 hereingedrückt werden kann. Die pumpende Funktion dieser Kammer 4 in der Anlauf­ phase wird also nach Erreichen des Arbeitsdrucks in der Druckluft­ kammer 5 von der Funktion als zusätzliche Luftfeder abgelöst, soweit nicht Leckverluste auszugleichen sind. Überschreitet der Gasdruck in der Druckluftkammer 5 einen durch die Elastizität der Kappe 13 defi­ nierten Maximalwert, schiebt sich die Schulter 8 des Kolbens 14 so­ weit gegen den nach vorne ausweichenden elastischen Anschlag 9 der Kappe 13, daß sich der O-Ring 7 in den Bereich der Entlüftungsnut 11 schiebt. Das daraufhin einsetzende Abblasen reduziert den Druck in der Kammer 5 soweit, bis durch die kleiner werdende elastische Ver­ formung der Kappe 13 im Bereich des Anschlags 9 die durch die Ent­ lüftungsnut 11 gebildete Abblasöffnung wieder geschlossen wird. Auf diese Weise wird der Gasdruck in der Druckluftkammer 5 geregelt.

Eine Ausführungsvariante des Erfindungsgegenstandes ist aus Fig. 5 unterhalb der Symmetrielinie ersichtlich. Diese Konstruktion unter­ scheidet sich von der vorstehend beschriebenen lediglich dadurch, daß der im oberen Bildteil dargestellte, als Topfkolben ausgeführte Hammerkolben 2 als konventioneller Kolben 32 ausgeführt ist, der eine am Umfang verlaufende Nut 29 zur Aufnahme eines O-Ringes 28 trägt. Der Schläger 36 unterscheidet sich vom Schläger 6 infolgedes­ sen dadurch, daß ersterer einen größeren Durchmesser aufweist, da er ja direkt im Führungsrohr 12 gleitend geführt ist.

Besonders für einen - hier nicht eingezeichneten - Taumelantrieb ist die in Fig. 6 dargestellte Ausführung konzipiert. Einzelteile mit gleicher Funktion wie im eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel sind mit um 50 erhöhten Bezugszahlen versehen.

Im Auge 69 eines Kolbens 49 ist ein Zwischenstück 48 drehbar gela­ gert, in das ein Taumelfinger eingreift und den Kolben 49 hin- und herbewegt. Ein Stempel 65 verbindet den Kolben 49 mit dem Kolben 64. Letzterer ist im zylindrischen Hohlraum eines Führungskolbens 51, der in dieser Ausführung nach hinten geöffnet ist, gleitend und mit einem O-Ring 57 abgedichtet geführt. Direkt angeformt an den Füh­ rungskolben 51 ist der Hammerkolben 52, der als Topfkolben ausge­ führt sein kann, wie in Fig. 6 oberhalb der Symmetrielinie darge­ stellt. Es ist aber auch möglich und aus Fig. 5 bereits bekannt, ihn als konventionellen Kolben auszuführen, wie dies in Fig. 6 un­ terhalb der Symmetrielinie dargestellt ist. Im letzteren Fall ist ein O-Ring 78 als Dichtelement zum Führungsrohr 62 vorgesehen. In aus den Fig. 1 bis 4 bekannter Weise wird durch den Führungskol­ ben 51 und in Kolben 64 eine Druckluftkammer 55 gebildet, die über Bohrungen 67 mit der Luftkammer 54 verbunden ist, welche durch den Boden des Schlagkolbens 56 und dem Hammerkolben 52 bzw. dessen Boden und dem Führungsrohr 62 gebildet wird. Eine mit einem Loch 68 ver­ sehene kreisscheibenförmige Ventilmembran 53 sitzt in einer Hinter­ drehung 50 am werkzeugseitigem Ende der Druckluftkammer 55 und bil­ det zusammen in vorstehend beschriebener Weise ein Ventil, das zum Aufpumpen der Druckluftkammer 55 während der ersten Arbeitstakte dient. Überschreitet der Gasdruck in dieser Kammer 55 den vorge­ sehenen Maximalwert, schiebt sich der Kolben 64 - wie auch vor­ stehend beschrieben - soweit gegen den Anschlag 59 der elastischen Kappe 63, bis der O-Ring 57 die Entlüftungsbohrung 61 überschneidet.

Claims (12)

1. Bohrhammer mit einem motorisch angetriebenen Schlagwerk, in dem ein über ein Luftpolster mit einem eine axiale Hin- und Herbewegung ausführenden Antriebsglied verbundener Schläger seine Energie an ein in den Bohrhammer geführtes Werkzeug abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftpolster aus zwei Teilluftpolstern besteht, von denen eines unter Überdruck steht, wobei während der vom Werkzeug wegge­ wandten Bewegung des Antriebsglieds nur das nicht unter Überdruck stehende Luftpolster auf den Schläger (6, 36, 56) einwirkt und bei der Bewegung in Werkzeugrichtung beide Luftpolster auf den Schläger (6, 36, 56) einwirken.

2. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei­ den in den Lufthammern (4, 5, 54, 55) befindlichen Luftpolster durch mindestens einen Überströmkanal miteinander verbunden sind.

3. Bohrhammer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein mit dem Überströmkanal zusammenwirkendes Ventil (20), das abhängig von der Richtung der Überströmung öffnet oder schließt.

4. Bohrhammer nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Ven­ til (20) in Strömungsrichtung auf das unter Überdruck stehende, in der Luftkammer (5, 55) befindliche Luftpolster hin öffnet.

5. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem hohlen Führungskolben (1, 51) in dem ein weiterer Kolben (14, 64) dicht und gleitend geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Bewe­ gung des Kolbens (14, 64) durch einen elastischen Anschlag (9, 59) begrenzt ist.

6. Bohrhammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ela­ stische Anschlag (59, 9) so ausgebildet ist, daß sich der Kolben (14, 64) bei Überschreiten eines bestimmten Gasdrucks in der Luft­ kammer (5, 55) bis in eine Stellung bewegen kann, in der er eine Entlüftungsöffnung (11, 61) für die Luftkammer (5, 55) freigibt.

7. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ventil (20) durch eine Membran (3) aus elastischem Ma­ terial gebildet wird, die mit der Durchgangsbohrung (17) zusammen­ wirkt.

8. Bohrhammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mem­ bran (3) mindestens ein Loch (18) aufweist und über den Boden des Kolbens (14) gestülpt ist.

9. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet da­ durch, daß die Druckluftkammer (5, 55) durch einen Hohlraum im Ham­ merkolben (52) gebildet wird, in dem ein von einem Antriebsglied hin- und herbewegter Kolben gleitet.

10. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftkammer (4, 54) zeitweise geschlossen und zeit­ weise mit der Umgebungsluft verbunden ist.

11. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine Durchbrechung so im Führungsrohr (12) angeordnet ist, daß die Luftkammer (4, 54) belüftet wird, wenn sich der Schläger (6, 36, 56) in seiner werkzeugnahen Endstellung befin­ det.

12. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Abdichtung zwischen Kolben (6, 14) und Zylinder­ wand O-Ringe verwendet werden.