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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bohrhämmer und insbesondere auf Bohrhämmer, die einen
Luftkissen-Schlagmechanismus aufweisen.
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Solche
Bohrhämmer
weisen normalerweise einen Werkzeughalter, der einen Bohrhammerwerkzeugeinsatz
oder einen Meißelwerkzeugeinsatz
zum Einwirken auf ein Werkstück
halten kann, und einen Luftkissen-Schlagmechanismus auf, der einen
Kolben, einen Schlagkörper
und einen Döpper
umfasst, die verschiebbar in einem Zylinder angeordnet sind, so
dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in dem Zylinder den Schlagkörper veranlasst,
sich in dem Zylinder infolge des Luftkissens zwischen dem Kolben
und dem Schlagkörper
hin- und herzubewegen. Der Schlagkörper trifft auf den Döpper, und
der Döpper
trifft auf das hintere oder benachbarte Ende des in den Werkzeughalter
eingesetzten Bohrhammer- oder Meißelwerkzeugseinsatzes, wodurch
der Schlag von dem Schlagkörper
auf den Werkzeugeinsatz übertragen
wird. Der Döpper
hat im Allgemeinen einen beträchtlich
kleineren Hub in dem Zylinder als der Kolben oder der Schlagkörper und
bewegt sich üblicherweise
nur um wenige Millimeter, wenn der Bohrhammer in seiner Arbeitsbetriebsart
verwendet wird.
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Der
Döpper
dient mehreren Zwecken. Ein Grund für das Vorsehen des Döppers ist,
eine Barriere gegen das Eindringen von Staub von dem Werkstück über den
Werkzeughalter in den Luftkissenmechanismus bereitzustellen. Das
ist eine besonders wichtige Funktion, da durch die Einwirkung des
Bohrhammers beträchtliche
Mengen von Staub von dem Werkstück
erzeugt werden und es wichtig ist, dass der Staub von dem Luftkissenmechanismus
ferngehalten wird, da sich ansonsten die Abdichtung zwischen den
sich hin- und herbewegenden Komponenten und dem Zylinder verschlechtert
und die Reibung zwischen den Komponenten und dem Zylinder vergrößert wird.
Das Vorsehen des Döppers
hat jedoch den Nachteil, dass er eine Verringerung der auf das Werkzeug übertragenen
Schlagenergie verursacht. Es wird zum Beispiel eingeschätzt, dass
annähernd 20
bis 30% der Schlagenergie durch das Vorsehen des Döppers verloren
gehen können.
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Es
ist vorgeschlagen worden, Bohrhämmer zur
Verfügung
zu stellen, die keinen Döpper
aufweisen und in denen der Schlagkörper auf das Ende des in den
Werkzeughalter eingesetzten Werkzeugeinsatzes trifft, wie es zum
Beispiel in der
CA-950 288 der
Hilti AG beschrieben ist. Solche Formen eines Bohrhammers haben
jedoch den Nachteil, dass es erforderlich ist, eine Dichtung zwischen
dem Schlagkörper
und dem Zylinder vorzusehen, die ausreichend ist, um das Eindringen
von Staub in das Luftkissen zu verhindern, wobei die Dichtung unvermeidbar
eine Reibungsabbremsung des Schlagkörpers bewirkt und dadurch die
Stärke
des Schlages auf den in dem Werkzeughalter gehaltenen Werkzeugeinsatz verringert
wird. Die Wirkung der Dichtung bei der Verringerung der Schlagstärke ist
wegen des beträchtlich
größeren Hubs
des Schlagkörpers
verglichen mit dem Hub des Döppers
größer als
die Wirkung von Dichtungen, die zwischen dem Döpper und dem Zylinder angeordnet
sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bohrhammer bereitgestellt, der einen Luftkissen-Schlagmechanismus
umfasst, der einen Zylinder, einen Kolben, der veranlasst werden
kann, sich in dem Zylinder hin- und herzubewegen, und ein Schlagelement
aufweist, das verschiebbar in dem Zylinder angeordnet ist und veranlasst werden
kann, sich infolge einer Hin- und Herbewegung des Kolbens mittels
eines Luftkissens zwischen dem Kolben und dem Schlagelement zu bewegen,
so dass das Schlagelement auf das Ende eines Werkzeugeinsatzes trifft,
der in dem Bohrhammer gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Bohrhammer einen Streifen eines flexiblen undurchlässigen Materials aufweist,
der sich von dem Schlagelement erstreckt, um ein Eindringen von
Staub aus dem Bereich des Werkzeugeinsatzes in den Zylinder zu verhindern.
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Der
Streifen des flexiblen Materials erstreckt sich radial von dem Schlagelement
zu dem Zylinder, obwohl er sich zu einem Teil des Gehäuses vor
dem Zylinder oder sogar des hinteren Endes des Werkzeughalters erstrecken
kann, wenn es geeigneter erscheint, vorausgesetzt, dass er als eine
Barriere für den
Strom von Staub nach hinten von dem Werkzeughalter zu dem Zylinder
wirkt. Weiterhin sollte der Streifen des Materials ausreichend lose
sein, d.h. Überlänge aufweisen,
um es dem Schlagelement zu erlauben, sich in vollem Ausmaß axial
in dem Zylinder zu verschieben. Eine solche axiale Bewegung entspricht
im Allgemeinen dem Hub des Schlagkörpers in herkömmlichen
Bohrhämmern,
und nicht dem Hub des Döppers.
Deswegen kann das Schlagelement hierin nachfolgend als Schlagkörper bezeichnet werden.
Eine solche Überlänge ist
am bequemsten durch Falten des Streifens zu erreichen, zum Beispiel in
der Art und Weise einer Ziehharmonika.
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Der
Bohrhammer der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass die
auf den Werkzeugeinsatz aufgebrachte Schlagenergie weder durch das Vorsehen
des Döppers
noch durch das Vorsehen von zwischen dem Schlagkörper und dem Zylinder angeordneten
Gleitdichtungselementen verringert wird, so dass die Schlagenergie
maximiert werden kann. Diese Form der Dichtung erübrigt die
Notwendigkeit des Vorsehens irgendeiner anderen Dichtung, wie etwa einer
Gleitdichtung, zwischen dem Schlagelement und dem Zylinder, die
die Schlagstärke
auf den Werkzeugeinsatz verringern würde, und somit bildet der Streifen
vorzugsweise die einzige Dichtung gegen das Eindringen von Staub
in den Zylinder. Eine solche Anordnung ist wegen der wirksameren
Ausnutzung der Leistung und der sich daraus ergebenden Verlängerung
der Betriebszeit des Bohrhammers zwischen den Batterieaufladungen
besonders für Bohrhämmer vorteilhaft,
die durch Batterien anstatt durch Netzstrom angetrieben werden.
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Eine
Form des Bohrhammers wird nun in Form eines Beispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben, die eine schematische Schnitt-Aufrissansicht
eines Teil des Bohrhammers entlang der Zylinderachse des Bohrhammers ist.
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Bezug
auf die beigefügte
Zeichnung nehmend, umfasst ein Bohrhammer ein Gehäuse 1,
einen in dem Gehäuse
angeordneten Zylinder 2 und einen vorn an dem Gehäuse angeordneten
Werkzeughalter 4. Viele der Elemente des Gehäuses, des Werkzeughalters
und anderer Teile des Bohrhammers sind an sich bekannt und werden
aus Gründen einer
deutlichen Darstellung nicht wiedergegeben. Der Zylinder enthält einen
Kolben 6, der über
einen in ihm enthaltenen Lagerzapfen 8 und einen Kurbelarm 10 mit
der Spindel eines vertikal ausgerichteten Elektromotors (nicht dargestellt)
gekoppelt ist. Der Zylinder 2 nimmt weiterhin ein Schlagelement
oder einen Schlagkörper 12 auf,
der die Funktion eines kombinierten Schlagkörpers und Döppers ausübt und mit dem Kolben 6 durch
ein zwischen ihnen gebildetes Luftkissen gekoppelt ist und sich
somit unter der Wirkung des Kolbens entlang der Achse des Zylinders 2 verschieben
kann. Eine aus Polytetrafluorethylen gebildete Ringdichtung 14 ist
in einer ringförmigen
Ausnehmung am hinteren Ende des Schlagkörpers 12 angeordnet.
Die Dichtung weist eine im Allgemeinen "L"-förmige Querschnittsform
in der radialen Ebene auf und wird als "L-Dichtung" bezeichnet.
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Der
Schlagkörper 12 weist
einen vorderen Bereich 16 mit einem relativ kleinen Durchmesser,
einen hinteren Bereich 18 mit einem relativ großen Durchmesser,
so dass er verschiebbar in den Zylinder 2 passt, und einen
mittleren Bereich 20 mit einem Durchmesser zwischen den
beiden anderen Durchmessern auf. Ein sich verjüngender Streifen 22 des flexiblen
undurchlässigen
Materials, zum Beispiel ein elastomerer Kunststoff, erstreckt sich
von dem vorderen Bereich 16 des Schlagkörpers 12 zu dem vorderen
Ende des Zylinders und wird mittels eines Paars von Klemmen 24 und 26 an
jedem Ende an dem Schlagkörper 12 bzw.
an dem Zylinder 2 gehalten, so dass die Anordnung im Wesentlichen
gegenüber
Luft und Staub undurchlässig
ist. Der Streifen 22 hat eine Länge, die es dem Schlagkörper 12 ermöglicht,
sich in dem Zylinder zwischen seiner hintersten Stellung, in der
sich die vorderen Enden des Schlagkörpers und des Zylinders relativ
nahe zueinander befinden, und seiner vordersten Stellung, wie dargestellt,
in der sie axial voneinander um die Länge des vorderen Bereichs 16 des
Schlagkörpers
getrennt sind, zu verschieben. Der Streifen ist schematisch in zwei
alternativen Formen über
und unter der Zylinderachse dargestellt, in denen (wie über der
Zylinderachse dargestellt) der Streifen 22a so gefaltet
ist, dass die Falten im Wesentlichen parallel zu der Achse verlaufen, während, wie
unter der Zylinderachse dargestellt, der Streifen 22b in
Form einer Ziehharmonika gefaltet ist, wobei die Falten im Wesentlichen
senkrecht zu der Zylinderachse verlaufen. In jeder Form stellt der Streifen
eine Dichtung bereit, die im Wesentlichen kein Hindernis für ein axiales
Verschieben des Schlagkörpers 12 darstellt.
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Ein
Werkzeughalter
4 (von dem nur ein Teil dargestellt ist)
ist an der Vorderseite des Gehäuses
1 angeordnet
und in einer Kammer in dem Gehäuse festgespannt,
dessen vorderes Ende durch eine Frontplatte
27 geschlossen
ist, die an dem Gehäuse durch
Schraubenbolzen
26 befestigt ist. Der Werkzeughalter umfasst
einen Zylinder
28 mit einer Bohrung, die den Schaft eines
Werkzeugein satzes
30 aufnehmen kann, wobei sich der Zylinder
im Radius an seinem hinteren Ende
32 vergrößert, um
die Kammer in dem Gehäuse
1 auszufüllen und
um den vorderen Bereich
16 des Schlagkörpers
12 und den Streifen
22 aufzunehmen.
Das hintere Ende
32 des Zylinders, das den Werkzeughalter
bildet, ist in die Kammer durch ein Paar von elastischen Dämpfungsringen
34 und
36 eingepasst,
von denen einer zwischen dem hinteren Ende
32 und der Frontplatte
27 des
Gehäuses
und der andere zwischen seinem hinteren Ende und dem Rest des Gehäuses angeordnet ist,
wodurch es dem Werkzeughalter ermöglicht wird, sich in einem
geringen Ausmaß in
axialer Richtung zu bewegen. Der dargestellte Werkzeugeinsatz ist die
Standardform des Werkzeugeinsatzes mit einem Paar von Halteausnehmungen
38 und
einem Paar von Nuten
40 für das Aufnehmen von Passkeilen,
um es dem Werkzeugeinsatz zu ermöglichen,
gedreht zu werden, wie etwa eine Form, die in der
DE-A-25 51 125 beschrieben
ist und unter der Bezeichnung "SDS Plus
®" vertrieben wird.
Der Werkzeugeinsatz wird in der Bohrung des Werkzeughalters
4 mittels
eines Verriegelungselementes oder mehrerer Verriegelungselemente
42 gehalten,
das (die) durch Öffnungen
44 in
dem Werkzeughalter radial nach außen bewegt werden kann (können), um
es dem Werkzeugeinsatz zu erlauben, eingesetzt und herausgenommen zu
werden, und das (die) radial nach innen in die dargestellte Stellung
bewegt und durch Mittel, die nicht dargestellt sind, in dieser Stellung
verriegelt werden kann (können),
um den Werkzeugeinsatz in dem Werkzeughalter zu halten, es ihm jedoch
zu erlauben, sich in begrenztem Ausmaß in axialer Richtung zu bewegen.
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Der
Zylinder 2 weist zwei Anordnungen von Entlüftungsöffnungen 46 und 48 in
seiner Seitenwand und ferner Öffnungen 50 in
seinem vorderen Ende auf. Weiterhin enthält der Zylinder 2 einen
elastischen Ring 52, der aus einem elastomeren Material gebildet
ist und gegen eine innere Schulter 54 des Zylinders durch
einen Haltering 56 an seinem Platz gehalten werden kann,
der wiederum durch den Sprengring 58 an seinem Platz gehalten
wird. Der Halte ring 56 ist so geformt, zum Beispiel mittels
einer Anzahl von Ausschnittsbereichen, dass er eine freie Bewegung
von Luft an ihm vorbei in der axialen Richtung erlaubt. Der Zwischenbereich 20 des
Schlagkörpers 12 weist
ein vorderes Ende 100, dass kegelstumpfförmig ausgebildet
ist, so dass es sich allmählich
im Durchmesser auf den Durchmesser des Zwischenbereiches vergrößert, und
einen eingeschnürten
Bereich 101 auf, dessen äußeres Profil im Allgemeinen
komplementär
zu dem Innenprofil des elastischen Rings 52 ist. Die Durchmesser
des eingeschnürten
Bereichs 101 des Schlagkörpers 12 und des elastischen
Rings 52 sind so ausgelegt, dass der elastische Ring sich
in radialer Richtung aufweiten muss, um über den kegelstumpfförmigen Teil 100 des Schlagkörpers in
den eingeschnürten
Bereich 101 gelangen zu können.
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Im
Betrieb veranlasst der Elektromotor den Kolben 6, sich
in dem Zylinder 2 hin- und herzubewegen. Während sich
der Schlagkörper 6 und
der Werkzeugeinsatz 30, wie in der Zeichnung dargestellt,
in ihren vordersten Stellungen befinden, veranlasst die Hin- und
Herbewegung des Kolbens 6 den Schlagkörper 12 nicht, sich
zu bewegen, weil die in dem Zylinder 2 vorhandene Luft
abgelassen oder über
die Entlüftungsöffnung 48 ergänzt wird.
Wenn der Werkzeugeinsatz 30 veranlasst wird, mit einem
Werkstück in
Eingriff zu kommen, bewegt sich der Werkzeugeinsatz nach hinten
(nach rechts, wie in der Zeichnung dargestellt) in Eingriff mit
dem vorderen Ende des Schlagkörpers 12 und
drückt
den Schlagkörper
nach hinten, um ihn von dem elastischen Ring 52 freizugeben,
bis die Entlüftungslöcher 48 durch
den hinteren Bereich des Schlagkörpers
blockiert sind. Der Schlagkörper 12 und
der Kolben sind dann durch ein Luftkissen zwischen ihnen gekoppelt,
so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens den Schlagkörper veranlasst,
auf das hintere Ende des Werkzeugeinsatzes 30 aufzutreffen
und den Werkzeugeinsatz veranlasst, auf das Werkstück aufzutreffen.
Während dieses
Vorgangs wird der von dem Werkstück
gebildete Staub durch den flexiblen Streifen 22, der das vordere
Ende des Luftkissenmechanismus abdichtet, daran gehindert, in den
Zylinder 2 einzutreten, wobei eine Bewegung des Schlagkörpers über die
gesamte Länge
seines Hubs erlaubt wird. Falls gewünscht, kann der Motor veranlassen,
einen Luftstrom in Vorwärtsrichtung über die Öffnungen 60 in
die Kammer und über
die Öffnungen 62 aus
der Kammer heraus erzeugen, um die Menge des Staubs in der Kammer zu
verringern.
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Wenn
der Werkzeugeinsatz auf das Werkstück trifft, bewirkt die Reflexion
des Schlages entlang des Werkzeugeinsatzes, dass die vorderen Enden 64 der
Haltenuten auf die vorderen Enden der Verriegelungselemente 42 auftreffen.
Die Verriegelungselemente 42 übertragen diesen Schlag auf
den Werkzeughalter 4 und somit auf den Körper 1 des Bohrhammers,
wobei jedoch der Schlag durch die Dämpfungsringe 36 und 34,
die wirksam sind, jegliche Schläge
zu dämpfen,
abgefedert wird.
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Wenn
sich der Schlagkörper 12 in
dem Zylinder 2 hin- und herbewegt, wird die Luft durch
die Entlüftungsöffnungen 46 in
der Seite des Zylinders und durch die Öffnungen 50 in der
Vorderseite des Zylinders gedrückt,
so dass der Luftdruck vor dem Schlagkörper 12 und in dem
Streifen 22 relativ konstant gehalten wird (zumindest verglichen
mit dem Luftdruck zwischen dem Kolben und dem Schlagkörper), so dass
die Bewegung des Schlagkörpers 12 nicht
behindert und der flexible Streifen 22 nicht beschädigt wird.
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Wenn
der Werkzeugeinsatz 30 von dem Werkstück abgenommen und gewünscht wird,
dass die Bohrhammerwirkung unterbrochen wird, trifft der Schlagkörper 12 auf
den Werkzeugeinsatz 30 und veranlasst ihn, sich in seine
vorderste Stellung zu bewegen, wie in der Zeichnung dargestellt.
Wenn der hintere Abschnitt 18 des Schlagkörpers an
den vorderen Entlüftungsöffnungen 46 vorbeigeführt wird, verhindert
der Schlagkörper
jegliches weiteres An- oder
Absaugen oder jegliches Ablassen von Luft durch die Entlüftungsöffnungen.
Zu etwa der gleichen Zeit berührt
das vordere Ende des kegelstumpfförmigen Bereiches 100 die
Rückseite
des elastischen Ringes 52 und bildet dadurch eine geschlossene Ringkammer 70,
die durch den Zwischenbereich 20 des Schlagkörpers, die
nach vorn weisende Fläche des
hinteren Bereiches 18 des Schlagkörpers, die Bohrung des Zylinders 2 in
dem Bereich des Zwischenbereiches des Schlagkörpers und die radial nach außen gerichtete
Fläche 72 des
elastischen Rings definiert wird. Wenn sich der Schlagkörper 12 weiter
in Vorwärtsrichtung
bewegt, wird der elastische Ring 52 veranlasst, den kegelstumpfförmigen Bereich
hochzugleiten und sich dadurch radial entgegen seiner elastischen
Federwirkung aufzuweiten. Diese radiale Aufweitung erzeugt einen
Widerstand gegen die weitere Vorwärtsbewegung des Schlagkörpers 12.
Weiterhin verringert sich das Volumen der Ringkammer 70 durch
die Vorwärtsbewegung des
Schlagkörpers 12,
und der Druck in der Ringkammer erhöht sich. Der Druck in den Bereichen
vor dem elastischen Ring 52 und in seiner Mitte bleibt
jedoch im Allgemeinen unverändert,
da die Luft durch die Öffnungen 50 in
den Bereich vor dem Zylinder, der durch den Streifen 22 umschlossen
ist, entweichen kann. Die Druckdifferenz zwischen der Ringkammer 70 und
dem Bereich zu der Mitte des elastischen Ringes 52 hin
veranlasst somit den Ring 52, eine zusätzliche, radial nach innen
gerichtete Kraft auf den Schlagkörper
auszuüben,
die die durch die Federwirkung des Ringes verursachte Kraft verstärkt und
den elastischen Ring beim Stoppen des Schlagkörpers unterstützt. Wenn
sich der Schlagkörper 12 weiter
nach vorn bewegt, bewegt sich der elastische Ring 52 über die
ringförmige
Rippe 102, die den kegelstumpfförmigen Bereich 100 von
der Einschnürung 101 trennt,
passt sich in die Einschnürung 101 ein,
wie in der Zeichnung dargestellt, und hält den Schlagkörper in
seiner Stellung. Eine kleine Entlüftungsöffnung 74 ist vorgesehen,
um es der Luft zu erlauben, aus der Kammer 70 zu entweichen,
nachdem der Schlagkörper 12 zum
Anschlag gekommen ist und er somit als Dämpfungsmechanismus wirkt, so dass
der Schlagkörper
durch den Luftdruck in der Kammer 70 nicht nach hinten
aus seiner Stellung gedrückt
wird.