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Die vorliegende Erfindung betrifft tragbare Schlagmaschinen jener Art, die ein Gehäuse mit
einem Zylinder darin umfassen, in welchem ein hin- und hergehender Antriebskolben über einen,
in einer Arbeitskammer befindlichen Gaspolster wiederholt einen Hammerkolben antreibt, um auf
den Hals eines vom Gehäuse getragenen Werkzeuges zu schlagen, und in welchem der Hammerkolben
bei Leerschlägen zum unteren Ende des Zylinders bis hinter Öffnungen in der Zylinderwand
verlagert wird, durch welche der Gaspolster entlassen wird, um den Hammerkolben zu
inaktivieren.
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Beispiele für solche Schlagmaschinen sind beispielsweise in den Dokumenten DE-A-2 158 503
und FR-A-2 546 802 angegeben.
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Schlagmaschinen der oben genannten Art werden üblicherweise mit der Hand gehalten und,
angetrieben von einem geeigneten Motor, primär zum Meißeln oder Bohren verwendet. Insbesonders im
höheren Kraftbereich solcher Werkzeuge, geeignet beispielsweise zum Brechen, wird das Problem
hervorgehoben, daß der Hammerkolben, wenn das Werkzeug während des Betriebes mit voller
Leistung unerwartet plötzlich von dem bearbeiteten Objekt zur Seite rutscht oder auf einen Riß
im bearbeiteten Objekt trifft, plötzlich einen so starken Leerschlag macht, daß ein
metallischer Zusammenstoß mit dem unteren Ende mit entsprechender Beschädigungsgefahr auftreten
kann. Die bei der Ausführung von Druckluftbrecharbeiten erzeugte übermäßige Wärme schwächt
die Dichtung des Hammerkolbens und ein leckender oder abgenützter Kolbenring verschlimmert
die schädliche Wirkung von energiereichen Leerschlägen.
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Es ist ein Ziel der Erfindung bei Schlagmaschinen obiger Art sicherzustellen, daß die den
Leerschlägen folgenden Beschädigungen vermieden werden und daß die Bewegungsenergie des
Hammerkolbens erfolgreich kontrolliert wird, unabhängig davon, ob während der Ausführung von
Arbeiten unterschiedlicher Art plötzlich ein Leerschlag auftritt. Diese Ziele werden durch
die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 erreicht.
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Im wesentlichen reagiert die erfindungsgemäße Schlagmaschine auf Leerschläge durch
pneumatisches-Einfangen des Hammerkolbens in einer Bremskammer am unteren Ende ihres Zylinders,
während die Bremswirkung mit einem gleichzeitigen elastischen Nachgeben des unteren Endes in
Antwort auf den Aufbau des Bremsdruckes kombiniert wird. Ein metallischer Zusammenstoß wird
dadurch in flexibler Weise vermieden und dem wird ferner durch die Steuerung des Druckes in
der Bremskammer über Drosselöffnungen entgegengewirkt, welche als ein Ergebnis des Nachgebens
geöffnet werden.
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In den beiden oben genannten, für den Stand der Technik repräsentativen Dokumenten hat der
Hammerkolbenzylinder ein fix integriertes unteres Ende, das die Möglichkeit einer elastischen
Reaktion des unteren Endes auf den Aufbau des Bremsdruckes ausschließt. Die
Recherche-Druckschrift
DE-A-3 515 244 hat ebenfalls ein axial bewegliches, einstückiges unteres Zylinderende
und der Zylinder unterliegt metallischen Schlägen durch den Hammerkolben für den richtigen
Betrieb bei Leerschlägen. Dies steht im Widerspruch zum Ziel der vorliegenden Erfindung.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die angeschlossenen Zeichnungen mehr im Detail
beschrieben. In diesen zeigt Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine die Erfindung
verkörpernde Schlagmaschine, bei der der Hammerkolben in der in aktiven Stellung gezeigt ist. Fig. 2
zeigt eine korrespondierende Ansicht mit dem Hammerkolben in der Leerlauf- oder
Werkzeuganbringstellung. Fig. 3A ist ein vergrößerter Schnitt des hinteren Teiles des Schlagmotors in
Fig. 2. Fig. 3B zeigt, als Fortsetzung der Fig. 3A, eine korrespondierende Ansicht des
vorderen Teiles des Schlagmotors. Fig. 4 ist ein etwas vergrößerter Querschnitt auf der Unie 4-4
in Fig. 3B. Fig. 5 entspricht der Fig. 3B, zeigt aber den Hammerkolben während eines
Leerschlages.
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Die Schlagmaschine umfaßt ein handgehaltenes Maschinengehäuse 10 mit einem Zylinder 11, in
welchem ein, vorzugsweise als Differentialkolben ausgebildeter Hammerkolben 15 verschiebbar
geführt und durch einen den Kolbenkopf 14 umgebenden Kolbenring 16 abgedichtet ist. Die
Kolbenstange 13 ist durch das untere Ende oder die Kolbenführung 12 verschiebbar und dichtend
hindurchgeführt und liefert die Schläge gegen den Hals 17 eines Werkzeuges 20, z.B. eines
Schrämm-Meißels, Meißels, Stampfers oder Bohrers, welches mittels eines Kragens 21 axial
gegen eine Werkzeughülse 19 anliegt und in dieser verschiebbar geführt ist. Die Hülse 19 ist
ihrerseits im vorderen Ende 18 des Gehäuses 10 axial verschiebbar geführt und ist, wenn die
Arbeit es erfordert, durch den gleitenden Kontakt einer an ihr vorgesehenen ebenen Fläche mit
einem abgeflachten Querstift 38 im Ende 18 am Verdrehen gehindert. In der Arbeitsstellung von
Fig. 2 stößt die Hülse 19 gegen einen Distanzring 27. Eine Rückprallfeder 23 ist zwischen
einer Schulter 24 am unteren Ende 12 und dem Distanzring 27 vorgespannt und drückt letzteren
auf eine innere Schulter 28 im vorderen Ende 18 (Fig. 3B). Die Vorkompression der
vorzugsweise schraubenförmigen Feder 23 ist derart, daß sie das Gewicht der Maschine ausgleicht, wenn
diese am Werkzeug 20 stehend gehalten wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Wird die Maschine
aus dieser Stellung angehoben, so sinkt die Werkzeughülse 19 in eine inaktive Stellung
hinunter gegen eine Widerlagerschulter 29 im vorderen Ende 18, während sich die Sinkbewegung des
Werkzeuges 20 fortsetzt und durch den, vom Anschlaghebel 51 angehaltenen Kragen 21 gestoppt
wird, Fig. 1. Gleichzeitig damit sinkt der Hammerkolben 15 hinunter und nimmt seine inaktive
Stellung im vordersten Teil des Zylinders 11 ein.
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Das Gehäuse 10 umfaßt einen Motor, nicht dargestellt, welcher abhängig vom Verwendungszweck
ein Verbrennungsmotor, ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor sein kann. Der Motor treibt
eine Welle 32 an und ein Zahnrad 33 auf dieser steht im Eingriff, um eine im oberen Teil des
Maschinengehäuses 10 gelagerten Kurbelwelle 34 zu drehen. Der Kurbelzapfen 35 der Kurbelwelle
34 wird von kreisförmigen Endstücken 36,37 getragen, von denen eines als Zahnrad 36
ausgebildet ist, welches vom Zahnrad 33 angetrieben wird. Ein Antriebskolben 40 ist im Zylinder 11
verschiebbar geführt und gegenüber diesem, ähnlich einem Verdichterkolben, durch einen
Kolbenring 41 abgedichtet. Ein Kolbenbolzen 42 im Antriebskolben 40 ist mit dem Kurbelzapfen 35
über eine Pleuelstange 43 schwenkbar verbunden. Zwischen dem Antriebskolben 40 und dem
Hammerkolbenkopf 14 bildet der Zylinder 11 eine Arbeitskammer 44, in der ein Gaspolster die
Bewegung des Antriebskolbens 40 auf den Hammerkolben 15 überträgt.
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Der Hammerkolbenkopf 14 besitzt eine ringförmige Umfangsnut 72, Fig. 3A welche den
ungeteilten und aus verschleißfesten Kunststoffmaterial, wie z.B. glasfaserverstärktem PTFE
(Polytetrafluorethen), bestehenden Kolbenring 16 trägt, welcher gegen die Wand des Zylinders 11 vor
dem Antriebskolben 40 verschiebbar abdichtet. Der Kolbenring 16 ist gegen den Kolbenkopf 14
durch einen O-Ring aus vorzugsweise hitzebeständigem Gummi abgedichtet, welcher den
Zwischenraum dazwischen dichtend ausfüllt Als eine Alternative kann der Kolbenkopf 14 so bearbeitet
sein, daß er einen dichtenden und gleitenden Sitz im Zylinder 11 hat, in welchem Fall der
Kolbenring 16 und die Nut 27 weggelassen werden.
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Die Maschine umfaßt einen Mantel 52, dessen Innenraum in geeigneter Weise mit der
Umgebungsluft in einer Weise verbunden ist, die den Eintritt von Schmutz verhindert. Der Gaspolster in
der Arbeitskammer 44 überträgt mittels abwechselndem Druckanstieg und Vakuum, d.i. durch
Luftfederwirkung die hin- und hergehende Bewegung des Antriebskolbens 40 in Phase mit dem vom
Motor und Kurbelmechanismus erzeugten Antrieb auf den Hammerkolben 15. Die Arbeitskammer 44
steht mit dem Inneren der Maschine durch die Wand des Zylinders 11 über Primäröffnungen 45
und Sekundäröffnungen 46, Fig. 3A, in Verbindung. Diese Öffnungen 45,46 sind in zwei axial im
Abstand voneinander angeordneten, zur Achse des Zylinders 11 senkrechten Ebenen über den
Umfang gleichmäßig verteilt. Die Gesamtfläche der Primäröffnungen 45 ist für den
Leerlaufbetrieb der Maschine und für ihren Übergang vom Leerlauf zum Schlagen wichtig. Die
Sekundäröffnungen 46 haben nur eine Belüftungswirkung und ihre Gesamtfläche ist größer, z.B. das
Doppelte der Primärflächen, vergl. Fig. 1. Zusätzlich ist in der Zylinderwand eine Steueröffnung 53
zwischen dem unteren Umkehrpunkt des Antriebskolbens 40 und den Primäröffnungen 45
vorgesehen. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, ist der Dichtabschnitt des Hammerkolbenkopfes 14, d.i. im
dargestellten Beispiel der Kolbenring 16, in seiner Leerlaufstellung zwischen den Primär- und
Sekundäröffnungen 45,46 angeordnet. Die gesamte Ventilationsfläche der Öffnung 53 und der
Primäröffnungen 45 und der Abstand letzterer zum Kolbenring 16 sind berechnet und so gewählt,
daß der Hammerkolben 15 in seiner oben genannten Leerlaufstellung in Ruhe ohne Abgabe von
Schlägen aufrechterhalten wird, während das darüberliegende Gasvolumen während des Hin- und
Hergehens des Antriebskolbens 40 unabhängig von seiner Frequenz und der Motordrehzahl frei
durch die Öffnungen 45 und die Öffnung 53 ventiliert.
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Am Beginn der Arbeit richtet die Bedienungsperson die Maschine mit laufendem oder stehendem
Motor mittels geeigneter, nicht gezelgter Handgriffe so, daß der Angriffspunkt an der
Arbeitsfläche vom Werkzeug 20 berührt wird, wodurch das Gehäuse 10 nach vorne gleitet und der
Distanzring 27 der Rückprallfeder 23 an der Werkzeughülse 19 anstößt (Fig. 2). Die
Bedienungsperson
wählt die geeignete Drehzahl aus oder startet den Motor mit der geeigneten Drehzahl
und bringt dann die geeignete Vorschubkraft auf die Maschine auf. Als Ergebnis wird die
Rückprallfeder 23, deren Vorkompression ausreichend stark gewählt werden mußte, um das Gewicht
der Maschine in ihrer Stellung gemäß Fig. 2 auszugleichen, weiter zusammengedrückt,
beispielsweise um den in Fig. 3B angegebenen Abstand S. Der Hammerkolbenkopf 14 wird zu den
Primäröffnungen 45 verlagert und die Belüftungszustände in der Arbeitskammer 44 werden so geändert,
daß ein Vakuum entsteht, das zu Beginn den Hammerkolben 15 beim Zurückziehen des
Antriebskolbens 40 ansaugt. Der Sog bewirkt gleichzeitig, daß eine komplementäre Gasmenge in die
Arbeitskammer 44 durch die Steueröffnung 53 eintritt, sodaß ein Gaspolster unter geeignetem
Überdruck während des folgenden Vorschubes des Antriebskolbens 40 in der Lage ist, den
Hammerkolben 15 zu beschleunigen, um auf den Werkzeughals 17 zu schlagen. Der während der normalen
Arbeit nach jedem Schlag resultierende Rückschlag des Hammerkolbens 15 trägt dann dazu bei
seine Rückkehr vom Werkzeug 20 sicherzustellen. Daher geht die schlagende Betriebsweise auch
dann weiter, wenn die Vorschubkraft verringert wird und nur das Gewicht der Maschine am
Werkzeug 20 ausgeglichen wird. Die Steueröffnung 53 ist so kalibriert und relativ zum unteren
Umkehrpunkt des Antriebskolbens 40 und zu den Primäröffnungen 45 so angeordnet, daß der
Gasstrom in die und aus der Steueröffnung 53 im Arbeitstakt mit den Bewegungen des
Antriebskolbens 40 in der Arbeitskammer 44 die gewünschte richtige Größe und den gewünschten richtigen
Wechsel der Niveaus von Überdruck und Vakuum aufrechterhalten, um eine korrekte sich
wiedemolende Lieferung von Schlägen sicherzustellen. Größe und Position der Steueröffnung 53
und/oder einer erhöhten Anzahl von solchen Öffnungen beeinflußt die Kraft der abgegebenen
Schläge stark. Die Sekundäröffnungen 46 ventilieren und gleichen den Druck im Volumen
unterhalb des Kolbenkopfes aus, sodaß der Hammerkolben 15 sich ohne Behinderung beim Abgeben der
Schläge bewegen kann.
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Um in die Leerlaufstellung in Fig. 2 mit hin- und hergehendem Antriebskolben 40 und
unbeweglichem Hammerkolben 15 zurückzukehren, muß die Bedienungsperson die Schlagmaschine ein kurzes
Stück vom Werkzeug 20 anheben, sodaß sich der Hals 17 gegenüber dem Hammerkolben 15 plötzlich
absenkt und letzteren veranlaßt einen Leerschlag ohne Rückschlag auszuführen. Als Ergebnis
nimmt der Hammerkolben 15 die inaktive Stellung von Fig. 1 ein, die Sekundäröffnungen
belüften die Oberseite des Hammerkolbens 15 und das Schlagen endet, trotz der fortlaufenden Arbeit
des Antriebskolbens 40. Diese Betriebsweise wird auch dann aufrechterhalten, wenn die
Maschine in ihre ausgeglichene Stellung gemäß Fig. 2, mit dem Hammerkolbenkopf 14 in der
Leerlaufstellung zwischen den Öffnungen 45,46 zurückkehrt.
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Unter den Sekundäröffnungen 46 bildet der Zylinder 11 eine Bremskammer 47 für den
Hammerkolbenkopf 14. Die Kammer 47 fängt den Hammerkolben 15 in Antwort auf die Leerschläge
pneumatisch ab. Schläge im Hohlraum werden oft so vehement ausgeführt, daß die Dämpfungswirkung der
Bremskammer 47 unzureichend oder die Kammer 47 überhitzt werden würde. Um diesen Effekten zu
begegnen und gefährliche metallische Bodenschläge zu vermeiden, ist das untere Ende 12 des
Zylinders 11 in Schlagrichtung gegen der Wirkung von elastischen Mitteln elastisch
abgestützt, welche von einer Rückprallfeder 23 gebildet werden, auf der das untere Ende 12
mittels eines auf diesem ausgebildeten Kolbenkopfes 61 aufliegt und durch die Rückprallfeder 23
gegen eine innere ringförmige Schulter 22 am Zylinder 11 gehalten wird. Durch geeignet
angeordnete Dichtringe ist das untere Ende 12 gegen den Zylinder 11 verschiebbar abgedichtet,
wobei der Kolbenkopf 61 in einer am vorderen Ende des Zylinders 11 ausgebildeten
Zylinderkammer 60 aufgenommen ist.
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Wenn bei einem Leerschlag der Dämpfungsdruck in der Bremskammer 47 ansteigt, wird das untere
Ende 12 elastisch nach unten verlagert, Fig. 5, und öffnet, ähnlich der Wirkung eines
Rückschlagventiles, in einem ringförmig nach außen gerichteten Kragen 76 am Zylinder 11
vorgesehene Drosselöffnungen 48.
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Die Drosselöffnungen 48 sind weniger als die Sekundäröffnungen 46, bei gleicher Größe
beispielsweise etwa im Verhältnis 4 zu 12, und die sich ergebende Drosselwirkung, welche zu
Beginn mit der steigenden Größe des Zwischenraumes, der durch den umfänglich etwas
verringerten oder schrägen Rand 80 des unteren Endes 12 freigegeben wird, einen ansteigenden Gasstrom
bei steigender Federkompression ermöglicht, hält schließlich den Hammerkolben 15 an, sodaß
eine Drucküberhitzung und metallische Zusammenstöße vermieden werden. Der Rückschlagventil-
Rückschnellvorgang des unteren Endes 12 verschließt die Öffnungen 48 gegen einen Gasrückstrom
und der Hammerkolben 15 wird in der Bremskammer 47 gefangen gehalten, bis der darin erzeugte
Vakuumzustand durch das Aufwärtsdrücken des Werkzeuges 20 gegen den Hammerkolben 15 durch das
Aufbringen des Maschinengewichtes und einer geeigneten Vorschubkraft überwunden werden kann.
Die federnde Abwärtsbewegung des unteren Endes 12 wird ferner durch das Vakuum getrennt,
welches in der Zylinderkammer 60 über dem Kolbenkopf 61 erzeugt wird. Bei fortgesetzter
Bewegung wird eventuell ein radialer Durchgang 79 im unteren Ende 12 zur Zylinderkammer 60
geöffnet, um diese mit Gas zu füllen, und so gefüllt wirkt die Kammer 60 zum Brennen der federnden
Rückkehrbewegung, indem sie das untere Ende 12 sanft in seine ursprüngliche Stellung
zurückbewegt.
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Der Kragen 76 besitzt eine Ringnut 78, die mit den Öffnungen 48 ausgerichtet ist und in der
sich ein O-Ring 49 abstützt. Der O-Ring 49 deckt die Drosselöffnungen 48 ab und wirkt als ein
Rückschlagventil mit einem schnelleren Ansprechen des Ventiles, als dies durch das untere
Ende 12 vorgesehen ist. Der Ring 49 ist daher in der Lage sofort den Rückstrom von Gas und
auch das Einströmen von Öl in die Bremskammer 47 zu verhindern. Am unteren Ende ist nämlich
innerhalb des Mantels 52, unter dem Kragen 76, um den Zylinder 11 herum, Fig. 5, eine
nachfüllbare, kleinere Ölkammer vorgesehen mit einem Zwischenraum 77 rund um den Kragen 76 auf
Höhe des O-Ringes 49, wobei es dieser Zwischenraum 77 dem Öl ermöglicht durchzusickern oder
während der Handhabung der Maschine von der Kammer 75 entlang der Wände innerhalb des Mantels
52 hoch zu Spritzen. Dadurch bewirkt die Gasventilation vom Mantel 52 durch die Öffnungen
45,46 und die Öffnung 53, daß der Innenraum des Zylinders 11 durch angesaugte, in der Luft
schwebende Öltröpfchen geschmiert gehalten wird.
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Ein Endanschlag 30 ist auf einer Hülse 25 vorgesehen, die um die Hammerkolbenstange 13 herum
innerhalb der Rückprallfeder 23 angeordnet ist, Fig. 5. Am anderen Ende 26 ist die Hülse 25
mit dem unteren Ende 12 verbunden. Beim maximalen elastischen Nachgeben des unteren Endes 12
unter Kompression der Feder 23 stößt der Endanschlag 30 gegen den Distanzring 27 an. Eine
solche extreme Bremsposition kann, durch geeignete Wahl der Länge der Hülse 25, den
Ventilabschnitt 80 des unteren Endes 12 bis gut unterhalb der Drosselöffnungen 48 bringen, wobei der
Hammerkolbenring 16 hinter ihnen das in der Bremskammer 47 zwischen dem Hammerkolbenkopf 14
und dem unteren Ende 12 verbleibende Volumen vollständig abschließt, um ein beschädigendes
Zusammenstoßen zwischen diesen letztlich zu verhindern. Es wird jedoch bevorzugt die
Leerschläge hauptsächlich oder alleine durch das Drosseln über die Öffnungen 48 zu kontrollieren,
um die Druckerhitzung zu verringern. Offensichtlich kann die Hülse 25, falls nötig, anders
herum am Distanzring 27 angebracht werden und so wirken, daß der Endanschlag 30 am Ende
seiner nachgebenden Bewegung gegen das untere Ende 12 stößt.
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Die Verwendung des beschriebenen elastisch nachgebenden unteren Endes 12, welches die
Fähigkeit besitzt als ein Rückschlagventil zu funktionieren, ist nicht auf die oben erläuterte
Konstruktion von Schlagmaschinen begrenzt. sondern kann vorteilhafterweise zum Neutralisieren
der Leerschläge auch in Verbindung mit anderen Maschinenwerkzeugen verwendet werden, welche
Schlagmotoren enthalten, die auf der Anwendung obigen konventionellen
Luftfederantriebsprinzipes als solches basieren.