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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 davon zurückzukehren, wobei
der Zylinder mit Primäröffnungen für den Durchtritt von Gas zu und von der Arbeitskammer
versehen ist, welche Primäröffnungen beim Schlagen zum Lüften der Arbeitskammer oberhalb von
am Hammerkolben vorgesehenen Dichtmitteln geöffnet werden, wobei der Zylinder ferner mit
Sekundäröffnungen zum Lüften einer unterhalb des Hammerkolbens während seiner Rückkehr
definierten Kammer versehen ist.
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In bekannten Ausführungsformen, eine von ihnen ist im Dokument GB-A-2 145 959 erläutert und
repräsentiert den am nächsten kommenden Stand der Technik, sind diese Maschinen der
Unbequemlichkeit unterworfen, daß der Schlagmotor der Maschine zu stampfen beginnt, sobald das
Werkzeug auf die zu bearbeitende Fläche aufgesetzt wird. Dies bedeutet, daß das anfängliche
Ansetzen oder Zielen von der allerersten Berührung mit der Arbeitsfläche unter Schlagwirkung
erfolgen muß und je nach Motortyp oft bei voller Motordrehzahl, d.h. bei voller Schlagenergie, was
es schwer macht das Werkzeug genau an dem anvisierten Arbeitspunkt zu halten und auch die
Bedienungsperson Verletzungen als Folge vom Rückstoß und von fehlgerichteten Schlägen
aussetzt.
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Es ist ein Ziel der Erfindung sicherzustellen, daß die Maschine unter korrekt ausgeführtem
Ansetzen im wesentlichen risikolos auf den gewünschten Arbeitspunkt gerichtet und auf diesem
gehalten werden kann, während sie von der Bedienungsperson von Null auf volle Schlagleistung
gebracht wird. Gleichzeitig soll die Bedienungsperson während der Arbeit die Möglichkeit
haben, die Schlagmaschine selektiv an der für die fortlaufende Arbeit notwendig
erscheinenden, speziellen Drehzahl, d.h. Schlagenergie, von der Leerlaufstellung zur Schlagarbeit zu
bringen. Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und der
anschließenden Ansprüche erreicht.
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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 inaktiven Stellung gezeigt ist. Fig. 2
zeigt eine korrespondierende Ansicht mit dem Hammerkolben in der Ruhe- oder
Werkzeuganbringstellung. Fig. 3A ist ein vergrößerter Schnitt des oberen Teiles des Schlagmotors in Fig. 2
mit dem Zusatz von wahlweisen Steuermitteln zum Setzen der Schlagenergie. Fig. 3B zeigt, als
Fortsetzung der Fig. 3A, eine korrespondierende Ansicht des unteren Teiles des Schlagmotors.
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Fig. 4, 5 und 6 zeigen Querschnitte des Zylinders der Schlagmaschine entlang den
entsprechenden Linien 4-4, 5-5 und 6-6 in Fig. 1. Fig. 7 entspricht der Fig. 3A, zeigt aber den
Hammerkolben in der inaktiven Stellung von Fig. 1 nach einem Leerschlag.
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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 gleitend en 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 und 7). 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 gelagerte 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, welch es 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 (Viton, TM) 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, die hin- und
hergehende Bewegung des Antriebskolbens 40 in Phase mit dem vom Motor und Kurbelmechanismus
erzeugten Antrieb. Die Arbeitskammer 44 steht mit dem Inneren der Maschine durch die Wand des
Zylinders 11 über Primäröffnungen 45, Fig. 4, und Sekundäröffnungen 46, Fig. 5, 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 wie aus Fig. 4, 5 zu
ersehen. 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 50 gewählt, daß der Hammerkolben 15 in
seiner oben genannten Ruhestellung 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 45,53
ventiiert.
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Am Beginn der Arbeit richtet die Bedienungsperson die Maschine mit laufendem oder stehendem
Motor mittels geeigneter, nicht gezeigter 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. 38 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
wiederholende Abgabe 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 Ruhestellung 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
Ruhestellung 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. 7, und öffnet, ähnlich der Wirkung eines
Rückschlagventiles,
in einem ringförmig nach außen gerichteten Kragen 76 am Zylinder 11
vorgesehene Drosselöffnungen 48. 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, zufolge der steigenden Größe des durch den Rand 80 des unteren
Endes 12 freigegebenen Zwischenraumes, 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.
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Die federnde Abwärtsbewegung des unteren Endes 12 wird ferner durch das Vakuum gebremst,
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 Bremsen 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 den Wänden 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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Durch Änderung der, die bei der Arbeit erzielbare maximale Schlagkraft definierenden
Steueröffnungsfläche, Aufteilen der Fläche auf eine Vielzahl von Öffnungen und schrittweises
Abdecken einer ausgewählten Anzahl von diesen Öffnungen kann die Schlagkraft für
unterschiedliche Arten von Arbeit geeignet eingestellt werden. Fig. 3A zeigt eine Ausführungsform mit
einem Steuermittel, wie z.B. einer Gewindestellspindel 74, welche in einer vorspringenden
Stellung mit ihrer Spitze zum Schließen einer einzelnen Steueröffnung 53 eingestellt ist.
Eine axial verlaufende und dann nach außen abzweigende Durchgangspassage 73 in der
Spindelspitze verbindet die Arbeitskammer 44 mit dem Inneren des Mantels und definiert eine
verringerte Steuerfläche, welche unter anderem zum Brechen und ähnlich schwerer Arbeit geeignet
ist. Wird eine geringere Schlagkraft benötigt, beispielsweise zum Bohren, so wird die
Stellspindel 74 geöffnet, um die volle Fläche der Öffnung 53 freizugeben, wodruch der erzielbare
Antriebsdruck in der Arbeitskammer 44 und damit die Schlagkraft verringert wird.
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Wichtig für eine sichere Rückkehrfunktion ist es, daß die Primäröffnungen 45 im Moment des
Schlages freigelegt sind. Um dies sicherzustellen ist im Gehäuse 10 ein Endanschlag 30
vorgesehen, um den Bereich zu beschränken, in welchem der Werkzeughals 17 wiederholten Schlägen
ausgesetzt ist. Dieser Bereich erstreckt sich von der beginnenden Verlagerung des
Distanzringes 27 durch den Hals 17, Fig. 3B, d.h. wenn die Rückprallfeder 23 zufolge des Aufbringens
einer Vorschubkraft beginnt durch diesen Distanzring 27 zusammengedrückt zu werden, und setzt
sich fort nach hinten bis der Distanzring 27 gegen den Endanschlag 30 anstößt. Dieser
Endanschlag 30 wird von einem Ende einer Hülse 25 gebildet, die um die Hammerkolbenstange 13 herum
innerhalb der Rückprallfeder 23 angeordnet ist. Das andere Ende 26 der Hülse 25 ist mit dem
Gehäuse 10 verbunden, im dargestellten Beispiel ist es am unteren Ende 12 angebracht. Beim
maximalen Zusammendrücken der Feder 23 wird der Distanzring 27 druch den Endanschlag 30
festgehalten, sodaß ein weiteres Zusammendrücken verhindert wird. In dieser Stellung sind die
Primäröffnungen 45 noch offen zur Gasventilation über der Dichtfläche oder dem Kolbenring 16
am Hammerkolbenkopf 14. Zufolge des so begrenzten Schlagbereiches ist der Kolbenring 16 zum
Zeitpunkt des Schlages immer durch Zylinderwandabschnitte umgeben, die frei von
Durchgangsöffnungen sind, die unerwünschte Deformationen des Kolbenringes 16 verursachen könnten.
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Der Distanzring 27 sollte durch einen niedrigeren Ring ersetzt werden, wenn die
Schlagmaschine mit Werkzeugen betrieben werden soll, die einen kürzeren standardisierten Halsabschnitt
besitzen. Ferner kann die Hülse 25, wenn nötig, anders herum montiert am Distanzring 27
befestigt werden und so betrieben werden, daß sie mit dem Endanschlag 30 in Anlage am unteren
Ende 12 (Kolbenkopf 61) ohne verringerte Sicherheit stoppt.
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Die Schlagmaschine kann konstruktiv verändert werden, insbesonders für Bohrarbeiten, indem
dem Maschinengehäuse 10 konventionelle Mittel zum Drehen des Werkzeuges 20 über ein durch die
Welle 32 angetriebenes Getriebe zugeordnet werden. Üblicherweise sind dann
Luftkompressionsmittel oder eine Wasserzufuhr inkludiert, um Spülmittel zu den Bohrkanten zu liefern.