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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Ventilanordnung in druckluftbetriebenen Schlagmotoren,
bestehend aus einem Werkzeuggehäuse mit einem Zylinder und
einer mit diesem verbundenen Bohrung, einem Ventilgehäuse,
das in der Bohrung angebracht ist und eine Ventilscheibe
abstützt, die in dem Ventilgehäuse zwischen einem vorderen
Ventilsitz und einem hinteren Ventilsitz bewegbar ist,
wobei der hintere Ventilsitz mit dem Ende des Zylinders, das
von der Bohrung distal angeordnet ist, durch im
Werkzeuggehäuse vorgesehene Kanäle verbunden ist und der vordere
Ventilsitz zum Zylinder an einer an die Bohrung
angrenzenden Stelle offen ist, wobei Druckluft dem Raum zwischen den
Ventilsitzen durch einen Zuführkanal zugeführt wird, der
seitlich in die Bohrung einmündet, und wobei ein
Schlagkolben abdichtend für eine hin- und hergehende Bewegung im
Zylinder infolge einer Bewegung der Ventilscheibe und des
Schlagkolbens geführt ist und diese Bewegung durch die
Wechselwirkung von Druckluft auf beiden Seiten des
Schlagkolbens und der nachfolgenden Freigabe von Luft durch
Luftablaßöffnungen in einem mittleren Teil des Zylinders
gesteuert wird.
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Wie z. B. in der UK-Patentanmeldung GB 2 018 904 dargestellt
ist, bestehen Ventilanordnungen dieser Art normalerweise
aus Metallbauteilen, die eine Präzisionsanfertigung
erfordern und im zusammengebauten Zustand genau zueinander
passen müssen, d. h. abhängig sind von zeitaufwendigen und
teuren maschinellen Bearbeitungsprozessen. Ein anderer
Nachteil besteht darin, daß im Falle handgeführter
Werkzeuge die Metallbauteile bewirken, daß die Werkzeuge
verhältnismäßig schwer und unbequem für den Benutzer sind und
auch dazu neigen, Rostprobleme zu verursachen, nachdem das
Werkzeug über einen längeren Zeitraum benutzt worden ist.
Des weiteren haben herkömmliche Ventilgehäusebauteile eine
Form, die es nicht möglich macht, daß die Bauteile ohne
weiteres konstruktiv in der Praxis gegen Bauteile
ausgetauscht werden können, die leichter an Gewicht und aus
korrosionsbeständigem Material hergestellt sind. Die
herkömmlichen Ventilgehäuseteile können auch kleine Bauteile
enthalten, die es ebenfalls schwierig machen, daß ein
solcher Austausch in der Praxis erreicht wird.
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US-A-4 446 773 beschreibt eine Ventilanordnung wie im
Oberbegriff des Anspruchs 1 und umfaßt insbesondere ein aus
Kunststoffmaterial hergestelltes Ventilgehäuse.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
Ventilanordnungen oder -einheiten der oben angegebenen Art zu
schaffen, bei denen die oben erwähnten Nachteile in bezug
auf Gewicht, Kosten und Haltbarkeit beseitigt sind, und
dabei dem Ventilgehäuse eine Form zu geben, die es
ermöglicht, daß das Gehäuse in herkömmlicher Weise aus
Kunststoffmaterial hergestellt werden kann, um es so zu
ermöglichen, daß das Gehäuse unmittelbar zusammengebaut und
montiert wird, ohne daß es nötig ist, die Gehäusebauteile
maschinell auf ein präzises Finish hin zu bearbeiten,
wodurch die Kosten des Ventilgehäuses gesenkt werden. Eine
weitere Aufgabe besteht darin, das Ventilgehäuse so
auszubilden, daß die Luftströmung zu den Ventilsitzen im
Gehäuseinneren zweckmäßig in einer Weise kalibriert werden
kann, daß die hin- und hergehende Bewegung des
Schlagbrechwerkzeugs optimiert wird. Diese Aufgaben werden mit
einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung erreicht, die die
in den nachfolgenden Ansprüchen aufgeführten
kennzeichnenden Merkmale aufweist.
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Die vorliegende Erfindung wird nun im einzelnen unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in
denen Fig. 1 ein teilweise abgebrochener Längsschnitt eines
Schlagbrechwerkzeugs ist, das bei dem dargestellten
Beispiel ein Druckluft-Pickhammer ist, ausgerüstet mit einer
erfindungsgemäßen Ventilanordnung, Fig. 2 ein Schnitt nach
der Linie 2-2 in Fig. 1 ist, die Fig. 3A-3D Querschnitte
sind, die die vier Bauteile veranschaulichen, die die
Ventilanordnung nach Fig. 1 bilden, wobei diese Bauteile in
einer leicht vergrößerten Explosivdarstellung gezeigt sind
und wobei Fig. 3A das Ventilgehäuse, Fig. 3B die
Ventilscheibe, Fig. 3C das Deckelteil und Fig. 3D den Haltering
zeigt, Fig. 4 den Anschlagring nach Fig. 3D von oben zeigt,
Fig. 5 ein Schnitt des Ventilgehäuses nach der Linie 5-5 in
Fig. 3A ist, und Fig. 6 ein Schnitt entsprechend dem
mittleren Teil des in Fig. 2 gezeigten Schnittes ist und
das Ventilgehäuse mit einem abgewandelten Deckelteil
veranschaulicht.
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Der in Fig. 1 gezeigte Druckluft-Pickhammer umfaßt ein
Werkzeuggehäuse 11, das ein mit einem Griffteil 18
versehenes hinteres Teil 12 und ein vorderes Teil 13 aufweist,
wobei diese Bauteile in dem Werkzeugzwischengehäuse 11
miteinander fluchtend entlang der Mittelachse 15 eines im
Werkzeuggehäuse 11 angebrachten Zylinders 20 gehalten sind.
Der Zylinder 20 erstreckt sich nach hinten über eine
Ringschulter 21 in eine vergrößerte Bohrung 23 und nach vorn in
eine vordere Bohrung 25. Die Bohrung 25 nimmt ein
Zwischenteil 17 auf, das abdichtend in den Zylinder 20 hineinragt
und eine ringförmige Endfläche 24 besitzt, die zum Zylinder
hinweist. Das Zwischenteil 17 dient als hintere
Führungsbuchse oder -hülse für eine Führungsbewegung eines
Zwischenstücks 14, das Schlagkräfte auf das Werkzeug 16
überträgt. Das Werkzeug 16 ist für eine begrenzte axiale
Bewegung im vorderen Teil 13 geführt, und das Achslager und
die Verriegelungseinrichtung, die zu diesem Zweck verwendet
werden, haben eine herkömmliche Konstruktion. Eine in
dieser Hinsicht detaillierte Beschreibung findet sich z. B.
in der Patentschrift SE 94 00 685-5 und braucht daher mit
weiteren Einzelheiten im vorliegenden Dokument nicht
be
handelt zu werden. Das Werkzeuggehäuse 11 ist nach hinten
mit zwei Seitenwänden 27 versehen, die nach hinten über das
hintere Teil 12 über den mittleren Teil des Griffteils 18
vorstehen. Der Griffteil 18 ist am Werkzeuggehäuse 11
zwischen den Seitenwänden 27 mittels eines Keils 26
befestigt, der durch eine Querbohrung 19 in der Mitte des
Griffteils 18 hindurchgeführt und in koaxiale Bohrungen 29
an den Seitenwänden 27 eingedrückt ist. Der Griffteil 18
stützt sich hinten an einem Deckelteil 31 ab, das
zweckmäßig von einem Kunststoffmaterial (Polyurethan) gebildet
und seitlich in gegenüberliegende Nuten oder Schlitze 30 in
den Seitenwänden 27 eingeschoben ist.
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Der Griffteil 18 stützt vom Deckelteil 31 nach innen einen
sich in Querrichtung erstreckenden Schwenkhebelarm 33 ab.
Wenn der Hebelarm 33 zum Griffteil 18 hin oder von diesem
fort geschwenkt wird, wird ein in das Gehäuse 11
vorstehender Zwischenstift 34 aktiviert, um ein Steuerventil
35 zu öffnen bzw. zu schließen, wobei dieses Ventil in
Ventilschließrichtung von einer Ventilfeder 36 beaufschlagt
ist. Das Ventil 35 arbeitet so, daß ein Verbindung zwischen
einem Drucklufteinlaß 38 und einem Förderkanal 39 geöffnet
oder geschlossen wird, der im Gehäuse 11 vorgesehen ist und
seitlich in die Bohrung 23 an einer an die Schulter 21
angrenzenden Stelle mündet.
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Der in Fig. 1 dargestellte Schlagmotor weist ferner ein
Verteilerventilgehäuse 40 auf, das an der Schulter 21 in
der Bohrung 23 anliegt und den Zylinderkopf des Zylinders
20 bildet. Das hintere Teil 12 hat die Form eines Stopfens,
der aus einem Kunststoffmaterial (Polyurethan) oder,
nötigenfalls, aus Metall hergestellt ist und der abdichtend
in die Bohrung 23 von der Rückseite eingesetzt ist, mit der
Funktion, das Verteilerventilgehäuse 40 in axialer Richtung
in Anlage an der Ringschulter 21 in der Bohrung 23 über
einen Umfangsdichtungsring 41 zu halten. Das hintere Teil
12 weist zwei einander gegenüberliegende ausgenommene bzw.
vertiefte Schultern 43 auf, wie bei 42 gezeigt, Fig. 1 und
2 und 6, die an beiden Seiten des Griffteils 18 nach hinten
gerichtet sind und sich am Keil 26 abstützen, derart, daß
das hintere Teil 12 in axialer Richtung in der Bohrung 23
zwischen dem Ventilgehäuse 40 und dem Keil 26 verriegelt
ist. Das hintere Teil 12 weist ferner einen Querdurchlaß
bzw. -kanal 45 auf, der mittig zum Ventilgehäuse 40 hin
offen ist und mit einem Durchlaß bzw. Kanal 44 verbünden
ist, der in den Zylinder 20 an einer vom Boden 24
beabstandeten Stelle mündet.
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Ein Schlagkolben 22 ist für eine hin- und hergehende
Bewegung im Zylinder 20 abdichtend geführt und hat in dem
dargestellten Fall die Funktion, dem Werkzeug 16 über das
Zwischenstück 14, Fig. 1, eine Schlagkraft zu vermitteln.
Statt dessen kann der vordere Teil des
Druckluft-Pickhammers 10 derart abgewandelt werden, daß der Schlagkolben
direkt das Werkzeug 16 beaufschlagt. Wenn sich der
Schlagkolben 22 dem Ende seines Hubes nähert, wird die Seite des
Kolbens, die unter Druck steht, durch eine entsprechende,
im Zylinder 20 vorgesehene Entlüftungsöffnung 60 bzw. 61
entlüftet, wobei diese Luft zur Umgebung des
Werkzeuggehäuses 11 abgeführt wird.
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Das Ventilgehäuse 40 (Fig. 3A) ist spritzgußgeformt aus
einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise aus Acetalkunststoff
(Delrin) und hat die Form einer nach außen mit einem
Flansch bzw. einer Lippe versehenen Schale 46, die zu einer
Mittelachse 37 rotionssymmetrisch ist und eine in
Umfangsrichtung verlaufende Nut 54 aufweist, die zwischen einem
oberen Flansch 47 und einem unteren Flansch 48 gebildet
ist. Eine in gleicher Weise aus Kunststoff
(Acetal-kunststoff) bestehende Ventilscheibe 50 (Fig. 3B) kann in die
Schale 46 innen von der Nut 54 eingesetzt werden und bewegt
sich axial zwischen einem vorderen Ventilsitz 51, der den
Boden der Schale 46 bildet und im eingebauten Zustand im
Werkzeuggehäuse 11 zum Zylinder 20 hin offen ist, und einem
hinteren Ventilsitz 52, der zu dem Querkanal 54 im hinteren
Teil 12 hin offen ist. Die Symmetrieachse 37 des
Ventilgehäuses 40 geht durch die Mitte des Ventilsitzes 51 im
Boden der Schale 46. Der hintere Ventilsitz 52, der
ebenfalls aus Acetalkunststoff hergestellt ist, bildet ein
Schalendeckelteil 53 (Fig. 3C) und kann in einer leicht
vertieften Position in der Öffnung bzw. Mündung der Schale
46 und im wesentlichen bündig mit dem oberen Flansch 47 mit
Hilfe eines in eine Verriegelungsnut 56 eingesetzten
Halterings 55 (Fig. 4 und 3D) festgelegt werden.
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Kalibrierte Seitenöffnungen 57, 58 zur Zuführung von
Druckluft zu der jeweiligen Seite der Ventilscheibe 50 sind in
der Schale 46 zwischen den Flanschen 47, 48 vorgesehen. Die
Seitenöffnungen 57, 58 sind gleichmäßig in Umfangsrichtung
verteilt und sind z. B. vier an der Zahl für jeden
Ventilsitz 51, 52. Die zum vorderen Ventilsitz 51 führenden
Seitenöffnungen 58 sind auf experimentellem Wege auf ein
größeres Maß kalibriert als die Seitenöffnungen 58, so daß
eine größere Schlagkraft von einem vorbestimmten Wert beim
Arbeitshub erreicht wird. Derjenige Teil der Schalenwand,
der sich zwischen den Seitenöffnungen 57, 58 erstreckt, ist
ohne Öffnung und umgibt die vom Ventil 50 zwischen den
Ventilsitzen 51, 52 durchlaufene Zone, d. h. den Arbeitshub
des Ventils, so daß die in das Ventilgehäuse 40 eingeführte
Druckluft die Ventilscheibe 50 nicht beaufschlagt. Die
Hublänge des Ventils ist durch Ringwände 59 begrenzt, die
sich um die Ventilsitze 51, 52 erstrecken, wobei die
Seitenöffnungen 57, 58 auf derselben Höhe wie die Wände
liegen.
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Falls gewünscht, kann das Ventil 40 alternativ in der
Bohrung 23 mit dem Deckelteil und dem Ventilsitz 52 zum
Zylinder 20 hingewandt angebracht werden. Fig. 6
veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform, bei der der
hintere Ventilsitz 52 beispielsweise als ein Teil des
vorhandenen Stopfens 12' des hinteren Teils als eine
Deckel
teilalternative ausgebildet ist. Im Falle dieser
Alternative weist das hintere Teil 12 einen nach außen
vorstehenden Deckelteil 53 mit der Form einer Nase rund um die
Öffnung des Querkanals 45 auf. Der hintere Ventilsitz 52
und seine Wand 59 sind in die Nase bzw. den Deckelteil 53
des hinteren Teils 12 einbezogen. Mit Blick auf das hintere
Teil 12 kann der Griffteil 18 einstückig mit dem Stopfen
12' des hinteren Teils, zweckmäßig aus
Polyurethankunststoff, falls gewünscht, geformt sein.
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Wenn der Druckluft-Pickhammer 10 von der Bedienungsperson
gehandhabt und gegen eine Arbeitsfläche mit Hilfe des
Griffteils 18 gedrückt wird, sind die Bauteile des
Schlagmotors in der in Fig. 1 gezeigten Position. Wenn der
Druckarm 33 aktiviert wird, wird Druckluft von dem an die
Hauptleitung angeschlossenen Auslaß 38 an das Einlaßventil 35
und den Förderkanal 39 und damit zu der Bohrung 23 und dem
Ventilgehäuse 40 geliefert. Es sei angenommen, daß die
Ventilscheibe 40 den vorderen Ventilsitz 51 bedeckt und daß
Druckluft zum Zylinderboden 24 durch den hinteren
Ventilsitz 52, den Querkanal 45 im hinteren Teil 12 und den Kanal
44 gefördert wird, um so den Schlagkolben 22 vom Werkzeug
16 wegzubewegen, und der Zylinder 20 unter dem Schlagkolben
22 über die Entlüftungsöffnungen 61 entlüftet wird, wenn
der Kolben das Ende seines Rückhubes im Zylinder 20
erreicht. Als Ergebnis des durch die Entlüftung des Zylinders
hervorgerufenen Druckabfalls wird, in Verbindung mit dem
Anstieg im Druck vor dem zurücklaufenden Schlagkolben 22,
die Ventilscheibe 50 auf den hinteren Ventilsitz 52
umgelegt. Druckluft tritt nun über dem Schlagkolben 22 ein,
veranlaßt den Kolben umzukehren und treibt den Kolben in
Schlagkontakt mit dem Werkzeug 16, wobei der Schlagkolben
nun in der in Fig. 1 gezeigten Position ist. Die Abführung
von Luft aus dem Zylinder 20 über dem Schlagkolben 22 durch
die Entlüftungsöffnung 60 legt, in Kombination mit dem
Druckanstieg unter dem Schlagkolben 22, die Ventilscheibe
50 zurück auf den vorderen Ventilsitz 51 um, und der
Schlagkolben 22 bewegt sich damit fortgesetzt hin- und her
mit Wiederholung des oben beschriebenen Arbeitsspiels.
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Die Möglichkeit des Spritzgießformens des Ventilgehäuses 40
aus dem Kunststoffmaterial ist geeignet, eine dauerhafte
und billige vorteilhafte Konstruktion zu schaffen, die es
ermöglicht, daß das Verteilerventil zusammengebaut und
montiert wird, ohne daß es erforderlich ist, daß das Ventil
genau maschinell bearbeitet wird. Es wird ferner eine sich
wiederholende gleichmäßige Qualität mit kleinen
Abweichungen in den Toleranzen erreicht. Die Form ist so
konstruiert, daß sie seitlich getrennt werden kann, um es zu
ermöglichen, die Form zu teilen, wenn die Flansche 47, 48
geformt worden sind, und umfaßt vier Teile, die
ausgetauscht werden können, um Seitenöffnungen 57, 57 von
untereinander verschiedenen Größen in Übereinstimmung mit der
Größe des Schlagwerkzeugs und der mechanischen Wirkung, für
die das Verteilerventil vorgesehen ist, zu formen.