DE7821922U1 - Motorisch betriebener bohrhammer - Google Patents

Description

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Anwaltsakte: 29 355

21.JuIi 1978

HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN (Fürstentum Liechtenstein)

Motorisch betriebener Bohrhammer

Die Erfindung betrifft einen Bohrhammer mit einem Zylinder zur Führung eines Schlagkolbens und eines motorisch betriebenen Antriebskolbens, wobei der Schlagkolben unter Zwischenschaltung eines pneumatischen Puffers in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt wird.

Bekannte Bohrhämmer verleihen dem hierin eingespannten Werkzeuq Schlagenergie, die ein geräteseitig pneumatisch angetriebener Schlagkolben an das Werkzeug abgibt. Wahlweise kann das Werkzeug auch in Drehung versetzt werden, sodass in diesem Falle das gemeinsame Auftreten von Schlagimpulsen und Drehbewegung eine maximale Bohrleistung erzielen lassen.

Dem Antrieb der Bohrhämmer dient meist ein Elektro- oder Verbrennungsmotor. Ein Charakteristikum beider Motorengattungen ist, dass deren Drehzahl belastungsabhängiq ist, dh eine Bolastungsabnahme hat eine Erhöhung der Drehzahl des Motors zur Folge.

Dieser Umstand führt bei bekannten Bohrhämmern zu folgenden Problemen: Im Arbeitseinsatz des Bohrhammers gibt das Werkzeug dessen Schlagenergie gegebenenfalls gleichzeitig untei Drehbewegung an den Bearbeitungsuntergrund ab, wobei der Motor mit Lastdrehzahl arbeitet. Wird jedoch die Schlagabgabe des Werkzeuges aus irgendwelchen Gründen unterbrochen - beispielsweise ist dies dar Fall, wenn das Werkzeug plötzlich keinen Widerstand zur Energieabgabe vorfindet - so beschleunigt der Motor auf seine Leerlaufdrehzahl. Aus verschleisstechnischen Gründen sind nun die Bohrhämmer so konstruiert, dass diesfalls der Schlagkolben im Zylinder in vorderer Position zum Stillstand kommt. Wird in der Folge das Werkzeug wieder an einen schlagaufnahmefähigen Bearbeitung suntergrund geführt, so gelangt der noch stillstehende Schlagkolben in den pneumatischen Wirkungsbereich des vom Motor mit Leerlaufdrehzahl betriebenen Antriebskolbens und wird so wieder in hin- und hergehende Bewegung versetzt. Da der Schlagkolben nun jedoch aus der hohen Leerlaufgeschwindigkeit des Antriebskolbens in Hubbewegung versetzt werden muss, treten extreme Lastspitzen an den Triebwerksteilen auf, da erfahrungsgemäss das Antriebsmoment für das Schlagwerk mit Erhöhung der Drehzahl stark ansteigt.

Der so auftretende pneumatische Spitzendruck ist bei bekannten Hämmern signifikant grosser als der Spitzendruck im Normalbetrieb. Ausser Zweifel führen diese Belastungen zu frühzritigem Verschleiss von Geräteteilen.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen Bohrhammer zu schaffen, dessen Motor auch bei abgeschaltetem Schlagwerk die Lastdrehzahl nicht wesentlich überschreitet.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der pneumat sehe Puffer der Steuerung der Drehzahl des Antriebsmotors dient.

Befindet sich der Schlagkolben in vorderer Ruhestellung, das ist die werkzeugseitige Endlage im Zylinder, so herrscht zwischen dem Schlagkolben und dem Antriebskolben im wesentlichen atmosphärischer Druck. Im Funktionsbetrieb des Schlagkolbens hingegen befindet sich zwischen den genannten Kolben ein pneumatischer Puffer, dessen Druckverhältnisse sich beim Vor- und Rücklauf des Antriebskolbens in charakteristischer Wechselfolge ändern. Die besagten Druckunterschiede bewirken letztlich das phasenversetzte Mitverschieben des Schlagkolbens. Beim Zurücklaufen des Antrie.brkolbens ist der Puffer durch einen geringfügigen Unterdruck und beim Vorlaufen des Antriebskolbens durch eine Druckspitze, die Werte von über 10 Bar erreichen kann, gekennzeichnet. Der zwischen den Kolben befindlichen Luft bzw. dem Puffer sind demnach Parameter zu eigen, die als Signale zur Steuerung der Drehzahl des Antriebsmotors verwertbar sind.

Vorzugsweise dienen die Druckverhältnisse des pneumatischen Puffers als Signal zur Steuerung der Drehzahl des Antriebsmotors. Als Signal kann beispielsweise die markante Druckspitze des Puffers genutzt werden. Dies ist durch entsprechende Anordnung

der Abgriffsstelle des Druckes im Zylinder möglich, wobei zweckmässigerweise die Abgriffsstelle mit dem Zylinderraum so in Verbindung steht, dass sie vom Schlagkolben im Funktionsbetrieb nur kurzzeitig abgedeckt wird.

Mit Vorteil steht der pneumatische Puffer mit einem Stellglied in Verbindung, das seinerseits mit motorseitigen Steuerorganen gekuppelt ist. Das vom pneumatischen Puffer abgegebene Signal wird vom Stellglied in umgewandelter Form an das motorseitige Steuerorgan - dies kann bei einem Verbrennungsmotor eine Drosselklappe und bei einem Elektromotor ein Schalter zu dessen Ansteuerung sein - weitergeleitet. Dabei ist der Steuerungsablauf so zu wählen, dass der Motor bei vom Puffer abgegebenem Signal die für den Lastbetrieb erforderliche Energiezufuhr erhält.

Gelangt jedoch der Schlagkolben in dessen vordere Ruhestellung, εο ist der besagte Puffer nicht mehr vorhanden und ein entsprechendes Signal bleibt aus. Die Messvorrichtung sorgt in diesem Falle für eine Umschaltung des motorseitigen Steuerorgans, wodurch die Energiezufuhr des Motors und damit dessen Drehzahl gedrosselt wird. Bei entsprechender Auslegung des Steuerkreises lässt sich bei in Ruhestellung befindlichem Schlagkolben die Drehzahl des Motors so auf die Lastdrehzahl oder einen tieferen Drehzahlwert regulieren.

Als Stellglied eignet sich im besonderen ein Membranschalter mit automatischer Rückstellung. Die Membrane betätigt eine Steuerstange oder dergleichen, welche die Verbindung zum Steuerorgan bewerkstelligt.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist zur Verbindung zwischen pneumatischem Puffer und Membranschalter eine Steuerlei-

tung für die Signale vorgesehen. Der Membranschalter kann so in räumlicher Distanz zu der den Puffer beinhaltenden Zone des Zylinders angeordnet sein, was vor allem sich für die Handhabung des Bohrhammers positiv auswirkende bautechnische Vorteile hat. Es ist beispielsweise möglich, die Steuerleitung rohrförmig, mit einem darin verschieblich gelagerten Fühlerkern auszubilden. Von besonderem Vorteil ist es jedoch, eine hohle Rohrleitung zu verwenden, durch die zur Steuerung der Drehzahl des Antriebsmotors der Druck der zwischen den Kolben befindlichen Luft als Signal dem Membranschalter direkt zugeleitet wird.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von Zeichnungen beispielhaft wiedergegeben werden, und zwar zeigen

Fig. 1 einen stilisierten Bohrhammer im Längsschnitt, mit im Einsatz befindlichem Schlagkolben,

Fig. 2 den Bohrhammer nach Fig. 1, mit in Ruhestellung befindlichem Schlagkolben.

Der Bohrhammer besteht im wesentlichen aus einem gesamthaft mit 1 bezeichneten Zylinder, einem diesen umgebenden Mantelrohr 2 sowie einem in den Konturen angedeuteten Gehäuse 3. Im Mantelrohr 2 ist eine Kurbel 4 drehbar gelagert, die von einem strichiiert Angedeuteten Verbrennungsmotor 5 auf bekannte Weise in Drehung versetzt wird. Mit der Kurbel 4 ist über einen Kurbelzapfen 6 ein Pleuel 7 verbunden, das einen Antriebskolben 8 in der Zylinder-Dohrung 9 in hin- und hergehende Bev/egung versetzt. In der Zylinderbohrung 9 befindet sich ferner ein gesamthaft mit 11 bezeichneter Schlagkolben, der mit einem Kopf 11a in der Zylinderbohrung 9 und mit einem Schaft 11b in einer Durchtrittsbohrung 12 des

Zylinders 1 gleitet. Der Schaft 11b beaufschlagt das rückwärtige Ende eines andeutungsweise dargestellten Werkzeuges 13, das in einem vorderseitigen, als Werkzeughalter 14 ausgebildeten Abschnitt des Zylinders 1 verschiebbar gelagert ist. In die Zylinderbohrung 9 münden im werkzeugseitigen Abschnitt Bohrungen 15 und, versetzt in Richtung Antriebskolben 8, eine Ausgleichsbohrung 16. Die Bohrungen 15 und 16 stehen mit einem zwischen Mantelrohr 2 und Zylinder 1 gebildeten Ringraum 17 in Verbindung.

In die Zylinderbohrung 9 mündet ferner eine rohrförmige Steuerleitung 18, die mit einem gesamthaft mit 19 bezeichneten Membranschalter in Verbindung steht. Aus letzterem ragt ein Stössel 21 in ein als Drossel für die Gemischzufuhr des Verbrennungsmotors ausgebildetes, gesamthaft mit 22 bezeichnetes Steuerorgan.

Der Membranschalter 19 besteht aus zwei Halbschalen 23a, 23b. Zwischen den beiden Halbschalen 23a, 23b ist eine Membran 24 eingespannt, die im Zentrum den Stössel 21 unverschieblich hält. Ein topfförmiger Anschlag 25 begrenzt den Aktionsweg der Membran 24 in eine Richtung. Mittels einer Druckfeder 26 wird die Membran 24 vom Anschlag 25 weggetrieben. Der mit der Membran 24 gekuppelte Stössel 21 bestimmt bei dessen Verschiebung durch Zusammenwirken eines Zahnstangenabschnittes 21a mit einem Zahnrad 27 und einer damit verbundenen Drosselklappe 28 den Durchlassquerschnitt des Rohres 29. Wie durch die Pfeile angedeutet, gelangt das Gemisch über die Drosselstelle aus einem nicht dargestellten Vergaser in den Verbrennungsraum des Motors 5.

Im Arbeitsbetrieb des Bohrhammers, wie ihn die Fig. 1 zeigt, besteht in dem ■zwischen dem Kopf lla und dem Antriebskolben 8 befindlichen Zylinderraum ein pneumatischer Puffer, der zufolge der Hübe des Antriebskolbens 8 den Schlagkolben 11 ebenso in hin-

■-.7,

und hergehende Bewegung versetzt. Die Bohrungen 15 haben dabei die Aufgabe, bei vorlaufendem Schlagkolben 11 die Ausbildung eines vor dessen Kopf 11a liegenden, den Vorlauf bremsenden Luftpolsters zu unterbinden. Weiters haben die Bohrungen 15 die Aufgabe, beim Rücklaufen des Antriebskolbens 8 ein hemmendes Vakuum vor dem Kopf 11a durch Ansaugen von Luft aus dem Ringraum 17 zu vermeiden. Die Ausgleichsbohrung 16 gleicht die durch Kolbenundichtheiten entstehenden Leckverluste aus.

Die Fig. 1 zeigt den Antriebskolben in vorderster Funktionsstellung, wobei über den zwischen diesem und dem Kopf 11a befindlichen Puffer der Schlagkolben 11 ebenso nach vorne getrieben wurde, um am Werkzeug 13 aufzuschlagen. Ein Weiterdrehen der Kurbel 4 hat ein Zurückziehen des Antriebskolbens 8 zur Folge, wobei der Puffer wiederum für das Mitbewegen des Schlagkolbens besorgt ist. Die Einmündung der Steuerleitung 18 in den Zylinderraum wird dabei vom Antriebskolben 8 freigegeben, sodass der Druck des Puffers sich über die Steuerleitung 18 in den Membranschalter 19 fortpflanzt. Der Druck des Puffers ist während der Hubbewegung des Antriebskolbens 8 Schwankungen unterworfen, wobei im Augenblick der grössten gegenseitigen Annäherung von Schlagkolben 11 und Antriebskolben 8 eine markante Druckspitze zu verzeichnen ist. Das Integral des Druckverlaufes des Puffers stellt ein Andrücken der Membran 24 gegen den Anschlag 25 sicher. In dieser Stellung der Membran 24 wird die Drosselklappe 28 in der den grössten Durchlassquerschnitt freigebenden Stellung gehalten; der Motor 5 gibt trotz hoher Gemischzufuhr aufgrund des Leistungseinsatzes des Schlagkolben·; 11 die Lastdrehzahl ab.

Wird dem Bohrhammer beispielsweise das Werkzeug 13 entnommen, wie in Fig. 2 gezeigt ist, so gelangt der Schlagkolben 11 in der

Zylinderbohrung 9 in die vorderste Position. Zwischan dem Schlagkolben 11 und dem Antriebskolben 8 bildet sich kein den Schlagkolben 11 in Bewegung versetzender Puffer aus, da der zwischen dem Kopf 11a und dem Antriebskolben 8 liegende Zylinderraum über die Bohrungen 15 mit dem Ringraum 17 in Verbindung steht, sodass ein steter Austausch der Luft stattfindet. Der Druck im besagten Zylinderraum entspricht im wesentlichen der Atmosphäre, sodass dieser die Membran 24 nicht mehr gegen den Anschlag 25 zu halten vermag; vielmehr bewirkt die Druckfeder 26 nunmehr das Verschieben der Membran 24 gegen die Halbschale 23a. Dies wiederum hat ein Mitverschieben des Stössels 21 und Verschwenken der Drosselklappe 28 zur Folge, welch letztere den Durchtritt des Gemisches drosselt, sodass die Drehzahl des Motors auch bei aussetzendem Schlagwerk und der damit verbundenen Reduzierung des Leistungsbedarfes nicht höher als die Lastdrehzahl liegt.

Wird dex Schlagkolben 11 aus der vorderen Ruhelage von einem Werkzeug wieder gegen den Antriebskolben 8 verschoben, so entsteht zwischen den Kolben wieder ein Puffer, der in beschriebener Weise den Schlagkolben 11 wieder in phasenverschobene Bewegung zum Antriebskolben 8 versetzt. Da der Motor zuvor jedoch nur in der relativ niedrig liegenden Lastdrehzahl arbeitete, entstehen durch das neuerliche Zuschalten des Schlagkolbens 1 keine geräteschädigenden Lastspitzen.

Claims (2)

Schutzansprüche

1. Bohrhammer mit einem Zylinder zur Führung eines Schlagkolb^ns und eines motorisch betriebenen Antriebskolbens, wobei der Schlagkolben unter Zwischenschaltung eines pneumatischen Puffers in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische Puffer mit einem Stellglied in Verbindung steht, das seinerseits mit motorseitigen Steuerorganen (22) gekuppelt ist.

2. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Stellglied als Membranschalter (19) ausgebildet ist.

VII/st

M089) 988272 988273 74 983310

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