DEP0007927DA - Drucklufthammer - Google Patents

Description

Drucklufthämmer spielen in vielen Industriezweigen und besonders im Bergbau eine wichtige Rolle. Leider sind sie mit dem Nachteil behaftet, daß die in schneller Folge auftretenden Vibrationsstöße des Hammers für den Bedienungsmann nicht nur unangenehm sind, sondern in vielen Fällen schon zu komplizierten Gelenkerkrankungen geführt haben.

Dieser Nachteil beruht darauf, daß im allgemeinen bei der Bedienung des Hammers der Arbeitsmann das Gehäuse des Hammers halten muß und dabei das Widerlager für diejenigen Kräfte bildet, die mittels abwechselnd vor und hinter den Kolben eingeleiteter Druckluft ausgeübt werden, damit der Kolben die periodischen Schläge auf das Arbeitsgerät, z.B. ein Spitzeisen, ausführen kann. Die Kraft, die nötig ist, um den Arbeitskolben des Hammers am Ende des Rückganges abzubremsen und ihn zu Beginn des Vorlaufs zu beschleunigen, wirkt in gleicher Weise rückwärts auf das Gehäuse bzw. den Handgriff. Die hohe Frequenz der so auf den Bedienungsmann einwirkenden Impulse ist die Ursache der gesundheitlichen Schädigungen.

Die zahlreichen bisher bekannt gewordenen Vorschläge, den Rückstoß von Drucklufthämmern zu mindern, bedienen sich in der Regel sehr umständlicher Einrichtungen, die den Wirkungsgrad des Hammers stark herabsetzen und bestenfalls eine gewisse Verringerung, aber keine Aufhebung der Vibrationsstöße bringen.

Das Ziel der Erfindung ist eine Ausbildung des Drucklufthammers, bei dem die periodischen Rückstöße zum überwiegenden Teil in einen gleichbleibenden Rückdruck umgewandelt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß in dem gleichen Zylinder außer dem Arbeitskolben auf der dem Arbeitsgerät, z.B. Spitzeisen, abgewendeten Seite ein gegenläufig bewegter Kolben angeordnet ist, der die unmittelbare Auswirkung der den Arbeitskolben antreibenden Kräfte auf das Hammergehäuse insoweit verhindert, daß ein möglichst gleichbleibender Rückdruck an Stelle der periodisch auftretenden Rückstöße entsteht.

Steht der Gegenkolben unter der Einwirkung der gleichen Kräfte und besitzt er die gleiche Masse wie der Arbeitskolben, so würde er auch in jeder Arbeitsperiode die gleiche Energiemenge aufnehmen. Damit wäre aber die Arbeitsleistung des Hammers auf die Hälfte herabgesetzt. Um den Energieverlust, der mit der Anordnung des Gegenkolbens verbunden ist, gering zu halten, ist gemäß der weiteren Erfindung die Masse des Gegenkolbens größer als die des Arbeitskolbens und beträgt vorzugsweise ein Mehrfaches derselben. Wirk der Betriebsdruck, der den Vorlauf des Arbeitskolbens zustande bringt, auch auf den Gegenkolben, der dabei auf den Handgriff des Hammers zubewegt wird, so verhalten sich die den beiden Kolben erteilten Beschleunigungen umgekehrt wie ihre Massen; das gleiche gilt für die von den Kolben erreichten Endgeschwindigkeiten und auch für die lebendige Kraft, die jeder der beiden Kolben annimmt. Durch Steigerung der Masse des Gegenkolbens läßt sich also der für diesen benötigte Energieaufwand herabsetzen. Soweit die Unterbringung der erforderlichen Masse des Gegenkolbens, z.B. durch Wahl schwererer Werkstoffe, innerhalb des Arbeitszylinders nicht möglich ist, kann diese auch in einem aus dem Gehäuse herausragenden, an dem Kolben befestigten Kopf untergebracht sein, der überdies als Sperre gegen ein zu tiefes Einsinken des Gegenkolbens dienen kann.

Um die ausgleichende Wirkung des Gegenkolbens bezüglich des Rückdrucks zu erhöhen, stehen die beiden an den Zylinderenden liegenden, beim Rücklauf der Kolben in die Mittelstellung unter Druck befindlichen Räume über ein auf ein bestimmtes Druckgefälle eingestelltes Entspannungsventil in ständiger Verbindung, und zwar wird beim Rückgang der Kolben in die Mittelstellung das Druckmittel dem hinter dem Gegenkolben liegenden Raum zugeführt und über ein federbelastetes Drosselventil (Re- duzierventil) unter den Schlagkolben geleitet. Infolge des höheren Druckes über dem Gegenkolben gegenüber dem Arbeitskolben verringert sich die vom Gegenkolben aufgenommene Energie; das Reduzierventil hält die Druckdifferenz zwischen den Arbeitsräumen konstant, so daß ein gleichbleibender Druck auf das Gehäuse ausgeübt wird.

Es sind noch besondere Maßnahmen erforderlich, um den Gleichtakt zwischen den Bewegungen des Arbeitskolbens und des Gegenkolbens zu wahren und ferner dafür zu sorgen, daß der Gegenkolben auf seiner Bahn bestimmte Endstellungen nicht überschreitet, bei denen er entweder auf den Arbeitskolben schlagen oder auf die dem Handgriff zu liegende Gehäusewand auftreffen würde. Zu diesem Zweck ist der Gegenkolben mit einer Einrichtung versehen, die bei Ueberschreiten eines der für seine Endstellungen zulässigen Werte das Entspannungsventil zwischen den Arbeitsräumen der beiden Kolben beim Rückgang auf ein solches Druckgefälle eingestellt, daß die Mittelstellung des Gegenkolbens entsprechend berichtigt wird. Insbesondere kann die Anordnung so getroffen sein, daß die Druckfeder dieses Entspannungsventils auf einem Hilfskolben sitzt, auf dessen einer Seite ein vom Arbeitsdruck ständig in gleicher Höhe beaufschlagter Raum, auf dessen anderer Seite ein Raum liegt, der mit dem Arbeitsraum über Schlitze verbunden ist, die nur bei Ueberschreiten der zulässigen Endstellungen vom Gegenkolben freigegeben, im übrigen aber von diesem überdeckt werden. Bei Freigabe der Schlitze wirkt dann der in dem betreffenden Teil des Arbeitsraumes vorhandene Druck auf die eine Seite des Hilfskolbens, so daß dieser je nach der Höhe des Druckes im Arbeitsraum in der einen oder anderen Richtung bewegt wird.

Nähere Einzelheiten der Erfindung sind dargestellt auf der Zeichnung. Auf dieser stellt:

Abb. 1 den neuen Drucklufthammer im senkrechten Längsschnitt dar,

Abb. 2 zeigt den Hammer in einer anderen Arbeitsstellung,

Abb. 3 zeigt in größerem Maßstabe einen neuartigen Steuerschieber im Schnitt,

Abb. 4 eine Anordnung zur selbsttätigen Einstellung des vom

Entspannungsventil aufgenommenen Druckgefälles.

Unmittelbar an dem Gehäuse 11 des Drucklufthammers befindet sich der Griff 18. Auf das Arbeitsgerät 17, z.B. ein Spitzeisen, schlägt der Schaft 7 des Arbeitskolbens 5. Im gleichen Gehäuse 11 bewegt sich auch der Gegenkolben 6, dessen Schaft 8 den oberen Gehäusedeckel durchsetzt.

Die Bewegung der beiden Kolben erfolgt durch die bei 1 eintretende Druckluft, die je nach der Stellung des in Abb. 1 und 2 schematisch dargestellten Steuerventils in den unteren Kanal 3 (Abb. 1) oder in den oberen Kanal 4 (Abb. 2) eintritt. Aus dem Kanal 3 gelangt die Luft in den zwischen den beiden Kolben 5 und 6 liegenden Innenraum und erteilt den Kolben eine von der Mitte weg gerichtete Beschleunigung. Die hinter dem Kolben 5 befindliche Luft kann dabei zunächst über den Auspuff 12 entweichen. In dem Raum 10 hinter dem Kolben 6 wird die Luft zusammengedrückt. Dieser Raum 10 steht nun über die Oeffnung 16, das mittels der Feder 14 regulierte Entspannungsventil 15 und den Umführungskanal 13 mit dem hinter dem Arbeitskolben 5 liegenden Raum in ständiger Verbindung.

Solange der Arbeitskolben 5 bei seinem Hingang noch nicht den Auspuff 12 erreicht hat, herrscht im Raum 9 Atmosphärendruck, und im Raum 10 herrscht nur ein Ueberdruck, der dem vom Entspannungsventil 15 festgelegten Druckgefälle entspricht. Hat der Kolben 5 den Auspuff 12 erreicht, so kann im Raum 9 der Druck Werte annehmen, die über dem Atmosphärendruck liegen. Entsprechend steigt auch der Druck im Raum 10 an und bewirkt die Umstellung des Steuerventils 2. Wenn der Schaft 7 auf das Arbeitsgerät 17 aufschlägt, setzt der Kolben 6 seine Bewegung zunächst noch fort, bis seine Bewegungsenergie abgebremst ist. Er kehrt erst um, wenn der Arbeitskolben sich bereits mit erheblicher Geschwindigkeit zurückbewegt. Bei einer praktischen Ausführungsform hat beispielsweise der Arbeitskolben im Augenblick der Umkehr des Gegenkolbens bereits die halbe Maximalgeschwindigkeit des Rücklaufes erreicht. Der Raum zwischen den beiden Kolben steht zunächst noch über den Auspuff 12 mit der Außenluft in Verbindung. Bei Beginn des Kolbenrückganges herrscht im Raum 9 ein Druck, der etwa dem Arbeitsdruck, ver- mindert um das Druckgefälle des Entspannungsventils, entspricht. Wenn der Kolben 5 nur einen Bruchteil des Gewichtes des Gegenkolbens 6 hat, so reicht dieser geringere Druck aus, um den Arbeitskolben 5 gleichzeitig mit dem Gegenkolben 6 in die in Abb. 1 dargestellte Anfangsstellung zurückzubringen. Da während des ganzen Arbeitsvorganges auf die obere Gehäusewand ein Druck wirkt, der um einen gleichbleibenden Betrag größer ist als der Druck im Raum 9, so wirkt auf den Handgriff 18 ein gleichbleibender Druck, und die periodischen Druckschwankungen des Arbeitskolbens werden nicht auf den Bedienungsmann übertragen.

Das neuartige Steuerventil nach Abb. 3 besteht aus dem in den Bohrungen 19 und 20 geleiteten Schaft 21, der den Ventilteller trägt. Dieser hat die Form einer Glocke, deren unterer Rand mit einem vorspringenden Ring 22 auf dem Ventilsitz 23 zur Auflage kommt, während der dachförmig abfallende Schrägteil 24 auf dem Ventilsitz 25 schli8eßt. Der Schrägteil 24 läßt zwischen seiner vorspringenden Kante 26 und dem Ventilgehäuse 27 nur einen schmalen Ringschlitz 28 frei. Der Eintritt der Druckluft erfolgt durch den Ringraum 29, der Ringraum 30 führt über die Leitung 3 (abb. 1) in den Raum zwischen den beiden Kolben, der Ringraum 31 in die Leitung 4, die an den hinter dem Gegenkolben 6 liegenden Raum 10 angeschlossen ist.

Durch die schlitzartige Verengung 28 wird die diesem Raum zugeführte Luft abgedrosselt. Die glockenartige Ausbildung des Steuerventiles hat zur Folge, daß die Bewegungsenergie beim Aufschlagen auf die Ventilsitze federn aufgefangen wird.

Um zu verhindern, daß der freischwingende Gegenkolben bei nicht genau richtiger Einstellung des Druckgefälles am Entspannungsventil 15 an seinen Hubbegrenzungen anschlägt, ist bei der Anordnung nach Abb. 4 die auf das Entspannungsventil wirkende Feder 14 an ihrem anderen Ende nicht fest mit dem Hammergehäuse verbunden, sondern sitzt auf einem Teller 32, der an einem Schaft 33 den im Zylinder 34 gleitenden Kolben 35 trägt. Durch den Kolben wird der Zylinder in die beiden Räume 36 und 37 aufgeteilt. Auf den Raum 36 wirkt über die Leitung 38 ständig der Arbeitsdruck des Hammers. Der Raum 37 ist über die Bohrung 39 mit dem Innenraum des Gehäuses 11 verbunden, und zwar an einer Stelle, die bei normalem Gang des Hammers von dem entsprechend hoch ausgebildeten Gegenkolben 6 weder in der oberen noch in der unteren Endlage freigegeben wird.

Bewegt sich der Gegenkolben über die normale Endlage, z.B. nach dem Handgriff des Hammers zu, so wird durch die Bohrung 39 eine Verbindung zwischen dem Raum 37 und dem Innenraum zwischen den Kolben hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Kolben 6 in seiner (nach der Zeichnung) obersten Stellung, und der Innenraum zwischen den Kolben ist über den Auspuff 12 entlüftet. Der Druck im Raum 37 sinkt dementsprechend, der Kolben 35 drückt die Feder 14 zusammen, und das Entspannungsventil 15 spricht erst bei höherem Druckgefälle an. Bei höherem Druckgefälle ist aber der Gegendruck, der die Bewegung des Gegenkolbens auf den Handgriff zu hemmt, höher, so dass der beim nächsten Gang in gleicher Richtung zurückgelegte Weg kleiner ist, der Gegenkolben also wieder in seine normale Endstellung zurückgeführt wird.

Umgekehrt wird bei zu hoch eingestelltem Druckgefälle der Gegenkolbens bei seiner Bewegung in Richtung auf den Arbeitskolben mit seiner oberen Kante die Bohrung 39 freigeben, den Raum 37 also mit dem Raum 10 in Verbindung bringen, in dem immer wenigstens ein der vom Drosselventil 15 eingestellten Druckdifferenz entsprechender Ueberdruck über die Atmosphäre vorhanden ist. Der Steuerkolben 35 wird dadurch auf die Leitung 38 zu bewegt, die Feder 14 entlastet und damit ein geringeres Druckgefälle eingestellt, das die Verlegung der inneren Endlage des Gegenkolbens auf den Handgriff zu bewirkt.

Claims (6)

1.) Drucklufthammer, bei dem periodische Schläge auf ein Arbeitsgerät (z.B. Spitzeisen) durch einen Arbeitskolben erfolgen, der in einem unmittelbar am Handgriff angeordneten Zylinder mittels abwechselnd vor und hinter dem Kolben eingeleiteter Druckluft hin- und herbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem gleichen Zylinder außer dem Arbeitskolben auf der dem Arbeitsgerät abgewandten Seite ein gegenläufig bewegter Kolben angeordnet ist, der die unmittelbare Auswirkung der den Arbeitskolben antreibenden Kräfte auf das Hammergehäuse insoweit verhindert, daß ein möglichst gleichbleibender Rückdruck entsteht.

2.) Drucklufthammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Gegenkolbens ein Mehrfaches derjenigen des Arbeitskolbens beträgt.

3.) Drucklufthammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Gegenkolbens teilweise in einem aus dem Zylindergehäuse herausragenden Kopf untergebracht ist.

4.) Drucklufthammer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden an den Zylinderenden liegenden, beim Rücklauf der Kolben in die Mittelstellung unter Druck befindlichen Räume über ein auf ein bestimmtes Druckgefälle eingestelltes Entspannungsventil in ständiger Verbindung stehen.

5.) Drucklufthammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkolben bei Ueberschreiten eines der für seine Endstellungen zulässigen Werte das Entspannungsventil auf ein solches Druckgefälle einstellt, welches die Mittelstellung des Gegenkolbens entsprechend berichtigt.

6.) Drucklufthammer nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder des Entspannungsventils an einem Hilfskolben sitzt, auf dessen einer Seite ein vom Arbeitsdruck beaufschlagter Raum, auf dessen anderer Seite ein Raum liegt, der mit dem Arbeitsraum über Schlitze verbunden ist, die nur bei Ueberschreiten der zulässigen Endstellungen vom Gegenkolben freigegeben werden.