EP0993355A1 - Luftfeder-schlagwerk mit luftaufladung - Google Patents

Luftfeder-schlagwerk mit luftaufladung

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Publication number
EP0993355A1
EP0993355A1 EP98928266A EP98928266A EP0993355A1 EP 0993355 A1 EP0993355 A1 EP 0993355A1 EP 98928266 A EP98928266 A EP 98928266A EP 98928266 A EP98928266 A EP 98928266A EP 0993355 A1 EP0993355 A1 EP 0993355A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air spring
piston
percussion
air
striking mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98928266A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
Wacker Werke GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Werke GmbH and Co KG filed Critical Wacker Werke GmbH and Co KG
Publication of EP0993355A1 publication Critical patent/EP0993355A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/06—Means for driving the impulse member
    • B25D11/12—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism
    • B25D11/125—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism with a fluid cushion between the crank drive and the striking body

Definitions

  • Air spring percussion with Lut tauf charge The invention relates to an air spring percussion according to the preamble of claim 1 and a hammer and / or hammer drill, in which such an air spring percussion is used.
  • Air spring striking mechanisms in particular for use in percussion and / or rotary hammers, are generally known.
  • a drive piston is set into an oscillating axial movement by a suitable drive, for example a crank drive coupled to an electric motor.
  • the drive piston is hollow.
  • a percussion piston is inserted into the cavity of the drive piston, an air spring being formed at least between an end face of the percussion piston and the cavity of the drive piston. The movement of the drive piston initially creates an overpressure due to the inertia of the percussion piston in the air spring, by means of which the percussion piston is driven in the direction of a tool attached to the hammer.
  • striking mechanisms with double air springs are also known, in which an air spring is formed not only behind the striking piston, but also in front of the striking piston, between the striking piston and the driving piston.
  • Such a double-sided air spring striking mechanism enables reliable starting and idling behavior.
  • Fig. 5 shows an example of a conventional hammer mechanism with a double air spring.
  • a percussion piston 2 is inserted in a drive piston 1, for example, which can be axially reciprocated by a crank mechanism (not shown) in a percussion mechanism housing (not shown).
  • a front air spring 3 is formed in front of the percussion piston 2 and a rear air spring 4 behind the percussion piston 2.
  • the air supply to the front and rear air springs 3, 4 takes place via a ventilation slot 5 in the drive piston 1 leading to the surroundings or into the crankcase.
  • the percussion piston 2 follows the oscillating movement of the drive piston 1 with a constant time delay due to its inertia. As a result, when the drive piston 1 moves forward (direction of movement to the left in FIG.
  • CH 567 911 describes a striking mechanism with an air spring on one side, in which a striking piston and a driving piston are arranged in an axially movable manner in a fixed cylinder. Between the drive piston and the percussion piston, a cavity serving as an air spring is formed, which supplies air after each stroke via a groove formed on the inside of the cylinder and extending in the direction of the stroke becomes. The air is fed from the environment via gaps in the housing to a cylinder interior, which is arranged in front of the percussion piston and can communicate with the air spring cavity through the groove if the percussion piston is in the appropriate position.
  • the invention has for its object to provide an air spring striking mechanism that always works reliably even with low ambient air pressure or low ambient air density.
  • An air spring percussion mechanism with an axially movable drive piston, an axially movable percussion piston in the drive piston, a front air spring formed between the drive piston and a front side of the percussion piston and with a rear side formed between the drive piston and a rear side of the percussion piston opposite the front side Air spring, the supply of air to the front air spring via a ventilation opening leading from the front air spring to the environment is characterized in that the supply of air to the rear air spring takes place via a charging opening connecting the rear air spring to the front air spring, the ventilation opening and the loading opening through the percussion piston can be alternately opened and closed when the percussion piston moves.
  • the alternate opening and closing of the ventilation and loading openings by the percussion piston oscillating in the axial direction of the drive piston produces a pumping movement and enables the front air spring, which serves to generate a restoring force acting on the percussion piston, to be somewhat weaker can be ventilated in a first operating state. Then, when the percussion piston continues to move, expediently in the direction of an impact point, it closes the ventilation opening and opens the loading opening, whereby a connection between the front and rear air springs is opened and - in the meantime compressed air can flow from the front air spring into the rear air spring.
  • the percussion piston in the drive piston can be moved into a ventilation position in which the ventilation opening is open and the loading opening is closed, while the percussion piston can otherwise be moved into a loading position in which the ventilation opening is closed and the loading opening is open.
  • the percussion piston can advantageously be moved into the ventilation position when the air in the rear air spring falls below a predetermined amount. In this way, an automatic mechanical control is realized, because only if there is too little air in the rear air spring and therefore no sufficient air cushion can be built up, the ventilation opening is opened and ambient air can penetrate into the front air spring, which can then be used in the further Movement of the percussion piston is pumped into the rear air spring and thus the amount of air in the rear air spring increases. As soon as there is sufficient air in the rear air spring to form an air cushion, the percussion piston can no longer reach the ventilation position because it is pushed back by the rear air spring. In this way, penetration of additional ambient air into the striking mechanism and an impermissible increase in air pressure are avoided. Only when the air pressure or the air volume in the rear air spring has dropped below the limit value due to leakage losses, the ventilation opening is opened and a new charge is made possible.
  • the percussion piston can advantageously be moved into the loading position on each working stroke. This enables permanent pressure equalization between the front and rear air springs, so that in any case, when ambient air has been supplied to the front air spring, part of this air also benefits the rear air spring.
  • the percussion piston has a bat neck on its front, in which the ventilation opening is formed.
  • the ventilation opening is advantageously formed by a slot formed in the racket neck.
  • the ventilation opening can be produced by simple machining of the club neck or the percussion piston, for example by milling the slot with a disk milling cutter.
  • the loading opening extends in the drive piston and is formed by a recess in an inner wall of the drive piston guiding the percussion piston. Similar to the ventilation opening, the recess for the loading opening can be made, for example, by milling on the mostly cylindrical inner wall of the drive piston.
  • a hammer and / or hammer drill with a drive and an air spring hammer mechanism coupled to the drive.
  • Such a hammer and / or hammer drill can be used under almost any air pressure and thus any working height above sea level, without impairment of the function of the air spring hammer mechanism being able to be determined due to fluctuations in air pressure.
  • FIG. 1 shows an air spring striking mechanism according to the invention at the beginning of striking;
  • Figure 2 shows the striking mechanism at the time of the greatest compression of the rear air spring with insufficient air filling.
  • 3 shows the striking mechanism at the time of striking during a charging process;
  • Fig. 4 shows the striking mechanism after completion of the charging process at the time of the greatest possible compression with properly filled rear
  • Air spring; Fig. 5 is a double-sided air spring striking mechanism according to the prior art.
  • Fig. 1 shows an air spring striking mechanism according to the invention.
  • a cylindrical drive piston 11 is inserted in the bore of a striking mechanism housing, not shown, in an axially movable manner. It is moved into an oscillating translational motion by means of a crank mechanism, not shown, connected to an engine, via the eyelets 12. Movement, that is, in Fig. 1 in a movement from left to right and vice versa.
  • a percussion piston 13 is used in the drive piston 11, which is only sketchily shown in FIG. 1, in a manner similar to the prior art described in connection with FIG. 5.
  • the drive piston 11 has a generally cylindrical cavity into which the percussion piston 13 can be inserted.
  • the percussion piston 13 has a racket neck 14 which emerges on one side of the drive piston 11.
  • the drive piston 11 is sealed against the racket neck 14 by means of a seal 16.
  • the seal 16 can consist, for example, of a flange element screwed to the drive piston 11, which produces the sealing effect by means of a gap between the racket neck 14 and the seal 16.
  • a rear air spring 18 is formed on a rear side 17 of the percussion piston 13 opposite the front air spring 15.
  • the functions of the front air spring 15 and the rear air spring 18 correspond to the functions of the front air spring 3 and rear air spring 4 already described with reference to FIG. 5, in contrast to the prior art, however, the rear air spring 18 is not directly associated with it the environment in connection, but only via a loading opening 19 with the front air spring 15.
  • the loading opening 19 is formed in the inner wall of the drive piston 11 and has the shape of a longitudinal groove. Depending on the embodiment, it can already be produced during the manufacture of the raw part for the drive piston 11 by casting or subsequently by milling or another suitable manufacturing method.
  • the front air spring 15 can be connected to the surroundings via a ventilation opening 20.
  • the term “environment” can be understood to mean the working environment of the hammer and / or hammer drill, in which the air spring hammer mechanism is installed, or also a crank chamber (not shown) in which the drive piston 11 moves back and forth .
  • the crankcase is usually not completely sealed off from the working environment, so that there is essentially ambient air pressure in the crankcase.
  • FIG. 1 shows a position of the percussion piston 13 in which the loading opening 19 is opened and the ventilation opening 20 is closed, since the ventilation opening 20 is not the communicates directly with the front air spring 15. This position is referred to below as the starting position.
  • FIGS. 1 to 4 represent exemplary relative positions of the percussion piston 13 and the drive piston 11.
  • the drive piston 11 is moved by means of the crank mechanism in the direction of an upper dead center (on the right in FIG. 2).
  • the percussion piston 13 follows the movement of the drive piston 11 with a certain time delay and still moves to the right in the direction of top dead center, while the drive piston 11 is already moving in the direction of bottom dead center, that is to say in the forward direction to that not shown in the figures Tool is located, which would be arranged to the left of the striking mechanism in the figures.
  • an air cushion with high compression builds up in the rear air spring 18 due to the counter-movement of the percussion piston 13 and the drive piston 11.
  • the air cushion is compressed so much by the pistons 11, 13 involved that a control edge 21 of the ventilation opening 20 passes over the seal 16 and a connection between the front air spring 15 and the Ventilation opening 20 and thus the environment.
  • the position of the percussion piston is referred to as the ventilation position.
  • a vacuum has built up in the front air spring 15 due to the piston movement, so that ambient air flows into the front air spring 15 and the front air spring 15 reaches approximately ambient air pressure.
  • the percussion piston 13 is driven forwards, that is to say in the direction of the tool, and strikes the tool or the striker not shown in the position shown in FIG. 3.
  • the striking position shown in FIG. 3 also corresponds to a loading position, since in this position the loading opening 19 is opened and a connection is established between the front and rear air springs 15, 18.
  • an overpressure has meanwhile developed in the front air spring 15, so that air flows from the front air spring 15 into the rear air spring 18 via the loading opening 19.
  • the charging process is ended by the renewed lifting movement of the drive piston 11 when the rear edge 17 has passed the opening 19 so far that the connection between the front and rear air springs 15, 18 is interrupted.
  • the air in the rear air spring 18 is then compressed again, as shown in FIG. 4.
  • the charging of the striking mechanism has the effect that a higher air pressure prevails both in the rear and in the front air spring 18, 15 than in the vicinity of the striking mechanism after the completion of a charging step.
  • a reliable functioning of the striking mechanism and thus the percussion and / or rotary hammer in which the striking mechanism is installed is guaranteed, even if the ambient air pressure falls below an air pressure on which the striking mechanism is based.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)

Abstract

Ein doppelseitig wirkendes Luftfeder-Schlagwerk ist mit einem Luftaufladungsmechanismus versehen. Dazu ist ein Schlagkolben (13) in einem Antriebskolben (11) beweglich. In einer Belüftungsstellung wird Umgebungsluft über eine Belüftungsöffnung (20) zu einer vorderen Luftfeder (15) zugeführt. Bei entsprechender Relativbewegung des Schlagkolbens (13) und des Antriebskolbens (11) öffnet sich eine Ladeöffnung (19), über die Luft mit erhöhtem Druck aus der vorderen Luftfeder (15) in eine hintere Luftfeder (18) einströmen kann und somit für eine Druckerhöhung in der hinteren Luftfeder (18) sorgt. Durch das Erhöhen des Luftdrucks in den beiden Luftfedern (15, 18) wird sichergestellt, daß das Luftfeder-Schlagwerk auch unter Betriebsbedingungen mit niedrigem Umgebungsluftdruck eingesetzt werden kann.

Description

Luftfeder-Schlagwerk mit Lut tauf ladung Die Erfindung betrifft ein Luftfeder-Schlagwerk gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und einen Schlag- und/oder Bohrhammer, bei dem ein derartiges Luftfeder- Schlagwerk eingesetzt wird.
Luftfeder-Schlagwerke, insbesondere zur Verwendung in Schlag- und/oder Bohrhämmern, sind allgemein bekannt. Bei einem derartigen Luftfeder-Schlagwerk wird ein Antriebskolben durch einen geeigneten Antrieb, zum Beispiel einen mit einem Elektromotor gekoppelten Kurbeltrieb, in eine oszillierende Axialbewegung versetzt. Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist der Antriebskolben hohl. In die Höhlung des Antriebskolbens ist ein Schlagkolben eingesetzt, wobei sich mindestens zwischen einer Stirnfläche des Schlagkolbens und der Höhlung des Antriebskolbens eine Luftfeder ausbildet. Die Bewegung des Antriebskolbens erzeugt aufgrund der Trägheit des Schlagkolbens in der Luftfeder zunächst einen Überdruck, durch den der Schlagkolben in Richtung eines am Hammer befestigten Werkzeugs getrieben wird. Nachdem der Schlagkolben auf das Werkzeug bzw. einen zwischen Schlagkolben und Werkzeug angeordneten Döpper aufgeschlagen hat, prallt er zurück. Die durch den Kurbeltrieb erzeugte Rückbewegung des Antriebskolbens bewirkt in der Luftfeder eine Saugwirkung auf den Schlagkolben, die den beim Schlag erzeugten Rückstoß auf den Schlagkolben unterstützt, woraufhin sich der Schlagkolben vom Werkzeug entfernt. Nach Erreichen des oberen Totpunkts des Antriebskol- bens bewegt sich dieser wieder in entgegengesetzte Richtung auf das Werkzeug zu, bremst den sich noch in der Rückbewegung befindenden Schlagkolben ab und beschleunigt ihn erneut auf das Werkzeug, um den nächsten Schlag durchzuführen.
Außer den soeben beschriebenen einseitigen Luftfeder-Schlagwerken sind auch Schlag- werke mit doppelter Luftfeder bekannt, bei denen nicht nur - in Schlagrichtung gesehen - hinter dem Schlagkolben, sondern auch vor dem Schlagkolben eine Luftfeder zwischen Schlagkolben und Antriebskolben ausgebildet ist. Ein derartiges doppelseitiges Luftfeder- Schlagwerk erlaubt ein zuverlässiges Anlauf- und Leerlaufverhalten.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel für ein herkömmliches Schlagwerk mit doppelter Luftfeder. In einem beispielsweise von einem nicht dargestellten Kurbeltrieb in einem nicht dargestellten Schlagwerksgehäuse axial hin- und herbewegbaren Antriebskolben 1 ist ein Schlagkolben 2 eingesetzt. Vor dem Schlagkolben 2 ist eine vordere Luftfeder 3 und hinter dem Schlagkolben 2 eine hintere Luftfeder 4 ausgebildet. Die Luftversorgung der vorderen und der hinteren Luftfeder 3, 4 erfolgt über einen zur Umgebung oder in das Kurbelgehäuse führenden Belüftungsschlitz 5 im Antriebskolben 1. Der Schlagkolben 2 folgt aufgrund seiner Trägheit der Oszillationsbewegung des Antriebskolbens 1 mit einer ständigen Zeitverzögerung. Dadurch baut sich bei Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens 1 (Bewegungsrichtung in Fig. 5 nach links) in der hinteren Luftfeder 4 ein Luftdruck auf, der den Schlagkolben 2 schließlich ebenfalls in Vorwärtsrichtung treibt, wo der Schlagkolben 2 auf ein nicht dargestelltes Werkzeug oder einen nicht dargestellten Döpper aufschlägt und den Schlag durchführt. Danach gelangt der Antriebskolben 1 durch Wirkung des Kurbeltriebs in Rückbewegung (in der Figur nach rechts), wodurch sich in der vorderen Luftfeder 3 ein Überdruck aufbaut, der den Schlagkolben 2 ebenfalls in Rückbewegung treibt und den durch den Schlag erzeugten Rückschlag ver- stärkt. Bei jeder Hubbewegung des Schlagkolbens 2 wird eine Verbindung zwischen dem Belüftungsschlitz 5 und einer der jeweils nicht belasteten Luftfedern 3, 4 hergestellt, was einen Luftausgleich ermöglicht. Bei niedrigem Umgebungsluftdruck, beispielsweise in gro- _ßen Arbeitshöhen, ist es allerdings möglich, daß die in die jeweilige Luftfeder 3, 4 eindringende Luftmenge nicht ausreicht, um anschließend ein ausreichend starkes Luftpolster aufzubauen.
Bei Luftfeder-Schlagwerken besteht daher allgemein das Problem, daß die Funktion des Schlagwerks von der zur Verfügung stehenden Luftmenge, das heißt vom Umgebungsluftdruck bzw. der Umgebungsluftdichte abhängt. So kann beispielsweise ein Schlagwerk für den Einsatz auf Meereshöhe optimal ausgelegt sein, während das gleiche Schlagwerk in großen Höhen nur noch eingeschränkt einsetzbar ist.
Das liegt daran, daß in größeren Höhen geringere Luftmengen zur Füllung der Luftfeder zur Verfügung stehen. Dadurch steigt die Beanspruchung der Luftfeder und der anderen Elemente des Schlagwerksantriebs, was in extremen Fällen zu Schäden des Schlagwerks Zusammenschlagen des Schlagkolbens und des Antriebskolbens führen kann, wenn die dazwischenliegende Luftfeder zu wenig Luft enthält, um einen ausreichenden Druck zum Trennen von Schlag- und Antriebskolben zu gewährleisten.
Aus der DE-PS 255 977 ist ein gattungsgemäßes Luftfeder-Schlagwerk bekannt, das im wesentlichen die Merkmale des unter Bezugnahme auf Figur 5 beschriebenen Luftfeder- Schlagwerks aufweist.
In der CH 567 911 ist ein Schlagwerk mit einseitiger Luftfeder beschrieben, bei dem ein Schlagkolben und ein Antriebskolben in einem feststehenden Zylinder axial beweglich angeordnet sind. Zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben ist ein als Luftfeder dienender Hohlraum ausgebildet, der über eine an der Innenseite des Zylinders ausgebildete und sich in Schlagrichtung erstreckende Nut nach jedem Schlag mit Luft versorgt wird. Die Luft wird von der Umgebung über Spalte im Gehäuse einem, in Schlagrichtung gesehen, vor dem Schlagkolben angeordneten Zylinderinnenraum zugeführt, der durch die Nut bei entsprechender Stellung des Schlagkolbens mit dem Luftfeder-Hohlraum kommunizieren kann.
Auch bei den beiden letztgenannten Luftfeder-Schlagwerken tritt das Problem einer nicht ausreichenden Luftversorgung der Luftfeder auf, wenn das Schlagwerk beispielsweise in großen Höhen eingesetzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftfeder-Schlagwerk anzugeben, daß auch bei geringem Umgebungsluftdruck oder geringer Umgebungsluftdichte stets zuverlässig arbeitet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Luftfeder-Schlagwerk gemäß Patentan- spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Besonders vorteilhaft kann ein erfindungsgemäßes Luftfeder- Schlagwerk in einem Schlag- und/oder Bohrhammer eingesetzt werden.
Ein erfindungsgemäßes Luftfeder-Schlagwerk, mit einem axial beweglichen Antriebskol- ben, einem in dem Antriebskolben axial beweglichen Schlagkolben, einer zwischen dem Antriebskolben und einer Vorderseite des Schlagkolbens ausgebildeten vorderen Luftfeder und mit einer zwischen dem Antriebskolben und einer der Vorderseite gegenüberliegenden Hinterseite des Schlagkolbens ausgebildeten hinteren Luftfeder, wobei die Versorgung der vorderen Luftfeder mit Luft über eine von der vorderen Luftfeder zur Umgebung führende Belüftungsöffnung erfolgt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung der hinteren Luftfeder mit Luft über eine die hintere Luftfeder mit der vorderen Luftfeder verbindende Ladeδffnung erfolgt, wobei die Belüftungsöffnung und die Ladeöffnung durch den Schlagkolben bei Bewegung des Schlagkolbens abwechselnd offen- und schließbar sind.
Das wechselweise Öffnen und Schließen der Belüftungs- und der Ladeöffnung durch den im Antriebskolben in Axialrichtung oszillierenden Schlagkolben erzeugt eine Pumpbewegung und ermöglicht es, daß die vordere Luftfeder, die zur Erzeugung einer auf den Schlagkolben wirkenden Rückstellkraft nach dem Schlag dient und etwas schwächer aus- gebildet sein kann, in einem ersten Betriebszustand belüftet wird. Wenn sich dann der Schlagkolben weiter bewegt, zweckmäßigerweise in Richtung eines Schlagpunkts, schließt er die Belüftungsöffnung und öffnet die Ladeöffnung, wodurch eine Verbindung zwischen der vorderen und der hinteren Luftfeder geöffnet wird und - inzwischen verdichtete - Luft aus der vorderen Luftfeder in die hintere Luftfeder strömen kann. Dies ermöglicht ein permanentes Aufladen der Luftfüllungen in beiden beteiligten Luftfedern, wodurch zum einen Leckverluste kompensiert und zum anderen ein zu niedriger Umgebungsluftdruck im Inneren des Schlagwerks erhöht werden kann. Dadurch regelt sich die Luftmenge im Schlagwerk selbsttätig, wodurch das Schlagwerk unabhängig vom Umgebungsluftdruck praktisch überall einsetzbar ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsforrn ist der Schlagkolben in dem Antriebs- kolben in eine Belüftungsstellung bewegbar, in der die Belüftungsöffnung geöffnet und die Ladeöffnung geschlossen ist, während der Schlagkolben anderenfalls in eine Ladestellung bewegbar ist, in der die Belüftungsöffnung geschlossen und die Ladeöffnung geöffnet ist. Dadurch wird sichergestellt, daß sich die Belüftungs- und die Ladeöffnung abwechselnd öffnen bzw. schließen lassen und Luft von der Umgebung nur dann in das Schlagwerk eindringen kann, wenn sich der Schlagkolben in der Belüftungsstellung befindet, während die Aufladung der hinteren Luftfeder nur dann erfolgt, wenn die Belüftungsöffnung zur Umgebung verschlossen und die Ladeöffnung geöffnet ist.
Vorteilhafterweise ist der Schlagkolben in die Belüftungsstellung bewegbar, wenn in der hinteren Luftfeder eine vorbestimmte Luftmenge unterschritten wird. Auf diese Weise wird eine selbsttätige mechanische Regelung realisiert, da nur dann, wenn sich in der hinteren Luftfeder zu wenig Luft befindet und damit kein ausreichendes Luftpolster aufgebaut werden kann, die Belüftungsöffnung geöffnet wird und Umgebungsluft in die vordere Luftfeder eindringen kann, die bei der weiteren Bewegung des Schlagkolbens in die hintere Luftfeder gepumpt wird und damit die Luftmenge in der hinteren Luftfeder er- höht. Sobald in der hinteren Luftfeder wieder eine ausreichende Luftmenge zur Bildung eines Luftpolsters vorhanden ist, kann der Schlagkolben die Belüftungsstellung nicht mehr erreichen, da er vorher durch die hintere Luftfeder zurückgedrückt wird. Auf diese Weise wird ein Eindringen weiterer Umgebungsluft in das Schlagwerk und eine unzulässige Luftdruckerhöhung vermieden. Erst wenn aufgrund von Leckverlusten der Luftdruck bzw. die Luftmenge in der hinteren Luftfeder wieder unter den Grenzwert abgesunken ist, wird die Belüftungsöffnung geöffnet und eine neue Aufladung ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist der Schlagkolben bei jedem Arbeitshub in die Ladestellung bewegbar. Dies ermöglicht einen permanenten Druckausgleich zwischen der vorderen und der hinteren Luftfeder, so daß auf jeden Fall, wenn der vorderen Luftfeder Umgebungsluft zugeführt worden ist, ein Teil dieser Luft auch der hinteren Luftfeder zugute kommt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schlagkolben an seiner Vorderseite einen Schlägerhals auf, in dem die Belüftungsöffnung ausgebildet ist. Vorteilhafterweise wird die Belüftungsöffnung durch einen in dem Schlägerhals ausgebildeten Schlitz gebildet. Dadurch läßt sich die Belüftungsöffnung durch einfache Bearbeitung des Schläger- halses bzw. des Schlagkolbens, zum Beispiel durch Fräsen des Schlitzes mit einem Scheibenfräser erzeugen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Ladeöffnung in dem Antriebskolben und wird durch eine Ausnehmung in einer den Schlagkolben führenden Innenwand des Antriebskolbens gebildet. Ähnlich wie die BelüftΛingsöffnung kann die Ausnehmung für die Ladeöffnung beispielsweise durch Fräsen an der meist zylindrisch ausgeführten Innenwand des Antriebskolbens hergestellt werden.
Wie bereits erwähnt, ist es besonders vorteilhaft, einen Schlag- und/oder Bohrhammer mit einem Antrieb und einem mit dem Antrieb gekoppelten, erfindungsgemäßen Luftfeder-Schlagwerk auszustatten. Ein derartiger Schlag- und/oder Bohrhammer ist unter nahezu beliebigen Luftdrücken und damit beliebigen Arbeitshöhen über Meeresniveau einsetzbar, ohne daß aufgrund von Luftdruckschwankungen Beeinträchtigungen der Funktion des Luftfeder-Schlagwerks festgestellt werden können.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Luftfeder-Schlagwerk zu Beginn des Schlagens; Fig. 2 das Schlagwerk zum Zeitpunkt der größten Kompression der hinteren Luftfeder bei zu geringer Luftfüllung; Fig. 3 das Schlagwerk zum Zeitpunkt des Schlagens während eines Aufladungsvorgangs; Fig. 4 das Schlagwerk nach Beendigung des Aufladevorgangs zum Zeitpunkt größtmöglicher Kompression bei ordnungsgemäß gefüllter hinterer
Luftfeder; Fig. 5 ein doppelseitiges Luftfeder-Schlagwerk gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Luftfeder-Schlagwerk.
Ein zylindrischer Antriebskolben 11 ist in die Bohrung eines nicht dargestellten Schlagwerksgehäuses axial beweglich eingesetzt. Er wird über einen mit einem Motor verbundenen, nicht dargestellten Kurbeltrieb über die Ösen 12 in eine oszillierende Translationsbe- wegung, das heißt in Fig. 1 in eine Bewegung von links nach rechts und umgekehrt versetzt.
In den in Fig. 1 nur skizzenhaft dargestellten Antriebskolben 11 ist ein Schlagkolben 13 in ähnlicher Weise wie bei dem in Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebenen Stand der Technik eingesetzt. Dazu weist der Antriebskolben 11 eine meist zylindrisch ausgebildete Höhlung auf, in die der Schlagkolben 13 eingesetzt werden kann. Der Schlagkolben 13 weist einen Schlägerhals 14 auf, der auf einer Seite des Antriebskolbens 11 austritt.
Um eine vordere Luftfeder 15 zu bilden, ist der Antriebskolben 11 gegen den Schlägerhals 14 mittels einer Dichtung 16 abgedichtet. Die Dichtung 16 kann zum Beispiel aus einem an den Antriebskolben 11 angeschraubten Flanschelement bestehen, welches die Dichtungswirkung mittels eines Spalts zwischen dem Schlägerhals 14 und der Dichtung 16 erzeugt.
Gegenüber der vorderen Luftfeder 15 ist an einer Hinterseite 17 des Schlagkolbens 13 eine hintere Luftfeder 18 ausgebildet. Die Funktionen der vorderen Luftfeder 15 und der hinteren Luftfeder 18 entsprechen den Funktionen der unter Bezugnahme auf Fig. 5 bereits zum Stand der Technik beschriebenen vorderen Luftfeder 3 und hinteren Luftfeder 4. Im Unterschied zum Stand der Technik jedoch steht die hintere Luftfeder 18 nicht direkt mit der Umgebung in Verbindung, sondern lediglich über eine Ladeöffnung 19 mit der vorderen Luftfeder 15. Die Ladeöffnung 19 ist in der Innenwand des Antriebskolbens 11 ausgebildet und weist die Form einer Längsnut auf. Je nach Ausführungsform kann sie schon bei der Herstellung des Rohteils für den Antriebskolben 11 durch Gießen oder nachträglich durch Fräsen oder ein anderes geeignetes Fertigungsverfahren erzeugt werden.
Die vordere Luftfeder 15 kann bei entsprechender Stellung des Schlagkolbens 13 und des Schlägerhalses 14 über eine Belüftungsöffnung 20 mit der Umgebung in Verbindung ge- bracht werden. Unter dem Begriff "Umgebung" kann in diesem Zusammenhang die Arbeitsumgebung des Schlag- und/oder Bohrhammers verstanden werden, in den das Luft- feder-Schlagwerk eingebaut wird, oder auch ein nicht dargestellter Kurbelraum, in dem sich der Antriebskolben 11 hin- und herbewegt. Der Kurbelraum ist üblicherweise gegenüber der Arbeitsumgebung nicht vollständig abgedichtet, so daß im Kurbelraum im we- sentlichen Umgebungsluftdruck herrscht.
In Fig. 1 ist eine Stellung des Schlagkolbens 13 gezeigt, in dem die Ladeöffnung 19 geöffnet und die Belüftungsöffnung 20 verschlossen ist, da die Belüftungsöffnung 20 nicht di- rekt mit der vorderen Luftfeder 15 in Verbindung steht. Diese Stellung wird nachfolgend als Ausgangsstellung bezeichnet.
Im folgenden wird nun die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Luftfeder-Schlagwerks unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben, die beispielhafte Relativstellungen des Schlagkolbens 13 und des Antriebskolbens 11 darstellen.
Aus der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung wird der Antriebskolben 11 mittels des Kurbeltriebs in Richtung eines oberen Totpunkts (in Fig. 2 rechts) bewegt. Der Schlagkolben 13 folgt der Bewegung des Antriebskolbens 11 mit einiger zeitlicher Verzögerung und bewegt sich noch in Richtung des oberen Totpunkts nach rechts, während sich der Antriebskolben 11 bereits in Bewegung in Richtung des unteren Totpunkts, das heißt in Vorwärtsrichtung auf das in den Figuren nicht dargestellte Werkzeug befindet, welches in den Figuren links von dem Schlagwerk angeordnet wäre. Wie in Fig. 2 gezeigt, baut sich durch die Gegeneinanderbewegung des Schlagkolbens 13 und des Antriebskolbens 11 in der hinteren Luftfeder 18 ein Luftpolster mit großer Kompression auf. Falls die in der hinteren Luftfeder 18 befindliche Luftmenge zu gering ist, wird das Luftpolster durch die beteiligten Kolben 11, 13 so stark komprimiert, daß eine Steuerkante 21 der Belüftungsöff- nung 20 die Dichtung 16 überfährt und eine Verbindung zwischen der vorderen Luftfeder 15 und der Belüftungsöffnung 20 und damit der Umgebung herstellt. Die Stellung des Schlagkolbens wird als Belüftungsstellung bezeichnet. In der vorderen Luftfeder 15 hat sich inzwischen durch die Kolbenbewegung ein Unterdruck aufgebaut, so daß Umgebungsluft in die vordere Luftfeder 15 einströmt und die vordere Luftfeder 15 ungefähr Umgebungsluftdruck erreicht.
Bei der in Fig. 3 gezeigten weiteren Bewegung des Antriebskolbens 11 wird der Schlagkolben 13 nach vorwärts, das heißt in Richtung des Werkzeugs getrieben und schlägt in der in Fig. 3 gezeigten Stellung auf das nicht dargestellte Werkzeug bzw. den nicht dargestellten Döpper auf.
Die in Fig. 3 gezeigte Schlagstellung entspricht auch einer Ladestellung, da in dieser Stellung die Ladeöffhung 19 geöffnet und eine Verbindung zwischen der vorderen und der hinteren Luftfeder 15, 18 hergestellt ist. Wie aufgrund des Ablaufs der Figuren erkennbar ist, hat sich inzwischen in der vorderen Luftfeder 15 ein Überdruck ausgebildet, so daß Luft aus der vorderen Luftfeder 15 in die hintere Luftfeder 18 über die Ladeöffnung 19 einströmt. Der Aufladevorgang wird durch die erneute Hubbewegung des Antriebskolbens 11 beendet, wenn die Hinterkante 17 die I^deöff ung 19 soweit überfahren hat, daß die Verbindung zwischen vorderer und hinterer Luftfeder 15, 18 unterbrochen ist. Anschließend wird die Luft in der hinteren Luftfeder 18 erneut komprimiert, wie in Fig. 4 dargestellt.
Durch die Aufladung der hinteren Luftfeder 18, das heißt, durch das Eindringen von zusätzlicher Luft, ist das Luftpolster nun stark genug, um den Schlagkolben 13 gegenüber dem Antriebskolben 11 ausreichend abzustützen. Wie in Fig. 4 gezeigt, fährt die Steuerkante 21 in diesem Fall nicht so weit in den Antriebskolben 11 ein, daß die Belüftungsöff- nung 20 geöffnet wird. Der nun folgende Hub wird demanch ohne Belüftung und Aufladung durchgeführt. Erst wenn durch Leckverluste, insbesondere zwischen der Dichtung 16 und dem Schlägerhals 14 Luft aus dem Schlagwerk ausgetreten ist, wird sich die Luftmenge in der hinteren Luftfeder 18 so weit abgebaut haben, daß eine erneute Aufladung erforderlich ist. Wie leicht erkennbar, wird diese Aufladung dann automatisch ausgeführt und so oft wiederholt, bis das Luftpolster in der hinteren Luftfeder 18 die erforderliche Stärke erreicht hat.
Wie bereits beschrieben, hat die Aufladung des Schlagwerks die Wirkung, daß jeweils nach Beendigung eines Aufladungsschritts sowohl in der hinteren als auch in der vorde- ren Luftfeder 18, 15 ein höherer Luftdruck herrscht als in der Umgebung des Schlagwerks. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Funktionsweise des Schlagwerks und damit des Schlag- und/oder Bohrhammers, bei dem das Schlagwerk eingebaut ist, gewährleistet, auch wenn der Umgebungsluftdruck einen bei der Auslegung des Schlagwerks zugrundegelegten Luftdruck unterschreitet.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Luftfeder-Schlagwerk, mit einem axial beweglichen Antriebskolben (11); - einem in dem Antriebskolben axial beweglichen Schlagkolben (13); einer zwischen dem Antriebskolben und einer Vorderseite des Schlagkolbens ausgebildeten vorderen Luftfeder (15); und mit einer zwischen dem Antriebskolben und einer der Vorderseite gegenüberliegenden Hinterseite (17) des Schlagkolbens ausgebildeten hinteren Luftfeder (18); wobei die Versorgung der vorderen Luftfeder mit Luft über eine von der vorderen Luftfeder zur Umgebung führende Belüftungsöffnung (20) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung der hinteren Luftfeder (18) mit Luft über eine die hintere Luftfeder mit der vorderen Luftfeder (15) verbindende Ladeöffhung (19) erfolgt, wobei die Belüftungsöffnung und die Ladeöffnung durch den Schlagkolben (13) bei Bewegung des Schlagkolbens abwechselnd offen- und schließbar sind.
2. Luftfeder-Schlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkolben (13) in dem Antriebskolben (11) in eine Belüftungsstellung bewegbar ist, in der die Belüftungsöffnung (20) geöffnet und die Ladeöffhung (19) geschlossen ist; und daß der Schlagkolben in eine Ladestellung bewegbar ist, in der die Belüftungsöffhung geschlossen und die Ladeöffnung geöffnet ist.
3. Luftfeder-Schlagwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkolben (13) in die Belüftungsstellung bewegbar ist, wenn in der hinteren Luftfeder (18) eine vorbestimmte Luftmenge unterschritten wird.
4. Luftfeder-Schlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkolben (13) bei jedem Arbeitshub in die Ladestellung bewegbar ist.
5. Luftfeder-Schlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkolben (13) an einer Vorderseite einen Schlägerhals (14) aufweist, in dem die Belüftungsöffnung (20) ausgebildet ist.
6. Luftfeder-Schlagwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsöffnung (20) durch einen in dem Schlägerhals (14) ausgebildeten Schlitz gebildet wird.
7. Luftfeder-Schlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ladeöffnung (19) in dem Antriebskolben (11) erstreckt.
8. Luftfeder-Schlagwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- Öffnung (19) durch eine Ausnehmung in einer den Schlagkolben (13) führenden Innenwand des Antriebskolbens (11) gebildet wird.
9. Schlag- und/oder Bohrhammer, mit einem Antrieb zum Erzeugen einer oszillierenden Axialbewegung; einem Luftfeder-Schlagwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo bei der Antriebskolben (1 1) des Luftfeder-Schlagwerks durch den Antrieb axial beweglich ist; und mit einer Werkzeugaufnahme, in der ein Werkzeug derart mit axialem Spiel befestigbar ist, daß es durch einen Aufprall durch den Schlagkolben ( 13) des Luftfeder-Schlagwerks direkt oder über einen zwischengeordneten Döpper beaufschlagbar ist.
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