EP1607187B1 - Device for improving the deactivation response of an electropneumatic percussive tool - Google Patents

Device for improving the deactivation response of an electropneumatic percussive tool Download PDF

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EP1607187B1
EP1607187B1 EP04102799A EP04102799A EP1607187B1 EP 1607187 B1 EP1607187 B1 EP 1607187B1 EP 04102799 A EP04102799 A EP 04102799A EP 04102799 A EP04102799 A EP 04102799A EP 1607187 B1 EP1607187 B1 EP 1607187B1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Abbaugeräte mit elektropneumatischem Antrieb, insbesondere auf elektropneumatische Bohr- und/oder Meisselhämmer. Sie betrifft insbesondere eine Einrichtung zur Verbesserung des Abschaltverhaltens solcher Abbaugeräte (siehe z.B. US-A-5 975 217 ).The invention relates to degradation devices with electropneumatic drive, in particular to electropneumatic drill and / or chisel hammers. In particular, it relates to a device for improving the shutdown behavior of such mining equipment (see, eg US-A-5,975,217 ).

Bei Geräten der genannten Art wird durch einen Elektromotor ein Erregerkolben angetrieben, welcher einen über ein Druck-Stoßpolster (im Folgenden "Luftfeder") gekoppelten Flugkolben periodisch hin- und hergehend anregt. Durch den Aufprall des Flugkolbens auf ein in einem Werkzeughalter gehaltenes Abbauwerkzeug oder über einen dazwischengeschalteten Döpper wird im Werkzeug eine Stoßwelle generiert, welche den Abbau des Untergrunds bewirkt.In devices of the type mentioned, an exciter piston is driven by an electric motor which periodically excites a reciprocating piston, which is coupled via a pressure impact pad (hereinafter "air spring"), to and fro. As a result of the impact of the flying piston on a removal tool held in a tool holder or via an anvil connected therebetween, a shock wave is generated in the tool, which causes the degradation of the substrate.

Wird das Abbauwerkzeug im Meissel- oder auch im Hammer-Bohrbetrieb vom Untergrund abgehoben, so sollte das elektropneumatische Schlagwerk möglichst schnell deaktiviert werden, da nach dem Abheben die durch den Flugkolben erzeugte und im Werkzeug entlanglaufende Stoßwelle nicht mehr durch den Untergrund absorbiert werden kann; sie wird vollständig reflektiert. Die gesamte Stoßwellenenergie muss in diesem Fall durch die Struktur des Abbaugeräts und den Anwender aufgenommen werden. Nicht nur die rücklaufende Welle, sondern vor allem die erste Stoßwelle nach dem Abheben muss durch das Wiederlager der Werkzeugaufnahme aufgenommen werden. In der Regel sorgen spezielle Dämpfungselemente dafür, dass durch mehrfaches Nachschlagen des Flugkolbens keine Schäden an der Struktur entstehen. Jedoch sind auch diese Dämpfungs- und Strukturelemente des Geräts nicht so ausgelegt oder auslegbar, dass die gesamte Meisselleistung über längere Zeit ohne bleibende Schäden aufgenommen werden könnte. Die Folgen eines zu langsamen Abschaltens des Schlagwerks nach dem Abheben vom Untergrund sind ein relativ hoher Materialverschleiß und natürlich auch unangenehme und schädliche Vibrationen auf die Arme, Gelenke und insgesamt den Körper des Anwenders.If the removal tool is lifted off the ground in chisel or hammer drilling mode, the electro-pneumatic impact mechanism should be deactivated as quickly as possible, since after lifting the shock wave generated by the flying piston and running along the tool can no longer be absorbed by the substrate; it is completely reflected. The total shock wave energy in this case must be taken up by the structure of the excavator and the user. Not only the returning shaft, but above all the first shock wave after lifting must be absorbed by the re-storage of the tool holder. As a rule, special damping elements ensure that no damage to the structure occurs due to repeated reference of the flying piston. However, these damping and structural elements of the device are not designed or interpreted so that the entire chisel power could be taken for a long time without permanent damage. The consequences of too slow shutdown of the impact mechanism after lifting off the ground are a relatively high wear of material and of course also unpleasant and harmful vibrations on the arms, joints and overall the body of the user.

Grundsätzlich bekannt sind folgende Methoden, um ein elektropneumatisches Schlagwerk bei Unterbrechung oder Beendigung eines Arbeitsvorgangs und Abheben des Geräts vom Untergrund zu deaktivieren:

  1. (a) Das aktive Schlagwerk: Luftablassöffnungen in der Luftfeder werden geöffnet.
  2. (b) Das passive Schlagwerk: Die Luftfeder wird beim Abheben des Geräts verlängert und dadurch weich.
  3. (c) Das schnelle Abschalten des Antriebs, eventuell unterstützt durch schnelles, aktives Abbremsen des Antriebs.
Basically, the following methods are known to disable an electro-pneumatic percussion mechanism when interrupting or ending a work process and lifting the device from the ground:
  1. (a) The active hammer mechanism: Air exhaust holes in the air spring are opened.
  2. (b) The passive impact mechanism: The air spring is extended when lifting the unit and thus soft.
  3. (c) Quick shutdown of the drive, possibly supported by fast, active braking of the drive.

Die Methode (a) wird in der Praxis so realisiert, dass beim Abheben des Geräts vom Untergrund das Werkzeug und der Döpper sich um einige Millimeter bis Zentimeter vom Anwender aus gesehen nach vorne bewegen. Diese Axialbewegung wird auf eine Steuerhülse übertragen, welcheThe method (a) is realized in practice so that when lifting the device from the ground, the tool and the striker move forward by a few millimeters to centimeters from the user. This axial movement is transmitted to a control sleeve, which

Luftablassöffnungen am Führungsrohr öffnet. Dies bewirkt eine große Leckage in der Luftfeder und somit einen Druckausgleich zum Atmosphärendruck. Der Erregerkolben ist jetzt beim Rückhub nicht mehr in der Lage einen Unterdruck zu erzeugen und den Flugkolben erneut anzusaugen. Das Schlagwerk ist deaktiviert.Air outlet openings on the guide tube opens. This causes a large leakage in the air spring and thus a pressure equalization to the atmospheric pressure. The excitation piston is now no longer able to generate a negative pressure during the return stroke and to suck in the flying piston again. The hammer mechanism is deactivated.

Auch bei der Methode (b) wird der Weg des Döppers oder Werkzeugs beim Abheben des Geräts vom Untergrund ausgenutzt, jedoch nicht um eine Hülse zu steuern, sondern um das Schlagwerk bzw. dessen Luftfeder zu verlängern. Die Verlängerung der effektiven Schlagwerkslänge um den Döpperweg bewirkt, dass die Luftfeder so weich wird, dass der Flugkolben beim Rückhub des Erregerkolbens nicht erneut angesaugt wird.Also in the method (b), the path of the bonnet or tool when lifting the device from the ground is exploited, but not to control a sleeve, but to extend the percussion or its air spring. The extension of the effective percussion length to the striker path causes the air spring is so soft that the flying piston is not sucked in during the return stroke of the exciter piston.

Die Methode (c) bedingt einen dynamischen Antrieb. Der häufigste Antriebstyp in Elektrowerkzeugen der genannten Art ist heutzutage der Universalmotor. Diese Motorart lässt sich nicht aktiv bremsen - es sei denn durch eine sehr aufwändige Anordnung durch Drehen der Stromrichtung im Statorpaket. Sobald das Abbaugerät vom Untergrund abgehoben wird, wird der Motor ausgeschaltet. Beim erneuten Anpressen des Werkzeugs an den Untergrund wird die Drehzahl wieder hoch gefahren.Method (c) requires a dynamic drive. The most common type of drive in power tools of the type mentioned today is the universal motor. This type of engine can not be actively braked - except by a very complex arrangement by turning the current direction in the stator. As soon as the excavator is lifted off the ground, the engine is switched off. When re-pressing the tool to the ground, the speed is increased again.

Allen drei genannten Methoden ist gemeinsam, dass ein Nachschlagen nach wie vor auftritt oder zumindest vorkommen kann. Je nach den Reibungsverhältnissen an der Wand des Führungsrohrs im Schlagwerk und an den Dichtelementen des Flugkolbens kann es bei allen bekannten Methoden vorkommen, dass der Flugkolben, nachdem er deaktiviert wurde, noch mehrmals auf den Döpper auftrifft. Die im Flugkolben steckende kinetische Energie kann nur durch die Reibung mit den Mantelflächen des Führungsrohrs, durch Zusammenstöße mit dem Döpper oder durch Kompression des Restgehalts an Luft aufgenommen und abgebaut werden. Insofern sind dies rein passive Verfahren. Der Flugkolben verliert seine kinetische Energie durch Stöße oder Reibung.All three methods mentioned have in common that a lookup still occurs or at least can occur. Depending on the friction conditions on the wall of the guide tube in the percussion mechanism and on the sealing elements of the flying piston, it can happen in all known methods that the flying piston, after it has been deactivated, several times hits the striker. The kinetic energy contained in the flying mass can only be absorbed and reduced by friction with the lateral surfaces of the guide tube, by collisions with the striker or by compression of the residual content of air. In this respect, these are purely passive procedures. The flying piston loses its kinetic energy through impact or friction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Abschalt- und insbesondere Nachschlagverhalten von elektropneumatisch betriebenen Abbaugeräten, insbesondere von Bohr- und/oder Meisselhämmern, zu verbessern.The invention has for its object to improve the shutdown and in particular Nachschlagverhalten of electropneumatically operated mining equipment, in particular of drilling and / or chipping hammers.

Diese Aufgabe wird durch ein Abbaugerät nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a mining device according to claim 1.

Erfindungsgemäß ist ein Abbaugerät mit elektropneumatischem Schlagwerk, insbesondere ein Bohr- und/oder Meisselhammer, dessen Schlagwerk einen elektrisch innerhalb eines Führungsrohrs vor- und zurückfahrend angetriebenen Erregerkolben aufweist, der über eine von diesem komprimierte Luftfeder einen Flugkolben beschleunigt, der seinerseits ein in einem Werkzeughalter gehaltenes Werkzeug schlagend antreibt, gekennzeichnet durch eine beim Abheben des Abbaugeräts vom abzubauenden Untergrund aktivierbare Ventileinrichtung, über die der zwischen dem Flug- und dem Erregerkolben wirkende Druck im Schlagwerk erhöht wird.According to the invention is a mining device with electro-pneumatic percussion, in particular a drill and / or chisel hammer whose percussion has an electrically driven within a guide tube back and forth driven exciter piston which accelerates a piston of this compressed air spring, which in turn held in a tool holder Powered striking tool, characterized by an activatable when lifting the excavator from the degraded surface valve means over which the pressure acting between the flying and the excitation piston pressure in the percussion is increased.

Gemäß der Erfindung weist die Ventileinrichtung ein Rückschlagventil auf, über das beim Abheben des Werkzeugs vom Untergrund der beim Rückhub des Erregerkolbens zwischen diesem und dem Flugkolben entstehende Unterdruck auf einen höheren Druck, insbesondere Umgebungsdruck, angehoben wird. Vorzugsweise weist das Führungsrohr im Bereich der Luftfeder wenigstens eine Bohrung auf, hier auch als "Schnaufloch" bezeichnet, und das Rückschlagventil ist relativ zum Führungsrohr verschiebbar und so angeordnet, dass es beim Abheben des Abbaugeräts vom Untergrund durch eine Verstelleinrichtung auf die Bohrung ausgerichtet wird.According to the invention, the valve device has a check valve, via which, when the tool is lifted off the ground, the negative pressure arising during the return stroke of the excitation piston between the latter and the flying piston is raised to a higher pressure, in particular ambient pressure. Preferably, the guide tube has at least one bore in the area of the air spring, here also referred to as "puff hole", and the check valve is displaceable relative to the guide tube and arranged so that that it is aligned when lifting the excavator from the ground by an adjustment on the hole.

Gemäß der Erfindung ist das Rückschlagventil in eine das Führungsrohr umgebende Steuerhülse integriert, die durch die Verstelleinrichtung verschiebbar ist. Sofern - wie bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - der über die Luftfeder angetriebene Flugkolben schlagend auf einen dem Werkzeughalter zugeordneten Döpper wirkt, wird die Verstelleinrichtung für das Rückschlagventil vorzugsweise durch den sich beim Abheben nach vorn bewegenden Döpper betätigt. Dabei kann die Steuerhülse durch die Verstelleinrichtung relativ zum Führungsrohr entweder axial verschiebbar oder relativ zum Führungsrohr verdrehbar ausgebildet sein. Eine räumlich günstige, weil platzsparend bauende Ausführungsform lässt sich dann realisieren, wenn das vorzugsweise in die Steuerhülse integrierte Rückschlagventil ein Klappenventil oder ein Kugelventil ist. Ein in die Steuerhülse integriertes Klappenventil kann beispielsweise durch eine einseitig eingespannte, quer zu einem Durchlasskanal in der Steuerhülse sich erstreckende Blattfeder gebildet sein. Die Lösung mit in die Steuerhülse integriertem Kugelventil hat den Vorteil, dass sich die Vorspannung und damit der Auslösedruck des Rückschlagventils über eine auf eine Druckfeder wirkende Stellschraube gut einstellen lässt.According to the invention, the check valve is integrated in a control sleeve surrounding the control sleeve, which is displaceable by the adjusting device. Provided - as provided in a preferred embodiment - the air piston operated via the air spring striking acts on a tool holder associated with the beatpiece, the adjusting device for the check valve is preferably actuated by the lifting device when moving forward anvil. In this case, the control sleeve can be formed by the adjusting device relative to the guide tube either axially displaceable or rotatable relative to the guide tube. A spatially favorable because space-saving design embodiment can be realized when the preferably integrated into the control sleeve check valve is a flapper valve or a ball valve. A flap valve integrated into the control sleeve can be formed, for example, by a leaf spring which is clamped on one side and extends transversely to a passage channel in the control sleeve. The solution with integrated in the control sleeve ball valve has the advantage that the bias and thus the trigger pressure of the check valve can be adjusted well via an acting on a compression spring screw.

Eine weitere grundsätzliche Ausführungsvariante der Erfindung zur Verhinderung des Nachschlagens des Flugkolbens sieht die Verwendung einer Druckspeichervorrichtung vor, durch die bei Aktivierung der Ventileinrichtung zum Zeitpunkt der Arbeitsunterbrechung und Anheben des Werkzeugs der Druck im Schlagwerk erhöht wird. Der Druckspeicher kann eine über den Erregerkolbenantrieb betätigbare Pumpe, beispielsweise eine vom Pleuelantrieb des Erregerkolbens betätigte Hubkolbenpumpe sein. Eine elegante und raumsparende Lösung ergibt sich dann, wenn die Pumpe als eine durch den Antrieb des Erregerkolbens betätigte Exzenterpumpe realisiert ist, wobei eine Exzenterscheibe des Pleuelantriebs als Kolben und das umgebende Gehäuse als Pumpengehäuse wirken.Another basic embodiment variant of the invention for preventing the refueling of the flyer provides for the use of an accumulator device, which increases the pressure in the percussion mechanism upon activation of the valve device at the time of interruption of work and lifting of the tool. The pressure accumulator may be an actuatable via the exciter piston pump, for example, be actuated by the connecting rod of the exciter piston reciprocating pump. An elegant and space-saving solution results when the pump is realized as an actuated by the drive of the exciter piston eccentric, with an eccentric of the connecting rod drive as a piston and the surrounding housing act as a pump housing.

Eine weitere grundsätzliche Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, die Ventileinrichtung mittels mindestens eines aktiv geschalteten Ventils, beispielsweise eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils, etwa in Form eines dynamischen Schieberhülsenventils zu realisieren. Das Ventil wird dabei insbesondere durch eine elektromagnetisch betätigbare Steuerhülse gebildet, die in einer Schaltposition wenigstens ein das Führungsrohr durchsetzendes Schnaufloch zur Luftfeder verschließt und in einer anderen Schaltposition freigibt. Eine weitere erprobte und vorteilhafte Lösung für ein dynamisches Schieberhülsenventil besteht darin, die Steuerhülse relativ zum Führungsrohr des Schlagwerks axial durch einen Voice-Coil-Aktor zu verschieben, dessen verschieblicher Kern durch die Steuerhülse gebildet ist.A further basic embodiment variant of the invention provides to realize the valve means by means of at least one actively switched valve, such as an electromagnetically actuated valve, such as in the form of a dynamic valve sleeve valve. The valve is formed in particular by an electromagnetically actuated control sleeve, which closes at least one guide tube passing through the through hole to the air spring in a switching position and releases in a different switching position. Another proven and advantageous solution for a dynamic pusher sleeve valve is to move the control sleeve relative to the guide tube of the percussion axially by a voice coil actuator whose displaceable core is formed by the control sleeve.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten derselben werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in beispielsweisen Ausführungsvarianten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
die Prinzipdarstellung eines Bohr- und/ oder Meisselhammers mit elektropneumatischem Schlagwerk, das erfindungsgemäß mit einer pneumatischen Flugkolbenbremse ausgestattet ist;
Fig. 2 mit Teilfiguren 2A und 2B
die Prinzipdarstellung eines elektropneumatischen Schlagwerks für Geräte der genannten Art mit einer aktiven Flugkolbenbremse, realisiert mittels durch eine Steuerhülse axial verschiebbarer Klappenventile, wobei
Fig. 2A die Position des Klappenventils in der Arbeitsposition des Geräts, also beim Abbau von Untergrund zeigt, während
Fig. 2B das Klappenventil bei vom Untergrund abgehobenem Werkzeug, und damit aktivierter Flugkolbenbremse veranschau- licht;
Fig. 3A
die isometrische Darstellung einer erprobten Steuerhülse mit integrierten Klappenventilen zur Deaktivierung und Aktivierung der Flugkolbenbremse;
Fig. 3B
die Schnittdarstellung der Steuerhülse nach Fig. 3A;
Fig. 4
die Schnittdarstellung einer Steuerhülse mit integrierten Kugelventilen als Rückschlagventile;
Fig. 5
die Prinzipdarstellung eines elektropneu- matischen Schlagwerks, ausgerüstet mit einer Steuerhülse mit Kugelventilen gemäß Fig. 4;
Fig. 6
die Prinzipdarstellung eines elektropneu- matischen Schlagwerks mit aktiver Flug- kolbenbremse gemäß der Erfindung zur Verdeutlichung des Begriffs "effektive Schlagwerkslänge";
Fig. 7 mit Teilfiguren 7A, 7B und 7C
die Prinzipdarstellung eines elektropneumatischen Schlagwerks mit aktiv steuerbarem Rückschlagventil, dargestellt in drei unterschiedlichen Positionen zur Veranschaulichung eines nachfolgend erläuterten Betriebsverhaltens;
Fig. 8
drei zeitkorreliert übereinander dargestell- te Signaldiagramme zur Veranschauli- chung eines Stopp- und Startvorgangs eines elektropneumatischen Schlagwerks mit erfindungsgemäßen Merkmalen bei kurzzeitiger Unterbrechung und Wieder- aufnahme eines Arbeitsvorgangs mit dem Abbaugerät;
Fig. 9
eine zeitlich auseinandergezogene Darstellung der Messsignaldiagramme der Fig. 8 zur Veranschaulichung des Abschalt- bzw. Nachschlagverhaltens eines elektropneumatischen Schlagwerks mit erfindungsgemäßer Flugkolbenbremse;
Fig. 10
die ebenfalls zeitlich auseinandergezogene Darstellung eines Teilabschnitts der Messsignale aus Fig. 8 zur Verdeutlichung des Anlaufverhaltens des Schlagwerks gemäß der Erfindung;
Fig. 11
eine der Fig. 8 entsprechende zeitkorrelierte Darstellung von drei Messsignalen zur Verdeutlichung eines Stopp- und Startvorgangs eines elektropneumatischen Schlagwerks, bei dem zusätzliche Maßnahmen getroffen sind, um einen beim raschen Abbremsen des Flugkolbens erzeugten Überdruck im Schlagwerk rasch abzubauen;
Fig. 12
eine zeitlich gestreckte Detaildarstellung aus der Graphik der Fig. 11 zur besseren Verdeutlichung des Anlaufverhaltens des Schlagwerks bei zusätzlichem Abblasen des für den Abbremsvorgang aufgebauten Druckpolsters;
Fig. 13
eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Flugkolbenbremsung durch Aufbau eines Zusatzdrucks über einen durch eine Hubkolbenpumpe aufladbaren Druckspeicher erfolgt;
Fig. 14
eine andere Ausführungsvariante, bei der ein Druckspeicher über eine vom Pleuel des Erregerkolbens mitbetätigte Exzenterpumpe aufgeladen wird;
Fig. 15
eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der eine Druckerhöhung im Schlagwerk bei Arbeitsunterbrechung über ein schaltbares Ventil, vorzugsweise Zweiwegeventil, erfolgt; und
Fig. 16
eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der eine Steuerhülse zur aktiven Öffnung von Schnauflöchern im Bereich der Luftfeder bei Arbeitsunterbrechung und Abheben des Werkzeugs vom Untergrund durch einen Voice-Coil-Aktor axial hinund hergeschoben wird.
The invention and advantageous details thereof are explained in more detail below with reference to the drawings in exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1
the schematic diagram of a drill and / or chisel hammer with electropneumatic impact mechanism, which is equipped according to the invention with a pneumatic air piston brake;
Fig. 2 with sub-figures 2A and 2B
the schematic diagram of an electro-pneumatic percussion mechanism for devices of the type mentioned with an active air piston brake, realized by means of a control sleeve axially displaceable flap valves, wherein
Fig. 2A shows the position of the flap valve in the working position of the device, ie when dismantling underground, while
Fig. 2B illustrates the flap valve when the tool is lifted off the ground, and with this activated air piston brake;
Fig. 3A
the isometric view of a proven control sleeve with integrated flap valves for deactivation and activation of the aircraft piston brake;
Fig. 3B
the sectional view of the control sleeve after Fig. 3A ;
Fig. 4
the sectional view of a control sleeve with integrated ball valves as check valves;
Fig. 5
The schematic diagram of an electropneumatic impact mechanism, equipped with a control sleeve with ball valves according to Fig. 4 ;
Fig. 6
the schematic diagram of an electropneumatic percussion with active piston piston brake according to the invention to illustrate the term "effective percussion length";
Fig. 7 with sub-figures 7A, 7B and 7C
the schematic diagram of an electro-pneumatic percussion with actively controllable check valve, shown in three different positions to illustrate a below-explained operating behavior;
Fig. 8
three time-correlated signal diagrams for illustrating a stop and start operation of an electro-pneumatic percussion mechanism with features according to the invention in the event of brief interruption and re-starting recording a work process with the mining equipment;
Fig. 9
a temporally exploded view of the measurement signal diagrams of Fig. 8 to illustrate the turn-off or Nachschlagverhaltens an electropneumatic percussion with inventive aircraft piston brake;
Fig. 10
the likewise temporally exploded representation of a subsection of the measurement signals Fig. 8 to illustrate the start-up behavior of the striking mechanism according to the invention;
Fig. 11
one of the Fig. 8 corresponding time-correlated representation of three measuring signals to illustrate a stop and start operation of an electro-pneumatic impact mechanism, in which additional measures are taken to rapidly reduce a generated in the rapid deceleration of the air piston overpressure in the percussion;
Fig. 12
a temporally stretched detail from the graph of Fig. 11 for better clarification of the start-up behavior of the percussion mechanism with additional blowing off of the pressure pad constructed for the braking process;
Fig. 13
an embodiment of the invention, in which the air piston brake is done by building up an additional pressure via a pressure accumulator can be charged by a reciprocating pump;
Fig. 14
another embodiment in which a pressure accumulator is charged via a co-operated by the connecting rod of the exciter piston eccentric pump;
Fig. 15
an embodiment of the invention, in which an increase in pressure in the impact mechanism at work interruption via a switchable valve, preferably two-way valve occurs; and
Fig. 16
an embodiment of the invention in which a control sleeve for the active opening of Schnauflöchern in the air spring at work stoppage and lifting the tool from the ground by a voice coil actuator is pushed axially back and forth.

Einander entsprechende Bauteile oder Baugruppen sind in allen Figuren mit gleichen Bezugshinweisen angegeben.Corresponding components or assemblies are given in all figures with the same references.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Seiten-Schnittdarstellung ein Abbaugerät mit erfindungsgemäßen Merkmalen, im dargestellten Beispiel einen Bohr- und/oder Meisselhammer 1, dessen Gehäuse durch zwei Teile gebildet ist, nämlich eine Griffschale 2 und eine Motorgehäuseschale 3. Diese Aufteilung des Gehäuses ist jedoch nicht zwingend; es gibt andere ein-, zwei- oder mehrteilige Gehäuseumhüllungen für Geräte dieser Art. Im Griffbereich der Griff-Gehäuseschale 2 sieht man einen Drucktaster 4 für die EIN/AUS-Schaltung, der bei bestimmten Betriebsmodi über einen Potentiometer-Schalter gleichzeitig zur Motordrehzahl- bzw. Drehmomentnachstellung dienen kann. Die Stromversorgung erfolgt über ein Anschlusskabel 6. Verschiedene Betriebsmodi, insbesondere die Vorwahl für reinen Bohrbetrieb, Bohr-Hammerbetrieb oder reinen Meisselbetrieb sowie gegebenenfalls für Feinbohren, Feinmeisseln etc., sind an einem Wahlschalter 8 möglich, dessen Vorgabewerte einer nur schematisch angedeuteten Motor-Steuerung- bzw. Regelung 7 zugeführt werden.The Fig. 1 shows a schematic side sectional view of a mining device with features of the invention, in the example shown a drill and / or chisel hammer 1, the housing is formed by two parts, namely a handle shell 2 and a motor housing shell 3. This division of the housing is not mandatory; There are other one-, two- or multi-part housing enclosures for devices of this kind. In the handle portion of the handle housing shell 2 can be seen a push button 4 for the ON / OFF circuit, which at certain operating modes via a potentiometer switch at the same time to Motordrehzahl- or Torque adjustment can serve. The power is supplied via a connection cable 6. Various operating modes, in particular the preselection for pure drilling, drilling hammer or pure chisel and optionally for fine boring, fine chisels, etc., are possible on a selector switch 8, the default values of an only schematically indicated motor control or control 7 are supplied.

Der Antriebsmotor ist herkömmlicher Bauart und ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Das Abbaugerät verfügt über ein elektropneumatisches Schlagwerk 10 mit einem Führungsrohr 11, in dessem hinterem Bereich ein Erregerkolben 12 durch einen Pleuelantrieb 13 hin- und her- bzw. vor- und zurückgehend angetrieben wird. Der Erregerkolben 12 wirkt über eine Luftfeder 19 auf einen Flugkolben 14, der seine kinetische Energie über ein Druckpolster 21 an einen Döpper 15 weitergibt, der seinerseits axial schlagend auf ein in einer Werkzeugaufnahme 9 gehaltenes Werkzeug, insbesondere einen Meissel (nicht dargestellt), einwirkt. Im Rahmen der Erfindung ist das Druckpolster 21 nicht zwingend. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass der Flugkolben 14 direkt auf das Werkzeug bzw. direkt auf den Döpper 15 einwirkt.The drive motor is of conventional design and is not shown for reasons of clarity. The excavator has an electropneumatic hammer mechanism 10 with a guide tube 11, in whose rear area an exciter piston 12 by a connecting rod 13 back and forth and is driven back and forth. The excitation piston 12 acts via an air spring 19 on a flying mass 14, which passes on its kinetic energy via a pressure pad 21 to an anvil 15, which in turn axially striking a held in a tool holder 9 tool, in particular a chisel (not shown), acts. In the context of the invention, the pressure pad 21 is not mandatory. In principle, it is also possible for the flying mass 14 to act directly on the tool or directly on the striker 15.

Wesentlich für die Erfindung ist eine allgemein durch Bezugshinweis 30 angegebene pneumatische Flugkolbenbremse zur Erzeugung eines Überdrucks zwischen dem Erregerkolben 12 und dem Flugkolben 14, die bewirkt, dass der Flugkolben 14 beim Absetzen des Abbaugeräts vom Untergrund gegen den Döpper 15 gepresst wird. Dadurch wird beim Rückhub des Erregerkolbens 12 ein Unterdruck in der Luftfeder 19 und damit ein Nachschlagen des Flugkolbens 14 vermieden.Essential to the invention is a pneumatic air piston brake generally indicated by reference 30 for generating an overpressure between the excitation piston 12 and the flying mass 14, which causes the flying mass 14 is pressed against the striker 15 when depositing the excavation device from the ground. As a result, a negative pressure in the air spring 19 and thus a lookup of the flying piston 14 is avoided during the return stroke of the exciter piston 12.

Bei der in Fig. 1 nur schematisch und in den Fig. 2A, 2B deutlicher dargestellten Ausführungsvariante befindet sich eine Steuerhülse 17, auch als "Pump-Up-Hülse" bezeichnet, beim Hammer- oder Meisselbetrieb des Abbaugeräts in der in Fig. 2A veranschaulichten Position, bei der Schnauflöcher 18 durch einen ringförmigen geschlossenen Abschnitt der Steuerhülse 17 verschlossen sind. Wird das Abbaugerät vom Untergrund abgesetzt, so rutscht der Döpper 15 um ein Längenstück Δx von wenigen Millimetern bis zu einem Zentimeter maximal um 2,5 cm nach vorn in Richtung des Werkzeugs. Über die mit dem Döpper 15 gekoppelte Verstellvorrichtung wird die Steuerhülse 17 ebenfalls axial nach vorn verschoben, so dass Rückschlagventile, hier ausgeführt als Klappenventile 20 auf die Schnauflöcher 18 ausgerichtet sind. Fährt der Erregerkolben 12 jetzt rückwärts, so dass im Raum der Luftfeder 19 ein Unterdruck entstehen würde, so öffnen die Klappenventile 20. Dadurch kann der Druck in der Luftfeder 19 nicht oder nicht wesentlich unter Atmosphärendruck absinken. Der Flugkolben 14 wird nicht mehr angesaugt und bleibt am oder vor dem Döpper 15 stehen.At the in Fig. 1 only schematically and in the Fig. 2A, 2B More clearly illustrated embodiment is a control sleeve 17, also referred to as "pump-up sleeve", the hammer or chisel operation of the mining equipment in the in Fig. 2A illustrated position in which Schnauflöcher 18 are closed by an annular closed portion of the control sleeve 17. If the excavator is set down from the ground, then the striker 15 slips forward by a length Δx of a few millimeters to a centimeter by 2.5 cm in the direction of the tool. About the coupled with the striker 15 adjusting the control sleeve 17 is also displaced axially forward so that check valves, designed here as flap valves 20 are aligned with the Schnauflöcher 18. If the excitation piston 12 now moves backwards, so that a negative pressure would arise in the space of the air spring 19, then the flap valves 20 open. As a result, the pressure in the air spring 19 does not drop or does not drop substantially below atmospheric pressure. The flying mass 14 is no longer sucked in and stays on or standing in front of the stopper 15.

Die isometrische Darstellung der Fig. 3A zeigt in vergrößerter Darstellung eine erprobte Ausführungsform für die axial verschiebbare Steuerhülse 17. Diese Steuerhülse 17, die vorzugsweise als Kunststoffformteil herstellbar ist, besteht - wie die Fig. 3B erkennen lässt - aus einem Hülsenring 21 mit einer der Anzahl der Schnauflöcher 18 entsprechenden Mehrzahl von ausgesparten Axialkammern 24, in welche die Klappenventile 20 eingesetzt sind, und durch eine Schraubverbindung 26 abdichtend gehalten werden. Die Axialkammern 24 stehen über jeweils eine Durchbrechung 25, deren Anzahl der Anzahl der Schnauflöcher 18 entspricht, mit dem Innenraum der Steuerhülse in Verbindung. Die Klappenventile 20 bestehen im Wesentlichen aus jeweils einem einseitig eingespannten Blattfederelement 22, das eine Ein-/Auslassöffnung 27 je nach Druckverhältnissen auf der einen oder anderen Seite des Blattfederelements 22 freigibt oder verschließt. Die Härte des Blattfederelements 22 bestimmt das Ansprechverhalten des Klappenventils 20.The isometric representation of Fig. 3A shows an enlarged view of a proven embodiment of the axially displaceable control sleeve 17. This control sleeve 17, which is preferably produced as a plastic molded part consists - like the Fig. 3B can recognize - from a sleeve ring 21 with a number of the Schnauflöcher 18 corresponding plurality of recessed axial chambers 24, in which the flap valves 20 are inserted, and are held by a screw 26 sealingly. The axial chambers 24 are connected via an opening 25 whose number corresponds to the number of Schnauflöcher 18, with the interior of the control sleeve in conjunction. The flap valves 20 essentially consist in each case of a cantilevered leaf spring element 22 which releases or closes an inlet / outlet opening 27 depending on the pressure conditions on one or the other side of the leaf spring element 22. The hardness of the leaf spring element 22 determines the response of the flapper valve 20.

Die Fig. 4 zeigt eine andere erprobte Ausführungsform für die Steuerhülse 17. Anstelle der Klappenventile 20 werden hier Kugelventile 28 vorgesehen, welche die Durchbrüche 25 freigeben oder verschließen. Das Ansprechverhalten dieser Ventilart lässt sich feinfühlig über eine Stellschraube 31 verstellen, über die die Vorspannung einer auf das Kugelventil wirkenden Druckfeder 29 bestimmt wird. Der Vorteil dieser Ausführung mit Kugelventilen ist ein einfacheres Herstellungsverfahren, da die Steuerhülse 17 weitgehend vollständig als Spritzgussteil gefertigt werden kann, sowie eine gute Einstellbarkeit der Ventilvorspannung und damit des Ansprechverhaltens der Rückschlagventile.The Fig. 4 shows another proven embodiment of the control sleeve 17. Instead of the flap valves 20 ball valves 28 are here provided which release the openings 25 or close. The response of this type of valve can be adjusted sensitively via a set screw 31, via which the bias of a pressure acting on the ball valve spring 29 is determined. The advantage of this design with ball valves is a simpler manufacturing process, since the control sleeve 17 can be made largely completely as an injection molded part, and a good adjustability of the valve bias and thus the response of the check valves.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des elektropneumatischen Schlagwerks 10, ausgerüstet mit der Kugelventilhülse gemäß Fig. 4 als Steuerhülse 17. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach Fig. 5 derjenigen der Fig. 2A bzw. 2B, so dass eine weitere Erläuterung erübrigt werden kann.The Fig. 5 shows an embodiment of the electro-pneumatic impact mechanism 10, equipped with the ball valve sleeve according to Fig. 4 as a control sleeve 17. Incidentally, the embodiment corresponds to Fig. 5 that of the Fig. 2A or 2B, so that further explanation is unnecessary.

Die Fig. 6, die wiederum das bereits erläuterte elektropneumatische Schlagwerk zeigt, jedoch in diesem Fall nur mit schematisch angedeuteter Steuerhülse 17, dient zur Erläuterung einer rechnerischen Abschätzung des maximal erreichbaren Drucks und der effektiv wirkenden Kräfte, wobei in Fig. 6 der nachfolgend verwendete Begriff leff der "effektiven Schlagwerkslänge" eingetragen und veranschaulicht ist.The Fig. 6 , which in turn shows the already explained electro-pneumatic striking mechanism, but in this case only schematically indicated Control sleeve 17, serves to explain a mathematical estimate of the maximum achievable pressure and the effective forces, in Fig. 6 the term l eff used in the following is registered and illustrated as the "effective percussion length".

Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren, kurz auch als "Pump-Up-Verfahren" bezeichnet, werden im Moment des Abschaltens des Schlagwerks - wie bereits erläutert - Rückschlagventile zugeschaltet, die direkt mit der Luftfeder 19 des Schlagwerks verbunden sind und dieses dadurch aufpumpen, dass bei der Rückwärtsbewegung des Erregerkolbens 12 ein Unterdruck in der Luftfeder 19 entsteht. Die nach innen gerichteten Rückschlagventile, beispielsweise die Klappenventile 20 oder die Kugelventile 28, werden geöffnet und es wird Luftmasse in den Innenraum der Luftfeder 19 angesaugt. Sobald der Erregerkolben 12 seine Bewegungsrichtung ändert, werden diese Rückschlagventile geschlossen und die Luft wird komprimiert. Dadurch entsteht ein Überdruck im Schlagwerk, der den Flugkolben 14 nach vorne, in Richtung Döpper 15 drückt. Der Flugkolben 14 bleibt dadurch nach kurzer Zeit in der vordersten Position stehen.In the method on which the invention is based, also referred to as "pump-up method" at the moment of switching off the percussion - as already explained - check valves are connected, which are directly connected to the air spring 19 of the percussion and inflate this, that in the rearward movement of the exciter piston 12, a negative pressure in the air spring 19 is formed. The inwardly directed check valves, such as the flapper valves 20 or the ball valves 28, are opened and air mass is sucked into the interior of the air spring 19. As soon as the excitation piston 12 changes its direction of movement, these check valves are closed and the air is compressed. This creates an overpressure in the striking mechanism, which presses the flying mass 14 forward, in the direction of the striker 15. The air piston 14 thus remains after a short time in the foremost position.

Im Folgenden soll der mittlere Druck abgeschätzt werden, der so im Schlagwerk erzeugt wird, um zu veranschaulichen, dass die Kräfte ausreichen, den Flugkolben 14 innerhalb kurzer Zeit nach vorne in Richtung Werkzeug zu beschleunigen.In the following, the mean pressure is to be estimated, which is generated in the percussion mechanism in order to illustrate that the forces are sufficient to accelerate the flying mass 14 forward in the direction of the tool within a short time.

Wird zulässigerweise angenommen, dass die Rückschlagventile zu dem Zeitpunkt schließen, zu dem der Erregerkolben 12 seine Bewegungsrichtung ändert, d. h. an der hinteren Totpunktposition, so lässt sich der Maximaldruck, der im Schlagwerk erzeugt wird, abschätzen. Der Druck im Schlagwerk ist zu diesem Zeitpunkt gerade so groß, wie der äußere Atmosphärendruck po. Der Hub des Erregerkolbens 12 betrage hEK. Um diesen Hub wird die Luftmasse im Schlagwerk komprimiert. Es wird zulässigerweise angenommen, dass sich das Gas (die Luft) im Schlagwerk ideal isentrop (adiabatisch) verhält mit einem Koeffizienten κ = 1.4. Es gilt dann: V V 0 κ = x x 0 κ = p 0 p

Figure imgb0001
If it is permissible to assume that the check valves close at the time when the excitation piston 12 changes its direction of movement, ie at the rear dead center position, then the maximum pressure generated in the impact mechanism can be estimated. The pressure in the impact mechanism is just as great at this time as the external atmospheric pressure po. The stroke of the exciter piston 12 amounts to h EK . The air mass in the impact mechanism is compressed around this stroke. It is legitimately assumed that the gas (the air) in the impact mechanism behaves ideally isentropically (adiabatically) with a coefficient κ = 1.4. It applies then: V V 0 κ = x x 0 κ = p 0 p
Figure imgb0001

Der Maximaldruck ist somit gegeben durch: p max = p 0 l eff + h EK l eff κ

Figure imgb0002
The maximum pressure is thus given by: p Max = p 0 l eff + H EK l eff κ
Figure imgb0002

Darin bedeuten:

  • leff: effektive Schlagwerkslänge; (vgl. Fig. 6)
  • po: äußerer Atmosphärendruck
  • hEK: Hub des Erregerkolbens
  • κ: Isentropen-Koeffizient; κ = 1.4 für Luft.
In this mean:
  • l eff : effective percussion length; (see. Fig. 6 )
  • po: external atmospheric pressure
  • h EK : stroke of the exciter piston
  • κ: isentropic coefficient; κ = 1.4 for air.

Nimmt man an, der Erregerkolbenhub entspreche in etwa der effektiven Schlagwerkslänge, d. h. hEK = leff, so ergibt sich ein Maximaldruck, der etwas mehr als zweimal so hoch ist wie der äußere Atmosphärendruck p0: p max 2 κ p 0 2.6 p 0

Figure imgb0003
Assuming that the exciter piston stroke corresponds approximately to the effective percussion length, ie h EK = l eff , this results in a maximum pressure which is slightly more than twice as high as the external atmospheric pressure p 0: p Max 2 κ p 0 2.6 p 0
Figure imgb0003

Die Kraft, mit der der Flugkolben 14 nach vorne beschleunigt wird, ist gegeben durch: F t = A p 0 l eff + h EK x EK t κ - A p 0

Figure imgb0004
The force with which the flying mass 14 is accelerated forward is given by: F t = A p 0 l eff + H EK x EK t κ - A p 0
Figure imgb0004

Bezeichnet man mit xEK(t) die zeitabhängige Momentanposition des Erregerkolbens, so gilt: x EK t = l eff + h EK 2 1 + cos 2 πft

Figure imgb0005
If the time-dependent instantaneous position of the excitation piston is denoted by x EK (t), the following applies: x EK t = l eff + H EK 2 1 + cos 2 πft
Figure imgb0005

Daraus folgt mit Gl. (4) F t = A p 0 l eff + h EK l eff + x EK 2 1 + cos 2 πft κ - A p 0

Figure imgb0006
It follows from Eq. (4) F t = A p 0 l eff + H EK l eff + x EK 2 1 + cos 2 πft κ - A p 0
Figure imgb0006

Die mittlere Kraft ergibt sich aus einer Mittelwertbildung über eine Erregerkolbenperiode: F = 1 T 0 T F t t = A p 0 2 π 0 2 π l eff + h EK l eff + x EK 2 1 + cos x κ x

Figure imgb0007
The mean force results from an averaging over a field piston period: F ~ = 1 T 0 T F t t = A p 0 2 π 0 2 π l eff + H EK l eff + x EK 2 1 + cos x κ x
Figure imgb0007

Darin bezeichnen A die Stirnfläche des Erregerkolbens und T die Periodendauer eines Erregerkolbenzyklus.Therein, A is the end face of the excitation piston and T is the period of an excitation piston cycle.

Das Integral der Gleichung (7) lässt sich wegen des Exponenten κ nicht einfach analytisch lösen. Es werden daher zwei Vereinfachungen betrachtet. Die erste besteht darin, den Exponenten aus dem Integranden herauszunehmen. Man erhält dann: F 1 = A p 0 1 π l eff l eff + h EK arctan l eff tan x / 2 l eff + h EK | 0 2 π κ = A p 0 h EK l eff + 1 κ 2

Figure imgb0008
The integral of equation (7) can not be easily solved analytically because of the exponent κ. Therefore, two simplifications are considered. The first is to remove the exponent from the integrand. You then get: F ~ 1 = A p 0 1 π l eff l eff + H EK arctan l eff tan x / 2 l eff + H EK | 0 2 π κ = A p 0 H EK l eff + 1 κ 2
Figure imgb0008

Daraus ergibt sich eine mittlere Kraft von: F = F 1 - A p 0 = A p 0 h EK l eff + 1 κ 2 = m FK a

Figure imgb0009
This results in an average force of: F ~ = F ~ 1 - A p 0 = A p 0 H EK l eff + 1 κ 2 = m FK a ~
Figure imgb0009

Wird angenommen, der Hub des Pleuels 13 entspreche wieder der effektiven Schlagwerkslänge, d. h. hEK = Ieff, so ergibt sich: F A p 0 2 κ - 1 0.62 A p 0 = m FK a

Figure imgb0010
und eine mittlere Beschleunigung von a = F m FK 0.62 A p 0 m FK
Figure imgb0011
Assuming that the stroke of the connecting rod 13 again corresponds to the effective percussion length, ie h EK = I eff , the following results: F ~ A p 0 2 κ - 1 0.62 A p 0 = m FK a ~
Figure imgb0010
and a mean acceleration of a = F m FK 0.62 A p 0 m FK
Figure imgb0011

Bewegt sich der Flugkolben 14 aus der Ruhe von der hintersten Position bis zum Döpper 15, so dauert dies ungefähr: τ = 2 l eff a 2 l eff m FK 0.62 A p 0

Figure imgb0012
If the flying mass 14 moves from rest from the rearmost position to the striker 15, this will take approximately: τ = 2 l eff a ~ 2 l eff m FK 0.62 A p 0
Figure imgb0012

Als typische Zahlenwerte gelten: r = 15 mm

Figure imgb0013
l eff = 35 mm
Figure imgb0014
m FK = 100 g
Figure imgb0015
p 0 = 1 bar = 1 E 5 Pa
Figure imgb0016
Typical numerical values are: r = 15 mm
Figure imgb0013
l eff = 35 mm
Figure imgb0014
m FK = 100 G
Figure imgb0015
p 0 = 1 bar = 1 e 5 Pa
Figure imgb0016

Daraus folgt eine Zeitkonstante von etwa 14 ms, was ausreicht, um das Nachschlagen des Flugkolbens 14 vollständig zu unterbinden.This results in a time constant of about 14 ms, which is sufficient to completely prevent the lookup of the flying piston 14.

Eine weiter zulässige Vereinfachungsmöglichkeit besteht darin, den Isentropen-Koeffizienten κ in Gl. (7) festzulegen durch den nächstliegenden ganzzahligen Bruch, also: κ = 1.4 3 2

Figure imgb0017
A further permissible simplification possibility is to calculate the isentropic coefficient κ in Eq. (7) by the nearest integer fraction, ie: κ = 1.4 3 2
Figure imgb0017

Das Integral der Gl. (7) lässt sich in diesem Fall analytisch lösen: F 2 = A p 0 2 π π h EK + l eff l eff E x h EK h EK + l eff

Figure imgb0018
The integral of Eq. (7) can be solved analytically in this case: F ~ 2 = A p 0 2 π π H EK + l eff l eff e x H EK H EK + l eff
Figure imgb0018

Darin bezeichnet E das vollständige elliptische Integral zweiter Art. Wird angenommen, dass der Pleuelhub wieder der effektiven Schlagwerkslänge entspricht, so ergibt sich: F = F 1 - A p 0 A p 0 4 E x 2 π - 1 = A p 0 4.1.35 π - 1 0.72 A p 0

Figure imgb0019
E denotes the complete elliptic integral of the second kind. Assuming that the connecting rod stroke again corresponds to the effective impact length, the result is: F ~ = F ~ 1 - A p 0 A p 0 4 e x 2 π - 1 = A p 0 04/01/35 π - 1 0.72 A p 0
Figure imgb0019

Die in Gl. (15) enthaltene Funktion E(x) ist wie folgt definiert: E φ | m = 0 φ 1 - m sin 2 θ θ E m = E π 2 | m

Figure imgb0020
The in Eq. (15) function E (x) is defined as follows: e φ | m = 0 φ 1 - m sin 2 θ θ e m = e π 2 | m
Figure imgb0020

Darin bezeichnet θ ein allgemeines Argument für die Definition des vollständigen elliptischen Integrals zweiter Art (Gl. 16). Es ist die Integrationsvariable, nach der integriert wird. Das Argument von E(φ, m) ist damit einerseits die obere Grenze des Integrals, andererseits das Modul m. In unserem Fall gilt: φ = π / 2.

Figure imgb0021
Therein θ denotes a general argument for the definition of the complete elliptic integral of the second kind (Eq. It is the integration variable to be integrated after. The argument of E (φ, m) is on the one hand the upper bound of the integral, on the other hand the modulus m. In our case: φ = π / Second
Figure imgb0021

Die Funktion E(x) lässt sich um Null herum in eine Taylor-Reihe entwickeln. E x = π 2 - π x 2 - 3 π x 2 128 - 5 π x 3 512 + O x 4

Figure imgb0022
The function E (x) can be evolved around zero into a Taylor series. e x = π 2 - π x 2 - 3 π x 2 128 - 5 π x 3 512 + O x 4
Figure imgb0022

Werden zulässigerweise nur Terme erster Ordnung betrachtet, so ergibt sich als zuverlässige Schätzung für die mittlere Kraft: F = F 2 - A p 0 A p 0 4 π 7 π 16 - 1 = A p 0 7 4 - 1 = 3 4 A p 0

Figure imgb0023
If only first-order terms are admissibly considered, then a reliable estimate for the average force results: F ~ = F ~ 2 - A p 0 A p 0 4 π 7 π 16 - 1 = A p 0 7 4 - 1 = 3 4 A p 0
Figure imgb0023

Daraus lässt sich schließen, dass der maximale Überdruck, der sich durch die Rückschlagventile erzeugen lässt, bei etwa 3/4 des Außendrucks p0 liegt, wenn angenommen wird, dass der Pleuelweg der Länge leff des Schlagwerks entspricht.This suggests that the maximum pressure that can be generated by the check valves, at about 3/4 of the external pressure p is 0, if it is assumed that the Pleuelweg the length l eff of the impact mechanism corresponds.

Versuche haben gezeigt, dass dabei die Rückschlagventile als fast ideal angenommen werden können.Experiments have shown that the check valves can be considered almost ideal.

Die soweit dargestellte Modellrechnung, einschließlich des Verhaltens der Rückschlagventile wird nachfolgend mittels einer realistischen Simulation verifiziert, bei der zusätzlich noch eine für das Betriebsverhalten des Abbaugeräts deutliche Verbesserung hinsichtlich der erforderlichen Anpresskraft durch den Bediener und für ein schnelles Startverhalten zur Anwendung kommt.The model calculation presented so far, including the behavior of the non-return valves, is subsequently verified by means of a realistic simulation which additionally uses a clear improvement in terms of the operating force of the dismounting device with regard to the required contact pressure by the operator and for a quick start-up behavior.

Ein Abbaugerät der genannten Art, insbesondere ein Bohr- und/oder Meisselhammer, ist umso anwenderfreundlicher, je geringer die Anpresskräfte sind, die der Anwender aufbringen muss, damit das Gerät nach einer Betriebsunterbrechung z. B. beim Absetzen von Untergrund, wieder rasch anläuft und stabil funktioniert. Durch die Erzeugung eines höheren Drucks zwischen dem Erregerkolben 12 und dem Flugkolben 14 beim Absetzen des Geräts wird die zum Wiederanlauf aufzuwendende Anpresskraft etwas erhöht.A mining device of the type mentioned, in particular a drill and / or chisel, is all the more user-friendly, the lower the contact pressure, which must apply the user, so that the device after a business interruption z. B. when settling of underground, starts again quickly and works stably. By generating a higher pressure between the exciter piston 12 and the flying piston 14 when the device is discontinued, the pressing force expended for the restart is increased somewhat.

Geht man beispielsweise von einem maximalen Überdruck von etwa 0.6 bar aus, so ergeben sich bei einem angenommenen Durchmesser des Führungsrohrs 11 von d = 40 mm Druckkräfte von etwa 24 N, die durch die Anpresskraft zu überwinden sind.For example, assuming a maximum overpressure of about 0.6 bar, given an assumed diameter of the guide tube 11 of d = 40 mm, compressive forces of about 24 N, which are to be overcome by the contact force, result.

Um diese Gegenkräfte zu vermindern und ein schnelleres Wiederanlaufen des Schlagwerks zu gewährleisten, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante vorgesehen, die überschüssige Luftmasse im Führungszylinder 11 über einen Zwischenschritt abzublasen. Diese Ausführungsvariante der Erfindung wird anhand der Fig. 7A bis 7C nachfolgend beschrieben.In order to reduce these opposing forces and to ensure a faster restarting of the percussion mechanism, it is provided according to an advantageous embodiment variant to blow off the excess air mass in the guide cylinder 11 via an intermediate step. This embodiment of the invention will be described with reference to Figs. 7A to 7C described below.

Die mit dem Rückschlagventil, z. B. dem Klappenventil 20, ausgerüstete axial verschiebbare Steuerhülse 17 weist in einem gewissen axialen Abstand von dem Klappenventil 20 wenigstens eine Bohrung als Ablassöffnung 32, vorzugsweise jedoch eine der Anzahl der Schnauflöcher 18 entsprechende Mehrzahl von Ablassöffnungen 32 auf.The with the check valve, z. B. the flap valve 20, equipped axially displaceable control sleeve 17 has at a certain axial distance from the flapper valve 20 at least one bore as a discharge opening 32, but preferably a number of Schnauflöcher 18 corresponding plurality of discharge openings 32.

Die Fig. 7A zeigt die Arbeitsstellung des Abbaugeräts, bei welcher die Schnauflöcher 18 durch den vorderen Bereich der Steuerhülse 17 verschlossen sind. Wird das Abbaugerät vom Untergrund abgesetzt, so wird die Steuerhülse 17 durch den nach vorne rutschenden Döpper 15 um den Wegabschnitt Δx2 verschoben, so dass die Rückschlagventile, beispielsweise das Klappenventil 20, wie in Fig. 7C gezeigt, auf die Schnauflöcher 18 ausgerichtet sind. Dies entspricht der auch in Fig. 2B gezeigten Pump-Up-Stellung, in welcher der Flugkolben 14 kurzfristig stillgesetzt wird. Beginnt der Bedienende einen weiteren Abbauvorgang, so wird beim Ansetzen des Geräts eine Zwischenstellung des Döppers 6 bzw. der Steuerhülse 17 erreicht, die gegenüber der in Fig. 7A gezeigten Arbeitsstellung um ein kleineres Wegstück Δx1 verschoben ist, die so genannte Ablassstellung, in welcher die Ablassöffnung(en) 32 auf eines der oder die Schnauflöcher 18 ausgerichtet ist (sind). Dadurch wird die überschüssige Luftmasse im Schlagwerk rasch abgeblasen, so dass das Schlagwerk innerhalb kürzester Zeit neu zu arbeiten beginnt.The Fig. 7A shows the working position of the excavation device, in which the Schnauflöcher 18 are closed by the front portion of the control sleeve 17. If the excavation device is set down from the ground, the control sleeve 17 is displaced by the striker 15 slipping forward by the path section Δx 2 , so that the check valves, for example the flap valve 20, as in FIG Fig. 7C shown aligned with the Schnauflöcher 18. This is the same as in Fig. 2B shown pump-up position in which the flying mass 14 is temporarily stopped. If the operator begins a further degradation process, an intermediate position of the striker 6 or of the control sleeve 17 is achieved when the device is attached, the opposite of the in Fig. 7A working position shown is shifted to a smaller span Ax 1, the so-called discharge position, in which the discharge opening (s) aligned on one of or Schnauflöcher 18 32 (are). As a result, the excess air mass in the striking mechanism is quickly blown off, so that the impact mechanism begins to work again within a very short time.

Die in Fig. 8 dargestellten zeitkorrelierten Teildiagramme (a) bis (c) veranschaulichen Simulationsergebnisse, die mit dem Schlagwerk gemäß Fig. 2 A/B durchgeführt wurden.In the Fig. 8 illustrated time-correlated partial diagrams (a) to (c) illustrate simulation results, with the striking mechanism according to Fig. 2 A / B were carried out.

Auf der Abszisse der drei übereinander dargestellten Diagramme ist jeweils die Zeit in Sekunden (s) dargestellt. Auf den Ordinaten der drei Diagramme sind im oberen Diagramm (a) in dessen oberem Teildiagramm 33 die Momentanposition bzw. der Weg-Zeitverlauf des Erregerkolbens 12 und im unteren Teildiagramm 34 die Momentanposition bzw. der Weg-Zeitverlauf des Flugkolbens 14 wiedergegeben.The abscissa of the three diagrams shows the time in seconds (s). On the ordinates of the three diagrams are in the upper diagram (a) in its upper part diagram 33, the instantaneous position or the path-time curve of the exciter piston 12 and in the lower part of the graph 34, the instantaneous position and the path-time course of the flying piston 14 reproduced.

Das mittlere Diagramm (b) zeigt einerseits in durchgezogener Linie 35 den Gesamtenergieverbrauch und im unteren Bereich die Energie der Einzelschläge, die als Peaks 36 aufgetragen sind.The middle diagram (b) shows on the one hand in a solid line 35 the total energy consumption and in the lower part of the energy of the individual beats, which are plotted as peaks 36.

Das unterste Teildiagramm (c) zeigt schließlich den zeitlichen Verlauf der im Schlagwerk vorhandenen Luftmasse bei einem Stopp- und Startvorgang für ein erfindungsgemäßes Schlagwerk.Finally, the lowest partial diagram (c) shows the time course of the air mass present in the percussion mechanism during a stopping and starting operation for a striking mechanism according to the invention.

Die Simulationsergebnisse der Fig. 8 sind wie folgt zu interpretieren:The simulation results of Fig. 8 are to be interpreted as follows:

Bei t = 0.6 s wird die Pump-Up- oder Steuerhülse 17 aktiviert, d. h. beim Absetzen des Geräts in die in Fig. 2B gezeigte Position verschoben. Das Schlagwerk kommt innerhalb von zwei Schlägen zum Stillstand, was gut aus dem Teildiagramm (b) der Fig. 8 ersichtlich ist. Bei t = 1.2 s wird das Schlagwerk wieder aktiviert, es dauert, wie aus dem Teildiagramm (c) der Fig. 8 ersichtlich ist, etwa 400 ms, bis die überschüssige Luft im Schlagwerk über das Schnaufloch bzw. die Schnauflöcher 32 abgebaut ist, und das Schlagwerk erneut voll zu arbeiten beginnt.At t = 0.6 s, the pump-up or control sleeve 17 is activated, ie when placing the device in the in Fig. 2B moved position shown. The percussion comes to a halt within two strokes, which is well from the subdiagram (b) of the Fig. 8 is apparent. At t = 1.2 s, the percussion mechanism is reactivated, it takes, as shown in the partial diagram (c) of the Fig. 8 it can be seen, about 400 ms, until the excess air is broken down in the percussion over the Schnaufloch or the Schnauflöcher 32, and the percussion again starts to work fully.

Die drei graphischen Darstellungen der Fig. 9 zeigen einen zeitgedehnten Teilausschnitt der Simulationsergebnisse nach Fig. 8. Man erkennt hieraus deutlich, dass der Flugkolben nach nur zwei Einzelschlägen bereits eine Ruheposition erreicht hat (Teildiagramm (a)). Der Erregerkolben 12 läuft weiter und verändert dementsprechend die im Schlagwerk vorhandene Luftmasse pulsierend, was sich gut aus den Teildiagrammen (c) der Fig. 8 und 9 ersehen lässt.The three graphical representations of Fig. 9 show a time-prolonged partial excerpt of the simulation results Fig. 8 , It can clearly be seen from this that the flying massile has already reached a rest position after only two individual beats (partial diagram (a)). The exciter piston 12 continues to run and changed accordingly the existing air mass in the percussion pulsating, which is well from the partial diagrams (c) of Fig. 8 and 9 can be seen.

Die graphische Darstellung der Fig. 10 entspricht einer zeitgedehnten Detaildarstellung der Graphik nach Fig. 8 ab dem Zeitpunkt t = 1.1 s. Aus den Teildiagrammen (b) und (c) der Fig. 10 lässt sich besonders gut ablesen, dass ohne zusätzliches Ablassen, wie anhand der Fig. 10 veranschaulicht, das Schlagwerk nach etwa 400 ms seine volle Schlagleistung erreicht hat. Die überschüssige Luft wird über das bzw. die Schnauflöcher zwar in einer für die Praxis tolerablen Zeitspanne, jedoch mit einer merkbaren Zeitverzögerung abgebaut.The graphic representation of the Fig. 10 corresponds to a time-extended detailed representation of the graphic after Fig. 8 from the time t = 1.1 s. From the partial diagrams (b) and (c) of Fig. 10 can be read particularly well that without additional draining, as based on the Fig. 10 illustrates that Schlagwerk achieved its full impact performance after about 400 ms. The excess air is degraded via the or the Schnauflöcher although in a tolerable for practice period, but with a noticeable time delay.

Die FiG. 11 und 12 zeigen den bereits erläuterten Figuren 8 bzw. 10 entsprechende Graphiken bzw. Diagramme für ein Schlagwerk mit einer Pump-Up- bzw. Steuerhülse 17 gemäß Fig. 7 mit zusätzlicher (zusätzlichen) Ablassöffnung (Ablassöffnungen) 32.The FiG. 11 and 12 show the already explained FIGS. 8 or 10 corresponding graphics or diagrams for a striking mechanism with a pump-up or control sleeve 17 according to Fig. 7 with additional (additional) discharge opening (discharge openings) 32.

Entsprechend der Fig. 8 zeigt Fig. 11 eine Übersicht über einen Stopp- und Startvorgang eines Schlagwerks mittels einer erfindungsgemäßen Pump-Up- oder Steuerhülse 17, die gemäß Fig. 7 zusätzliche Ablassöffnungen 32 aufweist. Wiederum wird bei t = 0.6 s die Steuerhülse 17 in die in Fig. 7C gezeigte Stellung gebracht. Das Schlagwerk kommt innerhalb von zwei Schlägen zum Stillstand. Bei t = 1.2 s wird das Schlagwerk wieder aktiviert. Anders als bei Fig. 8 bzw. Fig. 10 ist aus den Fig. 11 und 12 gut ersichtlich, dass das Schlagwerk praktisch sofort zu hämmern beginnt, was in beiden Fig. 11 und 12 die Teildiagramme (b) und (c) gut erkennen lassen. Dieses günstige Anlaufverhalten des Schlagwerks wird durch das zusätzliche Abblasen über die Ablassöffnung 32 erreicht. Dabei wird überschüssige Luft durch ein kurzes Entlüften des Schlagwerks rasch abgebaut.According to the Fig. 8 shows Fig. 11 an overview of a stop and start operation of a percussion mechanism by means of a pump-up or control sleeve 17 according to the invention, according to Fig. 7 has additional discharge openings 32. Again, at t = 0.6 s, the control sleeve 17 in the in Fig. 7C shown position. The percussion comes to a halt within two shots. At t = 1.2 s the hammer mechanism is reactivated. Unlike Fig. 8 respectively. Fig. 10 is from the Fig. 11 and 12 It is obvious that the striking mechanism begins to hammer almost immediately, which in both cases Fig. 11 and 12 the partial diagrams (b) and (c) can be recognized well. This favorable start-up behavior of the percussion mechanism is achieved by the additional blow-off via the discharge opening 32. Excess air is rapidly reduced by briefly bleeding the impact mechanism.

Eine weitere grundsätzliche Ausführungsvariante der Erfindung unter Verwendung einer Pumpe mit Druckspeicher wird nachfolgend anhand der Fig. 13 und 14 beschrieben.Another basic embodiment of the invention using a pump with pressure accumulator is described below with reference to the FIGS. 13 and 14 described.

Bei dieser durch zwei Ausführungsbeispiele veranschaulichten Variante der Erfindung wird das elektropneumatische Schlagwerk selbst dazu verwendet, einen Zwischendruckspeicher 45 zu füllen, der über ein vorzugsweise steuerbares Ventil 46 in das Schlagwerk, insbesondere in die Luftfeder 19 entleert wird, sobald die Anpresskraft nachlässt bzw. das Abbaugerät vom Untergrund abgehoben wird.In this variant of the invention illustrated by two embodiments, the electropneumatic percussion mechanism itself is used to fill an intermediate pressure accumulator 45, which is emptied via a preferably controllable valve 46 into the percussion mechanism, in particular into the air spring 19, as soon as the contact pressure decreases or the extraction unit declines lifted off the ground.

Die Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform mit einer vom Erregerkolbenantrieb betätigten zusätzlichen Hubkolbenpumpe 40, die über Rückschlagventile 41, 42 mit dem Zwischendruckspeicher 45 verbunden ist. Die Ansaugseiten der Hubkolbenpumpe 40 weisen ebenfalls Rückschlagventile 43, 44 auf. Am Druckspeicher 45 kann ein Überdruckventil 47 vorgesehen sein.The Fig. 13 shows an embodiment with a driven by the exciter piston additional piston pump 40, which is connected via check valves 41, 42 with the intermediate pressure accumulator 45. The suction sides of the reciprocating pump 40 also have check valves 43, 44. At the accumulator 45, a pressure relief valve 47 may be provided.

Wie die Ausführungsform nach Fig. 14 zeigt, ist es auch möglich, das Volumen 50 des Exzenterantriebs 42 für den Erregerkolben 12 direkt als Pumpenvolumen zu verwenden, wobei das Kurbelgehäuse als Pumpengehäuse 51 dient. Die Rückschlagventile 53 bzw. 54 entsprechen in ihrer Funktion den Rückschlagventilen 41, 42 bzw. 43, 44 bei Fig. 13.As the embodiment according to Fig. 14 shows, it is also possible to use the volume 50 of the eccentric drive 42 for the excitation piston 12 directly as the pump volume, wherein the crankcase serves as a pump housing 51. The check valves 53 and 54 correspond in function to the check valves 41, 42 and 43, 44 at Fig. 13 ,

Der Vorteil dieser Ausführungsvariante der Erfindung gegenüber der Variante mit Pump-Up- oder Steuerhülse liegt darin, dass der maximale Druck im Schlagwerk nicht durch die Dimensionen des Flugkolbenwegs und/oder des Exzenterhubs gegeben sind und somit nicht auf den Umgebungsdruck, also etwa 1 bar, limitiert sind. Es lassen sich deutliche höhere Drücke erzeugen, was prinzipiell ein noch zuverlässigeres und schnelleres Abschalten des Abbaugeräts beim Abheben vom Untergrund ermöglicht. Vorteilhaft ist auch, dass der Druck zum Zeitpunkt des Abschaltens bereits zur Verfügung steht.The advantage of this embodiment of the invention over the variant with pump-up or control sleeve is that the maximum pressure in the impact mechanism are not given by the dimensions of the flying piston travel and / or Exzenterhubs and thus not on the ambient pressure, ie about 1 bar, are limited. It can generate significantly higher pressures, which in principle allows an even more reliable and faster shutdown of the mining equipment when lifting off the ground. It is also advantageous that the pressure at the time of switching off is already available.

Eine dritte Ausführungsvariante der Erfindung geht von der Verwendung schnell schaltender Ventile mit einer Untervariante einer dynamisch rasch verschiebbaren Schieberhülse aus. Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 15 und 16 gezeigt.A third embodiment variant of the invention is based on the use of fast-switching valves with a sub-variant of a dynamically rapidly displaceable sliding sleeve. Two embodiments are in the FIGS. 15 and 16 shown.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 15 ist die Funktion eines Rückschlagventils gegenüber bei den anhand der Fig. 1 bis 12 beschriebenen Ausführungsformen ersetzt durch ein schnell schaltendes Ventil 60, das ein magnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil sein kann. Um im Schlagwerk einen Überdruck zu erzeugen, wird das Ventil 60 geschlossen, sobald der Erregerkolben 12 seine Bewegungsrichtung am hinteren Totpunkt ändert. Die Luft wird beim Vorlauf des Erregerkolbens 12 komprimiert und erzeugt einen Überdruck. Das Ventil 60 wird dann jedes Mal wieder geöffnet kurz nachdem der Erregerkolben 12 den vorderen Tot- oder Umkehrpunkt erreicht hat.In the embodiment according to Fig. 15 is the function of a check valve compared with the basis of the Fig. 1 to 12 described embodiments replaced by a fast-switching valve 60, which may be a magnetically actuated 2/2-way valve. In order to generate an overpressure in the impact mechanism, the valve 60 is closed as soon as the exciter piston 12 changes its direction of movement at the rear dead center. The air is compressed during the flow of the excitation piston 12 and generates an overpressure. The valve 60 is then opened again each time shortly after the exciter piston 12 has reached the front dead center or reversal point.

Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass nach dem Abschalten des Schlagwerks vor dem nächsten Anlaufen durch ein kurzes Öffnen des Ventils 60 der Druckausgleich sofort hergestellt werden kann. Die Anforderungen an das Ventil 60 sind allerdings relativ hoch; es sind Schaltfrequenzen von mehr als 50 Hz notwendig. Auch die Nennweiten einer Durchführungsbohrung am Führungsrohr 11 (in FiG. 15 nicht gezeigt) bzw. am Ventil selbst, müssen für einen schnellen Gasaustausch relativ groß bemessen werden, z. B. sind Durchmesser von 3 bis 4 mm erforderlich. Für diese Ausführungsform kommen vor allem elektrisch zu betätigende Schieberventile oder Drehschieberventile in Frage.This embodiment of the invention has the advantage that after switching off the impact mechanism before the next start by a short opening of the valve 60, the pressure equalization can be made immediately. However, the requirements for the valve 60 are relatively high; Switching frequencies of more than 50 Hz are necessary. Also, the nominal widths of a feedthrough bore on the guide tube 11 (in FiG. 15 not shown) or on the valve itself, must be sized relatively large for rapid gas exchange, z. B. diameters of 3 to 4 mm are required. In particular, electrically operated slide valves or rotary slide valves come into question for this embodiment.

Eine Ausführungsform der Erfindung bei der eine Steuerhülse selbst direkt als Schieberventil zum Einsatz kommt, ist in Fig. 16 gezeigt. Eine Steuerhülse 61, welche die Schnauflöcher 18 in einer Endstellung verschließt und in einer zweiten Endstellung freigibt, bildet dabei gleichzeitig einen Spulenkörper und bildet den Anker eines Voice-Coil-Aktors 62, der zentrisch um das Führungsrohr 11 plaziert ist.An embodiment of the invention in which a control sleeve itself is used directly as a slide valve, is in Fig. 16 shown. A control sleeve 61, which closes the Schnauflöcher 18 in an end position and releases in a second end position, at the same time forms a bobbin and forms the armature of a voice coil actuator 62, which is placed centrally around the guide tube 11.

Claims (10)

  1. Breaker device, in particular hammer drill and/or chipping hammer, the electropneumatic striking mechanism of which comprises an exciter piston (12) which can be driven electrically in a reciprocating manner within a guide tube (II) and which, by means of an air spring (19) compressed thereby, accelerates a free piston (14) which in turn percussively drives a breaker device held in a tool holder (9), the guide tube being provided in the region of the air spring with at least one bore (18) and being surrounded by a control sleeve (17) which can be displaced by an adjusting mechanism (16) which can be actuated when the breaker device is lifted off the ground, characterised in that a non-return valve (20; 28) by means of which the negative pressure produced between the exciter piston (12) and the free piston (14) during the return stroke of the exciter piston when the breaker device is lifted off the ground is increased to a higher pressure is integrated into the control sleeve (17) and is arranged in such a manner that it is aligned with the bore (18) by means of the adjusting mechanism (16) when the breaker device is lifted off the ground.
  2. Breaker device according to claim 1, in which the free piston driven by the air spring acts percussively on a plunger (15) associated with the tool holder, characterised in that the valve mechanism (16) for the non-return valve can be actuated by means of the plunger.
  3. Breaker device according to claim 2, characterised in that the control sleeve can be displaced axially relative to the guide tube by means of the adjusting mechanism.
  4. Breaker device according to claim 2, characterised in that the control sleeve can be rotated relative to the guide tube by means of the adjusting mechanism.
  5. Breaker device according to claim 1, characterised in that the non-return valve is a flap valve (20).
  6. Breaker device according to claim 5, characterised in that the flap valve (20) is integrated into the circumferential wall of the control sleeve (17).
  7. Breaker device according to claim 6, characterised in that the flap valve (20) is formed by a leaf spring (22) extending transversely to an admission port and clamped at one end.
  8. Breaker device according to claim 1, characterised in that the non-return valve is a ball valve (28) integrated into the control sleeve (17).
  9. Breaker device according to claim 8, characterised in that the preloading of the ball valve can be adjusted by means of an adjusting screw (31) acting on a compression spring (29).
  10. Breaker device according to claim 1, characterised by at least one vent (32) traversing the control sleeve (17) for the rapid reduction of excess pressure in the striking mechanism when the hammering or chipping operation is started/resumed.
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