Hohlkolbenschlagwerk mit Luftausgleichs- und Leerlauf Öffnung Hollow piston impact mechanism with air compensation and idle opening
Die Erfindung betrifft ein Luftfederschlagwerk gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an air spring hammer mechanism according to the preamble of patent claim 1.
Luftfederschlagwerke werden üblicherweise in Bohr- und /oder Schlaghämmern (nachfolgend als Hämmer bezeichnet) dazu verwendet, auf ein Werkzeug regelmäßige Schläge auszuüben. Dabei hat sich ein Bauprinzip bewährt, bei dem ein Antriebskolben über einen entsprechenden Antrieb in eine axiale Hin- und Herbewegung versetzt wird, die über eine in einem Hohlraum zwischen dem Antriebskolben und einem Schlagkolben entstehende Luftfeder auf den Schlagkolben übertragen wird. Der Schlagkolben schließlich schlägt auf das Werkzeug oder einen zwischengeschalteten Döp- per.Air spring percussions are usually used in rotary and / or percussion hammers (hereinafter referred to as hammers) to regularly strike a tool. Here, a construction principle has proven itself in which a drive piston is made to move axially back and forth via a corresponding drive, which is transmitted to the impact piston via an air spring created in a cavity between the drive piston and a percussion piston. Finally, the percussion piston hits the tool or an interposed dopper.
Bei einer bevorzugten Bauart für ein derartiges Luftfederschlagwerk ist der Antriebskolben an seiner Vorderseite hohl ausgebildet, wobei der Schlagkolben in der Höhlung des Antriebskolbens geführt wird. Daher wird auch von einem "Hohlkolben-Schlagwerk" gesprochen.In a preferred type of construction for such an air spring hammer mechanism, the drive piston is hollow on its front side, with the percussion piston being guided in the cavity of the drive piston. This is why we also speak of a "hollow piston percussion mechanism".
Diese Bauart hat sich in der Praxis hervorragend bewährt, wobei aufgrund der niedrigen Masse des Antriebskolbens nur geringe Leerlaufschwingungen auftreten und keine Dichtung zwischen den Kolben erforderlich ist. Nachteilig ist jedoch, dass der Übergang zwischen Leerlaufbetrieb und Schlagbetrieb nicht immer mit der gewünschten Präzision erfolgt, was zu einer erhöhten Gefahr von Leerschlägen führt, wenn der Bediener eigentlich den Übergang in den Leerlauf wünscht. Auch kann es zu Schlägen mit geringer Intensität oder gar zu einem unerwünschten Leerlauf führen, wenn der Bediener den Hammer nicht voll gegen das zu bearbeitende Material andrückt oder der Rückstoß des Schlagkolbens fehlt. In beiden Fällen kommt es zu einer Beeinträchtigung der Bedienbarkeit bzw. des Arbeitsergebnisses.This design has proven itself extremely well in practice, whereby due to the low mass of the drive piston there are only slight idle vibrations and no seal between the pistons is required. However, it is disadvantageous that the transition between idle operation and impact operation is not always carried out with the desired precision, which leads to an increased risk of empty runs if the operator actually wishes to transition to idle operation. It can also lead to blows of low intensity or even to an undesirable idle if the operator does not press the hammer fully against the material to be processed or the recoil of the percussion piston is missing. In both cases, the usability or the work result is impaired.
In der DE 198 47 687 AI wird ein Hohlkolben-Schlagwerk mit Hülsensteuerung beschrieben. Die Hülsensteuerung ermöglicht einen zuverlässigen und präzisen Wechsel zwischen Leerlaufbetrieb und Schlagbetrieb durch eine axial verschiebliche Steuerhülse. Wenn die Steuerhülse in Leerlaufstellung steht, kann der zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben ausge-
bildete Hohlraum über in der Steuerhülse vorhandene Belüftungsöffnungen mit der Umgebung in Verbindung gebracht werden, wodurch die im Hohlraum ausgebildete Luftfeder entlüftet wird. Dadurch gelangt das Schlagwerk unmittelbar in Leerlauf, so dass kein weiterer Schlag durch den Schlagkol- ben erzeugt wird.DE 198 47 687 AI describes a hollow piston hammer mechanism with sleeve control. The sleeve control enables a reliable and precise change between idle operation and impact operation through an axially displaceable control sleeve. If the control sleeve is in the idle position, it can extend between the drive piston and the percussion piston. formed cavity are connected to the environment via ventilation openings provided in the control sleeve, whereby the air spring formed in the cavity is vented. As a result, the striking mechanism immediately idles, so that no further impact is generated by the striking piston.
Das Hohlkolben-Schlagwerk gemäß der DE 198 47 687 AI hat sich in der Praxis hervorragend bewährt. Dennoch wurde die Erkenntnis gewonnen, dass hinsichtlich der Festigkeits- und Dichtungseigenschaften Verbesserun- gen möglich sein könnten.The hollow piston percussion mechanism according to DE 198 47 687 AI has proven itself extremely well in practice. Nevertheless, the knowledge was gained that improvements could be possible with regard to the strength and sealing properties.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hohlkolben-Schlagwerk zu verbessern, um ein optimiertes Dichtungs- und Schwingungsverhalten zu erreichen, unter Beibehaltung eines zuverlässigen Wechsels zwischen Leer- lauf- und Schlagbetrieb.The invention is therefore based on the object of improving a hollow piston striking mechanism in order to achieve an optimized sealing and vibration behavior while maintaining a reliable change between idling and striking operation.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Luftfederschlagwerk mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.According to the invention the object is achieved by an air spring hammer mechanism with the features of claim 1. Advantageous further developments of the invention are defined in the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerk ist ein axial hin- und herbewegbarer Antriebskolben, der in seiner Höhlung einen axial beweglichen Schlagkolben führt, mit einem Belüftungsschlitz in seiner hülsenförmigen Führungswand ausgestattet. Die Außenseite der Führungswand ist an einer Innenseite eines Führungsrohrs führbar, das somit auch den gesamten Antriebskolben führt. Dieser Aufbau ist aus der DE 198 47 687 AI bekannt.In the air spring hammer mechanism according to the invention, an axially reciprocable drive piston, which in its cavity guides an axially movable percussion piston, is equipped with a ventilation slot in its sleeve-shaped guide wall. The outside of the guide wall can be guided on the inside of a guide tube, which thus also guides the entire drive piston. This structure is known from DE 198 47 687 AI.
Erfindungsgemäß sind in dem Führungsrohr eine oder mehrere Leerlaufoffnungen vorgesehen, die in Axialrichtung verteilt angeordnet sind und sich in Radialrichtung erstrecken. Die mehreren Leerlaufoffnungen können dabei in Axialrichtung auf einer Linie oder aber auch - mit axialem Versatz - am Umfang des Führungsrohrs verteilt angeordnet sein.According to the invention, one or more idling openings are provided in the guide tube, which are distributed in the axial direction and extend in the radial direction. The plurality of idle openings can be arranged in the axial direction on a line or else - with an axial offset - distributed around the circumference of the guide tube.
Sofern nur eine Leerlauföffnung vorhanden ist, ist sie an geeigneter Stelle anzuordnen, um die nachfolgende erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen.If there is only one idle opening, it must be arranged at a suitable point in order to achieve the subsequent effect according to the invention.
An der Außenseite des Führungsrohrs ist ein bewegliches Steuerelement an-
geordnet, in dem zu den Leerlaufoffnungen korrespondierende Steueröffnungen vorgesehen sind. Das Steuerelement ist zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegbar. In der Offenstellung steht wenigstens eine der Steueröffnungen über einer Leerlauföffnung, während in der Schließ Stellung die Steueröffnungen und die Leerlaufoffnungen nicht übereinander stehen, so dass die Leerlaufoffnungen sämtlich durch die Wandung des Steuerelements verschlossen sind.A movable control element is attached to the outside of the guide tube. ordered, in which control openings corresponding to the idle openings are provided. The control element can be moved between an open position and a closed position. In the open position, at least one of the control openings is above an idle opening, while in the closed position the control openings and the idle openings are not one above the other, so that the idle openings are all closed by the wall of the control element.
In einer Leerlaufbetriebsart des Schlagwerks steht das Steuerelement in Of- fenstellung, so dass der Hohlraum im Inneren des Antriebskolbens über den Belüftungsschlitz, die Leerlaufoffnungen und die Steueröffnungen mit der Umgebungsatmosphäre in kommunizierende Verbindung bringbar ist und die im Hohlraum ausgebildete Luftfeder belüftet werden kann.In an idle operating mode of the striking mechanism, the control element is in the open position, so that the cavity inside the drive piston can be brought into communicating connection with the ambient atmosphere via the ventilation slot, the idling openings and the control openings, and the air spring formed in the cavity can be ventilated.
Sofern nur eine Leerlauföffnung in der Führungswand des Antriebskolbens vorgesehen ist, ist sie derart anzuordnen, dass die kommunizierende Verbindung in der Leerlaufbetriebsart hergestellt werden kann.If only one idle opening is provided in the guide wall of the drive piston, it must be arranged in such a way that the communicating connection can be established in the idle mode.
Im Unterschied zum Stand der Technik weist somit der Antriebskolben des erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks lediglich die eine oder die mehreren Belüftungsschlitze auf, jedoch keine zusätzlichen Leerlaufoffnungen, wie in der DE 198 47 687 AI oder auch in der DE 198 28 426 AI gezeigt. Dadurch bestehen zwischen dem Antriebskolben und dem ihn umgebenden Führungsrohr weniger Öffnungsübergänge, die abgedichtet werden müssen. Weiterhin wird die Führungswand des Antriebskolbens nicht durch zusätzliche Öffnungen geschwächt, was sich positiv auf das Festigkeitsverhalten auswirkt. Dabei ist zu beachten, dass die Führungswand des Antriebskolbens möglichst dünn ausgeführt werden sollte, um die Gesamtmasse des Antriebskolbens so gering wie möglich zu halten. Dadurch lassen sich die Schwingungen des Antriebskolbens aufgrund seiner Hin- und Herbewegung minimieren. Bei einer sehr dünnen Führungswand, die darüber hinaus noch durch zahlreiche Leerlaufoffnungen durchbrochen wäre, könnten bei der Fertigung oder im Betrieb Festigkeitsprobleme auftreten, die zu einer unerwünschten Verformung der Führungswand und damit des Antriebskolbens führen könnten.In contrast to the prior art, the drive piston of the air spring hammer mechanism according to the invention thus only has one or more ventilation slots, but no additional idle openings, as shown in DE 198 47 687 AI or also in DE 198 28 426 AI. As a result, there are fewer opening transitions between the drive piston and the guide tube surrounding it, which have to be sealed. Furthermore, the guide wall of the drive piston is not weakened by additional openings, which has a positive effect on the strength behavior. It should be noted that the guide wall of the drive piston should be made as thin as possible in order to keep the total mass of the drive piston as low as possible. The vibrations of the drive piston due to its back and forth movement can thereby be minimized. In the case of a very thin guide wall, which would also be broken by numerous idling openings, strength problems could arise during production or operation, which could lead to an undesirable deformation of the guide wall and thus of the drive piston.
Darüber hinaus ist im Schlagbetrieb der die Luftfeder umgebende Hohlraum
vollständig von der Umgebung abgekapselt. Es besteht nicht - wie beim Stand der Technik - die Gefahr, dass der Hohlraum über eine nicht vollständig abgedichtete Leerlauföffnung zumindest teilweise entlüftet werden könnte, was zu einer Entspannung der Luftfeder im Hohlraum und damit zu einer geringeren Schlagenergie des Schlagkolbens führen würde. Dadurch, dass der Antriebskolben keine Leerlaufoffnungen aufweist, besteht bei der Erfindung prinzipbedingt diese Gefahr nicht.In addition, the cavity surrounding the air spring is in impact operation completely isolated from the environment. There is not - as in the prior art - the danger that the cavity could be at least partially vented via an idle opening which is not completely sealed, which would lead to a relaxation of the air spring in the cavity and thus to a lower impact energy of the percussion piston. Due to the fact that the drive piston has no idle openings, there is, in principle, no danger in the invention.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Axiallänge des Belüftungsschlitzes größer als die axiale Höhe eines im Antriebskolben geführten Kolbenkopfs des Schlagkolbens. Dies führt dazu, dass im Schlagbetrieb eine Relativstellung zwischen Antriebskolben und Schlagkolben möglich ist, in der der die Luftfeder umgebende Hohlraum mit einem Raum vor dem Schlagkolben in kommunizierende Verbindung ge- bracht werden kann. Dadurch besteht die Möglichkeit, neue Luft in den Hohlraum zuzuführen und die Luftfeder vor dem nächsten Schlag wieder aufzufüllen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the axial length of the ventilation slot is greater than the axial height of a piston head of the percussion piston guided in the drive piston. As a result, a relative position between drive piston and percussion piston is possible in percussion operation, in which the cavity surrounding the air spring can be brought into communicating connection with a space in front of the percussion piston. This enables new air to be fed into the cavity and the air spring to be refilled before the next blow.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Axiallänge des Belüftungsschlitzes grö- jßer ist als der minimale axiale Abstand zwischen zueinander am nächsten liegenden Rändern von axial benachbarten Leerlaufoffnungen. Diese Ausgestaltung gewährt es, dass im Leerlaufbetrieb, also bei einer Offenstellung des Steuerelements, unabhängig von der Relativstellung zwischen dem Antriebskolben und dem Führungsrohr der Belüftungsschlitz über wenigstens einer Leerlauföffnung steht. Verläset ein Ende des Belüftungsschlitzes die eine Leerlauföffnung aufgrund der Bewegung des Antriebskolbens, erreicht sein anderes Ende bereits die nächste Leerlauföffnung, bevor das erstere Ende die erste Leerlauföffnung verläset. In der Übergangsphase zwischen zwei Leerlaufoffnungen steht der Belüftungsschlitz somit gleichzeitig - zu- mindest teilweise - über beiden Leerlaufoffnungen. Dadurch ist sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt eine kommunizierende Verbindung vom Hohlraum über den Belüftungsschlitz zur Umgebung hin möglich ist.It is also advantageous if the axial length of the ventilation slot is greater than the minimum axial distance between the edges of axially adjacent idle openings that are closest to one another. This configuration ensures that in idle mode, that is to say when the control element is in an open position, the ventilation slot stands above at least one idle opening, regardless of the relative position between the drive piston and the guide tube. If one end of the ventilation slot leaves one idle opening due to the movement of the drive piston, its other end already reaches the next idle opening before the first end leaves the first idle opening. In the transition phase between two idle openings, the ventilation slot is simultaneously - at least partially - above both idle openings. This ensures that a communicating connection from the cavity via the ventilation slot to the surroundings is possible at all times.
Vorteilhafterweise ist die Anzahl der Leerlaufoffnungen und der Steueröff- nungen gleich. Dadurch lässt sich der Gesamtquerschnitt der Leerlaufoffnungen maximieren, um eine wirkungsvolle Belüftung des Hohlraums im Leerlaufbetrieb zu erreichen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Steuerelement durch eine Federeinrichtung in Offenstellung gehalten. Dadurch wird sichergestellt, dass das Schlagwerk im Leerlaufbetrieb läuft, wenn der Bediener keine anderen Maßnahmen ergreift. Beim Aufsetzen des Werkzeugs auf das zu bearbeitende Gestein kann das Steuerelement dann gegen die Wirkung der Feder in seine Schließstellung verschoben werden, wie dies prinzipiell auch in der DE 198 47 687 AI beschrieben ist.The number of idle openings and the control openings is advantageously the same. This allows the overall cross-section of the idle openings to be maximized in order to achieve effective ventilation of the cavity during idle operation. In a preferred embodiment of the invention, the control element is held in the open position by a spring device. This ensures that the striking mechanism runs in idle mode if the operator does not take any other measures. When the tool is placed on the rock to be machined, the control element can then be moved into its closed position against the action of the spring, as described in principle in DE 198 47 687 AI.
Das Luftfederschlagwerk eignet sich gleichermaßen gut für reine Schlaghäm- mer (Aufbruchhämmer) wie für Bohrhämmer.The air spring hammer mechanism is equally suitable for pure impact hammers (demolition hammers) as for rotary hammers.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Steuerelement als Steuerhülse ausgeführt, die das Führungsrohr umschließt. Dabei ist der Antriebskolben drehfest angeordnet ist, während das Führungsrohr und die Steuerhülse gemeinsam relativ zu dem Antriebskolben drehbar sind. Diese Ausführungsform des Luftfederschlagwerks eignet sich besonders gut für einen Bohrhammer, bei dem außer der Schlagbewegung auch eine Drehbewegung auf das Werkzeug übertragen werden muss.In a further embodiment of the invention, the control element is designed as a control sleeve which surrounds the guide tube. The drive piston is arranged in a rotationally fixed manner, while the guide tube and the control sleeve can be rotated together relative to the drive piston. This embodiment of the air spring hammer mechanism is particularly well suited for a hammer drill, in which, in addition to the striking movement, a rotary movement must also be transmitted to the tool.
Um eine zuverlässige Verbindung des Hohlraums und des Belüftungsschlitzes oder der Belüftungsschlitze zur Umgebung zu ermöglichen, ist es bei dieser Ausführungsform sehr zweckmäßig, wenn auf der Innenseite des Führungsrohrs jeweils auf Höhe einer Leerlauföffnung eine ringförmige Innennut vorgesehen ist. Sofern also z. B. das Führungsrohr drei Leerlaufoffnungen trägt, sollten diesen auf der Innenseite des Führungsrohrs drei Innennuten zugeordnet sein, so dass unabhängig von der Relativstellung zwischen Antriebskolben und Führungsrohr eine kommunizierende Verbindung zu den Leerlaufoffnungen herstellbar ist.In order to enable a reliable connection of the cavity and the ventilation slot or the ventilation slots to the environment, it is very expedient in this embodiment if an annular inner groove is provided on the inside of the guide tube at the level of an idle opening. So if z. B. the guide tube carries three idle openings, these should be assigned three internal grooves on the inside of the guide tube, so that a communicating connection to the idle openings can be established regardless of the relative position between the drive piston and guide tube.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:These and other features and advantages of the invention are explained in more detail below with the aid of the accompanying figures. Show it:
Fig. la eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks für einen Aufbruchhammer in Schlagbetrieb- Stellung;Fig. La is a sectional view of an air spring hammer mechanism according to the invention for a breaker in the striking operating position;
Fig. lb eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. la;
Fig. 2a eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks für einen Aufbruchhammer in Leerlaufbetrieb- Stellung;Fig. Lb is an enlarged detail of Fig. La; 2a shows a sectional illustration of the air spring hammer mechanism according to the invention for a demolition hammer in the idle operating position;
Fig. 2b eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 2a;2b shows an enlarged detail of FIG. 2a;
Fig. 3a eine Schnittdarstellung eines anderen erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks für einen Bohrhammer in Schlagbetrieb-Stellung;3a shows a sectional illustration of another air spring hammer mechanism according to the invention for a hammer drill in the hammering operation position;
Fig. 3b eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 3a;3b shows an enlarged detail of FIG. 3a;
Fig. 4a eine Schnittdarstellung des anderen erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks für einen Bohrhammer in Leerlaufbe- trieb-Stellung;4a shows a sectional view of the other air spring hammer mechanism according to the invention for a rotary hammer in the idle operating position;
Fig. 4b eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 4a.4b is an enlarged detail of FIG. 4a.
Da die Figur lb lediglich eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. la zur Ver- deutlichung von Details der Erfindung darstellt, wird nachfolgend auf die Fig. la und lb gemeinsam unter Benennung der "Fig. 1" Bezug genommen. Gleiches gilt für die Fig. 2a und 2b (Fig. 2), Fig. 3a und 3b (Fig. 3) sowie Fig. 4a und 4b (Fig. 4).Since FIG. 1b merely shows an enlarged detail of FIG. 1 a to clarify details of the invention, reference is made below to FIGS. 1 a and 1 b together with the designation of “FIG. 1”. The same applies to FIGS. 2a and 2b (FIG. 2), FIGS. 3a and 3b (FIG. 3) and FIGS. 4a and 4b (FIG. 4).
Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines Aufbruchhammers mit dem erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerk. Eine durch einen nicht dargestellten Antrieb drehend angetriebene Kurbelwelle 1 bewegt ein Pleuel 2 hin und her, an dem ein Antriebskolben 3 in an sich bekannter Weise befestigt ist. Der Antriebskolben 3 weist einen Kolbenboden 4 auf, an dem das Pleuel 2 befe- stigt ist, sowie eine hülsenförmige Führungswand 5.Fig. 1 shows schematically a part of a demolition hammer with the air spring hammer mechanism according to the invention. A crankshaft 1 driven in rotation by a drive (not shown) moves a connecting rod 2 to which a drive piston 3 is fastened in a manner known per se. The drive piston 3 has a piston head 4 to which the connecting rod 2 is fastened, and a sleeve-shaped guide wall 5.
Im Inneren der Führungswand 5 ist ein Schlagkolben 6 mit seinem Kolbenkopf 7 geführt. Ein Schaft 8 des Schlagkolbens 6 ist darüber hinaus in einem gehäusefesten Führungsrohr 9 geführt. Darüber hinaus ist für die Auf- nähme des Kolbenkopfs 7 eine Schlagkolbenaufnahme 10 vorhanden, in die der Kolbenkopf 7 im Leerlaufzustand gleiten kann. Dieses Prinzip ist z. B. in der DE 101 03 996 Cl beschrieben. Es betrifft jedoch nicht den Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, so dass sich an dieser Stelle eine weitere Beschreibung erübrigt.A percussion piston 6 is guided with its piston head 7 inside the guide wall 5. A shaft 8 of the percussion piston 6 is also guided in a guide tube 9 fixed to the housing. In addition, there is a percussion piston receptacle 10 for receiving the piston head 7, into which the piston head 7 can slide in the idling state. This principle is e.g. B. described in DE 101 03 996 Cl. However, it does not concern the subject of the present invention, so that a further description is unnecessary here.
Zwischen dem Schlagkolben 6 bzw. seinem Kolbenkopf 7 und dem Antriebs- kolben 3 ist ein Hohlraum 11 ausgebildet. Bei Hin- und Herbewegung des Antriebskolbens 3 entsteht in dem Hohlraum 1 1 eine Luftfeder, die den Schlagkolben 6 periodisch nach vorne in Richtung eines in einer Werkzeugaufnahme 12 einsetzbaren, nicht dargestellten Werkzeugs treibt, wodurch auf das Werkzeug ein Schlag durch den Schlagkolben 6 in bekannter Weise ausgeführt wird. Bei Rückbewegung des Antriebskolbens 3 entsteht wiederum eine Saugwirkung, die den Schlagkolben 6 zurückzieht, so dass der nächste Schlag daraufhin beginnen kann.A cavity 11 is formed between the percussion piston 6 or its piston head 7 and the drive piston 3. When the drive piston 3 is moved back and forth, an air spring is created in the cavity 11, which periodically drives the percussion piston 6 forward in the direction of a tool, not shown, which can be used in a tool holder 12, as a result of which the tool is impacted by the percussion piston 6 in a known manner Way is executed. When the drive piston 3 moves back, a suction effect occurs which pulls the percussion piston 6 back, so that the next blow can then begin.
In der Führungswand 5 des Antriebskolbens 3 sind zwei einander gegen- überstehende Belüftungsschlitze 13 vorgesehen, die sich in Axialrichtung des Antriebskolbens 3 erstrecken und die Führungswand 5 vollständig durchdringen. Die axiale Länge der Belüftungsschlitze 13 ist so bemessen, dass sie größer ist als eine axiale Höhe des Kolbenkopfs 7 des Schlagkolbens. Dadurch besteht in der in Fig. 1 gezeigten Relativstellung zwischen Antriebskolben 3 und Schlagkolben 6 die Möglichkeit, dass Luft aus einem vor dem Kolbenkopf 7 liegenden Vorraum 14 über die Belüftungsschlitze 13 in den Hohlraum 11 einströmen kann. Dadurch ist es möglich, im Zuge eines Schlags und der damit verbundenen Kompression der Luftfeder im Hohlraum 11 entstandene Leckverluste wieder zu kompensieren. Die Luftfeder wird bei jedem Hub über die Belüftungsschlitze 13 aus dem Vorraum 14 neu aufgefüllt, der wiederum Luft aus der Umgebung bezieht.Provided in the guide wall 5 of the drive piston 3 are two ventilation slots 13 which face each other and which extend in the axial direction of the drive piston 3 and completely penetrate the guide wall 5. The axial length of the ventilation slots 13 is dimensioned such that it is greater than an axial height of the piston head 7 of the percussion piston. As a result, in the relative position shown in FIG. 1 between drive piston 3 and percussion piston 6, there is the possibility that air can flow into the cavity 11 from a vestibule 14 located in front of the piston head 7 via the ventilation slots 13. This makes it possible to compensate for any leakage losses which occur in the course of an impact and the associated compression of the air spring in the cavity 11. The air spring is refilled with each stroke via the ventilation slots 13 from the vestibule 14, which in turn draws air from the environment.
Der Belüftungsschlitz 13 bzw. die Belüftungsschlitze 13 müssen nicht zwingend länglich, also in Axialrichtung erstreckt ausgebildet sein. Vielmehr kann es sich bei den sogenannten "Belüftungsschlitzen" 13 um Durchbrüche in der Führungswand des Antriebskolbens 3 mit beliebiger Form und beliebigem Querschnitt handeln. Auch größere Durchbrüche (eckig, kreisförmig) etc. mit vergleichsweise großer tangentialer Erstreckung sind möglich.The ventilation slot 13 or the ventilation slots 13 do not necessarily have to be elongated, that is to say they extend in the axial direction. Rather, the so-called “ventilation slots” 13 can be openings in the guide wall of the drive piston 3 with any shape and cross-section. Larger openings (angular, circular) etc. with a comparatively large tangential extension are also possible.
Der Antriebskolben 3 wird in einem Führungsrohr 15 derart geführt, dass die Außenseite der Führungswand 5 des Antriebskolbens entlang der Innenseite des Führungsrohrs 15 gleitet. Die Bezeichnung "Führungsrohr" bedeu-
tet nicht, dass das Führungsrohr 15 vollständig rohrförmig sein muss. Es erfordert lediglich, dass das Führungsrohr 15 den Antriebskolben 3 in geeig¬ neter Weise umgibt, um ihn zuverlässig in einem Gehäuse des Hammers zu führen und die Belüftungsschlitze 13 in geeigneter Weise abzudichten. Die weitere Ausgestaltung des Führungsrohrs 15, insbesondere an dessen Außenseite, ist hierfür ohne Belang.The drive piston 3 is guided in a guide tube 15 such that the outside of the guide wall 5 of the drive piston slides along the inside of the guide tube 15. The term "guide tube" means does not mean that the guide tube 15 must be completely tubular. It requires only that the guide tube 15 surrounds the drive piston 3 in geeig ¬ neter manner to lead him reliably in a housing of the hammer and to seal the ventilation slots in a suitable manner. 13 The further configuration of the guide tube 15, in particular on the outside thereof, is irrelevant for this.
In dem Führungsrohr 15 sind mehrere Leerlaufoffnungen 16 (in Fig. 1 : drei Leerlaufoffnungen 16) ausgebildet, die sich in Radialrichtung erstrecken. Die Leerlaufoffnungen 16 können auf einer Linie in Axialrichtung verteilt angeordnet sein, wie z. B. in Fig. 1 ersichtlich. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Leerlaufoffnungen zueinander versetzt, d. h. über den Umfang des Führungsrohrs verteilt anzuordnen, wenn sich daraus Vorteile ergeben.A plurality of idle openings 16 (in FIG. 1: three idle openings 16) are formed in the guide tube 15 and extend in the radial direction. The idle openings 16 can be arranged distributed on a line in the axial direction, such as. B. in Fig. 1 can be seen. Alternatively, it is also possible to offset the idle openings to each other, i. H. To be distributed over the circumference of the guide tube if there are advantages.
Die Leerlaufoffnungen 16 sind derart in Axialpositionen angeordnet, dass sichergestellt ist, dass wenigstens einer der Belüftungsschlitze 13 (in Fig. 1 der obere) wenigstens zeitweise während des Hubs des Antriebskolbens 3 über wenigstens einer der Leerlaufoffnungen 16 steht. Die Länge des Belüftungsschlitzes 13 und der axiale Abstand der Leerlaufoffnungen 16 ist dabei so bemessen, dass gegebenenfalls auch zwei Leerlaufoffnungen 16 gleichzeitig von dem Belüftungsschlitz 13 überstrichen werden. Es ist anzustreben, dass es keine Stellung gibt, in der der Belüftungsschlitz 13 nicht direkt über wenigstens einer der drei Leerlaufoffnungen 16 steht. Gleichwohl ist eine ordnungsgemäße Funktionsweise auch dann möglich, wenn der Belüftungs- schlitz 13 nicht über einer Leerlauföffnung 16 steht.The idling openings 16 are arranged in axial positions in such a way that it is ensured that at least one of the ventilation slots 13 (the upper one in FIG. 1) is at least temporarily above at least one of the idling openings 16 during the stroke of the drive piston 3. The length of the ventilation slot 13 and the axial distance between the idle openings 16 is dimensioned such that, if necessary, two idle openings 16 are also swept by the ventilation slot 13 at the same time. The aim should be that there is no position in which the ventilation slot 13 is not directly above at least one of the three idle openings 16. Nevertheless, proper functioning is also possible if the ventilation slot 13 is not above an idle opening 16.
An der Außenseite des Führungsrohrs 15 ist ein Steuerelement 17 vorgesehen. Das Steuerelement 17 ist axial zwischen einer in Fig. 1 gezeigten Schließstellung und einer in Fig. 2 gezeigten, später noch erläuterten Offen- Stellung hin- und herbewegbar.A control element 17 is provided on the outside of the guide tube 15. The control element 17 can be moved axially back and forth between a closed position shown in FIG. 1 and an open position shown in FIG. 2, which will be explained later.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Steuerelement kann es sich um ein stabförmiges Röhrchen handeln, in dessen Wandung radiale Steueröffnungen 18 ausgebildet sind. Die Zahl der Steueröffnungen 18 sollte der Anzahl der Leerlaufoffnungen 16 entsprechen. Daher sind in Fig. 1 auch drei Steueröffnungen 18 dargestellt. Weiterhin ist der axiale Abstand der Steueröffnungen 18 derart bemessen, dass jede der Steueröffnungen 18 über eine zu-
geordnete Leerlauföffnung 16 bewegt werden kann. Die Steueröffnungen 18 führen zur Umgebung des Luftfeder Schlagwerks, also zum Beispiel in das restliche Innere des Hammers oder auch zur Umgebung des Geräts. Unter '"Umgebung" bzw. "Umgebungsatmosphäre" ist daher nicht zwingend die Umgebung des das Luftfederschlagwerk nutzenden Arbeitsgeräts zu verstehen, sondern zunächst die Umgebung des Luftfederschlagwerks selbst, wo z. B. im Kurbelraum oder in dem Raum vor dem Schlagkolben ausreichende Volumina zur Verfügung stehen, um einen wirksamen Luft- und Druckausgleich mit dem Hohlraum 1 1 im Inneren des Schlagwerks zu gewährleisten.The control element shown in FIGS. 1 and 2 can be a rod-shaped tube, in the wall of which radial control openings 18 are formed. The number of control openings 18 should correspond to the number of idle openings 16. Therefore, three control openings 18 are also shown in FIG. 1. Furthermore, the axial distance between the control openings 18 is dimensioned such that each of the control openings 18 has an additional orderly idle opening 16 can be moved. The control openings 18 lead to the surroundings of the air spring striking mechanism, that is to say, for example, to the rest of the inside of the hammer or to the surroundings of the device. Under "environment" or "ambient atmosphere" is therefore not necessarily to understand the environment of the implement using the air spring hammer mechanism, but first the environment of the air spring hammer mechanism itself, where z. B. in the crankcase or in the space in front of the percussion piston sufficient volumes are available to ensure effective air and pressure compensation with the cavity 1 1 inside the striking mechanism.
Die Fig. 1 zeigt den Schlagbetrieb, in dem das Steuerelement 17 in Schließstellung steht, so dass die Steueröffnungen 18 nicht über den Leerlaufoffnungen 16 stehen und die Leerlaufoffnungen 16 vielmehr durch das Steuerelement 17 vollständig abgedeckt sind. Dabei ist eine bestmögliche Abdich- tung der Leerlaufoffnungen 16 anzustreben.1 shows the striking mode in which the control element 17 is in the closed position, so that the control openings 18 are not above the idle openings 16 and the idle openings 16 are rather completely covered by the control element 17. In this case, the best possible sealing of the idle openings 16 should be aimed for.
In Fig. 2 wird das gleiche Schlagwerk, jedoch im Leerlaufbetrieb gezeigt.2 shows the same percussion mechanism, but in idle mode.
Dazu ist das Steuerelement 17 axial etwas verlagert worden, so dass die Steueröffnungen 18 über den Leerlaufoffnungen 16 stehen.For this purpose, the control element 17 has been shifted somewhat axially, so that the control openings 18 are above the idle openings 16.
Da - wie oben beschrieben - der Belüftungsschlitz 13 über wenigstens einer der Leerlaufoffnungen 16 steht, besteht eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Belüftungsschlitz 13, der betreffenden Leerlauföffnung 16 und der zugeordneten Steueröffnung 18.Since - as described above - the ventilation slot 13 is above at least one of the idle openings 16, there is a communicating connection between the ventilation slot 13, the relevant idle opening 16 and the associated control opening 18.
Sobald eine hintere Kante 19 des Kolbenkopfs 7 eine hintere Kante 20 des Belüftungsschlitzes 13 passiert hat, besteht darüber hinaus eine kommunizierende Verbindung zum Hohlraum 1 1 , wie in Fig. 2 gezeigt. Folglich kann die im Hohlraum 1 1 befindliche Luftfeder über den Belüftungsschlitz 13, die Leerlauföffnung 16 und die Steueröffnung 18 zur Umgebung hin belüftet werden.As soon as a rear edge 19 of the piston head 7 has passed a rear edge 20 of the ventilation slot 13, there is also a communicating connection to the cavity 11, as shown in FIG. 2. Consequently, the air spring located in the cavity 11 can be vented to the surroundings via the ventilation slot 13, the idle opening 16 and the control opening 18.
Erst, wenn das Steuerelement 17 wieder in seine Schließstellung (Fig. 1) ver- schoben ist, wird die kommunizierende Verbindung unterbrochen, so dass sich wieder ein Druck in der Luftfeder im Hohlraum 1 1 ausbilden kann.
Das Steuerelement 17 ist vorzugsweise durch eine nicht dargestellte Federeinrichtung derart beaufschlagt, dass es in Normalstellung in seiner Offenstellung (Leerlaufbetrieb) steht. Durch entsprechende Maßnahmen des Bedieners, z. B. durch Aufsetzen des Werkzeugs auf das zu bearbeitende Ge- stein, kann eine Druckkraft auf das Steuerelement 17 übertragen werden, so dass das Steuerelement 17 in seine Schließ Stellung verlagert wird und der Hammer seinen Betrieb aufnimmt. Die weitere Ausgestaltung der Schaltung des Luftfederschlagwerks ist nicht Gegenstand der Erfindung und kann z. B. der DE 198 47 687 AI entnommen werden.Only when the control element 17 is moved back into its closed position (FIG. 1) is the communicating connection interrupted, so that a pressure can again build up in the air spring in the cavity 11. The control element 17 is preferably acted upon by a spring device (not shown) such that it is in its open position in its normal position (idle mode). Appropriate measures by the operator, e.g. B. by placing the tool on the rock to be machined, a compressive force can be transmitted to the control element 17, so that the control element 17 is shifted into its closed position and the hammer starts operating. The further embodiment of the circuit of the air spring hammer mechanism is not the subject of the invention and can, for. B. DE 198 47 687 AI can be found.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks, diesmal zur Anwendung in einem Bohrhammer, der außer einer Schlagbewegung auch eine Drehbewegung auf das Werkzeug ausübt. Soweit im Wesentlichen gleiche oder ähnliche Bauteile wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung Verwendung finden, werden die betreffenden Bauelemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.3 and 4 show a further embodiment of an air spring hammer mechanism according to the invention, this time for use in a hammer drill which, in addition to a striking movement, also exerts a rotary movement on the tool. If essentially the same or similar components are used as in the first embodiment of the invention, the relevant components are identified by the same reference numerals.
Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 1 , 2 einerseits und Fig. 3, 4 andererseits besteht in der Ausgestal - tung des Steuerelements als Steuerhülse 22.The essential difference between the two embodiments according to FIGS. 1, 2 on the one hand and FIGS. 3, 4 on the other hand consists in the configuration of the control element as a control sleeve 22.
Da - wie oben beschrieben - zusätzlich zu der Schlagbewegung auch eine Drehbewegung erzeugt werden soll (die an sich aber nicht Gegenstand der Erfindung ist), muss der Antriebskolben 3 weiterhin drehfest gehalten wer- den, während das ihn umgebende Führungsrohr 15 drehbar sein muss. Der Schlagkolben 6 dreht sich entweder mit dem Führungsrohr 15 mit oder bewegt sich lediglich axial, ohne weitere Drehbewegung. Dies hängt von den Reibungsverhältnissen zwischen dem Kolbenkopf 7 des Schlagkolbens 6 und dem Antriebskolben 3 einerseits sowie dem Schaft 8 des Schlagkolbens 6 und dem Führungsrohr 9 andererseits ab.Since - as described above - a rotary movement is also to be generated in addition to the striking movement (which, however, is not in itself the object of the invention), the drive piston 3 must continue to be held in a rotationally fixed manner, while the guide tube 15 surrounding it must be rotatable. The percussion piston 6 either rotates with the guide tube 15 or only moves axially without any further rotary movement. This depends on the frictional relationships between the piston head 7 of the percussion piston 6 and the drive piston 3 on the one hand and the shaft 8 of the percussion piston 6 and the guide tube 9 on the other hand.
Weil sich das Führungsrohr 15 dreht, ist das Steuerelement als Steuerhülse 22 ausgeführt, die das Führungsrohr 15 am Umfang umgibt. Das Führungsrohr 15 und die Steuerhülse 22 sind drehsicher zueinander angeordnet, so dass sichergestellt ist, dass die Leerlaufoffnungen 16 und die Steueröffnungen 18 übereinander bewegbar sind. Das Führungsrohr 15 und die Steuerhülse 22 sind somit axial zueinander beweglich, aber in Umfangsrichtung
zueinander fixiert.Because the guide tube 15 rotates, the control element is designed as a control sleeve 22 which surrounds the guide tube 15 on the circumference. The guide tube 15 and the control sleeve 22 are arranged such that they cannot rotate relative to one another, so that it is ensured that the idle openings 16 and the control openings 18 can be moved one above the other. The guide tube 15 and the control sleeve 22 are thus axially movable relative to one another, but in the circumferential direction fixed to each other.
Um weiterhin sicherzustellen, dass in jeder beliebigen Relativstellung zwischen dem Antriebskolben 3 und dem Führungsrohr 15, also sowohl in axia- 1er Richtung als auch in Umfangsrichtung, der Belüftungsschlitz 13 mit wenigstens einer Leerlauföffnung 16 kommunizieren kann, ist jeder Leerlauföffnung 16 auf der Innenseite des Führungsrohrs 15 eine ringförmige Innennut 23 zugeordnet. Die Innennuten 23 gewährleisten es, dass unabhängig von der relativen Verdrehstellung des Antriebskolbens 3 zum Führungsrohr 15 stets eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Belüftungsschlitz 13 und der Leerlauföffnung 16 herstellbar ist.In order to further ensure that in any relative position between the drive piston 3 and the guide tube 15, that is to say both in the axial direction and in the circumferential direction, the ventilation slot 13 can communicate with at least one idle opening 16, each idle opening 16 is on the inside of the guide tube 15 assigned an annular inner groove 23. The internal grooves 23 ensure that a communicating connection between the ventilation slot 13 and the idle opening 16 can always be established regardless of the relative rotational position of the drive piston 3 to the guide tube 15.
Die Steuerhülse 22 lässt sich über eine schematisch dargestellte Schaltgabel 24 bzw. eine Schaltmuffe axial hin- und herbewegen, um die Offen- bzw. Schließstellung zu erreichen. Hierbei gelten die gleichen Regeln wie bei der oben in Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform.The control sleeve 22 can be moved axially back and forth via a schematically illustrated shift fork 24 or a shift sleeve in order to reach the open or closed position. The same rules apply here as in the embodiment described above in connection with FIGS. 1 and 2.
Die Erfindung ermöglicht eine Verkürzung des Leerlaufweges durch Belüf- tung des Verdichtungsraumes (Hohlraumes 1 1) über seitliche Kolbenöffnungen (Belüftungsschlitze 13). Dies führt zu einer Verkürzung der gesamten Hammerbaulänge. Darüber hinaus lässt sich der Kolben besonders kurz bauen, was einer weiteren Verkürzung der Hammerbaulänge dient und zudem Gewicht spart.The invention enables the idling distance to be shortened by venting the compression chamber (cavity 11) via lateral piston openings (ventilation slots 13). This leads to a reduction in the overall hammer length. In addition, the piston can be made particularly short, which further shortens the length of the hammer and also saves weight.
Aufgrund des völligen Fehlens von Leerlaufoffnungen im Antriebskolben wird die Gefahr des Falschluftziehens beim Ansaugen (Zurückholen) des Schlagkolbens 6 reduziert. Dies gilt umso mehr, als zum offenen Ende des Antriebskolbens 3 hin keine anwachsende Gesamtquerschnittsfläche von (nicht vorhandenen) Leerlaufoffnungen vorliegt.Due to the complete absence of idle openings in the drive piston, the risk of drawing false air when sucking (retrieving) the percussion piston 6 is reduced. This is all the more true since there is no increasing total cross-sectional area of (non-existent) idle openings towards the open end of the drive piston 3.
Die hintere Kante 20 des Belüftungsschlitzes 13 dient gleichzeitig als hintere Steuerkante für die Schlagwerksbelüftung. Dadurch befinden sich im Kompressionsraum im Hohlraum 1 1 keine zusätzlichen Belüftungsbohrungen, die - bei unzureichender Abdichtung - einen Luftverlust bewirken könnten. Trotzdem ist eine sofortige Belüftung des Hohlraums 1 1 bei Überfahren der Hinterkante 20 im Leerlauf- bzw. Schwachschlagzustand möglich.
Aufgrund der wenigen Durchbrüche in der Führungswand 5 des Antriebskolbens 3, die ausschließlich durch die Belüftungsschlitze 13 bedingt sind, wird eine bessere Stabilität des Antriebskolbens 3 bei gleicher Wandstärke bzw. sogar die Möglichkeit einer Verringerung der Wandstärke erreicht. Da- durch sind z. B. umlaufende oder axial verlaufende Vertiefungen an der Außenseite der Führungshülse 5 zur Verminderung der Reibung möglich.The rear edge 20 of the ventilation slot 13 also serves as the rear control edge for the hammer mechanism ventilation. As a result, there are no additional ventilation holes in the compression space in the cavity 1 1 which, if the seal is inadequate, could cause air loss. Nevertheless, immediate ventilation of the cavity 1 1 is possible when the trailing edge 20 is run over in the idling or weak stroke condition. Due to the few openings in the guide wall 5 of the drive piston 3, which are caused solely by the ventilation slots 13, better stability of the drive piston 3 is achieved with the same wall thickness or even the possibility of a reduction in the wall thickness. As a result, z. B. circumferential or axially extending recesses on the outside of the guide sleeve 5 to reduce the friction possible.
Schließlich ist es möglich, die Schlagstärke durch Teilöffnung der Querschnitte der Leerlaufoffnungen 16 im Führungsrohr 15 zu erreichen. Hierbei ist es auch möglich, die Leerlaufoffnungen 16 mit unterschiedlichen Querschnitten auszustatten.
Finally, it is possible to achieve the impact strength by partially opening the cross sections of the idle openings 16 in the guide tube 15. It is also possible to provide the idle openings 16 with different cross sections.