EP2394795B1

EP2394795B1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: EP2394795B1
Application number: EP20110166470
Authority: EP
Inventors: Markus Hartmann; Frank Kohlschmied; Christian Daubner
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: CN102275152A; DE102010029918A1; US20110303430A1; CN102275152B; EP2394795A1; US8939229B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine handgeführte meißelnde Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und wie aus der EP 0 133 161 A1 und der EP 0 933 169 A2 bekannt.
Bei meißelnden Handwerkzeugmaschinen soll eine Meißeltätigkeit eingestellt werden, wenn ein Meißel von einem Werkstück abgehoben wird. Bei pneumatisch arbeitenden Schlagwerken kann eine Luftfeder mittels zusätzlicher Belüftungsöffnungen deaktiviert werden, welche nur bei einem ausgerückten Meißel geöffnet werden, vgl. US 6116352 A . Ein Döpper, auch als Zwischenschläger oder Amboss bezeichnet, sollte hierfür nach einem Leerschlag von den Belüftungsöffnungen entfernt bleiben. Allerdings ist dies teilweise aufgrund des Abpralls des Döppers an einem vorderen Anschlag nicht gegeben.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine hat einen Döpper, der in einer Führung längs einer Achse geführt ist. Eine pneumatische Kammer hat ein Volumen, das mit einer Bewegung des Döppers entlang der Achse variiert. Eine pneumatische Kammer ist durch den Döpper, die Führung und eine eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung abgeschlossen. Das Volumen der pneumatischen Kammer variiert mit einer Bewegung des Döppers entlang der Achse. Die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung hat in einem Durchströmungskanal zwischen Döpper und der Führung ein in einem Lager längs der Achse zwischen zwei Stellungen bewegliches Dichtelement. Der Durchströmungskanal hat in einer ersten der zwei Stellung des Dichtelements anliegend an einer ersten Anschlagsfläche des Lagers eine erste Querschnittsfläche und der Durchströmungskanal hat in einer zweiten der zwei Stellung des Dichtelements anliegend an einer zur ersten Anschlagsfläche längs der Achse versetzten zweiten Anschlagsfläche des Lagers eine zweite Querschnittsfläche. Die zweite Querschnittsfläche ist größer als die erste Querschnittsfläche. Die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung kann beispielsweise eine in den Döpper oder in die Führung eingelassene Nut und ein Dichtelement aufweisen. Das Dichtelement ist in der Nut längs der Achse zwischen einer ersten und einer zweiten Nutwand beweglich. Der Durchströmungskanal der Ventileinrichtung hat in einer ersten Stellung des Dichtelements anliegend an der ersten Nutwand die erste Querschnittfläche und in einer zweiten Stellung des Dichtelements anliegend an der zweiten Nutwand die zweite Querschnittfläche, die größer als die erste Querschnittfläche ist. Anliegend an der ersten Nutwand verschließt oder drosselt das Dichtelement einen Luftstrom in bzw. aus der pneumatischen Kammer. Der Döpper erfährt durch die abgeschlossene pneumatische Kammer eine Bremswirkung, wenn er zurück in die Werkzeugaufnahme gleitet. Anliegend an der zweiten Nutwand ist ein größerer Luftstrom durch die zweite Querschnittsfläche des Durchströmungskanals möglich. Bei einer Bewegung in Schlagrichtung ermöglicht die Ventileinrichtung einen Druckausgleich in der pneumatischen Kammer, weshalb keine Bremswirkung auftritt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Volumen der pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung zunehmend ist und die erste Anschlagsfläche des Lagers der pneumatischen Kammer zugewandt ist, z.B. die Nut mit der zweiten Nutwand der pneumatischen Kammer zugewandt angeordnet ist. Das Dichtelement wird bei einem Luftstrom aus der pneumatischen Kammer in Richtung zu der der pneumatischen Kammer zugewandten Anschlagsfläche des Lagers geschoben. Bei dieser ersten Variante soll Luft in die pneumatischen Kammer einströmen können, wenn sich der Döpper vorwärtsbewegt und das Volumen sich vergrößert. Wenn das Volumen der pneumatischen Kammer bei einer Bewegung des Döppers in Schlagrichtung abnehmend ist ist die zweite Anschlagsfläche des Lagers der pneumatischen Kammer zugewandt ist, z.B. die Nut mit der ersten Nutwand der pneumatischen Kammer zugewandt angeordnet. Eine weitere Ausgestaltung sieht die zwei pneumatische Kammern vor, die durch die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung verbunden sind.
Die Erfindung sieht vor, dass der Durchströmungskanal zwischen der ersten Anschlagsfläche des Lagers und einer auf die erste Anschlagsfläche des Lagers zuweisenden erste Anschlagsfläche des Dichtelements und zwischen der zweiten Anschlagsfläche des Lagers und einer auf die zweite Anschlagsfläche des Lagers zuweisenden zweite Anschlagsfläche des Dichtelements verläuft. Die erste Gluerschnittsfläche des Durchströmungskanals bestimmt sich durch den Raum zwischen den ersten Anschlagsflächen von Lager und Dichtelement, wenn diese aneinander anliegen. Die zweite Anschlagsfläche des Lagers und/oder eine auf die zweite Anschlagsfläche des Lagers zuweisenden Anschlagsfläche, sprich die zweite Anschlagsfläche, des Dichtelements kann wenigstens teilweise radial , d.h. senkrecht zur Achse, verlaufende Rillen aufweisen. Die Rillen definieren die zweite Querschnittsfläche, die größer als Null ist, und ermöglichen einen Luftaustausch in bzw. aus der pneumatischen Kammer, auch wenn das Dichtelement an der zweiten Nutwand anliegt. Die beiden zweiten Anschlagsflächen des Lagers und Dichtelements schließen nur teilweise bündig ab, z.B. aufgrund der Rillen. Die zweite Querschnittsfläche ist ungleich Null und einen Luftstrom kann durch den Durchströmungskanal strömen. Sofern die beiden ersten Anschlagsflächen bündig zueinander sind, ist die erste Querschnittsfläche gleich Null. Die Nut und das Dichtelement können ringförmig um die Achse verlaufen und das Dichtelement in der ersten Stellung die Führung und den Döpper jeweils entlang einer geschlossenen Linie um die Achse berühren.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Kanal von der ersten Nutwand zu der zweiten Nutwand zwischen einem Nutboden der Nut und dem Dichtelement verläuft. Der Durchströmungskanal des Ventils verläuft zwischen dem Dichtelement und dem Körper, in den die Nut eingebracht ist.
In einer Ausgestaltung ist die erste Nutwand gegenüber der Achse um weniger als 60 Grad geneigt und die zweite Nutwand gegenüber der Achse um wenigstens 80 Grad geneigt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Querschnittsfläche des Strömungskanals höchstens ein Zehntel der zweiten Querschnittsfläche des Strömungskanals beträgt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Döpper einen prismatischen, ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt vergrößerten Querschnittsfläche aufweist, wobei die Ventileinrichtung in dem zweiten Abschnitt des Döppers angeordnet ist. Prismatisch sind Körper mit einer längs einer Achse konstanten Querschnitt, z.B. Zylinder.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine zu der eigenmedium-betätigten Ventileinrichtung längs der Achse versetzt eine Dichtung zwischen dem Döpper und der Führung zum Abdichten der pneumatischen Kammer vorgesehen ist, wobei die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung und die Dichtung in unterschiedlichem Abstand zur Achse angeordnet sind.
Eine Ausführungsform hat eine Drossel, welche die pneumatische Kammer mit einem Luftreservoir verbindet. Eine effektive Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer, definiert durch das Differential des Volumens der pneumatischen Kammer nach der Schlagrichtung ist größer als das Hundertfache einer Querschnittsfläche der Drossel. Der Döpper wird parallel zu der Achse bewegt, wodurch sich eine Volumenänderung der pneumatischen Kammer proportional zu der Verschiebung längs der Achse und der effektiven Querschnittsfläche ergibt. Die effektive Querschnittsfläche kann durch die mathematische Operation des Differenzierens nach der Bewegungs- bzw. Schlagrichtung ermittelt werden. Bei einer zylindrischer Führung und einem zylindrischen Döpper entspricht die effektive Querschnittsfläche der größten Querschnittsfläche senkrecht zur Achse. Das Verhältnis der effektiven Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer zu der Querschnittsfläche der Drossel legt eine relative Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Drossel bezogen auf die Geschwindigkeit des Döppers fest. Ab dieser relativen Strömungsgeschwindigkeit kann die Luft rasch genug aus der pneumatischen Kammer entweichen, ohne dass sich ein Druckgefälle zur Umgebung aufbaut. Es wurde erkannt, dass ein absolute Geschwindigkeit der Luft in der Drossel nicht überschritten werden kann. Die Drossel scheint aber einem Grenzwert der absoluten Geschwindigkeit zu sperren. Das Verhältnis des Hundertfachen, bevorzugt des Dreihundertfachen, ist so gewählt, dass bei einem von dem Schlagwerk getriebenen Döpper die absolute Geschwindigkeit der Luft in der Drossel erreicht wird, bei einem manuell bewegten Döpper die absolute Geschwindigkeit deutlich unterschritten wird. Im Ergebnis sperrt die Drossel bei dem geschlagen Döpper und öffnet bei manuell bewegten Döpper.
In einer Ausgestaltung kann die Ventileinrichtung als Drosselventileinrichtung ausgebildet sein. Eine effektive Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer definiert durch das Differential des Volumens der pneumatischen Kammer nach der Schlagrichtung ist größer als das Hundertfache der ersten Querschnittsfläche des Strömungskanals ist. Die erste Anschlagsfläche des Lagers und/oder eine auf die erste Anschlagsfläche des Lagers zuweisenden Anschlagsfläche des Dichtelements kann wenigstens teilweise zur Achse senkrecht radial verlaufende Rillen aufweisen. Eine Summe über deren Querschnittsfläche ist geringer als ein Hundertstel der effektiven Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer ist.
Eine Ausgestaltung hat ein pneumatisches Schlagwerk, das mit seinem Schlagkolben in Schlagrichtung auf den Döpper schlagend angeordnet ist, und eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Werkzeugs, auf das der Döpper in Schlagrichtung schlagend angeordnet ist. Der Döpper ist ein längs der Achse beweglicher Schlagkörper oder Amboss, der zwischen einem Schläger eines pneumatischen Schlagwerks und einem in eine Werkzeugaufnahme eingesetzten Werkzeugs angeordnet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Handwerkzeugmaschine mit pneumatischem Schlagwerk und einer Döpperbremse,
Fig. 2 das pneumatische Schlagwerk in Betriebsstellung,
Fig. 3 Döpperbremse mit einer Kammer und bewegten Ventil in bremsender Stellung;
Fig. 4 Döpperbremse von Fig. 4 in gelöster Stellung;
Fig. 5 und 6 Querschnitte in den Ebenen V-V und VI-VI von Fig. 3 und Fig. 4;
Fig. 7 Detailansicht von Fig. 4;
Fig. 8 bis 11 weitere, nicht-erfindungsgemäße Döpperbremse;
Fig. 12 und 13 Döpperbremse mit zwei Kammern;
Fig. 14 und 15 Döpperbremse und stationärem Dichtelement;
Fig. 16 stationäre, nicht-erfindungsgemäße Döpperbremse;
Fig. 17 Döpperbremse für hantelförmigen Döpper;
Fig. 18 Döpperbremse mit zwei Kammern und stationären Dichtelement;
Fig. 19 weitere Döpperbremse im Längsschnitt;
Fig. 20 die Döpperbremse von Fig. 19 im Querschnitt längs der Ebene XX-XX;
Fig. 21 Detailansicht von Fig. 19;
Fig. 22 Detailansicht eines weiteren Ventils für eine Döpperbremse.

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt einen Bohrhammer 1 als Ausführungsform für eine meißelnde Werkzeugmaschine. Der Bohrhammer 1 hat ein Maschinengehäuse 2, in dem ein Motor 3 und ein von dem Motor 3 angetriebenes pneumatisches Schlagwerk 4 angeordnet sind und eine Werkzeugaufnahme 5 vorzugsweise lösbar befestigt ist. Der Motor 3 ist beispielsweise ein Elektromotor, der über einen kabelgebundenen Netzanschluss 6 oder ein aufladbares Batteriesystem mit Strom versorgt wird. Das pneumatische Schlagwerk 4 treibt ein in die Werkzeugaufnahme 5 eingesetztes Werkzeug 7, z.B. einen Bohrmeißel oder einen Meißel, von dem Bohrhammer 1 weg, längs einer Achse 8 in Schlagrichtung 9 in ein Werkstück. Der Bohrhammer 1 weist optional einen Drehantrieb 10 auf, der das Werkzeug 7 zusätzlich zu der schlagenden Bewegung um die Achse 8 drehen kann. An dem Maschinengehäuse 2 sind ein oder zwei Handgriffe 11 befestigt, die einem Anwender ermöglichen, den Bohrhammer 1 zu führen. Eine rein meißelnde Ausführungsform, z.B. ein Meißelhammer, unterscheidet sich von dem Bohrhammer 1 im wesentlichen nur durch das Fehlen des Drehantriebs 10.
Das beispielhaft dargestellte pneumatische Schlagwerk 4 hat einen Schlagkolben 12, der durch eine erregte Luftfeder 13 zu einer Bewegung nach vorne, d.h. in Schlagrichtung 9, längs der Achse 8 angeregt wird. Der Schlagkolben 12 schlägt auf einen Döpper 20 auf und gibt dabei einen Teil seiner kinetischen Energie an den Döpper 20 ab. Aufgrund des Rückstoßes und angeregt durch die Luftfeder 13 bewegt sich der Schlagkolben 12 nach hinten, d.h. entgegen der Schlagrichtung 9, bis die komprimierte Luftfeder 13 den Schlagkolben 12 wieder nach vorne treibt. Die Luftfeder 13 ist durch eine pneumatische Kammer gebildet, die axial, nach vorne durch eine hintere Stirnfläche 21 des Schlagkolbens 12 und axial, nach hinten durch einen Erregerkolben 22 abgeschlossen ist. In radialer Richtung kann die pneumatische Kammer umfänglich durch ein Schlagrohr 23 abgeschlossen sein, in dem der Schlagkolben 12 und der Erregerkolben 22 längs der Achse 8 geführt sind. In anderen Bauformen kann der Schlagkolben 12 in einem topfförmigen Erregerkolben gleiten, wobei der Erregerkolben den Hohlraum der pneumatischen Kammer in radialer Richtung, d.h. umfänglich abschließt. Die Luftfeder 13 wird durch eine gezwungene, oszillierende Bewegung längs der Achse 8 des Erregerkolbens 22 erregt. Ein Exzenterantrieb 24, ein Taumelantrieb etc. kann die Drehbewegung des Motors 3 in die lineare, oszillierende Bewegung umsetzen. Eine Periode der gezwungenen Bewegung des Erregerkolbens 22 ist auf das Zusammenspiel des Systems aus Schlagkolben 12, Luftfeder 13 und Döpper 20 und deren relative axiale Abstände, insbesondere einen vorgegebenen Stoßpunkt 25 des Schlagkolbens 12 mit dem Döpper 20 abgestimmt, um das System resonant und damit optimal für eine Energieübertragung von dem Motor 3 auf den Schlagkolben 12 anzuregen.
Der Döpper 20 ist ein Körper, vorzugsweise ein Rotationskörper, mit einer vorderen, in Schlagrichtung 9 freiliegenden Schlagfläche 26 und einer hinteren, entgegen der Schlagrichtung 9 freiliegenden Schlagfläche 27. Ein Stoß auf seine hintere Schlagfläche 27 überträgt der Döpper 20 auf das an seiner vorderen Schlagfläche 26 anliegende Werkzeug 7. Der Döpper 20 kann seiner Funktion entsprechend auch als Zwischenschläger bezeichnet werden.
Eine Führung 28 führt den Döpper 20 längs der Achse 8. In dem dargestellten Beispiel taucht der Döpper 20 teilweise mit einem hinteren Ende in einen hinteren Führungsabschnitt 29 ein. Das hintere Ende liegt mit seiner radialen Außenfläche an dem Führungsabschnitt 29 in radialer Richtung an. Ein vorderer Führungsabschnitt 30 kann gleichermaßen einen vorderes Ende des Döppers 20 umschließen und dessen radiale Bewegung einschränken. Der hintere und der vordere Führungsabschnitt 29, 30 bilden zugleich zwei Anschläge, die eine axiale Bewegung des Döppers 20 auf eine Wegstrecke zwischen dem hinteren Anschlag 29 und dem vorderen, in Schlagrichtung 9 liegenden Anschlag (Döpperanschlag) 30 begrenzen. Der Döpper 20 hat einen verdickten mittleren Abschnitt 33, welcher mit seinen Stirnflächen an den Führungsabschnitten 29, 30 anschlägt. Die beispielhaft dargestellte Führung 28 hat ein, beispielsweise zylindrisches, umfänglich geschlossenes Führungsrohr 31, in dem der Döpper 20. Der dickere Abschnitt 33 des Döppers 20 ist mit seiner Mantelfläche 34, d.h. radialen Außenfläche, wenigstens abschnittsweise oder entlang seines gesamten Umfangs von einer Innenwand 32 des Führungsrohrs 31 radial beabstandet. Über die gesamte axiale Länge des mittleren verdickten Abschnitts 33 verläuft ein rinnenförmiger oder zylindrischer Spalt 35 zwischen dem Döpper 20 und dem Führungsrohr 31. Der Spalt 35 kann beispielsweise eine radiale Abmessung von zwischen 0,5 mm und 4 mm haben.
Beim Meißeln stützt sich das Werkzeug 7 an der vorderen Schlagfläche 26 des Döppers 20 ab, wodurch der Döpper 20 an dem hinteren Anschlag 29 eingerückt gehalten wird (Fig. 2). Das Schlagwerk 4 ist auf die eingerückte Stellung des Döppers 20 ausgelegt. Der vorgegebene Stoßpunkt 25 (Fig. 2) des Schlagkolben 12 und Umkehrpunkt in der Bewegung des Schlagkolbens 12 wird durch die hintere Schlagfläche 27 des eingerückten Döppers 20 festgelegt.
Sobald ein Anwender das Werkzeug 7 von dem Werkstück entfernt, soll die schlagende Funktion des pneumatischen Schlagwerks 4 unterbrochen werden, da sonst der Bohrhammer 1 leer schlägt. Ein Stoß des Schlagkolbens 12 auf den Döpper 20 führt dazu, dass der Döpper 20 zu dem vorderen Anschlag 30 gleitet und bevorzugt in dessen Nähe stehen bleibt. Der Schlagkolben 12 kann sich über den vorgegebenen Stoßpunkt 25 nach vorne, in Schlagrichtung 9 bis zu dem vorzugsweise dämpfenden Anschlag 30 hinausbewegen. In der über den Stoßpunkt 25 hinaus vorgerückten Stellung gibt der Schlagkolben 12 eine Belüftungsöffnung 36 in dem Schlagrohr 23 frei, durch welche die pneumatische Kammer der erregten Luftfeder 13 mit vorzugsweise der Umgebung in dem Maschinengehäuse 2 verbunden und belüftet wird. Die Wirkung der Luftfeder 13 wird reduziert oder aufgehoben, weshalb der Schlagkolbens 12 aufgrund der abgeschwächten oder ausbleibenden Ankopplung an den Erregerkolben 22 stehen bleibt. Das Schlagwerk 4 wird wieder aktiviert, wenn der Döpper 20 bis zu dem hinteren Anschlag 29 eingerückt wird und der Schlagkolben 12 die Belüftungsöffnung 36 verschließt.
Damit der Döpper 20 nach einem Leerschlag vorzugsweise in der Nähe des vorderen Anschlags 30 liegen bleibt, kann sich der Döpper 20 im wesentlichen ungebremst in Schlagrichtung 9 zu dem vorderen Anschlag 30 bewegen, in Gegenrichtung zu dem hinteren Anschlag 29 erfolgt die Bewegung jedoch gegen eine Federkraft wenigstens einer Luftfeder 40. Die Federkraft der Luftfeder 40 wird in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Döppers 20, bezogen auf die Führung 28 gesteuert.
Eine wenigstens teilweise radial verlaufende Fläche des Döppers 20 und eine wenigstens teilweise radial verlaufende Fläche der Führung 28 bilden Innenflächen der pneumatischen Kammer 40, welche senkrecht oder geneigt zur Achse 8 orientiert sind. Ein axialer Abstand der beiden radial verlaufenden Flächen ändert sich mit der Bewegung des Döppers 20 und damit das Volumen der pneumatischen Kammer 40. Die Volumenänderung bewirkt eine Änderung des Drucks innerhalb der pneumatischen Kammer 40.
Eine entgegen der Schlagrichtung 9 weisende, hintere Prellfläche 41 des dickeren Abschnitts 33 kann die erste radial verlaufende Innenfläche der pneumatischen Kammer 40 bilden. Eine in Schlagrichtung 9 weisende, hintere Prellfläche 42 der Führung 28, die mit der hinteren Prellfläche 41 des dickeren Abschnitts 33 den hinteren Anschlag 29 definiert, kann die zweite radial verlaufende Innenfläche der pneumatischen Kammer 40 sein.
In radialer Richtung ist die pneumatische Kammer 40 auf einer Seite durch die Führung 28 und auf der anderen Seite durch den Döpper 22 abgeschlossen. Eine hermetische, luftdichte
Versiegelung zwischen dem Döpper 20 und der Führung 28 erfolgt durch ein erstes Dichtelement 43 und ein zweites Dichtelement 44. Die Dichtelemente 43, 44 sind längs der Achse 8 zueinander versetzt angeordnet. Das erste Dichtelement 43 ist beispielsweise zwischen den beiden Anschlägen 29, 30 das zweites Dichtelement 44 axial außerhalb der beiden Anschläge 29, 30, d.h. der jeweiligen Prellflächen 42 angeordnet. Zwischen den beiden Dichtelementen 43, 44 befinden sich die radial verlaufenden Innenflächen der pneumatischen Kammer 40. In der dargestellten Ausführungsform sind die Dichtelemente 43, 44 auf Abschnitten des Döppers 20 mit unterschiedlichem Querschnitt angeordnet, wodurch der Abstand der Dichtelemente 43, 44 zu der Achse 8 verschieden groß ist. In anderen Ausführungsformen sind wenigstens Abschnitte der Dichtelemente 43, 44 in verschiedenem Abstand zur Achse 8. In einer Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Achse 8 überlappen die zwei Dichtungen nicht oder wenigstens abschnittsweise nicht.
Die Abhängigkeit der Luftfeder 40 von der Bewegungsrichtung des Döppers 20 wird dadurch erreicht, dass wenigstens eines der Dichtelemente 43, 44 als Ventil 50 ausgebildet ist. Ein Luftkanal 45 bindet die pneumatische Kammer 40 an ein Luftreservoir in der Umgebung, z.B. dem Maschinengehäuse 2 an. In dem Kanal 45 ist das Ventil 50 angeordnet, welches einen Luftstrom durch den Kanal 45 steuert. Die Steuerung erfolgt in Abhängigkeit der Bewegung des Döppers 20. Wenn sich der Döpper 20 in Schlagrichtung 9 bewegt, öffnet das Ventil 50 und Luft kann aus dem Reservoir durch den Kanal 45 in das sich vergrößernde Volumen der pneumatischen Kammer 40 nachströmen; die Luftfeder wird hierdurch deaktiviert. Das Ventil 50 sperrt den Kanal 45, wenn der Döpper 20 sich entgegen der Schlagrichtung 9 bewegt. Der Druck in der pneumatischen Kammer 40 steigt mit dem sich verringernden Volumen der pneumatischen Kammer 40 an, wodurch die Luftfeder 40 der Bewegung des Döppers 20 entgegenwirkt.
In einer Ausführungsform ist das Ventil 50 als selbsttätiges oder eigenmedium-betätigtes Ventil 50 ausgebildet, z.B. ein Rückschlagventil oder ein Drosselrückschlagventil. Das Ventil 50 wird durch einen Luftstrom betätigt, der in das Ventil 50 einströmt. Der Luftstrom ist Folge einer Druckdifferenz zwischen der pneumatischen Kammer 40 und dem mit ihr über das Ventil 50 verbundenen Raum 51. Der verbundene Raum 51 kann ein sehr großes Luftreservoir, z.B. die Umgebung, das Innere des Maschinengehäuses 51, oder eine andere abgeschlossene, pneumatische Kammer mit begrenztem Volumen sein.
In der dargestellten Ausführungsform drückt die Luftfeder 40 einen dichtenden Verschlusskörper 52 des Ventils 50 gegen eine Ventilöffnung 53 oder Ventilsitz des Ventils 50, wodurch die Ventilöffnung 53 hermetisch geschlossen wird. Wenn der Druck innerhalb des durch das Ventil 50 angebundenen Raums 51 die Luftfeder 40 überwindet, d.h. den Druck innerhalb der pneumatischen Kammer 40 übersteigt, wird der Verschlusskörper 52 von der Ventilöffnung 53 weggedrückt. Luft kann durch die Ventilöffnung 53 entlang des Luftkanals 45 in die pneumatische Kammer 40 einströmen.
Bei der Bewegung des Döppers 20 ändert sich das Volumen der pneumatischen Kammer 40 proportional zu der Geschwindigkeit des Döppers 20 und zu der ringförmigen Querschnittsfläche des von der pneumatischen Kammer 40 umschlossenen Volumens. Im geöffneten Zustand hat das Ventil 50 an seiner engsten Stelle senkrecht zur Strömungsrichtung eine Öffnung mit einer Querschnittsfläche (hydraulischen Querschnitt), die vorzugsweise 1/30, z.B. 1/20, 10 % der effektiven Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer 40 nicht unterschreitet. Die verdrängte Luft strömt durch das geöffnete Ventil 50 mit etwa der 30-fachen, respektive der 20-fachen, 10-fachen, Geschwindigkeit des Döppers 20.
Eine Drosselöffnung 54 kann die pneumatische Kammer 40 belüften. Die Drosselöffnung 54 kann beispielsweise eine Bohrung durch die Wand des Führungsrohrs 31 sein. Die Fläche eines Strömungsquerschnitts (hydraulischer Querschnitt) der Drosselöffnung 54 ist um wenigstens zwei Größenordnungen geringer als die ringförmige Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer 40, z.B. kleiner als 0,5 Prozent. Die Drosselöffnung 54 ist beispielsweise größer als 1/2000 oder 1/1500 der ringförmigen Querschnittsfläche, um ein manuelles Einschieben des Döppers 20 zu ermöglichen. Der Strömungsquerschnitt oder die Querschnittsfläche der Drosselöffnung 54 ist an deren engster Stelle senkrecht zur Strömungsrichtung bestimmt. Soll die Drossel 54 die Volumenänderung ohne Druckänderung ausgleichen, muss die verdrängte Luft mit einer um das wenigstens Hundertfache der Geschwindigkeit des Döppers die Drossel 20 passieren. Die Strömungseigenschaften von Luft setzen der Strömungsgeschwindigkeit eine obere Grenze, weshalb ein Druckausgleich zwar bei einem langsamen aber bei nicht einem schnell bewegenden Döpper 20 möglich ist.
Die Geschwindigkeit des Döppers 20 in Schlagrichtung 9 liegt etwa im Bereich von 1 m/s bis 10 m/s bei einem Leerschlag. Entsprechend schnell vergrößert sich das Volumen der pneumatischen Kammer 40. Durch das geöffnete Ventil 50 strömt Luft in pneumatische Kammer 40 mit einer hohen Rate ein, so dass sich rasch ein Druckausgleich einstellt. Wenn der Döpper 20 an dem Döpperanschlag 30 reflektiert wird, kann seine Geschwindigkeit entgegen der Schlagrichtung 9 in gleicher Größenordnung liegen. Das Ventil 50 schließt und die Kompression der geschlossenen pneumatischen Kammer 40 bremst den Döpper 20. Die Drosselöffnung 54 lässt nur einen geringen Luftstrom austreten, wodurch der Überdruck in der pneumatischen Kammer 40 aufrecht erhalten bleibt. Bei einer langsamen Bewegung von weniger als 0,2 m/s entgegen der Schlagrichtung 9, typisch für ein neues Ansetzen des Meißels, kann die Luft mit einer ausreichenden Rate durch die Drosselöffnung 54 austreten, um einen Druckausgleich zu ermöglichen. Alternativ zu einer gesonderten Drosselöffnung 54 kann das Ventil 50 als Drosselventil ausgelegt sein, das eine entsprechende Drosselöffnung in einer geschlossenen/ drosselnden Stellung offen lässt.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine beispielhafte Ausführung mit einem Ventil 60 im geschlossenen bzw. offenen Zustand. Fig. 5 und Fig. 6 sind Querschnitte durch das Ventil 60 in den Ebenen V-V bzw. VI-VI. Das Ventil 60 hat als Verschlusskörper 52 einen Dichtring 61, d.h. ein ringförmiges Dichtelement, das in einer umfänglich verlaufenden Nut 62 in dem dickeren Abschnitt 33 des Döppers 20 eingesetzt ist. Der Spalt 35 zwischen Döpper 20 und Führungsrohr 31 wird durch den Dichtring 61 und die Nut 62 in zwei Abschnitte längs der Achse 8 unterteilt, was dem durch das Ventil 50 unterteilten Luftkanal 45 entspricht. Je nach Stellung des Dichtrings 61 kann Luft entlang des Spalts 35 strömen. Die verschließbare Ventilöffnung wird durch einen Sitz des Dichtrings 61 im Bereich einer vorderen, d.h. in Schlagrichtung 9 liegenden, Nutwand 63 der Nut 62 definiert.
Der Dichtring 61 ist z.B. ein elastischer O-Ring aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk. Eine radial nach außen zeigende Fläche, nachfolgend radiale Außenfläche 64 des Dichtrings 61 liegt entlang des gesamten Umfangs des Dichtrings 61 schlüssig an der Innenwand 32 des Führungsrohrs 31 an, so dass der Dichtring 61 und das Führungsrohr 31 hermetisch miteinander abschließen. Der Dichtring 61 kann in dem Führungsrohr 31 radial vorgespannt eingesetzt sein, um die luftdichte Versiegelung zu unterstützen. Eine Stärke 65 des Dichtrings 61, d.h. eine Differenz von Außenradius zu Innenradius, ist vorzugsweise geringer als eine Tiefe 66 der Nut 62. Eine radial nach innen zeigende Fläche, nachfolgend radiale Innenfläche 67 des Dichtrings 61 ist in radialer Richtung von einem Nutboden 68 der Nut 62 zumindest in einem Abschnitt entlang des Umfangs des dickeren Abschnitts 33 beabstandet. Zwischen dem Nutboden 68 und dem Dichtring 61 ist ein Spalt 69, durch den Luft längs der Achse 8 strömen kann.
Für den geschlossenen oder hermetisch dichtenden Zustand des Ventils 60 liegt der Dichtring 61 mit einer vorderen, d.h. in Schlagrichtung 9 weisenden, Stirnfläche 70 an der vorderen Nutwand 63 der Nut 62 an (Fig. 3). Die vordere Nutwand 63 und die vordere Stirnfläche 70 berühren sich zumindest entlang einer ringförmig geschlossenen Linie um die Achse 8. Die vordere Stirnfläche 70 kann beispielsweise abgeflacht sein, um an einer Fläche der Nutwand 63 mit gleicher Neigung, z.B. senkrecht, zu der Achse 8 abzuschließen. Eine hermetische Abdichtung des Ventils 60 ergibt sich durch die paarweise hermetische Abdichtung des Dichtrings 61 mit der Nutwand 63, also dem Döpper 20, bzw. dem Führungsrohr 31, also der Führung 28. Die Bewegung des Döppers 20 entgegen der Schlagrichtung 9 stabilisiert das Ventil 60 in dem geschlossenen Zustand. In der durch das Ventil 60 abgeschlossenen pneumatischen Kammer 40 erhöht sich der Druck gegenüber dem Umgebung, wodurch der Dichtring 61 gegen die vordere Nutwand 63 gepresst wird.
Für den offenen Zustand liegt der Dichtring 61 mit einer hinteren, d.h. entgegen der Schlagrichtung 9 weisenden, Stirnfläche 71 an der hinteren Nutwand 72 der Nut 62 an (Fig. 4). Ein Abstand der vorderen Nutwand 63 zu der hinteren Nutwand 72 ist derart bemessen, dass sich der Dichtring 61 von der vorderen Nutwand 63 zumindest abschnittsweise entlang des Umfangs löst, wenn der Dichtring 61 an der hinteren Nutwand 72 anliegt. Beispielsweise ist der Abstand zwischen den Nutwänden größer als eine Abmessung des Dichtrings 61 längs der Achse 8. Der Dichtring 61 verschiebt sich längs der Achse 8 von der vorderen Nutwand 63 zu der hinteren Nutwand 72.
Die hintere Nutwand 72 und/oder die hintere Stirnfläche 70 des Dichtrings 61 sind derart strukturiert, dass eine Anlagefläche entlang der sie sich berühren durch wenigstens einen in der Anlagefläche liegenden, durchgehenden Kanal vom Nutboden 68 bis zum Führungsrohr 31 unterbrochen ist. Beispielsweise sind in der hinteren Stirnfläche 71 ein oder mehrere radial verlaufende Rillen 73 vorgesehen. Der Dichtring 61 berührt die hintere Nutwand 724 nur abschnittsweise entlang des Umfangs und Luft kann durch die Rillen 73 strömen. Ein Kanal durch das offene Ventil 60 verläuft somit entlang der vorderen Stirnfläche 72, der radialen Innenfläche 67 und den Rillen 73. Die Bewegung des Döppers 20 in Schlagrichtung 9 stabilisiert das Ventil 60 in dem offenen Zustand. In der pneumatischen Kammer 40 fällt der Druck unter den Umgebungsdruck, z.B. in dem Raum 51 ab, der Druckgradient bewirkt ein Einströmen von Luft und ein Anpressen des Dichtrings 61 an die hintere Nutwand 72. Alternativ oder zusätzlich zu den Rillen 73 in dem Dichtring 61 können radial verlaufende Rillen in die hintere Nutwand 72 eingelassen sein. Die Luft kann entlang diesen Rillen fließen, Stege zwischen den Rillen verhindern ein Verschließen der Rillen durch den Dichtring 61.
Die hintere Stirnfläche 71 kann anstelle von Rillen 73 andere Strukturen aufweisen, die Kanäle von der radialen Innenfläche 67 zu der radialen Außenfläche 64 definieren. Die Kanäle können streng radial oder zusätzlich teilweise entlang des Umfangs des Dichtrings 61 verlaufen. Beispielsweise können steife Noppen vorgesehen sein, welche entgegen den auftretenden Kräfte bei einer Vorwärtsbewegung des Döppers 20 die Kanäle aufrecht erhalten.
Der Dichtring 61 kann Rillen 74 an einer seiner radialen Innenfläche aufweisen (Fig. 7). Dies ermöglicht einen an dem Nutboden anliegenden Dichtring 61 zu verwenden.
In einer Ausgestaltung wirkt der Dichtring 61 drosselnd, wenn die vordere Stirnfläche 70 an der vorderen Nutwand 63 anliegt. Ein geringer Luftstrom kann zwischen der Stirnfläche 70 und der vorderen Nutwand 63 durchfließen. Hierzu können dünne radiale Kanäle in der vorderen Stirnfläche 70 eingebracht sein. Die effektive gesamte Querschnittsfläche der Kanäle ist geringer die effektive gesamte Querschnittsfläche der Kanäle 73 in der hinteren Stirnfläche 71. Eine Querschnittsfläche senkrecht zum Luftstrom der dünnen Kanäle ist auf höchstens ein Hundertstel der über alle Rillen 73 summierten zum Luftstrom senkrechten Querschnittsflächen der Rillen 73 beschränkt.
Das erste Dichtelement 43 ist in der Ausführungsform durch das zwischen den Anschlägen 29, 30 bewegte Ventil 60 realisiert. Das zweite Dichtelement 44 ist zu dem hinteren Anschlag 29 axial, entgegen der Schlagrichtung 9 versetzt angeordnet und ist beispielhaft in der Führung 28 stationär gelagert. Das zweite Dichtelement 44 ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet, z.B. als O-Ring aus Kautschuk. Der Döpper 20 hat einen zylindrischen, hinteren Abschnitt 75, der durch das zweite Dichtelement 44 schlüssig mit dessen innerer radialer Fläche geführt wird. Die Länge 76 des hinteren zylindrischen Abschnitts 75 ist vorzugsweise derart bemessen, dass zumindest ein Teil des hinteren Abschnitts 75 in dem zweiten Dichtelement 44 steckt, wenn der Döpper 20 an dem vorderen Anschlag 30 anliegt, um die pneumatische Kammer 40 in jeder Stellung des Döppers 20 hermetisch zu versiegeln. Die Länge 76 des hinteren Abschnitts 75 ist wenigstens länger als der Weg des Döppers 20 zwischen dem vorderen Anschlag 30 und dem hinteren Anschlag 29.
Das zweite Dichtelement 44 kann beispielsweise in eine zylindrische Hülse 77 eingesetzt sein, welche in das Führungsrohr 31 eingeschoben ist. Die vorderen Stirnflächen der Hülse 77 können die Anschlagsflächen 42 für den hinteren Anschlag 29 bilden. Die Querschnittsfläche der Hülse 77 kann im Wesentlichen die Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer 40 vorgeben. Das zweite Dichtelement 44 kann alternativ auf dem hinteren Abschnitt 75 des Döppers 20 befestigt sein, z.B. in einer Ringnut. Die Hülse 79 ist mit einer vorzugsweise glatten zylindrischen Innenwand versehen, an der das zweite Dichtelement 44 entlang gleitet.
Ein Durchmesser des hinteren Abschnitts 75 ist geringer als ein Durchmesser des dickeren Abschnitts 33, wodurch die Ventileinrichtung 60 in einem größeren Abstand zu der Achse 8 angeordnet ist als das zweite Dichtelement 44.
Die vordere Nutwand 70 kann gegenüber der Achse 8 geneigt sein, z.B. zwischen 45 Grad und 70 Grad. Die geneigte Nutwand 70 kann den Dichtring 61 aufspreizen, um einen dichten Sitz an der vorderen Nutwand 70 zu unterstützen.
Fig. 8 und Fig. 9 zeigen eine nicht-erfindungsgemäße Ausführung mit einem Ventil 80 im geschlossenen bzw. offenen Zustand. Fig. 10 und Fig. 11 sind Querschnitte durch das Ventil 80 in den Ebenen X-X bzw. XI-XI. Das Ventil 80 hat als Verschlusskörper einen Dichtring 81, der in einer umfänglich verlaufenden Nut 82 in dem dickeren Abschnitt 33 des Döppers 20 eingesetzt ist. Der Spalt 35 zwischen Döpper 20 und Führungsrohr 31 bildet den Kanal 45, welcher durch die Nut 81 und den Dichtring 82 längs der Achse 8 unterteilt ist. Im Bereich einer vorderen Nutwand 84 der Nut 82 kann der Dichtring 82 den Kanal 45 verschließen.
Die Nut 82 kann den Dichtring 81 derart aufnehmen, dass der Dichtring 81 von der Innenwand 32 des Führungsrohrs 31 beabstandet ist (Fig. 8), d.h. ein Luftspalt 84 zwischen Dichtring 81 und Führungsrohr 31 ist. Eine Tiefe 85 der Nut 82 kann dazu wenigstens so groß wie eine Stärke 86 des Dichtrings 81 sein. Eine Länge 87 eines Nutbodens 88 kann wenigstens so groß wie eine Länge 89 des Dichtrings 81 längs der Achse 8 gewählt sein. Der Nutboden 88 verläuft im Wesentlichen parallel zu der Achse 8 und ist zylindrisch. Luft kann entlang des Spalts 35 in die pneumatische Kammer 40 einströmen.
Eine vordere Nutwand 90 ist gegenüber der Achse 8 geneigt und definiert vorzugsweise eine kegelförmige Fläche, deren Radius in Schlagrichtung 9 anwächst. In einem geschlossenen Zustand des Ventils 80 ist der Dichtring 81 auf die kegelförmige, vordere Nutwand 90 aufgeschoben. Der Dichtring 81 ist dabei radial aufgespreizt und sein Außendurchmesser erhöht, zumindest soweit, dass die radiale Außenfläche 91 des Dichtrings 81 die Innenwand 32 des Führungsrohrs 31 berührt (Fig. 9). Es ergibt sich eine hermetische Abdichtung zwischen Döpper 20 und der Führung 28 durch deren paarweise, hermetisch versiegelnde Berührung mit dem Dichtring 81.
Die Druckverhältnisse bei einer Rückwärtsbewegung des Döppers 20 schieben den Dichtring 81 auf die kegelförmige, vordere Nutwand 90 und bewirken somit ein selbsttätiges Verschließen des Ventils 80. Bei einer Vorwärtsbewegung löst sich der Dichtring 81 von der kegelförmigen, vorderen Nutwand 90, relaxiert in seine Grundform mit geringerem Außendurchmesser und gibt den Luftspalt 84 zum Öffnen des Ventils 80 frei.
Der Dichtring 81 ist z.B. ein elastischer O-Ring aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk. Der Dichtring 81 kann symmetrisch zu einer Ebene senkrecht zur Achse 8 geformt sein, d.h. mit identischen Stirnflächen.
Das zweite Dichtelement 44 kann zu dem hinteren Anschlag 29 axial, entgegen der Schlagrichtung 9 versetzt angeordnet und kann beispielsweise ein in der Führung 28 stationär gelagerter Dichtring sein. Alternativ kann das zweite Dichtelement 44 auf dem hinteren Abschnitt 75 des Döppers 20 gelagert sein.
Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform mit dem Ventil 60, das die vordere pneumatische Kammer 120 und die hintere pneumatische Kammer 40 pneumatisch koppelt. Für die Beschreibung der Elemente, insbesondere für die hintere pneumatische Kammer 40 wird auf die Ausführungsformen im Zusammenhang mit dem Ventil 60 verwiesen. Der Luftkanal 134 zwischen den beiden pneumatischen Kammern 40, 120 ist vollständig innerhalb der Führung 28 angeordnet.
Eine vordere Prellfläche des dickeren Abschnitts 33 des Döppers 20 bildet die hintere Innenwand 132 der vorderen pneumatischen Kammer 120 und die hintere Prellfläche des dickeren Abschnitts 33 die vordere Innenwand 41 der hinteren pneumatischen Kammer 40. Die vordere Innenwand 131 der vorderen pneumatischen Kammer 120 kann durch einen den vorderen Anschlag 30 definierenden Bereich der Führung 28 gebildet sein. In der vorderen pneumatischen Kammer 120 kann auch ein elastisches Dämpfungselement 30 aus Kautschuk, z.B. ein O-Ring, angeordnet sein, das einen Stoß des Döppers 20 in den vorderen Anschlag 30 abmildert. Projektionen der beiden Innenwände 131, 132 der vorderen pneumatischen Kammer 120 auf eine Ebene senkrecht zur Achse 8 sind im Wesentlichen gleich. Die hintere Innenwand 42 der hinteren pneumatischen Kammer 40 kann durch eine den hinteren Anschlag 29 definierende Fläche der Führung 28 gebildet sein. Projektionen der beiden Innenwände 41, 42 der hinteren pneumatischen Kammer 40 auf eine Ebene senkrecht zur Achse 8 sind im Wesentlichen gleich. Bei einer Bewegung des Döppers 20 ändern sich die axialen Abstände zwischen den Innenwänden jeweils einer der pneumatischen Kammern 40, 120 und folglich deren Volumina. Die Summe der beiden Volumina kann konstant sein, wofür die Flächen der auf die zur Achse 8 senkrechten Ebene projizierten vorderen Innenwände und die entsprechend projizierten Flächen der hinteren Innenwände gleich groß sind.
Den Luftkanal 134 zwischen den pneumatischen Kammern 40, 120 bildet der Spalt 35 zwischen dem Döpper 20 und dem Führungsrohr 31. Längs der Achse 8 verlaufende Rillen in der Mantelfläche 34 des dickeren Abschnitts 33 können zusätzliche Luftkanäle bilden.
Das Ventil 60 auf dem dickere Abschnitt 33 sperrt gegen einen Luftstrom von der hinteren in die vordere pneumatische Kammer 120 und öffnet für einen Luftstrom von der vorderen pneumatischen Kammer in die hintere pneumatische Kammer 40. Der Aufbau des Ventils 60 kann den vorhergehenden Beschreibungen entnommen werden.
Das dritte Dichtelement kann ein Dichtring 142 aus Kautschuk sein, der zu dem vorderen Anschlag 30 axial, in der Schlagrichtung 9 versetzt angeordnet ist. Das dritte Dichtelement 133 kann beispielsweise in einer Nut in dem Führungsrohr 31 einsetzt sein. Der Döpper 20 hat einen zylindrischen, vorderen Abschnitt 143, der durch das dritte Dichtelement 133 schlüssig mit dessen innerer radialer Fläche 144 geführt wird. Die Länge 145 des vorderen zylindrischen Abschnitts 143 ist vorzugsweise derart bemessen, dass zumindest ein Teil des vorderen Abschnitts 143 in dem dritten Dichtelement 133 steckt, wenn der Döpper 20 an dem hinteren Anschlag 29 anliegt, um die vordere pneumatische Kammer 120 in jeder Stellung des Döppers 20 hermetisch zu versiegeln. Wenn der Döpper 20 an dem vorderen Anschlag 30 anliegt, überragt der vordere Abschnitt 143 das dritte Dichtelement 133 in Schlagrichtung 9 um wenigstens eine Länge, die dem Weg des Döppers 20 zwischen dem vorderen Anschlag 30 und dem hinteren Anschlag 29 entspricht. Ein Durchmesser des vorderen Abschnitts 143 ist geringer als der Durchmesser des dickeren Abschnitts 33.
In einer alternativen Ausgestaltung ist ein Dichtring 146 auf dem vorderen Abschnitt 143 des Döppers 20 befestigt, z.B. in einer Ringnut (Fig. 13). Der Dichtring 146 gleitet innerhalb einer zylindrischen Hülse 147 in der Führung 28 und dichtet mit ihr in jeder Stellung des Döpper 20 ab. Eine äußere radiale Fläche 148 des Dichtrings 146 berührt die Hülse 147.
Anstelle oder zusätzlich zu dem Einwege-Ventil 60 mit einem axial schwimmenden Dichtring 61 können andere Einwege-Ventilsysteme z.B. die beschriebenen mit einer kegelförmigen Kulisse für einen Dichtring 80, einem Klappventil 100, einem Spaltdichtventil 110 auf dem dickere Abschnitt 33 angeordnet werden.
Fig. 14 und Fig. 15 zeigen im Längsschnitt bzw. Querschnitt in der Ebene XV-XV eine weitere Ausführung mit einem Ventil 150. Das Ventil 150 ist stationär in der Führung 28 gelagert und bildet das zweite Dichtelement 44. Gegenüber der vorherigen Ausführungsformen ist die Ausrichtung des Ventils 150 bezüglich der Schlagrichtung 9 geändert, da das Ventil 150 gesehen von dem Werkzeug hinter der pneumatischen Kammer 40 angeordnet ist.
Der Aufbau des Ventils 150 entspricht weitgehend dem Aufbau der in Zusammenhang mit Ventil 50 erläuterten Ausführungsform. Der einzig wesentliche Unterschied ist die entgegengesetzt angeordnete Orientierung des Ventil 150 bezüglich der Schlagrichtung 9 verglichen zu dem Ventil 50. Beide Ventile 50 ermöglichen ein Einströmen von Luft in die pneumatische Kammer 40 und verhindern ein Ausströmen von Luft. Das Ventil 150 hat einen Dichtring 151, welcher in eine umlaufende Nut 152 in der Führung 28 gelagert ist. Der Dichtring 151 umschließt bündig und luftdicht den hinteren Abschnitt 75 des Döppers 20.
Zwischen einem Nutboden 153 der Nut 152 und dem Dichtring 151 ist ein Spalt 154, durch den Luft in längs der Achse 8 strömen kann. Die Nut 152 ist breiter als der Dichtring 151, um dem Dichtring 151 eine Bewegung längs der Achse 8 zu ermöglichen. Eine vordere Nutwand 155 und eine vordere Stirnfläche 156 des Dichtrings sind derart strukturiert, dass beim Anliegen des Dichtrings 151 an der vorderen Nutwand 155 radiale Kanäle 157 zwischen dem Dichtring 151 und der vorderen Nutwand 155 frei bleiben. Die Kanäle 157 können beispielsweise als Rillen in die vordere Stirnfläche 156 des Dichtrings 151 einprägt sein. Die hintere Nutwand 158 der Nut 152 und die hintere Stirnfläche 159 des Dichtrings 151 können mit einander entlang einer geschlossenen Ringlinie um die Achse 8 hermetisch abschließen. Mit der Vorwärtsbewegung des Döppers 20 wird der Dichtring 151 gegen die vordere Nutwand 155 gedrückt, zusätzlich unterstützt durch die entlang des hinteren Abschnitts 75 des Döppers 20 in die pneumatische Kammer 40 einströmende Luft, wodurch das Ventil 150 geöffnet wird bzw. offen gehalten wird. Bei einer Rückwärtsbewegung des Döppers 20 wird der Dichtring 151 gegen die hintere Nutwand 158 gedrückt, zusätzlich unterstützt durch den sich aufbauenden Überdruck in der pneumatischen Kammer 40, wodurch das Ventil 150 geschlossen wird bzw. geschlossen gehalten wird.
Das erste Dichtelement 43 zwischen den Anschlägen kann z.B. durch einen Dichtring aus Kautschuk, z.B. einen O-Ring, realisiert sein, der unbeweglich in einer Ringnut 160 in dem dickere Abschnitt 33 eingesetzt ist. Alternativ kann ein Ventil, z.B. das Ventil 60 aus der vorherigen Ausführungsform, das erste Dichtelement 43 bilden.
Fig. 16 zeigt im Längsschnitt eine nicht-erfindungsgemäße Ausführung mit einem stationär angeordneten Ventil 170. Das erste Dichtelement 43 kann ein permanent abdichtendes Dichtelement oder ein Ventil sein. Das Ventil 170 bildet das zweite Dichtelement 44 mittels einer Nut 171, welche in eine Innenwand 172 der Führung 28 eingelassen ist, und einem ringförmigen Dichtelement 173, welches in die Nut 171 eingesetzt ist und den hinteren Abschnitt 75 des Döppers 20 umgibt. Die Nut 171 ist axial, entgegen der Schlagrichtung 9 zu dem hinteren Anschlag 29 angeordnet. Eine vordere Nutwand 174 der Nut 171 ist im wesentlichen senkrecht zur Achse 8 während die hintere Nutwand 175 der Nut 171 gegenüber der Achse 8 geneigt ist. Die hintere Nutwand 175 verläuft entgegen der Schlagrichtung 9 radial nach Innen. Das Ventil 170 sperrt, wenn Luft aus der pneumatischen Kammer 40 ausströmt, indem der Dichtring 173 durch die schräge, hintere Nutwand 175 radial gestaucht und gegen den Döpper 20 gepresst wird.
Fig. 17 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem anders gestaltetem Döpper 200 und einer zugehörigen Führung 201. Die Führung 201 hat ein beispielsweise zylindrisches Führungsrohr 202, in dem der Döpper 200 gleitet. In dem Führungsrohr 202 ist eine Hülse 203 eingelegt, welche lokal den inneren Querschnitt des Führungsrohrs 202 verringert. Der Döpper 200 hat längs der Achse 8 zwischen einem vorderen Abschnitt 204 und einem hinteren Abschnitt 205 einen verjüngten mittleren Abschnitt 206. Der vordere Abschnitt 204 und der hintere Abschnitt 205 können die Schlagflächen 26, 27 bilden. Der Durchmesser des mittleren Abschnitts 206 an die Hülse 203 angepasst. Die, vorzugsweise gleichgroßen, Durchmesser des vorderen und hinteren Abschnitts 204, 205 sind an den größten inneren Durchmesser des Führungsrohrs 201 angepasst. Der vordere Abschnitt 204 ist in Schlagrichtung 9 nach und der hintere Abschnitt 205 in Schlagrichtung 9 vor der Hülse 203. Eine gegen die Schlagrichtung 9 weisende radial verlaufende Fläche 207 des vorderen Abschnitts 204 bildet zusammen mit einer in Schlagrichtung 9 weisenden Fläche 208 der Hülse 203 den hinteren Anschlag. Der vordere Anschlag wird durch den hinteren Abschnitt 205 und seine in Schlagrichtung 9 weisende radial verlaufende Fläche 209 und die gegen die Schlagrichtung weisende Fläche 210 der Hülse 203 gebildet.
Die Führung 201 ist in radialer Richtung durch einen vorderen Dichtring 211 und einen hinteren Dichtring 212 mit dem vorderen Abschnitt 204 bzw. dem hinteren Abschnitt 205 des Döppers 200 luftdicht verbunden. In der Hülse 203 ist ein Einwege-Ventil 213 angeordnet, welche die Hülse 203 gegenüber dem mittleren Abschnitt 206 des Döppers 200 in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Döppers 200 abdichten kann. Hierdurch wird eine vordere pneumatische Kammer 214 und eine hintere pneumatische Kammer 215 definiert, welche über das Ventil 213 gekoppelt sind. Das Ventil 213 öffnet wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen bei einer Bewegung des Döppers 200 in Schlagrichtung 9 und schließt oder drosselt bei einer Bewegung des Döppers 200 entgegen der Schlagrichtung 9. Das Einwege-Ventil 213 kann beispielsweise das Ventil 60 mit einem geschlitzten, axial schwimmenden Dichtring 61, das Ventil 80 mit einer kegelförmigen Kulisse für einen Dichtring, das Ventil 100 mit einem Klappventil, das Ventil 110 mit einem Spaltdichtventil sein.
In einer Ausgestaltung ist nur eine pneumatische Kammer vorgesehen, wofür beispielsweise der vordere 211 oder der hintere Dichtring 212 entfällt oder nicht hermetisch abdichtend angeordnet ist.
Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der zwei unabhängige Ventile für zwei pneumatischen Kammern 40, 120 vorgesehen sind. Die pneumatischen Kammern 40, 120 sind nicht gekoppelt.
In der dargestellten Ausführungsform ist die vordere pneumatische Kammer 120 über ein erstes Ventil 270 an die Umgebung angekoppelt. Das erste Ventil 270 ist sperrend gegen ein Einströmen von Luft in die vordere pneumatische Kammer 120. Ein zweites Ventil 271 koppelt die hintere pneumatische Kammer 40 an die Umgebung an und ist sperrend für ein Ausströmen von Luft aus der hinteren pneumatischen Kammer 40. Die beiden pneumatischen Kammern 40, 120 sind durch das erste Dichtelement in der beispielhaften Ausführung eines Dichtrings 272 getrennt, welcher axial zwischen den beiden Ventilen 270, 272 angeordnet ist. Die beiden Ventile 270, 271 können beispielsweise durch das dargestellte Einweg-Ventil 60 oder andere Einweg-Ventile gebildet sein.
Fig. 19 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem Ventil 280 in einem Längsschnitt durch das Schlagwerk 4, Fig. 20 in einem Querschnitt durch das Ventil 280 in der Ebene XX-XX und Fig. 21 mit einer vergrößerten Detaildarstellung. Der dickere mittlere Abschnitt 33 hat eine radial vorstehende Rippe 283, welche beispielsweise geschlossen den Umfang verläuft. Über die Rippe 282 ist Dichtring 281 gestülpt, der den mittleren Abschnitt 33 umspannt. Der Dichtring 281 hat eine Nut 282, in die die Rippe 283 eingreift. Die Nut 282 ist breiter als die Rippe 283 und ein Nutboden 287 ist von einer Dachfläche 286 der Rippe 283 beabstandet. Der Dichtring 281 liegt vorzugsweise an einer Mantelfläche 293 des mittleren Abschnitts 33 versetzt zu der Rippe 283 an. In dem Dichtring 281 sind mehrere axial verlaufende Rillen 290 in eine dem Döpper 20 zugewandte Fläche 291 derart eingebracht, dass die Fläche 291 zusammen mit der Nut 292 wenigstens einen durchgehenden axial verlaufenden Kanal zwischen dem Döpper 20 und dem Dichtring 281 bildet. Entlang der axialen Rillen 290 und der Nut 282 kann ein Luftstrom durch das Ventil 280 strömen.
Der Döpper 20 kann sich gegenüber dem Dichtring 281 längs der Achse 8 bewegen. In einer ersten Stellung kann eine vordere Stirnfläche 284 der Rippe 283 an einer vorderen Nutwand 288 der Nut 282 anliegen. In der Nutwand 288 sind mehrere radial verlaufende Rillen 292 eingebracht. Hierdurch wird ein bündiger Abschluss der vorderen Stirnfläche 284 und der vorderen Nutwand 288 verhindert. Zwischen der vorderen Nutwand 288 und der vorderen Stirnfläche 284 bilden die radialen Rillen 292 einen Luftkanal mit einer Querschnittsfläche ungleich Null. Die vordere Stirnfläche 284 der Rippe 283 und die vordere Nutwand 289 sind in der dargestellten Ausführungsform senkrecht zur Achse 8. Sie können alternativ auch gegenüber der Achse 8 geneigt sein. In einer zweiten Stellung kann eine hintere Stirnfläche 285 der Rippe 283 an einer hinteren Nutwand 289 der Nut 282 anliegen. Die hintere Stirnfläche 285 und die hintere Nutwand 289 sind vorzugsweise formschlüssig, wodurch ein Luftstrom zwischen den beiden Flächen in der zweiten Stellung unterbunden werden kann. Der Dichtring 281 ist in der Führung 28, d.h. dem Führungsrohr 31 axial beweglich. Bei einem vorlaufenden Döpper 20 wird der Dichtring 281 mitgenommen, wobei die vordere 285 an der vorderen Nutwand 288 anliegt (erste Stellung). In die pneumatische Kammer 40 kann Luft entlang einem Strömungskanal strömen, der durch die axialen Rillen 290, die radialen Rillen 292 entlang der vorderen Nutwand 288 und der vorderen Stirnfläche 284, den Hohlraum zwischen dem Nutboden 287 und der Dachfläche 286 der Rippe 283, und die voneinander beabstandete hintere Nutwand 289 und hintere Stirnfläche 285 der Rippe 283 gebildet ist. Bei einem zurücklaufenden Döpper 20 wird der Dichtring 281 ebenfalls mitgenommen, wobei nun die hintere Stirnfläche 284 an der hinteren Nutwand 287 anliegt. Vorzugsweise liegt der Dichtring 281 bündig, hermetisch dicht, an der Innenwand 32 des Führungsrohrs 31 an, wodurch der Strömungskanal des Ventils 280 abgeschnürt wird. Der Querschnitt des Strömungskanals wird nun durch die beiden aneinanderliegenden hinteren Flächen bestimmt.
In einer Ausgestaltung sind die radial verlaufenden Rillen 292 alternativ oder zusätzlich in der vorderen Stirnfläche 284 der Rippe 283 angeordnet.
Die pneumatische Kammer 40 kann durch das zweite Dichtelement 44, vorzugsweise einen permanent dichtenden, unbeweglichen Dichtring, der ein hinteres Ende 75 des Döppers 20 umschließt abgeschlossen sein.
Fig. 22 zeigt in einer Detailansicht ein stationäres Ventil 300 auf der Hülse 77. Die Hülse 77 hat eine vorspringende Rippe 303, über die ein bewegliches Dichtring 301 mit einer Nut 302 gestülpt ist. Gegenüber der in den Fig. 19 bis 21 dargestellten Ausführungsform ist die Anordnung des Dichtrings 301 zu einer Ebene senkrecht zur Achse 8 gespiegelt angeordnet. Eine Nutwand 308 mit radial verlaufenden Rillen 312 liegt einer hinteren Stirnfläche 304 der Rippe 303 gegenüber. Die hintere Stirnfläche 304 weist von der pneumatischen Kammer 40 weg. Eine vordere Nutwand 309 ist vorzugsweise glatt und liegt eine bündig abschließenden vorderen Stirnfläche 305 der Rippe 303 gegenüber. Die Dichtring 301 wird durch die Luftströme in und aus der pneumatischen Kammer 40 bewegt. Ein Luftstrom in die pneumatische Kammer 40 verschiebt das Dichtring in Richtung zu der pneumatischen Kammer 40, wodurch die hinteren Flächen mit den radialen Rillen 312 aneinanderliegen. Das Ventil 300 ist offen. Ein Luftstrom aus der pneumatischen Kammer 40 verschiebt den Dichtring 301 von der pneumatischen Kammer 40 weg, wodurch die beiden bündig abschließenden vorderen Flächen 305, 309 aneinanderliegen. Das Ventil 300 ist geschlossen.

Claims

Werkzeugmaschine mit
einem Döpper (20),
einer Führung (28) in der der Döpper (20) längs der Achse (8) geführt ist, einer eigen medium-betätigten Ventileinrichtung (60, 150, 200, 280, 300), einer pneumatischen Kammer (40), die durch den Döpper (20), die Führung (28) und die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung (60, 150, 200, 280, 300) abgeschlossen ist, wobei das Volumen der pneumatischen Kammer (40) mit einer Bewegung des Döppers (20) entlang der Achse (8) variiert,
wobei die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung (60, 150, 200, 280, 300) in einem Durchströmungskanal zwischen Döpper (20) und der Führung (28) ein in einem Lager (62, 160, 203, 283, 303) längs der Achse (8) zwischen zwei Stellungen bewegliches Dichtelement (61, 151, 281, 301) aufweist,
wobei der Durchströmungskanal in einer ersten der zwei Stellungen des Dichtelements anliegend an einer ersten Anschlagsfläche (63, 158, 285, 305) des Lagers (62, 160, 203, 283, 303) eine erste Querschnittsfläche aufweist und der Durchströmungskanal in einer zweiten der zwei Stellungen des Dichtelements anliegend an einer zur ersten Anschlagsfläche längs der Achse (8) versetzten zweiten Anschlagsfläche (72, 155, 284, 304) des Lagers (62, 160, 203, 283, 303) eine zweite Querschnittsfläche aufweist, und die zweite Querschnittsfläche größer als die erste Querschnittsfläche ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Durchströmungskanal zwischen der ersten Anschlagsfläche (63, 158, 285, 305) des Lagers und einer auf die erste Anschlagsfläche des Lagers zuweisenden ersten Anschlagsfläche (70, 159, 289, 309) des Dichtelements (61, 151, 281, 301) und zwischen der zweiten Anschlagsfläche (72, 155, 284, 304) des Lagers und einer auf die zweite Anschlagsfläche des Lagers zuweisenden zweiten Anschlagsfläche (71, 156, 288, 308) des Dichtelements verläuft.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass falls ein Volumen der pneumatischen Kammer (40) bei einer Bewegung des Döppers (20) in Schlagrichtung (9) zunehmend ist, die erste Anschlagsfläche (63, 158, 285, 305) des Lagers der pneumatischen Kammer (40) zugewandt angeordnet ist, und falls ein Volumen der pneumatischen Kammer (120) bei einer Bewegung des Döppers (20) in Schlagrichtung (9) abnehmend ist, die zweite Anschlagsfläche (72, 155, 284, 304) des Lagers der pneumatischen Kammer (120) zugewandt angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine weitere pneumatische Kammer (120), die durch den Döpper (20), die Führung (28) und die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung (60, 150, 200, 280, 300) abgeschlossen ist, wobei bei einer Bewegung des Döppers (20) in Schlagrichtung (9) das Volumen der pneumatischen Kammer (40) zunehmend und ein Volumen der weiteren pneumatischen Kammer (120) bei einer Bewegung des Döppers (20) in Schlagrichtung (9) abnehmend ist und die pneumatische Kammer (40) und die weitere pneumatische Kammer (120) durch die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung (60, 150, 200, 280, 300) verbunden sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlagsfläche (72, 155, 284, 304) des Lagers und/oder eine auf die zweite Anschlagsfläche des Lagers zuweisenden Anschlagsfläche (71, 156, 288, 308) des Dichtelements wenigstens teilweise zur Achse (8) senkrecht radial verlaufende Rillen (73, 157, 292, 312) aufweist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager durch eine Nut (62) in dem Döpper oder eine Nut (152) in der Führung gebildet ist, und das Dichtelement in die Nut eingesetzt zwischen der ersten Anschlagsfläche gebildet durch eine erste Nutwand und der zweiten Anschlagsfläche gebildet durch eine zweite Nutwand axial beweglich ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, daduch gekennzeichnet dass die Nut und das Dichtelement ringförmig um die Achse (8) verlaufen und das Dichtelement in der ersten Stellung die Führung und den Döpper jeweils entlang einer geschlossenen Linie um die Achse (8) berührt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 oder 6, daduch gekennzeichnet, dass die erste Nutwand gegenüber der Achse (8) um weniger als 60 Grad geneigt ist und die zweite Nutwand gegenüber der Achse (8) um wenigstens 80 Grad geneigt ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass der Döpper einen prismatischen, ersten Abschnitt (75) und einen prismatischen, zweiten Abschnitt (33) mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt größeren Querschnittsfläche aufweist, wobei die Ventileinrichtung (60) an dem zweiten Abschnitt (33) des Döppers (20) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu der eigenmedium-betätigten Ventileinrichtung (60, 150, 200, 280, 300) längs der Achse (8) versetzte Dichtung zwischen dem Döpper (20) und der Führung (28) zum Abdichten der pneumatischen Kammer (40) vorgesehen ist, wobei die eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung (60, 150, 200, 280, 300) und die Dichtung in unterschiedlichem Abstand zur Achse (8) angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Querschnittsfläche des Strömungskanals höchstens ein Hundertstel der zweiten Querschnittsfläche des Strömungskanals beträgt.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Drossel (54), welche die pneumatische Kammer (40) mit einem Luftreservoir verbindet, wobei einer Querschnittsfläche der Drossel höchstens ein Hundertstel der zweiten Querschnittsfläche der eigenmedium-betätigte Ventileinrichtung (60, 150, 200, 280, 300) entspricht.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlagsfläche (63, 285, 305) des Lagers und/oder eine auf die erste Anschlagsfläche des Lagers zuweisenden Anschlagsfläche (70, 287, 308) des Dichtelements wenigstens teilweise zur Achse (8) senkrecht radial verlaufende Rillen aufweist, und eine Summe über deren Querschnittsfläche geringer als ein Hundertstel der Querschnittsfläche der pneumatischen Kammer (40, 120) ist.