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Die vorliegende Erfindung betrifft ein pneumatisches Schlagwerk für einen Bohr- oder Meißelhammer, umfassend einen von einem Schlagkolben beaufschlagten Döpper zur rückwärtigen Beaufschlagung eines Werkzeugs, wobei der Döpper in einem zugeordneten Führungsrohr längsgeführt angeordnet ist, das mit endseitigen Dämpfungsmitteln zur Prell- und Leerschlagdämpfung des Döppers ausgestattet ist.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Handwerkzeugmaschinen, insbesondere Bohr- oder Meißelhämmer, welche mit einem pneumatischen Schlagwerk zur Erzeugung von auf das Werkzeug einwirkenden Schlagimpulsen ausgestattet sind. Insbesondere kommt hierfür ein elektropneumatisches Schlagwerk in Betracht, welches über einen Elektromotor der Handwerkzeugmaschine angetrieben ist. Das pneumatische Schlagwerk umfasst einen sogenannten Döpper, welcher in der Stoßkette zwischen einem Schlagkolben des pneumatischen Schlagwerks und dem Werkzeug angeordnet ist und durch seine Masse die Schlagimpulse für das Werkzeug liefert.
Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2011 081 617 A1 geht ein gattungsgemäßes pneumatisches Schlagwerk einer Handwerkzeugmaschine hervor, welches über einen Elektromotor angetrieben wird. Die rotatorische Antriebsenergie des Elektromotors wird mittels eines Kurbeltriebs in eine alternierend translatorische Bewegung eines Erregerkolbens umgewandelt, der in einem Führungsrohr angeordnet ist, um eine Kolben-Zylinder-Einheit zu bilden. Dem Erregerkolben liegt über eine Luftsäule getrennt ein Schlagkolben gegenüber, der ebenfalls im Führungsrohr angeordnet ist. Im weiteren Verlauf der Stoßkette beaufschlagt der Schlagkolben einen in einer Erweiterung des Führungsrohrs geführten Döpper, der wiederum ein hier als Bohrmeißel ausgebildetes Werkzeug rückwärtig beaufschlagt. Für eine Endlagendämpfung des Döppers kommen elastomere Anschläge zur Anwendung, die in den Endlagen des Döppers einen Teil der kinetischen Energie aufnehmen. Der werkzeugseitig angeordnete elastomere Anschlag dient dabei einer Leerschlagdämpfung, wohingegen der schlagkolbenseitig angeordnete elastomere Anschlag einer Prellschlagdämpfung dient. Als Leerschlag wird dabei der erste Schlag des Schlagkolbens bezeichnet, bei welchem das Werkzeug nicht mehr in Kontakt mit dem Untergrund steht. Wegen des fehlenden Widerstands werden Werkzeug und Döpper beim Leerschlag durch den Stoß des Schlagkolbens zum werkzeugseitigen Anschlag befördert. Dabei bildet für den Döpper dessen Führungsroh den vorderen Anschlag. Die Leerschlagdämpfung sorgt für ein kontrolliertes Abbremsen des Döppers beim Abstellen der Handwerkzeugmaschine, um ein zu starkes Rückprallen und Nachschlagen zu verhindern. Die Prellschlagdämpfung sorgt während des Meißelns für eine Reduzierung der durch einen rückprallenden Döpper erzeugten Maschinenvibrationen.
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Um zu vermeiden, dass der Döpper mit seiner vollen Geschwindigkeit auf das Führungsrohr prallt, stößt dieser zunächst in das ruhende Dämpfungsmittel. Dabei bewegt sich der Döpper jedoch langsamer als vor dem Stoß, während sich das Dämpfungsmittel schneller als der Döpper vor dem Stoß bewegt. Infolgedessen stößt das Dämpfungsmittel in das Führungsohr, welches eine wesentlich größere Masse als das Dämpfungsmittel besitzt und deshalb ortsfest bleibt, während das Dämpfungsmittel reflektiert wird, also seine Bewegungsrichtung umkehrt. Durch die Richtungsumkehrung bewegen sich Dämpfungsmittel und Döpper aufeinander zu und es kommt erneut zu einem Stoßvorgang, welcher abhängig von den beteiligten Massen und Geschwindigkeiten der Stoßpartner erfolgt. Im Idealfall kehrt das Dämpfungsmittel erneut seine Richtung um und es erfolgt erneut ein Stoß zwischen Führungsrohr und Dämpfungsmittel. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis der Döpper und das Dämpfungsmittel gemeinsam in das Führungsrohr stoßen oder bis das vom Führungsrohr reflektierte Dämpfungsmittel den Döpper zur Richtungsumkehr zwingt. Da es sich bei dieser Sequenz von aufeinanderfolgenden Stößen praktisch um teilelastische Stöße handelt, wird bei jedem Stoß ein Teil der Bewegungsenergie in Wärme oder Verformung umgewandelt. Hierdurch wird die ursprüngliche kinetische Energie des Döppers schrittweise abgebaut und der Döpper wird nach und nach abgebremst, bis dieser entweder stehen bleibt oder seine Richtung umkehrt und sich mit einer geringeren Geschwindigkeit zurückbewegt, welche nicht ausreicht, um den Schlagkolben zurück in den Arbeitspunkt zu befördern. Der schrittweise Abbau der kinetischen Energie des Döppers hat darüber hinaus den positiven Effekt, dass das Führungsrohr kleiner dimensioniert werden kann, da es dank der Dämpfungsmittel nicht nur einmalig mit einer sehr hohen Last beansprucht wird und damit die maximal auftretenden Bauteilspannungen geringer ausfallen.
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Gewöhnlich sind die zwischen Führungsrohr und Döpper zu integrierenden Dämpfungsmittel jeweils mehrteilig aufgebaut und bestehen neben Elastomerelementen auch aus Zusatzmassen zur Dimensionierung des Schwingsystems. Diese aktiven Bauteile sind in ihrer Solllage mit dem erforderlichen Bewegungsspielraum innerhalb des Führungsrohres unterzubringen, was ergänzende Befestigungsmittel, wie Sprengringe oder dergleichen Sicherungselemente erfordert.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pneumatisches Schlagwerk der vorstehend beschriebenen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass die für den Döpper vorgesehenen Dämpfungsmittel insbesondere für eine Leerschlagdämpfung bauteilsparend und mit hohem Wirkungsgrad realisiert werden.
Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird ausgehend von einem pneumatischen Schlagwerk gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Der nebengeordnete Anspruch 10 gibt eine das erfindungsgemäße pneumatische Schlagwerk umfassende Handwerkzeugmaschine an. Die rückbezogenen abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Dämpfungsmittel für einen Döpper eine im werkzeugseitigen Bereich des Führungsrohres angeordnete Einsatzhülse zur Bildung einer Zusatzmasse für die Leerschlagdämpfung umfassen, welche in eine Führungsbohrung des Führungsrohres verliersicher eingesetzt ist, indem ein durch einen Hinterschnittabschnitt gebildeter Bohrungsabsatz des Führungsrohres einen rückwärtigen Endanschlag für die Einsatzhülse bildet.
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Mit anderen Worten wird bei der erfindungsgemäßen Lösung die Funktion eines Sicherungselements für die Einsatzhülse mit in das Führungsrohr integriert, wodurch eine Leerschlagdämpfung ohne einzelne Befestigungsmittel funktional und räumlich von einer Prellschlagdämpfung trennbar ist. Denn die auf eine Leerschlagdämpfung gerichtete erfindungsgemäße Lösung eröffnet die Möglichkeit, im schlagkolbenseitigen Bereich des Führungsrohres getrennt hiervon Dämpfungsmittel zur Prellschlagdämpfung des Döppers anzuordnen. Da der Döpper bei der erfindungsgemäßen Lösung durch das Führungsrohr längsgeführt wird, lassen sich im Zusammenhang damit größere und damit schwerere Döpper im zur Verfügung stehenden Bauraum unterbringen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Hinterschnittabschnitt des Führungsrohres durch einen hinteren Durchmesser D1 gebildet, der größer ist als ein benachbarter vorderer Durchmesser D2 des Führungsrohres, wobei der hintere Durchmesser D1 mit einem zugeordneten äußeren Durchmesser D3 der Einsatzhülse eine Spielpassung zur axialen Führung der Einsatzhülse bildet. Im Gegensatz hierzu bildet der vordere Durchmesser D2 mit dem äußeren Durchmesser D3 der Einsatzhülse eine Presspassung. Bei einer alternativen Ausführung kann es vorgesehen sein, dass keine axiale Führung der Einsatzhülse vorgesehen ist.
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Zur Montage der Einsatzhülse im Führungsrohr ist die die Einsatzhülse repräsentierende Zusatzmasse durch die Presspassung zu pressen, bis die Einsatzhülse nur noch über die Spielpassung mit dem Führungsrohr in Verbindung steht und geführt wird. Wird dieser Zustand erreicht, ist die Einsatzhülse in Richtung Schlagkolben axial gesichert, da die Einsatzhülse nur bei zentrischer Ausrichtung und mit sehr großer Kraft aus dieser formschlüssigen Verankerung herausbefördert werden kann, welche jedoch im Betrieb nie auftritt.
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Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der äußere Durchmesser D3 der Einsatzhülse mit einem Freistichabschnitt zur Trennung der Zuordnung zum hinteren Durchmesser D1 des Führungsrohres einerseits sowie zum vorderen Durchmesser D2 andererseits versehen ist.
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Vorzugsweise wirkt die Einsatzhülse über einen stirnseitig angeordneten Elastomerring mit dem Führungsrohr zur Leerschlagdämpfung zusammen. Der Elastomerring ist dabei im montierten Zustand der Einsatzhülse vorzugsweise gegen den rückwärtigen Endanschlag vorgespannt. Hierdurch kann die Einsatzhülse nur durch einen Stoßimpuls des Döppers zwecks Leerschlagdämpfung bewegt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Bauform der Einsatzhülse besteht diese aus einem mit der hinterschnittenen Führungsbohrung des Führungsrohres zusammenwirkenden Hohlzylinderabschnitt mit dem äußeren Durchmesser D3 sowie einem sich schlagkolbenseitig hieran anschließenden außenradialen Randabschnitt. Vorzugsweise ist der außenradiale Randabschnitt der Einsatzhülse mit einer trichterförmigen Öffnung zur zentrierten Aufnahme eines korrespondierend hierzu geformten Anschlagabschnitts des Döppers versehen. Hierdurch wird ein koaxiales Zusammenwirken von Döpper und Einsatzhülse während der Leerschlagdämpfung sichergestellt, was die Längsführung des Döppers während dieser Belastungsspitze entlastet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein für die erfindungsgemäße Lösung geeigneter Döpper beidseits des konischen Anschlagabschnitts koaxial angeformte Stangenabschnitte kleineren Durchmessers, wobei ein werkzeugseitiger Stangenabschnitt durch den Hohlzylinderabschnitt der Einsatzhülse längsgeführt ist. der Anschlagabschnitt kommt hingegen mit seinem Außenumfang innenwandseitig am Führungsrohr zur gleitenden Anlage.
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Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, dass auch der werkzeugseitig axiale Endanschlag zwischen dem Führungsrohr und dem außenradialen Randabschnitt der Einsatzhülse zwecks Selbstzentrierung konisch ausgebildet ist.
Detailbeschreibung anhand Zeichnung
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Seitenansicht eines pneumatischen Schlagwerks einer Handwerkzeugmaschine,
- Fig. 2
- einen detaillierten Längsschnitt des pneumatischen Schlagwerks im Bereich des Döppers,
- Fig. 3
- einen Längsschnitt durch ein Führungsrohr für den Döpper,
- Fig. 4
- eine Seitenansicht auf eine im Führungsrohr angeordnete Einsatzhülse,
- Fig. 5 bis 5d
- eine Sequenz von Längsschnitten zur Veranschaulichung der Montage der Dämpfungsmittel für die Leerschlagdämpfung im Führungsrohr,
- Fig. 6
- eine vergrößerte Detaildarstellung der Dämpfungsmittel für die Leerschlagdämpfung im montierten Zustand, und
- Fig. 7
- ein Funktionsschema des Federmassensystems der Leerschlagdämpfung.
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Gemäß Fig. 1 besteht ein pneumatisches Schlagwerk eines - nicht weiter dargestellten - Bohrhammers im Wesentlichen aus einem von einem Elektromotor 1 antreibbaren Exzentertrieb 2 zur Umwandlung der rotatorischen Antriebsbewegung des Elektromotors 1 in eine alternierend translatorische Bewegung für einen Erregerkolben 3, der längsbewegbar in einem Führungsrohr 4 geführt ist. Ein gegenüberliegend ebenfalls im Führungsrohr 4 geführter Schlagkolben 5 wirkt in üblicher Weise auf einen benachbarten Döpper 6, der wiederum rückwärtig auf ein Werkzeug 7 in Form eines Meißels schlägt.
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Gemäß der schematischen Fig. 2 ist in das auch den Döpper 6 umgebende Führungsrohr 4 eine Einsatzhülse 9 angeordnet, die gemeinsam mit einem stirnseitig zwischen der Einsatzhülse 9 und einem Innenabsatz des Führungsrohres 4 angeordneten Elastomerrings 8 Dämpfungsmittel für eine Leerschlagdämpfung des Döppers 6 bilden. Dabei bildet der Elastomerring 8 schematisch gesehen eine Feder, wohingegen die benachbarte längsbewegbare Einsatzhülse 9 eine Masse des dynamischen Masse-Feder-Systems darstellt.
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Gemäß der konstruktiven Fig. 3 ist für eine verliergesicherte Montage der - nicht weiter dargestellten - Einsatzhülse 9 im Führungsrohr 4 ein durch einen Hinterschnittabschnitt 11a gebildeter Bohrungsabsatz einen rückwärtigen Endabschnitt 12 für die Einsatzhülse 9 bildet. Der Hinterschnittabschnitt 11 des Führungsrohres 4 weist einen größeren Durchmesser auf als ein benachbarter Mündungsabschnitt 11b des Führungsrohres 4.
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Gemäß Fig. 4 besteht die Einsatzhülse 9 für das vorstehend beschriebene Führungsrohr 4 aus einem mit dem Hinterschnittabschnitt des - hier nicht dargestellten - Führungsrohres zusammenwirkenden Hohlzylinderabschnitt 13 mit dem äußeren Durchmesser für die Spiel- bzw. Presspassung sowie einem sich schlagkolbenseitig hieran anschließenden außenradialen Randabschnitt 14, der eine trichterförmige Öffnung 16 aufweist. Der Außenumfang des Hohlzylinderabschnitts 13 ist ferner mit einem Freistichabschnitt 15 zur Trennung der Zuordnung zu den verschieden großen Durchmessern des Führungrohres 4 versehen.
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Gemäß Fig. 5a wird vor Montage der Einsatzhülse 9 in das Führungsrohr 4 der Elastomerring 8 an einen Innenabsatz des Führungsrohres 4 angelegt. Zunächst wird gemäß Fig. 5b die Einsatzhülse 9 über den engen Mündungsabschnitt 11b hinweg eingepresst. In dieser Phase besteht eine Presspassung zwischen den Bauteilen. Ist der Mündungsabschnitt 11b überwunden, so erreicht der Außendurchmesser der Einsatzhülse 9 gemäß Fig. 5c den Hinterschnittabschnitt 11a größeren Durchmessers, der gemeinsam mit dem äußeren Durchmesser der Einsatzhülse 9 eine Spielpassung bildet, wohingegen im noch nicht vollständig eingeschobenen Zustand der Einsatzhülse 9 die Presspassung bezüglich des Mündungsabschnitts 11b fortbesteht. Diese wird gemäß Fig. 5d aufgelöst, wenn die Einsatzhülse 9 vollständig in das Führungsrohr 4 eingeschoben ist, wobei der Elastomerring 8 unter Vorspannung gerät.
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Gemäß Fig. 6 wirkt im vollständig montierten Zustand der zwischen dem Hinterschnittabschnitt 11a und dem Mündungsabschnitt 11b ausgebildete rückwärtige Endabschnitt 12, der ein Herausgleiten der Einsatzhülse 9 aus dem Führungsrohr 4 verhindert. Die durch den Elastomerring 8 aufgebrachte Vorspannung drückt dabei die Einsatzhülse 9 gegen den rückwärtigen Endanschlag 12. In diesem montierten Zustand besteht eine Spielpassung zwischen dem Hinterschnittabschnitt 11a sowie dem benachbarten Mündungsabschnitt 11b gegenüber dem äußeren Durchmesser der Einsatzhülse 9. Die Einstecktiefe wird begrenzt durch den konischen Randabschnitt 14 der Einsatzhülse 9, welche einen werkzeugseitig axialen Endanschlag der Leerschlagdämpfung bildet.
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Die Fig. 7 illustriert das Funktionsschema des Federmassensystems der Leerschlagdämpfung, wobei das Führungsrohr 4 den Durchmesser D1 des Hinterschnittabschnitts aufweist, dessen benachbarter kleinere Durchmesser D2 den Mündungsabschnitt kennzeichnet. Der Durchmesserunterschied bildet den rückwärtigen Endanschlag für die Einsatzhülse 9 mit dem äußeren Durchmesser D3. Die Einsatzhülse 9 stellt gleichzeitig eine Führung des koaxial durchdringenden Döppers 6 bereit, der ebenfalls von einem in den Absatz des Führungsrohres 4 wie dargestellt geführt ist. In der Reihenfolge der Stoßkette S wirkt der Schlagkolben 5 auf den Döpper 6 ein, der wiederum auf das Werkzeug 7 einwirkt.
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Die schematische Darstellung verdeutlicht, dass der innere Durchmesser D1 am Führungsrohr 4 größer ist als der äußere Durchmesser D3 an der Einsatzhülse 9, so dass eine Spielpassung mit einem Spaltmaß von hier < 0,12 mm gebildet wird. Demgegenüber ist der Durchmesser D2 des Mündungsabschnitts am Führungsrohr 4 kleiner als der äußere Durchmesser D3 der Einsatzhülse 9 und bildet hierdurch eine Presspassung aus. Das Übermaß beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel < 0,06 mm, was für eine hinreichende Verliersicherung ausreicht.
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Die axiale Länge L1 der Einsatzhülse 9 ist kleiner als die axiale Länge L2, welche durch den inneren Durchmesser D1 des Führungsrohres 4, welche den Hinterschnittabschnitt repräsentiert, gebildet wird. Hierdurch entsteht ein Axialspiel im Bereich zwischen 0,1 bis 2,5 mm, welches hinreicht, um in Zusammenwirken mit der Federwirkung des Elastomerelements 8 eine wirksame Leerschlagdämpfung herbeizuführen.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch denkbar, dass die axiale Baulänge der Einsatzhülse größer ist und sich korrespondierend zum Mündungsabschnitt ein gegenüber dem Durchmesser D3 kleinerer Durchmesser anschließt, der bezüglich des Mündungsabschnitts ebenfalls eine Spielpassung gewährleistet. Ferner bleibt es unbenommen, eine mit der erfindungsgemäßen Leerschlagdämpfung für den Döpper mit einer im schlagkolbenseitigen Bereich des Führungsrohres angeordnete Prellschlagdämpfung zu kombinieren.
Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Kurbeltrieb
- 3
- Erregerkolben
- 4
- Führungsrohr
- 5
- Schlagkolben
- 6
- Döpper
- 6a
- Anschlagabschnitt
- 6b
- erster Stangenabschnitt
- 6c
- zweiter Stangenabschnitt
- 7
- Werkzeug
- 8
- Elastomerring
- 9
- Einsatzhülse
- 11a
- Hinterschnittabschnitt
- 11b
- Mündungsabschnitt
- 12
- Endanschlag
- 13
- Hohlzylinderabschnitt
- 14
- Randabschnitt
- 15
- Freistich
- 16
- Öffnung
- D1
- innerer Durchmesser des Hinterschnittabschnitts
- D2
- innerer Durchmesser des Mündungsabschnitts
- D3
- äußerer Durchmesser des Hohlzylinderabschnitts der Einsatzhülse
- L1
- axiale Länge der Einsatzhülse
- L2
- axiale Länge des Hinterschnittabschnitts des Führungsrohres
- S
- Stoßkette