JP2005519781A - 短く構成された駆動ピストンを備えた空気ばね式打撃機構 - Google Patents

Abstract

打撃及び／又は穿孔ハンマのための空気ばね式打撃機構は、軸方向で往復運動可能な駆動ピストン（１）を有しており、該駆動ピストン（１）はガイドスリーブ（４）と、該ガイドスリーブ（４）を支持するピストン底部（５）とを備えている。打撃運転時には、駆動ピストン（１）のガイドスリーブ（４）内で、打撃ピストン（７）のピストンヘッド（８）が軸方向で運動可能である。打撃運転からアイドリング運転への移行の際には、ピストンヘッド（８）はガイドスリーブ（４）から滑り出るので、アイドリング運転時には打撃ピストン（７）はもはやガイドスリーブ（４）内ではなく、主として打撃機構ケーシング（１０，１６）の不動の部分によって軸方向運動可能に保持されている。駆動ピストン（１）はこのようにして僅かな軸方向の長さで形成され、これにより質量と、打撃運転およびアイドリング運転時に、駆動ピストン（１）の運動により引き起こされる振動が減じられる。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、打撃及び／又は穿孔ハンマのための空気ばね式打撃機構に関する。
【０００２】
今日、常用されている、穿孔・打撃ハンマのための打撃機構のタイプは、とりわけ、中空ピストンとして形成された駆動ピストンがクランク駆動装置によって振動軸方向運動させられる構成形式が知られている。ハンマのケーシング内でガイドされた駆動ピストンの内部では、内実の打撃ピストンが運動させられる。この打撃ピストンは、中空駆動ピストンの開放された端部で突出していて、周期的にチゼル工具または、中間的に接続された打撃子を負荷している。打撃ピストンと駆動ピストンとの間の中空室には、このために空気ばねが形成されていて、この空気ばねは、駆動ピストンの強制運動を打撃ピストンに伝え、打撃ピストンを工具へと駆動する。
【０００３】
この打撃機構は構成スペースが比較的少なく、安価に製造可能である。さらに、打撃ピストンは高い当接速度を得られる。アイドリング運転からの、打撃機構の確実な始動特性も特に有利である。
【０００４】
しかしながら欠点としては、駆動ピストンの質量が大きいことが挙げられる。これは、駆動ピストンが、駆動装置によりアイドリング運転時、即ち、工具が材料を処理していない状態でも往復運動させられるからである。比較的大きな振動質量により、アイドリング運転時のハンマの取り扱いが困難にされる。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２８４２６号明細書により公知の空気ばね式打撃機構では、駆動ピストンが主としてピストン底部とガイドスリーブとから成っていて、ガイドスリーブ内では打撃ピストンが往復運動可能である。ガイドスリーブの壁厚さは極めて小さいので、駆動ピストンの重量と、特にアイドリング運転時に生じる振動とは僅かである。ガイドスリーブには、複数の空気補償スリットが設けられており、このスリットを介して、各打撃後に空気が、打撃ピストンと駆動ピストンとの間の空気ばねに進入し、場合によっては打撃過程中に生じる空気損出が補償される。さらに、ガイドスリーブにはアイドリング開口が設けられていて、このアイドリング開口により、打撃運転からアイドリング運転への確実な移行が可能になる。
【０００６】
特にアイドリング時に生じる振動が、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２８４２６号明細書の空気ばね式打撃機構では著しく減じられるとしても、駆動ピストンの質量のさらなる減少、ひいてはアイドリング振動の相応の減少が所望されている。
【０００７】
本発明の課題は、打撃機構の有利な特徴を維持しながら、アイドリング時に生じる振動をさらに減じることである。
【０００８】
この課題は、本発明によれば、請求項１による空気ばね式打撃機構により解決された。本発明の有利な別の構成は、請求項２以下に記載されている。
【０００９】
請求項１の上位概念に記載の形式の本発明による空気ばね式打撃機構は、アイドリング運転時に打撃ピストンが完全にガイドスリーブの前方の端部から滑り出ていることを特徴としている。
【００１０】
これにより通常の打撃運転では、打撃ピストンが、依然として、少なくとも一部分で、駆動ピストンのガイドスリーブ内で軸方向で運動可能である。アイドリング運転に移行するために、使用者は打撃及び／又は穿孔ハンマを、工具と一緒に、処理したい岩石から持ち上げて離し、これにより、工具シャフトがハンマから滑り出る。これに応じて打撃ピストンは、同様にさらに前方へ、打撃方向に運動することができ、ガイドスリーブから滑り出る。理想的には、打撃ピストンは、この場合、完全にガイドスリーブの前端部から出て、打撃機構ケーシングによってのみ保持される。これにより打撃ピストンと駆動ピストンとの間の中空室が開かれて、駆動ピストンのさらなる運動の際に、空気が、空気ばねを取り囲む中空室内に進入し、打撃ピストンの戻し吸込と、それに続く打撃過程が防止される。結果として確実なアイドリング特性が得られる。
【００１１】
使用者が岩石に再び工具を載置すると、工具シャフトがハンマの内部に移動し、これにより打撃ピストンも再び、駆動ピストンのガイドスリーブ内に戻される。これにより駆動ピストンと打撃ピストンとの間の中空室が閉鎖され、これにより空気ばねの作用が発揮され、打撃運転が再開され得る。
【００１２】
本発明の特に有利な構成では、駆動ピストンのガイドスリーブの軸方向の長さが、両最端部位置の間の打撃ピストンの最大の軸方向距離よりも小さい。ガイドスリーブの軸方向の長さは、この場合、打撃ピストンは打撃運転時には確かに確実にガイドスリーブにおいて往復運動できるが、アイドリング運転時には、打撃ピストンは完全にガイドスリーブから滑り出ることができるように寸法設定されている。結果として駆動ピストンの軸方向の長さの著しい短縮と、ひいては質量の減少、ひいてはアイドリング運転振動の減少が得られる。
【００１３】
アイドリング運転時の打撃ピストンの確実な保持のために、有利には、打撃機構ケーシングには、ピストンヘッドのための収容部が設けられている。
【００１４】
この収容部により、後で詳しく説明するが、打撃ピストンの保持のための負圧が形成され得る。
【００１５】
打撃ピストンの運動は、種々様々な方法で行うことができる。打撃ピストンがアイドリング運転時も打撃運転時も専ら打撃機構ケーシングによって、例えばピストンシャフトでガイドされていると特に有利である。これにより、打撃運転時、即ち、打撃ピストンのピストンヘッドが駆動ピストンのガイドスリーブ内に位置している場合に、ガイドスリーブが打撃ピストンによってガイドされていて、打撃機構ケーシングによってガイドされてないようにできる。このようにして、ガイドスリーブと打撃ピストンとがそれぞれ打撃機構ケーシングにガイドされている場合に生じる恐れのある不都合な二重嵌合が回避される。アイドリング運転時の打撃ピストンのピストンヘッドのガイドは、ピストンシャフトが十分にガイドされている場合には必要ない。従って、前述したピストンヘッドのための収容部は打撃機構ケーシング内に、製造誤差問題を回避するに十分大きく寸法設定することができる。
【００１６】
本発明の特に有利な構成では、アイドリング運転時の空気ばねは、ガイドスリーブの前端部を介して排気可能かつ弛緩可能である。この場合、ガイドスリーブは、アイドリング運転時に空気ばねを排気するための別のアイドリング開口を有している必要はない。これに対して、先行技術では、特に、前述したドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２８４２６号明細書のものでは、確実なアイドリング運転を保証するために、ガイドスリーブに相応のアイドリング開口を設ける必要がある。しかしながら本発明によれば打撃ピストンは完全にガイドスリーブから出ていて、従ってガイドスリーブの端面は開放されているので、付加的なアイドリング開口は不要である。アイドリング開口を設けないことにより、駆動ピストンの製造コストを減じることができ、アイドリング開口により生じるノッチ効果が生じないことにより、亀裂の危険および破壊の危険も減じることができる。さらに、駆動ピストンの長さが比較的短いことにより製造誤差問題も減じることができる。
【００１７】
ガイドスリーブに、打撃ピストンのピストンヘッドの軸方向長さよりも長い軸方向長さを有した少なくとも１つの空気補償スリットが設けられていると特に有利である。これにより打撃時に生じる、空気ばねの空気損失は、ピストンヘッドが空気補償スリットの高さに位置すると再び補償される。即ち、短時間、ピストンヘッドの後方の空気ばねが、ピストンヘッドの前方の周囲に接続される。駆動ピストンはこのような時点で既に戻り運動を行っていて、従って打撃ピストンに吸い込み作用が加えられると、空気ばねにおける負圧により、付加的な空気が、駆動ピストンと打撃ピストンとの間の中空室に進入する。空気補償スリットは、最小の壁厚さを有したガイドスリーブを形成することを可能にする。
【００１８】
本発明の別の有利な構成では、アイドリング運転時にピストンヘッドを打撃機構ケーシングに保持する収容部に、この収容部とピストンヘッドとピストンシャフトとの間に形成される中空室を、打撃機構の周囲、例えばハンマのクランク室に接続する一方向弁が設けられている。これにより、打撃運転からアイドリング運転への移行の際、および、打撃ピストンがガイドスリーブから収容部へと相応に滑り出る際には、打撃ピストンと収容部との間に形成される、エアクッション中に生じる空気過圧が一方向弁を介して、打撃機構の周囲へと逃がされる。打撃ピストンが、一度収容部に進入すると、一方向弁が閉じられる。これにより、打撃ピストンが戻り運動を試みると、打撃ピストンを収容部に保持する吸込作用が生じる。例えば工具が処理したい岩石に載置される際に生じる相応に大きな力が生じて初めて、打撃ピストンは収容室から押し出され、ガイドスリーブへと戻される。
【００１９】
打撃ピストンは必ずしも１つのピストンヘッドと、このピストンヘッドとは形状的に異なる寸法のピストンシャフトから成っている必要はない。むしろ打撃ピストンのピストンヘッドとピストンシャフトとは、本発明の別の実施例では、ほぼ同じ直径を有していてもよい。
【００２０】
本発明のさらなる利点および特徴は、以下に図面につき詳しく説明する。
【００２１】
図１には、本発明による空気ばね式打撃機構が概略的な断面図で示されている。この空気ばね式打撃機構は、例えば、打撃及び／又は穿孔ハンマにおいて使用される。図２および図３には、同様の空気ばね式打撃機構が示されているが、運動するピストンの位置が異なっている。
【００２２】
駆動ピストン１は、回転駆動されるクランク軸２とコネクティングロッド３とを介して、振動する軸方向運動をさせられる。駆動ピストン１は、主としてガイドスリーブ４と、このガイドスリーブ４を後方の端面で閉じているピストン底部５とから成っている。ピストン底部５にはコネクティングロッド３が、旋回運動可能に公知のように接続されている。
【００２３】
駆動ピストン１はガイドスリーブ４で、打撃機構管６内を軸方向に運動可能である。打撃機構管６は、打撃機構ケーシングの構成部分である。
【００２４】
ガイドスリーブ４の内部には、図１では打撃ピストン７が示されている。この打撃ピストン７は、主としてピストンヘッド８とピストンシャフト９とから成っている。ピストンヘッド８はガイドスリーブ４の内部で運動可能である。
【００２５】
ピストンシャフト９は、打撃機構ケーシングに属しているケーシング管１０内にガイドされる。駆動ピストン１と打撃ピストン７との間の協働は、打撃ピストン７がピストンシャフト９でケーシング管１０内にガイドされて、打撃ピストン７自体はピストンヘッド８を介して、駆動ピストン１のガイドスリーブ４をガイドすることを意味している。
【００２６】
駆動ピストン１と、打撃ピストン７のピストンヘッド８との間には中空室１１が形成されている。この中空室では、駆動ピストン１が往復運動する際に空気ばねが形成される。空気ばねを介して、駆動ピストン１の振動運動は打撃ピストン７に伝えられ、打撃ピストン７はこの運動を遅れて同様に行い、ピストンシャフト９の、駆動ピストン１とは反対側の前端部で、図示されていない工具の図示されていないシャフトまたは図示されていない打撃子を公知のように打ち付けることができる。図１には、打撃ピストン７が打撃位置で、即ち、打撃ピストン７が工具シャフトもしくは打撃子に衝突する位置で示されている。
【００２７】
図１にはさらに、空気補償スリット１２の一部が示されている。この空気補償スリット１２は、ガイドスリーブ４に、ピストンヘッド８の軸方向の長さよりも長い軸方向の長さで延びている。空気補償スリット１２の軸方向の長さは、図３でより明瞭に示されている。図３では空気補償スリット１２は、ピストンヘッド８に覆われていない。これにより中空室１１の空気ばねは、空気補償スリット１２を介して、打撃ピストン７の前方の中空室１３に短時間接続することができる。打撃の時点もしくは打撃の直前および直後には空気ばね内には負圧が形成されるので、空気は打撃ピストン７の手前の中空室１３から空気ばね内へと吸い込まれ、これにより、空気ばねにおける増圧の時点で場合によって生じる空気損出が補償される。このために空気は、打撃機構周囲から、打撃機構管６内またはその外側を通る空気通路１５と貫通孔１４とを介して、打撃ピストン７のピストンヘッド８の手前の中空室１３に流入する。
【００２８】
図１では打撃ピストン７が前方の位置で、即ち打撃位置で示されているが、図２では空気ばね式打撃機構の打撃ピストン７は後方の位置で示されている。この位置でも、ピストンシャフト９はケーシング管１０にまだガイドされている。駆動ピストン１は、クランクシャフト２の相応の回転により最も後方の位置に位置している。
【００２９】
図３には、空気ばね式打撃機構がアイドリング運転にある場合の、打撃ピストン７の位置が示されている。アイドリング運転は、使用者が工具を、加工したい岩石から持ち上げて離した場合に行われる。これにより、工具シャフト、場合によっては打撃子がハンマのケーシングから幾分、外方に滑り出て、これにより打撃ピストン７は、図１に示した打撃位置のさらに前方の位置、即ち図３に示したアイドリング位置に到る。
【００３０】
駆動ピストン１のガイドスリーブ４は、公知のガイドスリーブと比べて著しく短いので、打撃ピストン７のピストンヘッド８はガイドスリーブ４から外方に滑り出て、打撃機構ケーシングに属している収容部１６に到る。この収容部１６では、打撃ピストン７は図３に示したアイドリング位置に保持されている。駆動ピストン１は再び、クランク軸２の引き続き行われる回転運動に基づき、往復運動を行う。収容部１６は必ずしも必要ではない。本発明の図示していない変化実施例では、収容部１６は設けられていないので、打撃ピストン７は、ガイドスリーブ４から出た後は、そのシャフトで専らガイドされる。
【００３１】
ピストンヘッド８はガイドスリーブ４の端面を解放したので、空気は貫通孔１４を介してガイドスリーブ４の内部に進入する。もしくは駆動ピストン１が前進運動している場合には、空気は再び流出し、その結果ガイドスリーブ４の中空室１１には空気ばねが形成され得ない。
【００３２】
打撃運転を再開するためには、使用者は工具を加工したい岩石に再び載置し、これにより工具シャフト、場合によっては打撃子がハンマのケーシングの内部に移動し、打撃ピストン７が収容部１６から押し出され、ガイドスリーブ４の端面を遮蔽し、ガイドスリーブ４内に進入する。ガイドスリーブ４における中空室１１はこれにより周囲から遮蔽されるので、極めて迅速に再び空気ばねが形成されこれにより打撃運転が続けられる。
【００３３】
打撃ピストン７のピストンヘッド８が確実に収容部１６に保持されるように、収容部１６には、主として単数または複数の開口１７とゴムリング１８とから成る一方向弁が設けられている。開口１７は、ピストンヘッド８の前方の室１３（前方の中空室）を、貫通孔１９と空気通路１５とを介して周囲に接続する。ゴムリング１８は開口１７の全周にわたって位置している。ゴムリング１８は、前方の中空室１３内が増圧する際に、幾分持ち上げられ、これにより空気が、前方の中空室１３から開口１７と貫通孔１９とを介して周囲に流出することができる（打撃ピストン７の前進運動による増圧の際）。打撃ピストン７は、これにより完全に収容部１６内に進入することができる。
【００３４】
収容部１６がピストンヘッド８を図示したように密にまたは環状に取り囲む必要はない。上述したように、本発明の変化実施例では、収容部１６は全く設けられていなくてもよい。これに対して選択的に、収容部１６の環状の部分は、二重嵌合の危険を回避するために、ピストンヘッド８に対して十分な距離を有していてもよい。この場合、打撃ピストン７はピストンシャフト９で既に十分にガイドされていることが考慮されなければならない。
【００３５】
前方の中空室１３の圧力が逃がされた場合、もしくはピストンヘッド８が完全に収容部１６内に進入した場合には、ゴムリング１８が再び開口１７を閉じる。図３に示したように、ピストンヘッド８の周囲が比較的高い嵌合精度で、環状の収容部１６内に位置していて、前方の中空室１３は実際にはもはや存在していない場合には、駆動ピストン１が往復運動を行い、相応の空気流が打撃ピストン７の前方から形成される場合でも、図３に示した位置で収容部１６内に打撃ピストン７を保持する吸込作用が打撃ピストン７に加えられる。ハンマの振動も、打撃ピストン７をアイドリング位置から外部に動かすには十分ではない。工具が岩石に載置された場合に初めて工具シャフトもしくは工具シャフトに連結された打撃子が、ピストンシャフト９、ひいては打撃ピストン７を図３のアイドリング位置から再び図１の打撃位置へと動かし、打撃運転が再開される。
【００３６】
前述の実施例では、比較的大きな直径を有したピストンヘッド８と、比較的小さな直径を有したピストンシャフト９とを備えた打撃ピストン７が使用されている。しかしながら本発明の基本原則、即ち、打撃ピストン７が、駆動ピストンのガイドスリーブから出ること、これに関連して駆動ピストン１の構成が短いことは、別の形式で成形された打撃ピストンでも利用できる。特に打撃ピストンが１つのピストンヘッドからのみ形成されていても、もしくはピストンヘッドとピストンシャフトがほぼ同じ直径を有していても良い。しかしながら比較的大きな直径を有したピストンヘッド８と、比較的小さな直径を有したピストンシャフト９とを備えた図示した打撃ピストン７は、打撃理論上、最良の形状である。
【００３７】
さらに、駆動ピストン１は、前述の実施例のように１つの部分から成っていなくてもよく、種々の構成エレメントから組み合わされていてもよい。即ち、例えば、駆動ピストンの重量をさらに減じるために、ガイドスリーブを鋼から、これに対してピストン底部をプラスチックまたはその他の軽量な材料から製造すると有利である。
【００３８】
さらに、打撃ピストン７のピストンヘッドはアイドリング位置で、必ずしも収容部に保持されている必要はない。むしろ本発明の図示されていない別の構成では、打撃ピストンは、駆動ピストン１のガイドスリーブ４を出た後、アイドリング運転時には専らピストンシャフトでガイドされている。この場合、ガイドは例えば、図１のケーシング管に相応の構成エレメントによって行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
打撃ピストンが打撃位置にある、本発明による空気ばね式打撃機構の概略的な部分断面図である。
【図２】
打撃ピストンが最後方の位置にある空気ばね式打撃機構の部分断面図である。
【図３】
打撃ピストンがアイドリング位置にある空気ばね式打撃機構の部分断面図である。

Claims (11)

1. 打撃及び／又は穿孔ハンマのための空気ばね式打撃機構であって、
   打撃機構ケーシング（６）内で軸方向に往復運動可能な駆動ピストン（１）が設けられており、該駆動ピストン（１）は、ほぼ中空円筒状のガイドスリーブ（４）と、ガイドスリーブ（４）を支持するピストン底部（５）とを有していて、
   軸方向で往復運動可能な打撃ピストン（７）が設けられており、該打撃ピストン（７）がピストンヘッド（８）とピストンシャフト（９）とを有しており、
   駆動ピストン（１）と打撃ピストン（７）との間に形成可能な、打撃運転時に空気ばねを取り囲む中空室（１１）が設けられており、
   打撃運転時に、打撃ピストン（７）が少なくとも部分的に、駆動ピストン（１）のガイドスリーブ（４）内で軸方向に運動可能である形式のものにおいて、
   アイドリング運転時には打撃ピストン（７）が完全に、ガイドスリーブ（４）の前方の端部から滑り出されていることを特徴とする、打撃及び／又は穿孔ハンマのための空気ばね式打撃機構。
2. アイドリング運転時には打撃ピストン（７）は、ガイドスリーブ（４）によってではなく、主として、打撃機構ケーシング（１０，１６）の不動の部分によって軸方向でガイドされ保持される、請求項１記載の空気ばね式打撃機構。
3. 打撃ピストン（７）が打撃運転時に、ピストンヘッド（８）で、少なくとも部分的に、駆動ピストン（１）のガイドスリーブ（４）内で軸方向に運動可能である、請求項１または２記載の空気ばね式打撃機構。
4. ガイドスリーブ（４）の軸方向の長さが、両最端部位置の間の打撃ピストン（７）の最大の軸方向距離よりも短い、請求項１から３までのいずれか１項記載の空気ばね式打撃機構。
5. アイドリング運転時及び／又は打撃運転時に、打撃ピストン（７）が専らピストンシャフト（９）で、またはピストンシャフト（９）とピストンヘッド（８）とで、軸方向にガイドされる、請求項１から４までのいずれか１項記載の空気ばね式打撃機構。
6. 打撃機構ケーシングに、アイドリング運転時の打撃ピストン（７）のピストンヘッド（８）のための収容部（１６）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の空気ばね式打撃機構。
7. 空気ばねがアイドリング運転時に、ガイドスリーブ（４）の前端部を介して排気可能、または弛緩可能であって、ガイドスリーブ（４）は、アイドリング運転時の空気ばねの排気のための別のアイドリング開口を有していない、請求項１から６までのいずれか１項記載の空気ばね式打撃機構。
8. ガイドスリーブ（４）には少なくとも１つの空気補償スリット（１２）が設けられていて、該スリット（１２）は、打撃ピストン（７）のピストンヘッド（８）の軸方向の長さよりも長い軸方向の長さを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の空気ばね式打撃機構。
9. 収容部（１６）と、ピストンヘッド（８）と、ピストンシャフト（９）とによって形成された前方の中空室（１３）が、一方向弁（１７，１８）を介して周囲に接続可能である、請求項１から８までのいずれか１項記載の空気ばね式打撃機構。
10. 一方向弁が、前方の中空室（１３）を遮蔽し、半径方向にプレロードをかけられる弾性的なリング（１８）に通じる少なくとも１つの開口（１７）を有している、請求項９記載の空気ばね式打撃機構。
11. 打撃ピストン（７）のピストンヘッド（８）とピストンシャフト（９）とが同じ直径を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の空気ばね式打撃機構。

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