JP4862124B2 - 壁薄な駆動ピストンを有する空気力式のインパクト機構 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、打撃及び／又は作孔ハンマ用の空気力式のインパクト機構に関する。
【０００２】
作孔又は打撃ハンマ用の現在一般的に使用されるインパクト機構タイプでは特に、中空ピストンとして構成された駆動ピストンにクランク伝動装置により振動する軸方向運動を与える構造形式が実地において役立つことが明らかとなった。ハンマのケーシング内で案内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し、該打撃ピストンは、中空の駆動ピストンの開放端部から突出しかつ周期的にたがね工具又は間挿された打撃子を負荷する。このために、打撃ピストンと駆動ピストンとの間の中空室内にはエアスプリングが形成され、該エアスプリングは、打撃ピストンに対して強制的に駆動ピストンの運動を伝達しかつ打撃ピストンを工具に向けて駆動する。
【０００３】
インパクト機構は、比較的僅かな構造スペースを必要としかつ安価に製作可能である。更に、打撃ピストンは高い衝撃速度を得る。特に、無負荷運転からのインパクト機構の確実な始動挙動も有利である。
【０００４】
しかしながら、駆動ピストンの高い質量が欠点である。それというのも、駆動ピストンは駆動装置によって無負荷運転中にも往復運動させられるからである、即ち、工具が材料を加工し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って、無負荷運転中のハンマの操作が困難になる。
【０００５】
アメリカ合衆国特許第３４５６７４０号明細書から、複動式のエアスプリングを有するインパクト機構が公知である。駆動ピストン内には空気補償スリットが設けられていて、該空気補償スリットは、選択的に前方のエアスプリング及び後方のエアスプリングが雰囲気に接続されるように、駆動ピストン内部で往復運動する打撃ピストンによって擦過される。これによって、打撃後毎にエアスプリングが充填される。しかしながら、このような複動式のエアスプリングを有するインパクト機構は、大きな構造スペースを必要としかつ無負荷運転することができない。
【０００６】
ヨーロッパ特許公開第００１４７６０号明細書から、中空の駆動ピストンを有する空気力式のインパクト機構が公知であり、前記駆動ピストン内では、打撃ピストンが駆動ピストンと打撃ピストンとの間に形成されるエアスプリングによって駆動される。インパクト機構が使用されるハンマが被加工岩盤から持上げられた場合には、エアスプリングが無負荷孔を介して雰囲気に接続されるまで、打撃ピストンは前方に移動する。打撃運転中のエアスプリングの再充填は、定置のスリットを介して制御される、駆動ピストンのガイドスリーブ内の半径方向の孔を介して行われる。
【０００７】
ドイツ国特許公開第３３１６０１３号明細書から、空気力式に作動可能な打撃体を有する作孔ハンマが公知であり、前記打撃体は、中空円筒状の駆動ピストン内に収容されている。駆動ピストンの壁部内には、換気孔及び無負荷開口が形成されており、この場合、駆動ピストンは定置の滑りブシュ内で案内されている。滑りブシュ内には、無負荷開口に対応配置された連通開口が形成されていて、該連通開口によって、適当な調節装置による部分的もしくは完全な開放により打撃体の打撃力が相応に適合もしくは解消される。従って、連通開口が完全に開放された場合には、作孔ハンマは作孔機械としてのみ作動可能である。それというのも、駆動ピストンの前進行程に際して打撃ピストンを加速するために圧縮される空気容積が無負荷開口及び連通開口を介して雰囲気に漏出するからである。
【０００８】
本発明の課題は、インパクト機構の有利な特徴を維持して無負荷運転中に生ずる振動を減少できるようにすることにある。
【０００９】
前記課題は本発明によれば、請求項１の特徴部分に記載の本発明による空気力式のインパクト機構によって解決された。空気力式のインパクト機構の有利な構成は、その他の請求項に記載されている。
【００１０】
本発明による空気力式のインパクト機構は、ピストン懸架部、ピストンヘッド及びガイドスリーブを備えた駆動ピストンを有していて、該ガイドスリーブ内には、少なくとも１つの空気補償スリットが設けられている。この場合、ガイドスリーブは、中空円筒状に構成できるか又は楕円形形状又は角形形状を有することができる。
【００１１】
有利な構成では、空気補償スリットはガイドスリーブの軸方向に延びている。従って、ガイドスリーブがガイドスリーブの直径の５％よりも小さなできるだけ僅かな壁厚さを有しかつ無負荷開口を備えていると、特に有利である。
【００１２】
駆動ピストンは、打撃ピストンが駆動ピストンのガイドスリーブ内で軸方向に往復運動可能である空気力式のインパクト機構において特に有利に使用される。この場合、駆動ピストンの空気補償スリットは、打撃ピストンがガイドスリーブ内に完全に進入した場合に、ガイドスリーブと打撃ピストンとの接触面よりも大きな軸方向長さを有しているので、駆動ピストンと打撃ピストンとの間に形成される、エアスプリングを取り囲む中空室は、駆動ピストンの前方部分、即ち、中空の駆動ピストンの前方の端面に接続可能である。
【００１３】
駆動ピストンが例えばハンマのケーシングに属するガイド管によってほぼ完全に取り囲まれて案内される場合には、エアスプリングは打撃後毎空気補償スリットを介して通気され、即ち該空気補償スリットにおいては空気が、駆動ピストンの端面側から、つまり雰囲気に通じるガイド管の内部から中空室内に吸い込まれる。この場合、空気補償スリットは半径方向外側でガイド管によって覆われるので、打撃ピストンと駆動ピストンとの規定の相対位置でのみ中空室と雰囲気との接続を得ることができる、即ち、打撃ピストンが駆動ピストンと打撃ピストンとの接触面の全長で空気補償スリットの軸方向の延在範囲内に位置する場合に、中空室と雰囲気との接続を得ることができる。このような配置形式は、あらゆる半径方向の換気開口が省かれるため、インパクト機構の極めてコンパクトな構造形式を可能にする。更に、駆動ピストンを最少の壁厚さでひいては最低限の重量で構成できる。これによって、特に無負荷運転中の不所望の振動の発生が著しく低減される。
【００１４】
駆動ピストン内に多数の無負荷開口が有利には２列でジグザグ状に配置されていてかつハンマケーシングのガイド管が対応配置された換気通路を有する場合には、無負荷運転と打撃運転とを一層確実に交換することができる。インパクト機構が工具ひいては打撃ピストンの前方への移動に基づき無負荷運転に移行する時点は、換気通路及び無負荷開口の位置によって正確に調節される。
【００１５】
次に図示の実施例に基づき本発明を説明する。
【００１６】
第１図では、本発明による駆動ピストン１が側面図及び横断面図で図示されている。
【００１７】
駆動ピストン１は、鋼から製作されかつ中空円筒状のガイドスリーブ１ａを有している。ガイドスリーブ１ａは一方の端面１ｂ（第１図でみて下側端部）で開放されていてかつ他方の端面でピストンヘッド２によって覆われている。ピストンヘッド２からは、２つのウェブの形状のピストン懸架部３が延びていて、該ピストン懸架部３をそれぞれ駆動ピストン１の軸方向に対して横方向で貫通して、孔４が延びている。孔４内には（第２図に基づき後述するように）、駆動ピストン１を連接部材に枢着結合する連接ピンが押し込まれている。
【００１８】
ガイドスリーブ１ａ内には、互いに１２０°だけずらされた３つの空気補償スリット５が設けられていて、該空気補償スリットは、ガイドスリーブ１ａの軸方向に延びている。空気補償スリット５は、ガイドスリーブ１ａの内部で形成されるエアスプリングに打撃サイクル後毎新鮮空気を供給するのに用いられる。
【００１９】
更に、ガイドスリーブ１ａ内には、軸方向で２列７，８を成してジグザグ状に配置された無負荷開口６が形成されている。この場合個々の無負荷開口６の相互間隔は、接線方向でガイドスリーブ１ａに接する仮想の縁部が、該縁部領域で永続的にガイドスリーブ１ａの内部と外部との間の接続が得られるように、軸方向運動の際して無負荷開口６によって擦過されるよう設計されている。このために、異なる列７，８のそれぞれ少なくとも２つの無負荷開口６が互いに隣接していて、この場合、当該無負荷開口６の中心点はガイドスリーブ１ａの軸方向で、当該無負荷開口６の平均直径よりも小さな間隔を有している（第１図参照）。
【００２０】
ガイドスリーブ１ａは、３ｍｍよりも小さな厚さを有する鋼から成る極めて薄い壁部を有している。これによって、駆動ピストン１の重量は最小化される。材料として鋼を維持することによって、特に良好な摩耗特性、非常運転特性及びシール特性が保証される。
【００２１】
第１図によるガイドスリーブ１ａは中空円筒状に構成されている。しかしながら、別の実施例では別の基本形状を有することができる、例えば楕円形又は角形の中空横断面を有することができる。従って、形状をガイドスリーブを案内する構成部材（ケーシング）又はガイドスリーブによって案内される構成部材（打撃ピストン）に適合させることができる。
【００２２】
第２図では、空気力式のインパクト機構において本発明による駆動ピストン１が使用される作孔ハンマの部分断面図を図示している。第３図は、インパクト機構の図示を明瞭にする第２図の部分拡大図である。
【００２３】
第２図及び第３図の上部三分の一では、即ち、連続的な一点鎖線の上側では、打撃運転中に生ずる打撃位置が図示されている。前記一点鎖線の下側では、工具が被加工材料から持上げられた無負荷位置が図示されている。
【００２４】
電動機１０を介してクランク軸歯車１１が回転駆動され、該クランク軸歯車は、ハンマケーシング１２内に回転可能に支承されたクランク軸ディスク１３と共にクランク軸を形成していて、該クランク軸は、プラスチックから成る連接部材１４を駆動する。
【００２５】
連接部材１４は、他端で連接ピン１５を介して本発明による駆動ピストン１のピストン懸架部３に枢着結合されていてかつこれによりクランク軸の相応の回転運動に際してピストンヘッド２及びガイドスリーブ１ａを備えた駆動ピストン１をハンマケーシング１２に属するガイド管１６内で軸方向に往復運動させる。
【００２６】
ガイドスリーブ１ａの内部には、打撃ピストン１７が軸方向に可動に配置されていて、該打撃ピストン１７は、同様に軸方向に可動な打撃子１８を自体公知の形式で周期的に工具（図示せず）に向けて打撃する。このために、駆動ピストン１と打撃ピストン１７との間の中空室１９内にエアスプリングが形成され、該エアスプリングは、クランク伝動装置により強制的に生ぜしめられた駆動ピストン１の運動を打撃ピストン１７に伝達する。駆動ピストン１の戻り運動時にはエアスプリングは吸込み作用により、工具もしくは打撃子からの打撃ピストン１７の跳ね返りによって生ぜしめられる打撃ピストン１７の戻り運動をアシストする。
【００２７】
駆動ピストン１のガイドスリーブ１ａはガイド管１６内で摺動可能に案内されており、この場合、ガイド管１６の内部成形形状はガイドスリーブ１ａの外部成形形状に適合されている。図示の実施例ではガイド管１６は中空円筒状であるが、例えば角形のガイドスリーブ１ａの場合に平らなガイド面を備えることもできる。既述のように、ガイドスリーブ１ａは極めて肉薄でありかつ空気補償スリット５を有しており、該空気補償スリットは、駆動ピストン１の前方の端面１ｂを介してハンマケーシング１２内部の雰囲気に接続可能である。
【００２８】
空気補償スリット５は、半径方向外側でガイド管１６によって完全に覆われていてかつ駆動ピストン１と打撃ピストン１７との適当な相対位置で空気を軸方向で中空室１９に向けて案内する。空気補償スリット５は、打撃ピストン１７よりも長い軸方向長さ、しかし少なくとも駆動ピストン１のガイドスリーブ１ａと打撃ピストン１７との接触面よりも長い軸方向長さを有している。特に第３図で拡大図で図示のように、打撃ピストン１７がその全長で空気補償スリット５の軸方向長さ範囲内に位置する場合には、空気は打撃ピストン１７に沿って通過して空気補償スリット５を介して案内される。
【００２９】
次に、第２図及び第３図の一点鎖線の上側で図示の打撃位置に基づき本発明による空気力式のインパクト機構の打撃運転を説明する。
【００３０】
当該図面では、前方の死点位置に相応する左側の終端位置に駆動ピストン１が連接部材１４及びクランク伝動装置によって移動させられた瞬間を図示している。中空室１９内で生ずるエアスプリングに基づき、打撃ピストン１７は打撃子１８に向けて前方に打撃され、該打撃子は、矢張り打撃エネルギを工具（図示せず）に伝達する。
【００３１】
図面から明らかなように、この瞬間に中空室１９は空気補償スリット５を介して、駆動ピストン１の前方の端面１ｂに、ひいてはガイド管１６の内部の空気に接続されるので、ガイド管１６内の空気は駆動ピストン１の前方の端面１ｂから空気補償スリット５を経て中空室１９内に流入しかつエアスプリングを再び充填することができる。
【００３２】
次いで、駆動ピストン１はクランク伝動装置によって右向きに移動させられ、これによって更に、空気が空気補償スリット５を介して中空室１９内に吸い込まれる。打撃ピストン１７は打撃子１８から跳ね返えされかつ所定の時間的な遅れを以って駆動ピストン１の運動に追従する。更に、打撃ピストンは中空室１９内で生ずる負圧によって戻し吸引される。打撃ピストン１７、もしくは、ガイドスリーブ１ａとの打撃ピストン１７の接触面が空気補償スリット５の後方の制御縁５ａを擦過した場合には、中空室１９は雰囲気に対して再びシールされるので、駆動ピストン１の次の前進運動に際してエアスプリングが新たに形成される。
【００３３】
作業員がハンマを通常必要な力で被加工材料に圧着しない場合には、打撃子１８に対する打撃ピストン１７の衝突点は多少前方に滑動する。この場合、後述する無負荷位置は得られない。むしろこの場合、打撃ピストン１７は、その前方縁部によってもしくはガイドスリーブ１ａとの打撃ピストン１７の接触面の前方縁部によって、空気補償スリット５の前方の制御縁５ｂを擦過し、これによって、中空室１９と雰囲気との接続が再び中断されるので、中空室１９内のエアスプリングを充填した後では引き続き空気は中空室１９内には進入しない。これにより、中空室１９内のエアスプリングの充填量は比較的コンスタントに維持され、次に行われる打撃中にほぼコンスタントな打撃作用が得られる。これとは異なって従来公知の機械では、このようなケースにおいてエアスプリング容積は前方への打撃ピストン１７の移動によって拡大され、これによって、次いで行われる打撃サイクル中に軽度の打撃作用、しかし少なくとも不規則な打撃が生ぜしめられる。
【００３４】
第２図及び第３図の一点鎖線の下側では空気力式のインパクト機構は無負荷位置で図示されている。
【００３５】
既述のように、駆動ピストン１内にはジグザグ状の配置で無負荷開口６が形成されている。無負荷位置は、工具が被加工材料から持上げられひいては工具がハンマから多少滑出することによって、得られる。打撃子１８は、工具の運動に追従しかつ図示の左側もしくは前方の終端位置に摺動する。このことは、打撃ピストン１７にも同様に該当し、従って、打撃ピストン１７は、後方端面に位置する打撃ピストン後縁１７ａによって、ガイド管１６内に形成された軸方向に延びる換気通路２１の制御縁２０を擦過する。事実上換気開口６によって、打撃ピストン後縁１７ａが制御縁２０を擦過する時点に正確に、中空室１９と雰囲気とを接続することができる。これによって、中空室１９が換気されかつ有効な増圧は最早不可能である。インパクト機構は無負荷位置を占める。工具の再当接によってひいては打撃子１８及び打撃ピストンの戻り運動によって初めて、新たに制御縁２０が打撃ピストン後縁１７ａによって擦過される。これによって、中空室１９と換気通路２１との間の接続が中断される。この場合、インパクト機構は再び作動し始める。
【００３６】
打撃運動以外に図示の作孔ハンマによって回転運動を工具に伝達することもできる。このために、円錐歯車２３に噛合する円錐ピニオン２２がクランク軸に焼き嵌めされている。円錐歯車２３の回転運動は、自体公知の安全クラッチ２４を介して中心ピン（Koenigswelle）２５に伝達され、該中心ピンから回転運動は、図示しない公知の形式で工具に強制的に伝達される。
【００３７】
本発明により設けられる空気補償スリット５は、ガイドスリーブ１ａの内壁において従来使用された空気補償ポケットに代用される。これによって、ガイドスリーブ１ａの壁厚さを最少にできひいては著しく重量を軽減できる。このことは、無負荷運転中のインパクト機構の振動特性に有利な作用を及ぼす。更に、製作に際して材料を節減でき、これによって、製作コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による駆動ピストンの側面図及び横断面図。
【図２】 第１図による本発明の駆動ピストンが使用される空気力式のインパクト機構を有する作孔ハンマの部分断面図。
【図３】 第２図の拡大図。

Claims (5)

1. 打撃及び／又は作孔ハンマ用の空気力式のインパクト機構であって、
   ガイドスリーブ（１ａ）、ピストンヘッド（２）及びピストン懸架部（３）を備えた軸方向に往復運動可能な駆動ピストン（１）と、
   ガイドスリーブ（１ａ）内で軸方向に往復運動可能な打撃ピストン（１７）と、
   駆動ピストン（１）と打撃ピストン（１７）との間に形成された、エアスプリングを取り囲む中空室（１９）と、
   ガイドスリーブ（１ａ）をガイドするガイド管（１６）とが設けられている形式のものにおいて、
   ガイドスリーブ（１ａ）内に、少なくとも１つの空気補償スリット（５）が設けられていて、該空気補償スリットが、打撃ピストンがガイドスリーブ（１ａ）内に完全に進入した場合に、ガイドスリーブ（１ａ）と打撃ピストン（１７）との接触面の軸方向長さよりも大きな長さを有しており、
   ガイド管（１６）が、空気補償スリット（５）を半径方向外側で覆っており、 中空室（１９）が、空気補償スリット（５）を介して駆動ピストン（１）の前方の端面（１ｂ）に接続可能であることを特徴とする、空気力式のインパクト機構。
2. ガイドスリーブ（１ａ）が、ガイドスリーブの直径の５％よりも小さい壁厚さを有している、請求項１記載の空気力式のインパクト機構。
3. ガイドスリーブ（１ａ）内に、少なくとも１つの無負荷開口（６）が設けられている、請求項１又は２記載の空気力式のインパクト機構。
4. 無負荷開口（６）が、ガイドスリーブ（１ａ）の軸方向で並列して位置する２つの列（７，８）で配置されており、異なる列のそれぞれ少なくとも２つの無負荷開口（６）が互いに隣接しており、当該無負荷開口（６）の中心点がガイドスリーブ（１ａ）の軸方向で、当該無負荷開口の平均直径よりも小さな間隔を有している、請求項３記載の空気力式のインパクト機構。
5. ガイド管（１６）内に、駆動ピストン移動時に無負荷開口（６）によって擦過される少なくとも１つの換気通路（２１）が設けられている、請求項３又は４記載の空気力式のインパクト機構。

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