WO2010040491A1 - Arbeitsgerät mit überholkupplung - Google Patents

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WO2010040491A1
WO2010040491A1 PCT/EP2009/007111 EP2009007111W WO2010040491A1 WO 2010040491 A1 WO2010040491 A1 WO 2010040491A1 EP 2009007111 W EP2009007111 W EP 2009007111W WO 2010040491 A1 WO2010040491 A1 WO 2010040491A1
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WO
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drive
movement
piston
tool according
freewheel
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PCT/EP2009/007111
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English (en)
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Helmut Braun
Rudolf Berger
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Wacker Neuson Se
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Priority to EP09736135A priority patent/EP2331298B1/de
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/06—Means for driving the impulse member
    • B25D11/12—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism
    • B25D11/125—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism with a fluid cushion between the crank drive and the striking body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D16/00—Portable percussive machines with superimposed rotation, the rotational movement of the output shaft of a motor being modified to generate axial impacts on the tool bit
    • B25D16/003—Clutches specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/175—Phase shift of tool components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/195—Regulation means

Definitions

  • the invention relates according to claim 1, a working device that can be used for example in a hammering, drilling or Aufbruchhammer or a rammer for soil compaction use.
  • a drive piston is used as the drive element, which is driven by a suitable drive, e.g. a coupled with an electric motor crank mechanism can be placed in an oscillating axial movement.
  • a suitable drive e.g. a coupled with an electric motor crank mechanism can be placed in an oscillating axial movement.
  • This oscillating axial movement can be transmitted to a tool such as a chisel.
  • a moving element such as a percussion piston can be arranged between the crank mechanism and the tool holder and coupled by a spring device with the drive piston.
  • a spring device for example, it is known to use one-sided or double-sided air spring strikes.
  • air spring impact devices differ by the design and arrangement of a drive piston and a percussion piston. Accordingly, four variants of air strike devices are known:
  • One-sided striking mechanisms with diametrically identical drive and percussion pistons guided in a percussion mechanism housing; one-sided striking mechanisms with hollow, unilaterally open drive piston and percussion piston guided therein;
  • the drive piston and the percussion piston can also be sealed off from one another by means of gap seals or other seals in these arrangements and depending on the variant, so that air springs can form at high relative speeds between the drive piston and the percussion piston due to the trapped air volume ,
  • the drive piston that is to say the drive element
  • the drive piston can be displaced into an oscillating, for example approximately sinusoidal, following axial movement, wherein the extreme position of the drive piston facing the crank drive can be referred to as top dead center, and wherein the extreme position, which is turned off from the crank mechanism, can be referred to as bottom dead center.
  • an air spring is formed at least between an end face of the percussion piston and the drive piston due to the enclosed air volume.
  • an impact device can be provided with a tool arranged thereon, which can be formed by an end of the tool or an anvil. By pushing the percussion piston acts on the impact device, while it transmits an impulse to the tool and then bounces back.
  • the recoil depends on the energy of the impact, the geometry of the impact partners, the material of the impactors and the degree of hardness of the machined workpiece. The recoil is particularly great when the tool clamps in the workpiece. The recoil causes the percussion piston to move in the direction of the drive piston and away from the impactor.
  • the drive piston (drive element) is again moved in the opposite direction by the crank mechanism, thereby braking the impact piston still in the return motion by the action of the air spring, which is now in compression between the pistons (FIG. Movement element) and then accelerates it again in the direction of the impactor, whereby the next blow is prepared.
  • the recoil of the tool on the percussion piston can adversely affect the relative movement between the drive piston and the percussion piston.
  • the percussion piston with high kinetic Energy to be repulsed.
  • the air spring is stretched at a time when the drive piston is indeed already moved in the direction of the percussion piston, to which he is still near the top dead center, so that he is a low speed. Also in this case, the air spring is less biased than when the impact piston and the drive piston with high relative speed in an opposite movement to each other strive. In addition, the drive piston then has too low a speed at the time of maximum air spring compression. Consequently, the subsequent impact is correspondingly weak.
  • the invention has for its object to provide a working device in which too early braking of the moving element can be prevented. Furthermore, it is an object of the invention to specify a working device in which the movement behavior of the drive element and the movement element is improved. The object is achieved by a working device according to claim 1. Further developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • An implement has a drive, a drivable by the drive, axially movable arranged drive element, an axially movable, with the drive element via a coupling device, e.g. a spring, coupled movement element and in the drive or in a torque flow between see drive and drive element arranged overrunning clutch on.
  • the overrunning clutch is in a locked state when the drive has a faster or equal speed movement than the drive element.
  • the overrunning clutch is in a freewheeling state when the drive has a slower movement than the drive element. In the locked state, the overrunning clutch closes a torque flow between the drive and the drive element. In the freewheeling state, the overrunning clutch interrupts the torque flow between the drive and the drive element.
  • the drive may include a motor such as an electric or an internal combustion engine.
  • a drive torque can be generated, which may include a thrust torque as a translational component and / or a torque as rotati- ven share.
  • This drive torque can be transmitted to the drive element via other components of the drive, such as flywheels, shafts and / or gears and connected to the drive overrunning clutch.
  • the drive element can be designed, for example, as a drive piston.
  • the overrunning clutch can assume two different operating states. It is in a locked state when the drive has an equally fast or faster movement than the drive element. This can for example be the case when the drive accelerates the drive element. In the locked state, the overrunning clutch closes the torque flow between the drive and the drive element, so that the For example, kinetic energy generated by the drive can be transmitted to the drive element in a force-locking or positive-locking manner.
  • the overrunning clutch is in a freewheeling state in which the momentum flow between the drive and the drive element is interrupted. Due to the interruption of the torque flow, the transmission of the drive torque and / or the driving force of the drive to the drive element is interrupted in the freewheeling state.
  • the drive can move the axially movably disposed drive member into motion.
  • This can be, for example, an oscillating, translatory movement of the drive element.
  • This movement of the drive element can now be transmitted, for example by a spring device or an air spring, to the movement element coupled to the drive element.
  • the movement element can also be arranged axially movable and is also offset by the transmission of the movement of the drive element in an oscillating, translational movement, which can be used for example as a beating or pitching motion in a tool.
  • the overrunning clutch may be arranged in the torque flow between the drive and the drive element.
  • the overrunning clutch is provided operatively directly in the drive. This means that the overrunning clutch can either be provided as an independent component in the drive.
  • the overrunning clutch can also be effectively implemented if the drive is controlled in such a way that it can not switch to regenerative operation. This is possible in particular in the case of an electric motor in which, by appropriate control of the motor, generator operation is avoided for the case in which the motor Torwelle from the outside (here: the moving element) is driven. In the case of an asynchronous motor and synchronous motor with converter, this is possible, for example, because the motor is not subjected to a frequency deviating from the rotor frequency. In this case, when the motor shaft of the motor is externally driven by the fast moving moving member, the rotor in the stator can rotate freely when a current smaller than the no-load current flows in the stator.
  • the coupling of drive element and movement element leads to an elastic transmission of the kinetic energy and thus to a dynamic relative movement between the drive and moving element, as will be explained below.
  • the arrangement of the spring device between the drive and the moving element can continue to dampen the recoil of the moving member on the drive after a shock such that the drive is not excessively loaded.
  • Energy transfer and damping can be influenced by the design of the spring device.
  • mechanical or hydraulic spring devices can be used.
  • Common is the use of air springs, which can form in cavities between drive and moving element by the relative movement of the elements to each other with a corresponding sealing of the cavities.
  • the overrunning clutch is set by a movement of the drive in the locked state.
  • This movement can be transmitted by the spring device to the moving element, which, delayed by its inertia, is likewise displaced into a movement directed in the same direction for the movement of the drive element.
  • the direction of movement of the drive element is reversed.
  • the moving member continues to move in the direction of the driving member due to its inertia.
  • the spring device pretensions until the movement direction of the movement element is reversed and the movement element is set in motion to the side remote from the drive element.
  • This movement is reinforced by the movement of the drive element towards the movement element and by a relaxation of the spring device, so that the movement element is moved away from the drive element with high kinetic energy.
  • the high kinetic energy can be used for one work step of the implement. If the implement is designed as a percussion, for example, a strike against a whipping device, such as a tool, are performed. If the implement is designed as a rammer, the kinetic energy can move a ramming plate, so that, for example, a soil compaction can be effected.
  • the energy of the impact is now partially delivered to the impactor o- the ramming plate and / or the substrate and partially returned to the moving element.
  • the moving element experiences a recoil, whose energy can vary depending on the degree of hardness of the substrate.
  • the movement element bounces back with high kinetic energy.
  • the drive element may still be in a movement on the moving element at this moment before it reaches the bottom dead center, or it may already have been offset by the drive in a movement away from bottom dead center.
  • the spring device can be biased, so that the high kinetic energy of the moving element can be transferred to the drive element.
  • the drive torque acting on the drive element can be stronger than the drive torque of the drive, so that the drive element transmits a faster movement to the over-hollow clutch than the drive.
  • the overrunning clutch is thereby in the freewheeling state, so that the torque flow between the drive and the drive element is interrupted.
  • the movement of the drive element and the movement element is thus decoupled from the drive, so that the movement element can cause a thrust on the drive element in the direction of top dead center.
  • the drive element By decoupling the drive element, the drive element can be accelerated freely, the acceleration is not braked by a coupling to the drive, so for example in an electromotive Tischen drive by the transition to the generator mode.
  • the speed of the moving element and thus also of the drive element decreases on the way to top dead center.
  • the overrunning clutch can assume the locked state and close the torque flow between the drive and the drive element.
  • the drive element and the movement element coupled thereto can again be moved by the drive.
  • the moving element continues to move by its inertia towards the drive element until the direction of movement of the moving element is reversed by the increase of the bias of the spring device.
  • the drive element may have already moved away from its top dead center at that time and have been accelerated by the drive in the direction of the movement element. Due to the kinetic energy of the drive element and the stored energy in the spring device, the moving element then with high energy are moved away from the drive element in the next working movement.
  • the moment of inertia of the drive can be decoupled from the drive and moving element in the manner described above.
  • the moving element can convert the energy of a strong recoil in an acceleration on the drive element. Movement element and drive element can thus use the energy of the backstroke to move in an accelerated movement in the direction of top dead center. Deceleration of the drive and moving elements by the drive, which draws kinetic energy from the elements, is reduced.
  • the freewheel makes it possible to use the energy of recoil for the subsequent work movement. Furthermore, by the freewheel, the work performance of the implement can be increased overall, since on the one hand the movement of the movement element after a high recoil stronger, and on the other hand by the acceleration of the drive and the moving member by the recoil, the number of working movements at a constant drive power increases. In addition, the drive is protected by the decoupling of the movement of the drive and the moving element after a strong recoil.
  • the overrunning clutch can be suitably arranged in the torque flow between the drive and drive element.
  • any arrangement in the effective path between the source of the drive torque and the drive element is possible, which allows a decoupling of the drive torque of the drive from the drive element.
  • the overrunning clutch can be arranged close to the drive element in order to decouple as many elements of the drive train, which exert an inertial effect on the drive element, from the drive element.
  • the thrust of the recoil can be used as comprehensively as possible for a movement of the drive and the movement element.
  • the drive is a rotary drive. Furthermore, in the torque flow between the rotary drive and the drive element, a rotational movement-changing device, such as a crank drive, is provided for converting a rotational movement of the rotary drive into an oscillating translational movement.
  • a rotational movement-changing device such as a crank drive
  • the drive element is movable by the Drehzis- conversion device.
  • the rotary drive may comprise an electric motor, such as a high-frequency three-phase motor, or also an internal combustion engine, which sets a shaft in rotation.
  • an electric motor such as a high-frequency three-phase motor
  • an internal combustion engine which sets a shaft in rotation.
  • this rotational movement can be transmitted to the overrunning clutch and further to the rotary motion converting device. This can convert the rotational movement of the rotary drive into the oscillating, axial translational movement of the drive element.
  • a translational movement of the drive element between the upper and lower dead point may result, which approximately corresponds to a sine function over time.
  • the drive element has its highest speed when it is halfway between the top and bottom dead center.
  • the temporal and Spatial displacement of the occurrence of the maximum compression of the spring device may in this case cause the maximum compression to occur at a point in time when the drive element is moved by the drive at a relatively high speed in the direction of the bottom dead center. This can lead to an effective acceleration of the moving element by the drive element.
  • the overrunning clutch is arranged in the torque flow between the rotary drive and the rotary motion changing device.
  • the rotational movement of the drive can be transmitted to the rotary motion converter, for example the crank drive.
  • the momentary flux can be interrupted so that the rotary motion conversion device can be decoupled from the rotational movement of the drive.
  • a spring means arranged as a coupling device is arranged between the drive element and the movement element. This allows an elastic coupling of the movements of the drive and the moving element and thus an elastic transmission of kinetic energy between drive and moving element.
  • the spring device may, for example, comprise springs which are arranged between the drive and the movement element on opposite end faces of the movement element.
  • the overrunning clutch is formed by a freewheel.
  • the freewheel changes according to the relative direction of rotation on its drive side or its output side between the blocking and the freewheeling state.
  • the drive side refers to the side of the freewheel facing the drive, from which the drive torque of the drive is transmitted to the freewheel.
  • the output side refers to the side connected to the drive element, via which the drive torque of the drive is transmitted to the drive element.
  • the freewheel couples the and output side positive or positive. When freewheeling, the freewheel decouples the input and output side.
  • the freewheel is formed by a sprag freewheel, a clamping roller freewheel, a pawl freewheel and / or a toothed freewheel.
  • a sprag freewheel clamp body which have a non-circular, so not circular or spherical shape, arranged between circular cylindrical races.
  • the races can be arranged circular cylindrical around the axes of rotation to be coupled.
  • input and output side can be coupled by a positive coupling of the races through the clamp body.
  • an inner star can be provided in the inner race, which has individually sprung rollers in wedge-shaped indentations.
  • the rollers can move freely and thus decouple the inner and outer race, or they are pressed into the wedge-shaped pockets, whereby a coupling of the races formed by a clamping of the pinch rollers.
  • a pawl freewheel as used for example in ratchets and ratchets
  • a positive connection between the input and the output side is made in the locked state.
  • teeth are used to transmit torque. The toothed freewheel automatically shifts when a coupling sleeve shifts due to a speed difference between the drive and output side.
  • a fluid coupling may take over the function of the overrunning clutch. If e.g. integrated into the pump circuit a check valve, creates a high resistance for the blocking effect and a low resistance for the freewheel.
  • the implement may - as already stated above - be designed such that the overrunning clutch is provided directly in the drive.
  • the drive is then, for example, to realize that he in an operating condition in which a drive shaft of the drive is driven by a torque from the outside, is not operated as a generator, so can not deliver power.
  • the excitation field can be switched off when the drive shaft is to be turned faster by external action, as the engine dictates. In this way, it is not necessary to provide the overrunning clutch by an independent component. Rather, by skillful control of the engine, the overrunning clutch is realized directly by the interaction between the rotor and stator.
  • the moving element is a percussion piston.
  • the implement may in this embodiment include a striking mechanism, which may, for example, drive a hammer, drill and / or breaker.
  • the spring device may be formed by at least one or more air springs.
  • the air springs can form, for example, in the air volumes trapped by the drive element and the percussion piston during a relative movement of the drive element and the impact piston. You can transmit relative movements between the drive element and the percussion piston by a pressure or suction.
  • an impact device which can be acted upon by the impact piston.
  • the impact device can be arranged so that it is regularly acted upon by the percussion piston in its oscillating translational movement. It may be formed for example by an anvil or the insertion end of a tool. It is possible that the tool holder holds a tool such that the percussion piston acts on the tool directly.
  • An implement according to the invention can vary in its be used. In one embodiment, it has a tool which is arranged on the impact device.
  • the tool may for example be a chisel in a breaker, which is actuated by the regular action by the percussion piston, so the moving element.
  • a hammer or hammer drill can be arranged on the impact device and operated by the percussion piston.
  • the implement is designed as a vibratory rammer, wherein the moving element is formed by a ramming piston.
  • a ramming plate At the ram can be arranged a ramming plate, which can be offset by the movement of the ram in pounding movements. These movements can be used, for example, for soil compaction.
  • the spring device is formed by a helical spring, which couples the movements of drive element and ramming piston and mutually ü-transmits. Due to the helical spring, the high kinetic energy, which can be transmitted between the drive element and the ramming piston by the movement of the ramming piston and the ramming plate, which can have a high mass, are suitably transmitted.
  • Other types of springs such as gas springs or elastomer springs, may alternatively or additionally be used.
  • the ramming piston has a cavity in which the helical spring, gas pressure spring and / or elastomer spring is arranged and coupled to the drive element. In this way, a suitable coupling of the movements of the drive element and the ramming piston can be achieved, an axial guidance of the movements supported and at the same time space can be saved.
  • Figure 1 is a striking mechanism with freewheel and simple air spring.
  • Fig. 2 is a striking mechanism with freewheel and double air spring
  • 3A schematically shows a sprag freewheel
  • 3B shows a segment of the sprag freewheel in freewheeling state
  • Fig. 3C is a segment of the sprag freewheel in the locked state.
  • Figure 4 is a rammer with freewheel and double-acting coil spring.
  • Fig. 1 The percussion shown schematically in Fig. 1 is operated by a motor 1, whose torque is transmitted via a gear 2 to a freewheel 3.
  • the freewheel 3 transmits the torque transmitted to it via its drive side to a rotational movement changing device arranged on its driven side, which is formed in FIG. 1 by a crank drive 4 and a connecting rod 5.
  • the crank mechanism 4 and the connecting rod 5 convert the torque transmitted via the freewheel 3 into an oscillating translational movement of a drive piston 6 connected to the connecting rod 5.
  • the drive piston 6 is arranged movably in a hollow guide cylinder 7.
  • a cylindrically shaped percussion piston 8 is further arranged on the side facing away from the connecting rod 5 side of the drive piston 6 movable.
  • the percussion piston 8 is arranged so that it can apply a tool 10 held by a tool holder 9 to the side of the guide cylinder 7 facing away from the crank drive 4.
  • Both the drive piston 6 and the percussion piston 8 are movable axially along the central axis of the guide cylinder 7 and sealed against the guide cylinder 7 by means of gap seals.
  • the gap seals make it possible, at high relative speeds, between the drive piston 6 and percussion piston 8 by compression or decompression of the air volume trapped between the drive piston 6 and the percussion piston 8 to form an air spring 11, which enables an elastic impulse transmission between the drive piston 6 and the percussion piston 8.
  • the freewheel 3 When transmitting a torque from the engine 1 via the transmission 2 to the drive side of the freewheel 3, the freewheel 3 assumes a locked state, if the crank mechanism 4 has a lower speed on the output side of the freewheel 3 at this time. In the locked state, the freewheel 3 transmits the torque to the crank mechanism 4, which is thereby set in rotation.
  • the rotational movement is converted via the connecting rod 5 in the oscillating translational movement of the drive piston 6 along a central axis of the guide cylinder 7. In the position of the components of the percussion mechanism shown in FIG. 1, this can for example lead to a movement of the drive piston 6 in the direction of the percussion piston 8.
  • the trapped in the guide cylinder 7 between the drive piston 6 and the percussion piston 8 air spring 1 1 is compressed and the motion impulse of the drive piston 6 elastically transmitted to the percussion piston 8. Delayed by its inertia, the percussion piston 8 is likewise displaced into a movement corresponding to the direction of movement of the drive piston 6 and moved towards the tool 10. He hits the tool 10 at a stroke, which forwards the pulse transmitted in this case to a substrate, not shown, or an unillustrated workpiece.
  • the drive piston 6 may at this time, depending on the speed of the motor 1 is still in a movement in the direction of the percussion piston 8, or he can after reaching a bottom dead center by the crank mechanism 4 and the connecting rod 5 are already moved in a movement in the opposite direction.
  • the drive piston 6 can be decoupled from the drive torque of the engine 1 by the action of the freewheel 3 and accelerated unhindered by the action of the recoil, it is in an advanced position at the beginning of the next beat cycle.
  • the maximum air spring compression can therefore take place at a time when the drive piston 6 is already displaced and accelerated in a movement in the direction of the percussion piston 8.
  • the drive piston 6 therefore has at the time of maximum air compression high speed in the direction of the percussion piston 8, so that the percussion piston 8 can be effectively accelerated and the subsequent impact of the percussion piston 8 on the tool 10 correspondingly strong.
  • the energy of the recoil can be used for the subsequent blow.
  • the percussion performance of the impact mechanism is increased, because by using the freewheel 3, the stroke rate of the hammer mechanism with constant Dreliiere the engine 1 increases.
  • Fig. 2 shows a striking mechanism with freewheel and double air spring.
  • the functions of the engine 1, the transmission 2, the freewheel 3, the crank mechanism 4 and the connecting rod 5 correspond to the functions already described above.
  • the drive piston 6a is cylindrical and has a cavity in which a percussion piston 8a is inserted axially movable along the central axis of the drive piston 6a.
  • a percussion piston 8a is inserted axially movable along the central axis of the drive piston 6a.
  • the Percussion piston 8a protrudes on the side facing away from the connecting rod 5 side of the drive piston 6a out of this, so that it can act on the fixed by the tool holder 9 tool 10 in a striking motion.
  • the drive piston 6a and the percussion piston 8a are sealed relative to each other by means of gap seals such that upon a relative movement of the two pistons to one another, the air volumes enclosed within the drive piston 6a on both sides of the percussion piston 8a are compressed or decompressed.
  • a first air spring IIa forms on the side of the percussion piston 8a facing away from the tool 10 and a second air spring 1b on the side of the percussion piston 8a facing the tool 10.
  • the two air springs I Ia and Hb allow effective transmission of kinetic energy between the drive piston 6a and the percussion piston 8a.
  • the free-wheeling mechanism 3 can also control the moment flux between the engine 1 and the engine Disconnect drive piston 6a, so that the percussion piston 8a can accelerate the drive piston 6a unhindered.
  • the movement of the drive piston 6a can be decoupled from the engine 1 when the impact piston 8a moves with high kinetic energy in the direction of the tool 10, thereby accelerating the drive piston by compressing the second air spring 11b.
  • the percussion piston 8a is braked shortly before the impact by the coupling to the torque flow of the drive.
  • FIG. 3A shows schematically a sprag freewheel with an inner drive ring 12 and a concentrically arranged, outer output ring 13, wherein between the drive ring 12 and the output ring 13 non-circular clamp body 14a, 14b, 14c, ... are arranged.
  • the diameter along the section is different.
  • the free-wheeling state and the locked state are shown in FIGS. 3B and 3C and will be described below.
  • FIG. 3B shows the sprag freewheel from FIG. 3A in the freewheeling state, in which the drive ring 12 has a lower rotational speed than the driven ring 13 and thus a negative relative movement to the driven ring 13.
  • the clamping body 14a, 14b and 14c are oriented so that a smaller diameter between the drive ring 12 and the output ring 13 comes to rest, so that the movement of the output ring 13 is decoupled from that of the drive ring 12.
  • Fig. 3C shows the sprag freewheel of Fig. 3A in the locked state.
  • the drive ring 12 has a higher speed than the output ring 13, whereby the clamping body 14 a, 14 b and 14 c are aligned so that a larger diameter between the drive ring 12 and the output ring 13 comes to rest. This results in a positive connection, via which the torque of the drive ring 12 can be transmitted to the output ring 13.
  • Fig. 4 shows a rammer with freewheel and double-acting coil spring.
  • the functions of the engine 1, the transmission 2, the freewheel 3, the crank mechanism 4 and the connecting rod 5 correspond to the functions already described above and will not be achieved. described again.
  • a ramming piston 15 is provided, which has at its lower end a ramming plate or a padfoot.
  • the rammer can be used, for example, for soil compaction.
  • the rammer on a drive element 6b which is elongated and coupled to the connecting rod 5. It is partially inserted into a cavity of the ramming piston 15 in such a way that the drive element 6b and the ram 15 are movable relative to one another axially along a common center axis.
  • the drive element 6b has a collar 16 serving as a holding device, with which it is coupled between two helical springs 17a and 17b, which are provided in the cavity of the ramming piston 15.
  • the helical springs 17a, 17b are aligned along the common central axis of the ramming piston 15 and of the drive element 6b and can touch end faces of the cavity of the ramming piston 15. It is thereby achieved that the coil springs 17a, 17b can elastically transmit an axial relative movement of drive element 6b and ram 15.
  • the coil springs 17a, 17b thus enable an effective transmission of the kinetic energy between the drive element 6b and the ram 15.
  • the coil springs 17a, 17b can also be replaced by only one coil spring, which can be coupled to the drive element in a central region with respect to its longitudinal axis.
  • the freewheel 3 can also control the torque flow between the engine 1 in the ram shown in FIG. 4 after acceleration of the ramming piston 15 by a recoil transmitted to the ram 15 via the ramming plate and the interrupt drive element 6b, so that the ramming piston 15 can accelerate the drive element 6b unhindered.
  • the movement of the drive element 6 b can be decoupled from the motor 1 when the ram 15 moves with high kinetic energy in the direction of the ramming plate, thereby accelerating the drive element 6 b by compression of the first coil spring 17 a.
  • the ram 15 is braked shortly before the impact of the ramming plate by the coupling to the torque flow of the drive.

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Abstract

Ein Arbeitsgerät weist einen Antrieb (1), ein vom Antrieb (1) antreibbares, axial beweglich angeordnetes Antriebselement (6, 6a, 6b) und ein axial beweglich angeordnetes, mit dem Antriebselement (6, 6a, 6b) gekoppeltes Bewegungselement (8, 8a, 15) sowie eine in dem Antrieb oder in einem Momentenfluss zwischen dem Antrieb (1) und dem Antriebskolben (6, 6a, 6b) angeordnete Überholkupplung (3) auf. Wenn der Antrieb (1) eine langsamere Bewegung als das Antriebselement (6, 6a, 6b) aufweist, befindet sich die Überholkupplung (3) in einem Freilaufzustand, in dem sie den Momentenfluss zwischen dem Antrieb (1) und dem Antriebselement (6, 6a, 6b) unterbricht und so die Bewegung des Antriebselements (6, 6a, 6b) vom Antriebsmoment des Antriebs (1) entkoppelt. Dadurch kann sich das Antriebselement (6, 6a, 6b) z. B. bei seiner Rückbewegung scheller bewegen, als es der vom Antrieb (1) aufgezwungenen Bewegung entsprechen würde.

Description

Arbeitsgerät mit Überholkupplung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein Arbeitsgerät, das beispielsweise in einem Schlag-, Bohr- oder Aufbruchhammer oder einem Stampfer zur Bodenverdichtung Verwendung finden kann.
Arbeitsgeräte, bei denen ein Antriebsmoment eines Antriebs von einem Antriebselement auf ein mit dem Antriebselement gekoppeltes Bewegungselement übertragen wird, sind allgemein bekannt. Beispielsweise können Schlagwerke, die in Schlag-, Bohr- und/oder Aufbruchhämmern verwendet werden, nach diesem Prinzip betrieben werden.
Bei einem derartigen Schlagwerk wird als Antriebselement ein Antriebskolben verwendet, welcher durch einen geeigneten Antrieb, z.B. einen mit einem Elektromotor gekoppelten Kurbeltrieb , in eine oszillierende Axialbewegung versetzt werden kann. Diese oszillierende Axialbewegung kann auf ein Werkzeug wie zum Beispiel einen Meißel übertragen werden. Um den Antrieb nicht übermäßig starken und damit verschleißenden Belastungen auszusetzen und um eine verbesserte Schlagwirkung am Werkzeug zu erreichen, kann zwischen dem Kurbeltrieb und der Werkzeugaufnahme ein Bewegungselement wie beispielsweise ein Schlagkolben angeordnet und durch eine Federeinrichtung mit dem Antriebskolben gekoppelt werden. Bekannt ist beispielsweise die Verwendung von einseitigen oder doppelseitigen Luftfeder-Schlagwerken.
Grundsätzlich unterscheiden sich Luftfederschlagwerke durch die Gestaltung und Anordnung eines Antriebskolbens und eines Schlagkolbens. Dementsprechend sind vier Varianten von Luftfe- derschlagwerken bekannt:
Einseitige Schlagwerke mit durchmessergleichen, in einem Schlagwerksgehäuse geführten Antriebs- und Schlagkolben; einseitige Schlagwerke mit hohlem, einseitig offenem Antriebskolben und darin geführtem Schlagkolben;
- einseitige Schlagwerke mit hohlem, einseitig offenem Schlagkolben und darin geführtem Antriebskolben; und
zweiseitige Schlagwerke mit hohlem, den Schlagkolben umschließenden Antriebskolben.
Der Antriebskolben und der Schlagkolben können mittels Spaltdichtungen oder auch anderen Dichtungen in diesen Anordnungen gegeneinander und je nach Variante auch gegen das Schlagwerks - gehäuse abgedichtet sein, so dass sich bei hohen Relativge- schwindigkeiten zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben durch das eingeschlossene Luftvolumen Luftfedern ausbilden können.
Die Funktionsweise eines herkömmlichen Schlagwerks wird im Folgenden an einem Schlagzyklus beschrieben.
Durch den Kurbeltrieb kann der Antriebskolben, also das Antriebselement, in eine oszillierende, beispielsweise annähernd einer Sinusfunktion folgende Axialbewegung versetzt werden, wobei die extreme Position des Antriebskolbens, welche dem Kurbeltrieb zugewandt ist, als oberer Totpunkt bezeichnet werden kann, und wobei die extreme Position, welche vom Kurbeltrieb ab gewandt ist, als unterer Totpunkt bezeichnet werden kann.
Wird der Antriebskolben dabei aus Richtung des oberen Totpunkts in Richtung des unteren Totpunkts und des Schlagkolbens, also des Bewegungselements, bewegt, bildet sich mindestens zwischen einer Stirnfläche des Schlagkolbens und dem Antriebskolben durch das eingeschlossene Luftvolumen eine Luftfeder aus. So er- zeugt die Bewegung des Antriebskolbens in Richtung des unteren Totpunkts aufgrund der Trägheit des Schlagkolbens einen Überdruck des eingeschlossenen Luftvolumens, durch den der Schlagkolben einen Schub in Richtung der Bewegung des Antriebskol- bens erfährt. Hier kann eine Aufschlagvorrichtung mit daran angeordnetem Werkzeug vorgesehen sein, die durch ein Ende des Werkzeugs oder einen Döpper gebildet sein kann. Durch den Schub beaufschlagt der Schlagkolben die Aufschlagvorrichtung, überträgt dabei einen Impuls auf das Werkzeug und prallt anschließend zurück. Der Rückstoß ist abhängig von der Energie des Aufschlags, der Geometrie der Schlagpartner, dem Material der Stoßkörper und vom Härtegrad des bearbeiteten Werkstücks. Besonders groß ist der Rückstoß dann, wenn sich das Werkzeug im Werkstück festklemmt. Durch den Rückstoß wird der Schlagkolben in eine Bewegung in Richtung des Antriebskolbens und weg von der Aufschlagvorrichtung versetzt.
Die Bewegungsrichtung des mit dem Kurbeltrieb verbundenen An- triebskolbens kehrt sich um, sobald der Antriebskolben den unteren Totpunkt erreicht. Wenn die Bewegung des sich nun in Richtung des Kurbeltriebs bewegenden Antriebskolbens schneller ist als die des Schlagkolbens, entsteht durch die Relativbewegung der beiden Kolben ein Unterdruck im eingeschlossenen Luftvolumen und damit eine Luftfeder, die eine Saugwirkung auf den Schlagkolben ausübt und dessen Rückbewegung verstärkt.
Nach Erreichen des oberen Totpunkts wird der Antriebskolben (Antriebselement) durch den Kurbeltrieb wieder in entgegen ge- setzter Richtung bewegt, bremst dabei durch die Wirkung der Luftfeder, die sich nun zwischen den Kolben in Kompression befindet, den sich noch in der Rückbewegung befindenden Schlagkolben (Bewegungselement) ab und beschleunigt diesen dann erneut in Richtung der Aufschlagvorrichtung, wodurch der nächste Schlag vorbereitet wird.
Bei einem Schlagwerk der oben beschriebenen, bekannten Bauart kann der Rückstoß des Werkzeugs auf den Schlagkolben die Relativbewegung zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben nachteilig beeinflussen. So kann bei einem starken Rückstoß, der beispielsweise durch einen harten Untergrund, ein hartes Werkstück, ein eingeklemmtes Werkzeug oder durch einen starken vorherigen Schlag entsteht, der Schlagkolben mit hoher kinetischer Energie zurückgeschlagen werden.
In einem Luftfederschlagwerk kann dies bewirken, dass in der Luftfeder zwischen Schlagkolben (Bewegungselement) und An- triebskolben (Antriebselement) bereits Druck aufgebaut wird, obwohl der Antriebskolben noch auf dem Weg in Richtung des oberen Totpunkts ist. Der Schlagkolben wird durch diesen Druck abgebremst und verliert kinetische Energie, im Extremfall kann er sogar seine Bewegungsrichtung ändern. Wenn der Antriebskolben dann auf den Schlagkolben zu bewegt wird, hat sich die Bewegung des Schlagkolbens bereits verlangsamt und die Luftfeder wird nicht mehr ausreichend gespannt, so dass der Antriebskolben nur einen geringen Schub auf den Schlagkolben übertragen kann. E- benso ist es möglich, dass durch den Rückstoß die Luftfeder zu einem Zeitpunkt gespannt wird, zu dem der Antriebskolben zwar bereits in Richtung des Schlagkolbens bewegt wird, zu dem er sich aber noch in der Nähe des oberen Totpunkts befindet, so dass er eine geringe Geschwindigkeit aufweist. Auch in diesem Fall wird die Luftfeder weniger stark vorgespannt als wenn der Schlagkol- ben und der Antriebskolben mit hoher Relativgeschwindigkeit in einer gegenläufigen Bewegung aufeinander zu streben. Außerdem hat der Antriebskolben dann zum Zeitpunkt der maximalen Luftfederkompression eine zu geringe Geschwindigkeit. Folglich fällt der darauffolgende Schlag entsprechend schwach aus.
Ähnliche Effekte können auch bei weiteren Arbeitsgeräten, bei denen das Antriebsmoment von einem jeweiligen Antriebselement auf ein damit gekoppeltes jeweiliges Bewegungselement übertragen wird, auftreten und damit eine Arbeitsleistung oder physische Wirkung des Arbeitgeräts schwächen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsgerät anzugeben, bei dem ein zu frühes Abbremsen des Bewegungselements verhindert werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Er- findung, ein Arbeitsgerät anzugeben, bei dem das Bewegungsverhalten von Antriebselement und Bewegungselement verbessert wird. Die Aufgabe wird durch ein Arbeitsgerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Ein Arbeitsgerät weist einen Antrieb, einen von dem Antrieb antreibbares, axial beweglich angeordnetes Antriebselement, ein axial beweglich angeordnetes, mit dem Antriebselement über eine Koppeleinrichtung, z.B. eine Feder, gekoppeltes Bewegungselement und eine in dem Antrieb oder in einem Momentenfluss zwi- sehen Antrieb und Antriebselement angeordnete Überholkupplung auf. Die Überholkupplung befindet sich in einem Sperrzustand, wenn der Antrieb eine schnellere oder gleich schnelle Bewegung aufweist als das Antriebselement. Die Überholkupplung befindet sich in einem Freilaufzustand, wenn der Antrieb eine langsamere Bewegung aufweist als das Antriebselement. Im Sperrzustand schließt die Überholkupplung einen Momentenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement. Im Freilaufzustand unterbricht die Überholkupplung den Momentenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement.
Der Antrieb kann einen Motor wie beispielsweise einen Elektro- oder einen Verbrennungsmotor aufweisen. Durch den Antrieb kann ein Antriebsmoment erzeugt werden, das ein Schubmoment als translatorischen Anteil und /oder ein Drehmoment als rotati- ven Anteil enthalten kann. Dieses Antriebsmoment kann über weitere Komponenten des Antriebs, wie beispielsweise Schwungräder, Wellen und /oder Getriebe sowie die mit dem Antrieb verbundene Überholkupplung auf das Antriebselement übertragen werden. Das Antriebselement kann beispielsweise als Antriebskolben ges- taltet sein.
Die Überholkupplung kann zwei unterschiedliche Betriebszustän- de einnehmen. Sie befindet sich in einem Sperrzustand, wenn der Antrieb eine gleich schnelle oder eine schnellere Bewegung auf- weist als das Antriebselement. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der Antrieb das Antriebselement bescheunigt. Im Sperrzustand schließt die Überholkupplung den Momentenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement, so dass die durch den Antrieb erzeugte Bewegungsenergie beispielsweise kraft- oder formschlüssig auf das Antriebselement übertragen werden kann.
Wenn die Bewegung des Antriebs langsamer ist als die des Antriebselements, wenn also insbesondere das Antriebselement nicht durch den Antrieb beschleunigt wird, befindet sich die Überholkupplung in einem Freilaufzustand, in welchem der Momen- tenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement unter- brochen ist. Durch die Unterbrechung des Momentenflusses ist im Freilaufzustand die Übertragung des Antriebsmoments und /oder der Antriebskraft des Antriebs auf das Antriebselement unterbrochen.
Wenn sich die Überholkupplung im Sperrzustand befindet, kann der Antrieb das axial beweglich angeordnete das Antriebselement in eine Bewegung versetzen. Dies kann beispielsweise eine oszillierende, translatorische Bewegung des Antriebselements sein. Diese Bewegung des Antriebselements kann nun, beispielsweise durch eine Federeinrichtung oder eine Luftfeder, auf das mit dem Antriebselement gekoppelte Bewegungselement übertragen werden. Das Bewegungselement kann dabei ebenfalls axial beweglich angeordnet sein und wird durch die Übertragung der Bewegung des Antriebselements ebenfalls in eine oszillierende, translatorische Bewegung versetzt, die beispielsweise als Schlag- oder Stampfbewegung in einem Werkzeug genutzt werden kann.
Die Überholkupplung kann in dem Momentenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement angeordnet sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Überholkupplung wirkungsmäßig direkt in dem Antrieb vorgesehen ist. Das bedeutet, dass die Ü- berholkupplung entweder als eigenständiges Bauelement im Antrieb vorgesehen sein kann. Ebenso kann aber auch die Überholkupplung wirkungsmäßig realisiert werden, wenn der Antrieb der- art angesteuert wird, dass er nicht in den generatorischen Betrieb übergehen kann. Dies ist insbesondere bei einem Elektromotor möglich, bei dem durch entsprechende Ansteuerung des Motors ein Generatorbetrieb für den Fall vermieden wird, in dem die Mo- torwelle von außen (hier: vom Bewegungselement) angetrieben wird. Bei einem Asynchronmotor und Synchronmotor mit Umrichter ist dies z.B. dadurch möglich, dass der Motor nicht mit einer von der Läuferfrequenz abweichenden Frequenz beaufschlagt wird. Wenn in diesem Fall die Motorwelle des Motors von außen durch das sich schnell bewegende Bewegungselement angetrieben wird, kann der Rotor im Stator frei drehen, wenn im Stator ein Strom kleiner als der Leerlaufstrom fließt bzw. fließen kann.
Die Kopplung von Antriebselement und Bewegungselement beispielsweise durch eine Federeinrichtung führt zu einer elastischen Übertragung der Bewegungsenergie und damit zu einer dynamischen Relativbewegung zwischen Antriebs- und Bewegungselement, wie im Weiteren noch erläutert werden wird. Die Anordnung der Federeinrichtung zwischen dem Antriebs- und dem Bewegungselement kann weiterhin nach einem Schlag den Rückstoß des Bewegungselements auf den Antrieb derart dämpfen, dass der Antrieb nicht übermäßig belastet wird.
Energieübertragung und Dämpfung können durch die Gestaltung der Federeinrichtung beeinflusst werden. Verwendet werden können beispielsweise mechanische oder hydraulische Federeinrichtungen. Gebräuchlich ist die Nutzung von Luftfedern, die sich in Hohlräumen zwischen Antriebs- und Bewegungselement durch die Relativbewegung der Elemente zueinander bei einer entsprechenden Abdichtung der Hohlräume ausbilden können.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise eines Arbeitsgeräts entsprechend der Erfindung anhand der dynamischen Bewegung seiner Komponenten erläutert. Hierfür sei angenommen, dass die Überholkupplung durch eine Bewegung des Antriebs in den Sperrzustand versetzt wird. Dadurch kann das Antriebselement in eine translatorische Bewegung, beispielsweise weg vom Bewegungselement, versetzt werden. Diese Bewegung kann durch die Federein- richtung auf das Bewegungselement übertragen werden, welches , verzögert durch seine Trägheit, ebenfalls in eine zur Bewegung des Antriebselements gleich gerichtete Bewegung versetzt wird. Im oberen Totpunkt der Bewegung des Antriebselements kehrt sich die Bewegungsrichtung des Antriebselements um. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich das Bewegungselement durch seine Trägheit weiterhin in Richtung des Antriebselements. Durch die entge- gengesetzte Relativbewegung der beiden Elemente spannt sich die Federeinrichtung vor, bis sich auch die Bewegungsrichtung des Bewegungselements umkehrt und das Bewegungselement in eine Bewegung zu der vom Antriebselement abgewandten Seite versetzt wird. Diese Bewegung wird durch die Bewegung des Antriebsele- ments auf das Bewegungselement zu und durch eine Entspannung der Federeinrichtung verstärkt, so dass das Bewegungselement mit hoher kinetischer Energie vom Antriebselement wegbewegt wird. Die hohe kinetische Energie kann für einen Arbeits - schritt des Arbeitsgeräts genutzt werden. Falls das Arbeitsgerät als Schlagwerk gestaltet ist, kann beispielsweise ein Schlag gegen eine Aufschlagvorrichtung, beispielsweise ein Werkzeug, ausgeführt werden. Falls das Arbeitsgerät als Stampfer gestaltet ist, kann die kinetische Energie eine Stampfplatte bewegen, so dass beispielsweise eine Bodenverdichtung bewirkt werden kann.
Je nach den Schlagverhältnissen, also z.B. dem Härtegrad der Aufschlagvorrichtung und /oder des unter der Aufschlagvorrichtung oder der Stampfplatte befindlichen Untergrundes, wird die Energie des Schlags nun teilweise an die Aufschlagvorrichtung o- der die Stampfplatte und /oder den Untergrund abgegeben und teilweise an das Bewegungselement zurückgegeben. Hierdurch erfährt das Bewegungselement einen Rückstoß, dessen Energie je nach Härtegrad des Untergrundes unterschiedlich ausfallen kann.
Bei einem starken Rückstoß prallt das Bewegungselement mit hoher kinetischer Energie zurück. Das Antriebselement kann sich in diesem Moment noch in einer Bewegung auf das Bewegungselement zu befinden, bevor es den unteren Totpunkt erreicht, oder es kann bereits durch den Antrieb in eine Bewegung vom unteren Totpunkt weg versetzt worden sein. Durch die Beschleunigung des Bewegungselements kann die Federeinrichtung vorgespannt werden, so dass die hohe kinetische Energie des Bewegungselements auf das Antriebselement übertragen werden kann. Das hierdurch auf das Antriebselement wirkende Antriebsmoment kann in diesem Fall stärker sein als das Antriebsmoment des Antriebs, so dass das Antriebselement eine schnellere Bewegung auf die Überhohlkupplung überträgt als der Antrieb. Die Überholkupplung geht dadurch in den Freilaufzustand über, so dass der Momentenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement unterbrochen wird. Die Bewegung des Antriebselements und des Bewegungselements ist damit vom Antrieb entkoppelt, so dass das Bewegungselement einen Schub auf das Antriebselement in Richtung des oberen Totpunkts bewirken kann. Durch die Entkopplung des Antriebselements kann das Antriebselement frei beschleunigt werden, die Beschleunigung wird nicht durch eine Kopplung zum Antrieb gebremst, also z.B. bei einem elektromoto- Tischen Antrieb durch den Übergang in den generatorischen Betrieb.
Durch die hierbei aufzuwendende Energie nimmt die Geschwindigkeit des Bewegungselements und damit auch des Antriebsele- ments auf dem Weg zum oberen Totpunkt ab . Sobald die Geschwindigkeit des Antriebselements gleich zu der Geschwindigkeit des Antriebs ist oder geringer ist als diese, kann die Überholkupplung den Sperrzustand einnehmen und den Momentenfluss zwischen dem Antrieb und dem Antriebselement schließen. Das An- triebselement und das damit gekoppelte Bewegungselement kann wieder durch den Antrieb bewegt werden.
Sobald das Antriebselement den oberen Totpunkt erreicht, wird seine Bewegungsrichtung durch den Antrieb umgekehrt. Dabei bewegt sich zunächst das Bewegungselement weiterhin durch seine Trägheit auf das Antriebselement zu, bis durch die Zunahme der Vorspannung der Federeinrichtung auch die Bewegungsrichtung des Bewegungselements umgekehrt wird. Das Antriebselement kann sich zu diesem Zeitpunkt bereits von seinem oberen Totpunkt entfernt haben und durch den Antrieb in Richtung des Bewegungselements beschleunigt worden sein. Durch die Bewegungsenergie des Antriebselements und die in der Federeinrichtung gespeicherte Energie kann das Bewegungselement dann mit hoher Energie vom Antriebselement weg in die nächste Arbeitsbewegung bewegt werden.
Durch den Freilaufzustand der Überholkupplung kann in der oben beschriebenen Weise das Trägheitsmoment des Antriebs von Antriebs- und Bewegungselement entkoppelt werden. So kann das Bewegungselement die Energie eines starken Rückstoßes in eine Beschleunigung auf das Antriebselement umsetzen. Bewegungs- element und Antriebselement können so die Energie des Rücksto- ßes nutzen, um sich in einer beschleunigten Bewegung in Richtung des oberen Totpunkts zu bewegen. Ein Abbremsen des Antriebs- und des Bewegungselements durch den Antrieb , das den Elementen kinetische Energie entzieht, wird vermindert.
Durch die freie Bewegung des Antriebselements kann eine frühzeitige Kompression der Federeinrichtung verhindert werden. Der Zeitpunkt der stärksten Kompression der Federeinrichtung kann daher später erfolgen, beispielsweise in einem Moment, in dem das Antriebselement bereits seine Bewegungsrichtung geändert hat und in dem er mit einer hohen Geschwindigkeit in Richtung des Bewegungselements bewegt wird. Da die Energie des Bewegungselements durch den Schub des Antriebselements und die in der Federeinrichtung gespeicherte Energie bestimmt wird, kann der Schlag in diesem Fall stärker ausfallen.
Folglich ermöglicht es der Freilauf, die Energie des Rückstoßes für die darauf folgende Arbeitsbewegung zu nutzen. Weiterhin kann durch den Freilauf die Arbeitsleistung des Arbeitsgeräts insgesamt gesteigert werden, da zum einen die Bewegung des Bewegungs- elements nach einem hohen Rückstoß stärker ausfallen, und da zum anderen durch die Beschleunigung des Antriebs- und des Bewegungselements durch den Rückstoß die Anzahl der Arbeitsbewegungen bei einer gleich bleibenden Antriebsleistung steigt. Darüber hinaus wird der Antrieb durch die Entkopplung von der Bewegung des Antriebs- und des Bewegungselements nach einem starken Rückstoß geschont.
Um die Wirkungsweise der Überholkupplung zu unterstützen, kann diese geeignet im Momentenfluss zwischen Antrieb und Antriebselement angeordnet werden. Grundsätzlich ist eine beliebige Anordnung in der Wirkstrecke zwischen der Quelle des Antriebsmoments und dem Antriebselement möglich, die eine Entkopplung des Antriebsmoments des Antriebs vom Antriebselement erlaubt. Insbesondere kann die Überholkupplung dicht am Antriebselement angeordnet werden, um möglichst viele Elemente des Antriebsstrangs, welche eine Trägheitswirkung auf das Antriebselement ausüben, vom Antriebselement zu entkoppeln. Dadurch kann die Schubkraft des Rückstoßes möglichst umfassend für eine Bewegung des Antriebs- und des Bewegungselements genutzt werden.
In einer Ausführungsform ist der Antrieb ein Drehantrieb. Weiter- hin ist im Momentenfluss zwischen dem Drehantrieb und dem Antriebselement eine Drehbewegungs-Wandeleinrichtung, wie zum Beispiel ein Kurbeltrieb, zum Wandeln einer Drehbewegung des Drehantriebs in eine oszillierende Translationsbewegung vorgesehen. Hierbei ist das Antriebselement durch die Drehbewegungs- Wandeleinrichtung bewegbar.
Der Drehantrieb kann einen Elektromotor, wie beispielsweise einen Hochfrequenz-Drehstrommotor, oder auch einen Verbrennungsmotor aufweisen, der eine Welle in Rotation versetzt. Über weitere mechanische Vorrichtungen, wie beispielsweise ein Getriebe, kann diese Rotationsbewegung auf die Überholkupplung und weiter auf die Drehbewegungs-Wandeleinrichtung übertragen werden. Diese kann die Rotationsbewegung des Drehantriebs in die oszillierende, axiale Translationsbewegung des Antriebselements wandeln.
Je nach Gestaltung der Drehbewegungs -Wandeleinrichtung kann sich dabei beispielsweise eine Translationsbewegung des Antriebs - elements zwischen dem oberen und unteren Totpunkt ergeben, die annähernd einer Sinusfunktion über der Zeit entspricht. In diesem Fall weist das Antriebselement seine größte Geschwindigkeit auf, wenn er sich auf halber Strecke zwischen dem oberen und unteren Totpunkt befindet. Die oben beschriebene zeitliche und räumliche Verschiebung des Auftretens der maximalen Kompression der Federeinrichtung kann in diesem Fall bewirken, dass die maximale Kompression zu einem Zeitpunkt auftritt, zu dem das Antriebselement durch den Antrieb mit einer verhältnismäßig ho- hen Geschwindigkeit in Richtung des unteren Totpunkts bewegt wird. Dies kann zu einer effektiven Beschleunigung des Bewegungselements durch das Antriebselement führen.
In einer Variante dieser Ausführungsform ist die Überholkupplung im Momentenfluss zwischen dem Drehantrieb und der Drehbewe- gungs -Wandeleinrichtung angeordnet. Dadurch kann im Sperrzustand der Überholkupplung die Drehbewegung des Antriebs auf die Drehbewegungs-Wandeleinrichtung, beispielsweise den Kurbeltrieb, übertragen werden. Im Freilaufzustand kann der Momen- tenfluss unterbrochen werden, so dass die Drehbewegungs- Wandeleinrichtung von der Drehbewegung des Antriebs abgekoppelt werden kann.
In einer Ausführungsform ist zwischen dem Antriebselement und dem Bewegungselement eine als Koppeleinrichtung diendene Federeinrichtung angeordnet. Diese ermöglicht eine elastische Kopplung der Bewegungen des Antriebs- und des Bewegungselements und damit eine elastische Übertragung der Bewegungsenergie zwischen Antriebs- und Bewegungselement. Die Federeinrichtung kann beispielsweise Federn aufweisen, die zwischen dem Antriebsund dem Bewegungselement an entgegengesetzten Stirnflächen des Bewegungselements angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Überholkupplung durch einen Freilauf gebildet. Der Freilauf wechselt entsprechend der relativen Drehrichtung auf seiner Antriebsseite beziehungsweise seiner Abtriebsseite zwischen dem Sperr- und den Freilaufzustand. Die Antriebsseite bezeichnet dabei die dem Antrieb zugewandte Seite des Freilaufs, von der aus das Antriebsmoment des Antriebs auf den Freilauf übertragen wird. Gleichzeitig bezeichnet die Abtriebsseite die mit dem Antriebselement verbundene Seite, über die das Antriebsmoment des Antriebs an das Antriebselement weitergegeben wird. Im Sperrzustand koppelt der Freilauf die An- und Abtriebsseite kraft- oder formschlüssig. Im Freilaufzustand entkoppelt der Freilauf die An- und Abtriebsseite.
In einer Variante dieser Ausführungsform ist der Freilauf durch einen Klemmkörperfreilauf, einen Klemmrollenfreilauf, einen Klin- kenfreilauf und /oder einen Zahnfreilauf gebildet. Bei einem Klemmkörperfreilauf sind Klemmkörper, welche eine unrunde, also nicht kreis- oder kugelförmige Form aufweisen, zwischen kreiszylindrischen Laufringen angeordnet. Die Laufringe können dabei kreiszylindrisch um die zu koppelnden Rotationsachsen angeordnet sein. Im Sperrzustand können An- und Abtriebsseite durch eine formschlüssige Kopplung der Laufringe durch die Klemmkörper gekoppelt werden. Bei Verwendung eines Klemmrollenfreilaufs kann im inneren Laufring ein Innenstern vorgesehen sein, der ein- zeln gefederte Rollen in keilförmigen Einbuchtungen aufweist. Je nach relativer Drehrichtung können sich die Rollen frei bewegen und entkoppeln so den inneren und den äußeren Laufring, oder sie werden in die keilförmigen Taschen gedrückt, wodurch eine Kopplung der Laufringe durch eine Klemmung der Klemmrollen entsteht. Bei Verwendung eines Klinkenfreilaufs, wie er beispielsweise in Sperrrädern und Ratschen verwendet wird, wird im Sperrzustand eine formschlüssige Verbindung zwischen der An- und der Abtriebsseite hergestellt. Bei Verwendung eines Zahnfreilaufs werden Zähne zur Übertragung eines Drehmoments verwen- det. Der Zahnfreilauf schaltet automatisch, wenn sich eine Kupplungsmuffe aufgrund einer Drehzahldifferenz zwischen Antriebsund Abtriebsseite verschiebt.
In einer anderen Ausführungsform kann eine Fluidkupplung die Funktion der Überholkupplung übernehmen. Wird z.B. in den Pumpenkreis ein Rückschlagventil integriert, entsteht für die Sperrwirkung ein hoher Widerstand und für den Freilauf ein geringer Widerstand.
Das Arbeitsgerät kann - wie oben bereits dargelegt - derart gestaltet sein, dass die Überholkupplung direkt in dem Antrieb vorgesehen ist. Der Antrieb ist dann z.B. dadurch zu realisieren, dass er in einem Betriebszustand, in dem eine Antriebswelle des Antriebs durch ein Drehmoment von außen angetrieben wird, nicht generatorisch betreibbar ist, also keine Leistung abgeben kann. Die Antriebswelle und z.B. ein damit gekoppelter Rotor können, wenn das Bewegungselement das Bestreben hat, das Antriebselement zu überholen, frei drehen, ohne dass elektrische oder magnetische Felder zwischen dem Rotor und einem Stator des Antriebs wirken. Z.B. kann bei einem Asynchronmotor das Erregerfeld abgeschaltet werden, wenn die Antriebswelle durch Einwirken von außen schneller gedreht werden soll, als es der Motor vorgibt. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, die Überholkupplung durch ein eigenständiges Bauelement bereitzustellen. Vielmehr wird durch geschickte Ansteuerung des Motors die Überholkupplung direkt durch das Zusammenwirken zwischen Rotor und Stator realisiert.
In einer Ausführungsform ist das Bewegungselement ein Schlagkolben. Das Arbeitsgerät kann in dieser Ausführungsform ein Schlagwerk beinhalten, welches beispielsweise einen Schlag- , Bohr- und /oder Aufbruchhammer antreiben kann.
In einer Variante dieser Ausführungsform kann die Federeinrichtung durch wenigstens eine oder mehrere Luftfedern gebildet sein. Die Luftfedern können sich beispielsweise in den vom Antriebs - element und vom Schlagkolben eingeschlossenen Luftvolumina bei einer relativen Bewegung vom Antriebselement und vom Schlag- kolben ausbilden. Sie können durch eine Druck- oder Saugwirkung relative Bewegungen zwischen dem Antriebselement und dem Schlagkolben übertragen.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist eine mit dem Schlag- kolben beaufschlagbare Aufschlagvorrichtung vorgesehen. Die Aufschlagvorrichtung kann so angeordnet sein, dass sie durch den Schlagkolben bei seiner oszillierenden Translationsbewegung regelmäßig beaufschlagt wird. Sie kann beispielsweise durch einen Döpper oder das Einsteckende eines Werkzeugs gebildet sein. Es ist möglich, dass die Werkzeughalterung ein Werkzeug derart hält, dass der Schlagkolben das Werkzeug direkt beaufschlagt.
Ein erfindungsgemäßes Arbeitsgerät kann unterschiedlich ver- wendet werden. In einer Ausführungsform weist es ein Werkzeug auf, welches an der Aufschlagvorrichtung angeordnet ist. Das Werkzeug kann beispielsweise ein Meißel in einem Aufbruchhammer sein, der durch die regelmäßige Beaufschlagung durch den Schlagkolben, also das Bewegungselement, betätigt wird. Weiterhin kann auch ein Schlag- oder Bohrhammer an der Aufschlagvorrichtung angeordnet sein und durch den Schlagkolben betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Arbeitsgerät als Vibrationsstampfer ausgebildet, wobei das Bewegungselement durch einen Stampfkolben gebildet ist. An dem Stampfkolben kann eine Stampfplatte angeordnet sein, welche durch die Bewegung des Stampfkolbens in stampfende Bewegungen versetzt werden kann. Diese Bewegungen können beispielsweise zur Bodenverdichtung eingesetzt werden.
In einer Variante dieser Ausführungsform ist die Federeinrichtung durch eine Schraubenfeder gebildet, welche die Bewegungen von Antriebselement und Stampfkolben koppelt und wechselseitig ü- berträgt. Durch die Schraubenfeder kann die hohe kinetische E- nergie, die durch die Bewegung des Stampfkolbens und der Stampfplatte, welche eine hohe Masse aufweisen können, geeignet zwischen Antriebselement und Stampfkolben übertragen werden. Weiterer Federtypen, wie beispielsweise Gasdruckfedern oder E- lastomerfedern, können alternativ oder zusätzlich verwendet werden.
In einer weiteren Variante dieser Ausführungsform weist der Stampfkolben einen Hohlraum auf, in welchem die Schraubenfeder, Gasdruckfeder und /oder Elastomerfeder angeordnet und mit dem Antriebselement gekoppelt ist. Hierdurch kann eine geeignete Kopplung der Bewegungen des Antriebselements und des Stampfkolbens erreicht, eine axiale Führung der Bewegungen unterstützt und gleichzeitig Bauraum gespart werden.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figu- ren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schlagwerk mit Freilauf und einfacher Luftfeder;
Fig. 2 ein Schlagwerk mit Freilauf und doppelter Luftfeder;
Fig. 3A schematisch einen Klemmkörperfreilauf;
Fig. 3B ein Segment des Klemmkörperfreilaufs im Freilaufzu- stand; und
Fig. 3C ein Segment des Klemmkörperfreilaufs im Sperrzustand.
Fig. 4 einen Stampfer mit Freilauf und doppelt wirkender Schraubenfeder;
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Schlagwerk wird durch einen Motor 1 betrieben, dessen Drehmoment über ein Getriebe 2 auf einen Freilauf 3 übertragen wird.
Je nach Betriebszustand kann der Freilauf 3 das über seine Antriebsseite auf ihn übertragene Drehmoment auf eine an seiner Abtriebsseite angeordnete Drehbewegungs -Wandeleinrichtung ü- bertragen, welche in Fig. 1 durch einen Kurbeltrieb 4 und ein Pleuel 5 gebildet wird. Der Kurbeltrieb 4 und das Pleuel 5 wandeln das über den Freilauf 3 übertragene Drehmoment in eine oszillierende Translationsbewegung eines mit dem Pleuel 5 verbundenen Antriebskolbens 6.
Der Antriebskolben 6 ist in einem hohl ausgebildeten Führungszylinder 7 beweglich angeordnet. Im Führungszylinder 7 ist weiterhin ein zylindrisch geformter Schlagkolben 8 auf der vom Pleuel 5 abgewandten Seite des Antriebskolbens 6 beweglich angeordnet. Der Schlagkolben 8 ist so angeordnet, dass er ein an der vom Kurbeltrieb 4 abgewandten Seite des Führungszylinders 7 von einem Werkzeughalter 9 gehaltenes Werkzeug 10 beaufschlagen kann. Sowohl der Antriebskolben 6 als auch der Schlagkolben 8 sind a- xial entlang der Mittelachse des Führungszylinders 7 beweglich und gegen den Führungszylinder 7 mittels Spaltdichtungen abge- dichtet. Die Spaltdichtungen ermöglichen, dass sich bei hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Antriebskolbens 6 und Schlagkolben 8 durch Kompression oder Dekompression des zwischen dem Antriebskolben 6 und dem Schlagkolben 8 eingeschlossenen Luftvolumens eine Luftfeder 1 1 ausbildet, die eine elastische Im- pulsübertragung zwischen Antriebskolben 6 und Schlagkolben 8 ermöglicht.
Nachfolgend wird der Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Schlagwerks mit Freilauf und einfacher Luftfeder anhand eines Schlag- zyklus beschrieben:
Bei Übertragung eines Drehmoments vom Motor 1 über das Getriebe 2 auf die Antriebsseite des Freilaufs 3 nimmt der Freilauf 3 einen Sperrzustand ein, falls der Kurbeltrieb 4 auf der Abtriebs- seite des Freilaufs 3 zu diesem Zeitpunkt eine geringere Geschwindigkeit aufweist. Im Sperrzustand überträgt der Freilauf 3 das Drehmoment auf den Kurbeltrieb 4, der dadurch in Rotation versetzt wird. Die Rotationsbewegung wird über das Pleuel 5 in die oszillierende Translationsbewegung des Antriebskolbens 6 entlang einer Mittelachse des Führungszylinders 7 gewandelt. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung der Komponenten des Schlagwerks kann dies beispielsweise zu einer Bewegung des Antriebskolbens 6 in Richtung des Schlagkolbens 8 führen. Hierdurch wird das im Führungszylinder 7 zwischen dem Antriebskolben 6 und dem Schlagkolben 8 eingeschlossene Luftfeder 1 1 zusammengedrückt und der Bewegungsimpuls des Antriebskolbens 6 elastisch auf den Schlagkolben 8 übertragen. Der Schlagkolben 8 wird dabei, verzögert durch seine Trägheit, ebenfalls in eine Bewegung entsprechend der Richtung der Bewegung des Antriebskolbens 6 ver- setzt und auf das Werkzeug 10 zu bewegt. Er trifft mit einem Schlag auf das Werkzeug 10, welches den hierbei übertragenen Impuls auf einen nicht dargestellten Untergrund oder ein nicht dargestelltes Werkstück weiterleitet. Je nach Härtegrad des Werk- Stücks und des Werkzeugs 10 erfährt der Schlagkolben 8 dabei einen Rückstoß in Richtung des Antriebskolbens 6. Der Antriebskolben 6 kann sich zu diesem Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 1 noch in einer Bewegung in Richtung des Schlagkolbens 8 befinden, oder er kann nach Erreichung eines unteren Totpunkts durch den Kurbeltrieb 4 und das Pleuel 5 bereits in eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden.
Durch die im Rückstoß enthaltene Energie wird der Schlagkolben 8 in Richtung des Antriebskolbens 6 beschleunigt, wobei die zwischen dem Antriebskolben 6 und dem Schlagkolben 8 eingeschlossene Luftfeder 1 1 komprimiert wird. Dadurch kann die Beschleunigungsenergie des Schlagkolbens 8 elastisch auf den An- triebskolben 6 übertragen werden. Durch das Pleuel 5 wird die a- xiale Bewegung des Antriebskolbens 6 nun in eine Drehbewegung des Kurbeltriebs 4 umgewandelt und auf die Abtriebsseite des Freilaufs 3 übertragen. Falls die Drehbewegung des Kurbeltriebs schneller ist die durch den Motor 1 und das Getriebe 2 von der Antriebsseite auf den Freilauf 3 übertragene, nimmt der Freilauf 3 einen Freilaufzustand ein, in dem ein Momentenfluss zwischen seiner An- und seiner Abtriebsseite unterbrochen ist. Die Bewegung des Antriebskolbens 6 wird so vom Antrieb des Motors 1 entkoppelt, und der Schlagkolben 8 kann den Antriebskolben 6 in Richtung des Rückstoßes beschleunigen.
Mit abnehmender Geschwindigkeit des Schlagkolbens 8 verlangsamt sich die Bewegung des Antriebskolbens 6 und damit auch des Kurbeltriebs 4. Sobald die durch den Kurbeltrieb 4 auf die Ab- triebsseite des Freilaufs 3 übertragene Drehbewegung langsamer wird bzw. gleich ist wie die durch den Motor 1 über das Getriebe 2 auf die Antriebsseite des Freilaufs 3 übertragene Drehbewegung, nimmt der Freilauf 3 erneut den Sperrzustand ein und der Motors 1 kann die Bewegung des Antriebskolbens 6 antreiben.
Falls sich der Antriebskolben 6 zu diesem Zeitpunkt noch in einer Bewegung vom Schlagkolben 8 weg befindet, wird die Luftfeder 1 1 dekomprimiert. Durch die entstehende Saugwirkung wird der Be- wegungsimpuls des Antriebskolbens 6 elastisch auf den Schlagkolben 8 übertragen.
Sobald sich die durch den Kurbeltrieb 4 und das Pleuel 5 auf den Antriebskolben 6 übertragene Bewegungsrichtung umkehrt, entsteht eine entgegengesetzte Relativbewegung zwischen dem Antriebskolben 6 und dem Schlagkolben 8. Dadurch wird die Luftfeder 1 1 erneut komprimiert und der nächste Schlagzyklus eingeleitet.
Da der Antriebskolben 6 durch die Wirkung des Freilaufs 3 vom Antriebsmoment des Motors 1 entkoppelt und durch die Wirkung des Rückstoßes ungehindert beschleunigt werden kann, befindet er sich zu Beginn des nächsten Schlagzyklus in einer vorgerück- ten Position. Die maximale Luftfederkompression kann daher zu einem Zeitpunkt erfolgen, zu dem der Antriebskolben 6 bereits in eine Bewegung in Richtung des Schlagkolbens 8 versetzt und beschleunigt ist. Der Antriebskolben 6 weist daher zum Zeitpunkt der maximalen Luftfederkompression eine hohe Geschwindigkeit in Richtung des Schlagkolbens 8 auf, so dass der Schlagkolben 8 effektiv beschleunigt werden kann und der darauf folgende Schlag des Schlagkolbens 8 auf das Werkzeug 10 entsprechend stark ausfällt.
Auf diese Weise kann die Energie des Rückstoßes für den darauf folgenden Schlag genutzt werden. Zudem wird die Schlagleistung des Schlagwerks gesteigert, weil durch den Einsatz des Freilaufs 3 die Schlagzahl des Schlagwerks bei gleich bleibender Drelizahl des Motors 1 steigt.
Fig. 2 zeigt ein Schlagwerk mit Freilauf und doppelter Luftfeder. Die Funktionen des Motors 1 , des Getriebes 2, des Freilaufs 3, des Kurbeltriebs 4 und des Pleuels 5 entsprechen den oben bereits beschriebenen Funktionen.
In Fig. 2 ist der Antriebskolben 6a zylindrisch gestaltet und weist eine Höhlung auf, in der ein Schlagkolben 8a axial beweglich entlang der Mittelachse des Antriebskolbens 6a eingelassen ist. Der Schlagkolben 8a ragt an der vom Pleuel 5 abgewandten Seite des Antriebskolbens 6a aus diesem heraus, so dass er bei einer Schlagbewegung das durch den Werkzeughalter 9 fixierte Werkzeug 10 beaufschlagen kann. Der Antriebskolben 6a und der Schlagkolben 8a sind derart gegeneinander mittels Spaltdichtungen abgedichtet, dass bei einer Relativbewegung der beiden Kolben zueinander die innerhalb des Antriebskolbens 6a auf beiden Seiten des Schlagkolbens 8a eingeschlossenen Luftvolumina komprimiert beziehungsweise dekomprimiert werden. Hierbei bil- det sich eine erste Luftfeder I I a auf der vom Werkzeug 10 abgewandten Seite des Schlagkolbens 8a und eine zweite Luftfeder I Ib auf der dem Werkzeug 10 zugewandten Seite des Schlagkolbens 8a. Die beiden Luftfedern I Ia und Hb ermöglichen eine effektive Übertragung der Bewegungsenergie zwischen dem Antriebskolben 6a und dem Schlagkolben 8a.
Ebenso wie in dem in Fig. 1 dargestellten Schlagwerk kann auch in dem in Fig. 2 gezeigten Schlagwerk nach Beschleunigung des Schlagkolben 8a durch einen durch das Werkzeug 10 auf den Schlagkolben 8a übertragenen Rückstoß der Freilauf 3 den Mo- mentenfluss zwischen dem Motor 1 und dem Antriebskolben 6a unterbrechen, so dass der Schlagkolben 8a den Antriebskolben 6a ungehindert beschleunigen kann.
Zusätzlich kann in dem in Fig. 2 dargestellten Schlagwerk die Bewegung des Antriebskolbens 6a vom Motor 1 entkoppelt werden, wenn der Schlagkolben 8a sich mit hoher kinetischer Energie in Richtung des Werkzeugs 10 bewegt und dabei durch Kompression der zweiten Luftfeder 1 Ib den Antriebskolben beschleunigt. So kann verhindert werden, dass der Schlagkolben 8a kurz vor dem Schlag durch die Kopplung an den Momentenfluss des Antriebs gebremst wird.
Auf diese Weise kann in dem in Fig. 2 gezeigten Schlagwerk mit Freilauf und doppelter Luftfeder die Energie des Rückstoßes für die Vorbereitung des nächsten Schlages genutzt und die Schlagzahl bei gleich bleibender Motordrehzahl erhöht werden. Fig. 3A zeigt schematisch einen Klemmkörperfreilauf mit einem innen liegenden Antriebsring 12 und einem konzentrisch dazu angeordneten, außen liegenden Abtriebsring 13, wobei zwischen dem Antriebsring 12 und dem Abtriebsring 13 unrunde Klemmkörper 14a, 14b, 14c, ... angeordnet sind. Je nach Ausrichtung eines Schnitts durch einen der Klemmkörper 14a, 14b, 14c, ... ist der Durchmesser entlang des Schnitts unterschiedlich. In Abhängigkeit von einer Relativbewegung und damit von einer relativen Drehzahl zwischen dem Antriebsring 12 und dem Abtriebsring 13 nimmt der Klemmkörperfreilauf einen Freilaufzustand oder einen Sperrzustand ein, in denen sich die Klemmkörper 14a, 14b, 14c, ... unterschiedlich ausrichten.
Der Freilaufzustand und der Sperrzustand sind in den Figuren 3B und 3C dargestellt und werden im Folgenden beschrieben.
Fig. 3B zeigt den Klemmkörperfreilauf aus Fig. 3A im Freilaufzustand, in dem der Antriebsring 12 eine geringere Drehzahl als der Abtriebsring 13 und damit eine negative Relativbewegung zum Ab- triebsring 13 aufweist. Hierbei richten sich die Klemmkörper 14a, 14b und 14c so aus, dass ein geringerer Durchmesser zwischen dem Antriebsring 12 und dem Abtriebsring 13 zu liegen kommt, so dass die Bewegung des Abtriebsrings 13 von der des Antriebsrings 12 entkoppelt wird.
Fig. 3C zeigt den Klemmkörperfreilauf aus Fig. 3A im Sperrzustand. Hier weist der Antriebsring 12 eine höhere Drehzahl als der Abtriebsring 13 auf, wodurch die Klemmkörper 14a, 14b und 14c so ausgerichtet werden, dass ein größerer Durchmesser zwischen dem Antriebsring 12 und dem Abtriebsring 13 zu liegen kommt. Hierdurch entsteht eine formschlüssige Verbindung, über die das Drehmoment des Antriebsrings 12 auf den Abtriebsring 13 übertragen werden kann.
Fig. 4 zeigt einen Stampfer mit Freilauf und doppelt wirkender Schraubenfeder. Die Funktionen des Motors 1 , des Getriebes 2, des Freilaufs 3 , des Kurbeltriebs 4 und des Pleuels 5 entsprechen den oben bereits beschriebenen Funktionen und werden nicht er- neut beschrieben.
In dem in Fig. 4 gezeigten Stampfer ist ein Stampfkolben 15 vorgesehen, welcher an seinem unteren Ende eine Stampfplatte bzw. einen Stampffuß aufweist. Der Stampfer kann beispielsweise zur Bodenverdichtung eingesetzt werden.
Weiterhin weist der Stampfer ein Antriebselement 6b auf, welches länglich gestaltet und mit dem Pleuel 5 gekoppelt ist. Es ist teil- weise in eine Höhlung des Stampfkolbens 15 derart eingelassen, dass das Antriebselement 6b und der Stampfkolben 15 relativ zueinander axial entlang einer gemeinsamen Mittelachse bewegbar sind.
Innerhalb der Höhlung des Stampfkolben 15 weist das Antriebselement 6b einen als Haltevorrichtung dienenden Bund 16 auf, mit welcher es zwischen zwei Schraubenfedern 17a und 17b, welche in der Höhlung des Stampfkolbens 15 vorgesehen sind, gekoppelt ist. Die Schraubenfedern 17a, 17b sind entlang der ge- meinsamen Mittelachse des Stampfkolbens 15 und des Antriebs - elements 6b ausgerichtet und können Stirnseiten der Höhlung des Stampfkolbens 15 berühren. Dadurch wird erreicht, dass die Schraubenfedern 17a, 17b eine axiale Relativbewegung von Antriebselement 6b und Stampfkolben 15 elastisch übertragen kön- nen. Die Schraubenfedern 17a, 17b ermöglichen damit eine effektive Übertragung der Bewegungsenergie zwischen dem Antriebselement 6b und dem Stampfkolben 15.
Alternativ können die Schraubenfedern 17a, 17b auch durch nur eine Schraubenfeder ersetzt werden, die in einem mittleren Bereich in Bezug auf ihre Längsachse mit dem Antriebselement koppelbar ist.
Ebenso wie in dem in Fig. 2 dargestellten Schlagwerk mit doppel- ter Luftfeder kann auch in dem in Fig. 4 gezeigten Stampfer nach Beschleunigung des Stampfkolbens 15 durch einen über die Stampfplatte auf den Stampfkolben 15 übertragenen Rückstoß der Freilauf 3 den Momentenfluss zwischen dem Motor 1 und dem An- triebselement 6b unterbrechen, so dass der Stampfkolben 15 das Antriebselement 6b ungehindert beschleunigen kann.
Zusätzlich kann die Bewegung des Antriebselements 6b vom Motor 1 entkoppelt werden, wenn der Stampfkolben 15 sich mit hoher kinetischer Energie in Richtung der Stampfplatte bewegt und dabei durch Kompression der ersten Schraubenfeder 17a das Antriebselement 6b beschleunigt. So kann verhindert werden, dass der Stampfkolben 15 kurz vor dem Auftreffen der Stampfplatte durch die Kopplung an den Momentenfluss des Antriebs gebremst wird.
Auf diese Weise kann in dem in Fig. 4 gezeigten Stampfer mit Freilauf und doppelt wirkender Schraubenfeder die Energie des Rück- Stoßes für die Vorbereitung des nächsten Stampfens genutzt und die Anzahl der Stampfschläge bei gleich bleibender Motordrehzahl erhöht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Arbeitsgerät, mit
- einem Antrieb ( 1 ); - einem vom Antrieb ( 1 ) antreibbaren, axial beweglich angeordneten Antriebselement (6);
- einem axial beweglich angeordneten, mit dem Antriebselement (6, 6a, 6b) über eine Koppeleinrichtung gekoppelten Bewegungselement (8, 8a, 15); und - einer in dem Antrieb ( 1 ) oder in einem Momentenfluss zwischen dem Antrieb ( 1 ) und dem Antriebselement (6, 6a, 6b) angeordneten Überholkupplung (3); wobei
- sich die Überholkupplung (3) in einem Sperrzustand befindet, wenn der Antrieb ( 1 ) eine schnellere Bewegung als oder eine gleich schnelle Bewegung wie das Antriebselement (6, 6a, 6b) aufweist, und in einem Freilaufzustand, wenn der Antrieb ( 1 ) eine langsamere Bewegung aufweist als das Antriebselement (6, 6a, 6b); und wobei - die Überholkupplung den Momentenfluss zwischen dem Antrieb ( 1 ) und dem Antriebselement (6, 6a, 6b) im Sperrzustand schließt und im Freilaufzustand unterbricht.
2. Arbeitsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ( 1 ) ein Drehantrieb ( 1 ) ist; und dass eine im Momentenfluss zwischen dem Drehantrieb ( 1 ) und dem Antriebselement (6, 6a, 6b) angeordnete Drehbewegungs- Wandeleinrichtung (4, 5) zum Wandeln einer Drehbewegung des Drehantriebs ( 1 ) in eine oszillierende Translationsbewegung des Antriebselements (6, 6a, 6b) vorgesehen ist.
3. Arbeitsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die Überholkupplung (3) im Momentenfluss zwischen dem Drehantrieb ( 1 ) und der Drehbewegungs -Wandeleinrichtung (4, 5) angeordnet ist.
4. Arbeitsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebselement (6, 6a, 6b) und dem Bewegungselement (8, 8a, 15) eine als Koppeleinrichtung dienende Federeinrichtung ( 1 1 ) angeordnet ist.
5. Arbeitsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überholkupplung (3) durch einen Freilauf (3) gebildet ist.
6. Arbeitsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (3) durch einen Klemmkörperfreilauf, einen Klemmrollenfreilauf, einen Klinkenfreilauf und /oder einen Zahnfreilauf gebildet ist.
7. Arbeitsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überholkupplung (3) in dem Antrieb ( 1 ) angeordnet ist; der Antrieb ( 1 ) derart ansteuerbar ist, dass er in einem Betriebszustand, in dem eine Antriebswelle des Antriebs ( 1 ) von au- ßen drehend angetrieben wird, nicht als Generator betreibbar ist.
8. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement (8, 8a) ein Schlagkolben (8, 8a) ist.
9. Arbeitsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung ( 1 1 ) durch wenigstens eine Luftfeder ( 1 1 , Ha, Hb) gebildet ist, die bei einer relativen Bewegung des Antriebselements (6, 6a) und des Schlagkolbens (8, 8a) entsteht.
10. Arbeitsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Schlagkolben (8, 8a) beaufschlagbare Aufschlagvorrichtung vorgesehen ist.
1 1 . Arbeitsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkzeug ( 10) an der Aufschlagvorrichtung angeordnet ist.
12. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement durch einen Stampfkolben ( 15) gebildet ist.
13. Arbeitsgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung durch eine Schraubenfeder ( 17a, 17b), eine Gasdruckfeder und / oder eine Elastomerfeder gebildet ist.
14. Arbeitsgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stampfkolben ( 15) einen Hohlraum aufweist, in welchem die Schraubenfeder ( 17a, 17b) angeordnet und mit dem Antriebselement (6, 6a, 6b) gekoppelt ist.
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