DE19728727C1 - Schlag- und/oder Bohrhammer mit Leerlaufkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlag- und/oder Bohrhammer gemäß dem Ober­ begriff von Patentanspruch 1.

Schlag- und/oder Bohrhämmer (nachfolgend kurz als Hämmer bezeichnet) werden üblicherweise zur Bearbeitung von Gesteinen unterschiedlicher Härte­ grade verwendet. Für das Funktionieren des im Hammer vorhandenen Schlag­ werks ist es erforderlich, daß der im Schlagwerk angeordnete Schlagkolben über das Werkzeug einen Rückstoß erfährt, der den Schlagkolben in seine Ausgangs­ stellung zurücktreibt. Insbesondere heute übliche Luftfeder-Schlagwerke mit einseitigen, doppelt wirkenden Luftfedern haben sich hierbei als sehr rückstoß­ abhängig erwiesen und können üblicherweise nur für eine Rückstoßziffer opti­ mal ausgelegt werden, d. h. für bestimmte Parameter, die sich aus den Hammer­ geometrien, den Arbeitsgeschwindigkeiten und der Gesteinsart ergeben. Darüber hinaus ist die Funktionsfähigkeit derartiger Schlagwerke von der Dichte der Umgebungsluft am Einsatzort abhängig.

Zur Lösung dieser Probleme wurden bereits Schlagwerke mit doppelter Luftfeder vorgeschlagen, bei denen außer der schlagerzeugenden Luftfeder auch eine - in der Regel etwas schwächere - Luftfeder auf der anderen Seite des Schlagkolbens vorgesehen ist, die den Schlagkolben zurück in seine Ausgangsstellung vor dem Schlag treibt. Bei doppelten Luftfedern besteht allerdings das Problem, daß die Schlagwerke bei Abheben des Hammers vom Gestein konzeptionsbedingt nicht - wie ein einseitiges Luftfeder-Schlagwerk - in einen vibrationsarmen Leerlauf übergehen. Vielmehr ist der Leerlauf bei doppelten Luftfedern durch außeror­ dentlich starke Vibrationen des Hammers gekennzeichnet, was insbesondere beim Meißeln, bei dem der Hammer häufig vom Gestein abgehoben wird, für den Bedienungsmann unangenehm ist und auch zu erhöhtem Verschleiß führt. Der Grund dafür liegt darin, daß auch im Leerlaufbetrieb, in dem das Werkzeug vom Gestein abgehoben ist, das gesamte Schlagwerk weiterhin in Bewegung ist und aufgrund der schwingenden Massen hohe Haltekräfte für den Hammer erfordert. Der Schlagkolben wird auch im Leerlauf von der vorderen Luftfeder aufgefangen und wieder nach hinten beschleunigt.

Aus der DE 27 57 008 C2 ist ein Bohrhammer mit einem Antrieb, einer mit dem Antrieb koppelbaren Drehbewegungs-Wandeleinrichtung, einer zwischen dem Antrieb und der Wandeleinrichtung angeordneten elektromagnetisch geschalte­ ten Kupplung, einem von der Wandeleinrichtung angetriebenen Schlagwerk und mit einem von dem Schlagwerk beaufschlagten Werkzeug bekannt. Die Elektro­ magnetkupplung ist mittels eines Schalters von Hand betätigbar, so daß auf Wunsch des Bedieners der Kraftfluß zwischen dem Antrieb und dem Schlagwerk hergestellt werden kann. Der Bediener muß hierzu aktiv die Maschine steuern, d. h. den Motor oder/und die Kupplung ein- bzw. abschalten. Falls der Bediener den Schalter nicht entsprechend betätigt treten auch im Leerlauf starke Vibra­ tionen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schlag- und/oder Bohrhammer anzugeben, bei dem das Auftreten von starken Vibrationen im Leerlauf ver­ mieden wird.

Die Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patent­ anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein erfindungsgemäßer Schlag- und/oder Bohrhammer mit einem Antrieb; einer mit dem Antrieb koppelbaren Drehbewegungs-Wandeleinrichtung zum Wandeln einer Drehbewegung des Antriebs in eine oszillierende Translationsbewegung; ei­ nem von der Wandeleinrichtung angetriebenen Schlagwerk; und mit einem von dem Schlagwerk beaufschlagten, zwischen einer Leerlaufstellung und einer Schlagstellung axial verrückbaren Werkzeug ist gekennzeichnet durch ein mit dem Werkzeug gekoppeltes Stellglied, über das eine zwischen dem Antrieb und der Wandeleinrichtung angeordnete Kupplung derart schaltbar ist, daß die Kupplung bei Leerlaufstellung des Werkzeugs den Kraftschluß zwischen dem An­ trieb und der Wandeleinrichtung unterbricht und bei Schlagstellung des Werk­ zeugs schließt.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, daß das Werkzeug bei Abheben dem zu bearbeitenden Gestein in eine Leerlaufstellung gelangt und das zugeord­ nete Stellglied mitnimmt, wodurch die Kupplung betätigt wird, die wiederum den Kraftfluß zwischen Antrieb und Schlagwerk bzw. Wandeleinrichtung unterbricht. Bei Aufsetzen des Werkzeugs auf das Gestein zum Fortführen der Arbeit wird das Werkzeug in die Schlagstellung verschoben. Diese Verschiebebewegung überträgt sich auch auf das Stellglied, das die Kupplung und somit den Kraft­ fluß zwischen Antrieb und Wandeleinrichtung schließt.

Die erfindungsgemäß beschriebene Schalteinrichtung kann für jede Art von Schlagwerk angewendet werden. Besonders vorteilhaft eignet sie sich für Luft­ feder-Schlagwerke, wo sowohl Luftfedern mit einseitiger Luftfeder als auch mit doppelter Luftfeder zum Einsatz kommen können. Insbesondere bei Doppelluft­ feder-Schlagwerken lassen sich auf diese Weise starke Vibrationen im Leerlauf vermeiden.

Vorteilhafterweise ist das Stellglied durch einen an dem Werkzeug angeordneten, aber von diesem getrennten Döpper bewegbar. Dies erleichtert den Werkzeug­ wechsel, da das Werkzeug nicht direkt mit dem Stellglied gekoppelt werden muß.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden das Werkzeug, der Döpper und das Stellglied durch eine Federeinrichtung in Leerlaufstellung ge­ halten und sind gegen die Wirkung der Federeinrichtung in Schlagstellung ver­ schiebbar. Dies ermöglicht es, daß das Werkzeug mit dem Döpper und das Stell­ glied definiert in Leerlaufstellung gehalten werden, solange das Werkzeug nicht von außen durch Aufsetzen auf das zu bearbeitende Gestein beaufschlagt ist. Bei Aufsetzen des Werkzeugs auf das Gestein verschiebt sich das Werkzeug und damit der Döpper und das Steilglied gegen die Federkraftwirkung in Richtung des Hammergehäuses, worauf die Kupplung geschlossen werden kann.

Vorteilhafterweise wirkt das Stellglied auf einen Schaltmechanismus der Kupp­ lung. Somit kann der Kupplungstyp je nach Einsatzzweck ausgewählt und über einen geeigneten Schaltmechanismus betätigt werden.

Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn die Kupplung eine Schling­ federkupplung ist. Eine Schlingfederkupplung ist verschleißarm, einfach in der Herstellung und sehr robust, wodurch sie für den Einsatz in einem Hammer her­ vorragend geeignet ist.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Stellglied einen Steuerstößel, der zum Öffnen der Schlingfederkupplung gegen einen Kupplungshaken der Kupplung einfahrbar ist. Dies ermöglicht ein sofor­ tiges Öffnen der Kupplung, da die Schlingfeder von der festzuklemmenden Welle abgehoben wird, was den Kraftfluß sofort unterbricht.

Bei anderen vorteilhaften Ausführungsformen kann die Kupplung eine Konus-, eine Klauen-, eine Scheiben- oder eine Lamellenkupplung sein.

Vorteilhafterweise ist der Antrieb ein Hochfrequenz-Drehstrommotor, während es sich bei dem Schlagwerk um ein Luftfeder-Schlagwerk handelt. Aus den bereits oben genannten Gründen ist es besonders vorteilhaft, wenn das Luft­ feder-Schlagwerk eine doppelseitig wirkende Luftfeder aufweist.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der Figur anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Die Figur zeigt einen schematischen Querschnitt eines erfindungs­ gemäßen Schlaghammers.

Der bei Bohrhämmern erforderliche Drehantrieb des Bohrwerkzeugs wird aus Vereinfachungsgründen in der Figur nicht gezeigt und ist für die Erfindung auch nicht relevant. Selbstverständlich aber ist die Erfindung auch bei Bohrhämmern anwendbar.

Über einen in der Figur nicht dargestellten und als Antrieb dienenden Hoch­ frequenz-Drehstrommotor wird ein Zahnrad 1 angetrieben, das über eine Hohl­ welle 2 und eine später im Detail beschriebene Schlingfederkupplung 3 eine Kurbelwelle 4 antreibt.

Die Kurbelwelle 4 ist Bestandteil eines als Drehbewegungs-Wandeleinrichtung dienenden Kurbeltriebs und treibt über einen Kurbelzapfen 5 und ein Pleuel 6 einen Antriebskolben 7 eines doppelten Luftfederschlagwerks an, wobei die Drehbewegung der Kurbelwelle 4 in eine oszillierende Translationsbewegung des Antriebskolbens 7 gewandelt wird.

Der Antriebskolben 7 ist hohl ausgebildet und nimmt in seinem Inneren einen Schlagkolben 8 auf. In an sich bekannter Weise ist der Antriebskolben 7 so aus­ gebildet, daß sich vor und hinter dem Schlagkolben 8 ein erste, vordere Luftfe­ der 9 und eine zweite, hintere Luftfeder 10 bilden. Daher stammt auch die Be­ zeichnung "doppelte Luftfeder". Die Ausgestaltung des Antriebskolbens 7 läßt sich der Figur nur schematisch entnehmen; auf eine detailliertere Darstellung wird verzichtet, da dies nicht Gegenstand der Erfindung ist, sondern dem Fach­ mann allgemein bekannt ist.

Während der Translationsbewegung des Antriebskolbens 7 baut sich in der hinteren Luftfeder 10 ein Druck aufgrund der durch die Trägheit des Schlag­ kolbens 8 bewirkten Kompression auf. Der Druck schließlich treibt den Schlag­ kolben 8 nach vorne (in der Figur nach unten), wo der Schlagkolben 8 auf einen Döpper 11 trifft, der von einer Döpperabstützhülse 12 gehalten wird. Die maxi­ male Ausfahrstellung des Schlagkolbens 8 entspricht in etwa der Stellung, in der der Schlagkolben 8 auf den Döpper 11 auftrifft. Etwa zum Zeltpunkt des Schlags bewegt sich der Antriebskolben 7 wieder in die umgekehrte Richtung nach hinten, wodurch sich in der vorderen Luftfeder 9 ein Druck aufbaut, der zusammen mit dem Rückstoß aufgrund des Schlags den Schlagkolben 8 zurück­ treibt. Bei erneuter Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens 7 beginnt der Schlagvorgang von neuem.

Der Döpper 11 trifft auf ein im Gehäuse (nicht dargestellt) gehaltenes Werkzeug 13, bei dem es sich beispielsweise um einen Meißel handeln kann. Das Werk­ zeug 13 ist in dem Gehäuse zwischen einer Leerlaufstellung und einer in der Fi­ gur gezeigten Schlagstellung zusammen mit dem Döpper 11 axial beweglich. In der Leerlaufstellung bewegt sich das Werkzeug 13 und der Döpper 11 soweit aus dem Gehäuse heraus, daß der Schlagkolben 8 nicht mehr auf den Döpper 11 schlagen kann. Zur Wiederaufnahme des Schlagbetriebs wird das Werkzeug 13 mit seiner Spitze auf das zu bearbeitende Gestein aufgesetzt und somit mit dem ebenfalls axial beweglichen Döpper 11 in das Innere des Gehäuses verschoben. Dadurch kann der Schlagkolben 8 den Döpper 11 erreichen, wodurch der Schlagbetrieb wieder aufgenommen wird.

Um die Leerlaufstellung definiert zu erreichen, wird die Döpperabstützhülse 12 durch eine am Gehäuse abgestützte Feder 14 beaufschlagt, die die Döpperab­ stützhülse 12, den Döpper 11 und das Werkzeug 13 in Leerlaufstellung zwingt. Nur durch die größere Kraft beim Aufsetzen des Hammers auf das Gestein verla­ gern sich die Teile gegen die Wirkung der Feder 14 in das Innere des Gehäuses.

Mit der Döpperabstützhülse 12 ist ein Stellglied 15 verbunden, das die Axial­ bewegung der Döpperabstützhülse 12 und damit auch des Döppers 11 und des Werkzeugs 13 auf einen Schaltmechanismus 16 der Schlingfederkupplung 3 überträgt.

Bei dieser Ausführungsform ist der Schaltmechanismus 16 dadurch realisiert, daß er wie ein Kupplungshaken ausgebildet ist, in den ein Ende 17 des Stell­ glieds 15 bei entsprechender Verlagerung des Stellglieds 15 in Leerlaufstellung einrücken kann. Selbstverständlich sind bei anderen Kupplungstypen, wie z. B. Konus-, Klauen-, Scheiben- oder Lamellenkupplungen auch andere Schaltme­ chanismen denkbar.

Bei der beschriebenen Ausführungsform weist die Schlingfederkupplung 3 eine vorgespannte Schlingfeder auf, die um die Kurbelwelle 4 und den äußeren Umfang der Hohlwelle 2 gewickelt ist und somit die Antriebsleistung vom Antrieb reibschlüssig auf den Kurbelantrieb überträgt. Durch das zugrunde­ liegende Prinzip der Seilreibung sind die übertragbaren Drehmomente sehr groß.

Bei Einrücken des Endes 17 des Stellglieds 15 in den Kupplungshaken 16 wird die Schlingfeder 3 geringfügig in eine Richtung verdreht, so daß sie sich öffnet, d. h. Ihren Durchmesser vergrößert. Dadurch wird der Reibschluß zwischen der Schlingfederkupplung 3 und der Hohlwelle 2 aufgehoben, so daß der Kurbeltrieb trotz weiterhin drehender Hohlwelle 2 in Stillstand und dadurch der Hammer in Leerlauf gerät. Auch der mit dem Kurbeltrieb verbundene Antriebskolben 7 und der Schlagkolben 8 stoppen ihre Bewegung, so daß unerwünschte Vibrationen des Hammers im Leerlauf vollständig vermieden werden können. Im Leerlauf be­ wegt sich somit nur noch der Motor mit dem damit verbundenen Getriebe, dem Zahnrad 1 und der Hohlwelle 2.

Bei Wiederaufsetzen des Werkzeugs in Schlagstellung (in der Figur dargestellt) bewegen sich das Werkzeug 13, der Döpper 11, die Döpperabstützhülse 12 und das Stellglied 15 nach hinten, d. h. in das Innere des Gehäuses des Hammers, wodurch das Ende 17 des Stellglieds 15 aus dem Eingriff mit dem Kupplungs­ haken 16 ausrückt. Durch die Vorspannung der Schlingfeder schließt sich die Schlingfederkupplung 3 sofort und der Betrieb des Kurbeltriebs und des Luft­ feder-Schlagwerks wird wieder aufgenommen.

Die erfindungsgemäßen Hämmer zeichnen sich nicht nur durch einen besseren und vibrationsärmeren Leerlauf aus als dies bei bekannten Schlagwerken mit einseitiger Luftfeder der Fall ist. Die Schlagwerke werden darüber hinaus im Leerlauf nicht mehr so stark belastet, wie das bei früheren Schlagwerken mit doppelter Luftfeder der Fall war. Außerdem arbeiten die Hämmer bzw. Schlagwerke rückstoßunabhängig, sind auch bei sehr tiefen Temperaturen anlaufsicher, erlauben die Gestaltung einer Schlägerform, die unter schlagtheoretischen Gesichtspunkten als Ideal anzusehen ist, erlauben die Konstruktion eines außerordentlich leistungsfähigen Hammers bei geringst­ möglichem Grenzandruck und damit geringstmöglichem Gewicht und benötigen keine Dichtelemente im Schlagwerksbereich und arbeiten somit praktisch verschleißfrei.

Claims (10)

1. Schlag- und/oder Bohrhammer mit

• - einem Antrieb;
• - einer mit dem Antrieb koppelbaren Drehbewegungs-Wandeleinrichtung (4, 5, 6) zum Wandeln einer Drehbewegung des Antriebs in eine oszillierende Translationsbewegung;
• - einer zwischen dem Antrieb und der Wandeleinrichtung (4, 5, 6) ange­ ordneten Kupplung (3);
• - einem von der Wandeleinrichtung angetriebenen Schlagwerk (7, 8, 9, 10); und mit
• - einem von dem Schlagwerk beaufschlagten, zwischen einer Leerlauf­ stellung und einer Schlagstellung axial verrückbaren Werkzeug (13);

gekennzeichnet durch ein mit dem Werkzeug (13) gekoppeltes Stellglied (15, 17), über das die Kupplung (3) derart schaltbar ist, daß die Kupplung bei Leer­ laufstellung des Werkzeugs den Kraftschluß zwischen dem Antrieb und der Wandeleinrichtung unterbricht und bei Schlagstellung des Werkzeugs schließt.

2. Schlag- und/oder Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Stellglied (15) durch einen an dem Werkzeug (13) angeordneten Döpper (11) bewegbar ist.

3. Schlag- und/oder Bohrhammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Werkzeug (13), der Döpper (11) und das Stellglied (15) durch eine Federeinrichtung (12, 14) in Leerlaufstellung gehalten werden und gegen die Wirkung der Federeinrichtung in Schlagstellung verschiebbar sind.

4. Schlag- und/oder Bohrhammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (15) auf einen Schaltmechanismus (16) der Kupplung (3) wirkt.

5. Schlag- und/oder Bohrhammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine Schlingfederkupplung (3) ist.

6. Schlag- und/oder Bohrhammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Stellglied (15) einen Steuerstößel (17) umfaßt, der zum Öffnen der Schlingfederkupplung (3) gegen einen Kupplungshaken (16) der Kupplung ein­ fahrbar ist.

7. Schlag- und/oder Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine Konus-, eine Klauen-, eine Scheiben- oder eine Lamellenkupplung ist.

8. Schlag- und/oder Bohrhammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein Hochfrequenz-Drehstrommotor ist.

9. Schlag- und/oder Bohrhammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlagwerk ein Luftfeder-Schlagwerk (7, 8, 9, 10) ist.

10. Schlag- und/oder Bohrhammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Luftfeder-Schlagwerk eine doppelseitig wirkende Luftfeder (9, 10) aufweist.