DE19843645C1 - Luftfederschlagwerk mit Leerlaufsteuerung - Google Patents

Abstract

Ein Schlagwerk für einen Schlag- und/oder Bohrhammer weist einen in einem Schlagwerksgehäuse (21) axial hin- und herbewegbaren Schlagkolben (22) auf, in dessen Innerem ein Antriebskolben (3) über ein Pleul (4) axial beweglich angetrieben wird. Der Schlagkolben (22) weist Luftausgleichsschlitze (24) auf, über die im Schlagbetrieb Luft zu einer sich in einem Hohlraum (23) ausbildenden Luftfeder geführt werden kann. In Leerlaufstellung des Schlagwerks werden die Luftausgleichsschlitze (24) über einen ringförmigen Leerlaufkanal (27) bewegt, so daß eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Hohlraum (23) und der Umgebung herstellbar ist. Dadurch wird wirksam eine Saugwirkung der Luftfeder durch den sich weiterhin bewegenden Antriebskolben (3) vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfederschlagwerk für einen Schlag- und/oder Bohr­ hammer.

Aus der US 4,290,492 ist ein Luftfederschlagwerk bekannt, bei dem durch einen Schlitz im Schlagwerksgehäuse sowie durch eine Leerlaufbohrung und eine se­ parate Belüftungsbohrung ein System zur Belüftung der Luftfeder und zur Er­ zeugung des Leerlaufs gebildet wird. Das beschriebene Schlagwerk weist einen massiven Schlagkolben auf, der in einem hohlen Antriebskolben axial geführt wird.

Unter den heute üblichen Schlagwerkstypen für Bohr- oder Schlaghämmer hat sich unter anderem eine Bauart bewährt, bei der ein Antriebskolben durch einen Kurbeltrieb in einem hohl ausgebildeten, auch als Hohlschläger bezeichneten Schlagkolben axial hin- und herbewegt wird. Der Schlagkolben wiederum wird im Schlagwerksgehäuse ebenfalls axial beweglich geführt. In einem Hohlraum zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben bildet sich eine Luftfeder aus, die die Axialbewegung des Antriebskolbens auf den Schlagkolben überträgt und diesen gegen einen Werkzeugschaft oder einen Döpper treibt, wo die Bewe­ gungsenergie des Schlagkolbens schlagartig umgesetzt wird.

Ein derartiger Schlagwerkstyp weist gegenüber anderen Typen verschiedene Vor­ teile auf. Zum einen kann der Antriebskolben sehr leicht ausgeführt werden und erzeugt damit geringe Vibrationen im Leerlauf. Weiterhin ist das Schlagwerk vergleichsweise einfach aufgebaut, wodurch die Herstellkosten gering und die Reparaturmöglichkeiten gut sind. Zudem weist das Schlagwerk gute Kaltstart­ eigenschaften durch eine rasche Erwärmung infolge der Fettreibung zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben auf.

Nachteilig jedoch ist bei dem beschriebenen Schlagwerkstyp die starke Rück­ stoßabhängigkeit des Schlagkolbens, der aufgrund der mäßigen Rücksaugeigen­ schaften nicht immer zuverlässig vom Antriebskolben nach dem Schlag zurück­ gesaugt wird, um den nächsten Schlagzyklus durchzuführen. Vielmehr ist es für einen ordnungsgemäßen Schlagbetrieb erforderlich, daß der Schlagkolben vom Werkzeugschaft kraftvoll zurückprallt. Weiterhin besteht eine Anfälligkeit für Leerschläge, was bedeutet, daß der Schlagkolben auch in einem Zustand, in dem das Werkzeug vom zu bearbeitenden Gestein abgehoben ist, Schläge gegen das Werkzeug ausübt.

Zur Behebung dieser Nachteile wurde ein Schlagwerk vorgeschlagen, das in Fig. 2 in Schnittdarstellung gezeigt wird, wobei in der oberen Hälfte von Fig. 2 das Schlagwerk in Leerlaufstellung und in der unteren Hälfte von Fig. 2 in Schlag­ stellung dargestellt ist.

In einem auch als Schlagwerksrohr bezeichneten Schlagwerksgehäuse 1 ist ein auf einer Stirnseite hohl ausgebildeter Schlagkolben 2 gleitend geführt. Im Inne­ ren der Höhlung des Schlagkolbens 2 wird ein Antriebskolben 3 axial beweglich geführt, der über ein Pleuel 4 von einem ansonsten nicht dargestellten, bekann­ ten Kurbeltrieb in eine oszillierende Axialbewegung versetzt wird. In einem Hohl­ raum 5 zwischen dem Antriebskolben 3 und dem Schlagkolben 2 befindet sich Luft, die bei der Bewegung des Antriebskolbens 3 wie eine Luftfeder wirkt und die Bewegungsenergie des Antriebskolbens 3 auf den Schlagkolben 2 überträgt, welcher dann etwas verzögert der Bewegung des Antriebskolbens 3 folgt und ge­ gen einen Werkzeugschaft 6 eines nicht weiter dargestellten Werkzeugs aufschlägt, wo­ durch der Arbeitsschlag durchgeführt wird.

Aufgrund von Spaltundichtigkeiten entweicht bei jedem Schlag aus dem Hohl­ raum 5 Luft, die nach dem Schlagzyklus wieder aufgefüllt werden muß, weil sonst andernfalls nach einigen Schlägen die Luftfeder erschöpft wäre. Zu diesem Zweck ist an der Innenseite des Schlagkolbens 2 eine Luftausgleichstasche 7 vorgesehen, deren axiale Länge etwas größer ist als die axiale Länge des Antriebskolbens 3.

Zum Zeitpunkt der theoretischen Schlagstellung stehen der Antriebskolben 3 und der Schlagkolben 2 in einer Stellung zueinander, in der der Hohlraum 5 über die Luftausgleichstasche 7 mit der Umgebung kommuniziert, wodurch der Luftvorrat im Hohlraum 5 aufgefüllt werden kann. Danach überfährt der An­ triebskolben 3 nach einem bestimmten Rückhub eine hintere Stirnseite der Luf­ tausgleichstasche 7 und unterbricht somit die Verbindung des Hohlraums 5 zur Umgebung, wodurch der Schlagkolben 2 rückgesaugt wird und der Schlagbetrieb fortgesetzt werden kann.

Beim Abheben des Werkzeugs vom zu bearbeitenden Gestein gleitet der Werk­ zeugschaft 6 etwas aus dem Gehäuse des Bohr- oder Schlaghammers heraus, wodurch sich auch der Schlagkolben 2 nach vorne, d. h. in Schlagrichtung ver­ lagern kann, wie als Leerlaufstellung in der oberen Hälfte von Fig. 2 dargestellt.

Gegenüber von der Luftausgleichstasche 7 ist ebenfalls auf der Innenseite des Schlagkolbens 2 eine Leerlauftasche 8 ausgebildet, die sich bis zu der offenen Stirnseite des Schlagkolbens 2 erstreckt.

Wenn die vordere Stirnseite des Antriebskolbens 3 eine Steuerkante 9 an der Leerlauftasche 8 überfahren hat, wird eine großquerschnittige Verbindung zwi­ schen dem Hohlraum 5 und der Umgebung über die Leerlauftasche 8 ermög­ licht, wodurch jegliche Saugwirkung der Luftfeder im Hohlraum 5 unterbunden wird und das Schlagwerk im Leerlauf verbleibt.

Für die ordnungsgemäße Funktion des Schlagwerks ist die Lage der Steuerkante 9 von Bedeutung. Liegt die Steuerkante 9 zu weit vorne, wird das Schlagwerk stark rückstoßabhängig. Bei ausbleibendem Rückstoß wird der Schlagkolben 2 durch den sich bei Rückbewegung des Antriebskolbens 3 ausbildenden Unter­ druck nur relativ schwach und mit zeitlicher Verzögerung nach hinten be­ schleunigt, wodurch es während des Schlagbetriebs zu unerwünschtem Über­ steuern der Steuerkante 9 und der Leerlauftasche 8 durch den Antriebskolben 3 kommen kann, so daß das Schlagwerk ungewollt in Leerlauf gerät.

Ist andererseits die Steuerkante 9 zu weit hinten angeordnet, so wird das Schlagwerk anfällig für das Leerschlagen, da auch in der Leerlaufstellung bei starkem Rückstoß des Schlagkolbens 2 der Antriebskolben 3 mit seiner Vorder­ kante nicht mehr die Steuerkante 9 der Leerlauftasche 8 übersteuert, so daß der Hammer durch die von ihm aufzunehmenden Leer­ schläge geschädigt werden kann. Auch der Bediener wird durch die starken Vi­ brationen des Hammers in Mitleidenschaft gezogen.

Die beiden beschriebenen negativen Effekte lassen sich theoretisch durch große Leerlaufwege vermeiden, was jedoch den Bauraum des Schlagwerks erheblich vergrößert.

Um den Bauraum in einem geeigneten Rahmen zu halten, wurde daher ein Schlagwerk mit einem Ringkanal 10 vorgeschlagen, der auf der Innenseite des Schlagkolbens 2 ausgebildet ist und die Luftausgleichstasche 7 mit der Leer­ lauftasche 8 verbindet, wie in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Variante jedoch ist die Schlagfunktion sehr stark abhängig von der Spaltweite des eine Drossel­ funktion ausübenden Ringkanals 10, die aus fertigungstechnischen Gründen Streuungen unterliegt. Um eine zuverlässige Schlagfunktion zu erhalten, muß der Ringkanal mit hoher Qualität gefertigt werden, was die Herstellkosten deut­ lich erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftfederschlagwerk mit hohlem Schlagkolben anzugeben, bei welchem die oben beschriebenen Nachteile vermie­ den werden, ohne daß auf die genannten Vorteile verzichtet werden muß.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Luftfederschlagwerk gemäß Patentanspruch 1.

Das erfindungsgemäße Luftfederschlagwerk zeichnet sich dadurch aus gekennzeichnet, daß in einer Führungshülse des Schlagkolbens wenigstens ein Luftausgleichsschlitz ausgebildet ist, daß in dem Schlagwerksgehäuse ein mit der Umgebung kommu­ nizierender Leerlaufkanal ausgebildet ist, daß im Leerlaufbetrieb des Schlagwerks der wenigstens eine Luftausgleichsschlitz über den Leerlaufkanal bewegbar ist und der Hohlraum über den wenigstens einen Luftausgleichsschlitz und den Leerlaufkanal mit der Umgebung in Verbindung bringbar ist, und daß im Schlagbetrieb keine Verbindung zwischen dem Luftausgleichsschlitz und dem Leerlaufkanal besteht.

Die Funktion der bisher bekannten Leerlauftasche wird erfindungsgemäß durch den wenigstens einen Luftausgleichsschlitz übernommen, wobei der Schlitz die zum Schlagkolben gehörende Führungshülse vollständig von innen nach außen durchdringt.

Der ortsfest im Schlagwerksgehäuse ausgebildete Leerlaufkanal wird im Schlag­ betrieb durch die Führungshülse abgedeckt, während er im Leerlaufbetrieb des Schlagwerks zumindest von einem Teil des Luftausgleichsschlitzes überfahren wird, wodurch eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Hohlraum im Inneren des Schlagkolbens zur Umgebung hergestellt werden kann.

Für eine zuverlässige Funktion des Luftausgleichsschlitzes ist es zweckmäßig, daß sich der Luftausgleichsschlitz axial in der Führungshülse erstreckt und eine größere axiale Länge aufweist, als eine Berührfläche des Antriebskolbens mit der Führungshülse. Damit ist eine ausreichende Belüftung der Luftfeder bei entsprechender Relativstellung von Antriebs- und Schlagkolben möglich.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schlagwerks liegt in einem er­ heblich unproblematischeren Schlagverhalten, da sich durch das Fehlen von für den Leerlaufbetrieb zur Vermeidung des Rücksaugens erforderlichen Leerlaufta­ schen ein erheblich besseres Rücksaugverhalten im Schlagbetrieb und damit ein gleichmäßigeres Schlagen erzielen läßt. Andererseits läßt sich durch die gehäu­ sefeste Steuerkante des Leerlaufkanals der Übergang zwischen Schlag- und Leerlaufbetrieb präzise einstellen.

Das erfindungsgemäße Schlagwerk ist darüber hinaus kostengünstig in der Herstellung und baut kompakt.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk, wobei in einer oberen Hälfte eine Leerlaufstellung und in einer unteren Hälfte eine Schlagstellung dargestellt ist; und

Fig. 2 einen Schnitt durch ein bekanntes Luftfederschlagwerk in Leer­ lauf- und Schlagstellung.

Fig. 1 zeigt - entsprechend der bereits beschriebenen Fig. 2 - einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk in Leerlauf- und Schlagstel­ lung.

Soweit gleiche Bauteile wie bei dem bereits bekannten Luftfederschlagwerk aus Fig. 2 verwendet werden, werden auch gleiche Bezugszeichen benutzt. Auf eine erneu­ te Beschreibung wird verzichtet.

An einer Führungsfläche 20 eines Schlagwerksgehäuses 21 wird ein Schlag­ kolben 22 axial beweglich geführt. Im Inneren des an einer Stirnseite hohl aus­ gebildeten Schlagkolbens 22 wird ein Antriebskolben 3 geführt, der in bekann­ ter Weise durch ein Pleuel 4 axial hin- und hergetrieben wird.

Zwischen dem Schlagkolben 22 und dem Antriebskolben 3 bildet sich ein Hohl­ raum 23 aus, in dem in bekannter Weise eine Luftfeder erzeugbar ist.

Der Schlagkolben 22 weist wenigstens einen, zweckmäßigerweise aber zwei oder drei Luftausgleichsschlitze 24 auf, die sich axial in einer Führungshülse 25 des Schlagkolbens 22 mit einer Länge größer als die axiale Länge einer Berührfläche 26 des Antriebskolbens 3 mit dem Schlagkolben 22 erstrecken. Der Schlagkol­ ben 22 besteht im wesentlichen aus der Führungshülse 25, einem Kolbenboden und einem sich vom Kolbenboden erstreckenden Kolbenfortsatz.

In der Führungsfläche 20 des Schlagwerksgehäuses 21 ist ein Leerlaufkanal 27 ringförmig ausgebildet, der über einen Verbindungskanal 28 mit der Umgebung, z. B. dem Kurbelraum des Kurbeltriebs für den Antriebskolben 3, in Verbindung steht.

Nachfolgend wird die Funktion des Luftfederschlagwerks erläutert.

In dem in der unteren Hälfte von Fig. 1 dargestellten Schlagbetrieb überfährt der Antriebskolben 3 regelmäßig die Luftausgleichsschlitze 24, wodurch jeweils kurzzeitig eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 23 und der Umgebung, also dem Kurbelwellenraum, geschaffen wird, wodurch die Luftfeder im Hohlraum 23 nach jedem Schlagzyklus wieder aufgeladen werden kann. Eine wirksame kom­ munizierende Verbindung zwischen den Luftausgleichsschlitzen 24 und dem Leerlaufkanal 27 besteht im Schlagbetrieb nicht. Lediglich durch den engen Spalt zwischen der Führungsfläche 20 und der Außenfläche des Schlagkolbens 22 kann gegebenenfalls etwas Luft strömen, wobei derartige Verluste vernach­ lässigbar sind.

Bei Abheben des mit seinem Werkzeugschaft 6 dargestellten Werkzeugs vom zu bearbei­ tenden Gestein gleitet der Werkzeugschaft 6 etwas aus dem Hammergehäuse heraus, so daß der Schlagkolben 22 die in der oberen Hälfte von Fig. 1 gezeigte Leerlaufstellung einnehmen kann. Dabei überfährt eine an einer Stirnseite von jedem der Luftausgleichsschlitze 24 befindliche Steuerkante 29 eine ebenfalls als Steuerkante dienende Hinterkante 30 des Leerlaufkanals 27, wodurch eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Hohlraum 23 über die Luftaus­ gleichsschlitze 24, den Leerlaufkanal 27 und den Verbindungskanal 28 zur Um­ gebung geschaffen wird. Damit kann jegliche Rücksaugwirkung der Luftfeder im Hohlraum 23 vermieden werden, so daß das Luftfederschlagwerk zuverlässig in Leer­ laufstellung gerät, ohne daß die Gefahr von Leerschlägen besteht.

Claims (5)

1. Luftfederschlagwerk für einen Schlag- und/oder Bohrhammer mit

• 1. einem Schlagwerksgehäuse (21);
• 2. einem axial hin- und herbewegbaren Schlagkolben (22), der an einer Stirnseite hohl ausgebildet ist und eine in dem Schlagwerksgehäuse (21) geführte Führungshülse (25) aufweist;
• 3. einem in der Führungshülse (25) des Schlagkolbens (22) geführten axial hin- und herbewegbaren Antriebskolben (3);
• 4. einem zwischen dem Antriebskolben (3) und dem Schlagkolben (22) ausgebildeten und eine Luftfeder aufnehmenden Hohlraum (23), wobei
• 5. sich in der Führungshülse (25) des Schlagkolbens (22) wenigstens ein Luftausgleichsschlitz (24) axial erstreckt;
• 6. in dem Schlagwerksgehäuse (21) ein mit der Umgebung kommunizieren­ der Leerlaufkanal (27) ausgebildet ist;
• 7. im Schlagbetrieb keine Verbindung zwischen dem Luftausgleichsschlitz (24) und dem Leerlaufkanal (27) besteht; und wobei
• 8. im Leerlaufbetrieb des Luftfederschlagwerks der wenigstens eine Luft­ ausgleichsschlitz (24) über den Leerlaufkanal (27) bewegbar ist und der Hohl­ raum (23) über den wenigstens einen Luftausgleichsschlitz (24) und den Leer­ laufkanal (27) mit der Umgebung in Verbindung bringbar ist.

2. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Luftausgleichsschlitz (24) eine größere axiale Länge auf­ weist, als eine Berührfläche (26) des Antriebskolbens (3) mit der Führungs­ hülse (25).

3. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Luftausgleichsschlitz (24) die Führungshülse (25) von innen nach außen durchdringt und im Schlagbetrieb an seiner radialen Außen­ seite durch das Schlagwerksgehäuse (21) abgedeckt ist.

4. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leerlaufkanal (27) in einer den Schlagkolben (22) führenden Führungsfläche (20) des Schlagwerksgehäuses (21) ringförmig aus­ gebildet ist.

5. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leerlaufkanal (27) über einen Verbindungskanal (28) mit der Umgebung kom­ muniziert.