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Die Erfindung betrifft ein Luftfederschlagwerk
für einen
Schlag- und7oder Bohrhammer.
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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 wird im
Schlagwerksgehäuse
ebenfalls axial beweglich geführt,
wobei sich in einem Hohlraum zwischen dem Antriebskolben und dem
Schlagkolben eine Luftfeder ausbildet, die die Axialbewegung des
Antriebskalbens auf den Schlagkolben überträgt und diesen gegen einen Werkzeugschaft
oder einen Döpper
treibt, wo die Bewegungsenergie des Schlagkolbens schlagartig umgesetzt
wird.
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Ein derartiges Lufüederschlagwerk
weist gegenüber
anderen Typen zahlreiche Vorteile auf. Zum einen erzeugt der verhältnismäßig leichte
Antriebskolben nur geringe Vibrationen im Leerlauf. Weiterhin ist
das Schlagwerk einfach aufgebaut, wodurch die Herstellkosten gering
und die Reparaturmöglichkeiten
gut sind. Zudem weist das Schlagwerk gute Kaltstarteigenschaften
durch eine rasche Erwärmung
infolge der Fettreibung zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben
auf.
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Schwierig gestaltet sich bei einem
derartigen Luftfederschlagwerk jedoch die Auslegung bezüglich Rücksaugverhalten
und Leerlaufverhalten. Wird nämlich
das Schlagwerk derart gestaltet, daß der Schlagkolben nach erfolgtem
Schlag immer zuverlässig
vom Antriebskolben zurückgesaugt
wird, kann dies zur Folge haben, daß der Übergang in den Leerlauf bei
Abheben des Werkzeugs vom zu bearbeitenden Gestein erschwert wird.
In diesem Fall besteht die Gefahr, daß der Schlagkolben auch in
Leerlaufstellung Schläge
durchführt.
Diese sogenannten Leerschläge
sind für
den Bediener höchst
unangenehm und bewirken eine hohe Beanspruchung des Hammers. Wird
das Luftfederschlagwerk jedoch im Hinblick auf einen zuverlässigen Übergang
in den Leerlauf ausgelegt, besteht das Risiko, daß der Schlagkolben
auch im Schlagbetrieb nicht immer vom Antriebskolben zurückgesaugt
wird, was zu einer Unterbrechung des Schlagbetriebs und zu einem unregelmäßigen Arbeiten
führen
kann.
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Aus der
DE-OS 22 62 273 ist ein anderer Schlagwerkstyp
bekannt, bei dem ein Schlagkolben und ein durchmessergleicher Antriebskolben
in einem gemeinsamen Führungsrohr
axial beweglich angeordnet sind. In dem Führungsrohr sind Leeslauföffnungen
angeordnet, die bei einem Abheben des Werkzeugs vom zu bearbeitenden
Gestein durch den Schlagkolben überfahren
werden können,
so daß der Hohlraum
zwischen Schlag- und Antriebskolben mit der Umgebung kommunizieren
kann. Dadurch wird ein Rücksaugeffekt
durch den Antriebskolben vermieden, so daß der Schlagkolben in seiner
vorderen Stellung verbleibt.
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Aus der
DE 196 21 057 A1 ist ein
Luftfederschlagwerk bekannt, bei dem der Schlag des Schlagkolbens
durch eine zusätzliche
Luftfeder vor dem Schlagkolben gedämpft werden kann.
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Aus der
DE-OS 21 24 013 ist ein Luftfederschlagwerk
für elektropneumatische
Hämmer
bekannt, wobei der Leerlaufbetrieb dadurch erreicht werden kann,
dass eine Nut in einem Antriebskolben zu Leerlaufbohrungen in einem
Schlagkolben entsprechend positioniert wird. Das Leerlaufverhalten dieses
Schlagwerks hängt
von der Relativstellung Antriebskolben zu Schlagkolben ab. Die Relativstellung
wiederum ist von dem zu bearbeitenden Material und dem von den Umgebungsbedingungen
beeinflussten Luft-Füllungsgrad
abhängig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
einem Luftfederschlagwerk der in Rede stehenden Art unter Beibehaltung
des zuverlässigen
Rücksaugverhaitens
ein sicheres und zuverlässiges
Leerlaufverhalten zu erreichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein
Luftfederschlagwerk gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerk
ist auf der Innenseite einer die Hählung des Schlagkolbens bildenden
Führungshülse des Schlagkolbens
wenigstens eine sich axial erstreckende Luftausgleichstasche vorgesehen.
Weiterhin erstreckt sich wenigstens eine Leerlauföffnung radial durch
die Führungshülse. Im
Schlagbetrieb besteht keine Verbindung zwischen der Leerlauföffnung und einem
zur Umgebung führenden
Leerlaufkanal im Schlagwerksgehäuse,
so daß auch
der die Luftfeder aufnehmende Hohlraum zwischen dem Antriebskolben
und dem Schlagkolben von der Umgebung abgekoppelt ist. Im Leerlaufbetrieb
hingegen ist die Leerlauföffnung über den
Leerlaufkanal bewegbar, so daß der
Hohlraum über
die Leerlauföffnung
und den Leerlaufkanal mit der Umgebung in Verbindung bringbar ist.
Dies ermöglicht
einen intensiven Luftausgleich im Leerlauf, so daß jegliche
Saugwirkung des Antriebskalbens verhindert werden kann.
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Die Luftausgleichstasche weist vorzugsweise
eine größere axiale
Länge auf
als eine Berührfläche des
Antriebskolbens mit der Führungshülse. Das bedeutet,
daß im
Schlagbetrieb die bei jedem Schlag aus der Luftfeder entwichene
Luft wieder über
die Luftausgleichstasche aufgefüllt
werden kann.
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Bei einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung sind in der Führungshülse mehrere
Leerlauföffnungen
vorgesehen, die hinsichtlich der Axiallage versetzt angeordnet sein
können. Darüber hinaus
können
die Leerlauföffnungen
unterschiedliche Öffnungsquerschnitte
aufweisen. Je nach Anordnung der Leerlauföffnungen und der guerschnitte
ist es möglich,
den Übergang
zwischen Leerlauf- und Schlagbetrieb sanft zu gestalten, was insbesondere
vom Bediener als angenehm empfunden wird und das Ansetzen des Werkzeugs
an exponierten Stellen ermöglicht,
ohne daß das
Werkzeug verspringt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, daß die
Führungshülse mehrere
Gleitflächen
aufweist, an denen sie in dem Schlagwerksgehäuse geführt wird. Zwischen den Gleitflächen sind
Ausnehmungen mit geringerem Radius vorgesehen. Aufgrund der reduzierten
Reibungsflächen und
damit geringeren Reibung zwischen dem Schlagkolben und dem Schlagwerksgehäuse kann ein
besseres Kaltstartverhalten bei tiefen Temperaturen erreicht werden.
Weiterhin lassen sich die Herstellkosten aufgrund der geringeren
zu bearbeitenden Außenfläche vermindern.
Die Leerlauföffnungen sollten
so angeordnet werden, daß sie
jeweils eine Gleitfläche
durchdringen, da dadurch keine zusätzliche Abdichtung zwischen
der Führungshülse des Schlagkolbens
und dem Schlagwerksgehäuse
erforderlich ist.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist in einem zwischen einer Vorderseite des Schlagkolbens
und dem Schlagwerksgehäuse
vorgesehenen vorderen Hohlraum ein Luftdämpfer erzeugbar. Wenn der vordere
Hohlraum beim Übergang
des Schlagkolbens vom Schlagbetrieb in den Leerlaufbetrieb – das heißt bei einer
nach vorne gerichteten Bewegung des Schlagkolbens in Richtung Leerlaufstellung – zeitweilig
von der Umgebung getrennt ist, kann sich in dem Hohlraum ein Luftdruck
aufbauen, so daß ein
Teil der kinetischen Energie des Schlagkolbens an die im Hohlraum
entstehende Luftfeder abgegeben wird.
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Wenn schließlich der Schlagkolben die
Leerlaufstellung erreicht hat, ist bei einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung der vordere Hohlraum über eine
der Ausnehmungen mit der Umgebung in Verbindung bringbar. Dadurch
kann die in dem vorderen Hohlraum komprimierte Luft entweichen,
so daß die
in der Luftfeder gespeicherte Energie durch den Druckabbau abgeführt wird.
Im Ergebnis funktioniert also die Luftfeder auch als Luftdämpfer und
baut kinetische Energie des Schlagkolbens ab, so daß dieser
vor dem Auftreffen auf eine Gehäusestirnwand
und damit Erreichen seiner Leerlaufstellung abgebremst wird Dementsprechend
wird ein zu heftiger Schlag des Schlagkolbens auf das Schlagwerks
vermieden, was auch vom Bediener als angenehm empfunden wird.
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Diese und weitere Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden
Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk
in Schlagstellung;
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 1;
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3 einen
Schnitt durch das Luftfederschlagwerk in Leerlaufstellung; und
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 3.
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Da alle Figuren prinzipiell das gleiche
Luftfederschlagwerk zeigen, jedoch lediglich in unterschiedlichen
Betriebsstellungen, werden auch gleiche Bezugszeichen verwendet.
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An einer Führungsfläche 1 eines Schlagwerksgehäuses 2 wird
ein Schlagkolben 3 axial beweglich geführt. Im Inneren des an einer
Stirnseite hohl ausgebildeten Schlagkolbens 3 wird ein
Antriebskolben 4 geführt,
der in bekannter Weise durch ein Pleuel 5 axial hin- und
hergetrieben wird.
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Zwischen dem Schlagkolben 3 und
dem Antriebskolben 4 bildet sich ein eine Luftfeder umschließender Hohlraum 6 aus.
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Der Schlagkolben 3 weist
wenigstens eine, zweckmäßigerweise
aber zwei, drei oder mehr Luftausgleichstaschen 7 auf,
die sich axial in der Innenseite einer die Höhlung bildenden Führungshülse 8 des
Schlagkolbens 3 mit einer Länge größer als die axiale Länge einer
Berührfläche des
Antriebskolbens 4 mit dem Schlagkolben 3 erstrecken.
Die Luftausgleichstaschen 7 sind gleichmäßig am Umfang
der Führungshülse 8 verteilt.
Der Schlagkolben 3 besteht im wesentlichen aus der Führungshülse 8,
einem Kolbenboden und einem sich von dem Kolbenboden erstreckenden
Kolbenfortsatz 9.
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Vor dem Kolbenfortsatz 9 ist
ein Schaft 10 eines Werkzeugs 11 derart angeordnet,
daß der Schlagkolben 3 mit
seinem Kolbenfortsatz 9 auf den Schaft 10 aufschlagen
kann (1).
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In der Führungshülse 8 sind weiterhin
wenigstens eine, vorzugsweise aber zwei, drei oder mehr Leerlauföffnungen 12 ausgebildet,
die die Führungshülse 8 radial
durchdringen und über
die der Hohlraum 6 mit einem Leerlaufkanal 13 in
Verbindung bringbar ist (3 und 4).
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Die Leerlauföffnungen 12 sind aus
Symmetriegründen
möglichst
gleichmäßig am Umfang
der Führungshülse 8 verteilt
angeordnet, jedoch an anderen Stellen als die Luftausgleichstaschen 7.
Die Symmetrie der Führungshülse 8 und
damit des Schlagkolbens 3 ist vor allem aus Fertigungsgründen anzustreben,
um einen Verzug des Schlagkolbens 3 z. B. beim Schleifen
zu vermeiden. Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform
der Erfindung sind die Leerlauföffnungen 12 jedoch
auch an den gleichen Stellen wie die Luftausgleichstaschen ? angeordnet,
das heißt
sie durchdringen die gegenüber
der Dicke der Führungshülse 8 dünnere Rückwand der
Luftausgleichstaschen 7 nach außen.
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Die Bohrungsachsen der Leerlauföffnungen 12 können senkrecht
zur Schlagachse, das heißt
zur Bewegungsrichtung des Schlagkolbens 3 stehen. Besonders
vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Bohrungsachsen winklig zur Schlagachse
stehen und die Leerlauföffnungen 12 in
der Führungshülse 8 nach vorne
und außen
gerichtet sind. Dadurch wird Fett, das sich bei einem vorangehenden
Hub an der Leerlauföffnung 12 gesammelt
hat, beim Auftreffen des Schlagkolbens 3 auf den Schaft 10 aus
der Leerlauföffnung 12 herausgeschleudert.
Anderenfalls, das heißt
bei rechtwinkliger Stellung zwischen Bohrungsachse der Leerlauföffnungen 12 und
der Schlagachse kann das Problem auftreten, daß die Bohrungen zumindest teilweise
mit Fett verstopfen, was die Zuverlässigkeit beim Übergang
in den Leerlauf herabsetzen könnte.
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Der Leerlaufkanal 13 steht über einen
Verbindungskanal 14 mit der Umgebung, z. B. dem Kurbelraum
des Kurbeltriebs für
den Antriebskolben 4, in Verbindung. Der Leerlaufkanal 13 ist
bei der dargestellten Ausführungsform
als Ringkanal ausgebildet. Selbstverständlich können der Leerlaufkanal 13 und der
Verbindungskanal 14 auch andere Formen aufweisen und z.
B. lediglich aus einer entsprechend großzügigen Aussparung bestehen.
Wichtig ist dabei, daß der
Hohlraum 6 in geeigneter Weise mit der Umgebung in Verbindung
gebracht werden kann, um den gewünschten
Druckausgleich zu erzielen.
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Eine in der Führungsfläche 1 des Schlagwerksgehäuses 2 geführte Außenfläche des
Schlagkolbens 3 wird durch mehrere – hier drei – Gleitflächen 15 gebildet.
Zwischen zwei benachbarten Gleitflächen 15 ist jeweils
eine Ausnehmung 16 vorgesehen.
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Dadurch, daß lediglich ein Teil der Außenfläche des
Schlagkolbens 3 als Gleitfläche 15 bearbeitet
werden muß,
können
Herstellungskosten gespart werden. Weiterhin wird aufgrund der geringeren
Flächenreibung
zwischen dem Schlagkolben 3 und dem Schlagwerksgehäuse 2 ein
verbessertes Kaltstartverhalten erzielt.
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Zwischen einer Vorderseite 17 des
Schlagkolbens 3 und dem Schlagwerksgehäuse 2 ist eine vordere
Luftfeder in einem Hohlraum 18 ausgebildet, wenn die vordere
Gleitfläche 15 eine
Verbindung zum Leerlauikanal 13 unterbricht, wie in den 1 und 2 dargestellt. In der in den 1 und 2 gezeigten Schlagstellung kann sich
der Schlagkolben 3 nicht weiter nach vorne (in den Figuren
nach links) bewegen. Das bedeutet, daß der Luftdruck im Hohlraum 18 im
wesentlichen dem Umgebungsluftdruck entspricht, weil der Schlagkolben 3 in
der gezeigten Stellung gerade erst eine Steuerkante 19 am
Schlagwerksgehäuse 2 überfahren
hat. Die vordere Gleitfläche 15 dichtet
allerdings bereits mit der Führungsfläche 1 des
Schlagwerksgehäuses 2 den
vorderen Hohlraum 18 gegen die Umgebung ab. Wenn dann das
Werkzeug 11 vom zu bearbeitenden Gestein abgehoben wird
und sich daraufhin das Werkzeug 11 mit seinem Schaft 10 aus
dem Schlagwerksgehäuse 2 um
eine bestimmte Strecke nach vorne herausbewegt, kann sich auch der
Schlagkolben 3 im nächsten
Schlagzyklus weiter nach vorne bewegen. Dadurch wird der Hohlraum 18 verkleinert
und die Luft in der Luftfeder komprimiert. Dadurch wird der Schlagkolben 3 abgebremst.
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Wenn schließlich der Schlagkolben 3 die
in 3 und 4 gezeigte Leerlaufstellung erreicht
hat, hat auch eine am vorderen Ende der vorderen Ausnehmung 16 am
Schlagkolben 3 ausgebildete Steuerkante 20 eine
Steuerkante 21 am Schlagwerksgehäuse 2 überfahren.
Dadurch wird der Hohlraum 18 über die Ausnehmung 16 und
den Leerlaufkanal 13 mit der Umgebung in Verbindung gebracht,
woraufhin die komprimierte Luft aus der Luftfeder im Hohlraum 18 entweichen
kann. Das bedeutet, daß die
in der Luftfeder gespeicherte und aus der Vorwärtsbewegung des Schlagkolbens 3 resultierende
Energie ebenfalls an die Umgebung abgeführt wird. Der Schlag des Schlagkolbens 3 gegen
das Schlagwerksgehäuse 2 wird
also bei Erreichen der Leerlaufstellung spürbar gedämpft, so daß die im Hohlraum 18 erzeugte
Luftfeder auch als Luftdämpfer
fungiert. Dadurch, daß die
Luft im Hohlraum 18 in Leerlaufstellung wieder Umgebungsluftdruck
aufweist, wird ein Zurückdrücken des
Schlagkolbens 3 aus der Leerlaufstellung verhindert. Dies
ist erst durch Wiederaufsetzen des Werkzeugs 11 auf das
Gestein möglich, wodurch
der Schaft 10 den Schlagkolben 3 in die Schlagstellung
bewegt.
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Nachfolgend wird die Funktion des
Luftfederschlagwerks erläutert:
In
der in den 1 und 2 dargestellten Schlagstellung überfährt der
Antriebskolben 4 regelmäßig die Luftausgleichstaschen 7 wodurch
jeweils kurzzeitig eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 6 und
der Umgebung, also dem Kurbelraum geschaffen wird. Dadurch kann
ein Luftverlust in der Luftfeder im Hohlraum 6 nach jedem
Schlagzyklus wieder ausgeglichen werden.
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Beim Abheben des Werkzeugs 11 vom
zu bearbeitenden Gestein gleitet der Schaft 10 des Werkzeugs 11 etwas
aus dem Hammergehäuse
heraus, so daß der
Schlagkolben 3 die in den 3 und 4 gezeigte Leerlaufstellung
einnehmen kann. Dabei überfährt wenigstens
eine der Leerlauföffnungen 12 eine
als Steuerkante 22 dienende Hinterkante des Leerlaufkanals 13,
wodurch eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Hohlraum 6 über die
Leerlauföffnung 12,
den Leer-aufkanal 13 und
den Verbindungskanal 14 zur Umgebung geschaffen wird. Damit
kann jegliche Rücksaugwirkung
der Luftfeder im Hohlraum 6 vermieden werden, so daß das Luftfederschlagwerk
zuverlässig
in Leerlaufbetrieb gelangt, ohne daß die Gefahr von Leerschlägen besteht.
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Wie bereits beschrieben, sind vorteilhafterweise
mehrere Leerlauföffnungen 12 in
der Führungshülse 8 vorzusehen,
so daß der Übergang
zwischen Leerlauf- und
Schlagbetrieb nicht plötzlich, sondern
weich durchgeführt
werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Leerlauföffnungen 12 zu
unterschiedlichen Zeitpunkten und mit unterschiedlichen Querschnitten
die Steuerkante 22 überfahren.
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Zusätzlich tritt die bereits oben
beschriebene Wirkung durch die Luftfeder bzw. den Luftdämpfer im vorderen
Hohlraum 18 ein.
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Die durch die Erfindung geschaffene
Möglichkeit,
die Funktionen "Luftausgleich" und "Leerlauf' durch unterschiedliche
Bauelemente – hier:
Luftausgleichstaschen 7 und Leerlauföffnungen 12 – durchzuführen, ermöglicht es,
jede der Funktionen unabhängig
von der anderen zu optimieren und gezielt den Forderungen anzupassen. Über große Luftquerschnitte
bei mehreren Luftaus gleichstaschen 7 kann ein intensiver
Luftausgleich ich zur Luftfeder im Hohlraum 6 stattfinden,
wodurch die Neigung des Luftfederschlagwerks zum Zusammenschlagen,
d. h. Auftreffen des Antriebskolbens 4 auf den Schlagkolben 3,
vermindert wird, während
gleichzeitig das bei ausbleibendem Rückstoß wichtige Rücksaugen
des Schlagkolbens 3 nicht beeinträchtigt wird.
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Die für einen einwandfreien Leerlauf
wichtige axiale Anordnung der Leerlauföffnungen 12 kann innerhalb
großer
Grenzen variiert werden, ohne daß auf die Luftausgleichstaschen 7 Rücksicht
genommen werden muß.
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Durch die Symmetrie des Schlagkolbens 3 entsteht
bei seiner Fertigung praktisch kein Verzug, was die Herstellungskosten
senkt und die Dauerhaltbarkeit erhöht.