DE2835570A1

DE2835570A1 - Bohr- und meisselhammer mit verbrennungsmotorantrieb

Info

Publication number: DE2835570A1
Application number: DE19782835570
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Gloor
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1978-08-14
Filing date: 1978-08-14
Publication date: 1980-02-28
Also published as: IT1125390B; SE436989B; NO150027B; SU1071233A3; CS208125B2; ATA523779A; CH641713A5; HU180243B; GB2027629B; DE2835570C2; IT7923950A0; PL117394B1; DK149510C; AU4923079A; FR2433632A1; DK338679A; AT372327B; NL7904806A; FR2433632B1; BE878204A

Description

DIPMNG. SCHWABS DR.bR. SANDMAIR ^l ^ *

PATENT ANWALTS ·
B MÖNCHEN 80 ■ M AU ERKIRCH ERSTIt 46

Anwaltsakte; 29 430 14.August 1978

HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN (Fürstentum Liechtenstein)

Bohr- und Meisselhammer mit Verbrennungsmotorantrieb

Die Erfindung betrifft einen Bohr- und Meisselhammer mit Schlagwerk und Verbrennungsmotor, wobei die Kurbelwelle des Motors mit einer den Antriebskolben des Schlagwerkes über eine Pleuelstange in eine hin- und hergehende Bewegung versetzenden Kurbel gekoppelt ist.

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Bohr- und Meisselhämmer der oben genannten Art werden vor allem für höhere Abbauleistungen verwendet. Bei den dem Antrieb dienenden Verbrennungsmotoren handelt es sich in der Regel um sogenannte 2-Takt-Motoren. Diese Bauform hat gegenüber einem 4-Takt-Motor den Vorteil eines einfacheren Aufbaues und somit auch eines geringeren Gewichts bei vergleichbarer Leistung. 2-Takt-Motoren sind daher aus Gewichts- und auch aus Preisgründen bei handgeführten Geräten und Maschinen üblich.

Der 2-Takt-Motor muss nach jedem Arbeitshub mit einem Benzin-Luftgemisch gespült werden, dh die im Zylinder vorhandenen Rauchgase werden durch das Gemisch verdrängt und dem Motor wird eine neue, zündfähige Ladung zugeführt. Damit das Gemisch in den Zylinder strömt, ist jedoch eine Pumpe notwendig. Bei praktisch allen 2-Takt-Kleinmotoren wird der Kurbelkasten des Motors als Spülpumpe verwendet. Dies ist jedoch mit einem erheblichen Nachteil verbunden. Die Lagerstellen der Kurbelwelle und des Pleuels sowie die Zylinderwand müssen ausreichend geschmiert werden. Durch das Benzin-Luft-Gemisch wird nun das Schmieröl in kurzer Zeit ausgewaschen, so dass die Maschine ohne Gegenmassnahmen innert kürzester Frist zerstört würde. Um dem abzuhelfen, wird bei 2-Takt-Motoren ein·Benzin-Oel-Gemisch verwendet. Dabei fällt dem OeI die Aufgabe zu, das Triebwerk zu schmieren. Das Benzin ist Energieträger für die Verbrennung.

Da nun das in den Verbrennungsraum gelangende OeI während der Verbrennung des Benzin-Lüftgemisches nur unvollständig verbrennt, tritt es als lästiger, blauer Auspuffrauch in Erscheinung.

Weiterhin ist der Wirkungsgrad von herkömmlichen 2-Takt-Motoren meist geringer als derjenige eines vergleichbaren 4-Takt-Motors. Der kleinere Wirkungsgrad ist hauptsächlich auf die Spülverluste bei der Spülung des Verbrennungsraumes zurückzuführen. Bei grösseren, stationären oder in Fahrzeugen eingebauten Motoren wird

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teilweise ein erheblicher Aufwand für das Spülen des Verbrennungsraumes betrieben. So sind beispielsweise Turbo-Gebläse, Drehschieber-Gebläse oder auch Kolbenpumpen bekannt. Bei tragbaren Geräten, wie beispielsweise Bohr- und Meisseihämmern scheiden solche Massnahmen jedoch aus Gewichtsgründen zum vornherein aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohr- und Meisselhammer mit Verbrennungsmotor zu schaffen, wobei der Motor dank guter Spülung einen hohen Wirkungsgrad erreicht und der Hammer insgesamt ein günstiges Leistungsgewicht aufweist.

Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kurbel des Schlagwerkes in einem gegenüber den übrigen Teilen des Hammers abgetrennten Raum angeordnet ist, der ein Einlassventil aufweist und über eine Abströmöffnung mit den zum Verbrennungsraum führenden Einlassschlitzen des Motors in Verbindung steht.

Wenn der Kurbelraum des Schlagwerkes gegenüber den übrigen Teilen des Hammers abgetrennt ist, kann dieser als Spülpumpe für den Motor verwendet werden. Da das Hubvolumen des Schlagwerkes für einen gegebenen 2-Takt-Motor etwa dem Hubvolumen des Motors entspricht, ist der Schlagwerkskurbelkasten als Spülpumpe für den Motor bestens geeignet. Die Lagerung der Kurbelwelle ist meist im Motorkurbelkasten angeordnet und der Antriebskolben wird üblicherweise vom Schlagwerk her geschmiert. Die Pleuellagerungen des Schlagwerkes können problemlos mit dichten, fettgeschmierten Lagern ausgeführt werden. Eine Schmierung des Schlagwerkkurbelkastens ist daher nicht notwendig. Da der Kurbelraum des Motors mit dem Treibstoff-Luftgemisch bei einem Vergasermotor oder mit der angesaugten Luft bei einem Einspritzmotor nicht in Berührung kommt, kann die Schmierung der Kurbelwellenlager, Pleuellagerungen und der Zylinderlauffläche des Motors nach optimalen Gesichtspunkten ausgelegt werden. So kann beispielsweise eine

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Tauch- oder eine Oelnebelschmierung verwendet werden. Das angesaugte' Treibstoff -Luftgemisch hat somit keine besonderen Schmierfunktionen zu erfüllen. Es ist somit möglich, das Gerät ohne ölhaltiges 2-Takt-Gemisch zu betreiben, was sich auf die Betriebskosten und die Abgase günstig auswirkt.

Die bekannten 2-Takt-Maschinen haben noch einen weiteren Nachteil. Bei der Spülung tritt ein Teil des Treibstoff-Luftgemisches als Spülverluste durch die Auslassschlitze über den Auspufftopf ins Freie. Dies lässt sich bei 2-Takt-Motoren praktisch nicht vermeiden. Die Folgen sind ein hoher Treibstoffverbrauch, da dieser Treibstoff am Verbrennungsprozess nicht mehr teilnimmt sowie ein hoher Anteil an unverbrannten, zumeist giftigen Gasen, die aus dem Auspuff entweichen. Bei den sogenannten Einspritzmotoren ■ wird dies dadurch verhindert, dass man mit reiner Luft spült. Sobald nun der- Kolben die Steuerschlitze überdeckt hat und der Verbrennungsraum somit dicht ist, wird mittels einer Hochdruck-Einspritzdüse Treibstoff eingespritzt. Aus dieser Massnahme resultieren drei Vorteile: Durch das nachträgliche Einspritzen des Treibstoffs wird die Leistung spürbar erhöht, der Treibstoffverbrauch wird entscheidend reduziert und die Abgasqualität wird wesentlich besser. Die erfindungsgemässe Spülung mit dem Schlagwerkkurbelkasten ist sowohl für Vergaser- als auch Einspritzmotoren geeignet.

Durch das Einlassventil wird über einen an sich bekannten Vergaser ein zündfähiges Gemisch oder auch über einen Luftfilter reine Luft angesaugt. Obwohl dieses System speziell für einen nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Verbrennungsmotor geeignet ist, kann damit beispielsweise auch bei einem Viertaktmotor eine sogenannte Aufladung und somit eine Leistungssteigerung erreicht werden. Die erfindungsgemässe Lösung ist besonders einfach und benötigt

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gegenüber einem bekannten, durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Bohr- und Meisselhammer lediglich ein Einlassventil sowie eine Verbindungsleitung von der Abströmöffnung des abgetrennten Raumes zu den Einlassschlitzen des Motors. Die erfindungsgemässen Massnahmen haben somit praktisch keine Gewichtserhöhung zur Folge.

Für einen einfachen Aufbau des Gerätes ist es zweckmässig, dass die der Pleuelstange zugewandte Stirnseite des Antriebskolbens ein Wandteil des gegen die übrigen Teile des Hammers abgetrennten Raumes bildet. Insbesondere bei einem pneumatischen Schlagwerk sind dabei keinerlei zusätzliche Massnahmen notwendig, da der in einem Zylinder hin- und hergehende Antriebskolben bereits gegenüber dem zwischen dem Antriebskolben und einem Schlagkolben angeordneten Luftpolster abgedichtet ist. Die Verdichtung der angesaugten Luft oder des Gemisches im abgetrennten Raum kann durch Festlegen des Kurbelhubes sowie des toten Raumes innerhalb bestimmter Grenzen unabhängig vom Antriebsmotor optimal festgelegt werden. . ■■ ■

Durch einen von den übrigen Teilen des Hammers abgetrennten Raum ergeben sich gegenüber einem bekannten Gerät, in dem die Kurbel des Schlagwerkes und die Kurbel des Antriebsmotors im selben Raum angeordnet sind, neue Möglichkeiten. Bei einem herkömmlichen Zweitaktmotor wird das Luft-Treibstoffgemisch ins Kurbelgehäuse des Motors angesaugt und während der Expansionsphase des Verbrennungsraumes im Kurbelgehäuse vorverdichtet. Kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes werden durch den Kolben die Ueberströmkanäle freigegeben und das vorverdichtete Gemisch kann vom Kurbelgehäuse in den Verbrennungsraum einströmen. Beim Weiterdrehen der Kurbel nimmt jedoch der Druck im Kurbelgehäuse sowie auch dem Ueberströmkanal wieder ab, sodass das Einströmen in den Verbren-

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nungsraum verlangsamt wird. Aus diesem Grunde ist nur ein unvollständiges Spülen des Verbrennungsraumes möglich. Wird andererseits der Spüldruck durch Verkleinerung des Kurbelraumes erhöht, so besteht die Gefahr, dass ein zu grosser Teil des zündfähigen Gemisches als Spülverlust unverbrannt durch die Auspuffschlitze entweicht, was wiederum zu einem erhöhten Treibstoffverbrauch führt. Um nun den Spüldruck dem Spülvorgang optimal anpassen zu können, ist es vorteilhaft, dass die Kurbel des Schlagwerkes zur Kurbelwelle des Motors derart versetzt ist, dass das Schlagwerk gegenüber dem Motor mit einem Kurbelversatz von 10 bis 60 nacheilt. Somit ist es möglich, dass ausgehend von der unteren Totpunktstellung des Motorkolbens, beim Weiterdrehen der Kurbelwelle ein ausreichender Spüldruck vorhanden ist, bis die Einlass- oder Ueberströmschlitze durch den Kolben wieder abgedeckt werden. Da das Schlagwerk mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, bleibt dieser Kurbelversatz stets gleich.

In der Praxis hat es sich als zweckmässig erwiesen, dass der Kurbelversatz 40 beträgt. Dadurch wird bei gegebener Stellung der Einlass- oder Ueberströmschlitze bewirkt, dass ein genügender Spüldruck bis zum Schliessen der Einlass- oder Ueberströmschlitze vorhanden ist, was ein Rückströmen der Spülluft verhindert und eine weit bessere Spülung ermöglicht, als dies mit einer Kurbelkastenspülung erreichbar ist. Andererseits ist beim Oeffnen der Einlassschlitze das Druckgefälle zwischen dem Spüldruck und dem Druck im Verbrennungsraum gering, sodass sich im Verbrennungsraum eine Strömung ausbilden kann und das neu einströmende Gemisch die verbrannten Gase grösstenteils durch die Auspuffschlitze verdrängt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen :

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Fig. 1 Einen erfindungsgemässen Bohr- und Meisselhammer, teilweise im Schnitt dargestellt.

Fig. 2 Die Triebwerksteile des Schlagwerkes und des

Motors in der oberen Totpunkt-Stellung· des Antriebskolbens, entsprechend der Linie A-A in Fig. 1.

Fig. 3 Die Triebwerksteile in der unteren Totpunkt-Stellung des Antriebskalbens.

Der aus Fig. 1 ersichtliche Bohr- und Meisselhammer besteht im wesentlichen aus einem insgesamt mit 1 bezeichneten Gehäuse. Am rückwärtigen Ende des Gehäuses 1 ist ein Handgriff 2 befestigt. Auf der dem Handgriff 2 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 1 ist ein Werkzeughalter 3 angeordnet. Im Gehäuse 1 ist eine insgesamt mit 4 bezeichnete Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehbar gelagert. Ein Pleuel 5 ist an einer Kurbelwange 4a drehbar befestigt. Der Pleuel 5 ist wiederum mit einem Kolben 6 verbunden. Der Kolben 6 ist seinerseits in einem Zylinder Ic geführt. Am oberen Ende der Kurbelwelle 4 ist eine insgesamt mit 7 bezeichnete Kurbel über ein Gewinde 4b mit der Kurbelwelle 4 verbunden. An einem Kurbelzapfen 7a ist eine Pleuelstange 8 des Schlagwerkes befestigt. Die Pleuelstange 8 ist ihrerseits wiederum mit einem Antriebskolben 9 beispielsweise für ein pneumatisches Schlagwerk, verbunden. Der Antriebskolben 9 ist in einer Laufbüchse 10 geführt. Das Schlagwerk ist somit mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Am Gehäuse 1 im Bereiche der Kurbel 7 ist ein insgesamt mit 11 bezeichnetes Einlassventil angeordnet. Im Einlassventil wird eine Kugel 11a mittels einer" Feder 11b gegen einen Ventilsitz lic gedrückt. Das Einlassventil 11 hat somit die Funktion eines Rückschlag- oder Einwegventils. Wenn sich der Antriebskolben 9, in Richtung des Werkzeughalters 3 bewegt, wird durch das

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Einlassventil 11 Luft oder allenfalls ein Treibstoff-Luftgemisch in einen Raum la, in dem sich die Kurbel 7 und die Pleuelstange bewegen, angesaugt. Der Raum la ist gegenüber den übrigen Teilen des Gehäuses 1 durch eine Dichtung 12 abgedichtet. Der Raum la weist weiterhin eine Abströmöffnung Id auf. Eine Rohrleitung führt von der Abströmöffnung Id zu einem Einlassschlitz Ie im Zylinder Ic. Wenn der Antriebskolben 9 seine Richtung ändert und sich wieder gegen den Handgriff 2 bewegt, wird der Raum la verkleinert und die darin angesäugte Luft oder das Treibstoff-Luftgemisch durch die Rohrleitung 13 ausgestossen. Wenn der Kolben 6 den Einlassschlitz Ie freigibt, kann die Luft in den Verbrennungsraum Ib einströmen. Dabei werden die nach der Zündung im Verbrennungsraum Ib enthaltenen, verbrannten Abgase durch einen Auspuffschlitz If verdrängt. Dieser Vorgang wird in der Fachsprache auch als Spülung bezeichnet. Bei einem sogenannten Vergasermotor wird mit einem zündfähigen Treibstoff-Luftgemisch gespült. Dies ergibt an sich den Nachteil, dass ein Teil des Gemisches ebenfalls durch die Auspuffschlitze If entweichen kann und der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors herabgesetzt wird. Beim sogenannten Einspritzmotor wird dagegen mit reiner Luft gespült. Der Treibstoff wird durch eine Düse erst dann in den Verbrennungsraum Ib eingespritzt, wenn sowohl der Einlassschlitz Ie als auch der Auspuffschlitz If geschlossen sind. Dies wirkt sich wiederum günstig auf den Wirkungsgrad aus. Am unteren Ende der Kurbelwelle 4 ist ein bei Verbrennungsmotoren übliches Schwungrad 14 angeordnet. Das Schwungrad 14 dient einerseits als Ausgleich zwischen der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors und der Leistungsaufnahme des Motors während der Verdichtungsphase sowie der Schlagarbeit des Schlagwerkes. Ausserdem wird das Schwungrad zusätzlich als Generator zur Erzeugung der Zündspannung und als Lüfterrad für einen Kühlluftstrom, der durch eine Abdeckung 15 angesaugt und am Zylinder Ic vorbeigeblasen wird, verwendet.

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Aus dem in Fig. 2 ersichtlichen Schnitt durch das Gerät entsprechend der Linie A-A in Fig. 1 sind die wesentlichen Triebwerksteile des Gerätes ersichtlich. Der Antriebskolben 9 befindet sich dabei in seiner oberen Totpunktstellung. Bezüglich der Drehrichtung D hat der Kolben 6 dagegen seine obere Totpunktlage bereits überschritten. Der Kurbelzapfen 7a des Schlagwerks ist somit gegenüber der Kurbelwange 4a des Verbrennungsmotors um einen Winkel 06 versetzt, wobei das Schlagwerk dem Verbrennungsmotor um diesen Winkel o£ nacheilt. Beim Weiterdrehen der Kurbel 7 wird der Raum la wieder verkleinert und die darin enthaltene Luft oder das Luft-Treibstoffgemisch durch die Abströmöffnung Id ausgestossen. Dieses Nacheilen des Schlagwerkes gegenüber dem Verbrennungsmotor hat im Vergleich zu einem üblichen Zweitaktmotor, bei dem das Kurbelgehäuse des Motors als Spülpumpe wirkt den Vorteil, dass während des gesamten Spülvorganges der Spüldruck über demjenigen im Verbrennungsraum liegt, sodass ein Rückströmen verhindert wird.

Fig. 3 zeigt die selben Triebwerksteile wie Fig. 2, jedoch in der unteren Totpunktlage des Antriebskolbens 9. Der Kolben 6 bewegt sich dabei bereits wieder von der Kurbel 7 weg. Dabei wird das vom Raum la durch die Abströmöffnung Id und den Einlassschlitz Ie in den Verbrennungsraum gelangte Treibstoff-Luftgemisch verdichtet. In dieser Stellung ist der Leistungsbedarf des Schlagwerks gering. Die im Schwungrad gespeicherte Energie kann somit praktisch voll für die Verdichtung des im Verbrennungsraum Ib enthaltenen Treibstoff-Luftgemisches verwendet werden. Somit wirkt sich die Phasenverschiebung zwischen Schlagwerk und Verbrennungsmotor ebenfalls günstig aus.

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4f.

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Claims

— *■ π· B E R G E Patentansprüche O'PL.-ί,ν ■ MOnch

1. Bohr- und Meisselhammer mit Schlagwerk und Verbrennungsmotor, wobei die Kurbelwelle des Motors mit einer den Antriebskolben des Schlagwerkes über eine Pleuelstange in eine hin- und hergehende Bewegung versetzenden Kurbel gekoppelt ist, dadurch gekennzei c h η e t , dass die Kurbel (7) des Schlagwerkes in einem gegenüber den übrigen Teilen des Hammers abgetrennten Raum (la) angeordnet ist, der ein Einlassventil (11) aufweist und über eine Abströmöffnung (Id) mit den zum Verbrennungsraum (Ib) führenden Einlassschlitzen (Ie) des Motors in Verbindung steht.

2. Bohr- und Meisselhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Pleuelstange (8) zugewandte Stirnseite des Antriebskolbens (9) ein Wandteil des gegen die übrigen Teile des Hammers abgetrennten Raumes (la) bildet.

3* Bohr- und Meisselhammer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbel (7) des Schlagwerkes zur Kurbelwelle (4) des Motors derart versetzt ist, dass das Schlagwerk gegenüber dem Motor mit einem Kurbelversatz von 10 bis 60° nacheilt.

4. Bohr- und Meisselhammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelversatz 40 beträgt.

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