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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bohrhämmer und insbesondere auf Bohrhämmer mit einem
Luftkissen-Schlagmechanismus.
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Solche
Bohrhämmer
weisen normalerweise einen Werkzeughalter auf, der einen Bohrhammerwerkzeugeinsatz
oder einen Meißelwerkzeugeinsatz zum
Einwirken auf ein Werkstück
halten kann, und einen Luftkissen-Schlagmechanismus, der einen Kolben
und einen Döpper
aufweist, die verschiebbar in einem Zylinder angeordnet sind, so
dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in dem Zylinder den Döpper veranlasst,
auf einen in dem Werkzeughalter angeordneten Werkzeugeinsatz aufzutreffen.
Solche Bohrhämmer
können
jedoch in mehr als einer Betriebsart verwendet werden. So kann zum
Beispiel ein Bohrhammer in der Lage sein, in einer reinen Hammer-
oder sogenannten "Meißel"-Betriebsart verwendet
zu werden, in der sich der Kolben in dem Zylinder hin- und herbewegt,
um den Döpper
zu veranlassen, ohne jegliche Drehung des Werkzeugs auf den Werkzeugeinsatz
aufzutreffen, oder er kann alternativ in einer reinen Bohr-Betriebsart
verwendet werden, in der der Zylinder ein Teil einer mit dem Werkzeughalter
verbundenen Spindel sein kann und veranlasst wird, sich um den Kolben
zu drehen, und dadurch bewirkt, dass sich der in den Werkzeughalter
eingesetzte Werkzeugeinsatz dreht. Der Bohrhammer kann auch in einer
Kombinations-Bohrhammer-Betriebsart
verwendet werden, in der sich der Kolben in dem Zylinder hin- und
herbewegt und bewirkt, dass der Döpper auf den Werkzeugeinsatz
auftrifft, während
sich gleichzeitig der Zylinder um die Achse des Kolbens dreht und
dadurch eine Drehung des Werkzeugeinsatzes erzeugt.
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Als
ein Beispiel ist ein solcher Bohrhammer in der
WO 98/47670 beschrieben. Dieser Bohrhammer
weist einen Antriebsmotor auf, der mit seiner Ankerwelle in rechtem
Winkel zu der Achse der Hammerspindel angeordnet ist und einen einfachen Schaltmechanismus
hat, der den Bohrhammer zwischen einer reinen Drehbetriebsart, einer
reinen Meißelbetriebsart
und einer Kombination von Dreh- und Meißelbetriebsart schalten kann.
Die Ankerwelle eines Elektromotors ist mit einer Antriebswelle gekoppelt,
an der ein Ende eines Kurbelarms befestigt ist, wodurch bewirkt
wird, dass sich der Kolben in einem horizontal ausgerichteten Zylinder
hin- und herbewegt, wenn sich die Antriebswelle dreht. Der Kolben ist
mit einem ebenfalls in dem Zylinder angeordneten Schlagkörper durch
einen Luftspalt verbunden, so dass die Hin- und Herbewegung des
Kolbens den Schlagkörper
veranlasst, sich hin- und herzubewegen und auf einen vor dem Schlagkörper angeordneten
Döpper
zu treffen, wodurch bewirkt wird, dass der Döpper auf das hintere Ende des
in den Werkzeughalter eingesetzten Werkzeugeinsatzes schlägt. Die Betriebsart
kann durch einen Schalter in eine Drehbetriebsart verändert werden,
in der der Kolbenkurbelarm von der Antriebswelle abgekoppelt ist
und statt dessen der Zylinder veranlasst wird, sich um den Kolben,
den Schlagkörper
und den Döpper
zu drehen, wodurch bewirkt wird, dass sich der Werkzeugeinsatz in
dem Werkzeughalter dreht. Durch Bewegen des Schalters in eine dritte
Stellung kann der Kolben veranlasst werden, sich hin- und herzubewegen,
während
sich der Zylinder dreht, um dadurch den Werkzeugeinsatz in die Bohrhammer-
oder die Meißel-Betriebsart
zu bringen.
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Die
Kosten für
einen solchen Hammer und auch die durch die sich hin- und herbewegenden
Teile verursachte Schwingung könnten
verringert werden, wenn sie aus einem Kunststoffmaterial anstatt aus
Metall hergestellt wären.
Die Herstellung des Kolbens aus einem solchen Material verursacht
jedoch aufgrund der viel niedrigeren Wärme-Leitfähigkeit des Kunststoffmaterials
gegenüber
der von Metallen Probleme in Bezug auf die Erzeugung von Wärme im Kolben
während
des Betriebs.
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Die
U.S. 4 280 359 offenbart
ein Schlagwerkzeug gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bohrhammer zur Verfügung gestellt, mit:
- (a) einem Werkzeughalter,
- (b) einem Luftkissen-Schlagmechanismus, der einen Kolben und
einen Döpper
aufweist, die verschiebbar in einem Zylinder angeordnet sind, so dass
eine Hin- und Herbewegung des Kolbens im Zylinder den Döpper veranlasst,
auf einen Werkzeugeinsatz, der in dem Werkzeughalter angeordnet
ist, zu treffen, und
- (c) einer Einrichtung, um den Zylinder zusätzlich zu oder anstatt der
Hin- und Herbewegung des Kolbens zu veranlassen, sich zu drehen,
um einen Werkzeugeinsatz, der in dem Werkzeughalter angeordnet ist,
zu veranlassen, sich zu drehen,
wobei der Kolben mittels
einer Ringdichtung im Zylinder gedichtet ist, die in einer Ringnut
im Kolben angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben
aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist und die Ringdichtung einen
inneren Durchmesser hat, der größer als
der Durchmesser der radial nach außen gerichteten Fläche der
Nut ist, und dass die Nut eine axiale Abmessung hat, die größer als
die der Ringdichtung ist, so dass sich die Dichtung mit dem Zylinder
dreht, wenn der Zylinder um den Kolben (ohne Hin- und Herbewegung
des Kolbens) rotiert.
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Es
wurde herausgefunden, dass, wenn ein herkömmlich gedichteter Kolben durch
einen aus Kunststoffmaterial gebildeten ersetzt würde, der
Kolben zufriedenstellend im reinen Meißelbetrieb, in dem er sich
ohne Drehung des Zylinders in dem Zylinder hin- und herbewegt, arbeiten
würde.
Wenn aber der Hammer im Bohrhammerbetrieb arbeitet, verursacht die
Reibung zwischen der Dichtung im Kolben und den Oberflächen des
Zylinders und den Oberflächen
der Halterungsnut im Kolben übermäßige Temperaturerhöhungen in
der Dichtung und/oder dem Kolben und deren Schwächung, wobei diese Temperaturerhöhung zumindest
teilweise dadurch verursacht wird, dass das Kunststoffmaterial des
Kolbens eine viel niedrigere Wärmeleitfähigkeit
als die der bisher verwendeten Metalle hat. Gemäß der vorliegenden Erfindung
hat die Dichtung jedoch die Form einer "schwimmenden" Dichtung. Diese Dichtung ist nicht
in Berührung
mit dem Boden der Nut im Kolben, und selbst wenn sie während des
reinen Bohrbetriebs in Berührung
mit den Seitenwänden
der Kolbennut steht, übermittelt
sie keine Kraft auf die Kolbennutwände. Somit wird sich die Dichtung
im reinen Bohrbetrieb mit dem Zylinder drehen, wird aber keine nennenswerte
Reibungswärme
in dem Kolben erzeugen. Wenn der Hammer in der Meißel-Betriebsart
verwendet wird, in der der Kolben sich hin- und herbewegt, aber
der Zylinder sich nicht dreht, wird jegliche Reibungswärme zwischen
der Dichtung und dem metallischen Zylinder erzeugt und durch den
Zylinder verteilt werden.
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Vorzugsweise
ist die axiale Abmessung der Nut um bis zu 0,5 mm größer als
die der Dichtung und bevorzugter um 0,1 bis zu 0,3 mm größer als
die der Dichtung. Der äußere Durchmesser
der Dichtung sollte größer als
der des Kolbens sein, aber vorzugsweise nicht um mehr als 1 mm,
um die Verformung der Dichtung zu verringern.
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Der
Hammer kann, wie oben erwähnt,
geeignet sein, in einem Kombinations-Bohrhammerbetrieb zu arbeiten,
in dem der Zylinder sich um den Kolben dreht, während sich gleichzeitig der
Kolben im Zylinder hin- und herbewegt. In diesem Fall ist die Ringdichtung
vorzugsweise so angeordnet, dass sie sich um den Kolben dreht, aber
mit niedrigerer Geschwindigkeit als der Zylinder. Dies kann einfach
durch die geeignete Größe der Dichtung
in Bezug auf den Kolben erreicht werden. In diesem Fall wird aufgrund
der Reibung zwischen der Dichtung und den Seitenwänden der
Kolbennut etwas Wärme
im Kolben auftreten. Diese ist jedoch begrenzt, weil die Geschwindigkeit
der Dichtung in Bezug auf die Kolbennutwände verringert ist, und weil
die Dichtung abwechselnd mit gegenüberliegenden Seiten der Nut
in Eingriff kommt, wenn die Richtung der Hin- und Herbewegung des
Kolbens wechselt.
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Eine
Form des Bohrhammers gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nun in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 einen
teilweise aufgebrochenen und geschnittenen Bohrhammer zeigt;
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2 einen
Teil des Bohrhammers aus 1 genauer zeigt.
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Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen nehmend, hat ein Bohrhammer, der ausführlicher
in der
WO 98/47670 und
in der US-Anmeldung Nr. 09/060395 beschrieben ist, deren Offenbarung
durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, ein Hammergehäuse
1,
das in üblicher
Weise aus mehreren Komponenten besteht, wobei ein Griffbereich
3 an seinem
hinteren Ende gebildet ist, so dass ein herkömmliches Schalterbetätigungselement
5 zum
Ein- und Ausschalten des Elektromotors
6 in eine Grifföffnung
4 vorsteht,
die an ihrer hinteren Seite durch den Griffbereich
3 definiert
ist. Im hinteren, unteren Bereich des Hammergehäuses
1 wird ein Netzkabel
herausgeführt,
das dazu dient, den Bohrhammer an eine Stromquelle anzuschließen.
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Im
oberen Bereich des Bohrhammers in 1 ist ein
Innengehäuse 1' angeordnet,
das aus Halbschalen gebildet und aus Gussaluminium oder Ähnlichem
hergestellt ist und das sich nach vorn aus dem Bohrhammergehäuse 1 heraus
erstreckt und in dem die Hammerspindel 8 drehbar untergebracht
ist. Das hintere Ende der Letzteren bildet das Führungsrohr oder den Zylinder 8', der in bekannter
Weise mit Entlüftungsöffnungen
für einen
pneumatischen Hammer- oder
Luftkissenhammermechanismus versehen ist und an dessen vorderem
Ende ein herkömmlicher Werkzeughalter 2 gehalten
wird. Der Hammermechanismus enthält
einen Kolben 9, der aus einem technischen Kunststoffmaterial,
wie etwa Nylon 4, 6 oder Nylon 6, 6,
gebildet ist und eine kleine Menge Polytetrafluoräthylen zum
Unterstützen
des Gleitens in dem Zylinder enthalten kann. Der Kolben 9 ist über einen
Lagerzapfen 11, der in ihm untergebracht ist und einem
Kurbelarm 12 mit einem Kurbelzapfen 15 gekoppelt,
der exzentrisch auf dem oberen plattenförmigen Ende 14 einer
Antriebswelle 13 sitzt. Eine hin- und hergehende Bewegung
des Kolbens 9 wird ausgeführt, um abwechselnd einen Unterdruck
und einen Überdruck
vor ihm zu erzeugen, um den in dem Zylinder 8' angeordneten
Schlagkörper 10 entsprechend
zu bewegen, so dass dieser Schläge
auf den Döpper 21 überträgt, der
sie dann auf das hintere Ende eines Hammerwerkzeugeinsatzes oder
eines Meißelwerkzeugeinsatzes
(nicht dargestellt) weiterleitet, der in den Werkzeughalter 2 eingesetzt
ist. Diese Betriebsart und die Struktur eines pneumatischen Hammer-
oder Luftkissenhammermechanismus sind, wie bereits angeführt, an
sich bekannt.
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Der
Elektromotor 6 ist derart in dem Bohrhammergehäuse 1 angeordnet,
dass sich seine Ankerwelle 7 senkrecht zu der Längsachse
der Hammerspindel 8 und des Werkzeughalters 2 erstreckt, wobei
die Längsachse
der Ankerwelle 7 vorzugsweise in einer Ebene mit der Längsachse
der Hammerspindel 8 und des Werkzeughalters 2 liegt.
An dem oberen Ende der Ankerwelle 7 in 1 ist
ein Ritzel 7' ausgebildet,
das mit einem Zahnrad 18 kämmt, das drehbar auf der Antriebswelle 13 für den Hammermechanismus
sitzt. Das Ritzel 7' greift
weiterhin mit einem Zahnrad 23 ein, das auf der Seite der
Ankerwelle 7 angeordnet ist, die der Antriebswelle 13 gegenüberliegt,
und das nicht drehbar auf einer Welle 22 befestigt ist,
die drehbar in dem Gehäuse 1' untergebracht
ist. An dem oberen Ende der Welle 22 ist ein Kegelrad ausgebildet,
das mit der Schrägverzahnung 16' einer Antriebshülse 16 eingreift,
die über
ein schematisch dargestelltes Reibungslager drehbar, jedoch axial
nicht verschiebbar auf der Hammerspindel 8 oder auf ihrem
hinteren Teil sitzt, der das Führungsrohr 8' für den Hammermechanismus
bildet. Eine Kupplungshülse 17 ist
axial verschiebbar, jedoch durch den Eingriff mit einem kerbverzahnten Abschnitt
auf der Außenfläche der
Hammerspindel 8 nicht drehbar auf der Hammerspindel 8 vor
der Antriebshülse 16 angeordnet.
Diese Kupplungshülse 17 kann
zwischen einer Stellung, in der sie sich über an ihrem hinteren Ende
gebildete Zähne
oder Vorsprünge
mit entsprechenden Zähnen
oder Vorsprüngen am
vorderen Ende der Antriebshülse 16 in
formschlüssigen
Eingriff befindet, und einer nach vorn verschobenen Stellung, in
der sie sich nicht mit der Antriebshülse 16 in Eingriff
befindet, verschoben werden. Eine Schraubenfeder 30' belastet die
Kupplungshülse 17 in
Richtung der Antriebshülse 16.
Das Ergebnis dieser Federbelastung ist, dass nach der Bewegung der
Kupplungshülse 17 in
Richtung des formschlüssigen
Eingriffs mit der Antriebshülse 16 und
einer gleichzeitigen Verriegelung des formschlüssigen Eingriffs durch Anliegen
der Endflächen der
Vorsprünge
oder Zähne
der Kupplungshülse 17 gegen
die Endfläche
der Vorsprünge
oder Zähne
der Antriebshülse 16 ein
formschlüssiger
Eingriff dann automatisch hergestellt wird, wenn eine relative Verdrehung
der Kupplungshülse 17 und
der Antriebshülse 16,
infolge dessen, dass die Welle 22 die Antriebshülse 16 dreht,
erfolgt.
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Wie
zu erkennen ist, bewirkt eine Drehung der Ankerwelle 7 durch
das Zahnrad 23 und die Schrägverzahnung der Welle 22 eine
Drehung der Antriebshülse 16 und,
wenn ein formschlüssiger
Eingriff zwischen dieser und der Kupplungshülse 17 vorhanden ist,
auch eine Drehung der Hammerspindel 8 und somit des Werkzeughalters 2.
Somit wird, wenn kein formschlüssiger
Eingriff zwischen der Antriebshülse 16 und
der Kupplungshülse 17 vorhanden
ist, die Hammerspindel 8 trotz Drehung der Antriebshülse 16 nicht
gedreht. Wenn statt dessen die Kupplungshülse 17 mit ihren Vorsprüngen, die
am vorderen Endbereich vorgesehen sind und radial nach außen vorstehen,
in einen formschlüssigen
Eingriff mit entsprechenden Ausnehmungen im feststehenden Gehäusebereich 24 kommt,
ist das Ergebnis eine Stellung der Kupplungshülse 17 und somit der
Hammerspindel 8, einschließlich des Werkzeughalters 2, die
gegen Drehung verriegelt ist. Diese Betriebsart der Kupplungshülse 17 ist
bekannt.
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Um
den Hammermechanismus anzutreiben, ist das durch das Ritzel
7' der Ankerwelle
7 angetriebene
Zahnrad
18 mit der Antriebswelle
13 derart gekoppelt,
wie es ausführlich
in der
WO 98/47670 beschrieben
ist, so dass der Kurbelzapfen
15 eine kreisförmigen Bewegung
ausführt,
die über
den Kurbelarm
12 die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens
9 in
dem Führungsrohr
8' des Hammermechanismus
erzeugt. Dieser Antriebstyp ist auch in Bohrhämmern bekannt, in denen die
Ankerwelle
7 des Antriebsmotors
6 senkrecht zu
der Längsachse
der Hammerspindel
8 und des Werkzeughalters
2 angeordnet
ist.
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Um
zwischen den einzelnen Betriebsarten des Bohrhammers umzuschalten,
weist der Hammer ein einzelnes Schaltelement (nicht dargestellt)
auf, das so wirkt, wie es in der
WO
98/47670 beschrieben ist.
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Der
Kolben 9 ist detaillierter in 2 dargestellt
und mit einer Umfangsnut 26 versehen, in der eine Ringdichtung 27 in
Form eines O-Rings angeordnet ist, der aus einem relativ temperaturbe ständigen Elastomer
hergestellt ist, wie etwa aus dem von DuPont unter der Handelsbezeichnung "Viton" vertriebenen Elastomer.
Die Dichtung 27 hat, im entspannten Zustand, einen Innendurchmesser,
der etwa 0,5 mm größer als
der Durchmesser des Nutgrundes ist, und einen Außendurchmesser, der ebenfalls
etwa 0,5 mm größer als
der Kolbendurchmesser ist. Die Nut 26 hat eine axiale Abmessung,
die etwa 0,1 bis 0,3 mm größer als
die der Dichtung 27 ist. Der Unterschied in den Abmessungen
der Dichtung 27 und der Nut 26 ist in 2 größer als
in Wirklichkeit dargestellt. Diese Abmessungen bewirken, dass sich die
Dichtung um den Kolben 9 dreht, wenn sich der Bohrammer
in der reinen Bohrbetriebsart befindet, ohne dass die Dichtung Reibungswärme durch
Reibung an den Wänden
der Nut erzeugt. Wenn der Bohrhammer in der Meißel-Betriebsart betrieben wird,
in der sich der Kolben 9 in dem Zylinder ohne Drehung des
Zylinders hin- und herbewegt, erzeugt die Dichtung eine ausreichende
Dichtwirkung gegen den Über-
und Unterdruck der Luft in dem Spalt zwischen dem Kolben 9 und
dem Schlagkörper 10,
erzeugt jedoch keine Reibungswärme
in dem Kolben 9, weil keine Drehbewegung zwischen der Dichtung 27 und
dem Kolben 9 erfolgt. Die Dichtung 27 hat eine Übergröße von etwa
0,5 mm, was bedeutet, dass sie einen annähernd 0,5 mm größeren Außendurchmesser
hat als der Kolben, um eine Dichtwirkung bereitzustellen, wenn sich
die Bewegungsrichtung des Kolbens in jedem Zyklus verändert. Wenn
der Bohrhammer in der kombinierten Bohrhammerbetriebsart betrieben
wird, in der sich der Kolben 9 in dem Zylinder 8' hin- und herbewegt
und der Zylinder sich um den Kolben dreht, dreht sich die Dichtung 27 um
den Kolben, jedoch mit einer geringeren Drehzahl als der Zylinder,
wodurch im Kolben weniger Wärme
erzeugt wird.
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Wie
detaillierter in 2 dargestellt, ist, um eine
Abdichtung zwischen dem Schlagkörper 10 und der
Innenfläche
des Zylinders 8' mit
verringerter Reibung bereitzustellen, der Schlagkörper 10 mit
einer Dichtung 30 versehen, die in einer Ausnehmung 31 an
seinem hinteren Ende angeordnet ist. Die Dichtung 30 weist
im Allgemeinen Ringform auf, und der Ring hat einen im Wesentlichen "L"-förmigen
Querschnitt, d.h. er hat einen im Allgemeinen zylindrischen ringförmigen Teil 36,
der gegen die Umfangsfläche
der Ausnehmung angeordnet werden kann, und einen zweiten, im Allgemeinen
kegelstumpfförmigen
Teil 38, der biegsam mit dem ringförmigen Teil an der Vorderkante
(in Richtung der Hammeranwendung) verbunden ist, so dass sie sich
zwischen dem Schlagkörper 10 und
dem Zylinder 8' unter
einem spitzen Winkel zur Oberfläche
des Schlagkörpers
erstreckt, um die beiden gegen einen Überdruck in dem Bereich zwischen
dem Kolben 9 und dem Schlagkörper 10 abzudichten
(hierin nachfolgend als "L"-Ringdichtung bezeichnet).
Die Dichtung ist aus einem relativ elastischen, unverformbaren Material
hergestellt (im vorliegenden Fall Polytetrafluoräthylen), so dass sie nicht
in einer Nut in dem Schlagkörper
angeordnet werden kann, sondern über
das hintere Ende des Schlagkörpers
in die Ausnehmung geschoben werden muss. Die Ausnehmung kann mit
einer kleinen hervorstehenden Rippe 40 an ihrem hinteren
Ende versehen sein, um zu verhindern, dass die Dichtung 30 von
dem Schlagkörper
abgestreift wird. Weil die Ausnehmung 31 und die im Querschnitt "L"-förmige Dichtung 30 vorhanden
sind, ist die hintere Fläche des
Schlagkörpers
nicht eben. In Anbetracht dessen ist die nach vorn weisende Fläche des
Kolbens 9 mit einer nach vorn gerichteten Rippe 32 um
seinen Umfangsbereich versehen, so dass die vordere Fläche 33 des
Kolbens im Allgemeinen der Form der nach hinten gerichteten Endfläche 34 des
Schlagkörpers 10 entspricht.
Die komplementäre
Form der Flächen 33 des
Kolbens und 34 des Schlagkörpers ermöglicht es, an dem Punkt der
größten Annäherung des
Kolbens an den Schlagkörper
das Volumen des Luftspaltes zwischen dem Kolben 9 und dem
Schlagkörper 10 zu
minimieren und den Luftdruck zu maximieren. Das ermöglicht die Übertragung
des größten Impulses
von dem Kolben 9 auf den Schlagkörper 10 durch das
Luftkissen, ohne dass sich der Kolben und Schlagkörper gegenseitig
berühren.