DE69808645T2

DE69808645T2 - Getriebenes werkzeug

Info

Publication number: DE69808645T2
Application number: DE69808645T
Authority: DE
Inventors: Giovanni Bisutti
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: CA2299363A1; ES2185200T3; EP1005403A1; US6321854B1; CN1276751A; JP2001513456A; DE69808645D1; AU8814598A; CN1116962C; ATE225696T1; WO1999010131A1; CA2299363C; EP1005403B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftwerkzeug, das einen Körper umfaßt, der ein Element mit einer hin- und hergehenden Schlagaktion umschließt (ein Schlagkraftwerkzeug).

STAND DER TECHNIK

In der Bauindustrie und anderen Bereichen des Schweringenieurwesens, beispielsweise dem Bergbau, ist die Verwendung von Schlagkraftwerkzeugen weit verbreitet, zum Beispiel um harte Oberflächen aufzubrechen, loses Material, beispielsweise Auffüllungen, zu verdichten, und Pfosten oder Pfähle in den Boden zu treiben. Die Werkzeuge schließen eine hin- und hergehende Masse ein, die üblicherweise durch Druckluft, aber auch durch andere Mittel angetrieben wird, die wiederholt gegen eine tragende Fläche im Inneren des Werkzeugs schlägt. Die Bewegung der Masse zu der Fläche hin ist als Arbeitshub bekannt, während die umgekehrte Bewegung als Rückhub bekannt ist. Es ist bekannt, zum Beispiel für sogenannte Bohrhämmer, ein Klinkwerk zu integrieren, um das Werkzeug während des Rückhubs zu drehen.
Die US-Patentschrift Nr. 2,400,650 zeigt eine Vibrationsvorrichtung, veranschaulicht am Beispiel eines pneumatischen Schlaghammers, die eine hin- und hergehende Masse einschließt, die durch Druckluft angetrieben wird, wie dies im Fachgebiet bekannt ist. Die Schrift beschreibt eine Anordnung, welche die hin- und hergehende Masse dazu zwingt, zwischen ungleichen Fluiddrücken mit im wesentlichen konstanten Werten zu "schweben", um die Erschütterung zu absorbieren oder zu eliminieren, die mit der Verwendung einer solchen Vorrichtung einhergeht.
Die Gesamtarbeitsleistung von Schlagkraftwerkzeugen ist abhängig von dem Maße, in dem die Reaktionskraft zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück in der Lage ist, der Kraft entgegenzuwirken, die während des Arbeitshubs auf die hin- und hergehende Masse einwirkt. Für manuell gehaltene Systeme, die auf den Boden einwirken, ergibt sich die Reaktionskraft aus der Summe des Eigengewichts des Werkzeugs und des nach unten gerichteten Drucks, der jeweils durch den Bediener ausgeübt wird. Das maximale Eigengewicht für herkömmliche Hochleistungs-Schlaghämmer beträgt etwa 40 kg; andernfalls wird das Werkzeug zu schwer, um es anzuheben. Das maximale Eigengewicht für herkömmliche Hochleistungs- Gesteinsbohrer beträgt um die 25 kg; solche Bohrer werden in der Tendenz durch den Bediener in einer wesentlich höheren Position gehalten als Schlaghämmer, und aus ergonomischen Gründen müssen sie daher leichter sein.
Für manuel! gehaltene Schlagkraftwerkzeuge besteht die Tendenz, den Beitrag des Bedieners zur Reaktionskraft zu minimieren, um den Komfort für den Bediener zu erhöhen und das Risiko des Erkrankens am Hand/Arm-Vibrations-Syndrom (HAVS) zu vermindern.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schlagkraftwerkzeug geschaffen, das einen Körper umfaßt, der ein Element mit einer hin- und hergehenden Schlagaktion umschließt, gekennzeichnet durch eine Kammer, die mit dem Körper verbunden ist, Mittel für das Einleiten von Fluid in die Kammer und Mittel für das nachfolgende Entfernen von Fluid aus der Kammer, wobei Fluid in der Kammer gespeichert wird, um das Eigengewicht des Werkzeugs um mindestens 10% zu erhöhen, wenn das Element hin- und hergeht oder schlägt, und nachfolgend entfernt wird, wenn es stillsteht.
Die Erfindung schafft somit ein Schlagkraftwerkzeug mit variablem Eigengewicht und folglich variabler Trägheit. In der Praxis kann das Eigengewicht so gewählt werden, daß bei seinem Minimum das Werkzeug leicht bewegt werden kann und bei seinem Maximum die erforderliche Reaktionskraft zwischen Werkzeug und Werkstück erreicht wird. Für den Fall von manuell gehaltenen Schlagkraftwerkzeugen sollte der Beitrag des Bedieners zu der Reaktionskraft, die für die effiziente Verwendung erforderlich ist, so gering wie möglich sein, zumindest wenn das Eigengewicht bei seinem Minimum ist. Auf diese Weise wird die Größenordnung reduziert, in der unerwünschte(r) Vibration und Rückprall auf den Bediener übertragen werden.
Die Mittel für das Einleiten von Fluid in die Kammer können einen Vorratsbehälter für das Speichern von Fluid für die Kammer umfassen, der unabhängig von dem Körper gehalten wird. Der Vorratsbehälter kann einen unter inneren Überdruck setzbaren Behälter umfassen. Die Mittel für das Entfernen von Fluid aus der Kammer können mit dem Vorratsbehälter in Verbindung stehen, so daß Fluid aus der Kammer in den Vorratsbehälter zurückgeführt werden kann. Ein solches geschlossenes System ermöglicht es, daß Fluid im Kreislauf geführt wird. Da es nicht erforderlich ist, daß Fluid zur gleichen Zeit in die und aus der Kammer fließt, können der Vorratsbehälter und die Kammer durch eine einzige Fluidleitung miteinander verbunden sein.
Die Kammer kann eine Membran umfassen, die eventuell eine Blase formt, die sich in Abhängigkeit davon, ob Fluid die Kammer füllt oder aus dieser entfernt wird, biegt. Wenn Fluid die Kammer füllt, kann die Membran sich ausdehnen, so daß sie an der inneren Peripherie der Kammer anliegt. Alternativ dazu kann sich die Membran ausdehnen, so daß sie an der inneren Peripherie der Kammer anliegt, wenn Fluid aus der Kammer entfernt wird. Die Membran kann die Verwendung von Druckgas unterstützen, um Fluid aus der Kammer zu entfernen. Alternativ dazu kann die Kammer ein verschiebbares Trennelement (z. B. einen Kolben) umschließen, der sich in Abhängigkeit davon ob Fluid in die Kammer eingeleitet oder aus der Kammer entfernt wird, bewegt.
Der Vorratsbehälter kann in ähnlicher Weise eine Membran oder einen Kolben umfassen, die/der sich in Abhängigkeit davon, ob Fluid den Vorratsbehälter füllt oder aus diesem entfernt wird, analog biegt bzw. verschiebt.
In einer Ausführungsform können die Mittel für das Einleiten von Fluid in die Kammer und/oder die Mittel für das Entfernen von Fluid aus der Kammer durch Druckgas betätigt werden. Die Mittel für das Einleiten von Fluid in die Kammer und/oder die Mittel für das Entfernen von Fluid aus der Kammer und das Hin- und Herbewegen des Elements können durch Druckgas aus einer gemeinsamen Quelle betätigt werden. Druckgas kann verwendet werden, um Fluid in der Kammer zu verdrängen, um das Fluid aus der Kammer abzuziehen. Druckgas kann ebenfalls verwendet werden, um Fluid in dem Vorratsbehälter zu verdrängen, um die Kammer mit verdrängtem Fluid zu füllen. Das Schlagkraftwerkzeug kann weiterhin Ventilmittel für das Verbinden mit einem Druckgasvorrat umfassen, wobei die Ventilmittel die Fluidverdrängung für das Füllen und Leeren der Kammer und die hin- und hergehende Schlagaktion des Elements in dem Werkzeug (pneumatische Aktion) steuern.
Das Ventilmittel kann eine Anordnung umfassen, in der Druckgaszufuhrventile für das abwechselnde Zuführen von Druckgas in die Kammer und den Vorratsbehälter und Ablaßventile für das abwechselnde Ablassen von Druckgas aus der Kammer und dem Vorratsbehälter derart miteinander kombiniert sind, daß Druckgaszufuhr entweder in die Kammer oder den Vorratsbehälter nur das Ablassen von Druckgas aus der/dem jeweils anderen aktiviert. Die Anordnung kann somit aus einer einzigen Druckgasleitung gespeist werden. Alternativ dazu können die Kammer und der Vorratsbehälter aus verschiedenen Druckgasleitungen, eventuell von verschiedenen Verdichtern, gespeist werden, wodurch die Notwendigkeit einer Leitung, die Druckgas zwischen der Kammer und dem Vorratsbehälter transportiert, entfällt. Das Synchronisieren der Druckgaszufuhr- und Ablaßventile der Kammer und des Vorratsbehälters kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es könnte beispielsweise eine elektrische Zusammenschaltung der Ventilstellglieder verwendet werden, um sicherzustellen, daß das Öffnen des Zufuhrventils entweder der Kammer oder des Vorratsbehälters vom Öffnen des Ablaßventils der/des jeweils anderen begleitet wird, wobei alle übrigen Ventile geschlossen sind. Alternativ dazu könnte ein Signal von Druckfühlmitteln, die zwecks Steuerung der Verdichterleistung mit dem Verdichter geliefert werden, verwendet werden, um die Ventile am Ende des Vorratsbehälters zu betätigen.
Das Schlagkraftwerkzeug kann weiterhin Antriebsmittel für das Hin- und Herbewegen des Elements in dem Körper umfassen, wobei das Antriebsmittel so angeordnet ist, daß es einen Gasverdichter antreibt, der Druckgas für das Einleiten von Fluid in die und/oder das Entfernen von Fluid aus der Kammer liefert. Der Gasverdichter kann in dem Körper befindlich sein. Druckgas kann durch Verdichten von Gas vor oder neben dem Element erzeugt werden, wenn dieses hin- und hergeht. Das Antriebsmittel kann einen Linearmotor umfassen, und der Linearmotor kann eine Freikolbenvorrichtung umfassen.
In einer anderen Ausführungsform kann das Schlagkraftwerkzeug hydraulische Antriebsmittel für das Hin- und Herbewegen des Elements in dem Körper aufweisen. Das Hydraulikfluid für das hydraulische Antriebsmittel kann ebenfalls der Kammer für das Erhöhen des Eigengewichts des Werkzeugs zugeführt werden. Es können Mittel vorgesehen sein, um Hydraulikfluid mit hohem Druck und niedriger Fließgeschwindigkeit (z. B. 80 Bar, weniger als 50 Liter/min) für das hydraulische Antriebsmittel in Hydraulikfluid mit niedrigem Druck und hoher Fließgeschwindigkeit für die Kammer umzuwandeln. Das Umwandlungsmittel kann eine Ejektorpumpe umfassen.
Im allgemeinen kann das Schlagkraftwerkzeug zumindest zwei Kammern aufweisen, die mit dem Körper verbunden sind, jeweils für das Aufnehmen von Fluid, um das Eigengewicht des Werkzeugs zu erhöhen. Die zumindest zwei Kammern können symmetrisch um den Körper herum angeordnet sein. Vorzugsweise sind Mittel vorhanden, die für eine gleichmäßige Verteilung des Fluids zwischen den zumindest zwei Kammern sorgen, so daß das Schlagkraftwerkzeug eine ausgeglichene Gewichtsverteilung aufweist. Zu Beispiel kann eine gleichmäßige Verteilung des Fluidflusses zwischen zwei oder mehr Kammern durch Ausgleichen der Druckverluste durch verschiedene Durchflußwege in einem Verteiler erzielt werden. Die Feineinstellung der Druckverluste kann durch unterschiedliches Abschrägen der verschiedenen Anschlüsse zwischen dem Verteiler und den Kammern erzielt werden.
Das Schlagkraftwerkzeug kann vorteilhafterweise Mittel umfassen, um einem Bediener anzuzeigen, ob das Eigengewicht des Werkzeugs erhöht wurde, bevor das Werkzeug durch den Bediener angehoben wird. Die Anzeige kann visuell (z. B. Warnlicht) oder physikalisch (z. B. ein Mechanismus, der, solange er nicht gelöst wurde, bewirkt, das sich der Handgriff frei dreht, so daß das Anheben des Werkzeugs zumindest beschwerlich ist) erfolgen.
Bei einigen Anwendungen kann es erforderlich sein, das Schlagkraftwerkzeug im wesentlichen horizontal anstatt vertikal zu betreiben. Die Kammer und der Körper können über eine Hebelstütze so miteinander verbunden sein, daß, bei Gebrauch, das Einleiten von Fluid in die Kammer das operative Teil des Werkzeugs in engen Kontakt mit einem Werkstück bringt.
Das Fluid, das verwendet wird, um das Eigengewicht des Schlagkraftwerkzeugs zu erhöhen, kann eine relative Dichte aufweisen, die größer als eins ist (d. h. eine Dichte von über 1000 kg/m³). Zum Beispiel kann das Fluid von einer Art sein, wie sie in der Ölerkundungsindustrie verwendet wird. Das Einfüllen von Fluid in die Kammer kann das Eigengewicht des Werkzeugs um zumindest 10% und möglicherweise um zumindest 25% erhöhen.
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen kann das Fluid als Kühlmittel für das Schlagwerkzeug fungieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft schematisch illustriert, wobei:
Fig. 1 ein Schlagkraftwerkzeug zeigt, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 2(a) und (b) Einzelheiten der Ventile des Schlagkraftwerkzeugs aus Fig. 1 zeigen;
Fig. 3 ein Schlagkraftwerkzeug, das die Erfindung verkörpert, mit einer alternativen Anordnung der Druckgaszufuhr zeigt;
Fig. 4 ein alternatives Schlagkraftwerkzeug zeigt, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Schlagkraftwerkzeugs zeigt, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 6 alternative Einzelheiten betreffend die Hin- und Hergehaktion des Schlagkraftwerkzeugs aus Fig. 5 zeigt;
Fig. 7 noch eine weitere Alternative betreffend die Hin- und Hergehaktion des Schlagkraftwerkzeugs aus Fig. 5 zeigt; und
Fig. 8(a) und (b) illustrieren, wie ein herkömmliches hydraulisches Schlagkraftwerkzeug angepaßt werden könnte, so daß es die vorliegende Erfindung verkörpert.

ARTEN DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt eine Schlagkraftwerkzeuganordnung (10), umfassend ein manuell gehaltenes Schlagkraftwerkzeug (11), eine Kammer (12), die an dem Werkzeug (11) befestigt ist, und einen Fluidvorratsbehälter (14), der unabhängig von dem Werkzeug (11) gehalten wird. Die Kammer (12) steht über den flexiblen Schlauch (16) in Verbindung mit dem Fluidvorratsbehälter (14). Das Eigengewicht des manuell gehaltenen Teils (18) der Anordnung (d. h. der Kombination aus Werkzeug und Kammer) wird variiert, indem Fluid, z. B. Wasser, in dem Vorratsbehälter (14) zu der Kammer (12) transportiert wird, und vermindert, indem transportiertes Fluid in den Vorratsbehälter (14) zurückgeführt wird.
Das Schlagkraftwerkzeug (11) weist einen Körper (20) auf, der einen hin- und hergehenden Hammer (22) umschließt, der auf herkömmliche Weise gegen eine Werkzeugspitze (24) schlägt. Der Hammer (22) wird durch Druckluft betätigt, die durch das Ventil (26) in der Zufuhrleitung (28) eingelassen wird. Die Kammer (12) umschließt den Körper (20) und weist eine flexible Auskleidung (30) auf, die eine Blase definiert, die sich in Abhängigkeit davon, ob Fluid die Kammer füllt oder aus dieser entfernt wird, aufbläht/zusammenfällt. Druckgas, z. B Luft, wird durch das Ventil (36) in der Zufuhrleitung (28) in den Raum (32) zwischen der Auskleidung (30) und den Kammerwänden (34) eingelassen. Die Auskleidung (30) trennt somit das Druckgas von dem Fluid. Angenommen die Dicke der Auskleidung (30) ist vernachlässigbar, variiert das Fassungsvermögen der Blase von Null bis zum Volumen der Kammer (12) zu Lasten der Größe des Raumes (32). Es ist ein Ablaßventil (38) vorgesehen, um Druckgas aus dem Raum (32) abzulassen.
Der Vorratsbehälter (14) umfaßt einen Druckbehälter (40), der einen Abfluß (42) aufweist, durch den Fluid in den Schlauch (16) gelangt. Die Höhe des Abflusses (42) in dem Druckgefäß (40) wird durch den Plunger (44) variiert. Druckgas aus einer Zufuhrleitung (28) wird durch ein Ventil (46) und den Schlauch (48) in den Behälter (40) eingelassen. Wird Druckluft in den Behälter (40) eingeleitet, wird Fluid verdrängt und der Fluidstand ändert sich. Der Abfluß (42) und der Gaseinlaß (50) weisen geschützte Öffnungen auf, um zu verhindern, daß Gas in den Schlauch (16) bzw. Fluid in den Schlauch (48) gelangt. Es ist ein Ablaßventil (52) vorgesehen, um notwendigenfalls Druckgas aus dem Behälter abzulassen. Dort, wo der Schlauch (16) mit der Kammer (12) verbunden ist, ist ebenfalls ein Ablaßventil (nicht gezeigt) vorgesehen, um den Schlauch (16) zum Ansaugen bringen zu können.
Ist das Schlagkraftwerkzeug nicht in Gebrauch (d. h. der Hammer (22) geht nicht hin und her und schlägt auch nicht), befindet sich kein Fluid in der Kammer (12) (d. h. die Blase, die durch die Auskleidung (30) definiert wird, ist völlig zusammengefallen), und der Teil (18) ist somit so leicht wie möglich. Vor dem Gebrauch der Hin- und Hergeh- und Schlagaktion sollte Fluid in die Kammer (12) transportiert werden, um das Gewicht des Teils (18) zu erhöhen. Das Ablaßventil (38) wird geöffnet, um den Raum (32) zur Atmosphäre hin zu entlüften, und das Ventil (46) wird geöffnet, um Druckluft in den Behälter (40) einzuleiten. Auf diese Weise wird Fluid in dem Behälter (40) durch den Druck des Druckgases verdrängt und durch den Schlauch (16) zu der Blase transportiert, die durch die flexible Auskleidung (30) in der Kammer (12) definiert wird. Ist die Kammer (12) völlig mit Fluid gefüllt, kann die hin- und hergehende Schlagaktion sicher verwendet werden.
Ist das Schlagkraftwerkzeug nicht mehr in aktivem Gebrauch (d. h. der Hammer (22) steht still), sollte Fluid in der Kammer (12) zurück zum Vorratsbehälter (14) transportiert werden. Dazu wird das Ablaßventil (38) geschlossen und Druckgas in den Raum (32) eingelassen, indem das Ventil (36) geöffnet wird. Gleichzeitig wird das Ventil (46) geschlossen, und das Ablaßventil (52) wird geöffnet, um den Behälter (40) zur Atmosphäre hin zu entlüften.
In der Zufuhrleitung (28) ist ein Druckregelungsventil (54) vorgesehen, um den Druck der Druckluft, die dem Werkzeug (11) zugeführt wird, und somit die Leistungsabgabe zu variieren, so daß sie für die jeweilige Arbeit angemessen ist.
In der vorstehend beschriebenen Anordnung wird die Fluidverteilung zwischen der Kammer (12) und dem Vorratsbehälter (40) durch die ausgeübten Drücke bestimmt. Das heißt, um Fluid von einer Gleichgewichtssituation ausgehend zu transportieren, muß die überschüssige Druckluft entweder in der Kammer oder dem Vorratsbehälter abgelassen werden, um ein Druckungleichgewicht zu erzeugen. Um unerwünschte Verzögerungen zu vermeiden, könnte vorhanden sein:
(a) ein Ventil in der Leitung (16) nahe dem feststehenden Vorratsbehälter, das sich nur öffnet, wenn der Fluidtransport stattfindet. Dies wird entweder dadurch erzielt, daß ein Durchflußmesser vorgesehen wird, so daß jederzeit bekannt ist, ob die Kammer leer, teilweise gefüllt oder voll ist, oder durch Vorhandensein von Näherungsschaltern, welche die Position eines Kolbens/einer Membran in dem Vorratsbehälter (40) erfassen, oder schließlich auf Grundlage eines Zeitgebers, wenn zum Beispiel das Ventil zur ein wenig länger offengehalten wird, als die längste zu erwartende Transportzeit beträgt;
(b) ein Mechanismus, der aktiviert wird, wenn der Kolben/die Membran seinen/ihren unteren Punkt erreicht, der das System überlagert und den Druck zur Atmosphäre hin abläßt. Schaut man beispielsweise auf den Vorratsbehälter (40), ist, wenn Fluid zu dem Werkzeug transportiert wird, das Ventil (52) geschlossen und das Ventil (46) offen. Sobald der Kolben/die Membran im Vorratsbehälter den niedrigen Punkt erreicht, schaltet ein Mechanismus die Ventile (46, 52) in ihren entgegengesetzten Zustand.
Fig. 2(a) und 2(b) zeigen eine Ventilanordnung (58), in der die Druckgaszufuhrventile (36, 46) und die Ablaßventile (38, 52) miteinander kombiniert sind. Die Ventilanordnung umfaßt ein Schiebetor (60), das zwei Betriebspositionen aufweist. In einer ersten Position, Fig. 2a, ist das Gaszufuhrventil (36) offen, ebenso wie das Ablaßventil (52), während das Gaszufuhrventil (46) und das Ablaßventil (38) geschlossen sind. Die erste Position ermöglicht es, daß Fluid aus der Kammer (12) entfernt wird. In einer zweiten Position, Fig. 2b, ist das Gaszufuhrventil (46) offen, ebenso wie das Ablaßventil (38), während das Gaszufuhrventil (36) und das Ablaßventil (52) geschlossen sind. Die zweite Position erlaubt es, daß Fluid aus dem Vorratsbehälter (14) verdrängt wird.
Fig. 3 zeigt eine Schlagkraftwerkzeuganordnung (70) mit einer veränderten Anordnung der Druckgaszufuhrleitungen gegenüber der Anordnung (10), die in Fig. 1 gezeigt ist. (Merkmale, die Fig. 1 und 3 gemeinsam sind, tragen die gleichen Bezugszeichen.) Anstelle eines Schlauches, der den manuell gehaltenen Teil (18) mit dem Fluidvorratsbehälter (14) verbindet, schafft der Schlauch (48') eine direkte Verbindung zwischen der Druckgasquelle und dem Fluidvorratsbehälter (14). Anstelle einer schweren zusätzlichen Verbindung zwischen dem manuell gehaltenen Teil (18) und dem Vorratsbehälter (14), die Drücke von 6-7 Bar aushalten muß, sind somit lediglich leichte Kabelverbindungen erforderlich, um das Öffnen und Schließen der Ventile (36, 38, 46, 52) zu synchronisieren.
Alternativ dazu könnte anstelle leichter Kabelverbindungen, um das Öffnen und Schließen der Ventile (36, 38, 46, 52) zu synchronisieren, der Druckfühler verwendet werden, der am Verdichter vorgesehen ist, um die Verdichterleistung zu steuern. Beginnt ein Bediener, das Schlagkraftwerkzeug zu verwenden, kommt es zu einem Druckabfall in der Auslaßkammer des Verdichters. Der Druckabfall wird durch den Druckfühler erfaßt, und das resultierende Signal von dem Fühler wird verwendet, um die Betriebskapazität des Verdichters zu erhöhen. Das gleiche Signal könnte verwendet werden, um die Ventile (46, 52) zu steuern und den Transport von Fluid zur Kammer (12) zu initiieren; die Ventile (36, 38) werden durch den Bediener gesteuert. Hört der Bediener auf, das Schlagkraftwerkzeug zu verwenden, kommt es in der Auslaßkammer des Verdichters zu einem Druckanstieg. Die Druckänderung wird wiederum durch den Druckfühler erfaßt, und das neue Signal, das erzeugt wird, wird verwendet, um die Betriebskapazität des Verdichters zu vermindern. Das neue Signal könnte verwendet werden, um die Ventile (46, 52) zu steuern, so daß Fluid in den Vorratsbehälter (40) zurückgeführt wird.
Bezugnehmend auf Fig. 4, hat der Behälter (66) die gleiche Funktion wie die Kammer (12), ist jedoch in einem Abstand von dem Werkzeug (62) befindlich, anstatt dieses zu umschließen. Der Behälter (66) und das Werkzeug (62) werden an Verbindungsstellen (65) bzw. (61) durch den Hebel (63) schwenkbar gehalten, der durch die Rutschsicherung (64) (64), die als Hebelstütze fungiert, in den Boden eingreift. Der Hebel (63) nutzt das vertikale Gewicht der Anordnung (zu dem hauptsächlich der Behälter (66) beiträgt, wenn dieser mit Fluid gefüllt ist), um eine Drehkraft in Richtung des Pfeils (A) zu erzeugen. Die Drehkraft erhöht somit die Kraft zwischen der vertikalen Fläche des Werkstücks (67) und dem Werkzeug (62).
Fig. 5 zeigt eine Schlagkraftwerkzeuganordnung (10) umfassend ein manuell gehaltenes Schlagkraftwerkzeug (11) in einem Gehäuse (76) und einen Fluidvorratsbehälter (14), der unabhängig von dem Werkzeug (11) gehalten wird. Von der Oberseite des Gehäuses (76) erstreckt sich ein Handgriff (75), und eine Werkzeugspitze (24) erstreckt sich vom Boden des Gehäuses (76).
Das manuell gehaltene Schlagkraftwerkzeug (11) umfaßt einen Körper (20), der mittig in dem Gehäuse angeordnet ist und einen Hohlraum (73) definiert, ein Element (22) in der Form eines Freikolbens, das zwecks hin- und hergehender Schlagaktion verschiebbar in dem Hohlraum (73) angeordnet ist, und einen Linearmotor (71), der ein Antriebsmittel für das Hin- und Herbewegen des Freikolbens (22) in dem Körper (20) bildet. Der Linearmotor (71) umfaßt den Freikolben (22) und einen Ständer (77), bei dem es sich um einen spannungsführenden Draht handelt, der um dem Körper (20) gewickelt ist. Wird an den unteren Teil des Ständers (77) Wechselspannung mit einer geeigneten Frequenz angelegt, bewirkt dies, daß sich das Element (22) im unteren Teil des Hohlraums (73) hin- und herbewegt und am tiefsten Punkt des Arbeitshubs gegen die Werkzeugspitze (24) schlägt. Das Element (22) bildet somit einen Hammer für das Übertragen von Schlagenergie auf eine Werkzeugspitze (24).
Das Gehäuse (76) umfaßt ebenfalls eine Kammer (12), die den Körper (20) umgibt und eine flexible Auskleidung (30) aufweist, die eine Blase definiert, die sich in Abhängigkeit davon, ob Fluid die Kammer (12) füllt oder aus dieser entfernt wird, aufbläht/zusammenfällt. Der Vorratsbehälter (14) ist über einen flexiblen Schlauch (16) mit der Kammer (12) verbunden. Der Fluidvorratsbehälter (14) umfaßt einen Druckbehälter (40), der einen Abfluß (42) aufweist, durch den Fluid in den Schlauch (16) gelangt, um das Mittel für das Füllen der Kammer (12) mit Fluid und für das nachfolgende Entfernen des Fluids aus der Kammer (12) zu liefern. Die Höhe des Abflusses (42) in dem Druckbehälter (40) wird durch den Plunger (44) variiert. Dort, wo der Schlauch (16) mit der Kammer (12) verbunden ist, ist ebenfalls ein Ablaßventil (nicht gezeigt) vorgesehen, um den Schlauch (16) zum Ansaugen bringen zu können.
Die Kammer (12) kann teilweise oder vollständig mit Fluid aus dem Vorratsbehälter gefüllt werden, um das Eigengewicht des Werkzeugs (11) zu erhöhen, wenn das Element hin- und hergeht oder schlägt, und nachfolgend geleert werden, wenn es stillsteht. Angenommen die Dicke der Auskleidung (30) ist vernachlässigbar, variiert das Fassungsvermögen der Blase von Null bis zum Volumen der Kammer (12) zu Lasten der Größe des Raumes (32) zwischen der Auskleidung (30) und den Kammerwänden (34).
Der Linearmotor (71) ist ebenfalls so gestaltet, daß er die Gasverdichtungsaktion des Hammers (22) antreibt, die in ähnlicher Weise wie die Verwendung von Druckgas vom externen Verdichter in den Ausführungsformen, die in Fig. 1 bis 3 illustriert sind, das Mittel für das Füllen und Leeren der Kammer (12) liefert. Um die Gasverdichtungsaktion des Hammers (22) anzutreiben, wird an den oberen Teil des Ständers (77) Wechselspannung mit einer geeigneten Frequenz angelegt, was bewirkt, daß sich der Hammer (22) im oberen Teil des Hohlraums (73) hin- und herbewegt. Das Einlaßventil (26) ist ein Einrichtungsventil, welches erlaubt, daß Gas in den Hohlraum (73) strömt, wenn sich der Hammer (22) nach unten bewegt. Bewegt sich der Hammer (22) nach oben, wird das Gas im Hohlraum (73) verdichtet. Somit vollzieht der Hammer zusätzlich zu seiner Schlag- oder Hin- und Hergehaktion eine Gasverdichtungsaktion.
Ist das Schlagkraftwerkzeug nicht in Gebrauch (d. h. der Hammer (22) geht nicht hin und her und schlägt auch nicht), befindet sich kein Fluid in der Kammer (12) (d. h. die Blase, die durch die Auskleidung (30) definiert wird, ist völlig zusammengefallen), und der Teil (18) ist somit so leicht wie möglich. Vor dem Verwenden der Hin- und Hergeh- und Schlagaktion sollte Fluid in die Kammer (12) transportiert werden, um das Gewicht des Teils (18) zu erhöhen. Ein anderer Vorteil des Transportierens des Fluids besteht darin, daß das Fluid als Kühlmittel für das Werkzeug (11) fungiert, während der Hammer (22) hin- und hergeht.
Um das Fluid zu transportieren, ist das Ventil (36) geschlossen und das Ablaßventil (38) geöffnet, um den Raum (32) zwischen der Auskleidung (30) und den Kammerwänden (34) zur Atmosphäre hin zu entlüften. Die Ablaßventile (52) und (74) sind geschlossen, und das Ventil (46) ist geöffnet, um den Gasfluß vom Hohlraum (73) in den Behälter (40) zu kanalisieren.
An den oberen Teil des Ständers (77) wird Wechselspannung mit einer geeigneten Frequenz angelegt, um die Gasverdichtungsaktion des Hammers (22) anzutreiben. Bewegt sich der Hammer (22) nach oben, wird Gas in dem Körper (20) über dem Hammer (22) verdichtet und durch das Auslaßventil (28) und den Schlauch (48) zum Behälter (40) geleitet. Wird Druckgas in den Behälter (40) eingeleitet, wird Fluid verdrängt und durch den Schlauch (16) zu der Blase transportiert, die durch die flexible Auskleidung (30) in der Kammer (12) definiert wird. Der Abfluß (42) und der Gaseinlaß (50) weisen geschützte Öffnungen auf, um zu verhindern, daß Druckgas in den Schlauch (16) bzw. Fluid in den Schlauch (48) gelangt.
Ist die gewünschte Menge Fluid in die Kammer (12) gelangt, wird das Ventil (74) geöffnet, um sicherzustellen, daß im Hohlraum (73) atmosphärischer Druck herrscht. Das Ventil (28) ist ein Einrichtungsventil, und da die Ventile (36) und (52) geschlossen bleiben, kann das Druckgas nicht aus dem Behälter (40) ausströmen. Somit steht der Behälter (40) weiterhin unter Druck, und folglich bleibt die Fluidmenge in der Kammer (12) auf dem gewünschten Niveau. Ist das Schlagkraftwerkzeug nicht mehr in aktivem Gebrauch (d. h. der Hammer (22) steht still), sollte Fluid in der Kammer (12) zurück zum Vorratsbehälter (14) transportiert werden. Dazu werden die Ablaßventile (38) und (74) geschlossen und das Ventil (36) geöffnet, um Druckgas in den Raum (32) zwischen der Auskleidung (30) und den Kammerwänden (34) einzulassen. Die Auskleidung (30) trennt somit das Druckgas von dem Fluid. Es ist ein Ablaßventil (38) vorgesehen, um Druckgas aus dem Raum (32) abzulassen. Gleichzeitig wird das Ventil (46) geschlossen und das Ablaßventil (52) geöffnet, um den Behälter (40) zur Atmosphäre hin zu entlüften.
An den oberen Teil des Ständers (77) wird Wechselspannung mit einer geeigneten Frequenz angelegt, um die Gasverdichtungsaktion des Hammers (22) anzutreiben. Das Druckgas gelangt durch das Auslaßventil (28) in den Raum (32) und verdrängt somit Flüssigkeit aus der Kammer (12) entlang dem Schlauch (16) zum Behälter (40).
Die Kraftwerkzeuganordnung (10), die in Fig. 6 dargestellt ist, zeigt eine veränderte Anordnung für die Gasverdichtung gegenüber der Kraftwerkzeuganordnung (10) aus Fig. 5 (gleiche Merkmale tragen die gleichen Bezugszeichen). Um die Gasverdichtungsaktion des Hammers (22) in Fig. 6 anzutreiben, wird an den unteren Teil des Ständers (77) Wechselspannung mit einer geeigneten Frequenz angelegt, was bewirkt, daß sich der Hammer (22) in dem unteren Teil des Hohlraums (73) hin- und herbewegt. Das Einlaßventil (26) ist ein Einrichtungsventil, das erlaubt, daß Gas durch die Leitung (80) in den Hohlraum (73) strömt, wenn sich der Hammer (22) nach oben bewegt. Bewegt sich der Hammer (22) nach unten, wird Gas im Hohlraum (73) verdichtet und passiert die Leitung (80), um dem Behälter (40) oder dem Raum (32) zugeführt zu werden, wie in Fig. 5. Es ist zu erkennen, daß, obwohl die Gasverdichtungsaktionen, die in Fig. 5 und 6 beschrieben sind, auf eine Richtung des Hammers (22) beschränkt sind, es möglich sein kann, einen Verdichter mit dualer Aktion zu verwenden, der das Gas beim Aufwärts- und Abwärtshub des Hammers (22) verdichtet.
Es sollte ebenfalls zu erkennen sein, daß, obwohl sowohl in Fig. 5 als auch Fig. 6 ein Linearmotor (71) dargestellt ist, um die Gasverdichtungsaktion und die Hin- und Hergehaktion des Hammers (22) anzutreiben, jedes geeignete Mittel, zum Beispiel eine herkömmliche Hydrokraftanordnung, verwendet werden kann, um beide Aktionen des Hammers (22) anzutreiben.
Alternative Antriebsmittel schließen hydraulische, elektrische, pneumatische und Verbrennungsmotoren ein. Eine solche Anordnung ist in Fig. 7 dargestellt. Ein Elektromotor (nicht gezeigt) oder ein Benzinmotor (nicht gezeigt) treiben auf herkömmliche Weise eine Kurbelwelle (83) an. Die Verbindungsstange (82) wandelt die Drehbewegung der Kurbelwelle (83) in lineare Bewegung eines Kolbens (81) und des Hammers (22) um. Der Hammer ist nicht mit dem Kolben (81) verbunden, und der Hammer (22) vollzieht sowohl eine Hin- und Hergehaktion als auch eine Gasverdichtungsaktion. Die Gasverdichtungsaktion findet im unteren Teil des Hohlraums (73) statt, auf ähnliche Weise wie die Gasverdichtungsaktion, die durch den Hammer (22) in Fig. 6 vollzogen wird.
Fig. 8(a) zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines gängigen hydraulischen Brechersystems, bei dem der hydraulische Brecher (90) durch eine Pumpe (91) angetrieben wird, die durch die Saugleitung (93) Fluid aus einem Hydraulikvorratsbehälter (92) abzieht. Fluid wird dann durch die Zufuhrleitung (94) zugeführt und durch die Rückführleitung (95) zum Hydraulikvorratsbehälter zurückgeführt. Durch den Nutzer wird das Ventil (96) betätigt, um die Kraft zu steuern, die dem Brecher zugeführt wird. Bei den üblicherweise erhältlichen Systemen beträgt der maximale Hydraulikfluß im allgemeinen weniger als 50 l/min. und der Druck ist größer als 80 Bar.
Fig. 8(b) zeigt ein abgewandeltes System mit zusätzlichen Leitungen und Ventilen, bei dem ein hydraulischer Brecher (90) um eine Hydraulikkammer (98) und eine Ejektorpumpe (100) ergänzt wurde. Der Hydraulikvorratsbehälter (92) wurde um eine ähnliche Ejektorpumpe (99) ergänzt. Eine Ejektorpumpe ist eine kompakte Vorrichtung, die es erlaubt, eine relativ geringe Durchflußmenge mit hohem Druck in eine große Durchflußmenge mit niedrigem Druck umzuwandeln. Die geringe Durchflußmenge mit hohem Druck wird durch die Düse (109) gezwungen, der resultierende Hochgeschwindigkeitsstrahl erzeugt eine Saugkraft in der Leitung (110), die eine Durchflußmenge aus einem Vorratsbehälter abzieht. Die zwei Durchflußmengen mischen sich auf eine turbulente Weise, und im Ergebnis wird schließlich durch die Ejektorpumpe eine große Durchflußmenge mit niedrigem Druck geliefert.
Um das Eigengewicht des Werkzeugs zu erhöhen, müssen die Ventile (96) und (102) geschlossen und die Ventile (104) und (107) geöffnet sein. Die Pumpe (91) führt der Ejektorpumpe (99) durch die Leitung (105) eine geringe Durchflußmenge mit hohem Druck zu. Dann wird Fluid aus dem Vorratsbehälter (92) abgezogen und durch die Leitung (97), die Ejektorpumpe (100), die jetzt als einfache Leitung fungiert, und schließlich durch die Leitung (101) der Kammer (98) zugeführt. Um das Fluid von der Kammer (98) zum Vorratsbehälter (92) zurückzuführen, müssen die Ventile (96) und (104) geschlossen und die Ventile (102) und (107) geöffnet sein. Die Pumpe (91) führt der Ejektorpumpe (100) durch die Leitung (103) eine geringe Durchflußmenge mit hohem Druck zu. Dann wird Fluid aus der Kammer (98) abgezogen und durch die Leitung (97), die Ejektorpumpe (99), die jetzt als einfache Leitung fungiert, und schließlich durch die Leitung (97) dem Vorratsbehälter (92) zugeführt.
Befindet sich der hydraulische Brecher im Schlagmodus, sind die Ventile (102), (104) und (107) geschlossen, und das System arbeitet auf ähnliche Weise wie jenes, das unter Bezugnahme auf Fig. 8(a) beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß der Rückfluß durch die Leitung (95) jetzt durch die Ejektorpumpe (99) verläuft, die jetzt als einfache Leitung fungiert, bevor er den Vorratsbehälter (92) erreicht.

Fig. 1

VOM VERDICHTER
GASFLUSS
FLUIDFLUSS
AUFWÄRTS
ABWÄRTS
ERSATZBLATT (REGEL 26)

Fig. 2(a)

ZUR ATMOSPHÄRE HIN ABGELASSEN
ZU 12
VON 14
VOM VERDICHTER

Fig. 2(b)

ZUR ATMOSPHÄRE HIN ABGELASSEN
VON 12
ZU 14
VOM VERDICHTER
ERSATZBLATT (REGEL 26)

Fig. 3

VOM VERDICHTER
FLUIDFLUSS
AUFWÄRTS
ABWÄRTS
ERSATZBLATT (REGEL 26)

Fig. 4

GASFLUSS
FLÜSSIGKEITSFLUSS
ERSATZBLATT (REGEL 26)

Fig. 5

GASFLUSS
FLUIDFLUSS
AUFWÄRTS
ABWÄRTS
ERSATZBLATT (REGEL 26)

Fig. 6

VOM/ZUM BEHÄLTER (40)
VOM/ZUM BEHÄLTER (40)
ERSATZBLATT (REGEL 26)

Fig. 7

VOM/ZUM BEHÄLTER (40)
VOM/ZUM BEHÄLTER (40)
ERSATZBLATT (REGEL 26)

Fig. 8

ERSATZBLATT (REGEL 26)

Claims

1. Schlagkraftwerkzeug (10) umfassend einen Körper (11), der ein Element (22) mit einer hin- und hergehenden Schlagaktion umschließt, gekennzeichnet durch eine Kammer (12), die mit dem Körper verbunden ist, Mittel (16) für das Einleiten von Fluid in die Kammer und Mittel (16) für das nachfolgende Entfernen von Fluid aus der Kammer, wobei Fluid in der Kammer (12) gespeichert wird, um das Eigengewicht des Schlagwerkzeugs (10) um mindestens 10% zu erhöhen, wenn sich das Element hin- und herbewegt oder schlägt, und nachfolgend entfernt wird, wenn es stillsteht.

2. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 1, bei welchem das Mittel (16) für das Einleiten von Fluid in die Kammer einen Vorratsbehälter (14) für das Speichern von Fluid für die Kammer (12) umfaßt, der unabhängig von dem Körper (11) gehalten wird.

3. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 2, bei welchem das Mittel (16) für das Entfernen von Fluid aus der Kammer (17) mit dem Vorratsbehälter (14) in Verbindung steht.

4. Schlagkraftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kammer (12) eine Membran (30) umfaßt, die sich in Abhängigkeit davon, ob Fluid in die Kammer (12) eingeleitet oder aus dieser entfernt wird, biegt.

5. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 4, bei welchem die Membran (30) eine Blase bildet.

6. Schlagkraftwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Kammer (12) ein verschiebbares Trennelement umschließt, daß sich in Abhängigkeit davon, ob Fluid in die Kammer (12) eingeleitet oder aus dieser entfernt wird, bewegt.

7. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 6, bei welchem das verschiebbare Trennelement ein Kolben ist.

8. Schlagkraftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Mittel (16) für das Einleiten von Fluid in die Kammer und/oder das Mittel (16) für das Entfernen von Fluid aus der Kammer durch Druckgas betätigt wird/werden.

9. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 8, bei welchem das Fluideinleitungsmittel oder Fluidentfernungsmittel so gestaltet ist, daß es Druckgas verwendet, um Fluid zu verdrängen, um es in die Kammer (12) einzuleiten oder aus dieser zu entfernen.

10. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 9, das weiterhin Ventilmittel (26, 36, 46) für das Verbinden mit einem Druckgasvorrat umfaßt, welche die Fluidverdrängung für das Füllen und Leeren der Kammer und die hin- und hergehende Schlagaktion des Elements steuern.

11. Schlagkraftwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, das weiterhin Antriebsmittel (71) für das Hin- und Herbewegen des Elements (22) in dem Körper (11) umfaßt, wobei die Antriebsmittel so gestaltet sind, daß sie einen Gasverdichter antreiben, der das Druckgas für die Mittel für das Einleiten von Fluid in die Kammer oder das Entfernen von Fluid aus dieser liefert.

12. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 11, bei welchem der Gasverdichter in dem Körper befindlich ist.

13. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 12, bei welchem Druckgas durch das Verdichten von Gas vor oder neben dem Element (22) erzeugt wird, wenn sich dieses hin- und herbewegt.

14. Schlagkraftwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei welchem das Antriebsmittel (71) einen Linearmotor umfaßt.

15. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 14, bei welchem der Linearmotor eine Freikolbenvorrichtung (81) umfaßt.

16. Schlagkraftwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der weiterhin hydraulische Antriebsmittel für das Hin- und Herbewegen des Elements (22) in dem Körper (11) umfaßt.

17. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 16, bei welchem der Kammer (12) Hydraulikfluid für das hydraulische Antriebsmittel zugeführt wird, um das Eigengewicht des Werkzeugs zu erhöhen.

18. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 17, das weiterhin Mittel (99, 100) für das Umwandeln von Hydraulikfluid mit hohem Druck und niedriger Fließgeschwindigkeit für das hydraulische Antriebsmittel in Hydraulikfluid mit niedrigem Druck und hoher Fließgeschwindigkeit für die Kammer umfaßt.

19. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 18, bei welchem das Umwandlungsmittel (99, 100) eine Ejektorpumpe umfaßt.

20. Schlagkraftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest zwei Kammern (12), jede für das Aufnehmen von Fluid, um das Eigengewicht des Werkzeugs zu erhöhen, mit dem Körper verbunden sind.

21. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 20, bei welchem die zumindest zwei Kammern symmetrisch um den Körper (11) herum angeordnet sind.

22. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 20 oder 21, das weiterhin Mittel für das Schaffen einer gleichmäßigen Verteilung von Fluid zwischen den zumindest zwei Kammern umfaßt, wenn das Eigengewicht des Werkzeugs erhöht wird.

23. Schlagkraftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin Mittel umfaßt, um einem Bediener anzuzeigen, ob das Eigengewicht des Werkzeugs erhöht wurde, bevor das Werkzeug durch den Bediener angehoben wird.

24. Schlagkraftwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 19, bei welchem die Kammer (66) und der Körper (62) über eine Hebelstütze (64) so miteinander verbunden sind, das, bei Gebrauch, das Einleiten von Fluid in die Kammer (66) das operative Teil des Schlagkraftwerkzeugs in engen Kontakt mit einem Werkstück zwingt.

25. Schlagkraftwerkzeug (10) nach Anspruch 24, bei welchem das operative Teil des Schlagkraftwerkzeugs im wesentlichen horizontal angeordnet ist, wenn es sich im Arbeitskontakt mit dem Werkstück befindet.

26. Schlagkraftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem Fluid, das in die Kammer (12) eingeleitet wurde, zusätzlich Wärme absorbiert, die während des Hin- und Herbewegens des Elements (22) erzeugt wird.