EP1368160B1 - Luftfederschlagwerk mit bewegungsfrequenzgesteuertem leerlaufzustand - Google Patents

Luftfederschlagwerk mit bewegungsfrequenzgesteuertem leerlaufzustand Download PDF

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EP1368160B1
EP1368160B1 EP02712942A EP02712942A EP1368160B1 EP 1368160 B1 EP1368160 B1 EP 1368160B1 EP 02712942 A EP02712942 A EP 02712942A EP 02712942 A EP02712942 A EP 02712942A EP 1368160 B1 EP1368160 B1 EP 1368160B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
pneumatic spring
driving
percussive mechanism
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02712942A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1368160A1 (de
Inventor
Rudolf Berger
Mirko Lysek
Wolfgang Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Construction Equipment AG
Original Assignee
Wacker Construction Equipment AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Construction Equipment AG filed Critical Wacker Construction Equipment AG
Publication of EP1368160A1 publication Critical patent/EP1368160A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1368160B1 publication Critical patent/EP1368160B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/005—Arrangements for adjusting the stroke of the impulse member or for stopping the impact action when the tool is lifted from the working surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/221—Sensors

Definitions

  • the invention relates to an air spring hammer mechanism for a percussion and / or Hammer drill according to the preamble of claim 1.
  • the internal combustion hammers have between one Motor shaft and the crankshaft of the air spring hammer mechanism a centrifugal clutch, which serves to disconnect the percussion drive when the internal combustion engine rotates at idle speed.
  • a centrifugal clutch which serves to disconnect the percussion drive when the internal combustion engine rotates at idle speed.
  • the invention has for its object to provide an air spring hammer mechanism, where the benefits of torque transmission and interruption can be maintained by the centrifugal clutch without the described To accept disadvantages.
  • the air spring hammer mechanism is an idle air duct provided, via which the air spring receiving the striking operation Cavity between drive and percussion pistons with a compensation space connected is.
  • the compensation room can e.g. B. the crankcase in which the crankshaft rotates to drive the drive piston.
  • the compensation space can also be the area around the air spring hammer mechanism act, making sure that dirt, dust, Moisture or the like does not come from the compensation room and the idle air duct can penetrate into the cavity.
  • a valve is arranged in the idle air duct, the open and closed position of the frequency of movement of the drive piston depends. It is thereby achieved according to the invention that the Deactivation of the air spring hammer mechanism, i.e. the transition from hammer operation in the idle mode not mechanically in the known manner via a Centrifugal clutch takes place, but via a movement frequency controlled Interruption of the suction effect of the striking mechanism.
  • the valve is below a predetermined frequency of movement of the drive piston can be opened so that a communicating connection via the idle air duct exists between the cavity and the compensation space.
  • the sensor device for detecting the movement frequency of the drive piston in such a way that they also have a movement parameter can detect that can not be directly assigned to the drive piston is. Then the sensor device is, for. B. able to move frequency of the drive piston by detecting the speed of the Determine drive piston driving crankshaft.
  • the valve is thus dependent in a preferred embodiment from a signal from a speed sensor detecting the speed of the crankshaft can be opened and closed.
  • the speed sensor is also one on the crankshaft arranged, movable centrifugal force weight to view the valve is controllable, the valve depending on a position of the Centrifugal weight can be opened and closed.
  • a additional idling device is provided with which regardless of the frequency of movement of the drive piston or the speed of the crankshaft Cavity in communicating connection with the compensation space is when the percussion piston slides out by one of it Tool from a housing of the hammer and / or hammer drill reaches a front axial position serving as an idle position.
  • the air spring hammer mechanism is independent of the motion frequency or speed-dependent idle operation described above enters an idle state.
  • this air spring hammer mechanism exist therefore two ways to achieve idle: Firstly idle is automatically set when the movement frequency of the Drive piston or the speed of the crankshaft below the predetermined Value falls.
  • the air spring hammer mechanism also works independently of which in the idle state when the operator removes the tool from the workpiece Stone lifts off and the tool accordingly can slide out of the hammer housing.
  • the air spring hammer mechanism according to the invention can with different design principles be realized, for. B. in the so-called hollow club impact mechanism, where the drive piston is in a hollow area of the Percussion piston moves, in a hollow piston impact mechanism, in which the drive piston has a hollow area in which the percussion piston is axially is movably received or in a pipe impact mechanism, in which the Percussion piston and the drive piston essentially the same diameter have and are performed together in a percussion tube.
  • Fig. 1 shows a section through an air spring hammer mechanism according to the invention in field operation.
  • a crankshaft 1 drives a drive piston 3 axially via a connecting rod 2 and forth.
  • the drive piston 3 is guided in a percussion piston 4, which in turn axially movable back and forth in a tubular striking mechanism housing 5 is.
  • Such an air spring hammer mechanism is also called a hollow hammer mechanism referred to and is known per se.
  • the drive piston 3 moves in the impact piston 4 and forth, whereby in a between the drive piston 3 and the percussion piston 4 trained cavity 6 an air spring is built.
  • the air in Cavity 6 compressed.
  • the energy of the air compressed as an air spring is delivered to the percussion piston 4 and also drives it forward on a schematically illustrated shaft 7 of a chisel tool.
  • the shaft 7 can also be a not shown, but known per se
  • the striking piston 4 acts on the striker.
  • the cavity 6 is via an idle opening 8, one on the inside of the Percussion mechanism housing 5 formed annular groove 9 and a channel 10 with a serving as compensation chamber crank chamber 11.
  • the crankcase 11 essentially describes the space in which the crankshaft 1 is movable with the connecting rod 2 and the drive piston 3.
  • the idle opening 8, the annular groove 9 and the channel 10 together form one Idle air channel.
  • a valve 12 is arranged, the is integrally coupled to a centrifugal weight 13.
  • the valve 12 is together with the centrifugal weight 13 against the action of a stop 14 supported spring 15 with respect to the crankshaft 1 radially in a guide 16 mobile.
  • Fig. 1 shows the impact operation of the air spring hammer mechanism in which the crankshaft 1 with the operating speed of an internal combustion engine, not shown or - if between the internal combustion engine and the crankshaft 1 Gearbox is arranged - with a corresponding to the operating speed Speed is driven. Due to the flyweight 13 and possibly centrifugal force acting on the valve 12 also becomes the valve 12 together with the centrifugal weight 13 against the action of the spring 15 in the Guide 16 held radially outward in the position shown in Fig. 1. The channel 10 is closed by the valve 12.
  • Fig. 2 shows the same air spring hammer mechanism as Fig. 1, but in idle mode.
  • the centrifugal weight 13 also serves strictly as a speed sensor, since it detects a change in speed by moving its radial position.
  • the shift in the radial position is in turn to be regarded as a signal depending on which one integrally connected to the centrifugal weight 13 Valve 12 is opened or closed.
  • the speed of the crankshaft 1 represents in the embodiment described above is the criterion according to which the frequency of movement of the drive piston 3 is determined. Instead of crankshaft speed, however, could also the speed of the drive motor, not shown, by the Flyweight 13 are detected.
  • crankshaft 1 instead of crankshaft 1, it is possible to drive piston 3 by others Drive mechanisms, such as. B. a swashplate in oscillating rear and bring float.
  • valve 12 and centrifugal weight 13th depending on the crankshaft speed with the air spring hammer mechanism 1 and 2 is comparable. It is therefore only the essentials Differences are explained.
  • Fig. 3 shows a schematic section also as a hollow piston hammer mechanism designated air spring hammer mechanism according to the invention, in which by the Connecting rod 2, a hollow drive piston 20 is moved back and forth.
  • the channel 10 leads to the crank chamber 11, which serves as a compensation chamber, the valve 12 with the centrifugal weight 13 in that already described above Way is interposed.
  • the idle openings 22 are arranged axially to one another, so that between the cavity 23 and the opening 24 a permanent connection is ensured in each axial position of the drive piston 20.
  • an opening 25 is provided which leads to another channel 26 leads, which is also in communication with the crankcase 11 stands.
  • the opening 25 is of others in the drive piston 20 provided idle openings 27 can be driven over.
  • Fig. 4 shows a variant of the invention, also referred to as a pipe impact mechanism Pneumatic spring hammer mechanism.
  • a drive piston 30 driven by the crankshaft 1 and the connecting rod 2 is axial in a housing part also referred to as percussion tube 31 can be moved back and forth.
  • the cavity is via an opening 34 and the channel 10 33 can be brought into communicating connection with the crank chamber 11, at the end of the channel 10, the valve 12 with the centrifugal weight 13 in the already described manner is arranged.
  • an opening 35 is provided as an additional idling device, which leads to a further channel 36 and thus to the crank chamber 11.
  • this serves additional Idle device that the striking mechanism then also in an idle state can reach when the percussion piston 32 after lifting the chisel of the rock to be worked and the corresponding sliding out Shaft 7 from the housing in its foremost, not shown in Fig. 4 Position reached. In that case, a rear edge 37 of the percussion piston slides 32 through the opening 35 and gives a connection between the cavity 33 and the channel 36 free.
  • the additional idling device has the consequence that the striking mechanism too regardless of the engine or crankshaft speed in the idle state can reach.
  • Fig. 5 shows an air spring hammer mechanism, which works on the same principle as that Air spring hammer mechanism of Fig. 3 works. On a new description of the mechanical interrelationships are therefore dispensed with.
  • the speed sensor 40 is used to record the speed of the crankshaft 1. It can be work on known principles, such as B. magnetic, optical, inductive etc.
  • the speed sensor 40 supplies a signal to a controller, not shown, the one in a connecting the cavity 23 with the crank chamber 11 Channel 42 arranged electromagnetic valve 41 depending of the determined speed value. So much for the speed of the crankshaft 1 is above a predetermined value, the valve 41 is closed and interrupts a connection between the cavity 23 and the crank chamber 11.
  • the valve 41 is, for. B. with a 2/2-way valve a valve body that can be swiveled electromagnetically between two positions.
  • the control opens the valve 41, so that a communicating connection between the cavity 23 via the channel 42 to the crank chamber 11 consists.
  • the electronic solution shown in Fig. 5 is related to that in context with the mechanical solution presented in FIGS. 1 to 4 the advantage that the "dead spaces", i.e. H. between cavities 6, 23 and 33 and the valve 12, 41 existing space due to the smaller distance are smaller. This enables better sucking back in blow operation.
  • Valves 12 41 can also other types of valves known per se, such as z. B. Piezo valves can be used.
  • the sensor device instead of determining the crankshaft speed by the sensor device it is also possible to directly determine the frequency of movement of the drive piston, z. B. via a proximity sensor or the movement of the connecting rod 2 to be recorded. There are also numerous possibilities, the movement frequency of the drive piston based on the speed of the drive motor, its Ignition frequency or - if it is an electric motor - the electrical drive frequency or its current consumption.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfederschlagwerk für einen Schlag- und/oder Bohrhammer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein derartiges Luftfederschlagwerk ist aus der DE-A-2641070 bekannt.
Seit langem sind Luftfederschlagwerke in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt, bei denen ein Antriebskolben von einer Kurbelwelle hin- und herbewegt wird. Vor dem Antriebskolben befindet sich ein ebenfalls hin- und herbewegbarer Schlagkolben, so dass zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben ein Hohlraum ausgebildet ist, der zur Aufnahme einer Luftfeder dient. Diese als Luftpolster fungierende Luftfeder überträgt die Bewegung des angetriebenen Antriebskolben auf den Schlagkolben, der somit der Bewegung des Antriebskolbens mit zeitlicher Verzögerung folgt. Der Schlagkolben schließlich schlägt auf einen Schaft eines Werkzeugs oder einen zwischengeschalteten Döpper und gibt seine Schlagenergie an das Werkzeug ab.
Derartige Luftfederschlagwerke haben sich in der Praxis sowohl bei Hämmern mit elektromotorischem Antrieb als auch bei brennkraftbetriebenen Hämmern bewährt.
Insbesondere die brennkraftbetriebenen Hämmer besitzen zwischen einer Motorwelle und der Kurbelwelle des Luftfederschlagwerks eine Fliehkraftkupplung, die dazu dient, den Schlagwerksantrieb dann abzukoppeln, wenn der Verbrennungsmotor mit Leerlaufdrehzahl dreht. Dadurch soll zum einen ein einwandfreier Leerlauf des Motors sichergestellt und zum anderen ein leichteres Starten des Motors ermöglicht werden. Eine derartige Fliehkraftkupplung ist technisch aufwändig, benötigt Bauraum und führt schließlich zu einem relativ teuren, schweren und verschleißbehafteten Hammer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftfederschlagwerk anzugeben, bei dem die Vorteile der Drehmomentübertragung und -unterbrechung durch die Fliehkraftkupplung beibehalten werden können, ohne die beschriebenen Nachteile in Kauf zu nehmen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Luftfederschlagwerk gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerk ist ein Leerlaufluftkanal vorgesehen, über den der im Schlagbetrieb eine Luftfeder aufnehmende Hohlraum zwischen Antriebs- und Schlagkolben mit einem Ausgleichsraum verbunden ist. Der Ausgleichsraum kann z. B. der Kurbelraum sein, in dem sich die Kurbelwelle zum Antrieb des Antriebskolben dreht. Alternativ dazu kann es sich bei dem Ausgleichsraum auch um die Umgebung des Luftfederschlagwerks handeln, wobei sichergestellt sein sollte, dass Schmutz, Staub, Feuchtigkeit o. ä. nicht über den Ausgleichsraum und den Leerlaufluftkanal in den Hohlraum eindringen können.
Weiterhin ist erfindungsgemäß in dem Leerlaufluftkanal ein Ventil angeordnet, dessen Offen- und Schließstellung von der Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens abhängt. Dadurch wird erfindungsgemäß erreicht, dass die Abschaltung des Luftfederschlagwerks, also der Übergang vom Schlagbetrieb in den Leerlaufbetrieb nicht in der bekannten Weise mechanisch über eine Fliehkraftkupplung erfolgt, sondern über eine bewegungsfrequenzgesteuerte Unterbrechung der Saugwirkung des Schlagwerks.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Ventil bei Unterschreiten einer vorbestimmten Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens öffenbar, so dass über den Leerlaufluftkanal eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Hohlraum und dem Ausgleichsraum besteht. In dem sich dadurch einstellenden Leerlaufbetrieb kann sich in dem Hohlraum auch bei einer weiterhin oszillierenden Bewegung des Antriebskolbens keine Luftfeder mehr aufbauen, was dazu führt, dass der im Schlagbetrieb von der Luftfeder angetriebene Schlagkolben nunmehr weder nach vorne getrieben noch nach hinten gesaugt wird. Eine zuverlässige Unterbrechung des Schlagbetriebs ist somit gewährleistet.
Die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens stellt einen Parameter dar, der soweit es die Erfindung betrifft - mit einer Reihe von weiteren Parametern äquivalent ist. Dazu gehören insbesondere die Drehzahl einer den Antriebskolben antreibenden Kurbelwelle bzw. Taumelwelle sowie die Drehzahl des einen Antriebsmechanismus beaufschlagenden Antriebsmotors. Die Drehzahl des Antriebsmotors wiederum lässt sich z. B. durch die Zündfrequenz, also die Zündtakte bestimmen, wenn der Antriebsmotor ein Verbrennungsmotor ist. Bei einem Elektromotor lässt sich die Drehzahl aufgrund der Stromaufnahme ermitteln. Da der Antriebsmotor stets mit dem Antriebskolben über den Antriebsmechanismus verbunden ist, lässt sich aus dem Bewegungsverhalten eines dieser Elemente auch das Bewegungsverhalten der anderen Elemente ermitteln. Durch die meist formschlüssige Energieübertragung vom Antriebsmotor zum Antriebskolben besteht ein linearer Zusammenhang zwischen den einzelnen Bewegungsparametern.
Entsprechendes gilt auch für andere Antriebskonzepte. Wenn der Antriebskolben z. B. über einen Linearmotor angetrieben wird, bieten sich dem Fachmann weitere Möglichkeiten, aufgrund verschiedener Betriebsparameter die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens zu ermitteln.
Dementsprechend ist eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens derart auszubilden, dass sie auch einen Bewegungsparameter erfassen kann, der nicht direkt dem Antriebskolben zuordenbar ist. Danach ist die Sensoreinrichtung z. B. in der Lage, die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens durch Erfassen der Drehzahl der den Antriebskolben antreibenden Kurbelwelle zu bestimmen.
Das Ventil ist somit bei einer bevorzugten Ausführungsform in Abhängigkeit von einem Signal eines die Drehzahl der Kurbelwelle erfassenden Drehzahlsensors öffen- und schließbar.
Als Drehzahlsensor ist dabei im weiteren Sinne auch ein an der Kurbelwelle angeordnetes, bewegliches Fliehkraftgewicht anzusehen, über das das Ventil ansteuerbar ist, wobei das Ventil in Abhängigkeit von einer Stellung des Fliehkraftgewichts öffen- und schließbar ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung dient der Drehzahlsensor zur elektrischen oder elektronischen Erfassung der Kurbelwellendrehzahl. Sein Signal ist in geeigneter Weise an das Ventil, z. B. ein elektromagnetisches Ventil zu liefern.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine zusätzliche Leerlaufeinrichtung vorgesehen, mit der unabhängig von der Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens bzw. der Drehzahl der Kurbelwelle der Hohlraum mit dem Ausgleichsraum in kommunizierende Verbindung bringbar ist, wenn der Schlagkolben durch Herausgleiten eines von ihm beaufschlagten Werkzeugs aus einem Gehäuse des Schlag- und/oder Bohrhammers in eine als Leerlaufstellung dienende vordere Axialstellung gelangt. Dadurch ist es möglich, dass das Luftfederschlagwerk unabhängig von dem oben beschriebenen bewegungsfrequenz- bzw. drehzahlabhängigen Leerlaufbetrieb in einen Leerlaufzustand gelangt. Bei diesem Luftfederschlagwerk bestehen daher zwei Möglichkeiten, einen Leerlauf zu erreichen: Zum einen wird der Leerlauf automatisch eingestellt, wenn die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens bzw. die Drehzahl der Kurbelwelle unter den vorbestimmten Wert fällt. Zum anderen gelangt das Luftfederschlagwerk auch unabhängig davon in den Leerlaufzustand, wenn der Bearbeiter das Werkzeug vom zu bearbeitenden Stein abhebt und das Werkzeug dementsprechend etwas aus dem Gehäuse des Hammers herausgleiten kann.
Das erfindungsgemäße Luftfederschlagwerk kann bei verschiedenen Bauartprinzipien realisiert werden, so z. B. bei dem sogenannten Hohlschlägerschlagwerk, bei dem sich der Antriebskolben in einem hohlen Bereich des Schlagkolbens bewegt, bei einem Hohlkolbenschlagwerk, bei dem der Antriebskolben einen hohlen Bereich aufweist, in dem der Schlagkolben axial bewegbar aufgenommen ist oder bei einem Rohrschlagwerk, bei dem der Schlagkolben und der Antriebskolben im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen und gemeinsam in einem Schlagwerksrohr geführt sind.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen schematischen Schnitt eines als "Hohlschlägerschlagwerk" ausgeführten erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks im Schlagbetrieb;
Fig. 2
das Luftfederschlagwerk von Fig. 1 im Leerlaufbetrieb;
Fig. 3
ein als "Hohlkolbenschlagwerk" ausgeführtes erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk;
Fig. 4
ein als "Rohrschlagwerk" ausgeführtes erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk; und
Fig. 5
ein als "Hohlkolbenschlagwerk" ausgeführtes erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk mit elektronisch angesteuertem Ventil.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk im Schlagbetrieb.
Eine Kurbelwelle 1 treibt über ein Pleuel 2 einen Antriebskolben 3 axial hin und her. Der Antriebskolben 3 ist in einem Schlagkolben 4 geführt, der wiederum in einem rohrförmigen Schlagwerksgehäuse 5 axial hin- und herbeweglich ist.
Ein derartiges Luftfederschlagwerk wird auch als Hohlschlägerschlagwerk bezeichnet und ist an sich bekannt.
Im Schlagbetrieb bewegt sich der Antriebskolben 3 im Schlagkolben 4 hin und her, wodurch in einem zwischen dem Antriebskolben 3 und dem Schlagkolben 4 ausgebildeten Hohlraum 6 eine Luftfeder aufgebaut wird. Bei Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens 3 (in Fig. 1 nach links) wird die Luft im Hohlraum 6 komprimiert. Die Energie der als Luftfeder komprimierten Luft wird an den Schlagkolben 4 abgegeben und treibt ihn ebenfalls nach vorne auf einen schematisch dargestellten Schaft 7 eines Meißelwerkzeugs. Anstelle des Schafts 7 kann auch ein nicht dargestellter, aber an sich bekannter Döpper durch den Schlagkolben 4 beaufschlagt werden.
Nach erfolgtem Schlag hat der Antriebskolben 3 durch die Drehbewegung der Kurbelwelle 1 bereits seinen Rückweg nach hinten angetreten und saugt den vom Schaft 7 zurückprallenden Schlagkolben 4 weiter nach hinten, bis der Antriebskolben 3 schließlich wieder in die Vorwärtsbewegung übergeht und durch Aufbau eines Drucks in der Luftfeder der Schlagzyklus von neuem beginnt.
Der Hohlraum 6 ist über eine Leerlauföffnung 8, eine auf der Innenseite des Schlagwerksgehäuses 5 ausgebildete Ringnut 9 und einen Kanal 10 mit einem als Ausgleichsraum dienenden Kurbelraum 11 verbunden. Der Kurbelraum 11 umschreibt im Wesentlichen den Raum, in dem die Kurbelwelle 1 mit dem Pleuel 2 und dem Antriebskolben 3 bewegbar ist.
Die Leerlauföffnung 8, die Ringnut 9 und der Kanal 10 bilden zusammen einen Leerlaufluftkanal.
Am kurbelraumseitigen Ende des Kanals 10 ist ein Ventil 12 angeordnet, das einstückig mit einem Fliehgewicht 13 gekoppelt ist. Das Ventil 12 ist zusammen mit dem Fliehgewicht 13 gegen die Wirkung einer an einem Anschlag 14 abgestützten Feder 15 bezüglich der Kurbelwelle 1 radial in einer Führung 16 beweglich.
Fig. 1 zeigt den Schlagbetrieb des Luftfederschlagwerks, in dem die Kurbelwelle 1 mit der Betriebsdrehzahl eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors bzw. - falls zwischen dem Verbrennungsmotor und der Kurbelwelle 1 ein Getriebe angeordnet ist - mit einer der Betriebsdrehzahl entsprechenden Drehzahl angetrieben wird. Aufgrund der auf das Fliehgewicht 13 und gegebenenfalls auch auf das Ventil 12 wirkenden Fliehkraft wird das Ventil 12 zusammen mit dem Fliehgewicht 13 gegen die Wirkung der Feder 15 in der Führung 16 radial nach außen in der in Fig. 1 gezeigten Stellung gehalten. Der Kanal 10 ist durch das Ventil 12 geschlossen.
Fig. 2 zeigt das gleiche Luftfederschlagwerk wie Fig. 1, jedoch im Leerlaufbetrieb.
Der Leerlaufbetrieb ist ein Zustand, in dem sich der nicht dargestellte Verbrennungsmotor nicht mit Betriebsdrehzahl, sondern mit einer niedrigeren Drehzahl, insbesondere der Leerlaufdrehzahl dreht.
Aufgrund der reduzierten Drehzahl der Kurbelwelle 1 ist die Feder 15 nun stark genug, das Fliehgewicht 13 mit dem Ventil 12 radial nach innen in die Führung 16 zu drücken. Das Ventil 12 gelangt dadurch in eine Offenstellung, in der eine Öffnung 17 mit dem Kanal 10 fluchtet und diesen öffnet.
Dadurch entsteht eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Hohlraum 6 über die Leerlauföffnung 8, die Ringnut 9 und den Kanal 10 mit dem Kurbelraum 11. Als Folge davon kann sich in dem Hohlraum 6 kein Luftdruck und dementsprechend auch keine Luftfeder mehr aufbauen. Obwohl sich der Antriebskolben 3 im Schlagkolben 4 nach wie vor hin- und herbewegt, verharrt der Schlagkolben 4 in seiner Leerlaufstellung, da aufgrund fehlender Luftdruckänderungen keine pneumatischen Kräfte mehr auf ihn wirken. Das Luftfederschlagwerk befindet sich somit zuverlässig im Leerlaufbetrieb.
Erst bei Erhöhen der Motordrehzahl und damit der Drehzahl der Kurbelwelle 1 wird die Wirkung der Feder 15 überwunden, so dass das Fliehgewicht 13 mit dem Ventil 12 radial nach außen gleitet und die Öffnung 17 verschließt. Dadurch wird der Hohlraum 6 vom Kurbelraum 11 getrennt, und es kann sich wieder eine Luftfeder im Hohlraum 6 aufbauen.
Das Fliehgewicht 13 dient streng genommen ebenfalls als Drehzahlsensor, da es durch Verlagern seiner Radialstellung eine Drehzahländerung detektiert. Die Verlagerung der Radialstellung wiederum ist als Signal zu werten, in Abhängigkeit von welchem das einstückig mit dem Fliehgewicht 13 verbundene Ventil 12 geöffnet oder geschlossen wird.
Die Drehzahl der Kurbelwelle 1 stellt bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das Kriterium dar, nach dem die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens 3 bestimmt wird. Anstelle der Kurbelwellendrehzahl könnte jedoch auch die Drehzahl des nicht dargestellten Antriebsmotors durch das Fliehgewicht 13 erfasst werden.
Anstelle der Kurbelwelle 1 ist es möglich, den Antriebskolben 3 durch andere Antriebsmechanismen, wie z. B. eine Taumelscheibe in oszillierende Hin- und Herbewegung zu bringen.
Ergänzend wird noch erwähnt, dass durch die Leerlauföffnung 8, einen Durchbruch 18 und einen Kanal 19 eine zusätzliche Leerlaufeinrichtung gebildet wird. Über die Leerlauföffnung 8, den Durchbruch 18 und einen Kanal 19 lässt sich unabhängig von der oben beschriebenen Verbindung über die Ringnut 9 und den Kanal 10 eine weitere kommunizierende Verbindung zwischen dem Hohlraum 6 und dem Kurbelraum 11 herstellen. Die Funktionsweise der zusätzlichen Leerlaufeinrichtung wird später anhand von Fig. 3 erläutert.
Die Fig. 3 und 4 zeigen andere Bauprinzipien für erfindungsgemäße Luftfederschlagwerke, wobei die Funktionsweise von Ventil 12 und Fliehgewicht 13 in Abhängigkeit von der Kurbelwellendrehzahl mit dem Luftfederschlagwerk gemäß Fig. 1 und 2 vergleichbar ist. Es sollen daher lediglich die wesentlichen Unterschiede erläutert werden.
Fig. 3 zeigt in schematischem Schnitt ein auch als Hohlkolbenschlagwerk bezeichnetes erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk, bei dem durch das Pleuel 2 ein hohl ausgebildeter Antriebskolben 20 hin- und herbewegt wird.
Im Inneren der Höhlung des Antriebskolbens 20 ist ein massiver Schlagkolben 21 ebenfalls axial hin- und herbewegbar.
In der zylindrischen Seitenwand des Antriebskolbens 20 sind mehrere Leerlauföffnungen 22 vorgesehen, über die ein zwischen dem Antriebskolben 20 und dem Schlagkolben 21 ausgebildeter Hohlraum 23 mit einem Durchbruch 24 und dem Kanal 10 verbindbar ist.
Der Kanal 10 führt zu dem als Ausgleichsraum dienenden Kurbelraum 11, wobei das Ventil 12 mit dem Fliehgewicht 13 in der bereits oben beschriebenen Weise dazwischengeschaltet ist.
Die Leerlauföffnungen 22 sind axial zueinander angeordnet, so dass zwischen dem Hohlraum 23 und dem Durchbruch 24 eine ständige Verbindung in jeder Axialstellung des Antriebskolbens 20 sichergestellt ist.
Zusätzlich ist ein Durchbruch 25 vorgesehen, der zu einem weiteren Kanal 26 führt, der ebenfalls in kommunizierender Verbindung mit dem Kurbelraum 11 steht. Der Durchbruch 25 ist von weiteren im Antriebskolben 20 vorgesehenen Leerlauföffnungen 27 überfahrbar.
Auf diese Weise wird eine zusätzliche Leerlaufeinrichtung realisiert, mit der unabhängig von der oben beschriebenen, von der Kurbelwellendrehzahl abhängigen Leerlaufeinrichtung der Hohlraum 23 mit dem Kurbelraum 11 in kommunizierende Verbindung bringbar ist, wenn der Schlagkolben 21 in seine vorderste, in Fig. 3 nicht gezeigte Axialstellung gelangt. Diese auch als Leerlaufstellung bezeichnete Axialstellung ist dann möglich, wenn der Bediener den Meißel vom zu bearbeitenden Gestein abhebt, so dass der Schaft 7 etwas aus dem Gehäuse des Hammers herausgleitet. Dann überfährt eine hintere Kante 28 des Schlagkolbens 21 den Durchbruch 25 und gibt eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 23 und dem Durchbruch 25 frei. In diesem Fall wird der Hohlraum 23 mit dem Kurbelraum 11 in kommunizierende Verbindung gebracht, so dass sich im Hohlraum 23 keine Luftfeder aufbauen kann. Diese Leerlaufeinrichtung ermöglicht unabhängig von dem bewegungsfrequenzabhängigen Leerlaufbetrieb bzw. von der Drehzahl der Kurbelwelle 1 die Erreichung eines Leerlaufzustands und dient somit der Ergänzung.
Fig. 4 zeigt eine auch als Rohrschlagwerk bezeichnete Variante des erfindungsgemäßen Luftfederschlagwerks.
Ein von der Kurbelwelle 1 und dem Pleuel 2 angetriebener Antriebskolben 30 ist in einem auch als Schlagwerksrohr 31 bezeichneten Gehäuseteil axial hin- und herbewegbar.
Im gleichen Schlagwerksrohr 31 ist ein massiver Schlagkolben 32 mit im Wesentlichen gleichem Durchmesser des Antriebskolbens 30 ebenfalls axial beweglich angeordnet.
Zwischen dem Antriebskolben 30 und dem Schlagkolben 32 ist ein Hohlraum 33 ausgebildet, der zur Aufnahme einer Luftfeder zum Antrieb des Schlagkolbens 32 dient. Über einen Durchbruch 34 und den Kanal 10 ist der Hohlraum 33 mit dem Kurbelraum 11 in kommunizierende Verbindung bringbar, wobei am Ende des Kanals 10 das Ventil 12 mit dem Fliehgewicht 13 in der bereits beschriebenen Weise angeordnet ist.
Auch hier lässt sich somit die kommunizierende Verbindung zwischen dem Hohlraum 33 und dem Kurbelraum 11 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle 1 steuern.
Weiterhin ist als zusätzliche Leerlaufeinrichtung ein Durchbruch 35 vorgesehen, der zu einem weiteren Kanal 36 und damit zum Kurbelraum 11 führt.
Wie bereits in Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, dient diese zusätzliche Leerlaufeinrichtung dazu, dass das Schlagwerk auch dann in einen Leerlaufzustand gelangen kann, wenn der Schlagkolben 32 nach Abheben des Meißels vom zu bearbeitenden Gestein und entsprechendem Herausgleiten des Schafts 7 aus dem Gehäuse in seine vorderste, in Fig. 4 nicht dargestellte Stellung gelangt. In dem Fall gleitet eine hintere Kante 37 des Schlagkolbens 32 über den Durchbruch 35 und gibt eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 33 und dem Kanal 36 frei.
Die zusätzliche Leerlaufeinrichtung hat zur Folge, dass das Schlagwerk auch unabhängig von der Motor- bzw. Kurbelwellendrehzahl in den Leerlaufzustand gelangen kann.
Nach erneutem Aufsetzen des Werkzeugs auf das zu bearbeitende Gestein und dementsprechendem Verschieben des Schafts 7 in das Innere des Gehäuses wird der Schlagkolben 32 in die in Fig. 4 gezeigte Stellung geschoben, wodurch die Verbindung zwischen Hohlraum 33 und Kanal 36 bzw. Kurbelraum 11 geschlossen wird. Soweit sich die Kurbelwelle 1 auf Betriebsdrehzahl befindet und dementsprechend die Öffnung 17 am Ventil 12 geschlossen ist, kann der Schlagbetrieb wieder aufgenommen werden.
Fig. 5 zeigt ein Luftfederschlagwerk, das nach dem gleichen Prinzip wie das Luftfederschlagwerk von Fig. 3 arbeitet. Auf eine erneute Beschreibung der mechanischen Wirkzusammenhänge wird daher verzichtet.
Anstelle des Ventils 12 und des Fliehgewichts 13 ist hierbei jedoch ein Drehzahlsensor 40 in der Nähe der Kurbelwelle 1 angeordnet. Der Drehzahlsensor 40 dient zum Erfassen der Drehzahl der Kurbelwelle 1. Er kann nach verschiedenen, an sich bekannten Prinzipien arbeiten, wie z. B. magnetisch, optisch, induktiv etc.
Der Drehzahlsensor 40 liefert ein Signal an eine nicht dargestellte Steuerung, die ein in einem den Hohlraum 23 mit dem Kurbelraum 11 verbindenden Kanal 42 angeordnetes elektromagnetisches Ventil 41 in Abhängigkeit des ermittelten Drehzahlwerts ansteuert. Soweit die Drehzahl der Kurbelwelle 1 über einem vorbestimmten Wert liegt, ist das Ventil 41 geschlossen und unterbricht eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 23 und dem Kurbelraum 11. Bei dem Ventil 41 handelt es sich z. B. um ein 2/2-Wegeventil mit einem zwischen zwei Stellungen elektromagnetisch verschwenkbaren Ventilköper.
Wenn jedoch die Drehzahl der Kurbelwelle 1 unter dem vorbestimmten Wert liegt, öffnet die Steuerung das Ventil 41, so dass eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Hohlraum 23 über den Kanal 42 zum Kurbelraum 11 besteht.
Die in Fig. 5 gezeigte elektronische Lösung weist gegenüber der in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 vorgestellten mechanischen Lösung den Vorteil auf, dass die "Toträume", d. h. der zwischen den Hohlräumen 6, 23 und 33 und dem Ventil 12, 41 vorhandene Raum, aufgrund des geringeren Abstands kleiner sind. Dadurch ist ein besseres Rücksaugen im Schlagbetrieb möglich.
Bei allen vorgestellten Ausführungsformen der Erfindung wurde beschrieben, dass der Hohlraum zwischen Antriebs- und Schlagkolben mit dem als Ausgleichsraum dienenden Kurbelraum in Verbindung zu bringen ist. Alternativ dazu können als Ausgleichsraum auch andere Hohlräume in einem Schlag- und/oder Bohrhammer dienen, die eine gewisse Staubfreiheit und damit Sauberkeit garantieren. Grundsätzlich wäre es auch möglich, den Hohlraum mit der Umgebung des Schlag- und/oder Bohrhammers in Verbindung zu bringen. In diesem Fall müsste allerdings durch einen Luftfilter Vorsorge getroffen werden, dass kein Schmutz über den Ausgleichsraum und den Leerlaufkanal in den Hohlraum eindringen kann.
Außer den bereits beschriebenen mechanisch und elektromagnetisch wirkenden Ventilen 12, 41 können auch andere, an sich bekannte Ventilarten, wie z. B. Piezoventile eingesetzt werden.
In obiger Beschreibung wird angenommen, dass die Drehzahl der Kurbelwelle 1 identisch ist mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Selbstverständlich sind auch Varianten möglich, bei denen zwischen dem Motor und der Kurbelwelle 1 ein Getriebe zur Drehzahlwandlung geschaltet ist. Zweckmäßigerweise wird dabei der als Grenzwert für das Öffnen und Schließen des Ventil dienende vorbestimmte Drehzahlwert der Kurbelwelle 1 entsprechend an die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors angepasst.
Anstelle der Ermittlung der Kurbelwellendrehzahl durch die Sensoreinrichtung ist es auch möglich, direkt die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens, z. B. über einen Näherungssensor oder auch die Bewegung des Pleuels 2 zu erfassen. Weiterhin bestehen zahlreiche Möglichkeiten, die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens anhand der Drehzahl des Antriebsmotors, seiner Zündfrequenz oder - wenn es sich um einen Elektromotor handelt - der elektrischen Antriebsfrequenz oder seiner Stromaufnahme zu ermitteln.

Claims (15)

  1. Luftfederschlagwerk für einen Schlag- und/oder Bohrhammer, mit
    einem durch einen Antriebsmechanismus (1) hin- und herbewegbaren Antriebskolben (3; 20; 30);
    einem koaxial zu dem Antriebskolben (3; 20; 30) angeordneten und hin- und herbewegbaren Schlagkolben (4; 21; 32);
    einem zwischen dem Antriebskolben (3; 20; 30) und dem Schlagkolben (4; 21; 32) ausgebildeten Hohlraum (6; 23; 33) zur Aufnahme einer Luftfeder in einem Schlagbetrieb des Luftfederschlagwerks; und mit einem Leerlaufluftkanal (8, 9, 10; 22, 24; 34), über den der Hohlraum (6; 23; 33) mit einem Ausgleichsraum (11) verbunden ist
    gekennzeichnet durch
    ein in dem Leerlaufluftkanal (8, 9, 10; 22, 24; 34; 42) angeordnetes Ventil (12; 41), dessen Offen- und Schließstellung von einer Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens (3; 20; 30) abhängt.
  2. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12; 41) bei Unterschreiten einer vorbestimmten Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens (3; 20; 30) öffenbar ist, so dass über den Leerlaufluftkanal (8, 9, 10; 24; 34) eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Hohlraum (6; 23; 33) und dem Ausgleichsraum (11) besteht und sich das Luftfederschlagwerk in einem Leerlaufbetrieb befindet.
  3. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens (3; 20; 30) durch eine Sensoreinrichtung (13; 40) erfassbar ist.
  4. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens (3; 20; 30) durch die Sensoreinrichtung (13; 40) an Hand von der Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens äquivalenten Parametern erfassbar ist, nämlich
    einer Drehzahl einer zu dem Antriebsmechanismus gehörenden und den Antriebskolben (3; 20; 30) antreibenden Taumel- oder Kurbelwelle (1);
    einer Drehzahl eines den Antriebsmechanismus beaufschlagenden Antriebsmotors;
    einer Zündfrequenz eines als Antriebsmotor dienenden Verbrennungsmotors; oder
    einer Stromaufnahme eines als Antriebsmotor dienenden Elektromotors.
  5. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12, 41) in Abhängigkeit von einem Signal eines die Drehzahl der Kurbelwelle erfassenden, zu der Sensoreinrichtung gehörenden Drehzahlsensors (13; 40) öffen- und schließbar ist.
  6. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) über ein an der Kurbelwelle (1) angeordnetes, bewegliches Fliehgewicht (13) ansteuerbar ist.
  7. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) in Abhängigkeit von einer Stellung des Fliehgewichts (13) öffen- und schließbar ist.
  8. Luftfederschlagwerk nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsraum ein der Kurbelwelle (1) zugeordneter Kurbelraum (11) oder die Umgebung des Luftfederschlagwerks ist.
  9. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Leerlaufeinrichtung (18, 19, 25, 26; 35, 36) vorgesehen ist, mit der unabhängig von der Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens (3; 20; 30) der Hohlraum (6, 23; 33) mit dem Ausgleichsraum (11) oder einem anderen Ausgleichsraum in kommunizierende Verbindung bringbar ist, wenn der Schlagkolben (4; 21; 32) durch Herausgleiten eines von ihm beaufschlagten Werkzeugs aus einem Gehäuse des Schlag- und/oder Bohrhammers in eine als Leerlaufstellung dienende, vordere Axialstellung gelangt ist, so dass sich unabhängig von dem bewegungsfrequenzabhängigen Leerlaufbetrieb ein Leerlaufzustand einstellt.
  10. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Leerlaufeinrichtung wenigstens eine eine Seitenwand des Antriebskolbens (3; 20; 30) oder des Schlagkolbens (4; 21; 32) durchdringende Leerlauföffnung (25; 35) aufweist.
  11. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagkolben (4) wenigstens einen hohlen Bereich aufweist, in dem der Antriebskolben (3) axial bewegbar aufgenommen ist.
  12. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskolben (20) wenigstens einen hohlen Bereich aufweist, in dem der Schlagkolben (21) axial bewegbar aufgenommen ist.
  13. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlagwerksrohr (31) vorgesehen ist, in dem der Schlagkolben (32) und der Antriebskolben (30) axial bewegbar geführt sind.
  14. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die den Antriebskolben (3; 20; 30) antreibende Kurbelwelle (1) von einem Verbrennungsmotor antreibbar ist.
  15. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens (3; 20; 30) im wesentlichen einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors entspricht.
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