Beschreibung
Titel
Schlagwerk mit einem Schlagbolzen und einer zugeordneten
Fangvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Schlagwerk einer Werkzeugmaschine, insbesondere Handwerkzeugmaschine, mit einem Schlagbolzen, der einen Bereich maximalen Durchmessers aufweist und dem mindestens eine Fangvorrichtung zugeordnet ist.
Stand der Technik
Ein derartiges Schlagwerk einer Werkzeugmaschine ist bekannt. Das Schlagwerk weist zur Übertragung eines Schlagimpulses auf ein Werkzeug einen axial verschiebbar gelagerten Schlagbolzen (auch Döpper genannt) auf, der antriebsseitig von einem Schläger des Schlagwerks in Schlagrichtung mit Schlägen beaufschlagt wird.
Dabei liegen Werkzeug und Schläger auf gegenüberliegenden Seiten des Schlagbolzens. Um den Schlagbolzen in einer bestimmten axialen Stellung lösbar fixieren zu können, ist dem Schlagbolzen eine Fangvorrichtung zugeordnet. Die Fangvorrichtung kann den Schlagbolzen zum Beispiel in einer Stellung am werkzeugseitigen Ende des Schlagwerks -der sogenannten Leerlaufstellung- fixieren. Die Fangvorrichtung greift dazu an einem Bereich maximalen Durchmessers (Hauptdurchmessers) des Schlagbolzens an. Diese Anordnung der Fangvorrichtung beschränkt jedoch die Größe des Schlagbolzens, da die radiale Ausdehnung des Schlagbolzens an seinem Hauptdurchmesser durch die Fangvorrichtung begrenzt ist. Daher können mit einer derartig angeordneten Fangvorrichtung nur Schlagbolzen mit relativ kleiner Masse realisiert werden.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es soll eine Fangvorrichtung realisiert werden, die die Dimensionierung des Schlagbolzens nur wenig einschränkt.
Technische Lösung
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Fangvorrichtung an einem Abschnitt des Schlagbolzens angreift, der einen geringeren Durchmesser als der Bereich aufweist. Derartige Abschnitte sind bei vielen Bauformen von Schlagbolzen bereits vorhanden. Bei diesen Schlagbolzen gibt es neben dem Bereich mit dem maximalem
Durchmesser (Hauptdurchmesser) mindestens einen Abschnitt mit einem geringeren Durchmesser. Dabei weist ein Übergangsbereich zwischen dem Bereich und dem Abschnitt eine Schulter auf, mit der eine Arbeitsstellung des Schlagbolzens für einen schlagenden Betrieb vorgegeben wird. Durch die „Verlagerung" der Angriffsstelle der Fangvorrichtung von dem Bereich des Hauptdurchmessers zu dem Abschnitt mit geringerem Durchmesser, kann der Schlagbolzen im Bereich deutlich größer dimensioniert sein. Dadurch kann die Masse des Schlagbolzens höher gewählt werden.
Vorteilhafte Wirkungen
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Fangvorrichtung den Schlagbolzen in einer Leerlaufstellung lösbar fixiert. Der Schlagbolzen ist auf der Längsachse des Schlagwerks zwischen einem Schläger und einem Werkzeug angeordnet, wobei der Schläger von einem Kolben über ein Luftpolster angetrieben wird. Durch Leerlauföffnungen in dem das Luftpolster führenden
Hammerrohr kann die Kraftübertragung über das Luftpolster auf den Schläger unterbrochen werden. Das Öffnen und Schließen der Leerlauföffnungen wird durch den Schlagbolzen und/oder den Schläger gesteuert. Den geöffneten Leerlauföffnungen ist eine werkzeugseitige Stellung des Schlagbolzens zugeordnet. Diese Stellung ist die Leerlaufstellung des Schlagbolzens. Diese Stellung ermöglicht es dem Schläger ebenfalls eine werkzeugseitige Stellung einzunehmen. In dieser Stellung verdeckt der Schläger bei einer entsprechenden Leerlaufsteuerung die Leerlauföffnungen nicht und diese sind „geöffnet". Alternativ können die Leerlauföffnungen auch durch eine Leerlaufhülse von dem Schlagbolzen oder Schläger gesteuert werden. Durch die geöffneten Leerlauföffnungen ist das Luftpolster mit der Umgebung verbunden, sodass der Schläger nicht mehr angetrieben wird. Um den Schlagbolzen nach der Verlagerung in der Leerlaufstellung zu fixieren und ein unkontrolliertes
Zurückprallen des Schlagbolzens zu verhindern, wird dieser durch die Fangvorrichtung gehalten.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fangvorrichtung durch Formschluss und/oder Reibschluss am
Abschnitt angreift. Dazu weist der Schlagbolzen in diesem Abschnitt eine Struktur auf, an die die Fangvorrichtung angreifen kann. Insbesondere ist die Fangvorrichtung eine den Abschnitt des Schlagbolzens radial umgebende Fangvorrichtung.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Abschnitt eine radiale Nut und/oder einen radialen Vorsprung, insbesondere einer Ringleiste, für den Formschluss aufweist. Diese radiale Nut beziehungsweise dieser radialer Vorsprung kann zum Beispiel mit einer Struktur der Fangvorrichtung in Hintergriff treten. Die radiale Nut ist dabei eine radial (umfänglich) verlaufende Nut und der radiale Vorsprung ist ein in einem axialen Abschnitt verlaufender Vorsprung, wobei auch mehrere radiale Vorsprünge in einem Axialabschnitt umfänglich angeordnet sein können. Die Ringleiste ist eine umfänglich radial verlaufende leistenartige Struktur.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Fangvorrichtung als Fangring ausgebildet ist. Eine flexibler Ring kann mit dem radialen Vorsprung des Abschnitts in Formschluss und/oder Reibschluss treten und den Schlagbolzen so in der gewünschten Stellung (zum Beispiel der Leerlaufstellung) fixieren. Bei einer Stellung des Schlagbolzens, die nicht dieser zu fixierenden Stellung entspricht, kann der Schlagbolzen durch den Fangring hindurchbewegt werden ohne mit diesem in Wechselwirkung zu treten. Ein derartiger elastischer
Fangring kann zum Beispiel in eine geeignete ausgestaltete Ringnut oder einen Vorsprung im Abschnitt des Schlagbolzens einbeziehungsweise überschnappen und den Schlagbolzen in entsprechender Position lösbar fixieren.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Fangvorrichtung im Wesentlichen aus Elastomermaterial besteht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schlagwerk mindestens eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung der Schlagbolzenbewegung in einer Endstellung aufweist, wobei die Fangvorrichtung in die Dämpfungseinrichtung integriert ist. Die Dämpfungseinrichtung kann dabei zum Beispiel als ringförmige Dämpfungsschulter ausgebildet sein, in deren Dämpfungsmaterial die Fangvorrichtung eingebetet ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung als B- Schlagdämpfungseinrichtung oder Leerlaufdämpfungseinrichtung ausgebildet ist. Die Leerlaufdämpfungseinrichtung befindet sich am werkzeugseitigen Ende der Schlagbolzenführung und sorgt dafür, dass der Schlagbolzen bei diesem Endanschlag möglichst stark gedämpft und nicht reflektiert wird. Die B- Schlagdämpfungseinrichtung (Rückschlagdämpfungseinrichtung) des Schlagbolzens ist eine am schlägerseitigen Ende der Schlagbolzenführung angebrachte Dämpfungseinrichtung, die den
vom Werkzeug zurückreflektierten Schlagbolzen in der Arbeitsstellung abdämpft, sodass dieser nicht reflektiert wird und in der Arbeitsstellung verharrt. Beide Dämpfungseinrichtungen wirken auf jeweils eine Schulter des Schlagbolzens, die sich in jeweils einem Übergangsbereich zwischen dem Bereich mit dem
Hauptdurchmesser (maximalen Durchmesser) und mindestens einem Abschnitt mit einem geringeren Durchmesser befindet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung die Fangvorrichtung, insbesondere durch Ausbildung einer ringförmigen Innenschulter, aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist die Fangvorrichtung Teil der Dämpfungseinrichtung. Das elastische Material zur Dämpfung des Schlags des Schlagbolzens ist an mindestens einer Stelle ringförmig als Innenschulter ausgebildet, sodass die Aufgabe des elastischen Fangrings übernimmt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung einen Dämpfungsring aufweist, der den Fangring bildet.
Schließlich ist vorgesehen, dass der Schlagbolzen mindestens einen radial herausragenden, elastischen Vorsprung aufweist, der in einer Ausnehmung der Schlagbolzenführung in Fangstellung eingreifen kann. Eine solche, ergänzende Fangeinrichtung verhindert insbesondere in einer der Endstellungen des Schlagbolzens zusätzlich das zurückprallen des Schlagbolzens. Der elastische Vorsprung kann zum Beispiel von einem O-Ring gebildet werden, der in einer Ringnut des Schlagbolzens einliegt. Dieser O-Ring kann dabei als Dichtring zum Abdichten des Schlagwerks dienen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert und zwar zeigt:
Figur 1 ein nicht erfindungsgemäßes Schlagwerk mit einem
Schlagbolzen und einer dem Schlagbolzen zugeordneten Fangvorrichtung,
Figuren 2A und 2B ein erfindungsgemäßes Schlagwerk mit
Schlagbolzen und zugeordneter Fangvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figuren 3A und 3B ein erfindungsgemäßes Schlagwerk mit
Schlagbolzen und zugehöriger Fangvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figuren 4A und 4B ein erfindungsgemäßes Schlagwerk mit
Schlagbolzen und zugehöriger Fangvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel und
Figuren 5A und 5B ein erfindungsgemäßes Schlagwerk mit Schlagbolzen und zugehöriger Fangvorrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Die Figur 1 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Schlagwerk 1 einer Werkzeugmaschine. Im Folgenden soll das nicht erfindungsgemäße Schlagwerk 1 nur in dem Umfang beschrieben werden, in dem die erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Schlagwerks 1 in den Figuren 2A bis 5B dargestellt sind.
Der in Figur 1 dargestellte Teil des Schlagwerks 1 zeigt in seinem zentralen Schlagwerksbereich 2 ein sich entlang einer Längsachse 3 erstreckendes Hammerrohr 4. Innerhalb des Hammerrohrs 4 befinden sich auf der Längsachse 3 linear hintereinander angeordnet ein Schlagbolzen 5 und ein Schläger 6. Der den Schlagbolzen 5
umgebende Teil 7 des Hammerrohrs 4 ist dabei als Schlagbolzenführung 8 ausgebildet. Der den Schläger 6 umgreifende Teil 9 des Hammerrohrs 4 ist als Schlägerführung 10 ausgebildet. Der Schlagbolzen 5 weist einen zentralen Bereich 11 mit maximalem Durchmesser (Hauptdurchmesser) auf, der an den beiden Enden 12, 13 des Schlagbolzens 5 von zwei Abschnitten 14, 15 begrenzt wird, die einen geringeren Durchmesser als der Bereich 11 aufweisen. Die Schlagbolzenführung 8 weist zwei verjüngten Führungsbereiche 16, 17 auf, wobei der zweite Führungsbereich 17 -zumindest teilweise- von einem als Stahlring ausgebildeten Anschlagring 17' mit einer Anlegeschulter 19 gebildet wird. Der Anschlagring 17' bildet mit einem O-Ring 18' eine Dämpfungseinrichtung 18. Der O-Ring 18' ist aus einem den Rückschlag des Schlagbolzens 5 dämpfenden Material ausgebildet. Der Bereich 11 des Schlagbolzens 5 weist an seinem dem Abschnitt 15 zugewandten Ende einen radialen
Vorsprung 20 auf, der als Ringleiste 21 ausgebildet ist. Die Ringleiste 21 geht auf ihrer dem Schläger zugewandten Seite 22 in eine Ringschulter 23 über, die zwischen dem Bereich 11 und dem Abschnitt 15 angeordnet ist. Zwischen dem Bereich 11 und dem Abschnitt 14 ist eine weitere Ringschulter 24 angeordnet. In einem zentralen Axialabschnitt 25 der Schlagbolzenführung 8 befindet sich in einer Ringnut 26 einer als elastischer Fangring 27 ausgebildete Fangvorrichtung 28 zur lösbaren Fixierung des Schlagbolzens 5 in einer dem Schläger 6 abgewandten -hier nicht dargestellten- Stellung (Leerlaufstellung).
Es ergibt sich folgende Funktion der Fangvorrichtung 28 innerhalb des Schlagwerks 1 : Der von einem nicht dargestellten Antrieb in einer Hin- und Herbewegung versetzte Schläger 6 schlägt mit seiner Stirnfläche 30 bei der Hinbewegung (Pfeil 31 ) auf das Ende 13 des Schlagbolzens 5 und überträgt dabei einen Impuls auf diesen. Von diesem Schlag getrieben bewegt sich der Schlagbolzen 5 in Schlagrichtung (Pfeil 31 ), wobei die Ringleiste 21 durch den elastischen Fangring 27 „hindurchtaucht". Dies ist möglich, da der Fangring 27 zum Beispiel aus Elastomermaterial besteht und nach
außen in einen Außenbereich 32 der Ringnut 26 ausweichen kann. Erreicht die Ringschulter 24 einen Bereich der Anlegeschulter 33 der Schlagbolzenführung 8, so hat der Schlagbolzens 5 seine Leerlaufstellung eingenommen. Hat der Schlagbolzen 5 seinen Impuls vorher nicht an ein vor dem Ende 12 des Schlagbolzens 5 liegendes Werkzeugelement 34 abgegeben, so trifft die Ringschulter 24 auf die Anlegeschulter 33 und der Schlagbolzen 5 wird entgegen der Schlagrichtung (Pfeil 31 ) zurückprallen. Dieses Zurückprallen kann je nach Dämpfungsvermögen der Anlegeschulter 33 mehr oder weniger stark gedämpft sein. Beim Zurückprallen trifft die Ringleiste 21 erneut auf den Fangring 27, der diese bei nicht allzu großem Rückschlag (Rückprallen) durch Formschluss und/oder Reibschluss in der Leerlaufstellung auffängt. Dabei kommt es zu einem Hintergriff der dem Ende 13 zugewandten Seite 22 mit dem Fangring 27. Durch die lösbare Fixierung des Schlagbolzens 5 in der
Leerlaufstellung kann auch der Schläger 6 in seine in Richtung des Werkzeugelements 34 vorgerückte Leerlaufstellung gebracht werden, sodass die Stirnfläche 30 am Ende 13 anliegt. Dabei legt der Schläger Leerlauföffnungen 35 im Hammerrohr 4 frei. Die Dämpfungseinrichtung 18 ist als B-Schlagdämpfungseinrichtung 36 ausgebildet, die den Rückschlag des Schlagbolzens dämpft.
Die Figuren 2A, 3A, 4A und 5A zeigen vier unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schlagwerks 1 , wobei sich der Schlagbolzen 5 und der Schläger 6 jeweils in der
Arbeitsstellung befindet. Die Figuren 2B, 3B, 4B und 5B zeigen die jeweils entsprechenden Ausführungsformen, wobei sich der Schlagbolzen 5 und der Schläger 6 in einer jeweiligen Leerlaufstellung befinden. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Schlagwerks 1 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des in der Figur 1 dargestellten Schlagwerks 1 , sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
Die Figuren 2A bis 5B zeigen am Ende des Hammerrohrs 4 den Antrieb 37 des Schlägers 6, der aus einem von einem nicht
dargestellten Motor angetriebenen Kolben 38 mit Dichtring 39 besteht, der den Schläger 6 mit Dichtring 40 über ein zwischen diesem und dem Kolben 38 angeordneten Luftpolster 41 in die Hin- und Herbewegung versetzt. Finden sich Schläger 6 und Schlagbolzen 5 in der Leerlaufstellung (Figur 2B, 3B, 4B, 5B), so gibt der Schläger 6 die Leerlauföffnungen 35 frei, die in der Leerlaufstellung für einen Druckausgleich des Luftpolsters 41 mit der Umgebung sorgt. Wird die Handwerkzeugmaschine von einem Bediener über ein nicht dargestelltes Werkzeug (mit Werkzeugelement 34) an ein nicht dargestelltes Werkstück angepresst, so wird der Schlagbolzen 5 von der in den Figuren 2B, 3B, 4B, 5B dargestellten Leerlaufstellung in die in den Figuren 2A, 3A, 4A, 5A dargestellte Arbeitsstellung verbracht, bei der der Schlagbolzen 5 und der Schläger 6 so weit in Richtung des Kolbens 38 verschoben werden, dass die Ringschulter 23 des Schlagbolzens
5 an der als Anlegeschulter 19 ausgebildeten Dämpfungseinrichtung 18 anliegt, sodass der hinter dem Schlagbolzen 5 liegende Schläger
6 die Leerlauföffnungen 35 vollständig abdeckt. In dieser Arbeitsstellung kann der Kolben 38 einen entsprechenden Druck im Luftpolster 41 aufbauen um den Schläger 6 in die Hinbewegung
(Pfeil 31 ) zu versetzten, also dass dieser seiner Stirnfläche 30 gegen das Ende 13 des Schlagbolzens schlagen kann um einen Impuls an diesen zu übertragen.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2A beziehungsweise 2B und 3A beziehungsweise 3B weist das Schlagwerk 1 einer als Fangring 27 ausgebildete Fangvorrichtung 28 auf, die an einem als Ringleiste 21 ausgebildeten Vorsprung 20 im Abschnitt 15 des Schlagbolzens 5 angreift. Der Fangring 27 ist dazu in die Dämpfungseinrichtung 18 integriert. Durch dieses „verschieben" der Fangvorrichtung 28 in einen der Führungsabschnitte 16, 17 kann der maximale Durchmesser des Schlagbolzens 5 (Hauptdurchmesser) im Bereich 11 weitgehend frei gewählt werden, da dieser nicht durch die Größe der als Fangring 27 ausgebildeten Fangvorrichtung 28 begrenzt ist. Die als B-Schlagdämpfungseinrichtung 36 ausgebildete
Dämpfungseinrichtung 18 besteht aus zwei Anschlagscheiben 42, 43 zwischen denen der als Fangring 27 ausgebildete Dämpfungsring 44 angeordnet ist. Dieser kann mir der Ringschulter 23 der Ringleiste 21 in Hintergriff treten und den Schlagbolzen 5 in der Leerlaufstellung lösbar fixieren. Der Dämpfungsring 44 entspricht in seinen
Funktionen dem Fangring 27 und dem O-Ring 18' des Schlagwerks aus Figur 1. Unterstützend zur Fixierung des Schlagbolzens 5 kann die Schlägerführung 10 eine als Freidrehung 45 ausgebildete Ringnut 46 aufweisen, in welche der Dichtring 40 einschnappen und den Schläger 6 in seiner vorderen Endstellung (Leerlaufstellung) halten kann.
Die Figuren 3A und 3B zeigen eine zusätzliche Fixierungsmöglichkeit über einen in einer Ringnut 47 des Schlagbolzens 5 einliegenden, vorgespannten O-Ring 48', der in einer als Freidrehung 49 ausgebildete Ausnehmung 50 in der Schlagbolzenführung 8 einschnappen und das Zurückprallen des Schlagbolzens 5 verhindern kann. Der O-Ring 48' bildet dabei einen elastischen Vorsprung 48. Gleichzeitig dient dieser O-Ring 48' zum Abdichten. Diese zusätzlichen Fixierungsmöglichkeit kann unterstützend eingesetzt werden.
Alternativ zu der Verwendung eines in den Figuren 2 und 3 dargestellten Dämpfungsring 44 als Fangring 27 zeigen die Figuren 4 und 5 eine speziell geformte Schlagdämpfungseinheit 51 , die durch ihre Formgebung gezielte Dämpfungs- und Fangeigenschaften aufweist. Da bei der Schlagdämpfungseinheit 51 die schlagbolzenseitige Anschlascheibe 42 entfällt, kann die Schlagdämpfungseinheit 51 kürzer ausgestaltet werden als die Lösung mit Anschlagscheiben 42, 43 und dem Dämpfungsring 44. Die Schlagdämpfungseinheit 51 ist im einfachsten Fall zweiteilig aufgebaut. Ein elastomerer Teil 52 ist dabei fest mit einem Stahlring 53 verbunden. Die Verbindung kann durch aufvulkanisieren oder ein formschlüssiges Verklemmen oder Verstemmen erfolgen. Der Stahlring 53 weist an seinem inneren Umfang 54 durchgehende
Nuten 55 auf, durch die mindestens ein Vorsprung 56 des elastomeren Teils 52 in der Leerlaufstellung des Schlägers 6 bis zu diesem durchgreifen können, so kann der Vorsprung als Puffer den Schläger 6 kurz vor Erreichen seiner vorderen Endlage (Leerlaufstellung) abbremsen, wodurch ein starkes zurückprallen des Schlägers 6 verhindert werden kann.