CH638587A5

CH638587A5 - Schlagbohrhammer.

Info

Publication number: CH638587A5
Application number: CH134079A
Authority: CH
Inventors: Dieter Widmer
Original assignee: Uster Spindel Motoren Maschf
Priority date: 1979-02-12
Filing date: 1979-02-12
Publication date: 1983-09-30
Also published as: IT1140564B; AT377939B; GB2053770B; SE8007129L; GB2053770A; IT8019862A0; FR2448420B1; SE438464B; US4460051A; FR2448420A1; NL8020028A; JPS56500207A; DE3034304D2; WO1980001666A1; ATA172479A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlagbohrhammer mit einem in einem Gehäuse angeordneten Zylinder, in dem ein Schlagkolben hin und her verschiebbar gelagert und mittels periodischer Druckstösse eines Druckfluidums zur Ausführung von Schlaghüben antreibbar ist.

Bei bekannten Schlagbohrhämmern dieser Art erfährt das Gehäuse bei jedem Druckstoss, der die Schlagkolben zu einem Schlaghub beschleunigt, als Reaktion einen kurzzeitigen und heftigen Rückstoss. Diese Rückstösse wirken sich für die Bedienungsperson als lästige und auch schädliche Vibration aus. Um diese lästigen Vibrationen einigermassen zu dämpfen, war es bisher üblich, das Gewicht des Gehäuses ganz erheblich höher als jenes des Schlagkolbens zu wählen, was jedoch der Schlagleistung des Schlagkolbens einerseits und der Handlichkeit des Schlagbohrhammers andererseits zuwider läuft.

Es ist daher ein Zweck der Erfindung, einen Schlagbohrhammer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die einzelnen Rückstossimpulse zu einer im wesentlichen konstanten, d. h. weitgehend vibrationsfreien Reaktionskraft geglättet werden, die auch in den Zeiträumen zwischen den einzelnen Druckstössen wirkt.

Zu diesem Zweck ist der vorgeschlagene Schlagbohrhammer gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichsmassekörper vorgesehen ist, der von den Druckstössen gegensinnig zum Schlagkolben beaufschlagt und parallel zu diesem sowie gegen die Wirkung einer im Gehäuse abgestützten Feder verschiebbar ist.

Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Nachstehend ist die Erfindung rein beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen schematischen Schnitt durch einen mit einer Hydraulikflüssigkeit betriebenen Schlagbohrhammer unter Weglassung von Einzelheiten, die im vorliegenden Zusammenhang von geringerer Bedeutung sind.

Der dargestellte Schlagbohrhammer 10 besitzt ein Gehäuse 11, das einerends mit zwei Handgriffen 12,13 und andernends mit einer nur schematisch angedeuteten Werkzeuglagerung 14 versehen ist, in die z. B. ein Bohrmeissel 15 längsverschiebbar eingesetzt werden kann. Dem Kopf 16 des Bohrmeissels 15 werden periodisch - wie sich noch zeigen wird - durch das vordere Ende 17 eines langgestreckten Schlagkolbens 18 Schläge erteilt.

Im Gehäuse 11 ist- nur schematisch dargestellt- ein Einlass 19 ausgebildet, der über eine Leitung mit einer Druekquelle (beide nicht dargestellt) - hier mit einer Druckquelle für eine Hydraulikflüssigkeit-verbunden ist. Der Einlass 19 führt in den erweiterten Teil 20 einer Schieberkammer 21, in der ein mit zwei Ventilkolben 22,22' versehener Ventilschieber 23 gegen die Wirkung einer Feder 24 verschiebbar gelagert ist. Das der Feder 24 abgekehrte Ende 25 des Ventilschiebers 23 erstreckt sich aus dem Gehäuse 11 heraus und liegt an einem am Handgriff 13 bei 26 angelenkten Betätigungshebel 27 an. Von der Schieberkammer 21 geht an deren dem erweiterten Teil 20 abgekehrten Ende ein Auslass 28 aus, der in diesem Falle über eine nicht gezeigte Rücklauf leitung mit einem Sumpf oder einem Vorratsgefäss verbunden ist, aus dem die Druckquelle das Fluidum schöpft.

Von dem erweiterten Teil 20 der Schieberkammer 21 führt ein Durchlass 29 zu einer Verzweigungsstelle 30, von der ein zu einem Druckspeicher 31 führender Kanal 32 ausgeht, ferner ein Durchlass 33 zum mittleren Bereich einerweiteren Schieberkammer 34 und schliesslich ein weiterer Kanal 35, auf den noch zurückzukommen sein wird.

Der Druckspeicher 31 weist eine Kammer 36 auf, die durch eine dichte, elastisch dehnbare Membrane 37 in zwei Abteile 38, 39 unterteilt ist, wobei der Kanal 32 in das Abteil 39 mündet. Das Abteil 38 dagegen enthält ein Gas, das unter einem Druck steht, der mit dem Fluidumsdruck am Einlass 19 vergleichbar ist.

Die Schieberkammer 34 weist einen erweiterten Bereich 40 auf und enthält einen Steuerschieber 41 mit zwei Ventilkolben 42, 43, von denen der Ventilkolben 43 mit einem Umfangsbund 45 versehen ist. Das eine Ende der Schieberkammer 34 ist über einen Durchlass 44 mit dem zum Abteil 39 führenden Kanal 32 verbunden. Vom anderen Ende der Schieberkammer 34 geht ein Kanal 46 aus, auf den noch zurückzukommen sein wird. Schliesslich geht vom erweiterten Bereich 40 der Schieberkammer 34 ein über die Schieberkammer 21 mit dem Auslass 28 kommunizierender Durchlass 47 aus und auf der selben Höhe wie der Durchlass 47 geht vom erweiterten Bereich 40 ein Kanal 48 aus, der als Sammelkanal für drei Rückführ- oder Leckkanäle 49,50 und 51 dient.

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Im Gehäuse 11 ist ein Zylinder 52 ausgebildet, in dem der Schlagkolben 18 hin und her verschiebbar gelagert ist. Der Schlagkolben 18 besitzt an seinem dem Ende 17 abgekehrten Ende einen Bund 53, der im Gleitsitz, jedoch dichtend in den Zylinder 52 eingepasst ist. Auf den Bund 53 folgt ein Abschnitt 54 mit einem kleineren Durchmesser, so dass zur Innenwand des Zylinders 52 hin ein mantelförmiger Zwischenraum 55 frei bleibt. Auf den Abschnitt 54 folgt ein weiterer Bund 56, der, wie sich noch zeigen wird, zusammen mit dem Kanal 46 bzw. dessen Einmündung in den Zylinder 52 als Ventilkolben wirkt, und zu diesem Zweck zwei Steuerkanten 57,58 aufweist. Auf den Bund 56 folgt zunächst ein zylindrischer Abschnitt 59 etwa desselben Durchmessers wie der Abschnitt 54, und auf den Abschnitt 59 folgt ein Kolbenschaft 60, der sich im Gleitsitz durch eine zum Zylinder 52 koaxiale Durchlassbohrung 61 hindurch erstreckt und das Ende 17 des Schlagkolbens 18 bildet. An ihrem dem Zylinder 52 näheren Ende ist die Durchlassbohrung 61 mit einer Absetzung 62 versehen, die zusammen mit dem Abschnitt 59 als Bremse für den Fall wirkt, dass der Kopf 16 des Meisseis 15 zu schnell dem Schlag des Schlagkolbens 18 weicht.

Der an die freie Stirnseite 63 des Bundes 53 anschliessende Teil 65 des Zylinders 52 ist über einen Durchlass 64 mit der Schieberkammer 34 verbunden. Der Rückführkanal 49 mündet zwischen den Bünden 53 und 56 und der Kanal 35 in unmittelbarer Nähe der Absetzung 62 in den Zylinder 52 ein.

Vom Teil 65 des Zylinders 52 geht ein Durchlass 66 aus, der durch eine zentrale Bohrung 67 in einem Führungszapfen 68 fortgesetzt ist, der sich in eine im Gehäuse 11 koaxial zum Zylinder 52 ausgebildete Kammer 69 hinein erstreckt und beider-ends in dieser Kammer 69 fest mit dem Gehäuse 11 verbunden ist. Auf dem etwa auf halber Höhe auf einem geringeren Durchmesser abgesetzten Führungszapfen 68 ist ein in der Kammer 69 angeordneter Ausgleichsmassekörper 70 gegen die Wirkung einer Feder71 längsverschiebbar gelagert. Der Massekörper 70 ist im wesentlichen glockenförmig und besitzt eine Bohrung 72, über die der Massekörper 70 im Gleitsitz auf dem dickeren Abschnitt des Führungszapfens 68 sitzt.

Zwischen der Bohrung 72 und dem dünneren Abschnitt 68' des Führungszapfens bleibt ein Raum 73 frei, der über die Bohrung 67 und den Durchlass 66 mit dem Teil 65 des Zylinders 52 kommuniziert. Die Bohrung 72 endet in einer Ringfläche 74, deren Flächeninhalt etwa dem Flächeninhalt der Stirnseite 63 minus die Flächeninhalte der Ringflächen der Steuerkante 58 und jener am Ende des Abschnittes 59 entspricht, wie in gestrichelten Linien und mit der geschwungenen Klammer über der Stirnseite 63 angedeutet ist.

Der Ausgleichsmassekörper 70 bildet zusammen mit der einer-ends am Ende der Kammer 69 und somit am Gehäuse und andernends auf einer Schulter 75 am Körper 70 abgestützten Feder 71 einen Schwinger, dessen Eigenkreisschwingungsfrequenz etwa beträgt, wobei c die Federkonstante der Feder 71 und m die Masse des Körpers 70 bedeutet, also beides reine Bemessungs-grössen. Diese Bemessungsgrössen sind, wie sich noch zeigen wird, so zu wählen, dass die Eigenkreisschwingungsfrequenz höchstens der Hälfte, vorzugsweise aber einem Drittel der Frequenz der Druckstösse entspricht, die die Stirnseite 63 beaufschlagen und damit den Schlagkolben zu je einem Schlaghub veranlassen.

Diese periodischen Druckstösse kommen im vorliegenden Falle wie folgt zustande. In Fig. 1 ist der Schlagbohrhammer 10 in ausgeschaltetem Zustand gezeigt. Dem Einlass 19 zugeführtes Druckfluidum fliesst über die Schieberkammer 21 direkt zum Auslass 28. Sobald aber der Betätigungshebel 27 gedrückt wird, wird der Ventilschieber 23 gegen die Wirkung der Feder 24 in die Schieberkammer 21 gedrückt und der Ventilkolben 22 unterbindet die Strömungsverbindung zwischen 20 und 21. Damit baut sich im Durchlass 29, in den Kanälen 32,35, im Durchlass 33 und damit auch in der Schieberkammer 34, im Durchlass 64 und im Teil 65 des Zylinders Druck auf. Der Druck im Teil 65 treibt den Schlagkolben 18 nach vorne, weil die Fläche der Stirnseie 63 5 grösser ist als die Summe der Ringflächen der Steuerkante 58 und der Absetzung 59. Gleichzeitig wirkt der Druck aber auch über die Ringfläche 74 auf den Ausgleichsmassekörper 70 und hebt diesen von seiner Ruhestellung ab. Sobald der Bund 56, d. h. dessen Steuerkante 57 den Kanal 46 freigegeben hat, kommuni-io ziert dieser über den Raum 55 mit dem drucklosen Kanal 49, d. h. die Stirnseite des Bundes 45 wird drucklos. Nun wirkt aber der Druck über den Durchlass 44 auch auf die freie Seite des Ventilkolbens 42, so dass der Steuerschieber 41 in Fig. 1 nach unten verschoben wird. Dies hat zur Folge, dass einerseits der 15 Durchlass 33 verschlossen und andererseits der Durchlass 64 mit dem Durchlass 47 verbunden wird. Der Teil 65 wird somit mit dem Auslass 28 verbunden, während die immer noch zufliessen-de Druckflüssigkeit sich im Druckspeicher 31 sammelt. Dader Kanal 35 durch die Bewegung des Steuerschiebers 41 unbeein-20 flusst ist, wird nun der Schlagkolben 18 durch die Wirkung der Druckflüssigkeit auf die Ringflächen von 58,59 zurückgedrängt, und zwar so weit, bis die Steuerkante 58 die Verbindung des Kanals 46 mit dem druckführenden Kanal 35 wieder hergestellt hat. Da der Teil 65 des Zylinders in dieser Phase drucklos ist, 25 entfällt auch die Wirkung auf den Ausgleichsmassekörper 70, der sich somit wieder seiner Ausgangsstellung nähert, so weit die Kraft der Feder 71 Flüssigkeit durch die Bohrung 67 und den Durchlass 66 zu verdrängen vermag.

Sobald aber die Kanäle 35 und 46 in Verbindung stehen, 30 erfährt der Steuerschieber 41 dank der grösseren Fläche des Bundes 45 eine Kraft, die den Steuerschieber 41 in die in der Figur dargestellte Ausgangsstellung zurückdrängt, so dass im Teil 65 ein neuer Druckstoss entsteht.

Da der Steuerschieber 41 dank seiner geringen Masse erheb-35 lieh weniger träge als der Ausgleichsmassekörper 70 ist, kehrt er in seine Ausgangslage zurück, bevor der Körper 70 wieder seine Ausgangslage erreicht hat.

Die mit der Frequenz der Druckstösse zyklisch auf den Körper 70 wirkenden Stösse haben somit einerseits eine «statische» 40 Auslenkung des Körpers 70 gegen die Federkraft zur Folge, auf welche Auslenkung sich eine grob angenähert sinusförmige Schwingung überlagert.

Die genannte «statische» Auslenkung ist von der von den Druckstössen ausgehenden Kraft mal der Zeitdauer der Druck-45 stösse oder - anders ausgedrückt-von der Schlagleistung des Bohrhammers abhängig. Die der «statischen» Auslenkung des Körpers 70 überlagerte Schwingung ist abhängig von der von den Druckstössen ausgehenden Kraft und von der Masse des Körpers 70, jedoch praktisch unabhängig von der Federkonstanten der 50 Feder 71. Wie bereits erwähnt, sind diese beiden Werte von Federkonstante und Masse so gewählt, dass die Eigenkreisschwingungsfrequenz des Körpers 70 etwa dem dreifachen Wert der Frequenz der Druckstösse entspricht. Der Körper 70 bildet somit einen Schwinger zweiter Ordnung, und dessen Schwingbe-55 wegung erfolgt mit einer Phasenverschiebung von etwa 180° bezogen auf die Schlaghübe des Schlagkolbens.

Im Ergebnis erfährt das Gehäuse 11 nicht bei jedem, auf den Schlagkolben wirkenden Druckstoss einen schlagartigen Rück-stoss, sondern lediglich die von der Feder 71 ausgehende Kraft, 60 die etwa sinusförmig um einen konstanten Wert herum pendelt. Durch entsprechende Wahl der Systemparameter gelingt es so, diese Kraft in jedem Zeitpunkt niedriger als das Gewicht des Gehäuses 11 zu halten, so dass dieses nie eine Beschleunigung in Richtung Bedienungsperson erfährt.

65 Es versteht sich von selbst, dass das Prinzip der Glättung der auf das Gehäuse wirkenden Druckstösse sich auch für pneumatisch betriebene Schlagbohrhämmer verwirklichen lässt. In diesem Falle würde die vom Auslass 28 ausgehende Rückleitung

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entfallen und allenfalls durch einen Schalldämpfer ersetzt.

Zur Steuerung der Frequenz der Druckstösse und mithin der Schlaghübe kann auch im Kanal 35 ein zum Zylinder 52 hin schliessendes Rückschlagventil mit grossem Durchflussquerschnitt und parallel zu diesem eine Drosselstelle eingeschaltet werden. Dadurch kann der Schlaghub des Schlagkolbens 18 praktisch ungehindert vor sich gehen, während der Rückhub nur nach Massgabe des durch die Drosselstelle fliessenden Druckfluidums erfolgt.

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1 Seite Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Schlagbohi hammer mit einem in einem Gehäuse (11) angeordneten Zylinder (52), in dem ein Schlagkolben (18) hin und her verschiebbar gelagert und mittels periodischer Druck-stösse eines Druckfluidums zur Ausführung von Schlaghüben antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichsmassekörper (70) vorgesehen ist, der von den Druckstössen gegensinnig zum Schlagkolben ( 18) beaufschlagt und parallel zu diesem sowie gegen die Wirkung einer im Gehäuse (11) abgestützten Feder (71) verschiebbar ist.
2. Schlagbohrhammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Ausgleichsmassekörpers (70) und die Federkonstante der Feder (71) derart gewählt sind, dass die Eigenkreisschwingungsfrequenz des Ausgleichsmassekörpers (70) verschieden von der Frequenz der Druckstösse ist.
3. Schlagbohrhammer nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenkreisschwingungsfrequenz des Ausgleichsmassekörpers (70) höchstens der Hälfte, vorzugsweise einem Drittel der Frequenz der Druckstösse entspricht.
4. Schlagbohrhammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsmassekörper (70) einen Raum (73) begrenzt, der mit dem von den periodischen Druckstössen beaufschlagten Teil (65) des Zylinders (52) in Strömungsverbindung steht.
5. Schlagbohrhammer nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsmassekörper (70) durch einen gleichachsig zum Schlagkolben (18) angeordneten, zylindrischen Körper gebildet ist, der eine den genannten Raum (73) begrenzende, zylindrische Bohrung (72) aufweist, mittels welcher der zylindrische Körper auf einem Führungszapfen (68) verschiebbar gelagert ist.
6. Schlagbohrhammer nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Raum (73) über einen im Führungszapfen (68) ausgebildeten Durchlass (66,67) mit dem von den periodischen Druckstössen beaufschlagten Teil (65) des Zylinders (52) kommuniziert.
7. Schlagbohrhammer nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsmassekörper (70) und dessen Feder (71) in einer koaxial zum Zylinder (52) im Gehäuse (11) ausgebildeten Kammer (69) angeordnet sind.
8. Schlagbohrhammer nach Patentanspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Ausgleichsmassekörpers (70) und die Federkonstante der Feder (71) derart gewählt sind, dass die Eigenkreisschwingungsfrequenz des Ausgleichsmassekörpers (70) höchstens die Hälfte, vorzugsweise einem Drittel der Frequenz der Druckstösse entspricht.
9. Schlagbohrhammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegensinnig zum Schlagkolben (18) beaufschlagte Fläche (74) des Ausgleichsmassekörpers (70) im wesentlichen gleich gross ist wie jene von den Druckstössen beaufschlagte Fläche des Schlagkolbens (18), die die Schlaghübe bewirkt.