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Patent Searching and Data


Title:
DRIVE PISTON FOR A PNEUMATIC IMPACT MECHANISM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/067063
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a drive piston for a pneumatic impact mechanism used in a hammer drill or paving breaker. Said drive piston is comprised of at least two parts made of different materials having different densities. It is thus advantageous if the drive piston comprises a steel sleeve (1) whereas a piston base (4) and a piston suspension (5) are made of a plastic material. A steel which corresponds to the surrounding sliding partners is provided in the areas of the drive piston which are thermally stressed and which are subject to wear, whereas plastic is used for decreasing the total weight of the drive piston and also for reducing the vibrations in other parts.

Inventors:
BERGER RUDOLF (DE)
SCHMID WOLFGANG (DE)
Application Number:
PCT/EP1999/004414
Publication Date:
December 29, 1999
Filing Date:
June 24, 1999
Export Citation:
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Assignee:
WACKER WERKE KG (DE)
BERGER RUDOLF (DE)
SCHMID WOLFGANG (DE)
International Classes:
B25D11/00; B25D17/00; (IPC1-7): B25D11/00; B25D17/00
Foreign References:
US4630687A1986-12-23
Attorney, Agent or Firm:
Hoffmann, Jörg Peter (Müller & Hoffmann Innere Wiener Strasse 17 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Antriebskolben fur ein Luftfederschlagwerk in einem Bohrund/oder Schlaghammer, bestehend aus wenigstens zwei Teilen aus unterschiedlichen Materialien, wobei das eine Teil aus Stahl besteht und eine Führungsfläche aufweist, und wobei das andere Teil aus Kunststoff oder Leichtmetall besteht und eine Kolbenaufhängung (5,14,24) und/oder einen Kolbenboden (4 ; 13 ; 23) bil det.
2. Antriebskolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuhrungsflache zylindrisch ist.
3. Antriebskolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teil eine die Fuhrungsflache tragende Stahlhulse (1 ; 10 ; 20) aufweist, die mit dem aus Kunststoff bestehenden Kolbenboden (4 ; 13 ; 23) des anderen Teils einstuckig verbunden ist.
4. Antriebskolben nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kunststoff in der Stahlhulse (1 ; 10 ; 20) vorhandene Durchdringungen ausfullt.
Description:
Antriebskolben fiir ein Luftfederschlagwerk Die Erfindung betrifft einen Antriebskolben für ein Luftfederschlagwerk in einem Bohr-und/oder Schlaghammer.

Zur Erzeugung eines kraftvollen Schlags auf ein Bohr-oder Meißelwerkzeug hat sich bei Bohr-oder Schlaghammern der Einsatz von Luftfederschlagwer- ken bewãhrt. Bei einem derartigen Luftfederschlagwerk wird ein Antriebskol- ben mittels eines Kurbeltriebs axial hin-und herbewegt, dem stirnseitig ein Schlagkolben gegenubersteht. Zwischen dem Antriebskolben und dem Schlagkolben ist ein Hohlraum ausgebildet, der eine Luftfeder umschließt.

Bei Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens wird die Luftfeder verdichtet und treibt schließlich den Schlagkolben in Richtung des Werkzeugs, wo der Schlagkolben auf das Werkzeug auftrifft. Nach Beendigung des Schlags prallt der Schlagkolben zuruck und wird zusätzlich durch den sich inzwi- schen zuruckbewegenden Antriebskolben zuruckgesaugt, bis der Antriebs- kolben erneut in Vorwärtsbewegung gerãt. Danach wiederholt sich der be- schriebene Ablauf zyklisch.

Derzeit sind drei Schlagwerkstypen gebrauchlich : Ein als Hohlkolben ausge- bildeter Antriebskolben mit einem im Antriebskolben beweglichen, massiven Schlagkolben, ein als Hohlkolben ausgebildeter Schlagkolben mit im Schlag- kolben beweglichem, im wesentlichen massivem Antriebskolben sowie ein Antriebskolben und ein Schlagkolben, die gemeinsam in einer Hulse gefuhrt werden.

Ein Schlagwerk nach der zuerst genannten Bauart ist aus der DE 35 11 491 C2 bekannt. Dort wird ein hohler Antriebskolben aus Stahl beschrieben, der an einem Kolbenboden durch einen zu einem Taumelscheibenantrieb gehö- renden Stößel hin-und herbewegt wird. Im Inneren des Antriebskolbens wird dadurch ein Schlagkolben ebenfalls hin-und herbewegt.

Aus Festigkeitsgrunden wird bei allen Schlagwerkstypen der Schlagkolben aus Stahl gefertigt. Der Antriebskolben kann aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff hergestellt werden, wobei bei Verwendung von Aluminium oder Kunststoff meist zusãtzliche Dichtelemente, wie z. B. elastische Dichtringe in den Antriebskolben eingelegt werden mussen.

Wird der Antriebskolben aus Stahl gebaut, haben sich das erhöhte Gewicht in Ruhe und die starken Vibrationen aufgrund der großen Tragheitsmomente des Antriebskolbens im Betrieb als nachteilig erwiesen. Bei Verwendung von Aluminium oder Kunststoff ohne zusätzliches Dichtelement ist die unter- schiedliche Wärmeausdehnung des Antriebskolbens und des Schlagkolbens bzw. der Fuhrungshulse problematisch. Dies fuhrt dazu, daß der Dichtspalt zwischen Antriebskolben und Fuhrungspartner uber den im Betrieb auftre- tenden Temperaturbereich variiert, so daß entweder keine zufriedenstellende Dichtung oder ein zu starker Kontakt zwischen Antriebskolben und Fuh- rungspartner auftreten konnen.

Die Verwendung eines zusätzlichen Dichtelements fuhrt grundsätzlich zu verschlechterten Notlaufeigenschaften und zu einer erhöhten Empfindlich- keit hinsichtlich Verschmutzung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebskolben fur ein Luft- federschlagwerk anzugeben, bei dem durch eine verminderte bewegte Masse des Antriebskolbens ein ruhigerer Lauf des Bohr-oder Schlaghammers er- zielt wird, ohne daß die beschriebenen Nachteile auftreten.

Erfindungsgemãß wird die Aufgabe durch einen Antriebskolben gemaß Pa- tentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhangigen Anspruchen zu entnehmen.

Ein erfindungsgemãßer Antriebskolben fur ein Luftfederschlagwerk besteht aus wenigstens zwei Teilen aus unterschiedlichen Materialien mit unter- schiedlicher Dichte, wobei das eine Teil aus Stahl besteht und eine Fuh- rungsfläche des Antriebskolbens aufweist, wãhrend das andere Teil eine Kol- benaufhängung und/oder einen Kolbenboden bildet und aus Kunststoff oder Leichtmetall hergestellt ist. Durch die Verwendung von Materialien, die leichter als Stahl sind, kann die gewunschte Gewichtsreduktion erreicht werden, die zu einem schwingungsärmeren Betrieb des Bohr-oder Schlag- hammers fuhrt, in dem der Antriebskolben eingesetzt ist. Durch die aus Stahl bestehende und z. B. zylindrische Führungsfläche, d. h., durch die Flache, die in Kontakt mit einer den Antriebskolben fuhrenden Fuhrungs- hulse oder einem von dem Antriebskolben angetriebenen Schlagkolben steht, können die Vorteile von Stahl hinsichtlich besserer Notlaufeigenschaften,

Verschmutzungsunempfindlichkeit und günstiger abgestimmten Warmeaus- dehnungsverhaltens genutzt werden.

Weiterhin bieten sich bei der Herstellung gunstige Möglichkeiten, da der er- findungsgemãße Antriebskolben durch Spritzgiel3en des Kunststoffes mit ei- ner eingelegten Stahlhulse preiswert und mit hoher Qualitat hergestellt wer- den kann.

Anstelle der zylindrischen Fuhrungsflache, die gleichbedeutend mit einem zylindrischen Antriebskolben ist, können auch anders geformte Fuhrungs- flache zum Einsatz kommen, z. B. solche mit eliptischer oder eckiger Grundkontur. Eine eliptisch geformte Stahlhulse wurde beispielsweise den Bau eines besonders schmalen Schlagwerks begunstigen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figu- ren näher erlãutert. Es zeigen : Fig. 1A eine Seitenansicht eines Antriebskolbens gemãß einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung ; Fig. 1B einen Schnitt durch den Antriebskolben aus Fig. 1A ; Fig. 2A eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemãßen Antriebskol- ben nach einer zweiten Ausfuhrungsform ; Fig. 2B einen Schnitt durch den Antriebskolben aus Fig. 2A ; Fig. SA eine Seitenansicht eines erfindungsgemãßen Antriebskolben nach einer dritten Ausfuhrungsform der Erfindung ; und Fig. 3B einen Schnitt durch den in Fig. 3A gezeigten Antriebskolben.

Die Fig. 1A und 1B zeigen in Seitenansicht bzw. Schnittdarstellung einen erfindungsgemãßen Antriebskolben gemãß einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung.

Der Antriebskolben besteht aus einer in Fig. 1 B durch eine dicke schwarze Linie gekennzeichneten, zylindrischen Stahlhulse 1. In der Seitenwand der Stahlhulse 1 sind Belüftungsöffnungen 2 vorgesehen, uber die die sich in der Stahlhulse 1 zwischen dem Antriebskolben und einem nicht dargestell- ten Schlagkolben ausbildende Luftfeder mit Luft versorgt werden kann.

Dazu bewegt sich im Betrieb des den Antriebskolben verwendenden Luftfe- derschlagwerks der Schlagkolben innerhalb der Stahlhulse 1 in an sich be- kannter Weise.

Am Boden der Stahlhulse 1 sind Õffnungen 3 ausgebildet, in die bei der Herstellung des Antriebskolbens ein Kunststoffmaterial derart eingespritzt worden ist, da. 6 es einen Kolbenboden 4 und eine Kolbenaufhängung 5 bil- det. Die Kolbenaufhängung 5 besteht aus zwei gabelförmigen Fortsätzen, in denen Bohrungen 6 fur die Anlenkung eines nicht dargestellten und von ei- nem Kurbeltrieb angetriebenen Pleuels vorgesehen sind.

Das Kunststoffmaterial ist mit der Stahlhulse 1 nach Erstarren des Kunst- stoffs fest verbunden und bildet eine stabile, einstuckige Einheit mit diesem.

Die Fig. 2A und 2B zeigen eine zweite Ausfuhrungsform des erfindungs- gemãßen Antriebskolbens in Seitenansicht und Schnittdarstellung.

Während die in den Fig. 1A und 1B gezeigte Stahlhulse 1 eine Topfform hat- te, ist bei der zweiten Ausfuhrungsform eine rohrförmige Stahlhulse 10 vor- gesehen, die allerdings ebenfalls Belüftungsöffnungen 11 aufweist.

Am oberen, einem nicht dargestellten Schlagkolben abgewandten Ende der Stahlhulse 10 sind Õffnungen 12 vorgesehen, die mit einem Kunststoffmate- rial ausgespritzt sind, das durch entsprechende Formgebung einen Kolben- boden 13 und eine Kolbenaufhängung 14 mit Bohrungen 15 fur die Anlen- kung eines nicht dargestellten Pleuels bildet.

Die in den Fig. 1A bis 2B beschriebenen Antriebskolben sind insbesondere fur einen Schlagwerkstyp geeignet, bei dem der Antriebskolben als Hohlkol- ben ausgebildet ist und einen massiven Schlagkolben in dem Inneren der Stahlhulse 1,10 aufnimmt.

Anstelle der Stahlhulsen 1,10 können auch aus anderen Metallen bzw. Le- gierungen bestehende Hulsen verwendet werden, wobei sich jedoch Stahl aus den oben genannten Grunden als am zweckmãßigsten erwiesen hat.

Weiterhin kann die kreiszylindrische Grundform der Stahlhulsen dahinge- hend variiert werden, daß bei anderen Ausfuhrungsformen der Erfindung auch Stahlhulsen mit eliptischer oder eckiger (quadratisch, rechteckig) Grundkontur zum Einsatz kommen.

Die Fig. 3A und 3B zeigen eine dritte Ausfuhrungsform der Erfindung in Seitenansicht und Schnittdarstellung. Der gezeigte Antriebskolben ist insbe- sondere fur einen Schlagwerkstyp geeignet, bei dem sowohl der Antriebskol- ben als auch der Schlagkolben in einer gemeinsamen Hülse gefuhrt werden.

Vom Prinzip her ahnlich aufgebaut wie der Antriebskolben der Fig. 2A, 2B, weist der gezeigte Antriebskolben eine zylindrische Stahlhulse 20 auf, die Offnungen 21 fur das Einspritzen von Kunststoff und Bohrungen 22 fur das Einstecken eines Pleuelzapfens aufweist.

Das Innere der Stahlhulse 20 ist mittels einer geeigneten Spritzgießform mit Kunststoff derart ausgespritzt, daß die Õffnungen 21 mit Kunststoff ausge- fullt werden, um das Kunststoffmaterial einstuckig mit der Stahlhulse 20 zu verbinden. Durch das Kunststoffmaterial wird ein Kolbenboden 23 und eine Kolbenaufhängung 24 fur die Befestigung des Antriebskolbens an einem nicht dargestellten Pleuel gebildet.

Allen beschriebenen Ausfuhrungsformen der Erfindung ist es gemeinsam, daß durch die Wahl einer Stahlhulse 1,10,20 die in einer entsprechenden Fuhrungshulse aus Stahl in dem Luftfederschlagwerk axial hin-und herbe- wegt wird, bei annähernd gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten uber den gesamten im Betrieb auftretenden Temperaturbereich gleichbleibende Spalte realisiert werden, wodurch ein vorbestimmtes Dichtungsverhalten er- reicht wird.

Durch den Einsatz von Kunststoff oder Leichtmetall im Bereich der Kolben- aufhängung 5,14,24 und des Tragbereichs einschließlich des Kolbenbodens 4,13,23 kann das Gewicht im Vergleich zu einer reinen Stahlkolbenlösung niedrig gehalten werden, was sich positiv auf das Schwingungsverhalten des

Bohr-oder Schlaghammers auswirkt.

Die Verwendung der Stahlhulse 1,10,20 gewährt daruber hinaus gute Not- laufeigenschaften und geringe Empfindlichkeit hinsichtlich Verschmutzung.

Daruber hinaus können insbesondere bei der Stahl-Kunststoff-Paarung durch das Spritzgießverfahren erhebliche Kosten gespart werden.

Selbstverstandlich können die unterschiedlichen Materialien auch durch Umformen oder mittels bekannter Befestigungselemente miteinander fest verbunden werden. Dies gilt insbesondere bei einer Leichtmetall-Stahl- Paarung, wenn die Anwendung eines Druckgießverfahrens wenig praktikabel erscheint.




 
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