[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatisch betriebenen Hammer gemäss dem
Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, ferner eine Anordnung von Expansionskammern
gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 9 und eine Verwendung gemäss
dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 13.
[0002] Bei solchen pneumatischen Antrieben ist in einem Zylinder ein hin- und hergehender
Kolben vorhanden. Eine dieser Bewegungsrichtungen dient zur Abgabe einer Antriebskraft,
z.B. durch Aufschlagen auf einem Amboss oder auf den Schaft eines Werkzeuges. Um den
Kolben zu bewegen wird ein Druckfluid abwechselnd in die beidseits des Kolbens befindlichen
Kammern geführt. Dieses Arbeitsfluid wird üblicherweise durch längsverlaufende Durchflusskanäle
in der Zylinderwand geleitet. Indem die Zylinder als Gusselement oder durch Schmieden
aus härtbarem Stahl gefertigt und die Zylinderbohrung und die Kanäle nachher hergestellt
wurden, ergab sich ein schwergewichtiges Werkzeug, das auch noch sehr teuer war.
[0003] Im US-Patent 3 263 770 wurde demgemäss vorgeschlagen, den Metallzylinder für den
Arbeitskolben auf der gesamten Länge mit einer dünnen Schicht aus Dämpfungsmaterial
zu überziehen, wie beispielsweise Kautschuk oder ein anderes Elastomer,
und diese Schicht wird mit einem rohrförmigen Ueberzug aus dünnem Stahl eng umschlossen.
Auf die Durchflusskanäle wird in dieser Veröffentlichung nicht eingetreten, so dass
hier die bekannte Technik zum Zuge kommt, nämlich Durchgänge in der Zylinderwand zu
bilden. Als Schalldämpfung ist ein Auspufftopf vorgesehen.
[0004] Im US-Patent 2 128 742 wird ein solches Werkzeug beschrieben, bei dem auf ein Metallzylinder
ein äusser Körper aus Isoliermaterial aufgeformt wird. Eine Umhüllung in Form eines
Rohres umschliesst die mittlere Partie des Zylinders und bildet mit dem Zylinder zusammen
eine Expansionskammer zur Aufnahme des Fluids aus der Austrittsöffnung des Zylinders.
An den Enden der Expansionskammer befinden sich Ringplatten. Mehrere axiale Trennwände
sind in Stufenform um den Zylinder herum angeordnet, indem eine der zwei Trennwände
beidseits der Austrittsöffnung unten einen Abstand von der unteren Ringplatte und
die andere oben von der oberen Ringplatte haben. Zwei weitere Trennwände sind dann
ebenso versetzt angeordnet, und das austretende Fluid muss zwei lange Wege bis zum
Auspuff in der Umhüllung zurücklegen, was einen Dämpfungseffekt ergeben soll.
[0005] In der EP-B 15 700 entspr. US-Nr. 4 303 131, 4 303 133, ist ebenfalls ein pneumatisch
betätigter Hammer beschrieben. Ein Zylinderrohr mit einem hin- und hergehenden Kolben
ist durch einen Formkörper aus Kautschuk umfasst. In radialen Längsrippen befinden
sich Durchflusskanäle für die Zufuhr von Fluid zum unteren Zylinderraum. Der obere
Zylinderraum wird direkt vom Flatterventil aus gespeist. Ein zylindrisches Schalldämpferrohr
umgibt den mit dem Formkörper umfassten Zylinder auf der ganzen Länge inklusive dem
Amboss und dem Werkzeughalter. Zwischen diesem Schalldämpferrohr und dem Formkörper
ist eine Schalldämpferkammer gebildet, die mit der Umgebung durch Oeffnungen verbunden
ist. In einer Variante ist vorgesehen, dass drei Rippen vorhanden sind, die je das
Schalldämpferrohr berühren und dadurch axiale Kammern abgrenzen. Vom Zylinderraum
führen zwei Gasauslass- öffnungen zu zwei verschiedenen Kammern. Diese Kammern sind
werkzeugseitig mit einer weiteren Kammer über Drosseln verbunden. Diese Kammer ist
eine dritte durch die Rippen abgegrenzte Kammer und ist über einen inneren, länglichen
Durchlass ins Freie geführt. Damit sind zwei Dämpferkammern in Reihe geschaltet. Hier
ist noch vorgesehen, dass auch das Schalldämpferrohr aus einem Kautschuk besteht,
so dass schliesslich alle Partien mit Kammern und Durchflusskanälen aus einem formbaren
Stoff hergestellt sind, wodurch einerseits das Gewicht verringert werden kann und
anderseits die Herstellungskosten trotz aufwendiger Schalldämpfung niedrig gehalten
werden können.
[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, den Schalldruckpegel weiter zu reduzieren
und die Druckluft soweit zu expandieren, dass sie möglichst gleichförmig aus dem Auspuff
abströmt, und die Vereisungsgefahr so weit wie möglich reduziert ist, sowie durch
die entsprechende Formgebung der Kunststoffteile eine einfache und kostengünstige
Lösung zu erzielen.
[0007] Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen
Patentanspruches 1 bzw. des unabhängigen Patentanspruches 9 erreicht. Eine Verwendung
der Anordnung nach Patentanspruch 9 ist im Patentanspruch 13 gekennzeichnet.
[0008] Besonders vorteilhafte Ausbildungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines in Längsrichtung geschnittenen Hammers nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittansicht des Hammers gemäss der Schnittlinie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittansicht des Hammers gemäss der Schnittlinie III-III in Fig. 1,
Fig. 4 eine Schnittansicht des Hammers gemäss der Schnittlinie IV-IV in Fig. 1, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Wirkanordnung der verschiedenen Kammern.
[0010] Der in der Zeichnung dargestellte Hammer besteht aus einem Griffstück 1 mit einem
festen Haltegriff 110 und einem Haltegriff 111 mit einem Drücker 14, der in bekannter
Weise mittels eines Ventilbolzens 31 auf eine mit einer Feder 15 gegen den Ventilsitz
7 gepressten Ventilkugel 17 wirkt, wenn der Drücker 14 niedergedrückt wird, um damit
Druckluft aus dem Luftanschluss 32 in den Zylinder 29 zu leiten. Vom Ventil aus gelangt
die Druckluft durch ein System von Kanälen 62 in einer Deckwand 10 des Zylinders 29
und mittels zwei radialen Bohrungen 5, 6 an beide Seiten einer Ventilplatte 27 eines
Flatterventils. Von hier aus gelangt ein Luftstrom durch eine zentrale Oeffnung 61
in der Deckwand 10 in den oberen Zylinderraum 47 oder über die genannten Kanäle 62
zu Durchflusskanälen 40, 41, 42, um Druckluft in den unteren Zylinderraum 46 zu bringen.
[0011] Der Zylinder 29 besteht aus einem Metallrohr mit geschliffener Innenwand und glatter
Aussenwand. In diesem Zylinder befindet sich ein Schlagkolben 23. Vier radiale Oeffnungen
52a - 52d als Gasauslässe befinden sich etwa mittig im Zylinder 29. Das werkzeugseitige
Ende des Zylinders 29 ist mit einer Ambossbüchse 11 verschlossen. In der Ambossbüchse
11 ist der Amboss 28 axialbeweglich geführt. Die untere Randpartie des Zylinders 29
ist von einer zylindrischen Haltewand 63 umfasst, die auch der Halterung der Ambossbüchse
11 dient. EineVerschleissbüchse 9 wird auch in der Haltewand 63 gehaltert, in die
dann das Werkzeug W eingesetzt ist. In der zylindrischen Haltewand 63 ist auch der
Meisselhalter 12 mit zugehöriger Feder 22 und Rastbolzen 21 untergebracht. Mittels
drei radialen Rippen 43, 44, 45, die einstückig mit einem das Zylinderrohr (29) ebenfalls
am unteren Ende wenigstens teilweise umfassenden Verbundzylinder 3 verbunden sind,
ist das Gehäuse 2 in starrer Lage bezüglich des Zylinderrohres 29 gehaltert.
[0012] Wie aus Fig. 2 deutlich ersichtlich ist, können Gegenrippen 64, 65, 66 mit zu den
Kuppen der Rippen komplementär geformten Längsnuten an der Innenwand des Gehäuses
2 vorhanden sein, um dasselbe ortsgenau und starr gegenüber dem Zylinderrohr 29 zu
haltern. Damit erübrigt sich eine Befestigung der Rippen 43, 44 45 am Zylinderrohr
29 oder gar eine vollständige Ummantelung desselben.
[0013] In den Rippen 43, 44, 45 befinden sich die schon erwähnten Durchflusskanäle 40, 41,
42. Zwei dieser Durchflusskanäle 40, 41 sind mit dem unteren Zylinderraum 46 durch
Zuleitungsdurchgänge 461 und 462 verbunden (Fig. 3).
[0014] Aus Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, dass zwischen den Rippen 43 - 45 drei längliche
Kammern 48, 49, 50 gebildet sind. Zwei Kammern 48, 49 sind mit paarweise angeordneten
Gasauslässen 52a - 52d mit den Zylinderräumen 46, 47 verbunden und die dritte Kammer
50 ist mittels des Auspuffs 53 mit der Umwelt verbunden.
[0015] Im Bereich des Verbundzylinders 3 sind Durchtrittsöffnungen 54, 55 zu einer weiteren
Kammer 58 durch Ausnehmungen in diesem Verbundzylinder gebildet. Der Verbundzylinder
3 ist beim Auspuff 53 mit einem Gasführungselement 59 versehen, das eine Düse 591
bildet. Dieses Element könnte am Gehäuse 2 angeformt sein oder Gehäuse 2 und Verbundzylinder
3 können gemeinsam einen Düsendurchgang bilden.
[0016] Schliesslich zeigt Fig. 4 noch eine Schnittansicht im Bereich des Griffstückes 1
mit einer Draufsicht auf die Deckplatte 10 in der Umlenkkammer 51. Die beiden mit
Auspuffgasen aus dem Zylinderraum 46, 47 gespeisten Kammern 48, 49 haben je zwei Durchtrittsöffnungen
602, 603, 604 und 605 und ebenso können die Gase durch zwei weitere Durchtrittsöffnungen
601, 606 in die dritte Kammer 50 gelagen.
[0017] Schliesslich werden die Kunststoffteile wie Gehäuse 2, Verbundzylinder 3 mit den
Rippen 43 - 45 und der Führungsflansch 4 durch drei vom Griffstück 1 in den Endflansch
des Haltezylinders 63 eingeschraubten Zugbolzen 13 starr zusammengehalten.
[0018] Für die Schalldämpfung werden damit gemäss Fig. 5 die Abgase aus dem Zylinder 46,
47 über zwei paarige Durchgangsöffnungen 54, 55 in je eine Expansionskammer 48, 49
ein
gelei- tet. Ueber Durchgangsöffnungen 54, 55 stehen die beiden länglich ausgebildeten
Expansionskammern 48, 49 mit einem Resonanzraum 58 in Verbindung. Andern Ends bilden
die Durchgänge 602 bis 605 eine Verbindung zur Umlenkkammer 51, von wo dann die Gase
über die Nebenkammer 50 zum Auspuff 53 gelangen. Indem die paarig angeordneten Durchgangsöffnungen
52a - d gegeneinander versetzt angeordnet sind, wird der Austrittsquerschnitt zunehmend
geöffnet, was sich bekanntlich auf die Schallentwicklung vorteilhaft auswirkt. Das
Gas tritt somit gleichzeitig in die beiden Expansionskammern 48, 49 ein, die ein auf
den damit entstandenen Schall abgestimmtes Volumen haben. Die Länge der Expansionskammern
ist einerseits durch die Deckwand 10 und anderseits durch den Verbundzylinder 3 abgegrenzt.
Die ungleichen Grössen der zwischen Verbundzylinder 3 und Gehäuse mittels flanschartiger
Ausweitungen des Verbundzylinders 3 gebildeten Durchgangsöffnungen 54, 55 ergeben
eine unterschiedliche Insulation zur Resonanzkammer 58 und damit werden die Schalldrücke
an diesen Stellen ungleich stark gedämpft, so dass ungleiche Frequenzbereiche durch
die Resonanzkammer 58, die als Helmholtz-Resonator wirkt, absorbiert werden kann und
damit kann eine breitbändige Schalldämpfung erzielt werden.
1. Pneumatisch betriebener Hammer mit einem in einem metallischen Zylinderrohr (29)
axialbeweglichen, einen unteren Zylinderraum (46) und einen oberen Zylinderraum (47)
abteilenden Kolben (23), mit einem Gehäuse (2) aus Kunststoff als Aussenmantel mit
mindestens einer Auspufföffnung (53), ferner mit einer Anzahl längsverlaufender Durchflusskanäle
(40 - 42) zur Zufuhr von Druckluft in den unteren Zylinderraum (46), und mit einem
Flatterventil (27) in einer Deckwand (10) des Zylinderrohres (29) mit einer Oeffnung
(61) zur Zufuhr von Druckluft in den oberen Zylinderraum (47) und mit Kanälen (62)
zur Speisung der genannten Durchflusskanäle (40 - 42) und mit wenigstens einer wenigstens
angenähert mittig im Zylinderrohr (29) angeordneten Oeffnung (52a - 52d) als Gasauslass
aus den Zylinderräumen (46, 47) in den Innenraum des Gehäuses (2), dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (2) rohrförmig ausgebildet ist, dass wenigstens ein den Innenraum
des Gehäuses (2) wenigstens teilweise abschliessender und dieses in eine untere Partie
(57) und in eine obere Partie (56) unterteilender, flanschartig ausgebildeter Verbundzylinder
(3) mit einer Anzahl radialer am Zylinderrohr (29) und an der Innenwand des Gehäuses
(2) anliegender, bis zur Deckwand (10) reichender Längsrippen (43, 44, 45) zur Abteilung
einer Anzahl länglicher Kammern (48, 49, 50) einstückig vorhanden ist, dass wenigstens
ein Gasauslass (52a - 52d) aus dem Zylinderrohr (29) in wenigstens eine der genannten
Kammern (48, 49) mündet, und dass eine in Reihe mit dieser Kammer (48, 49) verbundene
dritte Kammer (50, 51) mit dem Auspuff (53) im Gehäuse (2) verbunden ist.
2. Hammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundzylinder
(3) im Gebiet der beiden mit dem Zylinderrohr (29) durch wenigstens einen Gasauslass
(52a-52d) verbundenen Kammern (48, 49) mit Durchgangsöffnungen (54, 55) zur unteren
Partie (57) des Gehäuses (2) versehen ist, und dass die untere Partie (57) als Resonanzraum
(58) ausgebildet ist.
3. Hammer nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundzylinder
(3) im Gebiet des Auspuffs (53) als Gasführungselement (59) ausgebildet ist.
4. Hammer nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasführungselement
(59) eine Düse bildet.
5. Hammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auspuff (53) mit
der Umlenkkammer (51) kommuniziert.
6. Hammer nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Auspuff (53)
und Umlenkkammer (51) eine weitere durch zwei Rippen (44, 45) abgegrenzte Nebenkammer
(50) innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist.
7. Hammer nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei
den Uebergängen zwischen den Hauptkammern (48, 49) und der Umlenkkammer (51) einerseits
und zwischen der Umlenkkammer (51) und dem Auspuff (53) anderseits je eine Querschnittsverengung
vorhanden ist.
8. Hammer nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengungen
durch jeweils wenigstens eine Oeffnung (601 - 606) in der Deckwand (10) gebildet sind.
9. Anordnung von Expansionskammern zur Dämpfung des Schalldruckes bei druckluftbetätigten
Antrieben, dadurch gekennzeichnet, dass vom Antriebszylinder (29) aus, die Abgase
über eine Oeffnung (52a-d) in wenigstens eine erste Expansionskammer (48, 49) eingeleitet
sind, die einerseits über einen Durchgang (54, 55) mit einer Resonanzkammer (58) und
anderseits über wenigstens eine Drossel (601 bis 606, 591) mit einem Auspuff (53)
verbunden ist.
10. Anordnung nach Patentanspruch 9, gekennzeichnet durch zwei parallelgeschaltete
Expansionskammern (48, 49), die einerseits mit einer gemeinsamen Resonanzkammer (58)
und anderseits über eine Umleitungskammer (51) mit dem Auspuff (53) verbunden sind.
11. Anordnung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Umleitungskammer
(51) und Auspuff (53) mindestens eine Nebenkammer (50) angeordnet ist.
12. Anordnung nach einem der Patentansprüche 9 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Expansionskammern (48, 49) als längliche Räume ausgebildet sind, dass die Zufuhr
der Abgase aus dem Zylinder (29) wenigstens angenähert mittig der Längenausdehnung
erfolgt, dass die Verbindung mit der Resonatorkammer (58) einerends der Expansionskammern
(48, 49) erfolgt, und dass deren andere Enden zum Auspuff (53) hin oder in die Umleitkammer
(51) geführt sind.
13. Verwendung der Anordnung nach einem der Patentansprüche 9 - 12, zur Schalldämpfung
bei einem pneumatisch betriebenen Schlagwerkzeug zur Dämpfung des Schalldruckes vom
Ausgang des pneumatischen Zylinders.