DE2206014A1

DE2206014A1 - Hydraulisches schlaggeraet

Info

Publication number: DE2206014A1
Application number: DE19722206014
Authority: DE
Inventors: Friedrich Falley; Bedrich Slejska
Original assignee: Schweizerische Industrie Gesellschaft
Current assignee: Schweizerische Industrie Gesellschaft
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1972-02-09
Publication date: 1973-08-02
Also published as: CH559088A5; FR2165598A5

Description

MA/ber 24.1.1972 "Hydraulikhammer"

PATENTANWÄLTE Akte 39 337 e

NUNG.HÖGER DIPL-INaSTELLRECHTM-Sc ^¹""

a: l-P/.Yi.DR.GRIESSSACH DIPL-PHYS.HAECKER 7 STUTTGART-I, UHLANDSTR. 14c

Schweizerische Industrie-Gesellschaft, B212 Neuhausen am

Rheinfall (Schweiz)

Hydraulisches Schlaggerät

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Schlaggerät mit einem mittels eines schiebergesteuerten, flüssigen Druckmediums hin und her bewegten Schlagkolben, der bei seinem Arbeitshub auf ein Schlagwerkzeug trifft, wobei der Steuerschieber und der Schlagkalben in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Gegenüber den bisher üblichen Pressluftschlaggeräten weist ein solches hydraulisches Schlaggerät erhebliche Vorteile auf, insbesondere geringere Lärmerzeugung und besseren Wirkungsgrad. Bei einem bekannten Schlaggerät dieser Art ist zur Steuerung des flüssigen Druckmediums ein vom Schlagkolben getrennter unter Federdruck stehender Kolbenschieber vorgesehen. Die Funktionssicherheit derartiger, vom Pressluftgerätebau abgewandelter Konstruktionen·, ist beim Betrieb mit praktisch inkompressiblen flüssigen Medien nicht in ausreichendem Mass gegeben. Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine absolut funktionssichere grosse Leistung des Gerätes gestattende Steuerung zu schaffen. Das Gerät nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass als Steuerschieber ein Drehschieber vor—

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gesehen ist und dass das Gehäuse auch einen Hydramotor zum Antrieb des Drehschiebers enthält. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Hydromotor auch mit dem Schlagwerkzeug in Rotations-Antriebsverbindung steht, weil dadurch eine wirksamere Zertrümmerung des Gesteins ermöglicht und das Verklemmen des Schlagwerkzeuges, z.B, eines Bohrmeissels verhindert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Schlaggerät Fig. 2 einen Schnitt gemäss Linie II-II von Fig.l

Fig. 3a einen Teilschnitt durch eine rotierende Führungsbuchse gemäss Linie IH-III, von Fig.l.

Fig.3b einen Töilschnitt durch eine gehäusefeste Steuerbuchse gemäss Linie HI-III von Fig.l

Fig.4a einen Teil einer von aussen gesehenen Abwicklung der Führungsbuchse,

Fig.4b einen Teil einer von aussen gesehenen Abwicklung der Steuerbuchse,

Fig.5-8 zeigen die Abwicklung der Führungsbuchse und der Steuerbuchse übereinander in verschiedenen Phasen des Arbeitszyklus eines Schlagkolbens und

Fig. 9 und 10, zeigen je eine Einzelheit des Schlagkolbens in grösserem Massstab.

Das dargestellte Schlaggerät weist gemäss Fig. 1 und 2 ein Gehäuse 1 auf, an welchem oben ein Deckel 2 angeflanscht ist. Der Deckel 2 weist eine Eintrittsbahrung 3 und eine Austrittsbohrung 4 auf die in einen im Gehäuse 1 vorgesehenen Eintrittskanal 5, bzw. Austrittskanal 6, übergehen. Das Gehäuse 1 weist einen oberen-, zylindrischen Abschnitt 7 mit seitlichem Stutzen 8 und einen unteren, zylindrischen Abschnitt 9 von kleinerem Durchmesser, mit seitlichem Stutzen 10 auf. Ein Lagerstutzen 11

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is-t unten an das Gehäuse 1 angeflanscht.

Der Deckel 2 ist bei den Bohrungen 3 und 4 mit nicht dargestellten Anschlussmitteln für eine Druckölleitung und eine Oelrückführungsleitung versehen. Die Strömungsrichtung des Oeles ist durch die Pfeile 12 und 13 dargestellt. Im Gehäuse 1 ist eine zu demselben koaxiale Steuerbuchse 14 befestigt, in welcher eine koaxiale Führungsbuchse 15 mittels zweier Lager 16 und 17 drehbar gelagert it. In der Führungsbuchse 15 ist ein in der Gehäuseaxe angeordneter Schlagkolben 18 in Axialrichtung geführt. Um die Führungsbuchse 15, die zusammen mit der Steuerbuchse 14 einen Drehschieber bildet, in Drehung zu versetzen, ist ein Axialkolben-Hydromotor 19 vorgesehen, der die Freikolben 20 und 21 aufweist, die in axialen Bohrungen 22 bzw. 23 der Führungsbuchse 15 beweglich sind und mit ihren unteren konischen Enden an einem oberen Laufring 24 eines Kugellagers 25 anliegen, dessen unterer Laufring 26 mittels eines abgeschrägten Supports 27 mit dem Gehäuse 1 fest -verbunden ist. Die Bohrung 22 steht über einen im Deckel 2 vorgesehenen, nahezu halbkreisförmigen Schlitz 28 mit einem nahezu halbkreisförmigen Kanal 29 in Verbindung, der seinerseits über einen radialen Kanal 30 mit der Eintrittsbohrung 3 verbunden ist. Analog steht die Bohrung 23 über einen nahezu halbkreisförmigen Kanal 32 und einen radialen Kanal 33 mit der Austrittsbohrung 4 in Verbindung.

Das Kugellager 25, das als gehäusefeste Hubscheibe dient, ist in Fig.l in bezug auf die Kanäle 5 und 6 um 90^D verdreht dargestellt. Die Freikolben 20 und 21 befinden sich bei T_Q in ihrer oberen, und bei T_u in ihrer unteren Totpunktlage. Solange sich die Bohrung 22 unter dem Schlitz 2B befindet, strömt Drucköl in dieselbe ein, wobei sich der Kolben 20 nach unten bewegt und die Führungsbuchse 15 im Uhrzeigersinne von Fig.2 dreht, zugleich bewegt sich der Kolben 21 nach oben und drückt entspanntes OeI zum Schlitz 31 hinaus. Nach Durchgang durch die Totpunktlage T_Q und

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T_u sind dann die Funktionen der Kolben 20 und 21 vertauscht. Um für den Durchgang durch die Totpunktlagen nicht von der Trägheit der rotierenden Massen abzuhängen, in jeder Relativlage der Führungsbuchse 15 zur Hubscheibe 25 starten zu können und das Drehmoment zu verstärken, sind zwischen demselben noch weitere Freikolben 20, 21 vorgesehen. Vorzugsweise wird eine ungerade Anzahl von Kolben, z.B. 9, vorgesehen.

Die durch den Hydromotor 19 bewirkte Drehung der Führungsbuchse 15 wird dazu benützt, dem Kolben IB Drucköel in solcher Weise zuzuführen, dass er sich periodisch abwärts und aufwärts bewegt. Der Kolben 18 weist einen oberen Schaft 35 auf, der unmittelbar in einen Teil der Führungsbuchse 15 geführt ist. Der Durchmesser des unteren Schaftee 36 ist etwas grosser als derjenige des oberen Schaftes 35, aber kleiner als derjenige eines Bundes 38, der sich zwischen den beiden Schäften 35 und 36 befindet. Die wirksame obere Fläche des Kolbens IB ist die Ringfläche 39 des Bundes 38, auf welche das Drucköl zwecks Abwärtsbewegung des Kolbens 18 gelangt, dieselbe ist grosser als die wirksame untere Fläche des Kolbens 1Θ, nämlich die untere Ringfläche 40 des Bundes 38, auf welche das Drucköel zwecks Aufwärtsbewegung gelangt. Der Kolben 18 ist also ein Differenzialkolben, der mit grösserer· Kraft nach unten als nach oben bewegt wird. An den oberen Schaft 35 schliesst sich ein zylindrisches Endstück 41 von noch kleinerem Durchmesser an, und an den unteren Schaft 36 ein kegelstumpfförmiges Endstück 42, welches zur Uebertragung der 5chle.gkraft des Kolbens IB auf eine Bohrstange 43 dient. Die Bohrstange 43 weist oben einen sechskantigen Abschnitt 44 auf, der über eine Einsatzbuchse 45 in einer Drehbuchse 46 festgespannt ist, die sich in einem Futter 47 des Lagerstutzens 11 dreht und auf einem Axiallager 48 abgestützt ist. Die Drehbuchse 46 ist oben mit einem ausseien Zahnkranz 49 versehen, der mit einer Innenverzahnung in Eingriff steht, welche am unteren Ende der Führungsbuchse 15 vorgesehen ist, und durch welche somit die Drehbuchse 46 und

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schliesslich die Bohrstange 43 in Drehung mitgenommen werden. Ein am unteren Ende der Einsatzbuchse 45 anliegender Anschlag 51, der Bohrstange 43 verhindert, dass dieselbe in der Buchse 45 nach oben verrutschen kann.

Damit das Druckoel alternativ mit möglichst geringem Druckverlust zu den wirksamen Koibenflachen 39 und 40 gelangt^ sind in der Führungsbuchse 15 zwei Kränze, von Längsschlitzen 52 und 53 (siehe Fig.4a) und in der Steuerbuchse 14 zwei Kränze von Längsschlitzen 54 und 55 (siehe Fig,4b) vorgesehen. Die Schlitzs 52 sind in Umfangsrichtung um einen Teilungsabstand 2t gegeneinander versetzt. Die darunter befindlichen Schlitze 52« Die Schlitze 54 und 55 haben einen Teilungsabstand f., sind aber in bezug aufeinander nicht versetzte In Längsrichtung haben die Schlitze 54 und 55 den gleichen Abstand a voneinander wie die Schlitze 52 und 53. Auf der Aussenssite der Steuerbuchse 14 ist eine mäanderförmige, in sich zurücklaufende Rippe 56 vorgesehen, welche jedes Paar von übereinanderliegenden Schlitzen 54, 55 von den beiden benachbarten Paaren von Schlitzen 54, 55 trennt. Ferner weist die Steuerbuchse 14 eine obere Ringrippe 57 und eine untere Ringrippe 58 auf, die ebenso wie die mäanderförmige Rippe 56 am Gehäuse 1 anliegen. Zwischen den Rippen 57 und 56 befindet sich somit ein Ringkanal 59, vor dem ein Kranz von abwärts gerichteten Kanälen 60 ausgeht, und zwischen den Rippen 58 und 56 ein Ringkanal 61, von dem ein Kranz von aufwärtsgerichteters Kanälen 62 ausgeht.

Der Ringkanal 59 ist durch eine Rsdialbohrung 63 mit aera» unteren Ende des Eintrittskanals 5 verbunden, und dex RingkartEl 61 durch eine Radialbohrung 64 mit dem unteren Ende des Austrittskanals 6.

In Fig. 5 ist eine Abwicklung der Steuerbu'chse 14 gezeigt, bei einer Lage der Führungsbuchse 15, in welcher deren obere Schlitze 52 genau mit jaden? zweiten ober up. Schlitz 54⁶ der Sieuer-

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buchse 14 ausgerichtet sind, und in welcher deren untere Schlitze 53 genau mit jedem zweiten unteren Schlitz 55^s ausgerichtet sind, wie durch schraffieren der in dsr Abwicklung aufeinanderliegender! Schlitze dargestellt ist. In dieser Lage strömt von der Radialbohrung 63 kommendes Druckosl über 59, 60 54'' , 52 auf die obere wirksame Kolbenfläche 39 (siehe Fig.l), während zugleich entspanntes OeI ( Rückl auf'oel) von. der unteren "wirksamen Koibenfiäche 40 über 53, 55', 62, 61 zur Radialbohrung 64 hinausgedrückt wird, wie dies in Fig. 5 durch Pfeile, veranschaulicht ist. Der Schlagkolben 18 wird dabei schlagartig nach unten bewegt, bis sein unteres Endstück 42 auf den oberer. Abschnitt 44 der Bohrstange 4 3 trifft, und seine kinetische Energie auf dieselbe überträgt.

Fig. 6 zeigt eine Relativlage der Buchsen 1& und 15 di^ sich bei Verdrehung der Buchse 15 um t/2 aus der Lage- nach I¹Ig₁S kurz nach dem Schlag, bzw. Erreichung der unrsre"¹ Totpunktlage des Schlagkolbens 16 ergibt. Die Schlitze 52 und 53 dsr Buchse ' 15 befinden sich jetzt zwischen den Schlitzen 54, bzw. 55 der Buchse 14, sind alse durch letztere abgedeckt, se dass ein OeI-durchtritt verhindert ist.

Nach einer weiteren t/2-Drehung der Buchse 15 wird die Lage von Fig.7 erreicht, in welcher sich die oberen Schlitzs der Buchse 15 mit den anderen zweiten obsren Schlitzen 54" der Buchse 14 decken, und die untern Schlitze 53 mit den anderen zweiten Schlitzen 55" der Buchse 14. Das Druckoei fiiesst nun über 59, 60, 55", 53 auf die untere wirksame Koibenfiäche 4Q, während zugleich Rückiaufoel van der oberen wirksamen Kolbenfläche 39 über 52, 54" 62, 61 zur Bohrung 64 hinausgedrückt wird. Der Schlagkolben 13 wird dabei wieder in seine obere Totpunktlage zurückgestellt.

Nach einer weiteren t/2-Drehung der Buchse 15 wird gemäss Fig.8 wiederum der Oeldurchtritt gesperrt, worauf sicn der beschriebene Arbeitszyklus des Schlagkolbens 18 wiederhalt.

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Um gleichförmige Strömung in den Oel-Leitungen zu gewährleisten sind in den seitlichen Stutzen 8 und IO des Gehäuses 1 zwei durch Membranen 65, 66 begrenzte Druckspeicherkammern 67 und 6B vorgesehen, die durch mit Zapfen 69 und 70 verschliessbara Oeffnungen 71 und 72 mit einem vorzugsweise stickstoff-gasförmigem Medium gefüllt werden. Auf die Aussenseite der Membran 65, bzw. 66 wirkt der am unteren Ende des Eintrittskanals 5, bzw, des Austrittskanals 6, herrschende Qeldruck und es ist ersichtlich, dass Schwankungen dieses Druckes durch Kompression, bzw. Expansion des in den Kammern 67 bzw. 6B befindlichen Gases stark gedämpf-t werden.

Fig. 9 zeigt, dass die am Bund 38 des Schlagkolbens IB vorhandene obere wirksame Kolbenfläche 39 sich genau genommen aus einer Kreisringfläche 73 und einer durch Kantenbrechung erzeugten konischen Fläche ~(£ zusammensetzt, und dass ferner der Druchmesser des Bundes 38 etwas geringer ist, als derjenige einer in der Führungsbuchse 15 vorgesehenen Ringnut 75. Dies gestattet einerseits einen einwandfreien Zutritt des Druckoels zur wirksamen oberen Kolbenflächs 39 und bewirkt andererseits bei der Rückkehr des Kolbens in die obers Totpunktlage ein gedämpftes Auftreffen des Bundes 38 auf die Führungsbuchse 15.

Fig. 10 zeigt, dass auch die untere wirksame Kolbenfläche 40 sich aus einer Kreisringfläche 16 und einer konischen Fläche 77 zusammensetzt. Ferner ist der Durchmesser des Bundes 38 auch kleiner als derjenige einer Ringnut 78, die von der Führungsbuchse 15 und der Einsatzbuchse 37 begrenzt wird. Infolgedessen kann das Druckoel auch einwandfrei zur unteren wirksamen Kolbenfläche 40 gelangen und kann der Bund 38 nicht ungedämpft auf das obere Ende der Einsatzbuchse 37 auftreffen.

Beim beschriebenen hydraulischen Schlaggerät kann infolge des durch die Buchsen 14 und 15 gebildeten Drehschiebers mühelos eine hohe Schlagzahl erreicht werden, die normalerweise im wesent-

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lichen vom Druck des dem Hydromotor 19 zugeführten Oeles abhängt. Beim vorliegenden Gerät ist dieser Druck gleich demjenigen, der auf den Schlagkolben 18 einwirkt, wobei die Drehzahl der Bohrstange 43 direkt proportional zur Schlagzahl ist. Wenn sich die Bohrstange 43 verklemmen sollte,, steht die Führungsbuchse 15 still, so dass keine wei-teren Schläge mehr erfolgen, welche die Bohrstange 43 nur noch mehr verklemmen wurden. Durch stufenlose Aenderung des zugeführten Oelstromes kann die Drehzahl des Hydromotors und somit auch die Schlagzahl stufenlos geändert werden.

Bei einer Variante des Gerätes ist der Deckel 2 mit einem Paar von Anschlüssen versehen, die über die Bohrungen 3 und 4 lediglich mit den Kanälen 5 und 6, bzw. dem Schlagkolben IB in Verbindung stehen, und mit einem anderen Paar von Anschlüssen, die über die halbkreisförmigen Kanäle 29 und 32 lediglich mit dem Hydromotor 19 verbunden sind. Bei dieser Variante kann man dann durch getrennte Regelung des Druckes und der Oelmenge der beiden Oelkreisläufe die Schlagstärke und die Drehzahl der Bohrstange unabhängig voneinander stufenlos regeln, und gegebenenfalls das Schlagwerk abschalten und nur drehen. Man kann somit die Schlagzahl und die Schlagenergie pro Schlag dem Gestein optimal anpassen .

Das beschriebene leicht regelbare ochlagcrät mit grosser Leistung ist äusserst koinpkt. Es ist vibrationsärmer als Pressluft-Schlaggeräte gleicher Leistung und erzeugt viel weniger Lärm, da das den grössten Lärm verursachende Auspuffgeräusch der Pressluft wegfällt. Ferner ist auch der Gesamtwirkungsgrad von Motor, Oeipumpe oder - pumpen sowie des hydraulischen Schlaggerätes erheblich grosser als derjenige von Motor, Liiftkompressor und Pressluft-Schlaggerät.

Das Schlaggerät muss nicht notwendigerweise mit einem Bohrmeissel als Schlagwerkzeug versehen werden. Man kann als Schlagwerkzeug z.B. auch ein Spitzeisen verwenden, um Steine zu zertrümmern .

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Das neue Gerät, welches speziell für Hydraulikbetrieb entwickelt worden ist, lässt sich selbstverständlich auch mit einem gasförmigen, unter Druck stehendem Medium betreiben.

Die bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des neuen Schlaggerätes vorgesehene zwangsweise Koppelung des Steuersystems für die Betätigung des Schlagkolbens mit dem Antrieb für die Drehbewegung der Bohrstange kann selbstverständlich auch bei Schlaggeräten anderer Bauart zur Anwendung kommen.

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Claims

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Patentansprüche : '

11.J Hydraulisches Schlaggerät mit einem mittels eines schiebergesteuerten flüssigen Druckmediums hin und her bewegten Schlagkolben, der bei seinem Arbeitshub auf ein Schlagkalben trifft, wobei der Steuerschieber und der Schlagkolben in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerschieber ein Drehschieber (14,15) vorgesehen ist, und dass das Gehäuse (l) auch einen hydraulischen Motor (19) zum Antrieb des Drehschiebers enthält.

2. Schlaggerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber aus zwei mit Qeffnungsn (52-55) versehenen, koaxialen Buchsen (15, 14) besteht, von denen die eine (14) gehäusefest ist und die andere (15) vom Motor (19) angetrieben ist.

3. Schlaggerät nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine äussere, gehäusefeste Steuerbuchse (14) und eine innere, motorgetriebene Führungsbuchse (15) vorgesehen sind, in welcher der Schlagkolben (18) geführt ist; dass die Steuerbuchse (14) zwei übereinanderliegende Kränze von Längsschlitzen (54, 55) mit einen Teilungsabstand t aufweist, dass die Füh-rungsbuchse (15) zwei übereinanderliegende Kränze von Längsschlitzen (52,53) mit einem Teilungsabstand 2t aufweist, welche gleich gross sind und in gleicher Höhe liegen wie die Längschlitze der Steuerbuchse (14), dass die Längsschlitze (52,53) der beiden Kränze der Führungsbuchse (15) in Umfangsrichtung um den Abstand t gegeneinander versetzt sind, dass auf der Aussenseite der Steuerbuchse (14) zwei Ringrippen (57,5B) und eine mäanderförmige Rippe (56) vorgesehen sind, welche letztere jeweils ein Paar von übereinanderliegenden Längsschlitzen (54,55) dieser Buchse (14) von den beiden benachbarten Paaren derselben trennt, dass die dadurch auf der einen, bzw. der anderen Seite der mäanderförmigen Rippe (56) gebildeten Kanäle (59) 60 bzw. 61, 62) mit einem Eintrittskanal bzw. Austrittskanal (5 bzw. 6) für das flüssige Medium in Verbindung stehen

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und dass die oberen bzw. die unteren Längsschlitze (52, 53) der Führungsbuchse (15) mit je einem Raum (75, bzw. 78) in Verbindung stehen, der auf einer Seite von einer ersten, bzw. einer zweiten wirksamen Kolbenfläche (39, bzw. 40) des Schlagkolbens (IB) begrenzt ist.

4. Schlaggerät nach Patentanspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Axialkolben-Hydromotor (.19) ist.

E>. Schlaggerät,nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kugellager (25) von dem ein Laufring (26) gehäusefest angeordnet ist, die Hubscheibe des Hydromortors (19) bildet.

6. Schlaggerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je eine gemeinsame Eintritts- bzw. Austrittsbohrung (3, 4) für das zürn Bewegen des Schlagkolbens (18) und für das zürn Antrieb des Hydromotors (19) dienende flüssige Medium vorgesehen sind.

7. Schlaggerät nach Patentanspruch^ ,dadurch gekennzeichnet, dass getrennte Eintritts- bzw. Austrittsbohrungen für das zum bewegen des Schlagkolbens und für das zum Antrieb des hydrau_fj.ischen Motors dienende flüssige Medium vorgesehen sind.

8. Schlaggerät nach Patentanspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Eintritts- bzw. Austrittsbohrung (3,4) in einem einen Teil des Taumelmotors (19) bildenden Deckel (2) des Ee hi au SBS (l) vorgesehen sind.

9. Schlaggerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dter Motor (19) mit dem Schlagwerkzeug (43) in Rotations-An-r triebsverbindung steht.

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IG. Schlaggerät nach Patentanspruch 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbuchse (15) mit einer Drehbuchse (46) gekuppelt ist, in welcher ein Teil (44) des Schlagwerkzeuges (43) befestigt ist.

11. Schlaggerät nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbuchse (15) und die Drehbuchse (46) durch eine Verzahnung (49,50) miteinander gekuppelt sind.

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