DE3007577A1

DE3007577A1 - Mit gasdruck betreibbare kolben-zylinder-vorrichtung

Info

Publication number: DE3007577A1
Application number: DE19803007577
Authority: DE
Inventors: Malcolm Clark; Reginald Owen Godolphin
Original assignee: Compair Construction and Mining Ltd
Current assignee: Compair Holman Ltd
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1980-02-28
Publication date: 1981-02-05
Also published as: US4303133A; EP0015700B1; IT8035592V0; IT8048029A0; IT1143116B; ES488994A1; EP0015700A1

Description

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Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

zugelassen beim Europäischen Patentamt — admitted to the European Patent Office — Mandataire agräS aupres Γ Office Europäer) des Brevets

Mit Gasdruck betreibbare Kolben-Zylinder-Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine mit Gasdruck betreibbare Kolben-Zylindervorrichtung, insbesondere den Aufbau der Zylindereinheit einer solchen Vorrichtung und die Bildung von Abgaskanälen für gebrauchtes Gas aus den Zylindern in die Atmosphäre. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Schlagwerkzeuge, wie pneumatisch betätigbare Beton-Brecher, Steinbohrer, Meißelhämmer und dgl.

Bei derartigen Vorrichtungen wird ein Kolben dazu veranlaßt, in einem Zylinder hin- und herzulaufen und Nutzarbeit während oder am Ende seines Vorwärtshubes zu leisten, z.B. auf einen Amboß oder den Schaft eines Werkzeuges zu schlagen. Um Hin- und Herbewegung des Kolbens zu erreichen, wird Druckluft oder ein anderes Druckfluid abwechselnd entgegengesetzten Ende des Zylinders zugeführt, um den Kolben zu bewegen. Dieses Betätigungsfluid wird gewöhnlich durch Längskanäle in der Wand des Zylinders geführt. Die übliche Herstellungsweise dieser Zylinder besteht in G"feßen oder Schmieden aus einem einsatzhärtbaren Qualitätsstahl oder Gußeisen und nachfolgendem Bearbeiten der Hauptzylinderbohrung und der Fluid-Transportkanäle. Diese Herstellungsweise führt zu eine» Zylindereinheit, die schwer und teuer ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine mit Gasdruck betreibbare Kolben-Zylindervorrichtung mit verbesserter Konstruktion der Zylindereinheit

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zu schaffen, weiche in Verbindung mit einem umhüllenden, rohrförmigen Schalldämpfer eingesetzt wird und eine verbesserte schalldämpfende Wirkung auf das aus der Vorrichtung abgelassene Abgas im Betrieb sowie insgesamt eine Dämpfung des Betriebslärmes gewährleistet. 5

Gemäß der Erfindung ist bei einer derartigen Kolben-Zylindervorrichtung vorgesehen, daß eine zusammengesetzte Zylindereinheit ein starres inneres Zylinderrohr aus Metall aufweist, in der ein Kolben im Betrieb hin- und herläuft, sowie eine Außenhülse aus Gummi oder Kunststoff , welche das metallene Zylinderrohr umgibt und daran festgeheftet ist, wobei die Außenhülse die gesamte äußere Umfangsflache des größeren Teils der Rohrlänge Überdeckt und an ihrer äußeren Oberfläche mit mehreren sich in Längsrichtung erstreckenden, nach außen ragenden einstöckigen Rippen versehen ist, die im Abstand voneinander um den Umfang der Hülse angeordnet sind, daß ferner ein äußerer rohrförmiger Schalldämpfer aus Gummi oder Kunststoff die verrippte Außenhülse umgibt und eine erste Kammer bildet, die über eine Auslaßöffnung aus dem Schalldämpfer mit der Umgebungsatmosphäre kommuniziert, daß die Zylindereinheit in ihrer Wand mindestens eine Gasentladungsöffnung aufweist, welche in die erste Kammer zwischen zwei benachbarten Rippen der Außenhülse mündet, und daß wenigstens ein sich in Längsrichtung erstreckender, länglicher Kanal im Inneren mindestens einer der Rippen eingeformt ist, wobei dieser Kanal einen Transportkanal zum Speisen von unter Druck stehendem Gas zu einem Endabschnitt des Inneren des Zylinderrohrs bildet.

Vorzugsweise führt der genannte Kanal von einem Druckgas-Verteiler-Ventil am stromaufwärts gelegenen Ende des Kanals in einen Endabschnitt des Inneren des Zylinderrohres über einen Einlaß am stromabwärts gelegenen Ende des Kanals.

Bei einer konstruktiven Ausführung weist die Außenhülse der Zylindereinheit drei Rippen auf, und es münden mindestens zwei der Gasentladungsöffnungen in die erste Kammer des Schalldämpfers zwischen zwei unterschiedlichen Paaren benachbarter Rippen.

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In jede der drei Rippen kann ein Kanal zum Fördern des Druckgases zum Zylinder eingeformt sein. Jedoch sollte mindestens einer der in die Rippen eingeformten Kanäle an einem Ende mit dem einen Ende des Inneren des Zylinders kommunizieren und am anderen Ende dauernd verschlossen sein, wobei dieser Kanal als pneumatischer Puffer für die im Zylinder am Ende des Kolbenhubes eingeschlossene Luft dient.

Ein bevorzugtes Material für die Außenhülse und ebenso für den darum herum angeordneten Schalldämpfer ist Polyurethan. Polyurethan wird bereits in großem Umfang bei der Konstruktion von Schall dämpferzylindem für pneumatische Werkzeuge angewandt . Es hat Eigenschaften, die es für die Zwecke der vorliegenden Erfindung außerordentlich geeignet machen, besonders weil es mit weichen, nachgiebig geformten Oberflächen versehen werden kann, die gute Schallabsorptions- und Dämpfungseigenschaften aufweisen und innere Schallreflektionen vermindern. Um eine innige Haftung des Polyurethan-Formmaterials an dem inneren metallenen Zylinderrohr zu gewährleisten, sollte dessen Außenfläche mit einem geeigneten Klebemittel behandelt werden.

Vorteilhaft kann die Außenhülse direkt um das Zylinderrohr geformt werden, welches dabei als Formkern benutzt ist. Die Spitzen oder Kämme der Rippen an der Außenhülse können als radiale Abstützungen

für mindestens einen Teil des Schalldämpfers dienen. 25

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die erste Kammer direkt mit der Umgebungsatmosphäre über die Auslaßöffnung des Schalldämpfers in Verbindung stehen. Bei einer anderen Anordnung kann jedoch auch die erste Kammer mit der Auslaßöffnung des Schalldämpfers über eine Drossel in Verbindung stehen, die in eine zweite Kammer im Schalldämpfer führt, wobei die zweite Kammer mit einer Auslaßöffnung kommuniziert.

Die zweite Kammer kann als Teil ihres Volumens einen Raum zwischen dem Schal !dämpfer und der Außenhülse einschließen und durch ein wei-

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teres Paar anliegender Rippen der Außenhülse begrenzt sein, zwischen welchem weiteren Rippenpaar keine Entladungsöffnung vom Inneren des Zylinderrohres her mündet und wobei die Hauptrichtung des Abgasstromes in dem genannten Raum entgegengesetzt demjenigen in der ersten Kammer ist.

Bei einer solchen Anordnung kann vorgesehen sein, daß die Wand des Schalldämpfers einen sich in Längsrichtung erstreckenden Abschnitt vergrößerter Tiefe aufweist, der seitlich in die zweite Kammer hineinragt und mit einem inneren, sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal geformt ist, welcher sich an einem Ende in den genannten, durch das weitere Rippenpaar begrenzten Raum öffnet und mit seinem anderen, stromabwärts gelegenen Ende zur Schalldämpfer-Auslaßöffnung führt, wobei die Hauptrichtung des Abgasstromes längs der zweiten Kammer entgegengesetzt derjenigen in dem genannten Kanal ist.

Zur Erzielung einer guten Schall dämpfwirkung des Auspuffgeräusches der Vorrichtung ist bevorzugt, wenn das Verhältnis des Innenvolumens des Arbeitsendes des Zylinders mit dem Kolben in seiner Grenzstellung am Ende seines Arbeitsweges (Hubvolumen + Spielvolumen) zu den Volumina der ersten und zweiten Kammer im Bereich zwischen

1:5:3
und

1:8:5

liegt und wenn das Verhältnis der Gesamtfläche des Strömungsauer-' schnittes der genannten Gasentladungsöffung(en) der Zylindereinheit zum Drossel querschnitt zwischen der ersten und der zweiten Kammer des Schalldämpfers und zum Querschnitt des Auslasses aus der zweiten Kammer zur Atmosphäre im Bereich zwischen

1:5:3
und

1:8:5

liegt.

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Beispielsweise kann das genannte Volumenverhältnis etwa

1:7:3,6

und das genannte Verhältnis der Strömungsquerschnitte etwa 1:8:4

betragen. 10

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einaiSchnitt durch die Längsachse eines Schlagwerkzeuges; Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise nach der Linie III-III in Fig. 2 geschnittene Seitenansicht;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Form zum Gießen des zusammengesetzten Zylinders des Werkzeuges nach den Figuren 1 bis 3;

Fig. 5 einen kombinierten Längsschnitt nach den Linien VA-VB und VC in Fig. 4;

Fig. 6 einen Schnitt ähnlich demjenigen nach Fig. 1 lediglich durch das Mittelteil eines abgewandelten Schlagwerkzeuges nach der Erfindung, wobei der zusammengesetzte Zylinder, ein diesen umgebender Schalldämpfer und die Gaskammern im Schalldämpferinneren gezeigt sind, und die

Fig. 7, 8 und 9 Querschnitte nach den Linien VII-VII, VIII-VIII und IX-IX in Fig. 6.

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Das Schlagwerkzeug , das in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist, weist einen zusammengesetzten Zylinder 10 auf, in dessen Bohrung 11 ein Hammerkolben 12 hin- und herläuft. An seinem unteren Ende trägt der Zylinder 10 ein AnschiußstUck 13 mit einer AuskleidungshUlse 14, die gleitend den Schaft 15 eines Werkzeugmeißels 16 aufnimmt. Der Hammerkolben 12 hat einen Schaft 17, der am Ende jedes Arbeitshubes des Kolbens auf den Schaft 15 des Werkzeugmeißels 16 stößt. Ein federbelastetet Riegel 18 hält den Werkzeugschaft 15 in der AuskleidungshUlse 14. Am einen Ende des Zylinders 10, das normalerweise beim Betrieb das untere Ende darstellt, dichtet eine Hülse 19 den Kolbenschaft 17 ab und hält Luft im Zylinder zurück, um den Kolben 12 am Ende seines Arbeivtshubes zu puffern. Am anderen Ende des Zylinders 10, das im Betrieb das obere Ende darstellt, ist evn Handgriff-Anschlußstück 20 mit Handgriffen 21, ein Lufteinlaß-Verbindungsstück 22, in welches ein Einlaßstutzen 23 zur Verbindung mit einem Druckschlauch (nichtgezeigt) eingesetzt ist, der an eine Dmckluftquelle angeschlossen*■ ist,und ein angelenkter Betätigungshebel 24 vorgesehen, der beim Niederdrücken eine Kolbenstange 25 zum Abheben der Kugel 26 eines Einlaßventils 27 von ihrem Sitz 28 veranlaßt, wobei das Einlaßventil 27 die Zufuhr von Druckluft in eine Kammer 29 in dem Handgriff-Anschlußstück 20 steuert. Ein auf Druck ansprechendes Verteilerventil 30 üblicher Plattenbauart steuert die Zufuhr von Druckluft aus der Kammer 29 alternativ zu entgegengesetzten Enden der Zylinderbohrung 11, um die Hin- und Herbewegung des Hammerkolbens 12 im Zylinder 10 zu erzeugen, wobei die Luft zum unteren Ende des Zylinders über Längskanäle 32 und radiale Kanäle 33 in der Zylinderwand zum Rückschieben des Kolbens nach jedem Arbeitshub gespeist wird. Entladungsöffnungen 34, im vorliegenden Fall drei, in der Wand des zusammengesetzten Zylinders 10 werden durch den Kolben 12 gesteuert und entlassen Druckluft aus dem oberen und dem unteren Ende des Zylinders jeweils gegen Ende des Arbeits- und des RUckkehrhubes des Kolbens . Die Luft wird über die oder jede Entladungsöffnung 34 in eine Expansionskamm im Inneren eines äußeren, rohrförmigen Schalldämpfers 50 abgelassen, der in seiner Wand Auslaßöffnungen 52 hat, wie noch im folgenden beschrieben.Im Handgriff-AnschlußstUck 20 ist ein Ölreservoir 35 vorgesehen, das Schmieröl

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über eine Lecköffnung 36 1n den Drucklyftstrotn 1« einem der Kanäle 32 zum Schmieren der Lagerflächen zwischen Kolben und Zylinder abgibt.

Der Zylinder 10 stellt eine zusammengesetzte Konstruktion dar und umfaßt ein Inneres Stahlrohr 40 von Kreisquerschnitt mit einer AußenhUlse 41 aus Kunststoff, die auf die Außenfläche des Stahlrohres geklebt 1st. Bei dieser Ausführung 1st die AußenhUlse 41 aus Polyurethan-Polymer geformt,und die Luft- Transportkanäle 32 sind in der Wand der AußenhUlse 41 selbst eingeformt.. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, gibt es drei als Hohlräume in vorspringende, einstUckige Rippen 43 der Außenhülse 41 eingeformte Kanäle 32. Die Polyurethan-AuBenhü!se 41 erstreckt sich Über den wesentlichen Te11 der Länge des Stahlrohres 40 zwischen dem Handgriff-Anschlußstück 20 und dem unteren AnschlußstUck 13.

Um ein hohes Maß an Schalldämpfung der Abluft zu erzielen, ist ein äußerer Kunststoff-Schalldämpfer 50 um den Zylinder 10 herum angeordnet. Der Schalldämpfer kann als einstückig mit der Kunststoff- AußenhUlse 41 geformtes Te11 ausgebildet sein. Bei der vorliegenden Ausführung ist der Schalldämpfer jedoch als zweiteilige, rohrförmige Umhüllung 50 ausgebildet, die den Zylinder 10 und das AnschlußstUck 13 umgibt, wobei der untere Teil des Schalldämpfers 50 eine Ringkammer 51 um das AnschlußstUck 13 bildet, die bis Über die Enden der Rippen 43 hinaus ragt und die Auslässe 52 aus der Ringkammer 51 in die Umgebungsatmosphäre aufweist. Wie dargestellt, fUhrt die oder jede radiale Entladungsöffnung 34 (drei solcher Offnungen 34 sind in den Figuren 1 bis 3 gezeigt) durch die Wand des zusammengesetzten Zylinders in einen Segmentabschnitt 83,84 oder 87 zwischen zwei benachbarten Rippen 43, wobei die Entladungsöffnungen mit der Ringkammer 51 kommunizieren und damit eine Expansionskammer 1m Schalldämpfer 50 bilden, wodurch der Druck der durch die öffnungen 34 abgelassenen Luft verringert und ihre Schwingungen gedämpft werden, bevor sie durch die Auslaßöffnungen 52 in die Umgebung entlassen wird. Der zweiteilige Schalldämpfer 50 1st ebenfalls aus Polyurethan-

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Kunststoff mit einer Nut-Federverbindung 49 zwischen seinen beiden Teilen hergestellt. Der obere Teil des Schalldämpfers 50 wird durch die oberen Endabschnitte der drei Rippen 43 gemäß Fig. 1 und 2 und durch einen Flanschring 53 in seiner Lage gehalten, welcher zwischen dem Ende der Außenhülse 41 und dem Handgriff-Anschlußstück 20 gehalten ist, während der untere Teil des Schalldämpfers 50 das untere Anschlußstück 13 umgibt. Fin Paar langgestreckte Zugstangen 54 (Fig. 2 und 3) erstreckt sich im Schalldämpfer 50, wobei diese Zugstangen an ihren Enden in den Anschlußstücken 20 und 13 verankert und mittels auf ihre unteren Gewindeenden aufgeschraubten Muttern 55 unter Spannung gesetzt sind.

Der zusammengesetzte Zylinder 10 des in den Figuren 1 bis 3 gezeichneten Werkzeuges ist wie folgt hergestellt: Zuerst wird das innere Zylinderrohr 40 in üblicher Weise als starres Stahlrohr von Kreisquerschnitt oder anderem regelmäßigen Querschnitt mit zur Aufnahme des Kolbens 12 geeigneten Innenabmessungen und Außenabmessungen hergestellt, die nicht besonders genau sein müssen. Die Außenseite des Stahlrohres wird mit einem geeigneten Klebstoff behandelt, worauf das Stahlrohr in eine Form gesetzt wird, dessen Hohlraum die gewünschte Außengestalt der Außenhülse 41 hat und eine Anzahl Stangen oder Kerne an denjenigen Stellen enthält, wo die Transportkanäle für die Druckluft liegen soll en.Das Kunststoffmaterial , in diesem Fall Polyurethan wird dann in den Formhohlraum durch eine geeignete Einfüllöffnung eingegeben, bis es das Stahlrohr und die Stangen oder Kerne umschließt und den Formhohlraum füllt, worauf man es erhärten läßt. Nach dem Aushärten wird der zusammengesetzte Zylinder aus der Form herausgenommen,und die Stangen oder Kerne werden herausgezogen, so daß die vollständige zusammengesetzte Zylindereinheit für unmittel bare Montage in dem Werkzeug übrigbleibt.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine geeignete Form zum Gießen der zusammengesetzten Zylindereinheit 10 des Werkzeuges nach den Figuren 1 bis Die Form weist zwei Teile auf, nämlich ein offenendiges, rohrförmiges Formteil 60 und eine Halteplatte 61, die das untere Ende des Formteiles 60 abschließt und das Stahlrohr 40, drei Kerne 62 für die Luftkanäle 32 und zwei Kerne 63 für die öffnungen zum Durchlassen der Zugstangen 54 abstützt. Das rohrförmige Formteil kann aus jeglichem geeigneten

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starren Material, z.B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff für Versuchszwecke oder Serien mit kleinen Stückzahlen oder aus Stahl oder Aluminium für Serien mit großen Stückzahlen bestehen. Die Halteplatte 61 besteht aus Stahl und ist mit dem Flansch 64 des rohrförmigen» Form teils 60 mittels drei Befestigungsschrauben 65 verbunden. An die untere Stirnfläche der Platte 61 sind Hülsen 66 zum Aufnehmen der drei Luftkanal-Kerne 62 angeschweißt und mit Absätzen 67 zum Unterstützen und axialen Halten des unteren Endes des Stahlrohrs 40 versehen (welches in einer zentralen öffnung 68 in der Halteplatte 61 und im offenen oberen Ende 69 des Formteils 60 eingeschoben ist), und ferner mit Absätzen 70 zum Unterstützen und axialen Halten der Kerne 63 für die Zugstangen-Durchgangsöffnungen. Ein Satz Kernstifte 71 (im vorliegenden Fall sind nur zwei gezeigt) sind in radiale Augen 72 in der Wand des rohrförmigen Formteils 60 eingesetzt, um die Entladungsöffnungen 34 einzuformen. Die Kernstifte 71 erstrecken sich durch vorgebohrte Löcher in der Wand des Stahlrohres 40.

Die Kanäle 33 , welche das Innere des Zylinderrohres mit den drei Luft-Transportkanälen 32 verbinden, sind in anderer Weise geformt. Ein nur zeitweise benutzter Stopfen aus gehärtetem Polyurethan oder anderem weichen Material wird in jedes der drei vorgebohrten Löcher 73 im Zylinderrohr 40 eingesetzt, um das Entweichen von flüssigem Kunststoff-Formmaterial in das Auskleidungsrohr während des Formvorganges zu verhindern. Nach dem Aushärten der Hauptmasse des Kunststoffs in der Form werden die Stopfen herausgezogen, und die Bereiche der Kunststoffwand des an das Zylinderrohr angehefteten Kunststoff-Formlinges werden von der Innenbohrung des Zylinders her mittels eines Winkelkopf-Bohrers durchbohrt. Hierdurch werden die Offnungen 33 gebildet, welche die Bohrung des Zylinderrohres 40 mit den drei Transportkanälen 32 verbinden.

Das Innere des rohrförmigen Formteiles 60 entspricht in seiner Gestalt dem Äußeren des zusammengesetzten Zylinders 10 mit drei Rippen 43. An seinem oberen Ende bildet das rohrförmige Formteil einen Einlauf. 75 und zwei Steiger 76.

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tias Formen geschieht wie folgt: Öle Außenfläche des stählernen Zy-Underrolires 40 wird zuerst alt e1neü Kleb- oder Haftmittel behandelt. Wem das FßitieateHal für die Außenhülse 41 Polyurethan sein soll, w1i-d als Oebmittel vorzugsweise das unter der Handelsbezeichnung TMIKW von aer Mhittaker Corporation, ßayton Che«1ca1 Products Division ©f liest Alexandra, Ohio 45381, USA vertriebene MIttel eingesetzt, das Innige und ausreichende Haftung des Kunststoff-Fortaaateriais mit'am Stahlrohr gewählelstet.

01 e Innenflächen des Fonateiis 60 und solche Oberflächen def Kernst 1fte 62» 63, 71 und der Halteplatte 61, weiche mit den Formmaterial 1n Berührung 'kommen, werden alt einem Trennaittel behandelt, z.B. alt eitlen auf Silikon basierenden F11sa aus einem Material, das unter des« Handel siiafläen TEFLON /der OuPont Company vertrieben wird. Das Zylinderrohr 40 und die Kernstifte werden dann 1n die Form eingesetzt und das eießen kann stattfinden.

Eine bevorzugte Mater1a1sorte des zu vergessenden Kunststoffs ist PoIyyretfoan~&u«tfl1, das unter der Handelsbezeichnung ADIPRENE L-100 von der

Zfl ffcuPont Coepany, Elastomer Chemicals Department, Wilmington, Delaware 19898, USA vertrieben wird, welche auch das Trennmittel TEFLON TFE-Filffl liefert. ADIPRRENE L-100 ergibt bei Zumischung eines Härtemittels wie MOCA (Warenzeichen der DuPont Company) Vulkanisierprodukte 1m Härtebereich von 88 bis 92 (gewessen i1t Durometer A). Das flüssige Polyurethan-Monomer ADIPRENE L-100 wird «it eine« beliebigen gewünschten Farbpigtnent und mit den MOCA gemäß den Vorschriften der fterstellei^eai seht und so vorbereitet in den Forahohl ram» liber den Einlaufkanal 75 eingegossen, bis der Formhohlraum vollständig gefüllt 1st und überschüssiges Material aus den Steigern 76 herausquillt. Das Aushärten findet teilweise in der Fora statt, die für eine Stunde in einen Ofen bei 100° C eingesetzt wird, worauf das fertige Formteil aus der Form entfernt und das Aushärten bei 100° C über mindestens drei Stunden im Ofen fortgesetzt wird. Angüsse und Steiger werden entfernt, nachdem das Aushärten vervollständigt ist.

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Bei der Herstellung der AußenhUlse 41 und des zweiteiligen Schalldämpfers 50 1st Polyurethan ein bevorzugtes Material, das bereits in großem Umfang bei der Konstruktion von Schalldämpfer-Zylindern für Druckluft-Schlagwerkzeuge eingesetzt wird. Polyurethan hat die wünschenswerten Eigenschaften, die von einem Werkzeug-Zylinder verlangt werden, weil es leicht gießbar 1st, Beschädigungen widersteht, in einem großen Temperaturbereich anwendbar 1st und gut an Stahl haftet und schließlich weich und nachgiebig mit guten Schalldämpfeigenschaften ist.

Es können jedoch auch andere Kunststoffe oder Gummi zur Herstellung der Kunststoff-AußenhUlse 41 verwendet werden. Zum Beispiel kann ein glasfaserverstärktes Kunstharz in einigen Fällen eingesetzt werden. Das Herstell verfahren zum Herstellen der zusammengesetzten Zylindereinheit 10 kann dann von der oben beschriebenen Herstellungsweise dahingehend abweichen, daß ein Hand-Auflegeverfahren wahrscheinlich zweckmäßiger als ein reines Gießen ist, wobei das innere Stahlrohr und die Stangmoder Kerne für die Transportkanäle mittels eines Futters an Ort und Stelle gehalten und eine Glasmatte und Kunstharz vonhand aufgetragen und in einer Form von außen .gestaltet werden, wie dies üblich ist.

Die Konstruktion der Zylindereinheit des Schlagwerkzeuges nach den Figuren 1 bis 3 ist vergleichsweise einfach und erfordert nur drei Luft-Transportkanäle 32 zum Führen der Rückkehrluft zum unteren Ende des Zylinders 10 zur Erzeugung des Rückkehr-Kolbenhubes.

Anstelle des zweiteiligen Schalldämpfers 50 nach den Figuren 1 bis kann der Schalldämpfer-Zylinder und die AußenhUlse der zusammengesetzten Zylindereinheit 10 auch als einstUckiges Formteil aus Polyurethan oder anderem Kunststoff hergestellt werden, zum Beispiel durch Formen in einem einzigen Arbeitsgang 1n einer Form mit den erforderlichen Kernen zum Gestalten aller Kanäle und der Schal1-dämpfer-Kammer.

Es wurde gefunden, daß der zusammengesetzte Zylinder und die Schall-

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dämpferanordnung gemäß den Figuren 1 bis 3 den Vorteil verbesserter Lärmunterdrückung im Betrieb des Werkzeuges hat. Wegen der innigen Haftung zwischen der Kunststoff-Außenhülse und dem inneren Stahlrohr wird das charakteristische "Klingeln" des oerütteltenZylinders fast vollständig eliminiert. Ferner sind die Transportkanäle für die Druckluft vollständig durch Kunststoffmaterial der Rippen begrenzt, in welche die Kanäle eingeformt sind, was zu einem Maß an Nachgiebigkeit der Kanalwände führt, daß selbst zu einer Schal 1-absorptionswirkung führt, während das Innere des Schalldämpfers, in welches die aus den Zylinder abgelassene Luft zuerst hineinströmt, hauptsächlich durch Kunststoffwände begrenzt ist, die wegen ihrer weicheren Oberfläche als Stahl oder Gußeisen besser in der Lage ist, lärmerzeugende Schwingungen in der Abluft zu unterdrücken.

Die drei Rippen 43, welche in die Expansionskammer im Schalldämpfer hineinragen, haben die Wirkung einer Vergrößerung der Oberfläche in dieser Kammer bei einem vorgegebenen Volumen, wodurch die Schallabsorptions-Wirkung noch vergrößert wird. Die Eigenschaften von Polyurethan wurden in dieser Hinsicht als besonders günstig gefunden.

Die Verwendung der Expansionskammer, in welche Abluft anfänglich aus dem Zylinderinneren eingelassen wird, trägt auch dazu bei, die Schallenergie der Abluft zu erniedrigen, bevor die Abluft schließlich in die Atmosphäre austritt.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen eine zweite Ausführung, bei welcher die im Schalldämpfer gebildeten inneren Kammern so gestaltet und miteinander verbunden sind, daß sie ein schalldämpfendes System mit Doppel-Expansionskammer bilden, durch welche die aus dem Zylinder entweichende Abluft zum Auslass in die Atmosphäre geführt wird.

■ In Figur 6 ist nur der zentrale Abschnitt des Schlagwerkzeuges gezeigt, während der Oberteil mit Handgriff, Lufteinlass und Verteilerventil und das untere Ende mit den Werkzeughalteriegel weggelassen, jedoch ähnlich ausgebildet sind wie die entsprechenden Teile bei der Ausführung nach den Figuren 1 bis 3. Teile der Ausführung nach den Figuren 6 bis 9, die in Figur 1 bis 3 gezeigten Teilen entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen ergänzt durch den Buchstaben A be-

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zeichnet.

Bei der Ausführung nach den Figuren 6 bis 9 ist das zur Zylinderauskleidung bestimmte Stahlrohr 40A in einer geformten Polyurethan-Außenhülse 41A eingeschlossen, die bei den Figuren 1 bis 3 auf der Außenfläche des Stahlrohres haftet. Die Außenhülse 41A ist in einem Formungsverfahren ähnlich dem für die Außenhülse 41 beschriebenen Verfahren hergestellt, wobei eine entsprechend abgewandelte Form und die Form-Werkstoffe wie oben beschrieben ver- wendet sind. Die drei einstückigen Längsrippen 43A enthalten drei eingeformte Transportkanäle 32A, durch welche Druckluft vom Verteilerventil in den Zylinder auf die Unterseite des Kolbens 12 wie vorher geführt wird. In diesem Fall sind jedoch die Spitzen oder Kämme der drei Rippen 43A in Positionierberührung mit der

Innenfläche des geformten Polyurethan-Schalldämpfers 5OA über

die gesamte Rippenlänge, wobei die Rippen in engen Aussparungen 80A in langgestreckten, nach einwärts ragenden verdickten Abschnitten 81A der Wände der beiden Teile des Schalldämpfers 50A anstatt in Positionierberührung allein mit dem Oberteil des Schalldämpfers und in geringem Abstand vom Unterteil des Schalldämpfers gemäß den Figuren 1 und 2 liegen. Die drei Rippen 43A bilden somit mit dem Körper der Außenhülse 41A und mit der Innenfläche des Schalldämpfers sich in Längsrichtung erstreckende Kammern 83A, 84A und 87A. Jede

von zwei dieser Kammern 83A und 84A hat eine radiale Ladeöffnung 34A, bei

die zwischen zwei/Rippen 43A in sie mündet; im übrigen ist jede dieser beiden Kammern außer am unteren Ende, wo die Rippen 43A enden, vollständig geschlossen. Unter den Rippen 43A münden diese zwei Kanäle 83A, 84A in eine Kammer 85A im Schalldämpfer 50 auf einer Seite der Stangen 54A und des Anschlußstücks 13A. Der Querschnitt der Kammer 85A ist in Figur 8 gezeigt. Die Kammern 83A, 84A und 85A kommunizieren miteinander an den unteren Enden der Rippen 43A und bilden miteinander eine erste Expansionskammer, die keine direkte Verbindung mit der Atmosphäre hat. Von der Kammer 85A verläßt die Abluft die erste Expansionskammer und tritt über einen Drossel querschnitt 86A in eine zweite Expansionskammer auf der anderen Seite der Zugstangen 54A ein.

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Der Drossel querschnitt befindet sich in Figur 8 auf der Linie R-R und 1st durch die Stangen 54A selbst .gebildet, welche verengte Bereiche 86A auf jeder Seite jeder Stange 54A zwischen diesen selbst» dem AnschlußstUck 13A und der Wand des Schalldämpfers 5OA bilden. Abluft von in der ersten Expansionskammer verringerte« Druck strömt durch die Drossel stelle 86A und erfährt dabei einen weiteren Druckabfall beim Eintritt in die zweite Expansionskammer auf der anderen Seite der Stangen 54A. Die zweite Expansionskammer 1st von einer Kammer 88A zwischen dem AnschlußstUck und der Schalldämpferwand sowie von der dritten Kammer 87A zwischen der Außenhülse 41A, zwei benachbarten Rippen 43A der AußenhUlse und der Schalldämpferwand 50 gebildet, wobei die Kammer 87A und 88A miteinander direkt an den Enden der Rippen 43A kommunizieren. Der Querschnitt der Kammer 88A ist in Figur 8 und derjenigen der Kammer 87A in den Figuren 7 und 9 dargestellt. Die Wand des Schalldämpfers 5OA 1st mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Abschnitt 9OA vergrößerter Tiefe geformt, der in die Räume 88A und 87A hineinragt und in dessen Inneres ein Auslasskanal 91A e1ngefor*t 1st. Der Einlass 92A dieses Auslasskanals 91A 1st am oberen Ende des Wand abschnitts 9OA geformt und kommuniziert mit der Kamner 87A, während das stromabwärtsgelegene Ende des Auslasskanals 91A direkt zu dem Auslass 52A führt. Es führt keine Entladeöffnung 34A vom Zylinder 40A in die Kammer 87A.

Somit tritt das verbrauchte Arbeltsgas, das aus den Inneren des Zylinderrohres 4OA über die beiden Entladungsöffnungen 34A ausgeströmt 1st, in die erste, von den Räumen 83A, 84A und 85A gebildeten Kammern ein und erfährt einen ersten Druckabfall. Das Abgas strömt dann in Figur 6 gesehen nach rechts in die Kammer 85A, wobei sie beim Eintreten in die zweite Expansionskammer eihen weiteren Druckabfall erfährt. Das Abgas strömt anschließend durch die zweite Kammer nach links in Figur 6 gesehen aus der Kammer 88A in die Kammer 87A, wobei das Gas die zweite Expansionskamm über den Einlass 92A verläßt und längs des Kanals 91A schließlich über den

Auslass 52A in die Atmosphäre ausströmt.

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Am unteren Ende der Kammer 88A ist ein Abzugsloch 93A vorgesehen, um Feuchtigkeit und öl abzuziehen.

Somit wird durch den Schalldämpfer ein zweistufiges Expansionssystem für die Abgase vor deren Austritt in die Atmosphäre geschaffen, wobei die beiden Expansionskammern über die Drossel stellen 86A miteinander in Reihe geschaltet sind. Bei dieser Anordnung werden Druck und Geschwindigkeit der Abgase fortschreitend in den aufeinander folgenden Expansionskammern verringert, und die Energie ihrer Schwingungen wird teilweise durch die zweistufige Expansion und teilweise durch die Schallabsorption der Polyurethan-Außenhülse 41A und des Schalldämpfers 5OA dissipiert, deren vergleichsweise weiche nachgiebige Oberflächen den größten Teil der Wandflächen der Expansionskammern bilden. Darüber hinaus haben die drei Rippen 43A, welche in die Kammer 83A, 84A und 87A hineinragen, die Wirkung einer wesentlichen Oberflächenvergrößerung des weichen, nachgiebigen Materials, welches die Expansionskammern proportional zu ihrem Volumen begrenzt, wodurch entsprechend die Schall-Absorption vergrößertwir.dDie vergleichsweise weichen, nachgiebigen Oberflächen dämpfen innere Schall-Reflektionen und verringern das charakteristische "klingeln" des metallenen Auskleide-Zylinderrohres 40A, und des Anschlußstückes 13A aufgrund von Stoß-Vibrationen.

Während bei der Ausführung nach den Figuren 6 bis 9 die metallenen Zugstangen 54A zur Bildung von Drossel stell en zwischen den beiden Schalldämpfer-Expansionskammern verwendet werden, ist natürlich auch möglich, einen Drosselengpaß auf andere Weise zu bilden, zum Beispiel durch Formen von Vorsprüngen an der inneren Oberfläche der Schalldämpferwand, die nach einwärts in Richtung zum Anschlußstück 13A ragen, wobei dann die Zugstangen 54A anderswo angeordnet sind.

Die Größen der aufeinanderfolgenden Druckabfälle, welche das Abgas bei seinem Weg zum Auslass 52A erfährt, hängen teilweise von den volumetrisehen Verhältnissen der Arbeitskammern im Zylinder auf der

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einen Seite des Kolbens zu den beiden Expansionskammern ab. Wenn die Zylinder-Arbeitsvolumina (überstrichenes Volumen plus Spiel volumen an jedem Ende des Zylinders) mit C und die Volumina der ersten und zweiten Expansionskammern mit E1 und E2 bezeichnet sind, kann als Faustregel zum Erreichen guter Schalldämpfergebnisse in der Praxis aufgestellt werden, daß das Verhältnis C:E1:E2 im Bereich zwischen 1:5:3 und 1:8:5 liegen sollte. Bei einem Ausführungsbeispiel, das gemäß den Figuren 6 bis 9 ausgestaltet sind, ergaben die Zahlenwerte
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C =	2	,1	X	10 mm³
E1 =	1	,43	X	10⁶mm³
E2 =	7	.7	X	10⁵mra³

ein Verhältnis von
1:7:3,6,

das heißt Verhältnisse im genannten Bereich.

Die minimalen Gasströmungsquerschnitte der öffnungen und Kanäle, welche diese drei Volumina verbinden, und ihre relativen Verhältnisse zueinander sind ebenfalls für das Erzielen guter Lärmbekämpfungswerte wichtig. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß Verhältnisse der gesamten Strömungsquerschnitte der Gasentladungsöffnungen 34A zu dem Querschnitt der Drossel stell en 86A und demjenigen der Auslassöffnung 91A vorzugsweise im Bereich zwischen 1:5:3 und 1:8:5 "liegen sollte. Bei einer vermessenen Ausführung, auf die im vorangehenden Absatz Bezug genommen ist, betrug der gesamte Strömungsquerschnitt der öffungen 34A 160 mm , der kleinste Strömungsquerschnitt der

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Drosselstelle 86A 1240 mm und derjenige des Kanals 91A 640 mm .

Dies ergab ein Verhältnis von angenähert 1:8:4, das im angegebenen Bereich liegt.

Die Verwendung der geformten Kunststoff-Außenhülsen 41 bzw.41A als Außenteil der zusammengesetzten Zylindereinheit verringert die Resonanzschwingungen des Stahlrohres 40 bzw 40A,welche durch

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die wiederholten Schläge angeregt werden, wie schon erwähnt, ebenso, als eine wirtschaftliche Konstruktion der Zylindereinheit erleichtert ist. Die zusammengesetzte Zylindereinheit 40 bzw. 40A kann mit dem beschriebenen Verfahren schneller und wirtschaftlicher hergestellt werden als eine vollständig aus Metall durch Gießen oder Schmieden und anschließendes Bearbeiten hergestelltes Metallteil, wobei außerdem das Gewicht verringert ist.Während die Innenabmessung des MetalIrohres 40 bzw. 40A genau zur Aufnahme des Kolbens eingehalten werden muß, braucht die Außenfläche des Rohres nicht auf eine genaues Maß gebracht zu werden. Darüberhinaus muli die Bohrung des MetalIrohres 40 bzw. 40A nicht Kreisquerschnitt wie beschrieben und gezeigt haben, sondern kann aucn oval oder mit anderer zweckmäßiger Querschnittsgestalt zur Verwendung mit einem Kolben entsprechender Form gestaltet sein. Während die Bohrung des metallenen Auskleiderohrs gewöhnlich einheitlichen Querschnitt längs ihrer Länge aufweist, ist dies nicht wesentlich, weil eine abgesetzte Bohrung in Verbindung mit einem Kolben mit zwei oder mehr Abschnitten unterschiedlicher Durchmesser benutzt werden kann, wobei diese Abschnitte in entsprechenden unterschiedlichen Abschnitten der abgesetzten Bohrung gleiten können.

Wie vorher erwähnt, kann der äußere Schallüsrnpfer 50 bzw.- 5OA einstöckig mit der geformten, verrippten Außenhülse 41 bzw. 41A ausgebildet sein. Es ist auch möglich, im Falle des beschriebenen zweiteiligen Schalldämpfers nur ein Teil des Schalldämpfers , z.B. das obere Teil, einstückig mit der Außenhülse zu formen, während das untere Schall dämpferteil getrennt ist und getrennt montiert wird. Ferner könnte anstelle eines zweiteiligen Schalldämpfers ein einteiliger Schalldämpfer benutzt werden und entweder einteilig mit der Außenhülse oder getrennt davon um die Außenhülse angeordnet sein.

Varianten sind ferner bei der Anordnung der Druckluft-Transportkanäle in den Rippen der Außenhülse möglich. Wie beschrieben und gezeigt hat jede Rippe 43 bzw. 43A einen Transportkanal 32 bzw. 32A, der in sie eingeformt ist und mit dem Verteilerventil an seinem anderen Ende kommuniziert. Es ist auch möglich, daß einer oder mehrere (jedoch nicht alle) dieser in die Rippen eingeformten Kanäle dauernd am oberen Ende verschlossen ist, während er jedoch über einen Radial kanal mit dem ZyIin-

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der am anderen Ende kommuniziert, um als pneumatischer Puffer zu wirken, der an den unteren Arbeitsraum des Zylinders unterhalb des Kolbens angeschlossen ist. Alle diese Varianten liegen im Rahmen der Erfindung.

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Leerseite

Claims

D-LOOO München 80 Sckellstrasse

Telefon (069) 4 48 24

Telex 6 215 935

Telegramme patemus münchen

Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

zugelassen beim Europäischen Palentamt — admitted to the European Patent Office — Mandata'ire agree aupres Γ Office European des Brevets

COMPAIR CONSTRUCTION AND MINING LTD.
Camborne, Großbritannien
P 096 47

Ansprüche

IMit Gasdruck betreibbare Kolben-Zylindervorrichtung, dadurch gekennzei chnet, daß eine zusammengesetzte Zylindereinheit (10,10A) ein starres inneres Zylinderrohr (40,40A) aus Metall, in der ein Kolben (12,12A) im Betrieb hin-und herläuft, sowie eine Außenhülse (41,41A) aus Gummi oder Kunststoff aufweist, welche das metallene Zylinderrohr umgibt und daran festgeheftet ist, wobei die Außenhülse die gesamte äußereUmfangsflache des größeren Teils der Rohrlänge überdeckt und an ihrer äußeren Oberfläche mit mehreren sich in Längsrichtung erstreckenden, nach außen ragenden einstückigen Rippen(43,43A) versehen ist, die im Abstand voneinander um den Umfang der Hülse angeordnet sind, daß ferner ein äußerer rohrförmiger Schalldämpfer (50, 50A) aus Gummi oder Kunststoff die verrippte Außenhülse umgibt und eine erste Kammer (83,84,85;83A,84A,85A) bildet, die über eine Auslaßöffnung (52,52A) aus dem Schalldämpfer mit derUmgebungsatmosphäre kommuniziert, daß die Zylindereinheit in ihrer Wand mindestens eine Gasentladungsöffnung (34,34A) aufweist, welche in die erste Kammer zwischen zwei benachbarten Rippen (43,43A) der Außenhülse mündet, und daß wenigstens ein sich in Längsrichtung

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erstreckender, länglicher Kanal (32,32A) im Inneren mindestens einer der Rippen (43,43A) eingeformt ist, wobei dieser Kanal einen •Transportkanal zumSpeisen von unter Druck stehendem Gas zu einem Endabschnitt des Inneren des Zylinderrohrs (40,40A) bildet. 5
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Außenhülse (41,41A) der Zylindereinheit (10,10A) drei Rippen (43,43A) aufweist, und daß mindestens zwei der Gasentiadungsöffnungen (34,34A) in die erste Kammer des Schalldämpfers zwischen zwei unterschiedlichen Rippenpaaren münden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Kanal (32,32A)von einem Druckgas-Verteilerventil (30,30A) am stromaufwärts gelegenen Ende des Kanals in einen Endabschnitt des Inneren des Zylinderrohrs (40,40) über einen Einlaß (33,33A) am stromabwärts gelegenen Ende des Kanals (32, . _ 32A) führt.
4.Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer sich in Längsrichtung erstreckender, langgestreckter Kanal als Hohlraum in einer weiteren Rippe (43,43A) eingeformt ist, wobei dieser weitere Kanal an einem Ende mit dem Inneren des Zylinders (10,10A) kommuniziert und am anderen Ende dauernd verschlossen ist.
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5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnet, daß in jede der drei Rippen (43,43A) ein Kanal (32,32A) eingeformt ist.
6.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (41,41A) aus Polyurethan geformt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Außenhülse (41,41A) direkt um das Zylinderrohr (40,40A) als Formkern geformt ist.

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8,Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer (50,50A)aus Polyurethan hergestellt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e η n,-zeichnet, daß sie als pneumatisches Schlagwerkzeug dient.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen der Rippen (43,43A) als radiale Abstützungen für mindestens einen Teil des Schalldämpfers (50,50A) dienen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzei chnet, daß die Spitzen der Rippen (43A) mit der Innenfläche desSchalldämpfers (50A) über ihre ganze Länge in Kontakt stehen.
12.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (83,84,85) direkt mit der Umgebungsatmosphäre über die Auslassöffnung (52) des Schalldämpfers in Verbindung steht.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (83A, 84A, 85A) mit der Auslaßöffnung des Schalldämpfers über eine Drossel (86A) in Verbindung steht, die in eine zweite Kammer (88A, 87A) im Schalldämpfer führt, wobei die zweite Kammer mit der Auslaßöffnung (52A) kommuniziert.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (88A,87A) als Teil ihres Volumens einen Raum (87A) zwischen dem Schalldämpfer (50A) und der Außenhülse (41A) einschließt und durch ein weiteres Paar anliegender Rippen (43A) der Äußenhülse begrenzt ist, zwischen welchem weiteren Rippenpaar keine Entladungsöffnung (34A) vom Inneren desZylinderrohres her mündet und wobei die Hauptrichtung des Abgasstromes in dem genannten Raum (87A) entgegengesetzt derjenigen in der ersten Kammer (83A;84A,85A) ist.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Schalldämpfers (50A) einen sich in Längsrichtung erstreckenden Abschnitt vergrößerter Tiefe (90A) aufweist, der seitlich in die zweite Kammer (88A, 87A) hineinragt und mit einem inneren , sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal (91A) geformt ist, welcher sich an einem Ende (92A) in den genannten, durch das weitere Rippenpaar begrenzten Raum (87A) öffnet und mit seinem anderen, stromabwärts gelegenen Ende zur Schall dämpfer-Aulass-• Öffnung (52A) führt, wobei die Hauptrichtung des Abgasstromes längs der zweiten Kammer (88A, 87A) entgegengesetzt derjenigen in dem genannten Kanal (91A) ist.
16.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Innenvolumens des Arbeitsendes des Zylinders (10A) mit dem Kolben (12A) in seiner Grenzstellung am Ende seines Arbeitsweges (Hubvolumen + Spielvolumen) zu den Volumina der ersten (83A,84A,85A) und zweiten Kammer (88A, 87A) im Bereich zwischen

1:5:3

und

1:8:5

liegt und daß das Verhältnis der Gesamtfläche des Strömungsquerschnittes der genannten Gasentladungsöffnung(en) (34A) der Zylindereinheit

(10A)_ZUm Drosselquersehnitt . (^ß6A) zwischen der ersten (83A,84A, 85A) und der zweiten Kammer (88,A,87A) des Schalldämpfers und zum Querschnitt desAuslasses (9OA, 92A) aus der zweiten Kammer zur Atmosphäre im Bereich zwischen
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1:5:3
und

1:8:5

liegt.

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17.Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzei chnet, daß das genannte Volumenverhältnis etwa

1:7:3,6 und das genannte Verhältnis der Strömungsquerschnitte etwa

1:8:4 betragen.

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