DE20210453U1 - Impulseinheit - Google Patents

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Impulseinheit

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BESCHREIBUNG Impulseinheit

Die Erfindung betrifft eine Impulseinheit, insbesondere für einen Schrauber, mit einem relativ zu einer Zylinderbohrung eines Rotorzylinders drehbar gelagerten Rotor und wenigstens einem Paar von Lamellen, welche im Wesentlichen radial verstellbar in Führungsnuten des Rotors gelagert sind, wobei die Lamellen mit ihren freien, radial äußeren Enden zumindest während einer Impulsphase an innerhalb der Zylinderbohrung vorstehenden Dichteinrichtung anliegen und zwischen Rotor und Rotorzylinder gebildete Kammern voneinander trennen.

Bei solchen Impulseinheiten und entsprechenden Schraubern spielt insbesondere eine Rolle, mit welcher Geschwindigkeit beispielsweise die Verschraubung durchgeführt wird. Für die Benutzer sind dabei hohe Geschwindigkeiten von Vorteil. Hohe Geschwindigkeiten sind bei harten Schraubverbindungen (kleine Anziehwinkel) kein Problem. Sind allerdings die Schraubverbindungen weicher, so können durchaus einige Sekunden zum Verschrauben vergehen. Dies wird zum Teil von dem Benutzer als nicht akzeptabel betrachtet.

Eine akzeptable Frequenz der durch die Impulseinheit erzeugten Impulse zum Verschrauben liegt im Bereich von 20 Hz bis ungefähr 30 oder mehr Hz. Mit einer solchen Impulsfrequenz ist ein schnelles und wirtschaftliches Verschrauben möglich.

Um die Impulsfrequenz zu erhöhen, sind aus der Praxis im Wesentlichen drei Möglichkeiten bekannt.

Bei der ersten Möglichkeit erfolgt eine Verringerung der Breite der Dichteinrichtungen, mit denen die freien Enden der Lamellen zumindest während der Impulsphase in Anlage sind. Die Dichteinrichtungen sind dabei in der Regel als sich in Längsrichtung des Rotors erstreckende Dichtstege ausgebildet.

Eine weitere Möglichkeit ist der Einbau eines statischen Bypasses in der Impulseinheit. Dieser Bypass stellt eine Verbindung zwischen den verschiedenen, zwischen Lamellen und Rotor einerseits und Rotorzylinder andererseits gebildeten Kammern her, um ein entsprechendes Arbeitsfluid von einer Kammer in die andere zu übertragen. Der Bypass weist dabei in der Regel einen veränderbaren Durchlassquerschnitt oder ein Ventil auf. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass bei Aufbau eines Druckunterschieds zwischen den Kammern oder bei Erreichen eines bestimmten Druckunterschieds zwischen den Kammern Arbeitsfluid von einer Kammer in die andere überführt wird.

Schließlich ist aus der Praxis noch als Maßnahme zur Erhöhung der Pulsfrequenz bekannt, ein Längsspiel zwischen Rotor und Rotorzylinder beziehungsweise Lamellen und Dichteinrichtungen zu vergrößern.

Bei allen drei bekannten Möglichkeiten stellt sich als Nachteil heraus, dass der eigentlich mögliche Wirkungsgrad der Impulseinheit nicht optimal ausgenutzt wird. Statt dessen ergibt sich in allen Fällen jeweils ein reduzierter Wirkungsgrad. Außerdem führen die Maßnahmen zum Teil zu einer größeren Bauweise der Impulseinheit, wobei diese auch gleichzeitig entsprechend schwerer ist. Schließlich ist noch zu beachten, dass insbesondere im Bereich des Bypasses und in den Spalten zwischen Lamellen und Dichteinrichtungen eine Dämpfung durch das Arbeitsfluid mit einer entsprechenden Temperaturerhöhung des Arbeitsfluids stattfindet. Durch diese Temperaturerhöhung ergibt sich in der Regel auch eine nachteilige Viskositätsveränderung des Arbeitsfluids. Insgesamt ergeben sich dadurch negative Einflüsse auf das Drehmomentergebnis.

Es ist zwar möglich, die Impulseinheit dichter zu gestalten, was allerdings zu niedrigen Impulsfrequenzen von im Bereich von 5 Hz führt. Um allerdings die oben erwähnten gewünschten Frequenzen von ungefähr 20 bis 30 Hz zu erreichen, sind die vorangehend genannten Nachteile bisher als Kompromiss akzeptiert worden.

Ausgehend von der bekannten Impulseinheit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit einfachen baulichen Maßnahmen die vorangehend genannten Nachteile zu beseitigen und hohe Impulsfrequenzen zu erzielen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist eine automatisch zwischen Freigabe- und Schließstellung verstellbare Schließeinrichtung vorgesehen, die einem zwei Kammern miteinander verbindenden Bypass zugeordnet ist. Die Impulseinheit kann fertigungstechnisch äußerst dicht ausgelegt sein, so dass Arbeitsfluid nur in geringem Umfang zwischen den verschiedenen Kammern zwischen Lamelle und Dichteinrichtung hindurchtreten kann. Statt dessen erfolgt der Austausch des Arbeitsfluids durch Verstellung der Schließeinrichtung in Freigabestellung sobald der Impuls erzeugt wurde. Andererseits wird die Schließeinrichtung automatisch in ihre Schließstellung verstellt, wenn sich in einer der Kammern ein entsprechender Druck aufbaut, wobei insbesondere während der Impulsphase, die Schließeinrichtung in ihrer Schließstellung ist. Aufgrund der Schließstellung relativ zum Bypass erfolgt kein Austausch des Arbeitsfluids von einer Kammer mit einem hohen Druck des Arbeitsfluids zu einer Kammer mit einem niedrigeren Druck des Arbeitsfluids.

Durch das Öffnen der Schließeinrichtung nach der Impulsphase ist erfindungsgemäß ein schneller Austausch des Arbeitsfluids zwischen den Kammern gesichert und somit ein schnelles Überfahren der Dichteinrichtungen des Rotorzylinders gewährleistet.

Aufgrund der Erfindung ergibt sich daher eine Impulsfrequenz im gewünschten Bereich bei gegebenenfalls gleichzeitig guter Abdichtung zwischen Lamellen und Dichteinrichtungen, ohne dass die bei dem aus der Praxis bekannten Stand der Technik auftretenden Nachteile auftreten.

Eine einfache Möglichkeit zur Verstellung der Schließeinrichtung kann darin gesehen werden, dass diese durch eine Druckdifferenz zwischen den Kammern verstellbar ist. Insbesondere kann die Schließeinrichtung durch jeden Druckimpuls in ihre Schließstellung und anschließend nach dem entsprechenden Druckimpuls in ihre Freigabestellung verstellt werden.

Es sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, den Bypass zwischen zwei Kammern, nämlich einer Hochdruck- und einer Niederdruckkammer anzuordnen. Bei einer Mög-

lichkeit, die fertigungstechnisch relativ leicht zu realisieren ist, kann der Bypass sich quer zu den Lamellen durch den Rotor erstrecken.

Bei einer anderen Möglichkeit kann eine entsprechende Verbindung zwischen Hochdruck- und Niederdruckkammer auch durch einen Bypass hergestellt werden, der im Rotorzylinder ausgebildet ist.

Als fertigungstechnisch einfach herstellbar kann ein Bypass betrachtet werden, der als im Wesentlichen senkrecht zu den Lamellen angeordnete Bypassbohrung ausgebildet ist. Da in der Regel ein Paar von Lamellen die unterschiedlichen Kammern voneinander trennt, ist durch eine solche Anordnung und Ausbildung des Bypasses sichergestellt, dass Arbeitsfluid von einer Kammer zur anderen überführt werden kann.

Ist der Bypass statt dessen direkt im Rotorzylinder angeordnet, kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn er als wenigstens eine im Wesentlichen V-förmige Bypassbohrung ausgebildet ist. Diese ist insbesondere im Bereich einer Dichteinrichtung so angeordnet, dass sie mit den beiden V-Schenkeln Hoch- und Niederdruckkammer miteinander verbindet.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass bei einer Impulseinheit mit jeweils zwei oder mehr Hochdruck- und Niederdruckkammern der entsprechende Bypass oder die Bypassbohrungen analog ausgebildet sind. Beispielsweise kann die Bypassbohrung bei Anordnung im Rotor X-förmig ausgebildet sein, so dass jede Hoch- mit jeder Niederdruckkammer verbindbar ist. Bei Anordnung des Bypasses direkt im Rotor ist beispielsweise die Anordnung von zwei V-förmigen Bypassbohrungen möglich. Diese liegen bevorzugt einander diametral gegenüber und insbesondere, wie bereits oben ausgeführt, im Bereich einer entsprechenden Dichteinrichtung.

Die dem Bypass zugeordnete Schließeinrichtung kann in unterschiedlicherweise ausgebildet sein. Es muss dabei nur sichergestellt sein, dass in einer Freigabestellung der Schließeinrichtung die Bypassbohrung für Arbeitsfluid durchlässig ist, wobei eine vollständige Freigabe der Bypassbohrung zum schnellen Austausch von Arbeitsfluid bevorzugt sein kann. In ähnlicherweise ist es günstig, wenn in der Schließstellung die By-

passbohrung vollständig geschlossen ist. Eine solche Schließeinrichtung kann beispielsweise durch einen quer zur Bypassbohrung verstellbaren Schieber ermöglicht werden.

Bei einem einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel kann die Schließeinrichtung einen im Wesentlichen senkrecht zur Bypassbohrung verstellbaren Kolben aufweisen. Der Kolben kann zur automatischen Verstellung zwischen Freigabe- und Schließstellung auch elektrisch bewegt wird, beispielsweise in Abhängigkeit von der Relativstellung von Rotor und Rotorzylinder.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass der Kolben beziehungsweise die Schließeinrichtung aktiv gesteuert sowohl von der Freigabe- in die Schließstellung als auch umgekehrt verstellt werden. Um allerdings zumindest in einer Richtung den Kolben selbsttätig verstellen zu können, kann der Kolben in Richtung Freigabestellung kraftbeaufschlagt und insbesondere federbeaufschlagt sein.

Um eine Verstellung des Kolbens in einfacher konstruktiver Weise innerhalb des Rotors zu ermöglichen, kann der Kolben in einer Kolbenbohrung zumindest zwischen Freigabe- und Schließstellung verschiebbar gelagert sein.

Um in diesem Zusammenhang die Impulseinheit möglichst symmetrisch aufzubauen und in beide Richtungen durch die Bypassbohrung einen Austausch von Arbeitsfluid in gleicherweise zu ermöglichen, kann die Kolbenbohrung sich insbesondere mittig in Längsrichtung innerhalb des Rotors erstrecken.

Analog kann sich eine entsprechende Kolbenbohrung bei Anordnung der Bypassbohrung im Rotorzylinder in Längsrichtung innerhalb des Rotorzylinders erstrecken.

Zum Andrücken der Lamellen an entsprechende Führungen innerhalb des Rotorzylinders sind verschiedene Maßnahmen denkbar. Bei einer Maßnahme erfolgt beispielsweise eine hydraulische Betätigung der Lamellen. Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel können die Lamellen in Richtung radial nach außen federbeaufschlagt sein. Dadurch sind die Lamellen stets in Anlage mit entsprechenden Führungen innerhalb der Zylin-

derbohrung und sind insbesondere während der Impulsphase an die Dichteinrichtungen angedrückt.

Um den Kolben in einfacher Weise durch Druck des Arbeitsfluids in seine Schließstellung zu verstellen, kann entsprechend die Kolbenbohrung mit einer Kammer verbunden sein. Baut sich in dieser entsprechenden Kammer ein im Vergleich zur weiteren Kammer höherer Druck im Arbeitsfluid auf, wird durch diesen Druck im Arbeitsfluid der Kolben insbesondere gegen die Kraft- beziehungsweise Federbeaufschlagung entlang der Kolbenbohrung bewegt. Erreicht der Druck dabei einen bestimmten Wert, ist der Kolben bis in seine Schließstellung verschoben. Sobald die Impulsphase abgeschlossen ist, erfolgt eine Entspannung in der Impulseinheit, so dass der Kolben durch die Kraft- beziehungsweise Federbeaufschlagung aus der Schließstellung in die Freigabestellung bewegt wird und dadurch die Bypassbohrung zum Austausch von Arbeitsfluid freigegeben wird.

Eine einfache Möglichkeit zur Verbindung der Kolbenbohrung mit einer entsprechenden Kammer kann darin gesehen werden, wenn wenigstens eine Führungsnut für eine Lamelle mit der Kolbenbohrung zum Austausch von Arbeitsfluid der Impulseinheit über eine Verbindungsbohrung verbunden ist. Da in der entsprechenden Führungsnut auch jeweils Arbeitsfluid mit gleichem Druck wie der in der dazugehörigen Kammer vorhanden ist, wird über das Arbeitsfluid in der Führungsnut der Kolben in Schließstellung verschoben.

Eine einfache Möglichkeit zur Kraft- beziehungsweise Federbeaufschlagung des Kolbens in Richtung Freigabestellung kann darin gesehen werden, wenn wenigstens ein Federelement innerhalb der Kolbenbohrung angeordnet ist.

Es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, beidseitig zum Kolben entsprechende Federelemente innerhalb der Kolbenbohrung anzuordnen, so dass bereits bei einem geringeren Druck im Arbeitsfluid eine Verstellung des Kolbens in Schließstellung erfolgen kann. Die beiden Federelemente können dabei unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.

Bei der Verwendung nur eines Federelements kann es als günstig betrachtet werden, wenn die Verbindungsbohrung mit einem relativ zum Kolben dem Federelement gegenüberliegenden Ende der Kolbenbohrung in Verbindung ist.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass der Kolben zwei voneinander beabstandete und miteinander verbundene Kolbenabschnitte aufweist, wobei in Freigabestellung des Kolbens die Bypassbohrung zwischen den Kolbenabschnitt in die Kolbenbohrung mündet. Dabei kann jedem Kolbenabschnitt auf seiner der Mündung der Bypassbohrung gegenüberliegenden Seite ein entsprechendes Federelement zugeordnet sein. Dadurch ergibt sich eine sehr symmetrische Gestaltung des Kolbens, der in einfacher Weise durch entsprechende Druckbeaufschlagung der Kolbenbohrung auf einer Seite eines entsprechenden Kolbenabschnitts verschiebbar ist. Die Druckbeaufschlagung kann in diesem Zusammenhang durch entsprechende Verbindungsbohrungen erfolgen, die in die Kolbenbohrung münden. Eine solche Anordnung ist insbesondere für Pulseinheiten mit wechselnder Drehrichtung geeignet.

Um die Freigabestellung in einfacherweise eindeutig festlegen zu können, kann die Kolbenbohrung zumindest einen Anschlag aufweisen, an dem der Kolben in Freigabestellung anliegt.

Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel kann der Anschlag als zumindest teilweise umlaufender, radial nach innen in der Kolbenbohrung vorstehender Absatz ausgebildet sein.

Es besteht ebenfalls die Möglichkeit in analoger Weise die Schließstellung festzulegen, indem beispielsweise die Kolbenbohrung einen weiteren Anschlag aufweist, mit dem der Kolben in Schließstellung in Anlage ist. Insbesondere bei dem Kolben mit zwei Kolbenabschnitten können zwei von diesen Anschlägen angeordnet sein, um für jeden Kolbenabschnitt je nach Drehrichtung des Rotorzylinders der Schließstellung festzulegen.

In diesem Zusammenhang kann es sich weiterhin als vorteilhaft erweisen, wenn die eingangs genannte Funktion des stationären Bypass beispielsweise in diesem weiteren Anschlag integriert ist. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Anschlag in Richtung By-

passbohrung verstellbar ist. Ein einfaches Ausführungsbeispiel für einen solchen verstellbaren Anschlag ist beispielsweise eine Schraube, die mehr oder weniger in die Kolbenbohrung eingeschraubt ist und mit einem ihrer Enden den Anschlag zur Festlegung der Schließstellung bildet. Weitere bekannte Realisierungen eines solchen verstellbaren Anschlags sind ebenfalls erfindungsgemäß einsetzbar.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit, keinen separaten körperlichen Anschlag zur Festlegung der Schließstellung zu verwenden, indem beispielsweise einfach das Federelement zur Druckbeaufschlagung des Kolbens in Richtung Freigabestellung so ausgebildet ist, dass es ein vollständiges oder teilweises Verschließen der Bypassbohrung durch den Kolben bei entsprechend vorliegendem Druck im Arbeitsfluid ermöglicht. Die Länge des Kolbens kann dabei so gewählt werden, dass beispielsweise auch bei einem Verlust von Arbeitsfluid in der Impulseinheit noch sichergestellt ist, dass in Schließstellung die Bypassbohrung verschlossen ist.

Um gegebenenfalls das Federelement oder den Kolben in einfacher Weise austauschen zu können, kann die Kolbenbohrung insbesondere an ihrem von der Verbindungsbohrung abgewandten Ende offen sein. Durch diese Öffnung sind dann Federelement oder Kolben austauschbar. Um bei Einsatz der Impulseinheit die Öffnung zumindest so zu schließen, dass Federelement und Kolben sicher innerhalb der Kolbenbohrung gehalten sind, kann die Öffnung auch lösbar verschließbar sein.

Das Federelement kann sich dabei auf einem entsprechenden Verschlusselement der Öffnung abstützen.

Da in der Regel der Rotor an seinem mit dem offenen Ende der Kolbenbohrung ausgebildeten Ende in einer Antriebshülse gelagert ist, welche den Rotorzylinder dreht, kann das Ende auch offen sein, wobei sich das Federelement dann entsprechend an der Antriebshülse abstützt. Weiterhin ist denkbar, dass im offenen Ende der Kolbenbohrung ein Federstützelement insbesondere beweglich gelagert ist. Das Federstützelement kann einerseits auch als verstellbarer weiterer Anschlag dienen, siehe die vorangehenden Ausführungen. Eine einfache Realisierung eines solchen Federstützelements ist bei-

spielsweise eine Kugel, die mittels eines Klemmrings in der Kolbenbohrung lösbar befestigt ist.

In der Regel kann es als vorteilhaft betrachtet werden, dass die Impulseinheit zur Verwendung in beide Drehrichtungen eines entsprechenden Werkzeugs einsetzbar ist, indem beispielsweise Bypass und Schließeinrichtung entsprechend aufgebaut und angeordnet sind, siehe hierzu insbesondere den mit zwei Kolbenabschnitten ausgebildeten Kolben.

Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Impulseinheit mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckkammer;

Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie M-II aus Figur 1 bei Impulsphase
Figur 3 einen Längsschnitt analog zu Figur 1 nach Impulsphase;

Figur 4 einen Schnitt analog zu Figur 2 entlang der Linie IV-IV aus
Figur 3 nach Impulsphase;

Figur 5 einen Längsschnitt analog zu Figur 1 bei außermittiger Anordnung
eines Bypasses;

Figur 6 einen Schnitt analog zu Figur 2 entlang der Linie Vl-Vl aus
Figur 5;

Figur 7 einen Längsschnitt analog zu Figur 5 nach Impulsphase;

Figur 8 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Impulseinheit mit je zwei Hoch- und Niederdruckkammern;

Figur 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX aus Figur 8 bei Impulsphase und bei mittiger Anordnung des Bypasses;

Figur 10 einen Schnitt analog zu Figur 9 bei Impulsphase und außermittiger Anordnung des Bypasses;

Figur 11 ein Diagramm zur Darstellung des zeitlichen Auftretens von Impulsen beim Stand der Technik, und

Figur 12 ein Diagramm analog zu Figur 11 zur Darstellung von durch die erfindungsgemäße Impulseinheit erzeugten Impulsen.

In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Impulseinheit 1 dargestellt. Zur Vereinfachung ist beispielsweise ein Schrauber, in dem die Impulseinheit einsetzbar ist, nicht dargestellt.

In dieser Figur wie in den übrigen Figuren sind gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden teilweise nur im Zusammenhang mit einer Figur erwähnt.

Nach Figur 1 weist die Impulseinheit 1 einen Rotorzylinder 3 auf. Dieser ist an dem in Figur 1 dargestellten linken Ende mit einer Durchmesserverengung versehen, aus der eine Antriebswelle 30 hervorsteht. An dieser ist beispielsweise ein Schraubkopf oder dergleichen als Werkzeug lösbar zu befestigen.

An dem der Verengung gegenüberliegenden Ende des Rotorzylinders 3 ist eine Antriebshülse 29 eingesetzt. Diese ist mit dem Rotorzylinder 3 drehfest verbunden. Die Antriebshülse weist über eine Einsteckbohrung 34 auf, in der eine entsprechende An-

triebswelle vom nicht dargestellten Schrauber zur Drehung von Antriebshülse 29 und Rotor 3 einsteckbar ist.

Der Rotorzylinder 3 weist eine Zylinderbohrung 2 auf, in der ein Rotor 4 drehbar gelagert ist, siehe auch Figur 2. Die Zylinderbohrung 2 weist an ihren in axialer Richtung liegenden Enden radial nach innen vorstehende Führungsringe 35 auf, an denen im Rotor 4 in radialer Richtung nach außen verschiebbar gelagerte Lamellen 5, 6 mit ihren freien Enden 9, 10 in Anlage sind. Weiterhin weist die Zylinderbohrung 2 an insbesondere zwei diametral gegenüberliegenden Stellen als Dichtstege ausgebildete Dichteinrichtungen 11,12 auf, die sich in Längsrichtung 20 der Impulseinheit 1 erstrecken.

Die Lamellen 5, 6 sind in im Wesentlichen radial verlaufenden Führungsnuten 7, 8 des Rotors 4 verstellbar gelagert. Innerhalb der Führungsnuten 7, 8 sind jeweils entsprechende Federelemente 36 angeordnet, durch die die Lamellen 5, 6 radial auswärts in Anlage mit Führungsringen 35 beziehungsweise Dichteinrichtungen 11, 12 gedrückt sind. Am Ende zumindest einer Führungsnut 7 ist eine Verbindungsbohrung 21 ausgebildet, die in etwa L-förmig ist. Der vertikale L-Schenkel erstreckt sich in Verlängerung der entsprechenden Führungsnut und der horizontale L-Schenkel endet am Ende 23 einer Kolbenbohrung 19. Diese erstreckt sich in Längsrichtung 20 mittig innerhalb des Rotors 4, siehe auch Figur 2.

Innerhalb der Kolbenbohrung 19 ist eine Schließeinrichtung 16 in Form eines Kolbens 18 verschiebbar gelagert. Der Kolben 18 ist an seinem der Verbindungsbohrung 21 abgewandten Ende mit einem Federelement 22 in Anlage. Dieses beaufschlagt den Kolben 18 in Richtung Freigabestellung 15, siehe Figur 3.

Das Federelement 22 stützt sich an seinem dem Kolben 18 abgewandten Ende auf einem kugelförmigen Federstützelement 28 ab. Dies ist durch einen Sicherungsring im offenen Ende der Kolbenbohrung 19 gehalten.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann sich das Federstützelement 28 auch zumindest teilweise durch das Federelement 22 hindurch erstrecken, wobei ein dem Kolben 18 zuweisendes Ende als Anschlag 26 ausgebildet sein kann.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Anschlag 26 analog zum anderen Anschlag 24 als zumindest teilweise innerhalb der Kolbenbohrung 19 umlaufenden Absatz 25 auszubilden, siehe auch Figur 4.

In der Figur 2 ist eine quer zur Kolbenbohrung 19 verlaufende Bypassbohrung 17 erkennbar, wobei in Figur 1 nur eine entsprechende Mündungsöffnung im Bereich der Kolbenbohrung 19 sichtbar ist. Die Bypassbohrung 17 bildet einen Bypass 13, durch den Arbeitsfluid aus einer Kammer 37 in eine Kammer 38 überführbar ist, wobei der Druck im Arbeitsfluid in der Kammer (Hochdruckkammer) 37 höher als in der Kammer (Niederdruckkammer) 38 ist. Die Kammern 37, 38 sind entsprechend zwischen der Außenfläche des Rotors 4 und den Lamellen 5, 6 einerseits und der Innenseite der Zylinderbohrung 2 des Rotorzylinders 3 andererseits gebildet.

Die Bypassbohrung 17 umfasst zwei äußere Abschnitte 31, 32 mit größerem Durchmesser und zwei innere, in die Kolbenbohrung 19 mündende Abschnitte 33 mit geringerem Durchmesser.

In Figur 1 ist der Kolben 18 so weit gegen die Kraftbeaufschlagung des Federelements 22 in Richtung offenes Ende 27 der Kolbenbohrung 19 verschoben, dass die in die Kolbenbohrung 19 mündende Bypassbohrung 17 verschlossen ist.

In Figur 3 ist der Druck innerhalb der Kammer 37 durch Überführen von Arbeitsfluid über Bypassbohrung 17 und Kolbenbohrung 19 zur Kammer 38 abgebaut, wobei der Kolben 18 bis zur Anlage am ringförmigen Absatz 25 als Anschlag 24 mittels Federelement 22 in seine Freigabestellung 14 verschoben ist, so dass die Bypassbohrung 17 frei in die Kolbenbohrung 19 mündet.

Die Figuren 2 und 4 stellen jeweils analoge Schnitte entlang der Linie H-Il beziehungsweise IV-IV aus den Figuren 1 und 3 dar.

In Figur 2 ist insbesondere erkennbar, dass freie Enden 9,10 der Lamellen 5, 6 an den Dichteinrichtungen 11, 12 anliegen, so dass die Kammern 37, 38 im Wesentlichen vollständig relativ zueinander abgedichtet sind.

Erfindungsgemäß wird durch die automatische Schließeinrichtung 16 bewirkt, dass durch Überdruck in einer Kammer der Kolben 18 der Schließeinrichtung 16 in die Schließstellung 15, siehe Figur 1, verschoben ist und nach Ausüben des entsprechenden Impulses, siehe beispielsweise Figuren 3 und 4 eine Entspannung im Arbeitsfluid stattfindet und der Kolben 18 in seine Freigabestellung 14 durch die Beaufschlagung des Federelements 22 verschoben ist, siehe Figur 3. Durch eine solche Verschiebung des Kolbens wird die Bypassbohrung 17 geöffnet und ein Druckausgleich zwischen den Kammern 37 und 38 findet schnell statt.

In den folgenden Figuren 5 bis 10 sind weitere Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße Impulseinheit dargestellt. Im Wesentlichen werden nur die Abweichungen zu dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel angesprochen, während bezüglich des übrigen Aufbaus auf die vorangehenden Ausführungen verwiesen wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist eine entsprechende Kolbenbohrung 19 außermittig und insbesondere im Rotorzylinder 3 der Impulseinheit 1 angeordnet. Nach Figur 6, die einem Schnitt entlang der Linie Vl-Vl aus Figur 5 entspricht, ist erkennbar, dass die Kolbenbohrung 19 in einem solchen Bereich des Rotorzylinders 3 angeordnet ist, in dem dessen Mantelstärke größer als im übrigen Bereich ist, wobei eine Dichteinrichtung 12 auf der Innenseite des Rotorzylinders 3 in diesem Bereich angeordnet ist. Die Kolbenbohrung erstreckt sich ebenfalls in Längsrichtung 20, siehe Figur 1, des Rotorzylinders 3 und ist an einem Ende offen. An diesem Ende ist ein Federstützelement 28 in Form einer Kugel angeordnet. Anschläge 26 innerhalb der Kolbenbohrung 19 zur Festlegung der Öffnungs-/Schließstellung der Schließeinrichtung 16 sind zur Vereinfachung nicht dargestellt.

Die Schließeinrichtung 16 ist ebenfalls als Kolben 18 ausgebildet. Allerdings weist dieser Kolben zwei voneinander beabstandete und miteinander verbundene Kolbenabschnitte 45, 46 auf. In Figur 5 ist der Kolbenabschnitt 46 so angeordnet, dass eine V-förmige

Bypassbohrung 43, siehe Figur 6, im Bereich ihrer Mündungsöffnung bezüglich der Kolbenbohrung 19 geschlossen ist. In diesem Fall erfolgt eine Druckbeaufschlagung von links auf den Kolbenabschnitt 45 gegen ein rechts von dem anderen Kolbenabschnitt 46 angeordnetes Federelement 22. In analoger Weise kann ebenfalls der Kolbenabschnitt 45 die Bypassbohrung 43 verschließen, falls eine entsprechende Druckbeaufschlagung über Verbindungsbohrung 21 rechts vom Kolbenabschnitt 45 in Figur 5 erfolgt. Es ist noch zu beachten, dass die entsprechenden Verbindungsbohrungen 21 zweifach ausgebildet sind, um bei Änderungen der Drehrichtung des Rotorzylinders 3 für beide Drehrichtungen die Funktion der erfindungsgemäßen Impulseinheit 1 und insbesondere von Schließeinrichtung 16 sicherzustellen.

Der Kolben 18 mit den beiden Kolbenabschnitten 45, 46 ist in Figur 7 in Freigabestellung 14 dargestellt. In diesem Fall ist eine Mündung eines Abschnitts 33 der V-förmigen Bypassbohrung 43 zwischen den beiden Kolbenabschnitten 45 und 46 sichtbar. Die beiden Federelemente 22 sind gleichartig, das heißt, mit gleicher Federkonstanten ausgebildet, so dass der Aufbau der Schließeinrichtung 16 symmetrisch ist und in beide Drehrichtungen des Rotorzylinders 3 in gleicher Weise wirkt.

Bisher wurden Impulseinheiten 1 mit jeweils einer Hochdruck- und einer Niederdruckkammer zur Erzeugung von Impulsen dargestellt. Allerdings gelten die bisherigen Ausführungen, siehe auch im Folgenden, ebenfalls für Impulseinheiten mit zwei oder mehr Hochdruck- und Niederdruckkammern. Solche sind insbesondere in den Figuren 8 bis 10 dargestellt.

In diesem Fall sind vier Lamellen 5, 6, 47, 48 vorgesehen, wobei jeweils zwischen einem Paar von Lamellen entsprechende Kammern 37, 38 eingeschlossen sind. Die beiden jeweils auf den gegenüberliegenden Seiten zu einer Lamelle angeordneten Kammern sind jeweils eine Hoch- und eine Niederdruckkammer. Um in diesem Fall jeweils eine Hoch- mit einer Niederdruckkammer nach einer Impulsphase miteinander verbinden zu können, ist der Bypass 13 als X-förmige Bypassbohrung 47, siehe Figuren 8 und 9, ausgebildet. Nach Figur 9 dienen die beiden oberen X-Arme 51 zur Verbindung der Kammern 37 und 38 mit Kammer 37 als Hoch- und Kammer 38 als Niederdruckkammer, und die beiden unteren X-Arme 52 zur Verbindung entsprechend zwei weiterer Kam-

mem 37 und 38 mit ebenfalls Kammer 37 als Hoch- und Kammer 38 als Niederdruckkammer. Der übrige Aufbau ist im Wesentlichen gleich zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen, siehe beispielsweise Kolben 18 als Schließeinrichtung 16 in Freigabestellung 14 nach Figur 8. Die Zufuhr von unter Druck stehendem Fluid erfolgt zum Kolben 18 analog zu Figur 1 über eine L-förmige Verbindungsbohrung 21, die zur entsprechenden Führungsnut von Lamelle 5 offen ist.

Im Unterschied zu den vorangehenden Beispielen ist in Figur 8 die Antriebshülse 29 einteilig mit dem Rotorzylinder 3 gebildet. Weiterhin sind für jede Lamelle 5, 6, 47, 48 zwei Federelemente zur Druckbeaufschlagung in Richtung radial nach außen vorgesehen.

In Figur 10 ist ein analoges Ausführungsbeispiel zu Figuren 8 und 9 für eine außermittige Anordnung der Kolbenbohrung 19 vorgesehen, wobei in diesem Fall zwei V-förmige Bypassbohrungen 43 vorgesehen sind, siehe hierzu auch Figur 6. Die beiden diametral gegenüberliegend im Rotorzylinder 3 angeordneten V-förmigen Bypassbohrungen 43 verbinden entsprechend jeweils zwei direkt benachbarte Kammern, von denen jeweils eine eine Hoch- und die andere eine Niederdruckkammer ist.

Im übrigen wird auf die Beschreibung nach Figuren 5 und 6 verwiesen, die zumindest eine V-förmige Bypassbohrung 43 zeigen.

Im Folgenden wird kurz die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Impulseinheit beschrieben.

Während einer Impulsphase dichten die Lamellen 5, 6 im Rotorzylinder 3 an den stegförmigen Dichteinrichtungen 21, 22 ab, siehe Figur 1. In diesem Zeitpunkt ist die Kammer 37 eine Hochdruckkammer und die Kammer 38 eine Niederdruckkammer. Der Kolben 18 wird durch den ansteigenden Impulsdruck gegen die Wirkung des Federelements 22 verschoben, bis die Bypassbohrung 17, 43, 44 verschlossen ist, siehe Figur 1 oder 5. Ein Austausch von Arbeitsfluid zwischen den Kammern 37 und 38 ist folglich nicht mehr möglich. Nachdem der Impulsschlag optimal hart ausgeführt wurde und eine entsprechende Drehenergie des Rotorzylinders 3 auf den Rotor 4 als Drehimpuls über-

tragen wurde, das heißt, nachdem die Impulsabgabe erfolgte, muss der nicht dargestellte Antriebsmotor den Rotorzylinder 3 erneut für den nächsten Impuls eine volle Umdrehung beschleunigen. Damit die Impulse schnell aufeinander erfolgen können, ist eine kurze Überfahrzeit der stegförmigen Dichteinrichtungen 11,12 nach dem zuletzt ausgeübten Impuls notwendig. Sobald ein Drehimpuls abgeschlossen ist, öffnet Federelement 22 die Bypassbohrung 17 durch Schieben des Kolbens 18 in Freigabestellung 14, siehe Figuren 3 und 4. Daraufhin kann Arbeitsfluid zwischen den Kammern 37, 38 ausgetauscht werden, so dass die Pulsstellung nach Figur 2 schnell überfahren wird und der Beschleunigungsvorgang erfolgen kann.

In diesem Zusammenhang ist noch zu beachten, dass bereits ein Verschieben des Kolbens 18 in Freigabestellung erfolgen kann, während der Rotorzylinder 3 sich noch durch den bei der Impulsausübung verursachten Gegenimpuls ein wenig zurückdreht und bevor noch die Dichteinrichtung 11 tatsächlich die Lamelle 9 überfahren hat, siehe die Stellung der Lamelle 9 in Figur 4. Das heißt, bereits während einer sogenannten Rückprallphase des Rotorzylinders 3 findet eine Entspannung der Impulseinheit statt, die eine Verschiebung des Kolbens in Freigabestellung ermöglicht.

Die Funktionsweise der übrigen Ausführungsbeispiele der Erfindung ist analog.

In den Figuren 11 und 12 sind Diagramme dargestellt, die die zeitliche Abfolge von zumindest zwei Impulsen zeigen. In Figur 11 zeigt die zeitliche Abfolge für eine Impulseinheit nach aus der Praxis bekanntem Stand der Technik. Die zwischen zwei Impulsen verstreichende Zeit setzt sich einerseits derzeit zusammen, die zum Überfahren der Dichteinrichtungen notwendig ist. Dies ist die durch den Doppelpfeil 39 dargestellte Zeit. Anschließend ist durch den Doppelpfeil 40 weiterhin die Zeit dargestellt, die zum Beschleunigen des Rotorzylinders vor Ausüben des nächsten Impulses notwendig ist.

Beträgt die erste Zeit (Doppelpfeil 39) beispielsweise 60 ms und die zweite Zeit (Doppelpfeil 40) beispielsweise 50 ms, so ergibt sich eine Gesamtzeit zwischen zwei Impulsen von 110 ms, was ungefähr einer Impulsfolge von 9 Hz entspricht.

Erfindungsgemäß entfällt aufgrund der automatischen Schließeinrichtung 16 die zum Überfahren der Dichteinrichtungen erforderliche Zeit, so dass im Wesentlichen die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der Beschleunigungszeit nach Doppelpfeil 40 entspricht. Diese beträgt ebenfalls 50 ms, was einer Pulsfolge von 20 Hz entspricht.

Weiterhin ist noch erkennbar, dass beispielsweise zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen 42 jeweils ein kleinerer Impuls 41 angeordnet ist, der einem Rückprall des Rotorzylinders entspricht. Die entsprechenden kleineren Impulse 41 sind in Figur 12 viel geringer und auch zeitlich näher an den größeren Impulsen 42, wobei allerdings erfindungsgemäß bereits direkt nach Ausübung des Impulses durch die in der Impulseinheit auftretende Entspannung des Systems die Schließeinrichtung geöffnet und ein entsprechender Austausch von Arbeitsfluid stattfindet. Durch diesen schnellen Austausch von Arbeitsfluid ergibt sich bereits vor Beendigung der Rückprallphase im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik nach Figur 11 ein Druckabbau, so dass keine Verzögerungen beim Überfahren der Lamellen auftreten und die Beschleunigung des Rotorzylinders direkt stattfindet.

Claims (24)

1. Impulseinheit (1), insbesondere für einen Schrauber, mit einem relativ zu einer Zylinderbohrung (2) eines Rotorzylinders (3) drehbar gelagerten Rotor (4) und wenigstens einem Paar von Lamellen (5, 6), welche im Wesentlichen radial verstellbar in Führungsnuten (7, 8) des Rotors (4) gelagert sind, wobei die Lamellen (5, 6) mit ihren freien, radial äußeren Enden (9, 10) zumindest während einer Impulsphase an innerhalb der Zylinderbohrung (2) vorstehenden Dichteinrichtungen (11, 12) anliegen und zwischen Rotor (4) und Rotorzylinder (3) gebildete Kammern (37, 38) voneinander trennen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypass (13) zwei Kammern (37, 38) miteinander verbindet und dem Bypass (13) eine automatisch zwischen einer Freigabe- und einer Schließstellung (14, 15) verstellbare Schließeinrichtung (16) zugeordnet ist.

2. Impulseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließeinrichtung (16) durch eine Druckdifferenz zwischen den Kammern (37, 38) verstellbar ist.

3. Impulseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (13) sich im Wesentlichen quer zu den Lamellen (5, 6) durch den Rotor (4) erstreckt.

4. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (13) im Rotorzylinder (3) ausgebildet ist.

5. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (13) als im Wesentlichen senkrecht zu den Lamellen (5, 6) angeordnete Bypassbohrung (17) ausgebildet ist.

6. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (13) als wenigstens eine im Wesentlichen V-förmige Bypassbohrung (43) im Rotorzylinder (3) ausgebildet ist.

7. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (13) als im Wesentlichen X-förmige Bypassbohrung (44) im Rotor (4) ausgebildet ist.

8. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließeinrichtung (16) wenigstens einen im Wesentlichen senkrecht zur Bypassbohrung (17) verstellbaren Kolben aufweist.

9. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) in Richtung Freigabestellung (14) kraft- und insbesondere federbeaufschlagt ist.

10. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) in einer Kolbenbohrung (19) zumindest zwischen Freigabe- und Schließstellung (14, 15) verschiebbar gelagert ist.

11. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenbohrung (19) sich insbesondere mittig in Längsrichtung (20) innerhalb des Rotors (4) erstreckt.

12. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenbohrung (19) sich in Längsrichtung (20) innerhalb des Rotorzylinders (3) erstreckt.

13. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (5, 6) in Richtung radial nach außen kraft- und insbesondere federbeaufschlagt sind.

14. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Führungsnut (7, 8) der Lamellen (5, 6) mit der Kolbenbohrung (19) über eine Verbindungsbohrung (21) verbunden ist.

15. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Federelement (22) innerhalb der Kolbenbohrung (19) zur Federbeaufschlagung des Kolbens (18) in Richtung Freigabestellung (14) angeordnet ist.

16. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbohrung (21) mit einem relativ zum Kolben (18) dem Federelement (22) gegenüberliegenden Ende (23) der Kolbenbohrung (19) in Verbindung ist.

17. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) zwei voneinander beabstandete und miteinander verbundene Kolbenabschnitte (45, 46) aufweist, wobei in Freigabestellung (14) des Kolbens (18) die Bypassbohrung (17) zwischen den Kolbenabschnitten (45, 46) in die Kolbenbohrung (19) mündet.

18. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenbohrung (19) zumindest einen Anschlag (24) zur Festlegung der Freigabestellung (14) des Kolbens (18) aufweist.

19. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (24) als zumindest teilweise umlaufender, radial nach innen in der Kolbenbohrung (19) vorstehender Absatz (25) ausgebildet ist.

20. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenbohrung (19) einen insbesondere in Richtung zur Bypassbohrung (17) verstellbaren Anschlag (26) zur Festlegung der Schließstellung (15) aufweist.

21. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenbohrung (19) an insbesondere ihrem von der Verbindungsbohrung (21) abgewandten Ende (27) offen ist.

22. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im offenen Ende (27) der Kolbenbohrung (19) ein Federstützelement (28) insbesondere beweglich gelagert ist.

23. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußeren Enden (9, 10) der Lamellen (5, 6) dicht an den Dichteinrichtungen (11, 12) während der Impulsphase anliegen.

24. Impulseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bypass (13) und zugeordnete Schließeinrichtung (16) unabhängig von der Drehrichtung des Rotorzylinders (3) im Einsatz sind.