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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schlaghammer, an dem ein Bohrgestänge zur Durchführung von Erdbohrungen befestigt werden kann
In EP 0 203 282 B1 ist ein hydraulischer Schlaghammer beschrieben, der einen in einem Arbeitszylinder bewegbaren Arbeitskolben und einen in einem Steuerzylinder bewegbaren Steuer- kolben enthält Der Arbeitszylinder ist mit dem Steuerzylinder über hydraulische Leitungen derart verbunden, dass der Arbeitskolben und der Steuerkolben sich gegenseitig steuern, wobei der Arbeitskolben hin- und hergehend bewegt wird und dabei Schläge auf ein Einsteckende ausubt An dem Einsteckende wird das Bohrgestänge befestigt Ferner kann das Einsteckende durch einen Drehantrieb gedreht werden.
Bei einem hydraulischen Schlaghammer kann es vorkommen, dass die Lieferquelle für das Hydrauliköl ein unzureichendes Liefervolumen hat, so dass nach einem Schlag des Arbeitskolbens wegen des damit verbundenen Verbrauchs an Drucköl der Druck der Druckleitung zunächst absinkt, bis die Lieferquelle genügend Hydrauliköl nachgeliefert hat Wenn der Arbeitskolben die Schläge mit einer hohen Schlagfrequenz ausführt, reicht der Druck in der Druckleitung nicht aus, um die volle Schlagenergie zu erreichen.
Es sind daher bereits Systeme entwickelt worden, bei denen im Falle eines zu geringen Lieferdrucks die Druckzufuhr zum Steuerzylinder unterbrochen wird, so dass der Steuerzylinder erst in die dem Schlaghub des Arbeitskolbens entsprechende Stellung umgesteuert wird, wenn sich in der Druckleitung der volle Lieferdruck aufgebaut hat Derartige Vorrichtungen benötigen jedoch komplizierte Zusatzventile, die u a dazu fuhren, dass eine zusätzliche Drosselstelle entsteht, an der Druckverluste auftreten können.
Der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 geht aus von einem hydraulischen Schlaghammer nach DE 31 03 856 C2 Dieser Schlaghammer weist ein auf den Steuerzylinder einwirkendes, druckabhängig bewegbares Ruckhalteelement auf, welches verhindert, dass der Arbeitskolben bei einem Abfall des Versorgungsdrucks in einer Undefinierten Stellung stehenbleibt, wobei das nachfolgende Anlaufen bei erneuter Inbetriebnahme erschwert würde.
Das Rückhalteelement ist ein federgespannter Kolben, der von dem Versorgungsdruck entgegen der Wirkung einer Feder zurückgedrückt wird Sinkt der Versorgungsdruck unter einen Grenzwert ab, treibt das Rückhalte- element den Steuerkolben in diejenige Endlage, die dem Rückhub entspricht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Kraftschrauber zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln und ohne ein ständig drosselndes Zusatzventil sichergestellt wird, dass der Arbeitskolben den Schlaghub erst ausführt, wenn der Lieferdruck sich bis zu der benötigten Höhe aufgebaut hat
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss mit den im Patentanspruch 1 angege- benen Merkmalen
Nach der Erfindung ist in Verbindung mit dem Steuerkolben ein Rückhalteelement vorgesehen, das verhindert, dass der Steuerkolben diejenige erste Stellung einnimmt,
die einem schnellen Rückhub des Arbeitskolbens entspricht. Daher kann der Steuerkolben seine erste Endlage so lange nicht einnehmen wie das Rückhalteelement dies verhindert. Da der Steuerkolben aber auch bereits dann umgeschaltet wird, wenn der Lieferdruck noch gering ist, nimmt er in dieser Situation eine Zwischenstellung ein, die generell den Ruckhub des Arbeitskolbens veranlasst, jedoch nur mit einem begrenzten Drosselquerschnitt, so dass der Arbeitskolben den Rückhub langsam ausführt Durch das Ruckhalteelement wird die Umsteuerung des Steuerkolbens weder verhindert noch verzögert Nur die Endstellung des Steuerkolbens wird auf eine Weise blockiert, dass anstelle des schnellen Rückhubes des Arbeitskolbens ein langsamer Rückhub erfolgt.
Wenn der Lieferdruck einen bestimmten Grenzwert erreicht hat, der ausreicht, um die Kraft des Rückhalteelements zu überwinden, wird das Ruckhalteelement zurückgedrückt, so dass der Steuerkolben seine für den schnellen Rückhub des Arbeitskolbens vorgesehene Endlage einnehmen kann Dadurch wird erreicht, dass die Schläge des Arbeitskolbens in Abhängigkeit von der Höhe des Lieferdrucks jeweils mit der höchsten Schlagfolge bzw Schlagfrequenz ausgeführt werden können, die der Lieferdruck zulasst
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfin- dung naher erläutert
Es zeigen-
Fig 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Schlaghammer beim Auftreffen des
Arbeitskolbens auf das Einsteckende,
wobei der Steuerkolben sich noch in der für den
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Ruckhub des Arbeitskolbens bestimmten Stellung befindet,
Fig. 2 den Zustand wahrend des Rückhubes kurz bevor der Arbeitskolben seine hintere
Endstellung erreicht, und
Fig. 3 den Steuerkolben in der für den Rückhub des Arbeitskolbens bestimmten Stellung bei geringem Lieferdruck
Der Schlaghammer weist ein langgestrecktes Gehause 10 auf, in dem ein Arbeitszylinder 11 ausgebildet ist. In dem Arbeitszylinder 11 ist der Arbeitskolben 12 axial bewegbar Der Arbeits- kolben 12 schlagt auf das Einsteckende 13, das axial verschiebbar im Hammergehäuse gefuhrt ist
Mit "vorne" ist die Richtung zum Ende 15 bzw. zum Bohrgestänge hin bezeichnet, während "hinten" die Gegenrichtung bezeichnet.
Zur Steuerung der Bewegung des Arbeitskolbens 12 dient das Steuerventil 20. Dieses weist einen Steuerkolben 21 auf, der in einem Steuerzylinder 22 bewegbar ist. Das eine Ende des Steuerzylinders 22 ist mit einer Druckleitung 24 verbunden, so dass im Innern des hohlen Steuer- kolbens 21 stets der Lieferdruck P herrscht. Eine zum Rücklauf R führende drucklose Rücklauf- leitung 25 ist mit dem Steuerzylinder 22 und uber eine Leitung 26 mit dem Arbeitszylinder 11 verbunden Femer sind der Arbeitszylinder 11und der Steuerzylinder 12 durch folgende Leitungen verbunden. die Druckleitung 24, eine Steuerleitung 27, die drucklose Leitung 26 und eine Wechsel- leitung 28
Die Druckleitung 24 ist mit einer vorderen Ringnut 29 des Arbeitszylinders 11verbunden, so dass auf die vordere Ringkante 30 des Arbeitskolbens 12 stets der Lieferdruck wirkt.
Der Rückraum 31 des Arbeitszylinders wird durch die Ringfläche 32 des Arbeitskolbens begrenzt, deren Fläche grösser ist als diejenige der Ringkante 30, so dass der Arbeitskolben nach vorne getrieben wird, wenn im Rückraum 31 der volle Lieferdruck herrscht
Der Arbeitszylinder weist ferner eine mit der Druckleitung 24 verbundene Ringnut 33 auf, mit der eine Steuerkante 34 des Arbeitskolbens zusammenwirkt, und eine weitere Ringnut 35, die mit der Steuerleitung 27 verbunden ist.
Der Druck der Druckleitung 24 wird dem stirnseitigen Ende des Steuerzylinders 22 zugeführt.
Der Steuerkolben 21 ist als hohle Steuerhülse ausgebildet, so dass in seinem Innern und an seinen beiden stirnseitigen Ende ständig der volle Lieferdruck herrscht
Der vordere Zylinderraum 40 des Steuerzylinders ist mit der Steuerleitung 27 verbunden und durch einen Ringkragen 41 des Steuerkolbens begrenzt. Hinter dem Ringkragen 41 befindet sich der ständig mit der Rücklaufleitung 25 verbundene Rückraum 42 des Steuerzylinders.
Der Steuerkolben 21 wird somit durch den Druck im Zylinderraum 40 nach rechts bewegt, so dass er die in Fig. 2 dargestellte Stellung einnimmt
Diese rechte Endstellung des Steuerkolbens 21 bildet die erste Stellung, in der der Rückhub des Arbeitskolbens durchgefuhrt wird Dies geschieht dadurch, dass die mit der Wechselleitung 28 verbundene Ringnut 43 über eine Ausnehmung 44 des Steuerzylinders mit einer Ringnut 45 verbunden wird, die an die Rücklaufleitung 25 angeschlossen ist.
Der Steuerkolben 21 wird dadurch in seine erste Stellung getrieben, so dass der Druck der Druckleitung 24 über die Ringnut 33 an dem Arbeitskolben vorbei in die Ringnut 35 und von dort über die Steuerleitung 27 in den Zylinderraum 40 gelangt Während des Rückhubes des Arbeits- kolbens 12 wird die Ringnut 33 verschlossen, der Druck in der Steuerleitung 27 aber noch so lange aufrecht erhalten, bis eine Steuerkante 46 die Mundungsstelle der Leitung 26 passiert hat, so dass der Druck der Steuerleitung 27 über die Leitung 26 zur Rücklaufleitung 25 entweichen kann.
Dadurch erfolgt die Umsteuerung des Steuerkolbens 21 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung, in der der Arbeitskolben 12 den Schlaghub ausfuhrt
Die Umsteuerung des Steuerkolbens ist dadurch möglich, dass die rückwärtige Endflache 47 des Steuerkolbens einen grösseren Querschnitt hat als die vordere Endflache 48. Auf beide End- flächen wirkt ständig der gleiche Druck ein Am rückwärtigen Ende des Steuerkolbens sind radiale Durchlässe 49 vorgesehen, die in der Stellung gemäss Fig 2 eine Verbindung von der Druckleitung 24 über das Innere des Steuerkolbens zur Wechselleitung 28 bewirken An dem vorderen Ende des Steuerkolbens befindet sich ein rohrförmiger Ansatz 50, dessen Ende die vordere Endfläche 48 bildet.
Nach der Erfindung ist am rückwärtigen Ende des Steuerzylinders ein Druckraum 55 vorge- sehen, in dem ständig der Lieferdruck herrscht Dieser Druckraum 55 enthält ein Rückhalteelement
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56 in Form einer Kappe 57, die durch eine Federvorrichtung 58 in Richtung auf den Steuerkolben 21 gedruckt wird Die Federvorrichtung ist so bemessen, dass sie nachgibt und das Rückhalte- element 56 zurückweist, wenn der im Zylinderraum 40 herrschende Lieferdruck einen vorbe- stimmten Wert übersteigt Dann ist die Kraft, die den Steuerkolben 21 in die erste Stellung gemäss Fig 1 treibt, grösser als die Rückhaltekraft des Ruckhalteelements 56, so dass der Steuerkolben 21 das Rückhalteelement 56 zurückdrängen kann, bis er die in Fig.
1 dargestellte erste Position einnimmt, in der die Ringnuten 43,45 voll miteinander verbunden sind, so dass das beim Ruckhub des Arbeitskolbens 12 aus den Rückraum 31 verdrängte Öl ungedrosselt zur Rücklaufleitung 25 abfliessen kann Dies entspricht einem schnellen Rückhub des Arbeitskolbens.
Wenn sich der Steuerkolben 21 in seiner zweiten Stellung (Fig 2) befindet, die dem Schlaghub des Arbeitskolbens 12 entspricht, hat das Rückhalteelement 56 keine Auswirkungen auf den Steuerkolben
Wenn nach einem Schlaghub der in der Druckleitung 24 herrschende Lieferdruck vorüber- gehend abgefallen ist und anschliessend der Rückhub ausgefuhrt werden soll, wird der Lieferdruck in den Zylinderraum 40 des Steuerzylinders 22 eingelassen Die dadurch auf den Steuerkolben ausgeübte Kraft reicht jedoch noch nicht, um das Rückhalteelement 56 zurückzudrängen Der Steuerkolben 21 wird daher nur über einen Teil seines Weges in Richtung auf die erste Stellung bewegt, dann aber von dem Rückhalteelement 56 blockiert,
so dass er in einer "Zwischenstellung" stehen bleibt In dieser Zwischenstellung öffnet der Steuerkolben die Ringnut 43 noch nicht vollständig zur benachbarten Ringnut 45 hin, sondern es entsteht an der vorderen Kante der Ring- nut 43 ein Drosselquerschnitt 60, durch den Öl aus der Wechselleitung 28 mit geringer Strömungs- rate zur Rücklaufleitung 25 fliessen kann Dadurch wird der Druck im Rückraum 31 des Arbeits- zylinders 11langsam abgebaut, so dass der Arbeitskolben 12 einen langsamen Ruckhub ausführt
Sollte wahrend des Rückhubes der Lieferdruck in der Druckleitung 24 so gross werden, dass die Kraft des Rückhalteelements 56 überschritten wird, so nimmt der Steuerkolben 21 seine erste Stellung unverzüglich ein, in der der Rückhub des Arbeitskolbens schnell ausgeführt wird
Die Kappe 57 weist in ihrer Querwand eine Öffnung 59 auf,
durch die der Druck in das Innere des Ruckhalteelements 56 und dahinter gelangt, so dass das Rückhalteelement 56 ständig im Druckgleichgewicht ist und nur durch die Feder 58 vorgespannt ist
Der Druckraum 55 ist an einen Druckgasspeicher 63 angeschlossen, der aufgeladen wird, wenn der Lieferdruck in der Druckleitung 24 hoch ist und der sich bei jedem Schlag des Arbeits- kolbens entleeren kann. Der Druckgasspeicher 63 ist nahe der Ringnut 43 angeordnet, so dass in der zweiten Stellung des Steuerkolbens 21 (Fig 2) ein kurzer Weg vom Druckgasspeicher 63 zur Wechselleitung 28 besteht, in dem keine wesentlichen Verluste auftreten.
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