DE1014047B - Aus zwei oder mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Teilen bestehender Hammerkolben fuer Gesteinsbohrmaschinen u. dgl. - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Hammerkolben, die aus zwei oder mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Teilen bestehen und in Gesteinsbohrmaschinen und sonstigen Schlaggeräten Verwendung finden und durch ein elastisches Druckmittel, wie Preßluft, Druckgas od. dgl., angetrieben werden. Solche Hammerkolben sind bekannt.

Die Schlagwirkung eines Hammerkolbens ist abhängig von seinem Durchmesser, seiner Länge und seinem Gewicht. Bisher bekannte Arbeitskolben für Schlaggeräte weisen zum Erreichen einer erträglichen Stoßwelle eine Länge auf, die ein Vielfaches des Kolbendurchmessers beträgt. Ein derartig langer Kolben erzeugt zwar eine Stoßwelle von genügend großer Länge und ziemlich niedriger Amplitude, was eine geringe Beanspruchung des Kolbens, Bohrers od. dgl. mit sich bringt, aber der verhältnismäßig lange Kolben hat den Nachteil, daß das mit ihm ausgerüstete Schlaggerät wegen der erforderlichen Länge des Arbeitszylinders und der Führungsflächen ebenfalls sehr lang ausgeführt werden muß.

Zweck der Erfindung ist es, einen Hammerkolben bzw. ein mit diesem ausgerüstetes Schlaggerät zu schaffen, welcher oder welches die Übertragung einer im Verhältnis zu bekannten Energiemengen vergrößerten Energiemenge auf eine Bohrerschneide oder Bohrerstange einer Gesteinsbohrmaschine oder das Werkzeug eines sonstigen Schlaggerätes erlaubt, ohne daß die Höchstdrücke gegenüber bekannten Schlaggeräten vergrößert werden und das Schlaggerät in der bisher üblichen Größenordnung bleibt.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der für die gewünschte Leistung normalerweise erforderliche lange Hammerkolben durch einen im Verhältnis kurzen Hammerkolben ersetzt wird, der dadurch gebildet wird, daß der lange Kolben in sich teleskopartig zusammengeschoben bzw. übereinandergeschoben wird, so daß die vom schlaggebenden Teil des Kolbens ausgehende Stoßwelle bis zur Endfläche des Kolbens eine mehrfach hin- und hergehende Bahn durchlaufen muß, deren Gesamtlänge etwa der eines zwei- bis dreimal längeren Kolbens von demselben Gewicht entspricht oder dessen Material ein Elastizitätsmodul hätte, das der Hälfte bzw. einem Drittel des Elastizitätsmoduls des Stahles entspricht. Ein mit den Merkmalen der Erfindung hergestellter Hammerkolben führt somit zu einer leichteren und gedrängteren Bauweise des Schlaggerätes, was selbstverständlich für die Handhabung von Vorteil ist. Der Hammerkolben nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem inneren Kolbenteil und einem oder mehreren diesen im Schiebesitz hülsenartig fest umschließenden Kolbenteilen besteht und diese Kolbenteile derart durch axial abgestützten Über-Aus zwei oder mehreren konzentrisch
zueinander angeordneten Teilen

bestehender Hammerkolben
für Gesteinsbohrmaschinen u. dgl.

Anmelder:

Atlas Copco Aktiebolag,
Nacka, Stockholm (Schweden)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Jourdan, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Kronberger Str. 46

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 18. Juni 1951 und 6. Juni 1952

Gösta Ludvig Bertil Wahlsten, Stockholm,
ist als Erfinder genannt worden

gangskraftschluß verbunden sind, daß von dem schlaggebenden Endteil bis zu dem entgegengesetzt liegenden freien Ende des Kolbens eine durch die Kolbenteile hindurchlaufende ununterbrochene Stoßwellenbahn entsteht, wobei diese von den Kolbenteilen gebildete Stoßwellenbahn wesentlich länger ist als die Länge des Hammerkolbens.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele von Hammerkolben gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer durch Preßluft angetriebenen Gesteinsbohrmaschine mit einem Differentialhammerkolben,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Mittellängsschnitt durch den Hammerkolben der Gesteinsbohrmaschine nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Mittellängsquerschnitt durch einen anderen Hammerkolben gemäß der Erfindung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Hammerkolben nach Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 in größerem Maßstab einen Mittellängsschnitt durch den Hammerkolben eines sonstigen Schlaggerätes,

Fig. 6 einen Hammerkolben für ein sonstiges Schlaggerät in einer abgeänderten Ausführung.

Die in Fig. 1 dargestellte mittels Preßluft angetriebene Gesteinsbohrmaschine besteht aus einem Zylinder 1, einem Endstück 2, einem Ventilgehäuse 3, einem

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Kopfstück 4 und einem Zwischengehäuse 5. Das Endstück 2 und das Ventilgehäuse 3 bilden eine Ventilkammer 6, in der ein Steuerventil, z. B. ein schwingendes Scheiben ventil 7 oder ein sonst geeignetes Ventil, wie Röhrenventil, Kolbenventil oder ein Doppelventil, den Preßluftstrom zur Arbeitskammer und gegebenenfalls den Auslaß der Luft daraus steuert. Das Kopfstück 4 und das Zwischengehäuse 5 umschließen ein Bohrerumsetzungsgetriebe, das in bekannter Art aus einem Motor 8, einer davon angetriebenen Schnecke 9, einem Schneckenrad 10 an einem einen Bohrerschaft 12 aufnehmenden Bohrfutter 11 bestehen kann. Ein Haupteinlaßventil 13 steuert den Preßluftstrom zur Ventilkammer 6 und zum Motor 8. Auf dem Endstück 2 ist ein Handgriff 14 sowie ein Anschlußstück 15 für die Zuführung von Spülwasser oder eines anderen Spülmittels angeordnet.

Der Zylinder 1 enthält einen hin- und hergehenden Differentialhammerkolben, der im einzelnen in Fig. 2 im größeren Maßstab dargestellt ist. Der Kolben besitzt ein die Schlagenergie unmittelbar auf einen Bohrerschaft 12 (Fig. 1) übertragendes Endteil 16, einen zylindrischen Kolbenkopf 17 mit großem Durchmesser, der abdichtend im Zylinder 1 gleitet, und einen ist. Dieser Schlagwellen weg beträgt fast das Dreifache der Gesamtlänge des dargestellten Kolbens.

Die verschiedenen Kolbenteile 20, 21 und 27 bestehen aus Stahl und sind derart ausgeführt, daß der Flächeninhalt der Querschnitte der verschiedensten Kolbenteile entlang der Gesamtlänge des Kolbens fast gleich ist und folglich das Gewicht einer jeden Querschnittflächeneinheit im wesentlichen über die ganze Länge des Kolbens konstant ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Kolben besitzt im Kolbenkopf 17 und Zwischenteil 19 eine Aushöhlung 32, und im Bohrgerät (Fig. 1) ist ein Verdrängungskörper 33 angeordnet, der dieser Aushöhlung entspricht. Mit 34 ist ein Rohr für ein Spülmittel bezeichnet, welches sich in bekannter Weise durch eine Zentralbohrung 35 des Kolbens erstreckt.

Der Difrerentialhammerkolben nach Fig. 3 und 4 gemäß der Erfindung besteht aus zwei Teilen, die je einen Schaft 36 bzw. 37 und einen Kopf 38 bzw. 39 aufweisen. Dieser Kolben kann in einer Maschine von ähnlicher Bauart wie die Maschine gemäß Fig. 1 verwendet werden. Der Schaft 36 endet in einem schlaggebenden Teil 40. Der Kopf 38 ist mit dem Schaft 36 mit Hilfe eines im wesentlichen abgestumpften kegel

zylindrischen als Kolbenschaft dienenden Kolbenteil 25 förmigen Zwischenteils 41 verbunden und bildet die

18 mit kleinerem Durchmesser, der abdichtend in dem Zwischengehäuse 5 geführt ist und mit dem Kolbenkopf 17 mit Hilfe eines vorzugsweise abgestumpften kegeligen Zwischenteils 19 verbunden ist. Der Durchmesser des Kolbenkopfes ist wesentlich größer als der Durchmesser des Kolbenschaftes und beträgt in der dargestellten Ausführung etwa das Zweifache des Durchmessers des Kolbenschaftes. Das schlaggebende Endteil 16 ist am Ende' eines zentralen, im wesentlichen zylindrischen Kolbenteiles 20 angeordnet. Ein zylindrischer, im wesentlichen hülsenartiger Kolbenteil 21 übergreift mit Schiebesitz diesen Kolbenteil 20 und stützt sich mit seinem freien bodenförmigen Ende 22 auf die Stoßfläche 20' am Kopfende des Kolbenteiles 20 ab. Ein Flansch 23 am Kolbenteil 20 bildet mit seiner einen Stirnfläche ein Widerlager 24, gegen das sich ein rohrförmiges Zwischenglied 25 mit einer Stirnfläche legt. Die gegenüberliegende Stirnfläche dieses Zwischengliedes 25 ist in eine ein Widerlager 26 bildende Vertiefung des Kolbenteils 21 eingewalzt und zwischen den Widerlagern so stark eingepreßt, daß der hülsenartige Kolbenteil 21 fest mit seinem Boden 22 gegen die Stoßfläche 20' des Kolbenteils 20 gepreßt ist. Ein weiterer zylindrischer Kolbenteil 27 Gleitfläche 42 mit großem Durchmesser. Der Schaft 37 ist konzentrisch in den Schaft 36 mit Schiebesitz eingefügt. Der Kopf 39 bildet einen Deckel für den Kolben 38 und ist zu diesem Zweck mit einem Flansch 43 versehen, der auf der Endstirnfläche 44 des Kopfes 38 aufliegt.

Kleine Ausnehmungen 45 in dem Kopf 39 bilden einen Durchgang von der Zylinderkammer 88 des Gerätes (Fig. 1) oberhalb des Kopfes 39 zu einem Hohlraum 46 zwischen den Kopfteilen 38, 39 und 41. Weitere Durchgänge sind zwischen den Kolbenschäften 36 und 37 angeordnet. Der Schaft 37 ist zu diesem Zweck mit zwei flachen Ausnehmungen 47 (Fig. 4) versehen, die sich über der ganzen Länge des Schaftes erstrecken. Der Schaft 37 besitzt ferner zur Aufnahme eines Spülmittelrohres 34 (Fig. 1) eine Zentralbohrung 48, und in dem schlaggebenden Endteil 40 ist eine im Durchmesser etwas größere Zentralbohrung 49 angeordnet, so daß in diesem Teil ein ringförmiger Durchgang um das Spülmittelrohr 34 gebildet ist. Es ist ersichtlich, daß das in der Zylinderkammer 88 oberhalb des Kolbenkopfes 39 vorhandene Druckmittel durch die Ausnehmung 45 in den Hohlraum 46 eintritt und weiter durch die Durchgänge, die zwischen den flachen

ist um den Kolbenteil 21 durch Überschieben ange- 5° Ausnehmungen 47 und der Innenwand des Kolben

ordnet und bildet den Kolbenkopf 17, den Kolbenschaf t 18 sowie den Zwischenteil 19. Der Kolbenteil 27 stützt sich gegen die Auflagefläche eines Widerlagers 28 des Kolbenteils 21 ab und ist gegen dieses Widerlager mit Hilfe eines rohrförmigen Zwischengliedes 29 gepreßt, das mit Preßsitz zwischen einer Auflagefläche eines Widerlagers 30, des Kolbenteils 27 und einer Auflagefläche eines Widerlagers 31 im Boden 22 des Kalbenteils 21 vorgesehen ist. Das Zwischenglied 29 ist in das Widerlager 31 eingewalzt.

Mit Bezug auf die dargestellte Ausführung des Hammerkolbens (Fig. 2) und auf die Anordnung der Zwischenglieder 25, 29 und die bei der Stoßfläche 20' und der Auflagefläche 28 entsprechend gegeneinandergepreßten Kolbenteile 20, 21 und 27 ist zu sehen, daß ein vom schlaggebenden Endteil 16 ausgehender fortlaufender Schlagwellenweg durch den Kolbenteil 20, den Endboden 22, den einhüllenden Teil des Kolbenteils 21 über die Auflagefläche 28, den Kolbenteil 18, schaftes 36 gebildet sind und durch den Ringraum zwischen der Zentralbohrung 49 und dem Spülmittelrohr 44 zu dem Hohlraum 91 in dem Bohrfutter 11 (Fig. 1) gelangt. Dieser Raum steht durch einen oder mehrere Auslässe 89 oder durch Leckpassagen um den Bohrerschaft mit der Atmosphäre in Verbindung. Folglich kann sich Schmieröl, das im Druckmittel vorhanden ist, an den gleitenden Flächen zwischen den Kolbenschäften 36 und 37 ablagern und diese schmieren. Damit in dem Hohlraum 46 keine Druckbildung erfolgt, ist es erforderlich, daß die Querschnittsflächen der durch die flachen Ausnehmungen 47 und der Zentralbohrung 49 gebildeten Durchgänge größer sind als die Querschnittsflächen der Ausnehmungen 45. Der vom Druckmittel ausgeübte Druck auf den Kopf 39 oder den Zwischenteil 41 preßt diesen so stark auf den Kopf 38, daß die einzelnen Kolbenteile zusammengehalten werden und gemeinsam den Schlag ausüben. In dem Augenblick, wenn der Schlag

den Zwischenteil 19 und- den Kolbenkopf 17 gebildet 70 erfolgt, liefern die Kolbenteile einen fortlaufenden

Druckwellenweg von der Stoßfläche des schlaggebenden Endteils 40 durch den Schaft 36, den Zwischenteil 41, den Kopf 38, den Kopf 39 und den Schaft 37 bis zum Ende dieses Schaftes, der sich frei in dem Schaft 36 bewegen kann.

Fig. 5 zeigt im Längsschnitt einen im wesentlichen zylindrischen Hammerkolben gemäß der Erfindung für ein sonstiges Schlaggerät, z. B. einen Betonbrecher. Dieser Kolben besteht aus einem inneren zentralen zylindrischen Kolbenteil 60, der mit einem schlaggebenden Endteil 61 versehen ist. Ein im wesentlichen zylindrischer hülsenartiger Kolbenteil 62 umschließt mit Schiebesitz den inneren Kolbenteil 60 und besitzt an seinem freien Ende einen Boden 63, der auf einer Stützfläche 59 des Kolbenteils 60 aufliegt. Über den Kolbenteil 62 ist ein weiterer zylindrischer hülsenartiger Kolbenteil 64 mit Schiebesitz angeordnet. Der Kolbenteil 62 ist mit dem inneren Kolbenteil 60 mit Hilfe eines Zwischengliedes 65 verbunden, das sich gegen ein durch einen Flansch 67 des Kolbenteils 60 gebildetes Widerlager 66 abstützt. Das Zwischenglied ist in eine ein Widerlager 68 in dem Kolbenteil 62 bildende Ausnehmung eingewalzt. Der äußere Kolbenteil 64 ist zwischen einer Auflagefläche 69 des mittleren Kolbenteils 62 und einem Zwischenglied 70 angeordnet, das seinerseits in ein ringförmiges Widerlager 71 des Endbodens 63 eingewalzt ist. Der so zusammengefügte Kolben bildet einen vom schlaggebenden Endteil 61 ausgehenden fortlaufenden Schlagwellenweg durch den inneren Kolbenteil 60, den Endboden 63, den mittleren Kolbenteil 62 und den äußeren Kolbenteil 64. Dieser Weg ist im wesentlichen dreimal so lang wie der Kolben selbst. Die Ouerschnittsflächen der Kolbenteile 60, 62 und 64 sind über der ganzen Länge des Kolbens im wesentlichen konstant.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführung eines Hammerkolbens gemäß der Erfindung. Dieser Hammerkolben ist für ein sonstiges Schlaggerät bestimmt. Er besteht aus einem auf ein Arbeitswerkzeug oder einen Amboßblock schlaggebenden Kolbenteil 75, der mit einem von ihm ausgehenden bolzenförmigen Zwischenglied 76 mit geringerem Querschnitt ausgerüstet ist. Dieses Zwischenglied ist an seinem freien Ende mit Schraubgewinde 77 versehen. Ein ringförmiger, vorzugsweise hülsenförmiger Kolbenteil 78 stützt sich auf eine von 4-5 der inneren Stirnfläche des Kolbenteils 75 gebildete Auflagefläche 79 ab. Ein den Kolbenteil 78 mit Schiebesitz umgebender hülsenförmiger mittlerer Kolbenteil 80 besitzt einen Endboden 82 mit einer sich auf dem rückwärtigen Ende des Kolbenteils 78 legenden Auflagefläche 83. Über den mittleren Kolbenteil 80 ist mit Schiebesitz ein hülsenförmiger äußerer Kolbenteil 84 konzentrisch um die Kolbenteile 80 und angeordnet. Der Kolbenteil 80 ist mit einem nach außen gerichteten Flansch 85 versehen, dessen eine Stirnfläche die Auflagefläche 86 bildet, auf der die Endstirnfläche des Kolbenteils 84 ruht. Der Kolbenteil ist an seinem freien Ende mit einem Boden 87 versehen, der für eine Mutter 90, die auf das Gewinde 77 des bolzenförmigen Zwischengliedes 76 aufgeschraubt ist, ein Widerlager bildet. Es ist zu sehen, daß der in Fig. 6 dargestellte Kolben einen fortlaufenden Schlagwellenweg gestattet, der an dem schlaggebenden Endteil 75 beginnt und sich durch die Kolbenteile 78, 80 und 84 erstreckt. Dieser Schlagwellenweg ist etwa dreimal so lang wie der dargestellte Kolben.

Die Ausführungen der Erfindung, wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt, sollen nur als Beispiele dienen. Die Erfindung kann selbstverständlich in verschiedenster Art innerhalb des Schutzumfanges abgeändert werden. Kolben gemäß der Erfindung können z. B. auch in anderen als im hier beschriebenen Schlagwerkzeug benutzt werden. Die verschiedenen Teile der Kolben können aus verschiedenem Material sein. Die Verbindung der Kolbenteile kann, um einen fortlaufenden Schlagwellenweg zu erhalten, in jeder dazu geeigneten Art durchgeführt sein; so können z. B. die verschiedenen Kolbenteile durch Schweißung oder Lötung verbunden werden. Die Anzahl der konzentrisch zueinander angeordneten Kolbenteile kann selbstverständlich größer oder kleiner sein als die in der Zeichnung dargestellte.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Aus zwei oder mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Teilen bestehender und durch ein elastisches Druckmittel, vorzugsweise Preßluft, angetriebener Hammerkolben für Gesteinsbohrmaschinen und sonstige Schlaggeräte, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkolben aus einem inneren Kolbenteil (20, 37, 60, 75, 76) und einem oder mehreren diesen im Schiebesitz hülsenartig fest umschließenden Kolbenteilen (18, 21; 36; 62, 64; 80, 84) besteht und diese Kolbenteile derart durch axial abgestützten Übergangskraftschluß verbunden sind, daß von dem schlaggebenden Endteil (16, 40, 61, 75) bis zu dem entgegengesetzt liegenden freien Ende (22, 43, 63, 87) des Kolbens eine durch die Kolbenteile hindurchlaufende ununterbrochene Stoßwellenbahn entsteht, wobei diese von den Kolbenteilen gebildete Stoßwellenbahn wesentlich länger ist als die Länge des Hammerkolbens.

2. Hammerkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der mit Schiebesitz übereinandergeschobenen Kolbenteile am Umfang verlaufende Stütz- oder Auflageflächen (28, 31; 44; 59; 69, 71; 79, 83, 86) und an den benachbarten Kolbenteilen entsprechende Übergangsgegenflächen für die sich entgegengesetzt oder gleichgerichtet fortpflanzende Stoßwelle angeordnet sind.

3. Hammerkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kolbenteil (20, 60, 75) von drei zylindrischen konzentrisch zueinander angeordneten Kolbenteilen (20, 21, 27; 60, 62, 64; 75, 80, 84) mit einer als Stoßfläche (20', 59, 83) ausgebildeten Endfläche gegen eine durch einen Endboden (22, 63, 82) des mittleren Kolbenteils (21,62,80) gebildete Auflagefläche abgestützt ist.

4. Hammerkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die in axialer Richtung gegeneinander gepreßten Kolbenteile (20, 21, 27; 60, 62, 64) zwischen bzw. an den einzelnen Kolbenteilen angeordneten Widerlagern (24, 26; 30, 31; 66, 68, 69, 71) mit eingepreßten Zwischengliedern (25, 29; 65, 70).

5. Hammerkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein die einzelnen Kolbenteile (75, 78, 80, 84) in axialer Richtung gegeneinanderpressendes bolzenf örmiges Zwischenglied (76).

6. Hammerkolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (76) als eine vom inneren Kolbenteil (75) ausgehende und sich auf den Endboden (87) des äußeren Kolbenteils (84) abstützende Schraubverbindung (77, 90) ausgebildet ist.

7. Hammerkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schlaggebende Kolbenteil (36, 38, 41) mit einer als Stoßfläche (44) ausgebildeten Endfläche gegen das benachbarte Ende (43) des anderen konzentrisch dazu angeordneten Kolbenteils (37,39,43) abgestützt ist.

8. Hammerkolben nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Kolbenteilen (36, 38, 41 und 37, 39, 43) zur gedrosselten Zuführung von im Druckmittel enthaltenem Schmiermittel zu den Gleitflächen der Kolbenteile Ausnehmungen (45, 47) angeordnet sind.

9. Hammerkolben nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem äußeren und inneren Kolbenteil (36, 38, 41 und 37, 39, 43) ein mit den Ausnehmungen (45, 47) in Verbindung stehender Hohlraum (46) eingeschlossen ist, der während des Arbeitshubes des Kolbens mit einem

Mittel, dessen Druck geringer ist als der des Antriebsdruckmittels, angefüllt ist.

10. Hammerkolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (46) zwischen dem Kopf (39, 43) des inneren Kolbenteils und dem Kopf (38, 41) des äußeren Kolbenteils angeordnet ist.

11. Hammerkolben nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche des Kopfes (38, 41) des äußeren Kolbenteils als Auflagefläche (44) für einen am Kopf (39, 43) des inneren Kolbenteils angeordneten Flansch (43) ausgebildet ist und die Auflagefläche (44) und der Flansch (43) eine Übergangsstelle für die Stoßwelle von einem Kolbenteil zum anderen bildet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 591 262;
britische Patentschriften Nr. 113 267, 659 331.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen