DE2217507B1

DE2217507B1 - Hydraulischer hammer und seine verwendung fuer bohrhaemmer

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Publication number: DE2217507B1
Application number: DE19722217507
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-04-12
Filing date: 1972-04-12
Publication date: 1973-08-09
Also published as: IT955767B; CH551849A; BE785590A; US3805896A; ES403880A1; CA982450A; ES403891A1; FR2180280A5

Description

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Es ist ferner bekannt, daß für die Wirkung eines Der Hammer läßt sich erheblich vereinfachen,

Hammers nicht nur Frequenz und Energie, sondern wenn die freien Ringräume in an sich aus der deutauch die Verweilzeiten des Schlagbolzens auf dem sehen Auslegeschrift 1 171 653 bekannter Weise unWerkzeug und damit auf dem zu bearbeitenden Ma- terschiedliche Ringflächen aufweisen. In diesem terial hinsichtlich der Energieabgabe außerordentlich 5 Falle bedarf es nur je einer Leitung zu je einem wichtig sind. Bei hartem Material sind kurze, bei Ringraum. Der Ringraum mit der kleineren Ringweichem Material lange Verweilzeiten wünschens- fläche ist ständig zur Pumpe hin offen, während der wert. Bei herkömmlichen hydraulischen Hämmern ist größere Ringraum über die sich teilende Leitung sobei gleichen Druckverhältnissen im Hydrauliksystem wohl mit der Pumpe als auch mit dem Tank verbundie Verweilzeit immer gleich lang, da mit dem Errei- 10 den ist und mit einem Dreiwegehahn versehen ist. chen der Endlage des Kolbens unmittelbar der Rück- Der erfindungsgemäße Hammer läßt sich als reiner

holvorgang eingeleitet wird. Veränderungen in bezug Schlaghammer, der auf ein Werkzeug wirkt, verwenauf die Frequenz und die Verweilzeiten sind bei her- den. Bei entsprechender Ausbildung der Werkzeugkömmlichen Hämmern nur auf Kosten der Energie halterung mit einem angetriebenen Drehkranz eignet möglich, indem der Druck des hydraulischen Sy- 15 sich der Hammer auch als sogenannter Bohrhammer stems geändert wird. Bei einer Herabsetzung des mit massiven oder hohlen Bohrgestängen. In einem Druckes und abnehmbarer Frequenz wird zwar die Bohrloch sitzende Gestänge lassen sich auch bei ent-Verweilzeit langer. Da jedoch auch die Beschleuni- sprechender Ausbildung der Gestängehalterung gung sinkt, verringert sich bei gleich langem Wege durch die Rückholbewegung wieder ziehen. Nach des Kolbens die eingebrachte Energie. ao einer bevorzugten Ausführungsart ist der Schlagkol-

Herkömmliche Hammer haben ferner den Nach- ben mit einer axialen Bohrung versehen, in der eine teil, daß sie durch die Anbringung des Steuersystems Zugstange gelagert ist, deren unteres Ende in geeigam Zylinder, das mit Rücksicht auf die starken Er- neter Weise mit einer Gestängehalterung, beispielsschütterungsbelastungen sehr robust ausgeführt wer- weise durch Verschraubungen, verbunden werden den muß, außerordentlich unhandlich und schwer 25 kann, während das obere Ende in einem Flansch sind. endet, auf die der Schlagkolben bei der Rückholbe-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wegung aufschlägt.

Hammer zu finden, der für die verschiedensten An- Der erfindungsgemäße Hammer ist gegenüber her-

wendungsgebiete in der Bauwirtschaft geeignet ist, kömmlichen hydraulischen Hämmern außerordentdaß sich für den jeweiligen Anwendungszweck opti- 30 Hch vielseitig verwendbar und auf die jeweiligen Armale Arbeitsverhältnisse erzielen lassen, indem bei beitsverhältnisse anpaßbar. So kann beispielsweise gleichem Druck des hydraulischen Systems Schlag- der Aufschlag des Kolbens auf den Amboß des frequenz, Verweilzeiten und Energieeinbringung in Werkzeuges feinfühlig verfolgt werden und die Veroptimalem Abhängigkeitsverhältnis zueinander, auch weilzeiten auf die optimal notwendige Zeit zur vollwährend der Arbeit des Hammers, verändert werden ₃₅ ständigen Energieübertragung angepaßt werden, können. Durch die Ausschaltung von Totzeiten, die bei her-

Die Lösung der Aufgabe wird in einem Hammer kömmlichen Hämmern, insbesondere bei hartem Magesehen, der aus einem herkömmlichen Zylinder und terial, auftreten, läßt sich die gewonnene Zeit zur einem in diesem gelagerten, hin- und herbeweglichen Frequenzerhöhung und damit zur Erhöhung der Schlagkolben besteht, dessen mittlerer Kolbenring 40 Energieeinbringung pro Zeiteinheit verwenden. Da die Begrenzung von zwei freien Ringräumen des Zy- der Weg des Kolbens zwischen den Endstellungen linders bildet, in die je eine Druckleitung und eine beliebig geändert werden kann und auch die Ampli-Rücklaufleitung im Bereich der jeweiligen Endstel- tuden nach oben oder unten verschiebbar sind, lung einmünden und der dadurch gekennzeichnet ist, schließlich der Kolben durch Amplitudenverkürzung daß die Bewegung des Kolbens über außen liegende, 45 bis in ein freies, energieabgabeloses Schwingen vervon der jeweiligen Stellung des Kolbens unabhängige setzt werden kann, ist er außerordentlich anpassungs-Steuerventile gesteuert wird, die in einem Pumpen- fähig und kann allen geologischen Verhältnissen gekreislauf mit Vorratstank angeordnet sind. recht werden. Es ist ferner möglich, den Hammer bei

Die Steuerventile sind vorzugsweise außerhalb des unterschiedlichen Druckverhältnissen in der Hydrau-Hammergehäuses angeordnet und mit den Zu- und 50 Hk, die sowohl durch unterschiedliche Pumpenlei-Ausgängen des Zylinders vorzugsweise durch flexible stung als auch vor allem durch Änderungen in der Leitungen verbunden. Länge des Leitungsweges eintreten können, durch

Als Steuerventile eignen sich vorzugsweise schnell- die Änderung des Kolbenweges so einzustellen, daß schließende und -öffnende Zweiwegeventile, die elek- bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Kolbens die tromagnetisch betätigt werden können. 55 Bewegung beendet wird, da die Beschleunigung bei

Zur Steuerung der Ventile wird vorzugsweise ein dieser Geschwindigkeit auf Null sinkt und durch elektronisches Digitalsystem verwendet, mit dem die einen längeren Weg keine Erhöhung der Einzelöffnungs- und Schließzeiten während der Arbeit des schlagenergie mehr erreicht werden kann. Hammers beliebig variiert werden können. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf

Um zu vermeiden, daß der Schlagkolben in seiner 60 die in der Zeichnung dargestellten Ausführungbei-Endstellung auf die Kolbenlager oder das Gehäuse spiele verwiesen, aufschlägt, falls er aus irgendwelchen Gründen auf Es zeigt

dem Amboß des Werkzeuges keinen Widerstand fin- F i g. 1 eine schematische Darstellung des Hydrau-

det, werden vorzugsweise im Bereich der jeweiligen likkreislaufs und einen Längsschnitt durch einen als Endstellung des Kolbens Näherungsschalter ange- 65 Schlaghammer ausgebildeten Hammer, bracht, die über das elektronische System auf die F i g. 2 die schematische Darstellung gemäß F i g. 2

Steuerventile wirken und die Kolbenbewegung vor und einen Längsschnitt durch einen Schlag- und dem Erreichen der Endstellung anhalten. Ziehhammer.

Das Hydrauliksystem des dargestellten Ausfüh- schon einleitet, bevor der Kolben 11 seine Endlage rungsbeispieles besteht aus einem Vorratstank 1 für erreicht hat: Der schlagseitig angeordnete Nähedas Hydraulikmedium, einer Pumpe 2, einer Druck- rungsschalter, der den gleichen Zweck erfüllt, dient leitung 3 und einer Rückleitung 4. Der in das System vor allem dazu, ein Aufschlagen des Kolbenringes 13 eingebaute Dreiwegehahn 5 besteht aus zwei Zweiwe- 5 auf die andere Lagerbüchse 12 oder des Kolbenendes geventilen6,7. ' auf die Werkzeughalterung 17 und damit das ganze

Das Hammergehäuse besteht aus dem Zylinder 8, Gehäuse zu verhindern, falls das Werkzeug 16 bis dem hinteren Gehäuseteil 9 und dem Werkzeugge- zum erneuten Aufschlagen des Kolbens 11 nicht in häuse 10. In dem Zylinder 8 ist der Kolben 11 in seine Endlage zurückgekehrt ist oder dem Schlag des Lagerbüchsen 12 gelagert. Etwa in der Mitte seiner io Kolbens 11 nur geringen oder kernen Widerstand Länge ist der Kolben 11 mit einem Kolbenring 13 entgegensetzt.

versehen, der den Innenraum des Zylinders in zwei Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeifreie Ringräume 14, 15 unterteilt. Der Ringraum 14 spiel eines Schlag- und Ziehhammers ist der Kolben ist über die Pumpenleitung 3 mit der Pumpe 2 ver- 11 mit einer Bohrung versehen, in der eine Zugbunden, während der Ringraum 15 mit dem Dreiwe- 15 stange 19 axial gelagert ist. Am hinteren Ende der gehahn 5 verbunden ist. Zugstange 19 ist ein Flansch 20 angebracht. Das vor-

Das Werkzeug 16 sitzt mit seiner Werkzeughalte- dere Ende 21 der Zugstange 19 ragt frei in erne entrang 17 in dem Gehäuseteil 10. In dem Gehäuseteil 9 sprechende Ausnehmung des Werkzeuges 16 hinein, und dem Gehäuseteil 10 sind Näherungsschalter 18 so Das Ende 21 kann beispielsweise mit einem Gewinde angeordnet, daß sie kurz vor Erreichen der jeweili- 20. versehen sein, an das erne an Stelle des Werkzeuges gen Endstellung des Kolbens 1 in semer Hin- und 16 und der Werkzeughalterung 17 nach Abnahme Herbewegung reagieren. des Deckels 23 des Gehäuseteiles 10 in das Gehäuse^

Die Zweiwegeventile 6, 7 werden durch nicht dar- teil 10 eingeführte Gestängehalterung angeschraubt gestellte Elektromagnete betätigt, die ihrerseits von wird. Die Werkzeughalterung kann jedoch auch so einem ebenfalls nicht dargestellten elektronischen 25 ausgebildet werden, daß sie zum Schlagen und Zie-Digitalsystem gesteuert werden, an das auch die Nähe- hen eines Gestänges ohne Auswechselung verwendet rungsschalter 18 ihre Impulse abgeben. werden kann.

In F i g. 1 ist der Hammer während der Schlagbe- Die Funktion des in F i g. 2 dargestellten Ausfüh-

wegung des Schlagkolbens 11 auf das Werkzeug 16 rungsbeispieles entspricht derjenigen des Ausfühdargestellt. Der Kolben 11 wird durch den Druck des 30 rungsbeispieles von Fig. 1. Durch eine Steuerphavon der Pumpe 2 über die Leitung 3 in den Ringraum senverschiebung läßt sich jedoch die Schlagbewegung 14 geförderte Hydraulikmedium in Richtung auf das des Kolbens 11 umkehren, in dessen Bohrung die Werkzeug 16 bewegt. Dabei entleert sich der Ring- Zugstange 19 frei beweglich ist. Der Schlagkolben 11 raum 15 durch das offene Ventil 7 über die Rück- schlägt nunmehr mit seinem hinteren Ende gegen den lauf leitung 4 in den Tank 1. Das Zweiwegeventil 6 ist 35 Flansch 20, wodurch Zugkräfte auf die Zugstange während dieses Vorganges geschlossen. Sobald das 19, die damit verbundene Gestängehaltung und das Zweiwegeventil 7 geschlossen und das Zweiwegeven- Gestänge ausgeübt werden.

til 6 geöffnet wird, wirkt der Druck des Hydraulik- An Stelle der 'einfachen Werkzeughalterung 17

mediums auf die Ringräume 14 und 15. Durch die kann eine Drehwerkzeughalterung angebracht wergrößere Beaufschlagungsfläche des Ringraumes 15 40 den, die über einen nicht dargestellten Drehkranz das auf den Kolbenring 13 wird jedoch der Kolben 13 Werkzeug 16 während der Rückholbewegung des zurückbewegt und der Ringraum 14 in die Pumpen- Kolbens 11 um einen gewissen Winkel dreht, so daß leitung 3 entleert. Ein Druck gegen die Pumpe 2 tritt die Schneide des Werkzeuges 16 bei jedem Schlag in dadurch nicht auf, da das aus dem Ringraum 14 flie- einer anderen Stellung auf das zu bohrende Material ßende Hydraulikmedium mit dem Ringraum 15 zu- 45 auftrifft,
geführt wird. Bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfüh-

Durch die Veränderung der Schließ- und Öff- rungsbeispielen ist der Hammer über flexible Leitunnungszeiten der Zweiwegeventile 6 und 7 kann der gen mit dem Dreiwegehahn 5 bzw. der Pumpleitung 3 Weg des Kolbens 11 bzw. des Kolbenringes 13 inner- verbunden.

halb der Länge der Ringräume 14, 15 behebig vari- 5° Der erfindungsgemäße Hammer hat gegenüber iert werden. Die Verweilzeiten des Kolbens 11 auf herkömmlichen Hämmern den Vorteil außerordentdem Werkzeug 16 werden durch die Schließzeiten lieh einfacher Bauweise, weshalb er vergleichsweise des Zweiwegeventils 7 bestimmt. klein ausgebildet werden kann. Der erfindungsge-

Ein Aufschlagen des Kolbenringes auf die Lager- mäße Hammer gestattet insbesondere bei Bohrverbüchsen 12 bzw. das Ende des Kolbens 11 auf den 55 fahren eine während des Bohrens ständige Anpas-Deckel des Gehäuses 9 wird, sofern nicht eine unmit- sung an die Verhältnisse der gerade durchfahrenen telbare Steuerung erfolgt, durch einen Impuls des Schicht und sichert damit eine außerordentlich einen Näherungsschalters 18 verhindert, der auf schnelle Arbeit, die von herkömmlichen Hämmern Grund serner Lage die Umsteuerung der Ventile 6 wegen ihrer Beschränkung des Steuersystems nicht und 7 unter Berücksichtigung der Steuerungszeiten 6° erreicht werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Hammer läßt sich sowohl als Handhammer als auch Patentansprüche: als Großhammer an Lafetten und Baggerauslegern verwenden.

1. Hydraulisch angetriebener Hammer, be- Es sind in der Bauwirtschaft hydraulische Hämstehend aus einem Zylinder und einem in diesem 5 mer bekanntgeworden, die aus den bisher verwendegelagerten, hin- und herbeweglichen Schlagkol- ten, pneumatischen Hämmern entwickelt wurden, ben, dessen mittlerer Kolbenring in Mittelstellung deren Verwendung insbesondere durch den von dem zwei freie Ringräume des Zylinders begrenzt, in notwendigen Kompressor und dem Hammer selbst die je eine Druckleitung und eine Rücklaufleitung ausgehenden Lärm in zunehmendem Maße auf Kritik im Bereich der äußeren Enden der Ringräume io gestoßen sind. Hydraulische Hämmer, wie sie z.B. einmünden, dadurch gekennzeichnet, aus der deutschen Patentschrift 1758 963 bekannt daß die Bewegung des Kolbens (11) über außen sind, bestehen demzufolge im wesentlichen aus einem liegende, von der jeweiligen Stellung des Kolbens Zylinder und einem in diesem angeordneten Schlag-(11) unabhängige Steuerventile steuerbar ist, die kolben, der mittels einem oder mehreren etwa in der in einem Pumpenkreislauf mit Vorratstanks (1) 15 Mitte angeordneten Kolbenringen den Zylinder in angeordnet sind. zwei oder mehrere Ringräume teilt, die abwechselnd

2. Hydraulisch angetriebener Hammer nach durch Füllung und Entleerung den Schlagkolben hin Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die und herbewegen. Die Steuerung der Kolbenbewegung Steuerventile außerhalb des Hammergehäuses an- geschieht über ein System von Steuerventilen, über geordnet und mit den Ein- und Ausgängen des 20 die in der jeweiligen Endstellung des Kolbens ZuZylinders (8) durch flexible Leitungen verbunden und Ableitungen freigegeben oder geschlossen werden sind. und den Fluß des hydraulischen Mediums beeinflus-

3. Hydraulisch angetriebener Hammer nach sen.

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durch die Verwendung derartiger starrer, mecha-

Steuerventile schnellschließende und -öffnende 25 nischer Steuersysteme, die notwendig direkt am Zy-

Zweiwegeventile (6, 7) über ein elektronisches linder angeordnet sind, lassen sich solche hydrauli-

Betätigung sind. sehe Hammer optimal nur für sehr eingeschränkte

4. Hydraulisch angetriebener Hammer nach Zwecke verwenden. Es hat sich nämlich herausge-Anspruch3, dadurch gekennzeichnet, daß die stellt, daß bei unterschiedlichen geologischen Ver-Zweigwegeventile (6,7) über ein elektronisches 30 hältnis&en die Wirksamkeit eines Hammers nicht nur Digitalsystem steuerbar sind. von der eingebrachten Energie, sondern auch von

5. Hydraulisch angetriebener Hammer nach der Schlagfrequenz abhängig ist. Die bekannten hy-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Be- draulischen Hämmer sind auf Grund ihres schwerfälreich der jeweiligen Endstellung des Kolbens (11) ligen, mechanischen Steuersystems und des stets Näherungsschalter (18) angeordnet sind. 35 gleich langen Weges des Kolbens in der Schlagfre-

6. Hydrauüsch angetriebener Hammer nach quenz nach oben beschränkt und nach unten nur vaden Ansprüchen 1 bis 5, bei dem die Ringräume riabel auf Kosten der Beschleunigung als Funktion unterschiedliche Ringflächen und unterschiedli- der eingebrachten Kraft. Es ist jedoch wünschensches Volumen aufweisen und mit je einer als wert, die Schlagfrequenz in einem weiten Rahmen Druck- und Rücklaufleitung dienenden Leitung 40 bei gleicher eingebrachter Energie pro Zeiteinheit zu versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der variieren. So ist beispielsweise bekannt, daß beim kleinere Ringraum (14) zur Druckleitung (3) hin Schlagen von Bohrlöchern in harten, rolligen Böden ständig offen und der größere Ringraum (15) bei einer Frequenz von 500/min unabhängig von der über einen Dreiwegehahn (5) mit der Drucklei- Energie pro Schlag fast kein Vortrieb mehr erreicht tung (3) und der Rücklaufleitung (4) verbunden 45 wird, während bei einer Frequenz von 2000/min. ein sind. schneller Vortrieb bei gleicher Energie pro Schlag

7. Verwendung eines hydraulisch angetriebe- möglich ist. Es ist ferner bekannt, daß in lehmigen nen Hammers nach den Ansprüchen 1 bis 6 für Böden niedrige Schlagfrequenzen, im Fels dagegen Bohrhämmer, dadurch gekennzeichnet, daß der hohe Schlagfrequenzen wünschenswert sind. Schließ-Schlagkolben (11) eine axiale Bohrung aufweist, 50 Hch ist bekannt, daß im Fels bei niedriger Frequenz in der eine Zugstange (19) gelagert ist, die an ih- eine große Sprengwirkung auftritt, während bei hörern unteren Ende (21) Einrichtungen zum Ver- her Frequenz sich mit Rücksicht auf geringere Reichbinden der Zugstange (19) mit einer Gestängehai- weite der Schwingungen die eingebrachte Kraft in ihterung aufweist und deren oberes Ende in einem rer Wirkung auf den unmittelbaren Schlagbereich beFlansch (20) endet. 55 schränkt, was beim Herstellen von Löchern von Vorteil ist.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 171 653 ist ein

Bohrhammer bekannt, der über eine Ventilspindel

gesteuert wird, die über Federn elastisch mit dem 60 Kolben verbunden ist. Die Schlagfrequenz und die

Die Erfindung hat einen hydraulisch angetriebenen Amplitude des Kolbens können durch Änderung der Hammer zum Gegenstand, der insbesondere als Dimensionen der Federn verändert werden. Dies ist Hammer für die Bauwirtschaft, nämlich als Schlag- jedoch nur in beschränktem Rahmen und nur durch hammer zum Zersprengen von Gestein, Fels, Beton den Austausch der Federn möglich. Eine Änderung und Mauerwerk, als Grabhammer im Erdreich und 65 der Frequenz und der Amplitude während der BeStraßenbau, als Bohrhammer zum Abtäufen von nutzung des Bohrhammers zur Anpassung auf die im Bohrungen und als Ziehhammer zum Ziehen von in Augenblick vorliegenden Bodenverhältnisse ist also Bohrungen sitzenden Gestängen, geeignet ist. Der ausgeschlossen.