DE2516546A1 - Ein von einer druckfluessigkeit getriebener schlagapparat - Google Patents

Ein von einer druckfluessigkeit getriebener schlagapparat

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DE2516546A1 DE19752516546 DE2516546A DE2516546A1 DE 2516546 A1 DE2516546 A1 DE 2516546A1 DE 19752516546 DE19752516546 DE 19752516546 DE 2516546 A DE2516546 A DE 2516546A DE 2516546 A1 DE2516546 A1 DE 2516546A1
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Description

PATENTANWÄLTE
DR. ANDRCJEWiKI
DR.-ING. IiONKE
DIPL.-ING. GESYHUYSEN
DR. Mx\SCH
43 ESSEN, THHATüRPLATZ 3
Essen, den 14. April 1975
Ein vcn einer Druckflüssigkeit getriebener Schlagapparat
Gegenstand dieser Erfindung ist ein von einer Druckflüssigkeit getriebener Schlagapparat, insbesondere für Bohrhammer, welcher Schlagapparat aus einem Gehäuse, an das ein Werkzeug anschliessbar ist, einem in einem Zylinderraum hin und her gehenden Schlagkolben sowie einem sich gleichfalls hin und her bewegenden, in einem Steuerventilraum mit dem Kolben konzentrischen hülsenförmigen Steuerventil besteht.
In dieser Anmeldung sind unter "nach unten" und "unten" das werkzeugseitige Ende und unter "nach oben" und "ober" das gegenüberliegende Ende des Apparats zu verstehen. Im vorliegenden Text wird das Wort Kanal in der Singularform gebraucht, auch wenn es sich dem Sachzusarrmenhang nach um ein aus mehreren Kanälen bestehendes Kanalnetz handelt.
Hydraulische Schlagapparate dieser Art sind heute von verschiedenen Herstellern entwickelt worden, weil Öl im Vergleich mit Druckluft wirtschaftlich ist. Bei derartigen Apparaten ist es jedoch schwierig, die Bewegungen der Flansche und des Ausgleichventils in den Fällen gengenseitig zy synchronisieren, in denen diese Bewegungen den Auslass von Druckflüssigkeit aus einen Zylinderraum in einen Auslasskanal und den Einlass von Druckflüssigkeit in den erwähnten Zylinderraum steuern. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu eliminieren.
Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemässen Schlagapparat gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass, wenn das Steuerventil sich in seiner
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lieh ist. Die gewöhnlichsten Nachteile derartiger Apparate sind die schädliche Wirkung der Abnutzung des schlagenden Endes des Kolbens auf die Funktion des Schlagapparats, die Schwierigkeiten beim Ingangsetzen des Apparats sowie die aufgrund der Lage des Steuerventils komplizierte Konstruktion. DeF vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu eliminieren und einen Schlagapparat zu schaffen, dessen Funktion gegen Abnutzung des schlagenden Endes des Kolbens unempfindlich ist und dsr bei jeder Lage des Kolbens leicht in Gang zu setzen ist und der überdies noch möglichst einfach konstruiert und betriebssicher ist.
Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemässen Apparat gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Steuerventil im Gehäuse so angebracht ist, dass die zylinderförmige Innenfläche des Steuerventils einen Teil einer die Kolbenflansche umgebenden zylinderförmigsn Wand des Zylinderraums bildet.
Das hülsenförmige Ventil, mit dessen Hilfe die Bewegungsrichtung des Kolbens geändert wird, ist im Gehäuse des Schlagapparats in der Wtaise angeordnet, dass es den Zylinderraum unmittelbar umgreift, so"dass die Innenfläche des Steuerventils einen Teil einer die Kolbenflansche umgebenden zylinderförmigen Wand bildet. Die Oberfläche des Steuerventils steht in kontinuierlicher Verbindung mit ainem Einlasskanal für Druckflüssigkeit, während die Verbindung zwischen der Unterfläche des Steuerventils und dem Einlasskanal für die Druckflüssigkeit diskontinueirlich ist. Diese diskontinuierliche Verbindung wird auf folgende Weise zustandegebracht: wenn der Kolben sich in ober nahe seiner unteren Lage befindet, verbinden in der Kolbsnf!ansehe untergebrachte Kanäle den unterhalb der Kolbenflansche unter Druck liegenden Zylinderraum mit dem Teil des Steuerventilraumes, der unterhalb der Unterfläche des Steuerventils liegt, während in dem Fall·, dass der Kolben sich in oder nahe seiner oberen Lage befindet, die Kolbenflansche die erwähnte Verbindung durch eine in dem Gehäuse befindliche Enge unterbricht, die zwischen dem erwähnten unter Druck liegenden Zylinderraum und dem erwähnten Steuerventilraum vorgesehen ist.
Der Zylinderraum unterhalb der Kolbenflansche, d.h. der untere Raum, steht in kontinuierlicher Verbindung mit dem Einlasskanal für Druckflüssigkeit. Der Raum oberhalb der Kolbenflansche, d.h. der obere Raum, ist bei
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der unteren Lags des Steuerventils gleichfalls mit dem Einlasskanal verbunden, während er dagegen bei der oberen Lage des Steuerventils mit dem Ausslasskanal verbunden ist.
Die Kehrbewegung dss Kolbens wird dadurch verlangsamt und angehalten, dass die vom Kolben beseitigte Flüssigkeit in einer günstigen Phase der Kehrbewegung des Kolbens auf die Druckseite des Schlagapparats geleitet wird, wo sie in einem Druckakkumulator gespeichert wird. Die geleistete Arbeit verlangsamt und hält schliesslich die Bewegung des Schlagkalbens ans. Die im Druckakkumulator gespeicherte Druckflüssigkeit steht am Anfang des folgenden Arbeitszyklusses zur Verfugung, und deshalb bedeutet die beschriebene Konstruktion und Funktion eine Energieersparung im Vergleich zu Konstruktionen, wo die Kehrbewegung des Schlagkolbens entweder durch einen Stcssdämpfer, in dem die Schiagenergie in Wärme übergeht, oder durch einen festen Anschlag angehalten wird.
Bei einem Leerlaufschlag wird der Kolben in einem mit dem unteren Raum verbundenen Flüssigksitsdämpfer angehalten. Dabei vermischt sich die erwärmte Flüssigkeit des Dämpferraumes mit der kälteren Flüssigkeit des unteren Raumes, wodurch die Temperatur der Flüssigkeit nicht zu hoch steigen kann.
Die Erfindung wird im folgenden mit Hinweis auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den erfindungsgemässen Schlagapparat im Teilschnitt von der Seite, wobei' der Kolben am Ende eines Arbeitsschlages dargestellt ist.
Fig. 2 entspricht Fig. 1, aber hierbei ist der Kolben am Anfang eines Arbeitsschlages dargestellt.
Ein Kolben 27, der einen Schaft 5, eine Flansche 4 und eine Verlängerung 18 aufweist, ist hin- und herbeweglich in einem Zylinderraum eines Gehäuses 1 untergebracht, welcher Raum aus einem Zylinderraum unterhalb der Flansche 4, d.h. einem unteren Raum B, und einem Zylinderraum oberhalb der Flansche 4, d.h. einem oberen Raum 10 besteht. Während der Kolben 27 sich hin und her bewegt, schlägt er gegen ein Werkzeug 2. Wenn das Werkzeug 2 nicht da ist, wird der Kolben 27 in einem Dämpferraum 21 angehalten, den die Flansche 4 in ihrer äussersten Lage schliesst, wobei der Druck im Dämpferraum hoch genung steigt, um die Bewegung des Kolbens anzuhalten. Ein für die Verlängerung 18 vorgesehener Zylinderraum 17 verbindet über einen Kanal 26 den
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oberen Raum 10 mit einem Einlasskanal 9, wenn sich der Kolben seinem oberen Wendepunkt nähert. Der Schlagapparat ist von einem Spülrohr 23 durchzogen, das Spülmittel in eine im Werkzeug 2 befindliche Bohrung leitet. Ein Druckschlauch, der dem Apparat Druckflüssigkeit zuführt, kann an eine Verschraubung 24 und ein Auslasschlauch entsprechend an eine Verschraubung 25 angeschlossen werden. An der Verschraubung 24 fängt im Gehäuse des Schlagapparates der Einlasskanal 9 an, der zu dem unteren Raum 8 und dem oberen Raum 10 sowie zu einem Druckakkumulator 19 führt. Zweck des Akkumulators ist es, die Strömungsmengen und Druckabweichungen auszugleichen.
Der Einlasskanal 9 steht in kontinuierlicher Verbindung mit dem unteren Raum 8 und über ein Steuerventil 7 mit dem oberen Raum 10. Im Kolben 27 ist die ständig unter Druck liegende Unterfläche der Flansche kleiner bemessen als die Oberfläche, wobei der hierauf wirkende Druck mittels des Steuerventils 7 abgestellt bzw. ausgelöst werden kann. Wenn der obere Raum 10 einem Druck ausgesetzt ist, bewegt sich der Kolben 27 nach unten. Während des Auslasses aus dem oberen Raum 10 bewegt sich der Kolben dagegen nach oben.
Das Steuerventil 7 bewegt sich in einem Raum 6, der im Gehäuse 1 den Teil des Zylinderraumes B, 10 unmittelbar umgibt, in dem sich die Kolbenflansche 4 bewegt. Zwischen dem unteren Raum 8 und dem Steuerventilraum 6 ist eine Enge 28 vorgesehen, deren zylinderförmige Innenfläche einen Teil der die Kolbenflansche 4 umgebenden zylinderförmigen Wand des Zylinderraums 8, 10 bildet.
Ein Teil des unterhalb des Steuerventils 7 befindlichen Raumes 6 wird durch im Kolben 27 angeordnete Kanäle 13 mit dem unteren Raum 8 verbunden, nachdem sich der Kolben 27 ausreichend weit nach unten bewegt hat. Im Steuerventil 7 sind auch Öffnungen 15 und 16 vorgesehen, die zeitweise in Verbindung mit einem Auslasskanal 11a, 11b stehen. Kenn das Steuerventil 7 ausreichend weit nach oben verschoben ist, wie in Fig. 1, kann die Flüssigkeit aus dem oberen Raum 10 durch die im Steuerventil 7 ausgeformte Öffnung 15 in den Auslasskanal 11a fliessen. Wenn der Raum 6 am unteren Ende des Steuerventils 7 über im Kolben angeordnete Kanäle 3 mit dem unter Druck liegenden unteren Raum 8 in Verbindung steht, presst der auf die Unterfläche 14 des Steuerventils 7 wirkende Druck das Ventil nach oben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die obere Fläche 12 des Steuerventils kleiner ist. als
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die untere Fläche 14 und dass der Druck beiderseits gleich ist. Wenn der Kolben 27 etwa seinen oberen Wendepunkt erreicht hat, wobei das Steuerventil 7 in seiner oberen Lage liegt, verbinden die Kanäle 13 der Flansche 4 den Steuerventilraum B mit dem Auslasskanal 11b über die im Steuerventil 7 vorgesehenen Öffnungen 15. Vorhin hat die Flansche 4 die Verbindung zwischen dem unteren Raum 8 und dem Steuerventilraum 6 mittels der im Gehäuse 1 befindlichen Enge 28 unterbrachen, die zwischen dem unteren Raum 8 und dem Steuerventilraum 6 liegt. Wenn der Steuerventilraum 6 mit dem Auslasskanal 11b in Verbindung steht, sinkt der Druck im Steuerventilraum 6, während der auf die obere Fläche 12 des Steuerventils 7 wirkende Einlassdruck das Steuerventil 7 nach unten verschiebt.
Fig. 1 stellt eine Situation dar, wo der Kolben 27 nach Aufschlagen auf das Werkzeug seine Kehrbewegung beginnt. Das Steuerventil 7 ist in seiner obersten Lage im Dämpfer angehalten. Die Druckverbindung zwischen dem Einlasskanal 9 und dem oberen Raum 10 ist vollständig unterbrochen, während die Verbindung zu dem Auslasskanal 11a durch die Öffnung 15 offen ist. Der Druck im unteren Raum 8 wirkt auf den Kolben 27 und verschiebt ihn nach oben. Der Steuerventilraum 6 steht über die Kanäle 13 im Kclben 27 mit dem unteren Raum 8 in Verbindung.
Nachdem der Kolben gegen das Werkzeug 2 angeschlagen hat, fängt er seine Kehrbewegung an. Anfangs beschleunigt sich die Geschwindigkeit des Kolbens, wenn die Flüssigkeit durch den Kanal 11a aus dem oberen Raum 10 in den Auslasskanal 3 strömt. Die Beschleunigung nirrmt ab und schliesslich wird die Bewegung des Kolbens langsamer, wenn eine Kante des Kolbens die Strömung in den Auslasskanal 11a zu drosseln anfängt, wobei der Druck im oberen Raum 10 steigt. Damit der Druck im oberen Raum den durchschnittlichen Druck auf dsr Druckseite des Schlagapparates nicht weit übersteigt, öffnet die Kante der Verlängerung 18 des Kolbens die Verbindung 26 zwischen dem oberen Raum 10 und dem Einlasskanal 9 schon ein wenig bevor die Kante des Kolbsns die Verbindung zu dem Kanal 11a vollständig unterbricht. Wenn der Kanal 11a geschlossen wird, hört der Auslass zum Auslasskanal 3 auf, und der Kolben bewegt sich weiter mit abnehmender Geschwindigkeit. Die Flüssigkeit, die der Schlagkolben während seiner Bewegung beseitigt, strömt durch den Kanal 26 in den Einlasskanal 9 und wird in dem Akkumulator 19 gespeichert.
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In Fig. 2 steht der Kolben 27 im Begriff, seinen Arbeitsschlag anzufangen. Das Steuerventil 7 ist in seiner unteren Lage im Dämpfer angehalten. Während der Kolben 27 sich nach unten bewegt, öffnet er ein wenig vor seinem Schlag die Verbindung zwischen dem unteren Raum θ und dem Steuerventilraum 6 über die Kanäle 13. Im Steuerventilraum 6 steigt der Druck, wodurch das Steuerventil 7 nach oben verschoben wird. Die Verbindung zwischen dem Einlasskanal 9 und dem oberen Raum 10 wird unterbrochen, und die zum Auslasskanal 11a führende Öffnung 15 geöffnet. Das Steuerventil 7 wird im Dämpfer 20 in der in Fig. 1 dargestellten Lage angehalten.
Durch den erfindungsgemässen Schlagapparat werden folgende Vorteile erreicht:
Der Schlagapparat hat eine einfache Konstruktion und besitzt möglichst wenige bewegliche und sich abnutzende Teile.
Der Kolben und das Steuerventil werden gegenseitig voneinander gesteuert und der Apparat startet in jeder Lage dieser Teile. Zusatzteile, die in den bekannten Konstruktionen nötig sind, um die Startfähigkeit zu verbessern, sind in der angemeldeten Erfindung unnötig.
Die im Gehäuse vorgesehene Enge und die im Kolbenflansch angeordneten Kanäle können leicht so bemessen werden, dass die Abnutzung des schlagenden Endes des Kolbens die Funktion des Schlagapparates nicht stört.
Der Schlagapparat ist gegen Druckänderungen der Triebflüssigkeit nicht empfindlich.
Der Strömungsweg der unter Druck liegenden Flüssigkeit zu dem oberen Raum des Zylinders ist wegen der günstigen Lage des Steuerventils so kurz wie möglich, wodurch die Druckverluste möglichst gering sind.
Die Bewegungen des Steuerventils sind in beiden Richtungen durch Anhalten des Ventils in den Dämpfern begrenzt. Auf diese Weise können durch mechanischen Kontakt verursachte Abnutzungen reduziert werden.
Oben bind die Konstruktion und die Funktion eines erfindungsgemässen Schlagapparates an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Einem Fachmann ist es jedoch klar, dassverschiedene Ausführungsformen der Erfindung im Rahmen der folgenden Patentansprüche möglich sind.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    .^ Ein von einer Druckflüssigkeit getriebener Schlagapparat, insbesondere für Bohrhammer, welcher Schlagapparat aus einem Gehäuse CD, an das ein Werkzeug (2) anschliessbar ist, und einem in einem Zylinderraum (8), (10) angebrachten, sich hin- und herbewegenden Kolben (27) sowie aus einem mit dem Kolben konzentrischen, hülsenförmigen Steuerventil (7) zum Ändern der Bewegungsrichtung des Kolbens besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (7) im Gehäuse (1) so angebracht ist, dass die zylinderförmige Innenfläche des Steuerventils (7) einen Teil einer die Kalbenflansche (4) umgebenden zylinderförmigen Wand des Zylinderraums (6, 10) bildet.
    2. Schlagapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) der untere Raum (8) des Zylinderraums und ein Steuerventilraum (6) so angebracht sind, dass zwischen ihnen im Gehäuse eine Enge (28) entsteht, und dass im Kolben (27) ein i\anal (13) so angebracht ist, dass, wenn sich der Kolben in oder nahe seiner unteren Lage befindet, der erwähnte Kanal den unteren Raum (8) mit dem durch das Gehäuse (1), den Kolben (27) und das untere Ende (14) des Steuerventils abgegrenzten Teil des Steuerventilraumes (6) verbindet, und dass, wenn der Kolben sich in oder nahe seiner oberen Lage befindet, dis Kolbenflansche die erwähnte Verbindung unterbricht.
    3. Schlagapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ununterbrochen unter Druck liegende untere Fläche (14) des Steuerventils (7) grosser ist als die obere Fläche (12) des Steuerventils (7).
    4. Schlagapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Fläche (12) des Steuerventils in kcntinuierlicher Verbindung mit einem Einlasskanal (9) für Druckflüssigkeit steht.
    5. Schlagapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da3^ der untere Raum (8) des Zylinderraums, d.h. der Raum unterhalb des Kolbens,- in kontinuierlicher Verbindung mit denn Einlasskanal (9) für Druckflüssigkeit steht, und dass der Raum (10) oberhalb des Kolbens, d.h. der obere Raum, bei der unteren Lage des Steuerventils (7) gleichfalls mit dem Einlasskanal (9), aber bei der oberen Lage des Steuerventils mit einem Auslasskanal (11a) in Verbindung steht.
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    B. Schlagapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass darin ein Kanal (13) so angebracht ist, dass er den durch das Gehäuse (1), die untere Fläche (14) des Steuerventils und den Kolben (27) abgegrenzten Steuerventilraum (S) mit einem Auslasskanal (11b) verbindet, wenn sich das Steuerventil in oder nahe seiner obersten Lage befindet.
    7. Schlagapparat nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch-gekennzeichnet, dass im Steuerventil (7) Öffnungen (15, 16) vorgesehen sind, um Flüssigkeit aus dem oberen Raum (10) in den Auslasskanal (11a) und aus dem Steuerventilraum (6) in den Auslasskanal (11b) zu leiten.
    8. Schlagapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (27) eine Verlängerung (18) aufweist, die sich in einem oberhalb des Kolbens im Gehäuse gebildeten Zylinderraum (17) bewegt.
    9. Schlagapparat nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (9), an den ein Druckakkumulator (19) angeschlossen ist, in direkter Verbindung mit dem oberen Raum (10) steht, wenn das Steuerventil (7) sich in der unteren Lage befindet, während er über einen Kanal (26) mit dem genannten Raum verbunden ist, nachdem die Kolbenverlängerung (18) in ihrer oberen Lage den Kanal (26) geöffnet hat.
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