DE2517213A1

DE2517213A1 - Hydraulisch betaetigte schlagvorrichtung

Info

Publication number: DE2517213A1
Application number: DE19752517213
Authority: DE
Inventors: Vaeinoe Esko Juvonen
Original assignee: Linden Alimak AB
Current assignee: Linden Alimak AB
Priority date: 1974-04-20
Filing date: 1975-04-16
Publication date: 1975-11-06
Also published as: SE423502B; PL97852B1; NO139113C; AU8019875A; US4022108A; ZA752382B; FR2267858A1; IT1037303B; CH592504A5; ATA300775A; GB1500339A; CA1019224A; JPS50146501A; DD117197A5; IN145221B; JPS5432601B2; SU673193A3; AT341467B; FI50307C; FR2267858B1

Description

PATENTANWALTSBÜRO

BERUlN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

is, ;O Ihr Zeichen Ihr Schreibart vom Unser Zeichen Berlin, den '' '^J■ ■'"'·

Mü- 62 L¥/st 21 082

Linden-Alimak AB

931 03 Skelleftea /Schweden

Hydraulisch·betätigte Schlagvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigte Schlagvorrichtung mit einem Gehäuse, in dem ein hin- und herbewegbarer Schlagkolben zur Übertragung einer Schlag- bzw. Stoßenergie auf ein Schlag- bzw. Stoßwerkzeug angeordnet ist, mit zwischen dem Gehäuse und dem Kolben ausgebildeten Druckkammern und mit einem Kanal- bzw. Leitungssystem, das eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite zur Leitung einer hydraulischen Druckflüssigkeit zu und von den Druckkammern aufweist, wobei die erste Druckkammer ein auf die Bewegungen des Kolbens ansprechendes bewegbares Verteilungsventil zur abwechselnden Verbindung der ersten Kammer mit der Hochdruckseite bzw. mit der Niederdruckseite aufweist.

509845/0369

BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON:	BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
8 MÖNCHEN 22	1-85644	INVENTION	BERLIN	BERLINER BANK AQ.	W. MEISSNER, BLN-W
ST. ANNASTR. 11	INVEN d	BERLIN	030/BB5 60 37	BERLIN 31	122 62-109
TEL: 089/22 36 44			030/888 23 82	3695716000

In jüngster Zeit ist eine Anzahl verschiedener Konstruktionen hydraulisch betätigter Schlaggeräte, insbesondere für Gesteinsbohrer, entwickelt worden. Hydraulisch betätigte Werkzeuge sind wirtschaftlicher als pneumatisch betätigte Arbeitsgeräte.

Jedoch ist bislang kaum ein derart sicheres Gerät entwickelt worden, das sich hinsichtlich der Dauerhaftigkeit und Leistungsfähigkeit mit modernen pneumatischen Gesteinsbohrern messen könnte.

Die größten Probleme im Zusammenhang mit hydraulisch betätigten Werkzeugen sind: .

Zum ersten die Schieberventile für die Hydraulikflüssigkeit, die zur Verteilung des auf den Kolben wirkenden Druckes bestimmt sind. Bisherige Versuche der Ausgestaltung von Schieberventilen, bei denen der Kolben schnell genug hin- und herbewegbar ist, sind nicht erfolgreich gewesen.

Zum zweiten die Abnutzung des Schlagkopfes des Kolbens und ihr Einfluß auf den Betrieb.

Schließlich die Synchronisierung der Schieberventilbewegungen mit der Hin- und Herbewegung des Schlagkolbens.

Zum besseren Verständnis dieser Schwierigkeiten ist die Arbeitsweise von Schlaggeräten allgemein zu beschreiben. Durch Einführen von Drucköl in geeigneter Weise in zwischen dem Maschinenkörper und den druckwirksamen Flächen des Schlagkolbens gebildete Kammern ist der Kolben hin- und herbewegbar ausgebildet, wie beabsichtigt. Der Kolben führt einen Arbeitshub aus, wenn er auf den Bohrstahl zu bewegt wird, undeinen Rückwärtsbzw. Leerlaufhub, wenn er in entgegengesetzter Richtung bewegt wird. Während des Arbeitshubes wird die hydrostatische Druckenergie umgewandelt in kinetische Energie

509845/0 389

des Kolbens, die, wenn der Kolben plötzlich gegen den Bohrstahl schlägt, über letzteren als Stoßwelle auf die •Bohrspitze und das Felsgestein übertragen wird. In diesem Moment wird eine derart große Kräfteinwirkung zwischen der Bohrspitze und dem Felsgestein erzeugt, daß letzteres bricht. Ein Teil der Stoßwelle wird von dem Felsgestein reflektiert und der Bohrstahl bringt den Kolben dazu, seinerseits eine Rückwärtsbewegung mit ziemlich großer Geschwindigkeit, einer sogenannten Rückprallgeschwindigkeit (rebound velocity), auszuführen.

Auf diese Weise kann das den Bohrstahl, die Bohrspitze und das Gestein umfassende System verglichen werden mit einer Art gedämpfter Feder, auf die der Kolben wirkt. Veränderungen der Struktur, (art) und Homogenität des Felsgesteins und anderer ähnlicher Parameter haben Veränderungen der Merkmale der gedachten Feder zur Folge und beeinflussen somit u. a. die Ubertragungszeit des Stoßes und die Rückprallgeschwindigkeit des Kolbens.

Somit tendieren die Hublänge und die Stoßstärke des Kolbens dazu, sich ständig zu verändern. Mit Hilfe der bisher bekannten Verteilungsventile können diese Veränderungen nicht in befriedigender Weise ausgeglichen bzw. vermieden werden. In einigen bekannten Geräten wird dieser Nachteil durch Systeme .vermieden, in denen, mit Ausnahme eines unvermeidlichen Gleitventils, auch eine Menge Hilfsventile vorgesehen sind, die die Schlagenergie und die Stoßstärke konstant halten sollen.

In Anbetracht des Hochdruck-Hydraulikverfahrens, der kleinen Toleranzen, der wechselseitigen Spiele und feinen Oberflächen der sich bewegenden Teile sowie der schwierigen Betriebsbedingungen, etwa durch starke Vibration, Schmutz und Temperaturschwankungen des' Betriebsinittels od. dgl., ist es klar, daß sich die Betriebssicherheit um so mehr verringert, desto mehr Hilfs-

509845/0369

ventile, Federn und andere vibrationsempfindliehe, sich bewegende Teile in der Vorrichtung angeordnet sind.

Auch ein weiteres bisher bekanntes System kann nicht als eine erfolgreiche Lösung angesehen werden, nämlich ein System, bei dem der Kolben am Ende des Rückwärtsbzw. Leerlaufhubes das Gleitventil gegen den Maschinenkörper schlägt. Diese Vorrichtung läßt nämlich keine Veränderungen des Hubes und der Rückkehrgeschwindigkeit zu; sie ist darüber hinaus gegenüber Abnutzung empfindlich und bringt die Gefahr des Brechens loser Metallteile mit sich. Ein weiterer Nachteil der konventionellen hydraulischen Gesteinsbohrer ist auch die Abnutzung des Schlagkopfes des Kolbens, was eine beträchtliche Verminderung der Schlagenergie zur Folge hat. Dies ist der Tatsache zu verdanken, daf3, wenn der Kolben abgenutzt ist, der vom Schlagkopf ausgemessene Abstand zu einer scharfkantigen Ausnehmung im Kolben kleiner wird, was eine Fehlsteuerung des Gleitventils zur Folge haben kann.

Es ist daher Ziel und Zweck der Erfindung, ein Schlaggerät zu schaffen, bei dem die vorstehend erwähnten Nachteile, wie sie bei den bisher bekannten Geräten auftreten, vermieden werden. Dies wird gemäß der Erfindung erreicht durch eine hydraulisch betätigte Schlagvorrichtung der in der Besehreibungseinleitung erwähnten Art, bei der das Ventil so angeordnet ist, daß es vom Kolben bewegt wird, wenn dieser in einer Richtung gleitet, und daß es auf die Kolbenbewegung in entgegengesetzter Richtung anspricht, wobei es durch die Druckflüssigkeit derart betätigt wird, daß es sich mittels des hydrostatischen Druckes in entgegengesetzter Richtung bewegt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung einer bevorzugten Aus-

509845/0369

führungsform der Erfindung sowie aus der in der Anlage beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in einer einzigen figur einen Längsschnitt durch den Erfindungsgegenstand.

In einem Maschinengehäuse 4 ist ein Schlagkolben 2 hin- und herbewegbar angeordnet. Zwischen dem Kolben 2 und dem Gehäuse 4 sind drei zylindrische Druckkammern 6, 8 und 10 ausgebildet. Am einen Ende des Gehäuses 4 ist ein Bohrstahl 12 herausnehmbar angebracht. Der Kolben 2 ist zur Übermittlung einer Schlagenergie auf den Bohrstahl vorgesehen. Mittels eines rotierenden Motors 14 wird über ein Zahnradvorgelege 16, 18 und eine im Gehäuse 4 angebrachte Keilverzahnung 20 der Bohrstahl 12 in Drehung versetzt. Die Elemente 14, 16, 18 und 20 und ihre Verbindungen mit dem Bohrstahl 12 können von herkömmlicher Bauweise sein und brauchen daher nicht näher beschrieben zu werden.

An jedem Ende des Kolbens 2 sind Kammern 22 bzw. 23 im Gehäuse 4 angeordnet. Die Kammern 22 und 23 sind über die Bohrungen 24 bzw. 25 mit der Atmosphäre verbunden. Ein Spülmittel-Eingangsrohr 26 ist -in herkömmlicher Weise angeordnet, um über eine (hier nicht dargestellte) Zentralbohrung im Kolben 2 einer im Bohrstahi 12 ausgebildeten Zentralbohrung 28 Spülmittel zuzuführen. Die Kammern 22 und 23 sowie ihre Auslässe 24 bzw. 25 gestatten es, daß überschüssiges Spülmittel infolge der Hin- und Herbewegung des Kolbens 2 abgeführt werden kann.

Das Betriebsmittel, d. h. ein Druckmittel, wie etwa Öl, wird in die Maschine über einen Schlauchanschluß 30 eingeführt, von welchem aus sich eine Hochdruckleitung 32 in das Gehäuse 4 hinein erstreckt. Die Hochdruckleitung 32 ist mit einem hydro-pneumatischen Sammelbehälter 34 verbunden, der Gas, beispielsweise Stickstoff, enthält. Der Sammelbehälter 34 kann von herkömmlicher

509845/0369

Bauart sein, die gewöhnlich zum Ausgleich von Druckschwankungen in Hydraulikmaschinen verwendet wird. In der Zeichnung ist ein Sammelbehälter mit Membran dargestellt.

Die Hochdruckleitung 32 ist direkt mit der Kammer 8 sowie mit einer die Kammer 10' öffnendai Ringnut 36 verbunden. In der zylindrischen Kammer 10 ist ein Verteilungsventil in Form eines büchsenähnlichen Gleitelementes 38 hin- und herbewegbar angeordnet. Das Element 38 und die Wand der Kammer 10 bilden ein Verteilungsventil, mit dessen Hilfe die Verbindung zwischen der Nut 36 und der Kammer 10 geschlossen und geöffnet werden kann. Eine sich entlang des Umfangs der Kammer 10 erstreckende Ringnut 40 ist mit einer Niederdruckleitung 42 verbunden und kann mit Hilfe des Elementes 38 ebenfalls gegenüber der Kammer .10 geschlossen und geöffnet werden. Die Kammer TO, die Nuten 36 und 40 sowie das Gleitelement 38 sind derart dimensioniert, daß stets eine der Nuten 36 und 40 mit Hilfe des Gleitelementes 38 gegenüber der Kammer 10 geschlossen ist, während die jeweils andere Nut zur Kammer hin offen ist.

Die Niederdruckleitung 42 ist direkt mit einem die Druckflüssigkeit aus der Maschine abführenden Schlauchanschluß 44 verbunden. Auch die Niederdruck!eitung 42 ist mit einem Sammelbehälter 46 verbunden, der von der gleichen Art sein kan«n, wie der Behälter 34, und zum Ausgleich von Druckschwarikungen bestimmt ist. Die Niederdruckleitung 42 ist darüber hinaus direkt mit der Kammer 6 verbunden, die auch als Niederdruckkammer bezeichnet wird.

In den Kammern 6, 8 und 10 weist der Kolben 2 druckwirksame Flächen auf, die von am Kolben ausgebildeten Schultern in den Kammern gebildet werden und derart dimensioniert sind, daß der in der Hochdruckkammer 8 herrschende, gegen

509845/0369

die Kolbenfläche 47 wirkende Druck auf den Kolben derart einwirke, daß er auf den Bohrstahl 12 hin einen Arbeitshub ausführt, wenn die Kammer 10 mit Hilfe des Gleitelementes 38 mit der Niederdruckleitung 42 verbunden iüL. Der Kolben 2 führt einen Leerlaufhub aus, wenn die Kammer 10 mit der Hochdruckleitung 32 in Verbindung steht. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, wird das Volumen der Kammer 6 von der Stellung des Kolbens 2 derart beeinflußt, daß das Volumen während des Arbeitshubes wächst. Dabei vermindert sich der Druck in der Niederdruckleitung 42, um die Druckverluste zu reduzieren, wenn die Druckflüssigkeit aus der Kammer 10 strömt.

Im unteren Teil der Kammer 10 ist eine Ringnut 48 ausgebildet. Die Nut 48 kann über eine ringförmige Ausnehmung !30 in der Mantelfläche des Kolbens 2 wechselweise mit der Kammer 10 bzw. mit einer Ringnut 32 verbunden werden, welch letztere mit der Niederdruckleitung 42 direkt verbunden ist. Darüber hinaus sieht die Ringnut 48 über Bohrungen 54.mit einer weiteren Ringnut 56 in Verbindung, die wiederum über die Eindrehung 50 (am Kolben 2) mit der Kammer 10 oder der Nut 52 in Verbindung gebracht werden kann, je nach der Stellung des Kolbens 2. Wenn das Gleitelement 38 die Stellung einnimmt, wo die Ringnut 36 geschlossen ist, steht die Kammer 48 mit der Kammer 10 sowie über die Nut 40 mit der Niederdruckleitung .42 in Verbindung.

Das Gleitelement 38 ist gemäß der Erfindung während des Arbeitshubes vom Kolben 2 bewegbar, bis der Kolben 2 gegen den Bohrstahl 12 schlägt. Dann fährt das Element 38 fort, sich mittels seiner kinetischen Knergie in Richtung des Arbeitshubes weiterzubewegen. In der Zeichnung ist der Kolben 2 in der Stellung dargestellt, die er in dem Moment einnimmt, in dem er gegen den Bohrstahl schlägt und gerade seinen Leerlauf- bzw. Rückwärtshub beginnt.

509845/0369

Die Hochdrucknut 36 ist derart dimensioniert, daß die Verbindung mit der Kammer 10 geöffnet ist, nachdem der Kolben 2 gegen den Bohrstahl geschlagen hat infolge der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Kolben 2 und dem Verteiler (Gleitelement) 38. Nach dem Stoi3 kann der Kolben 2 frei in Richtung des Leerlaufhubes zurückprallen, was für eine ausreichend große Rückwärtsgeschwindigkeit erforderlich ist. Die ringförmige Kammer 40 ist nunmehr über die Bohrungen 54, die Nut 56, die Eindrehung 50 (am Kolben 2) und die Nut 52 mit der Niederdruckleitung 42 verbunden.

Wenn der Kolben sich soweit zurückbewegt hat, daß die Kolbeneindrehung 50 die Verbindung zwischen der Kammer 48 und der Kammer 10 öffnet, ist die Niederdruckleitung an der Nut 52 durch den Kolbenkopf 57 geschlossen, so daß der Hochdruck in die Kammer 48 gelangen kann.

Infolge der Tatsache, daß das Gleitelement 38 in der in der Zeichnung dargestellten Weise ausgebildet ist, nämlich mit einer größeren Wandstärke an dem der Kammer 48 zugewandten Ende ( welch letzteres somit eine größere Druckwirkungsfläche aufweist als das andere Ende), wirkt eine Kraft auf das Gleitelement,38, die es in der gleichen Richtung, wie der Leerlaufhub des, Kolbens 2, bewegt, bis die Hochdrucknut 36 geschlossen ist. Die Kammer 10 ist dann gleichzeitig über die somit geöffnete Nut 40 mit der Niederdruckleitung 42 verbunden. Nunmehr beginnt ■dank des in der Kaminer 8 herrschenden, ge^en die Kolbenfläche 47 wirkenden Druckes ein neuer Arbeitshub.

Die mechanische Berührung zwischen dem Kolben 2 und dem Gleitelement 38 wird durch geeignete Ausbildung der entsprechenden Teile hydraulisch gedämpft. Zu diesem Zweck ist der Kolben 2 mit zur Kammer 10 hin gerichteten, doppelt abgewinkelten Schultern 58 und 60 versehen. Der Unterschied

509845/0369

E * t

• SC.

zwischen den Radien der Schultern 58 und 60 ist im Vergleich zur Wanddicke der Büchse 38 an deren den Schultern 5&, zugewandten Ende derart bemessen, daß zwischen den Schultern 58, 60, der Innenwand 62 des Gehäuses und dem Ende der Büchse 38 eine ring'förmige Kammer gebildet wird, wenn der Kolben und die Büchse 38 sich ihrer oberen Stellung nähern. Der Innenradius der Büchse 36 ist etwas größer ausgebildet als der Radius der Schulter 60, so daß die Kammer mit einem geeigneten Spiel zwischen dem Rand der Schulter 60 und dem Innenrand am Ende der. Büchse geschlossen ist..

Die Erfindung ist nicht nur auf das oben erläuterte und in der Zeichnung dargestellte AusfUhrungsbeispiel beschränkt. Es kann im Rahmen der Erfindung auch abgewandelt werden. Die Erfindung kann somit ir? Schlagmaschinen verwendet werden, die keinen rotierenden Motor aufweisen und/oder bei denen der Bohrstahl durch ein anderes Werkzeug, beispielsweise durch einen Pickel, Meißel oder Spaten ersetzt ist, die beispielsweise zum Aufbrechen von Asphalt, Bodenfrost oder Felsgestein und zum Eintreiben von Pfählen benutzt werden können.

509845/0369

Claims

- ίο -

- * V· ·*6 »»■ 8-ii' te

Patentansprüche

1.j Hydraulisch betätigte Schlagvorrichtung mit einem Gehäuse, .in dem ein Schlagkolben zur Übermittlung von Schlagenergie auf ein Schlagwerkzeug hin- und herbewegbar angeordnet is ι, mit zwischen dem Gehäuse und dem Kolben ausgebildeten (definierten) Druckkammern sowie mit-einem Leitungssystem, das eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite zur Leitung von hydraulischer Druckflüssigkeit zu und von den Druckkammern umfaßt, wobei eine erste Druckkammer ein auf die Bewegungen des Kolbens ansprechendes bewegbares·Verteilungsventil aufweist, das wiederum die erste Kammer wechselweise mit der Hochdruckseite bzw. mit der Niederdruckseite verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (38) von dem sich in einer Richtung bewegenden Kolben (2) verschiebbar ist, auf die Bewegung des Kolbens (2) in entgegengesetzter Richtung anspricht und daraufhin von der Druckflüssigkeit derart betätigt ist, dai3 es sich durch den hydrostatischen Druck in entgegengesetzter Richtung bewegt.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (38) und das Gehäuse (4) eine weitere Druckkammer (48) umgrenzen (definieren), wenn das Ventiltiiemfciit (.>'->; üciut Bewegung in einer Richtung beendet,

daß ein Teil des" ScnlagKolbens (2) und der anliegende Teil des Gehäuses (4) als ein Ventil (50,52,56) wirkt, das die Druckkammer (48) mit der Niederdruckseite (42,44) am Ende der Bewegung des Kolbens (2) und des Ventilelemenles (38) in einer Richtung verbindet, das jedoch die Verbindung zwischen der Druckkammer (48) und der Niederdruckseite (42,44) unterbricht und die Druckkammer (48) mit der Hochdruckseite (30,32) während der Bewegung in entgegengesetzter Rich Lung miteinander verbindet.

509845/0369

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (38) bei seiner Bewegung in einer Richtung die Verbindung zwischen der ersten Druckkammer (10) mit der Hochdruckseite (30,32) herstellt und die Verbindung zwischen der ersten Druckkammer (10) mit der Niederdruckseite (42,44) unterbricht und dai3 das Ventil (50,52,56) die Druckkammer (48) mit der Hochdruckseite (30,32) durch öffnen einer Verbindung zwischen der Druckkammer (48) und der Druckkammer (10) verbindet.

•Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (38) mit einem längeren Hub bewegbar ist, als der Schlagkolben (2), und daß das Ventilelement (38) bei seiner Bewegung in einer Richtung vermöge seiner kinetischen Energie seine Bewegung fortsetzt, die erste Druckkammer (10) zur Hochdruckseite (30,32) hin öffnet bzw. zur Niederdruckseite (42,44) hin schließt, wenn der Kolben (2) gegen das Werkzeug (12) schlägt.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Gehäuse (4) und dem Kolben (2) definierte zweite Druckkammer (8) mit der Hochdruckseite (32) kontinuierlich verbunden ist und eine druckwirksame Fläche (4?) des Kolbens (2) aufweist, gegen die die Druckflüssigkeit während des Arbeitshubes des Kolbens (2) wirkt, wenn die erste Druckkammer mit der Niederdruckseite (42,44) verbunden ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) und das Ventilelement (3b) bei Beginn ihrer Bewegung in einer Richtung eine Däiupfungskammer (38,62,50) definieren und derart unter Druck setzen, daß der mechanische Kontakt zwischen dem Kolben (2) und dem Ventilelement (38) hydraulisch gedämpft ist.

509845/0369

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Druckkammer (6) mit der Niederdruckseite (42) kontinuierlich verbunden und zwischen dein Kolben (2) und dem Gehäuse (4) derart definiert ist, daß ihr Volumen während der Bewegung des Kolbens (2) in einer Richtung anwächst.

509845/0369