DE2657711A1

DE2657711A1 - Perkussionseinrichtung

Info

Publication number: DE2657711A1
Application number: DE19762657711
Authority: DE
Inventors: Lionel Arthur Reynolds
Original assignee: AF Hydraulics Ltd
Current assignee: AF Hydraulics Ltd
Priority date: 1975-12-23
Filing date: 1976-12-20
Publication date: 1977-07-14
Also published as: SE7614493L; ZA767452B; GB1499170A; CA1042760A; FR2336567B1; FR2336567A1; AU501332B2; AU2060076A; DE2657711C2; SE428824B; US4103746A

Description

Herne 1, 8000 München 40,

Freillgrathstraße 19 r*l-i l__ η Li o-L. Eisenacher Straße 17

Dipi.-ing. R. H. Bahr Dipl.-Phys. Eduard Betzier «"»»—π » .11

⁵¹⁰¹⁴ Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trentepoh! 353013

Telegrammanschrift: Telegrammanschrift·

Bahrpatente Herne PAT E N TA N WÄ LT E Babetzpat München"

Telex 08229853 _{Te|ex 5215360}

Γ ~i Bankkonten:

Bayerische Vereinsbank München 852 Dresdner Bank AG Herne 7-520 499 * \ . Postscheckkonto Dortmund 558 68-467

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Re'·= M 05816 Lw/bl,

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Zuschrift bitte nach:

München

A.F. Hydraulics Limited of Chequers Bridge Gloucester, England

Perkussionseinrichtung

Die Erfindung betrifft hydraulische Perkussionseinrichtungen, die mit einer reziprokierenden Kolben/Schlagelementausbildungj die auf ein Werkzeug, beispielsweise eine Gesteinsbohrmaschine/ wirkt und einen Drehantrieb aufweist, durch die das Werkzeug sich drehen läßt, ausgestattet ist.

Nach der Erfindung umfaßt eine Perkussionseinrichtung eine hydraulische hin- und hergehende eigentliche Perkussionseinrichtung sowie eine hydraulische Drehantriebseinrichtung, die in Reihe hydraulisch mit der Drehantriebseinrichtung auf der Auslaßseite der hin- und hergehenden Perkussionseinrichtung geschaltet ist.

Ein Merkmal der hydraulischen Perkussionseinrichtungen ist darin zu sehen, daß eine erhebliche Energierückkopplung bei Beginn des Auslaßhubs stattfindet. Die Federung von Werkzeug und Schlagelement erzeugt einen Rückprall mit einem hohen Druckimpuls bei Beginn des Auslaßhubs; diese Energie wird gewöhnlich durch eine

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Drossel abgeführt beziehungsweise vernichtet, die einen Gegendruck erzeugt, welcher auch die Frequenz des Her- und Hingangs regelt. Bei Anordnung der Drehantriebseinrichtung in Reihe zu der hin- und hergehenden Einrichtung auf deren Auslaßseite wird die Austrittsenergie, die normalerweise verschwendet wird, ausgenutzt; die Anordnung kann derart sein, daß auf die Drossel verzichtet oder diese kleiner gebaut werden kann.

Weitere Vorteile der Erfindung leiten sich daraus her, daß die Strömung aufteilende Ventilanordnungen nicht erforderlich sind, ganz im Gegensatz zu vorhandenen Einrichtungen, bei denen die Perkussions- und Drehantriebseinrichtungen hydraulisch parallel angeordnet sind und der Drehantrieb bei Auslaßhub der Perkussionseinrichtung wirksam wird. So wird das Arbeitswerkzeug während der Rückprallphase gedreht, wenn die zu seiner Drehung erforderliche Kraft minimal ist; und die Schneidflächsides Werkzeuges werden neu für den nächsten Vorwärtsarbeitshub positioniert. Dies wird gewöhnlich gewünscht.

Ventilausbildungen können vorgesehen sein, durch welche die Drehantriebseinrichtungen selektiv eingeschaltet oder ausgeschaltet werden können.

Diese Ventilausbildungen können so angeordnet sein, daß über eine Drossel die Drehantriebseinrichtung im Beipaß umgangen werden kann, um die Frequenz des Hin- und Herganges zweckmäßigerweise zu kontrollieren, wenn der Drehantrieb nicht gebraucht wird.

Eine Strömungsbegrenzer-Einrichtung kann parallel zu den Drehantriebseinrichtungen vorgesehen sein; der Grad der Begrenzung legt den Anteil der Austrittsimpulsenergie fest, der in Drehenergie umgeformt wird. Eine feste parallele Drossel kann in einen Drehan-triebsmotor eingebaut sein und, wenn es sich bei letzterem um einen Kolbenmotor handelt, kann die Drossel aus einem Beipaßkanal im Kolben selbst oder der Wandung des Zylinders, in welchem

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der Kolben hin- und hergeführt wird, bestehea.

Ist die Einrichtung Teil eines unabhängigen Systems mit eigener hydraulischer Antriebsquelle, wird die Einrichtung normalerweise unter konstanten Strömungsbedingungen arbeiten. In diesem Fall ist die Perkussionswirkung, insbesondere deren Frequenz abhängig von den Auslaßcharakteristiken; ein wirksamer Betrieb setzt voraus, daß diese Charakteristiken mehr oder weniger konstant gehalten werden. So wird eine Beipaßdrossel, wenn diese vorgesehen ist, normalerweise eine feste Drossel sein, die gewählt ist, um die geeigneten Auslaßcharakteristiken zu liefern.

Wird die Einrichtung jedoch von einer Druckgalerie und damit unter konstanten Druckbedingungen aus betrieben, wie dies zum Beispiel bei Einsatz auf dem Gebiet des Bergbaus der Fall ist, so kann eine variable Beipaßdrossel Verwendung finden. Hierdurch wird es möglich, den Rotaticnsantrieb. . in Anpassung auf solche Erfordernisse einzustellen; insbesondere ergibt sich eine Regelung der Schlagfrequenz umgekehrt (proportional) zu Drehmoment und Geschwindigkeit. So ist eine Verminderung in der Perkussionsenergie begleitet durch einen Anstieg in der Drehkraft und umgekehrt.

Die Drehantriebseinrichtung kann eine Drehbuchse (rotary bush) umfassen, die im Werkzeughalter vorgesehen oder verkörpert ist; diese Buchse kann schrittweise durch einen kolbenmotor-angetriebenen Ratschenmechanismus gedreht werden. Alternativ kann ein Untersetzermotor verwendet werden, um bei jedem Auslaßimpuls für eine stufenweise Drehung zu sorgen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Kolbenmotor ist der Motorhub durch die Freigabe einer Auslaßöffnung begrenzt; der Hub wird so gewählt, daß der Hochdruckrückprallauslaßimpuls ausgenützt wird, der normalerweise vergeudete Energie darstellt; oder es wird die Auslaßöffnung freigelegt, so daß

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die normale Auslaßströmung niedrigen Drucks für den Drehantrieb nicht ausgenutzt wird. So wird also das, was normalerweise Verlustenergie ist, nützlich gemacht; der normale Auslaß des hin- und hergehenden Antriebs wird nicht behindert. Dies ist besonders vorteilhaft bei einem reziprokierenden Mechanismus, der empfindlich für die Auslaßbedingungen ist, wie beispielsweise die in der Britischen Patentschrift 1 396 3o7 beschriebene reziprokierende Perkussionseinrichtung. ( ρ 22 23 292.4)

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform im Längsschnitt zeigt;

Fig. 2 im Diagramm die Auslaßdruckbedingungen während des Rückhubs des reziprokierenden Kolben-/Schlagelementes der Ausführungsform 1 zeigt;

Fig. 3 schematische Einzelheiten einer weiteren Ausführungsform zeigt; und

Fig. 4 ähnlich Fig. 2 die Auslaßdruckbedingungen nach der anderen Ausführungsform erkennen läßt.

In Fig. 1 ist schematisch ein Drehschlaghammer (percussive/ rotary hammer), der aus der Hand betrieben wird, dargestellt, der abgesehen vom Drehantrieb 1o im wesentlichen so wie nach der BP 1 396 3o7 ausgebildet ist; Konstruktion und Arbeitsweise der reziprokierenden Perkussionseinrichtung 11 werden im folgenden nur sehr allgemein beschrieben. Der Hammer umfaßt ein Gehäuse 12, in dem ein hin- und hergehendes Kolben- bzw. Schlagelement 13 mit einem Kolbenteil 13a und einem Schlagelementteil 13b untergebracht ist. Das Gehäuse umfaßt eine Druckkammer 14, in der

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der hydraulische Druck Krafthübe des Kolben-YSchlagelementes erzeugt, welches seinerseits auf ein Stahlwerkzeug 15 schlägt, welches lösbar in einem Werkzeughalter mit Drehbuchse 16 an einem Ende des Körpers 12 gehalten ist.

Das abwechselnde Unterdrucksetzen und öffnen der Kammer 14 auf Auslaß wird durch ein selbsttätiges zyklisch arbeitendes Ventil 17 geregelt, das am anderen Ende des Gehäuses 12 untergebracht ist; das Ventil wird von einer hydraulischen Druckquelle über einen Zuführschlauch 18 gespeist. Ein handbetätigtes Ein/' Ausventil 19, welches ebenfalls in das Gehäuse 12 eingebaut ist, regelt den Einlaß von Druckfluid in den hydraulischen Hammerkreis.

Das Gehäuse 12 beinhaltet auch eine Druckkammer 2o, die während der Betätigung des Hammers dem vollen hydraulischen Lieferdruck über eine innere Leitung 21 ausgesetzt ist. Dieser Druck wirkt auf eine Differentialfläche 22 des Kolben- bzw. Schlagelementes 13 und erzeugt den Rückhub des Kolbens, wenn die Kammer 14 mit der Auslaßleitung 23 über das Ventil 17 verbunden ist.

Ein handbetätigtes am Gehäuse 12 gelagertes Ventil leitet selektiv die Auslaßströmung entweder in einen Zylinder 25 eines Kolbenmotors der Drehantriebseinrichtung 1o oder direkt an eine Quelle über eine Drossel, die so gewählt ist, daß sie die Frequenz des Hin- und Hergangs des Hammers regelt, wenn der Drehantrieb nicht erforderlich ist.

Nach der grafischen Darstellung der Fig. 2 ist der Auslaßdruck in der Auslaßleitung 23 über die Zeit während eines Rückhubs des Kolben- und Schlagelementes 13 aufgetragen. Dieses Diagramm zeigt eine hervortretende anfängliche Spitze, während der Schlagteil 13b vom Stahlwerkzeug 15 zurückprallt; der schraffierte Teil A unterhalb der Spitze stellt eine beachtliche Energiemenge dar, die in den Hammer vom Stahlwerkzeug 15 aus rückgeleitet wird. Normalerweise ging diese Energie bisher voll verloren; nach der Erfindung wird sie in der Drossel 26 abgeführt,

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wenn der Drehantrieb nicht in Betrieb ist. Wenn jedoch der Drehantrieb verwendet wird, wird die normalerweise vergeudete Energie ausgenutzt, um die Buchse 16 und damit das Stahlwerkzeug schrittweise bei Beginn jedes Rückhubes zu drehen, wodurch die Schneidflächen des Werkzeugs in eine neue Stellung gebracht werden, in der sie bereit für den nächsten vorwärts gerichteten Schneidhub sind. Der Winkel, um den das Werkzeug gedreht wird, kann beispielsweise etwa 3o° pro Hub betragen.

Der stufenweise Antrieb für die Buchse 16 ist durch eine Klinke

27 gegeben, welche die auf der Buchse ausgebildeten Sperrzähne

28 umfaßt; diese Klinke ist mit einer Kolbenstange 29 eines Kolbens 3o des Kolbenmotors verbunden. Der Kolben 3o geht im Zylinder 25 in Antriebsvorwärtsrichtung hin und her und wird durch den Auslaßdruck in der Leitung 23 über das Ventil 24 bewegt. Der Kolben 3o wird in der freien Rückhubrichtung durch die Rückstellfeder 31 bewegt. Jeder Vorwärtshub des Kolbens 3o ist begrenzt, wenn letzterer eine Auslaßöffnung 32 im Zylinder 25 freilegt; diese ist so positioniert und die Anordnung so getroffen, daß die Motorverschiebung des Kolbens etwa die Zeit TO (Fig. 2) entsprechend dem schraffierten Bereich A braucht. Anders ausgedrückt, die vergeudete Ausläßenergie aus der hin- und hergehenden Einrichtung 11 wird verwendet, um die Drehantriebseinrichtung 1o zu betätigen, wogegen nach der Zeit TO die hin- und hergehende Einrichtung 11 frei austrägt und das Vorhandensein der Drehantriebseinrichtung 1o die Wirkung des Hin- und Hergangs nicht nachteilig beeinflußt. So braucht die Differentialfläche 22, um die Rückstellung des Kolbenelementes 13 herbeizuführen, nicht vergrößert zu werden, selbst wenn die Auslaßströmung dazu verwendet wird, den Drehantriebsmechanismus Io zu betätigen. Dies ist wichtig, weil der Wirkungsgrad des Hammers in Beziehung steht zur Größe der Rückhubdifferentialflache 22, und zwar umgekehrt (proportional).

Die Seitenfläche des Kolbens 3o oder der Wandung des Zylinders

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25 ist mit einem kleinen Beipaßdrosselkanal (nicht dargestellt) versehen, der ein Abwürgen des Schlagelementes verhindert, wenn sich das Werkzeug hinsichtlich seiner Drehung festgefressen haben sollte. Die durch diesen Kanal geschaffene Größe der Drossel bestimmt auch den Anteil der vergeudeten verfügbaren Austrittsenergie, die nun tatsächlich in Drehbewegung umgeformt wird. Im allgemeinen ist die verfügbare Auslaßenergie A wesentlich größer als die, die erforderlich ist, um das Stahlwerkzeug 15 bei seinen Rückprallhüben zu drehen. Bei diesen-handbetätigten Einrichtungen ist die erreichte Drehmomentverminderung wichtig, da ein Mann die Einrichtung gegen das normalerweise verfügbare volle Moment nicht halten kann.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 nun benutzt die gleiche Kammergrundkonstruktion wie die Ausführungsform der Fig. 1; in diesem Fall jedoch umfaßt der Drehantrieb einen Getrieberotationsmotor 4o. Hierbei sind kämmende Getrieberäder 41 und 42 vorgesehen, wobei das Getrieberad 42 die Drehbuchse 16 nach der ersten Ausführungsform ersetzt. Der Schaft des Stahlwerkzeugs 15 wird in einer hexagonalen durchgehenden Bohrung 43 des Getrieberads 42 aufgenommen. Der Getriebemotor 4oiä:.mit einer Aus laß leitung vom Ventil 24 in der gleichen Weise wie der Kolbenmotor 1 ο geschaltet; in diesem Falle jedoch ist eine variable Drossel parallel zum Motor 4o geschaltet.

So ist die Anordnung nach Fig. 3 noch besser für die Einrichtung geeignet, wenn sie aus einer in einer Galerie oder Strecke befindlichen Quelle ausgespeist wird. In diesem Fall beeinflußt die Veränderlichkeit der Drossel 44 nicht nur die Drehkraft, sondern auch die Perkussionseigenschaften des Hammers und macht es möglich, daß die Perkussions- und Rotationsenergie einander zugemessen werden können. So wird bei voll offener Drossel 44 eine maximale Perkussionsfreguenz bei niedrigem Moment und niedriger Geschwindigkeit' der Drehantriebsexnrichtung erreicht. Dagegen wird bei voll geschlossener Drossel 44 eine minimale Per-

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kussionsfrequenz bei hohem Moment und hoher Geschwindigkeit der Drehantriebseinrichtung erreicht. So kann eine variable Drossel in ähnlicher Weise parallel zur Drehantriebseinrichtung 1o der ersten Ausführungsform geschaltet werden, wobei in diesem Fall der beschriebene Beipaßkanal normalerweise in Fortfall kommen kann.

Fig. 4 zeigt grafisch die Auslaßdruckcharakteristiken mit der variablen Drossel 44 der Anordnung nach Fig. 3. Die voll ausgezogene Linie 45 zeigt den Austrittsdruckimpuls bei einer
typischen mittleren Einstellung 44. Die gestrichelte Linie
zeigt den veränderten Impuls für maximale Drosselung, wogegen die gestrichelte Linie 47 den Impuls für eine minimale Drosselung durch die Drossel 44 erkennen läßt.

- Patentansprüche: -

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Claims

Patentansprüche

Ί .< Perkussionsgerät mit einer hydraulischen hin- und hergehenden Perkussionseinrichtung und einer hydraulischen Drehantriebseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die hin- und hergehende Perkussionseinrichtung (11) und die Drehantriebseinrichtung (1o) hydraulisch in Reihe geschaltet sind, wobei die Drehantriebseinrichtung (1o) auf der Auslaßseite der hin- und hergehenden Perkussionseinrichtung (11) angeordnet ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ventilausbildung (24), durch welches die Drehantriebseinrichtung (1o) selektiv ein- und ausschaltbar ist.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilausbildung (24) ein Zweiwegeventil umfaßt, welches in der einen Stellung die Auslaßströmung von der hin- und hergehenden Perkussionseinrichtung (11) gegen die Drehantriebseinrichtung (1o) leitet und die in der anderen Stellung einen Beipaß zur Drehantriebseinrichtung (1o) über eine Drossel (26) bildet.
4. Gerät nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet', daß eine Strömungsdrossel (44) parallel zur Drehantriebseinrichtung (1o) angeordnet ist.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsdrossel (44) verstellbar ist.

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6. Gerät nach einem der vorher gehenden Ansprüche/ dadurch gekennzeichnet, daß die Drehantriebseinrichtung einen Kolbenmotor (25, 3o) aufweist.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsdrossel (44) durch einen Beipaßkanal in Kolben (3p) oder Zylinder (25) des Kolbenmotors gebildet ist.
8. Gerät nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben durch eine Feder (31) gegen ein Ende des Zylinders (25) rückstellbar ist_f wobei

mit

dieses Ende der Aüsl*:fiseite_^ der hin- und hergehenden Perkussionseinrichtung (11) verbunden ist und eine Öffnung (32) im Zylinder (25) durch den Kolben (3o) am Ende des Arbeitshubs freigelegt und mit dem Auslaß verbunden wird.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehantriebseinrichtung eine Drehbuchse, die zur Aufnahme eines Werkzeuges ausgebildet ist, aufweist und durch die das aufgenommene Werkzeug gedreht wird; und daß die Drehbuchse (16) vom Kolbenmotor (25, 3o) über einen Ratschenmechanismus (27) antreibbar ist.

1o. Gerät nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß die Perkussionseinrichtung von einer Bauart ist, bei der die Perkussionsfrequenz durch die Auslaßdruckbedingungen bestimmt ist.

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