DE2944023A1

DE2944023A1 - Schlagwerkzeug

Info

Publication number: DE2944023A1
Application number: DE19792944023
Authority: DE
Inventors: Louis H Barnard
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1978-11-30
Filing date: 1979-10-31
Publication date: 1980-06-12
Also published as: CA1126619A; GB2035183B; FR2442699B1; US4256187A; GB2035183A; FR2442699A1; JPS5577488A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Schlagvorrichtung zum Ausüben von Schlagen auf ein Arbeitswerkzeug und betrifft insbesondere eine verbesserte hydraulische Spannvorrichtung für ein Schlagwerkzeug.

Viele Arten von Schlagwerkzeugen für den Bergbau und zum Aufbrechen von Beton und dgl. sind bekannt. Diese Vorrichtungen haben vor allem eine Energiespeichereinrichtung, wie beispielsweise eine Schraubenfeder oder eine Gaskammer, einen Hammer und ein Arbeitswerkzeug. Die Energiespeichereinrichtung bewirkt, wenn sie zusammengedrückt ist, daß der Hammer zu dem Arbeitswerkzeug beschleunigt wird, um einen Schlag zu liefern.

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Verschiedene Vorrichtungen werden bereits zum automatischen Wiederspannen des Hammers benutzt, um das Arbeitsspiel zu wiederholen und den Hammer für den Schlag freizugeben. Einige sind mechanisch aufgebaut und arbeiten mit einem rotierenden Nocken und einem Stößel. Andere sind hydraulisch. Bei den hydraulischen Vorrichtungen ist gewöhnlich ein Kolben an dem Hammer befestigt, um ihn nach oben zu drücken und die Energiespeichereinrichtung zusammenzudrücken. Einige haben externe Steuerventile zur abwechselnden Zufuhr von Fluid zu der Kolbenkammer, um den Hammer das Arbeitsspiel ausführen zu lassen. Andere haben interne Ventile, die das Fluid entsprechend dem Arbeitsspiel automatisch zu der Kolbenkammer leiten.

Einige der Typen mit i neren Ventilen haben einen massiven Kolben, wie es beispiej ,weise aus der US-PS 2 559 478 bekannt ist. Das erfordeit jedoch, daß der Kolben das Kammerfluid beim Abwärtshub aus einer Auslaßöffnung hinausdrückt. Es kann sich dabei ein beträchtlicher Strömungswiderstand ergeben. Bei anderen Typen mit inneren Ventilen wird das dadurch vermieden, daß ein Kolben vorgesehen ist, der aus zwei gesonderten Teilen besteht. Beispielsweise hat gemäß der US-PS 3 687 008 die Stange einen an ihr befestigten ringförmigen Anschlag, dessen Durchmesser kleiner ist als der der Kompressionskammer. Beim Aufwärtshub berührt der ringförmige Anschlag eine Hülse, die sich mit dem ringförmigen Anschlag vereinigt und mit dieser einen Kolben bildet. Am oberen Ende des Hubes trennen sich der ringförmige Anschlag und die Hülse und beide führen den Schlag aus. Da der ringförmige Anschlag im Durchmesser kleiner ist als die Kammer, muß er nicht das gesamte Fluid unter ihm beim Abwärtshub aus einer Auslaßöffnung hinausdrücken. Am unteren Ende des Hubes sitzt die Hülse wieder an dem ringförmigen Anschlag. Beim Aufwärtshub muß ein Widerstand oder eine Vorspannung auf die Hülse ausgeübt werden, da sonst der Druck unterhalb von ihr sie von ihrem Sitz an dem ringförmigen Anschlag wegdrücken würde. Außerdem muß etwas Druck von oberhalb her ausgeübt werden, nachdem der Abwärtshub begonnen hat, um die Hülse zurück auf ihren Sitz

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an dem ringförmigen Anschlag zu drücken. Bei der aus der US-PS 3 687 008 bekannten Vorrichtung wird das dadurch erreicht» daß eine öffnung am oberen Ende der Kompressionskammer mit einem ziemlich großen Rückdruck angeordnet wird.

Gemäß der US-PS 3 866 690 wird vermieden, die Gleithülse in Berührung an dem ringförmigen Anschlag der Welle vorzuspannen, indem die Hülse unter dem ringförmigen Anschlag angordnet wird. Beim Aufwärtshub drückt die Hülse den ringförmigen Anschlag nach oben. Am oberen Ende des Hubes muß zuerst die Hülse in die Startposition zurückgebracht werden, danach wird der ringförmige Anschlag durch die Gasfeder gezwungen, den Schlag auszuüben.

Gemäß der US-PS 3 792 738 wird es vermieden, das Kolbenkammerfluid beim Abwärtshub hinausdrücken zu müssen, indem ein Kolben benutzt wird/ der eine zentrale Durchgangsbohrung hat. Ein zylindrisches Ventil oberhalb von ihm wird so vorgespannt, daß es mit der Kolbendurchgangsbohrung in Berührung ist.^ um die Durchgangsbohrung beim Aufwärtshub zu verschließen. Am oberen Ende des Hubes trennen sich das Ventil und der Kolben und die Durchgangsbohrung wird geöffnet. Dadurch wird.der Hydraulikdruck unterhalb des Kolbens verringert, um der Feder zu gestatten, ihn nach unten zu drücken. Beim Abwärtshub geht das Fluid in der Kolbenkammer durch die zentrale Durchgangsbohrung hindurch. Das Ventil wird durch dieselben hydraulischen Eingangsdrücke, die den Kolben nach oben treiben, vorgespannt und zurückgeführt. Die Druckbeaufschlagungsfläche des Ventils ist jedoch kleiner als die des Kolbens, damit sich insgesamt eine aufwärts gerichtete Kraft zum Spannen ergibt.

Diese bekannten Lösungen mögen zwar geeignet sein, Verbesserungen an einer hydraulischen Spannvorrichtung mit einem inneren Ventil sind jedoch erwünscht. Insbesondere ist eine Einrichgung erwünscht, die den Dichtflächenschlag absorbiert, wenn der ringförmige Anschlag und die Hülse wieder aufeinander zu sitzen kommen.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Schlagwerkzeug zu schaffen.

Weiter soll durch die Erfindung eine verbesserte hydraulische Spannvorrichtung für ein Schlagwerkzeug geschaffen werden. Ferner soll durch die Erfindung eine verbesserte hydraulische Spannvorrichtung für ein Schlagwerkzeug mit inneren Ventilen zur automatischen Arbeitsspielsteuerung geschaffen werden.

Demgemäß wird durch die Erfindung eine hydraulische Spannvorrichtung für ein Schlagwerkzeug geschaffen, die ein Gehäuse mit einer Kompressions- und einer Vorspannkammer hat. Eine Stange mit einem an ihr befestigten ringförmigen Anschlag ist in der Kompressionskammer gelagert. Eine Kompressionshülse ist in der Kompressionskammer gelagert. Sie ist oberhalb des ringförmigen Anschlags angeordnet und hat einen unteren Sitz, mit welchem sie den ringförmigen Anschlag zur Bildung eines Kolbens berührt. Ein Vorspannteil ist in der Vorspannkammer hin- und herbewegbar gelagert. Das Vorspannteil erstreckt sich zu der Kompressionshülse, um diese mit dem ringförmigen Anschlag beim Aufwärtshub in Berührung zu halten. Eingangsfluiddruck wird sowohl unterhalb des Kolbens als auch auf die Vorspannkammer ausgeübt. Die Flächeninhalte des Kolbens und des Vorspannteils sind so gewählt, daß sich insgesamt eine Aufwärtskraft ergibt, öffnungen gestatten der Kompressionshülse und dem ringförmigen Anschlag, sich am oberen Ende des Hubes voneinander zu trennen und nach dem Schlag ihren gegenseitigen Sitz wieder einzunehmen. Der ringförmige Anschlag weist ein ringförmiges Teil auf, das mit der Stange verbunden ist, und einen Metallring, der an dem ringförmigen Teil befestigt ist, um den Stoß bei der Wiedereinnahme des Sitzes zu dämpfen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

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Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht eines Schlag

werkzeuges mit einer hydraulischen Spannvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Vertikalschnittansicht

der hydraulischen Spannvorrichtung von Fig. 1 in einer Stellung unmittelbar vor dem Beginn des Aufwärtshubes,

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, wobei

die Vorrichtung am oberen Ende der Hubposition gezeigt ist,

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, wobei

die Vorrichtung im Abwärtshub gezeigt ist,

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, wobei

die Vorrichtung in einer Stellung unmittelbar nach dem Schlag, aber bevor die Kompressionshülse ihren Abwärtshub vollendet hat, gezeigt ist,

Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht der Vorrich

tung in ihrer in Fig. 2 gezeigten Stellung und

Fig. 7 eine vergrößerte Teilansicht der Vorrich

tung in ihrer Stellung, die sie in Fig. 2 oder 3 hat.

Gemäß Fig. 1 hat das Schlagwerkzeug ein Gehäuse 11, in welchem ein Schlagbolzen oder Hammer 13 hin- und herbewegbar gelagert ist. Ein Arbeitswerkzeug 15 ist in einem Amboß 17 am unteren Ende des Gehäuses 11 hin- und herbewegbar behaltert. Der Amboß 17 wird durch eine Dämpfungsfeder 19 in dem Gehäuse gehalten. Der Amboß 17 und die Dämpfungsfeder 19 absorbieren Schläge des Hammers, wenn das Arbeitswerkzeug 15 nicht mit dem

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Werkstück in Berührung ist oder wenn es durch das Werkstück hindurchbricht. Eine Schraubenfeder 21 ist zwischen dem oberen Ende des Hammers 13 und einem Deckel 23 des Gehäuses 11 zusammengedrückt. Eine Stange 25 ist mit dem Hammer 13 verbunden und erstreckt sich durch den Deckel 23 hindurch nach oben. Die Schraubenfeder 21 dient als Energiespeichereinrichtung zum Beschleunigen des Hammers 13, um einen Schlag auf das Arbeitswerkzeug 15 auszuüben, wenn die Schraubenfeder zusammengedrückt ist und der Hammer freigegeben wird.

Die hydraulische Spannvorrichtung 27 ist mit dem Deckel 23 des Gehäuses 11 verschraubt. Sie hat ein Gehäuse 29_f das an dem Deckel des Gehäuses 11 befestigt ist und sich axial nach oben erstreckt. Eine Stange 31 ist in dem Gehäuse 29 hin!-" und herbewegbar gelagert. Die Stange 31, die mit der Stange 25 durch einen Stift 33 verbunden ist, wird durch die Energiespeichereinrichtung nach unten gedrückt. Die Ausdrücke "abwärts" und "aufwärts" werden hier mit Bezug auf die Hubbewegung des Hammers benutzt. Das Werkzeug wird neben der echt vertikalen Ausrichtung in vielen anderen Ausrichtungen benutzt.

In den Fig. 2 bis 7 sind unbedeutende Konstruktionseinzelheiten weggelassen worden, um die hydraulische Spannvorrichtung 27 deutlicher zu veranschaulichen. Gemäß den Fig. 2 bis 5 hat das Gehäuse 29 eine obere oder Vorspannkammer 35 und eine untere oder Kompressionskammer 37. Beide Kammern sind zylindrisch. Die Kompressionskammer 37 ist im Durchmesser größer als die Vorspannkammer 35 und hat eine obere ringförmige Stirn- oder Arretierfläche 37a. Die Vorspannkammer erstreckt sich von der Arretierfläche 37a aus nach oben.

Die Vorspannkammer 35 hat eine obere Gehäuseeinlaßöffnung und eine untere Gehäuseeinlaßöffnung 41. Die öffnungen 39 und 41 sind in gegenseitigem vertikalen Abstand voneinander angeordnet und durch zwei vertikale Durchlässe 43 (von denen nur einer gezeigt ist) in dem Gehäuse 29 miteinander verbunden.

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Die Öffnung 39 ist mit einer nicht gezeigten Pumpe verbunden, die einen direkten Strom von Hydrauliköl liefert. Die Kompressionskammer 37 hat eine Auslaßöffnung 45. Die Öffnung 45 führt ohne Drosselung oder Regulierung zu der Rückflußöffnung der Pumpe. Die Öffnung 45 ist in derselben vertikalen Höhe wie die Arretierfläche 37a angeordnet.

Die Stange 31 erstreckt sich durch die Kompressionskammer 37 und durch die Vorspannkammer 35. Die Stange 31 hat einen oberen Teil 31a und einen unteren Teil 31b. Der untere Teil 31b ist im Durchmesser größer als der obere Teil 31a. Die Stange 31 hat einen inneren, longitudinalen oder axialen Durchlaß 47. Eine Reihe von oberen Einlaßöffnungen 49 in dem oberen Teil 31a der Welle erstreckt sich von dem Durchlaß 47 aus in die Vorspannkammer 35. Eine Reihe von unteren Auslaßöffnungen 51 in dem unteren Teil 31b der Welle erstreckt sich von dem Durchlaß 47 aus in die Kompressionskammer 37. Ein ringförmiges Band oder Teil 53 ist starr an der Welle am Schnittpunkt des oberen Teils 31a und des unteren Teils 31b gebildet. Das ringförmige Teil 53 ist in der Kompressionskammer 37 angeordnet und ist im Durchmesser kleiner als die Kompressionskammer. Gemäß Fig. 6 ist das ringförmige Teil 53 massiv und hat eine obere konische Fläche 53a und eine untere konische Fläche 53b. Die obere Fläche 53a nimmt in Abwärtsrichtung zu einem Schnittpunkt mit der unteren konischen Fläche 53b hin im Durchmesser zu. Die untere konische Fläche nimmt in Abwärtsrichtung im Durchmesser ab. Das ringförmige Teil 53 hat außerdem eine obere ringförmige Fläche 53c/ die zu der Achse des Werkzeuges rechtwinkelig ist.

Ein modifizierter Belleville-Dichtunqs- oder Tellerfederring 55 ist an der Stange 31b unterhalb des ringförmigen Teils 53 mittels eines Halteringes 57 befestigt. Der Ring 55 ist ein kegelstumpfförmiger, nach oben weisender Metallring, dessen obere Fläche mit der unteren konischen Fläche 53b bündig und in Berührung ist. Der Durchmesser des Ringes 55 ist größer als der Durchmesser

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des ringförmigen Teils 53, aber kleiner als der Durchmesser der Kompressionskammer 37. Gemäß Fig. 6 ist der Belleville-Dichtungsring 55 so modifiziert, daß seine Dicke von dem inneren Durchmesser aus nach außen hin zunimmt, wobei die Dikke außen etwas größer ist als das Zweifache der Dicke am inneren Rand.

Eine untere oder Kompressionshülse 59 ist in der Kompressionskammer 37 hin- und herbewegbar gelagert. Die Kompressionshülse 59 ist zylindrisch und ihr Umfang ist mit der Kompressionskammerwand in Gleit- und Dichtungskontakt. Die Kompressionshülse 59 ist in bezug auf die Stange 31 axial beweglich. Elastische Bänder oder Dichtungen 61 sind in der äußeren Wand der Hülse 59 befestigt. Die Kompressionshülse 59 hat eine obere Arretierfläche oder Schulter 59a, die zum Berühren der Arretierfläche 37a der Kompressionskammer vorge- . sehen ist. Gemäß Fig. 6 hat die Kompressionshülse 59 eine untere konische Fläche 59b. Ein unterer Sitz 59c schließt sich an die konische Fläche 59b an deren Umfang an. Der untere Sitz 59c ist zu der Achse des Werkzeuges rechtwinkelig. Die Kompressionshülse 59 hat eine innere Ringfläche 59d, die zu der Achse des Werkzeuges rechtwinkelig ist. Der untere Sitz 59c kommt mit dem Ring 55 in Berührung, bevor die Ringfläche 59d die Fläche 53c des ringförmigen Teils berührt. Beim Schlag kommt es zu einer Abwärtsbiegung des Ringes, die der Ringfläche 59d gestattet, auf die Fläche 53c zu schlagen. Nach dem anfänglichen Schlag und beim Aufwärtshub trennen sich die Flächen 53c und 59d und lassen einen Spalt frei. Die konischen Flächen 59b und 53a kommen zu keiner Zeit miteinander in Berührung. Der Ring 55 dient nicht nur als Dichtung, sondern auch als elastische Einrichtung zum Absorbieren eines Teils des Berührungsstoßes, wenn die Kompressionshülse 59 wieder ihren Sitz einnimmt. Durch das Durchfedern des Ringes 55 wird die Beschädigung der Dichtungsflächen verringert. Das ringförmige Teil 53 und der Ring 55 bilden einen ringförmigen Anschlag, der sich bei dem Aufwärtshub mit der Kompressionshülse 59 vereinigt, um einen Kolben zu bilden.

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Die Kompressionshülse 59 ist becherförmig und hat eine zentrale öffnung 63 großen Durchmessers. Zwölf longitudinale oder Wiederaufsitzdurchlässe 64 erstrecken sich vom Boden der öffnung 63 aus zu der unteren konischen Fläche 59b und vervollständigen einen Durchlaß vom oberen zum unteren Ende der Kompressionshülse.

Eine obere oder Vorspannhülse 65 ist auf dem oberen Stangenteil 31a in Gleit- und Dichtungskontakt hin- und herbewegbar gelagert. Die Vorspannhülse 65 ist zylindrisch und hat einen oberen Teil 65a in Gleit- und Dichtungskontakt mit der Wand der Vorspannkammer 35. Die Vorspannhülse 65 hat einen abgedrehten oder unteren Teil 65b, der einen kleineren Durchmesser als der obere Teil 65a hat. Der untere Teil paßt in die zentrale öffnung 63 der Kompressionshülse 59 hinein und liegt an dem Boden der öffnung 6 3 neben den Wiederaufsitzdurchlässen 64 an. Der Vorspannhülsenteil 65b hat einen kleineren Durchmesser als die zentrale öffnung 63, so daß Hydrauliköl von oberhalb der Kompressionshülse 59 zu den Wiederaufsitzdurchlässen 64 gelangt. Die Vorspannhülse 65 bewegt sich immer im Gleichlauf mit der Kompressionshülse 59 und könnte bei Bedarf einstückig mit dieser hergestellt sein. Der obere Rand 65c der Vorspannhülse bildet eine Druckfläche, die mit dem Hydrauliköldruck in der Vorspannkammer 35 beaufschlagbar ist. Das gestattet der Vorspannhülse, als Vorspanneinrichtung zu dienen, um gegen die Kompressionshülse 59 zu drücken, damit diese mit dem Ring 55 in Berührung ist.

Gemäß Fig. 7 ist an dem inneren oberen Rand der Vorspannhülse 65 eine mit Radius versehene Aussparung 67 gebildet. Die oberen öffnungen 49 der Stange befinden sich in einem zylindrischen Teil 69 mit kleinerem Durchmesser. Die Länge der Vorspannhülse 65 und der Durchmesser des Teils 6 9 sind so gewählt/ daß ein Spalt oder eine Sitzöffnung 71 vorhanden ist, die dem Hydrauliköl gestattet, aus der Vorspannkammer in den Längsdurchlaß 47 zu strömen. Der Druckabfall an der Sitzöffnung hilft, die Hülse 59 in Berührung an dem Ring 55 zu drücken.

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Fig. 2 zeigt, um die Arbeitsweise kurz zusammenzufassen, die Einzelteile in dem Zeitpunkt, in welchem die Kompressionshülse 59 den Belleville-Ring 55 nach dem Schlag berührt. Hydraulikdruck an der öffnung 39 wirkt auf den oberen Rand 65c der Vorspannhülse ein, wodurch die Kompressionshülse 59 auf ihren Sitz an dem Ring 55 gedrückt wird. Nachdem
die Kompressionshülse ihren Sitz eingenommen hat, bildet die Kombination aus dem Ring 55 und der Kompressionshülse 59 einen Kolben in der Kompressionskammer 37. Gleichzeitig drückt Hydrauliköldruck aus der öffnung 39 Hydrauliköl durch die
öffnung 71 hindurch und aus den unteren öffnungen 51 der Stange hinaus in die Kompressionskammer 37. Aufgrund des Unterschiedes in den Druckflächen des oberen Randes 65c der Vorspannhülse und des Kolbens ist die Gesamtkraft nach oben gerichtet und führt zum Zusammendrücken der Antriebsfeder 21.

Am oberen Ende des Hubes berührt gemäß Fig. 3 die Kqmpressionshülse 59 die obere ringförmige Stirn- oder Arretierfläche 37a der Kompressionskammer und schließt die Ausläßöffnung 45. Zu dieser Zeit öffnet die abgedrehte Fläche 65b der Vorspannhülse die untere öffnung 41 des Gehäuses zu der Kompressionskammer oberhalb des Kolbens hin. Dadurch wird die
Differenz der Drücke oberhalb und unterhalb des Kolbens verringert und der Antriebsfeder 21 gestattet, gegen den Hammer 13 zu drücken, um den Schlag auszuführen. Hydrauliköl in der Kompressionskammer strömt um den Umfang des Ringes 55 herum, wenn sich die Stange nach unten bewegt.

Die Kompressionshülse 59 bleibt vorübergehend an der Arretierfläche 37a arretiert, nachdem die Stange 31 ihre Abwärtsbewegung begonnen hat, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Die Abwärtsbewegung der Stange 31 mit unterschiedlichen Durchmessern
führt jedoch zur Erzeugung eines Soges in der Kammer 37, der bewirkt, daß die Kompressionshülse 59 vor dem Schlag des Hammers losegebrochen und nach unten bewegt wird. Dadurch wird
die untere Gehäuseöffnung 41 geschlossen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Dann wird durch den Druck an der oberen Gehäuse-

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öffnung 39 die Vorspannhülse 65 nach unten gedrückt, was zur Folge hat, daß die Kompressionshülse 59 nach dem Schlag des Hammers in dichte Berührung mit dem Ring 55 kommt. Im Zeitpunkt der Einnahme des Sitzes gibt der obere Rand 65c der Vorspannhülse die oberen Stangenöffnungen 49 für den Hydrauliköldruck über die Öffnung 71 frei. Das bewirkt, daß das Arbeitspiel wiederholt wird, wobei ungefähr zehn Arbeitsspiele pro Sekunde ausgeführt werden.

Zum Bestimmen der verschiedenen Parameter für das Erzielen der Arbeitsspiele werden die Schritte des Arbeitspiels ausführlicher betrachtet, und zwar mit folgenden Annahmen?

D₁ = Durchmesser des unteren Stangenteils 31b

D_ = äußerer Durchmesser des Ringes 55

D^ = äußerer Durchmesser der Kompressionshüise 59

D. = Durchmesser des oberen Stangenteils 3*ia

D₅ = äußerer Durchmesser des oberen Teils 65a der Vorspannhülse 65

D, = mittlerer Durchmesser der Arretierfläche 59a ο

P₁ = Hydrauliköldruck an der öffnung 39 P„ , = Hydrauliköldruck unter dem ringförmigen

Teil 53, wenn dieses an der Kompressionshülse 59 sitzt

Pj. . = Druck in der zentralen öffnung 53

F = Antriebsfederkraft am oberen Ende des Hubes Q . = Einströmung in die öffnung 39

Q, = Strömung durch die öffnung 41 am oberen Ende des Hubes

Q . , _f = Strömung durch die Durchlässe 64

in der Kompressionshülse 59, während sich diese abwärts bewegt

^Hiiederaufs ^{= Flacheninhalt} ^er Durchlässe 64

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INSPECTED

Am Anfang werden die verschiedenen Durchmesser, Druckverhältnisse und Durchflußleistungen so gewählt, daß zum Starten des Spannens von einem Nullpunkt aus das einströmende Hydrauliköl Q₁ gegen die Vorspannhülse 65 und die Kompressionshülse 59 drückt, damit diese auf dem Ring 55 sitzen. Die Größe der Sitzöffnung 71 wird so gewählt, daß ein derartiger Druckabfall hervorgerufen wird, daß P₁ größer als P₁₁ . ist. Diese Drücke und die Druckflächen bewirken, daß

die Kompressionshülse 59 während des Spannens auf ihrem Sitz auf dem Ring 55 gehalten wird. Wenn sich der Druck P , bei einströmendem und durch den Stangendurchlaß 47 hindurchgehendem und aus der unteren Öffnung 51 hinausgehendem Hydrauliköl aufbaut, ist die Abwärtskraft auf der Vorspannhülse größer als die Aufwärtskraft, die durch den Hydrauliköldruck P_TI , hervorgerufen wird, der auf die Druckfläche ein-

HUD

wirkt, welche durch den Kompressionskammerdurchmesser minus den Durchmesser des Ringes 55 festgelegt ist, d.h.:

P ^^-P
Hub ^ ein

^(D3 - ^D2 > < ^(D5 - ^D4 >

Das Schließen der Kompressionshülse 59 an dem Ring 55 ergibt einen Kolben in der Kompressionskammer 37 und startet den Spannhub. Das untere Ende hat nun einen größeren Druck oder eine größere Hydraulikflächs als das obere Ende und die Stange 31 und die Hülsen 59, 65 bewegen sich nach oben, weil gilt:

P„ , (Ό-, - D₁ ) > P . (D,- - D. ) Hub 3 1 ein 5 4

Die Antriebsfeder 21 wird zusammengedrückt, bis die Kompressionshülsenarretierflache 59a auf die Kompressionskammerarretierfläche 37a aufschlägt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Zwischen den Arretierflächen wird eine Flächendichtung aus Metall auf Metall gebildet. Das Bewegungsmoment der sich bewegenden Teile führt zum Durchfedern des Ringes 55, wenn die Kompressionshülse 59 die Arretierfläche 37a berührt. Der Druck P. , der auf die Arretierfläche 59a einwirkt, baut

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sich aufgrund eines Teils der Einströmung Q. auf. Die Durchfederung des Ringes 55 addiert sich zu dem Druck ^p _Arret# Wenn der Druck P , zunimmt, nimmt die hydraulische Hubkraft der Betätigungsvorrichtung bis zu einem Punkt ab, wo sie nicht mehr die Antriebsfederkraft tragen kann, d.h.:

^PHubl ^(D2² - ^D1²> - ^PArr.t. 1 ">2 ' O < ^F

Die Antriebsfeder treibt die Stange und den Hammer an, damit dieser einen Schlag ausführt, wie es in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Der Schlaghub des Hammers 13 wird etwas durch eine Strömungswiderstandskraft behindert, die durch Hydrauliköl erzeugt wird, das um den Ring 55 herum strömt. Wenn der Flächeninhalt D., - D~ so groß wie möglich gehalten wird, wird diese Schlagenergieverlustquelle minimiert.

Die Kompressionshülse 59 bleibt an der Arretierfläche 37a gemäß der Darstellung in Fig. 4 für eine kurze Zeitspanne nach der Trennung arretiert, weil gilt:

^(Pein - ^PArret.> ^ " ^D4^?) < ^PArret. ^ ~ O

Wenn sich der untere Teil 31b der Stange aus der Kompressionskammer 37 hinausbewegt, kann das am oberen Ende des Hubes eingenommene Volumen nicht vollständig ausgefüllt werden, da der obere Teil 31a einen kleineren Durchmesser hat. Da die Auslaßöffnung 45 geschlossen wird, wird in der Kammer 37 ein Unterdruck erzeugt, sofern nicht zusätzliches Hydrauliköl zugeführt wird, um den erzeugten Hohlraum auszufüllen. Hydrauliköl wird zwar der Kammer über den abgedrehten Teil 65b zugeführt, dieser Zufluß Q wird jedoch so gewählt, daß er nicht ausreicht, um den Hohlraum auszufüllen, der durch Wahl der Größen der vertikalen Durchlässe 43 erzeugt wird. Der Zufluß aus den Durchlässen 43 in die Kanuner 37 wird folgendermaßen gewählt:

^Qtrenn* ^< ^C ^{D^ ' ^D4^{2) V/ wobei c eine}

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Konstante und V die Schlaggeschwindigkeit der Stange ist.

Dieses Lösen der Arretierung mittels Unterdruck ergibt vor dem Schlag einen Punkt, an welchem P_{Arr t} nicht mehr die Kompressionshülse 59 arretiert halten kann. Die Kompressionshülse bewegt sich nach unten, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die untere Gehäuseeinlaßöffnung 41 wird durch die Vorspannhülse 65 geschlossen und die Einströmung Q . treibt die Hülsen 59 und 65 auf ihren Sitz an dem Ring 55. Das Lösen der Arretierung mittels Unterdruck dient als Maßnahme zum Bewegen der Vorspannhülse nach unten, nachdem die Stange ihren Abwärtshub begonnen hat, um die untere Gehäuseinlaßöffnung zu verschließen.

Die WiederaufSitzdurchlässe 64 in der Kompressionshülse 59 bilden einen Durchlaß, durch den Hydrauliköl unterhalb der Kompressionshülse hindurchgehen muß, damit der untere Sitz 59c wieder aufsitzen kann. Diese Strömung Q.,. , _c ist

Wiederaufs.

durch folgende Gleichung festgelegt:

(D ² - D ²) Q, _ ~ J «

Wiederaufs. ^wein /_D ² _ _D ²)

P„ , sollte vor dem Beginn eines weiteren Arbeitsspiels auf 13,8 - 41,4 bar erhöht werden. Dadurch wird der Stoß reduziert, der bei Zufuhr von Hochdruckhydrauliköl in die leere Kammer 37 auftreten würde, wenn die oberen Stangenöffnungen zu der öffnung 39 hin offen sind. Das wird erreicht, indem die Größe der Durchlässe 64 eingestellt wird, d.h.:

Q \²

^Wiederaufs. j sollte in dem Bereich von 13,8 -

24 A / 41,4 bar liegen.

Wenn die Kompressionshülse 59 den Ring 55 wieder berührt, wird der Ring 55 am Anfang durchgefedert. Der Durchmesser des Rin-

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ges 55 ist so gewählt, daß der Ring 55 die Wand der Kompressionskammer 37 bei maximaler Durchfederung nicht berührt.

Der Abstand der Stangenöffnungen, die Gehäuseöffnungen, die Vorspannhülse und die Durchlässe durch die Kompressionshülse dienen, um es nochmals zusammenzufassen, als Einrichtung zum Fördern von Hydrauliköldruck zu der Vorspann- und der Kompressionskammer, um die Stange nach oben zu bewegen, dann die Differenz zwischen den Drücken oberhalb und unterhalb des Kolbens zu verringern, um der Energiespeichereinrichtung zu gestatten, den Kolben nach unten zu beschleunigen, um während des Abwärtshubes die Hülse von dem ringförmigen Anschlag zu trennen, und nach dem Schlag zum Wiederauf sitzenlassen der Hülse auf dem ringförmigen Anschlag zum erneuten Spannen.

In einem Ausführungsbeispiel hat ein gemäß der Erfindung aufgebautes Schlagwerkzeug eine Feder, die eine Kraft von 31138 N erfordert, um sie am oberen Ende des Hubes zusammenzudrücken. Das Werkzeug liefert 250 - 600 Schläge pro Minute. Der Zustrom Q . beträgt 45 bis 106 Liter pro Minute bei 5-6 Schlägen pro Liter. Der Einlaßdruck P_ein beträgt im Mittel 104 bis 110 bar. Folgende Abmessungen werden benutzt:

D₁ = 57,2 mm
D₂ = 89,5 mm
D₃ = 95,2 mm
D. = 50,8 mm
D₅ = 63,5 mm
D, = 68,3 mm

Die Durchlässe 43 haben einen Durchmesser von 1,14 nun bis 1,40 mm.

Die Durchlässe 64 haben einen Durchmesser von 4,76 mm.

Beim Aufwärtshub liegt der Spalt zwischen der Fläche 53c des

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ringförmigen Teils und der Fläche 59d der Kompressionshülse in dem Bereich von 0,381 bis 1,02 mm. Der Ring 55 besteht vorzugsweise aus Berylliumkupfer und hat eine Dicke von 0/84 mm am inneren Durchmesser und von 1,98 mm am äußeren Durchmesser. Die Erfindung bietet beträchtliche Vorteile:

Die hydraulische Spannvorrichtung sorgt für Hubbewegungen von mit hoher Schlagenergie arbeitenden Werkzeugen. Sie sorgt für das automatische Spannen und Freigeben des Hammers ohne äußere Ventile, Steuereinrichtungen oder innere Federn, außer der Energiespeichereinrichtung. Die gesonderte Hülse und der ringförmige Anschlag bilden einen Kolben bei dem Aufwärtshub, der sich beim Schlag trennt, so daß der Kolben beim Abwärtshub kein Hydrauliköl aus einer Auslaßöffnung hinauszudrücken hat. Die Hülse ist oberhalb des ringförmigen Anschlags angeordnet und muß nicht in ihre ursprüngliche Stellung zurückgebracht werden, bevor der Stange gestattet wird, sich zum Schlag zu bewegen. Durch Verwendung von Einlaßhydrauliköl zum Vorspannen der Hülse in Berührung mit dem ringförmigen Anschlag der Stange sind mechanische Federn oder gedrosselte Auslaßöffnungen nicht erforderlich. Das Auslaßventil ist beim Schlag geschlossen, wodurch aus der Auslaßöffnung beim Schlag austretende Hydraulikölstöße vermieden werden. Der Belleville-Ring 55 reduziert den Dichtflächenstoß der Kompressionshülse und des ringförmigen Anschlags beim Aufeinandertreffen derselben. Die Flexibilität des Ringes gestattet eine Relativbewegung der Kompressionshülse und des ringförmigen Anschlags während des Wiederaufsitzens und außerdem am oberen Ende des Hubes.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann über das beschriebene Ausführungsbeispiel hinaus eine Vielzahl von Vereinfachungs- und Abwandlungsmöglichkeiten. So kann beispielsweise als Energiespeichereinrichtung eine Gasfeder statt einer Schraubenfeder benutzt werden.

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Claims

Patentansprüche ;

Schlagwerkzeug mit einem Hammer, einem Arbeitswerkzeug und einer Energiespeichereinrichtung, die, wenn sie zusammengedrückt ist, den Hammer beschleunigt, um auf das Arbeitswerkzeug einen Schlag auszuüben, wenn der Hammer freigegeben ist, und mit einer hydraulischen Spannvorrichtung zum Zusammendrücken der Energiespeichereinrichtung und zum Freigeben des Hammers, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (29) mit einer Vorspannkammer (35) und einer Kompressionskammer (37), durch eine Stange (31), die mit dem Hammer (13) verbunden ist, sich in die Kompressionskammer erstreckt und durch die Energiespeichereinrichtung (21) nach unten gedrückt wird, durch einen ringförmigen Anschlag (53), der mit der Stange starr verbunden und in der Kompressionskammer angeordnet ist, durch eine in der Kompressionskammer oberhalb des ringförmigen Anschlags angeordnete Kompressionshülse (59), die in bezug auf die Stange axial beweglich ist und einen Umfang in Gleitberührung mit der Kompressionskammer hat, wobei die Kompressionshülse einen unteren Sitz (59b) hat, der mit dem ringförmigen Anschlag in Berührung bringbar ist, um einen Kolben mit

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einer Druckfläche zu bilden, der die Stange nach oben drückt, und durch Einrichtungen (39, 41, 43, 45) zum Einleiten von Hydrauliköldruck in die Vorspannkammer und in die Kompressionskammer, um die Stange nach oben zu bewegen, zum anschließenden Verringern der Differenz zwischen den Drücken oberhalb und unterhalb de,s Kolbens am oberen Ende des Hubes, um die Hülse von dem ringförmigen Anschlag zu trennen und der Stange zu gestatten, durch die Energiespeichereinrichtung für den Schlag des Hammers nach unten bewegt zu werden, und zum Wiederaufsitzen der Hülse auf dem ringförmigen Anschlag zum Wiederspannen nach dem Schlag.
2. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionskammer (37) zylindrisch ist und ein oberes ringförmiges Ende (37a) hat und daß die Vorspannkammer (35) ebenfalls zylindrisch, im Durchmesser aber kleiner als die Kompressionskammer ist und sich von dem oberen ringförmigen Ende der Kompressionskammer aus nach oben erstreckt.
3. Schlagwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (29) eine obere Einlaßöffnung (39) hat, die mit der Vorspannkammer (35) in Verbindung steht und Hochdruckhydrauliköl empfängt, eine untere Einlaßöffnung (41), die ebenfalls mit der Vorspannkammer in Verbindung steht und mit Abstand unter der Einlaßöffnung zum Empfang von Hochdruckhydrauliköl angeordnet ist, und eine Auslaßöffnung (45), die mit · der Kompressionskammer (37) an dem oberen ringförmigen Ende (37a) derselben in Verbindung steht.
4. Schlagwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (31) einen oberen Teil (31a) und einen unteren Teil (31b) mit größerem Durchmesser als der obere Teil hat, einen inneren Längsdurchlaß (47), wenigstens eine obere öffnung (49), die in der Vorspannkammer (35) angeordnet ist und mit dem inneren Längsdurchlaß in Verbindung steht, wenigstens eine untere öffnung (51), die in der Kompressionskammer (37) angeordnet ist und mit dem inneren Längsdurchlaß in Verbindung steht,

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wobei der untere Teil einen größeren Durchmesser als der obere Teil hat und wobei die Einlaßöffnung in dem oberen Teil und die Auslaßöffnung in dem unteren Teil angeordnet ist, und daß der ringförmige Anschlag (53) den oberen und den unteren. Teil der Stange trennt.
5. Schlagwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionshülse (59) durch den oberen Teil (31a) der Welle (31) hin- und herbewegbar gelagert ist und eine obere ringförmige Fläche (59a) hat, die mit der oberen ringförmigen Fläche (37a) der Kompressionskammer (37) in Berührung bringbar ist, wobei die Kompressionshülse die Gehäuseauslaßöffnung (45) verschließt, wenn sie mit dem oberen ringförmigen Ende in Berührung ist, und wobei die Berührung zwischen der oberen ringförmigen Fläche der Kompressionshülse und dem oberen ringförmigen Ende der Kompressionskammer das obere Ende des Hubes festlegt, und daß die Kompressionshülse einen Längsdurchlaß (63) hat.
6. Schlagwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Vorspannteil (65) von der Hülse (59) aus nach oben in die Vorspannkanuner (35) erstreckt, um die Hülse in die Berührung mit dem ringförmigen Anschlag (53) vorzuspannen, während sich die Stange (31) nach oben bewegt.
7. Schlagwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (65a) des Umfangs des Vorspannteils (65) in Gleitberührung mit der Vorspannkammer (35) ist, daß das Vorspannteil eine Druckfläche hat, die durch den Druck in der Vorspannkammer beaufschlagt wird, um die Kompressionshülse (59) in die Berührung mit dem ringförmigen Anschlag (53) vorzuspannen, und daß die Druckfläche des Vorspannteils ausreichend kleiner als die Druckfläche des Kolbe.ns ist, damit sich während des Spannens eine Aufwärtsbewegung der Stange (31) ergibt.
8. Schlagwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannteil (65) in bezug auf die Einlaßöffnung (49) der

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Stange (31) so angeordnet ist, daß es die Stangeneinlaßöffnung zu der Vorspannkaminer (35) hin während des Aufwärtshubes freigibt, um Hydrauliköl einzulassen, aber während des Abwärtshubes die Stangeneinlaßöffnung verschließt, und daß das Vorspannteil einen unteren zylindrischen Teil (65b) mit kleinerem Durchmesser als die Vorspannkammer (35) hat, um einen Durchlaß von der unteren Gehäuseeinlaßöffnung (41) zu der Kompressionskammer (37) am oberen Ende des Hubes zu schaffen und die Differenz zwischen den Drücken oberhalb und unterhalb des Kolbens zu reduzieren.
9. Schlagwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Anschlag (53) im Durchmesser kleiner ist als die Kompressionskammer (37) , um Hydrauliköl in der KompressionsKammer zu gestatten, um den ringförmigen Anschlag herumzugehen, wenn sich die Stange (31) nach unten bewegt.
10. Schlagwerkzeug nach --.inem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Vorrichtung (55) vorgesehen ist, die mit dem ringförmigen Anschlag (53) und der Kompressionshülse (59) zusammenwirkt, um den Dichtflächenstoß zu absorbieren, wenn die Kompressionshülse nach dem Schlag ihren Sitz auf dem ringförmigen Anschlag wieder einnimmt.
11. Schlagwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Vorrichtung (55) ein Metallring ist, der an der Stange unterhalb des ringförmigen Anschlags (53) und in Berührung mit diesem starr befestigt ist, kegelstumpfförmig, nach oben weisend, dünn und elastisch ist und einen Umfang hat, der sich über den ringförmigen Anschlag hinaus erstreckt, und einen Durchmesser, der kleiner ist als der der Kompressionskammer (37).
12. Schlagwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionshülse (59) einen unteren Sitz (59c) hat,

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der mit dem über den ringförmigen Anschlag {53} vorstehenden Teil des Metallringes (55) in Berührung bringbar ist, und daß der untere Sitz der Kompressionshülse so angeordnet ist, daß die Kompressionshülse den Metallring durchfedert, bevor sie auf dem ringförmigen Anschlag aufschlägt.

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