DE3023538C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schlagmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine solche Schlagmaschine ist aus der US-PS 39 65 799 bekannt. Bei einer solchen Maschine wird der Schlagkolben in einer Bohrung des Gehäuses hydraulisch hin und her bewegt und die sich dabei ergebende Schlagenergie in einem Hochdruckakkumula­ tor gespeichert, der in direkter Verbindung mit der hydraulischen Druckleitung in Verbindung steht und mit der entsprechenden Druckkammer im Gehäuse parallel ge­ schaltet ist. Parallel zum Schlagkolben ist eine in gleicher Richtung bewegliche Verteilervorrichtung vorgesehen, die mit dem Schlagkolben beweglich ist und den über dem Schlagkolben liegenden Raum abwechselnd mit der Druckleitung und der Sumpfleitung verbindet. Im oberen Bereich weist der Schlagkolben eine Einschnürung auf, die mit entsprechenden Teilen des Gehäuses als Steuerventil wirksam ist und verhindert, daß die Schlagbewegung des Schlagkolbens einsetzt, ehe sich dieser in seiner höchsten Lage befindet. Die Anordnung ist so getroffen, daß dann, wenn der Schlagkolben bei geschlossenem Steuerventil in seiner oberen Stellung an einem End­ lagendämpfer zum Stillstand kommt, der Druck im Druckakkumulator ansteigt, bis dieser Druck das Steuerventil öffnet. Erst dann gewinnt das hydraulische Fluid durch die Kolbeneinschnürung Zutritt zu der Verteilereinrichtung und bewirkt, daß Hydrau­ likfluid aus der Druckleitung und dem Druckakkumulator in den Raum über dem Schlagkolben fließen kann, der dann zum Schlag ansetzt.

Ein Nachteil dieser hydraulischen Schlagmaschine besteht darin, daß man einen Verbindungskanal vom Drucksteuerventil zu der Verteilervorrichtung durch die Einschnürung am Schlagkolben führen muß. Diese Einschnürung und weitere, in den Schlagkolben eingearbeitete Umfangsvertiefungen verkomplizieren die Kon­ struktion und erhöhen die Herstellungskosten. Auch besteht die Gefahr, daß das Drucksteuerventil sich unverhofft öffnet, ehe der Schlagkolben seine obere Lage annimmt. In diesem Fall wird der Druckakkumulator mit überschüssiger Energie geladen mit der Folge eines übermäßig kräftigen Schlages und damit einer Überlastung der Schlagmaschine. Dies kann zu Beschädigungen führen. Andererseit kann man bei dieser bekannten Schlagmaschine das Drucksteuer­ ventil auch nicht ohne weitere weglassen, da man dann den Arbeitsbereich der Schlagmaschine unnötig einschränkt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Schlag­ maschine besteht darin, daß man die vom Werkzeug ausgehende Rückprallenergie in keiner Weise speichern kann. Diese wird vielmehr einerseits in Wärme und andererseits in mechanische Beanspruchungen der Schlagmaschinenteile umgesetzt. Auch können bei dieser bekannten Schlagmaschine hohe Druckspitzen in der Sumpfleitung auftreten.

Ferner ist aus Fig. 2 der DE-OS 27 10 561 eine hydraulische Schlagmaschine bekannt, bei der der Druckakkumulator bei jedem Hub zwangsläufig zeitweilig mit der Sumpfleitung und zeitweilig mit der Druckleitung direkt verbunden ist, so daß er von dem hydraulischen Versorgungssystem nicht unabhängig ist. Schwankungen oder Unregelmäßigkeiten in diesem Versorgungssystem führen daher auch zu unregelmäßigen Schlägen des Schlagkolbens, was sich in vielen Fällen als nachteilig erweist.

Ferner ist aus der DE-AS 20 24 501 eine hydraulische Schlagmaschine bekannt, die ein den Schlag konstant haltendes Drosselventil aufweist. Bei dieser bekannten Schlagmaschine geht es in erster Linie darum, in Notfällen, in denen die volumetrische Leistung der Druckquelle absinkt, dafür Sorge zu tragen, daß hierdurch nicht der Schlagdruck verringert wird. Dies wird im bekannten Falle dadurch erreicht, daß die Schlagfrequenz in Abhängigkeit von der volumetrischen Leistung der Druckquelle verändert, d.h. bei sinkender Leistung verkleinert wird.

Hierzu dient in erster Linie das Drosselventil, dessen Drosselstellung unmittelbar von dem Druck der Speiseleitung gesteuert wird, wodurch sich die Strömungsge­ schwindigkeit des hydraulischen Druckmittels in Abhängigkeit vom herrschenden Druck in der Druckleitung ändert. Auch bei dieser bekannten hydraulischen Schlagmaschine muß der Druckakkumulator ständig mit der Druckleitung verbunden sein, damit in diesem während der Verzögerung des Rückhubes des Schlagkolbens der erforderliche Schlagdruck von der Pumpe selbst bei verringer­ ter Leistung aufgebaut werden kann. Das Drosselventil dieser bekannten Schlagmaschine steht nur mit der Druckleitung in Verbindung und ist in dieser im Bereich vor dem Steuerventil angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Schlagmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß auf einfache Weise ein wesentlich gleichmäßiger Schlag erreicht wird, und zwar unabhängig von den Verhältnissen im hydraulischen Versorgungskreis, so daß die Schlagmaschine ohne Änderung ihrer Schlagwirkung in verschiedenen Grundma­ schinen mit unterschiedlichen hydaulischen Daten eingesetzt werden kann und in jedem dieser Einsatzfälle die gleiche Schlagwirkung erzeugt, ohne daß die Bedienungsperson dazu besondere Handgriffe oder Einstellungen vornehmen oder gar besondere Aufmerksamkeit aufbringen muß.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

Durch den Drucküberwachungs-Steuerkreis gemäß der Lehre der Erfindung wird der Druckakkumulator in allen Stellungen des Schlagkolbens während eines Schlagzyklus normalerweise sowohl von der Sumpfleitung als auch von der Druck­ leitung vollständig abgesperrt. Der Steuerkreis wird daher durch den Druck in diesen Leitungen in keiner Weise beeinflußt. Der Steuerkreis selbst wird aus­ schließlich in Abhängigkeit von dem Druck im Kopfraum zwischen dem Druckakkumulator und dem Schlagkolben gesteuert. Dabei wirkt der Steuerkreis weder drosselnd noch zeitlich verzögernd auf die Strömung des hydraulischen Fluids bzw. auf die Kolbenbewegung ein.

Aufgrund dieser Ausbildung wird ein wesentlich gleichmäßiger, von den Verhält­ nissen im hydraulischen Versorgungskreis unabhängiger Schlag erreicht. Darüber erhält man jedoch den besonderen Vorteil, daß die neue Schlagmaschine ohne Vornahme von Einstellungen oder Änderungen in unterschiedliche Grundmaschinen mit unterschiedlichen hydraulischen Daten eingesetzt werden kann und dennoch stets die gleiche Schlagwirkung zeigt.

Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich aus der Lehre der Ansprüche 2 bzw. 3. Hierdurch wird auf besonders einfache Weise gewährleistet, daß das Hauptziel der vorliegenden Erfindung gewährleistet ist und dennoch bedarfsweise hydraulisches Fluid in den Fluidkreis zwischen Schlagkolben und Druckakkumulator eingespeist bzw. aus diesem ausgespeist werden kann, um so den Schlag des Schlagkolbens auf einem vorbestimmten Wert konstant zu halten.

Um auch die kinetische Energie des vom Werkzeug zurückprallenden Schlagkolbens nutzbar speichern zu können, ist die Anordnung zweckmäßiger­ weise gemäß der Lehre nach Anspruch 4 ausgebildet. Dadurch werden darüber hinaus thermische und mechanische Beanspruchungen in der Schlagmaschine be­ grenzt gehalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt das Ausführungsbeispiel im Längsschnitt.

Wie die Figur zeigt, weist die hydraulischen Schlagmaschine ein Gehäuse 1 mit einem gasgefüllten hydraulischen Druckakkumulator 2 auf. In einer Bohrung des Gehäuses ist ein Schlagkolben 3 hydraulisch auf und ab oder hin und her beweg­ bar, der während seines Arbeishubes gegen das Werkzeug 4 schlägt.

Die Schlagmaschine weist ferner einen hydraulischen Drucküberwachungs-Steuer­ kreis 5 auf, dem ein unter der Wirkung einer einstellbaren Vorspannung einerseits und unter der Wirkung des Druckes des Druckakkumulators 2 andererseits steht.

Die Druckleitung 6 und die Sumpfleitung 12 führen zu einem hydraulischen Steuerkreis 30, dem ein Hauptsteuerventil 8 zugeordnet ist.

Der Druckakkumulator 2 ist als Niederdruckakkumulator ausgebildet. Er weist einen Druckgasraum 28 und einen mit dem hydraulischen Fluid gefüllten Raum 29 auf, die durch eine Membran 27 getrennt sind. Der Raum 29 steht mit dem Bohrungsende 26 auf der Stirnseite 9 des Schlagkolbens 3 über eine mit ent­ sprechenden Verbindungsbohrungen versehene Zwischenwand in freier Strömungs­ verbindung.

Die Druckleitung 6 umgeht mit einer Ringnut das Hauptventil 8 und gelangt über eine Gehäusebohrung 7 in einen Druckraum 11 unterhalb eines erweiterten Kopf­ teils 17 des Schlagkolbens 3. Dadurch wird der Schlagkolben nach oben gedrückt. Infolge dieser Bewegung und der zuvor beschriebenen Anordnung drückt die obere Stirnseite 9 des Schlagkolbens 3 das hydraulische Fluid aus dem Kopfabschnitt 26 der Gehäusebohrung in den Druckakkumulator, der so während des Rückhubes des Kolbens Energie speichert.

Der Schlagkolben 3 drückt mit seiner am oberen Ende des Kopfteils 17 liegenden ringförmigen Schulter 18 während des Rückhubes hydraulisches Fluid aus einer angrenzenden Ringkammer 19 des Gehäuses durch einen Gehäusekanal 15 in das Hauptventil 8, welches das Öl in die Sumpfleitung 12 abführt.

Mit Erreichen seiner obersten Stellung gibt die untere Schulter des Kopfteils 17 die Mündung einer Gehäusebohrung 13 frei, wodurch das Drucköl aus der Gehäusebohrung 7 an dem Schieber 25 des Hauptventils 8 angreift und diesen in die Schlagstellung verschiebt. Die Folge ist, daß das Hauptventil die Sumpf­ leitung 12 schließt und die Gehäusebohrung 15 und die über dem Kopfteil 17 liegende Ringkammer 19 mit der Druckleitung 7 verbindet. Dies ist der Augenblick, in dem der Schlagkolben 3 zu seinem Schlaghub ansetzt. Er ist dabei der Wirkung einer Druckdifferentialschaltung unterworfen. Dabei wirkt das aus der Druckleitung 6 zugeführte auf die oberhalb des Kopfteils 17 liegende Ring­ schulter 18 des Schlagkolbens. Das aus der Ringkammer 11 von der Ringschulter unterhalb des Kopfteils 17 durch die Gehäusebohrung 7 verdrängte Öl gelangt ebenfalls durch das Hauptventil 8 und die Gehäusebohrung 15 in den Ringraum 19 und wirkt so schlagbeschleunigend. Der Hauptteil der Schlagenergie wird dem Schlagkolben 3 durch den Niederdruckakkumulator 2 zugeführt, der mit seiner Fluidseite (Kammer 29) direkt auf die Stirnseite 9 des Schlagkolbens 3 einwirken kann.

Nach Beginn seines Schlaghubes schließt der Kopfteil 17 mit seiner unteren Schulter zunächst die Gehäusebohrung 13. Der Schieber 25 des Hauptventils 8 bleibt jedoch weiterhin in der Schlagstellung, und zwar so lange, bis die obere Stirnseite 9 des Kolbens kurz vor Erreichen des Schlagendes die Gehäusebohrung 14 freigibt. In diesem Augenblick kann das Drucköl aus dem Hauptventil 8 in den Kopfraum 26 über der Stirnseite 9 des Schlagkolbens fließen. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Druck in der Druckleitung 6 ständig auf die rechte Seite in der Figur des Schiebers 25 einwirkt und daher diesen in seine in der Figur eingezeichnete Ausgangsstellung zurückschiebt, sobald durch Freigabe der Gehäusebohrung 14 eine Druckentlastung auf der entgegengesetzten Seite des Schiebers 25 erfolgt. Damit beginnt dann ein neuer Arbeitszyklus.

Das Ventil 16 des Steuerkreises 5 dient dem Zweck, den Druck in der Kammer 29 des Druckakkumulators 2 zu überwachen und tritt zu diesem Zweck am Ende des Schlaghubes in Wirkung. Wenn nämlich in diesem Augenblick der Druck in der Kammer 29 oder dem Kopfraum 26 unter einen eingestellten Wert absinkt öffnet das Ventil 16 eine Zweigbohrung 24 der Druckleitung 6, so daß aus der Druckleitung hydraulisches Fluid über das Ventil 16 in den Kopfraum 26 zur Erhöhung des Druckes im Druckakkumulator nachströmen kann. Steigt dagegen beim Rückhub des Schlagkolbens 3 der Druck im Druckakkumulator 2 über einen vorbestimmten Wert an, so öffnet das Ventil 16 eine Zweigbohrung 23 der Sumpfleitung 12, so daß unter Verminderung des Druckes Öl aus dem Kopfraum 26 in die Sumpfleitung abfließen kann. Zu diesem Zweck ist die Bohrung des Ventils 16 über Gehäusekanäle 21, 22 mit dem Kopfraum 26 oberhalb der Stirn­ seite 9 des Schlagkolbens 3 verbunden.

Um Leer-Schläge zu vermeiden, die auftreten können, wenn der Schlagkolben 3 oder das Werkzeug 4 auf keinen durch ein Arbeitsobjekt gebildeten Widerstand trifft, sondern in die Luft schlägt, ist ein Sperrkreis 10 vorgesehen. Dieser besteht aus einer Verbindungsbohrung 10, welche eine an die Ringkammer 11 auf der Unterseite des Kopfteils 7 des Schlagkolbens anschließende, zur Schlag­ dämpfung dienende Ringkammer 31 mit einer Ringnut verbindet, die im Bereich des Kopfteils 17 nahe des oberen Ringraumes 19 oberhalb der Schulter 18 ange­ ordnet ist. Schlägt der Kolben ins Leere, so führt er einen längeren Schlaghub aus, der die untere Schulter des Kopfteils 17 in den Ringraum 31 eindringen läßt, in dem durch Zusammenpressung von darin eingeschlossenem Öl eine Schlagdämpfung erfolgt. Bei diesem längeren Hub gibt dann die obere Ringschulter 18 des Kopfteils 17 die Gehäusebohrung 10 frei und verbindet den Raum 19 oberhalb der Ringschulter 18 mit dem als Schlagdämpfung dienenden Ringraum 31. Damit gelangt Drucköl in den Ringraum 19, wodurch der Schlagkolben 3 in seiner unteren Stellung hydraulisch festgelegt wird. Wieder­ holte Leerschläge können daher nicht stattfinden.

Um den Schlagkolben 3 aus dieser verriegelten Stellung zu befreien, drückt man mit dem Werkzeug 4 gegen einen festen Widerstand, z.B. einen Stein, um den Kolben 3 so weit anzuheben, daß die durch die Gehäusebohrung 10 hergestellte Verbindung wieder unterbrochen wird. Danach kann der normale Schlagrythmus wieder aufgenommen werden.

Claims (4)

1. Hydraulische Schlagmaschine mit in einer Bohrung eines Gehäuses hydraulisch hin und her bewegbarem Schlagkolben, der einen Steuerabschnitt von größerem Durchmesser aufweist, welcher in einem entsprechend erweiterten Bohrungsab­ schnitt spielt, dessen Enden über Bohrungen an ein Steuerventil angeschlossen sind, derart, daß die in Schlagrichtung weisende Ringfläche des Steuerabschnittes ständig unter dem Druck einer hydraulischen Druckleitung steht, während die entgegengesetzte Ringfläche für den Rückhub mit einer hydraulischen Sumpflei­ tung und für den Schlaghub mit der hydraulischen Druckeinrichtung verbindbar ist, und bei der das Steuerventil in Abhängigkeit von der Bewegung des Schlagkolbens durch diesen umsteuerbar ist, dem Schlagkolben ein gasgefüllter hydraulischer Druckakkumulator zugeordnet ist, und eine Drucküberwachungseinrichtung vorge­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckakkumulator (2) in allen Stellungen des Schlagkolbens (3) mit der Druckleitung (6) und der Sumpflei­ tung (12) nur indirekt über einen separaten hydraulischen, den Schlag des Schlag­ kolbens konstant haltenden Drucküberwachungs-Steuerkreis (5) verbunden ist.

2. Schlagmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schlag konstant haltende Steuerkreis (5) ein in seiner Normalstellung den Druckakkumulator (2) gegenüber Druckleitung (6) und Sumpfleitung (12) absperren­ des, einerseits unter dem Druck des Druckakkumulators und andererseits unter der Wirkung einer einstellbaren Vorspannung stehendes Ventil (16) aufweist.

3. Schlagmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (16) mit der Druck- und der Sumpfleitung (6, 12) im Bereich vor dem Steuerventil (8) verbunden ist.

4. Schlagmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der hydraulische Akkumulator als Niederdruckakkumu­ lator (2) ausgebildet ist und mit der dem Schlag entgegengerichteten Stirn­ seite (9) des Schlagkolbens (3) in ständiger Druckverbindung steht.