DE3400302C2

DE3400302C2 -

Info

Publication number: DE3400302C2
Application number: DE3400302A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 6100 Darmstadt De Rode
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: RUDOLF HAUSHERR & SOEHNE GMBH & CO KG, 4322 SPROCK
Priority date: 1984-01-03
Filing date: 1984-01-03
Publication date: 1988-01-07
Also published as: ZA8523B; EP0149967B1; FI844848L; US4635531A; DE3400302A1; ATE37315T1; FI844848A0; DE3474120D1; EP0149967A1; JPS60150975A

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigte Schlag vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 39 65 799 ist eine derartige Schlagvor richtung bekannt, wobei die Umsteuerung der Bewegung des Schlagkolbens durch Steuerkanten am Schlagkolben erfolgt. Derartige Steuerkanten sind insoweit nachteilig, als einerseits eine sehr harte Umsteuerung erfolgt, weil diese Kanten quasi Umsteuerpunkte und keinen Bereich definieren und zum anderen, weil bei der in der US-PS beschriebenen Ausführung, die Umsteuerkanten im Bereich der Enden des Schlagkolbens liegen. Durch ein nicht zentrisches Auftreffen des Schlagkolbens auf das Schlag werkzeug kommt es zu einer gewissen Umlenkung des Schlag kolbens um eine Achse, die etwa im mittleren Bereich - bezogen auf die Länge des Schlagkolbens - liegt. Die größte Auslenkung liegt damit zwangsläufig im Bereich der Enden des Schlagkolbens, also genau in dem Bereich, in dem die Steuerkanten vorgesehen sind. Die Folge hiervon ist ein verstärkter Verschleiß dieser Kanten und damit eine über die Lebensdauer zunehmende Behinderung des Umsteuervorganges.

Schließlich kann es bei dieser bekannten Ausführung auch zu Beschädigungen des Steuerventils kommen, wenn beim Auftreffen des Schlagkolbens auf das Schlagwerkzeug die Ölsäule schlagartig abgebremst wird. Besonders gefährdet ist ein hülsenartiges Steuerventil, das - wie im bekannten Fall - Querbohrungen aufweist, die den Querschnitt selbst verständlich schwächen.

Eine Ausnutzung des plötzlichen Öldruckanstieges erfolgt nicht.

Aus der DE-OS 25 17 213 ist eine hydraulisch betätigte Schlagvorrichtung bekannt, bei der das Steuerventil von dem sich bewegenden Kolben in einer Richtung verschiebbar ist, auf die Bewegung des Kolbens in entgegengesetzter Richtung anspricht und daraufhin von der Druckflüssig keit derart betätigt wird, daß es sich durch hydro statischen Druck in entgegengesetzte Richtung bewegt. Bei dieser Vorrichtung ist das Steuerventil auf der dem Schlagwerkzeug zugewandten Seite angeordnet. Diese An ordnung hat den Nachteil, daß während des gesamten Ar beitshubes die Masse des Ventils bewegt werden muß. Dies behindert die Beschleunigung des Schlagkolbens.

Außerdem legt das Steuerventil einen längeren Weg zurück als der Steuerkolben. Das bedeutet zum einen, daß es sich vom Steuerkolben lösen muß, was bei unterschied lich zu schlagenden Objekten sich verschieden vollzieht und bei weichen Objekten nicht immer gelingt. Die Folge davon ist, daß das Steuerventil und der Schlagkolben außer Takt kommen.

Der lange Weg des Steuerventils bedeutet zum anderen, daß das Steuerventil aufgefangen werden muß. Dies führt zu einer nicht gewünschten Erwärmung des hydraulischen Mediums. Außerdem ist zum Umschalten des Steuerventils ein nicht gewünschtes großes Ölvolumen erforderlich.

Das Steuerventil ist, um die zum Zurückführen erforder lichen Kammern zu erhalten, innen und außen geführt. Da enge Fertigungstoleranzen gefordert sind, werden hierfür hohe Fertigungskosten auftreten. Auch hierbei kann ein vorzeitiger Verschleiß durch Querbewegungen des Schlagkolbens auftreten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schlagvorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die bei einem wesentlich vereinfachten Steuerungssystem und unter Ausnutzung des Öldruckan stieges beim Auftreffen des Schlagkolbens auf das Schlagwerkzeug die Geschwindigkeit des Steuervorganges der Beschaffenheit des zu schlagenden Objektes anpaßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Nach der Erfindung besteht das Steuerventil aus einer einfachen quer bohrungsfreien Hülse, die im Schlaghub hydraulisch und im Aufwärtshub mechanisch in Abhängigkeit des Weges und der Geschwindigkeit des Schlagkolbens umgesteuert wird. Das Steuerventil wird, außer während des Umschaltvorgangs, hydraulisch in definierten Positionen im Gehäuse ge halten.

Es ist nur ein Druckölsystem erforderlich.

Kurz vor dem Auftreffen des Schlagkolbens auf das Schlagwerkzeug wird der Steuerkanal zum Steuerventil freigegeben und bleibt zu Beginn der Rückwärtsbewegung offen. Werkzeug und zu schlagendes Objekt könnten theoretisch wie ein Federsystem betrachtet werden. Die Beschaffenheit des Objektes hat dabei einen Einfluß auf die Rückprallgeschwindigkeit. Wird beispielsweise auf hartes Gestein geschlagen, so ist der Weg zum Stillstand des Kolbens fast Null. Im Gegensatz zum Schlag auf Weichgestein entsteht bei hartem Gestein eine hohe Rückprallgeschwindigkeit des Schlagkolbens und ein momentaner Druckanstieg in der Ölsäule. Da dieser Druck zur Umsteuerung des Steuerventils einge setzt wird, ist der Umsteuervorgang bei harten Objekten wunschgemäß schneller.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen einer schematisch dargestellten Schlagvorrichtung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schlagvorrichtung im Axialschnitt mit am Beginn des Rückhubes befindlichem Schlagkolben,

Fig. 2 die Schlagvorrichtung gemäß Fig. 1 mit am Beginn des Schlaghubes befindlichem Schlagkolben,

Fig. 3 den Schlagkolben,

Fig. 4 das Steuerventil,

Fig. 5 im Detail den Ringraum zwischen Schlagkolben, Steuerventil und Gehäuse.

Wie Fig. 1 (ergänzend dazu Fig. 3 und 4) zeigt, besteht die Schlagvor richtung aus dem Gehäuse 2, dem Schlagkolben 3 und dem Steuerventil 4, wobei axial in das Gehäuse ein Schlagwerkzeug 1, wie Meißel, Bohrer o. ä., eingebracht wird, auf das der sich axial hin- und herbewegende Schlag kolben wirkt.

In der Fig. 1 hat der Schlagkolben 3 den Schlag ausgeführt. Die Ringfläche 3.3 des Führungszylinders 3′′ des Schlag-Kolbens 3 hat die Mündung des Ablasses 7.1 des Verbindungskanals 7 freigegeben. Über die Zuführung 7.2 ist das Drucköl in den Ringraum 8.2 gelangt und hat über die Ringfläche der Steuerkante 4.3 das Steuerventil 4 in Richtung des Schlagwerkzeuges 1 bewegt und die Ringfläche der Steuerkante 4.6 des Steuerventils 4 gegen die Ringfläche 2.4 des Gehäuses gelegt. Das Öl aus der Ringnut 5′′′ ist über den mitt leren Ablaß 6.3 und die obere Verbindung 6.4 zum Ölauslaß 6 gelangt.

Über die obere Verbindung 5.4 und die obere Zuführung 5.5 ist der Ring raum 5′′′′ geöffnet, so daß Drucköl vom Druckeinlaß 5 über die Ringfläche der Steuerkante 4.4 das Steuerventil in die Position "Rückhub" ver schiebt. Das Steuerventil 4 hat dabei die obere Ringnut 6′′ und die untere Ringnut 6′ freigegeben. Das Öl aus dem inneren Ringraum 8.1 kann über den oberen Ablaß 6.5 zum Ölauslaß 6 abfließen. Gleichzeitig ver sperrt in dieser Position das Steuerventil 4 die Ringnut 5′′ und damit die Zufuhr des Drucköles über die Zuführung 5.3 zur Ringfläche der Steuerkante 3.3. Der Druck des im Ringraum 8.3 anstehenden Öles hält das Steuerventil 4 über die Ringfläche der Steuerkante 4.4 in seiner Posi tion.

Das über die untere Verbindung 5.2 und die Zuführung 5.1 in den unteren Ringraum 5′ gelangende Drucköl wirkt auf die Ringfläche 3.1 des Zylin ders 3′ und bewegt den Schlagkolben in Richtung der dem Schlagwerkzeug abgewandten Seite des Kolbens. Kurz vor Ende des Rückhubes trifft der Schlagkolben 3 auf das Steuerventil 4 (Fig. 5). Ein Teil der Außenwand des Zapfens 3.4 wird in die Innenbohrung 4.2 des Steuerventils 4 ge schoben. Das sich zwischen den Flächen der Außenwand des Zapfens 3.4, der Ringfläche 3.3, der Gehäuseinnenwand 2.1 und der unteren Ringfläche 4.1 des Steuerventils 4 befindende Öl wird in dem entstandenen Ringraum eingeschlossen. Die sich überdeckenden Flächen zwischen dem Zapfen 3.4 und der Innenbohrung 4.2 sowie dem mittleren Zylinder 3′′ und der Gehäuseinnenbohrung 2.1 dichten ausreichend ab.

Die Dichtfläche, die gebildet wird von der Außenfläche 4.7 und der Gehäuseinnenfläche 2.1 wird bei der Rückbewegung des Steuerventils 4 kleiner. Nach Überschreiten der Steuerkante 2.2 des Gehäuses 2 durch die Kante 4.1 des Steuerventils 4 steht in dem oben beschriebenen Ringraum der Druck des Öls aus der Ringnut 5′′ an.

Das druckseitige Öl wirkt auf die Ringfläche 3.3 des Schlagkolbens 3 und bremst seine Bewegung ab. Das Steuerventil bewegt sich in die Position "Schlaghub" (Fig. 2). Das druckseitige Öl gelangt nach Überschreiten der Steuerkante 3.5 des Schlagkolbens 3 durch die Steuerkante 4.1 des Steuer ventils 4 in den inneren Ringraum 8.1. Der Schlagkolben wird beschleunigt in Richtung Schlagwerkzeug bewegt, da zu der Ringfläche 3.3 nun auch die Ringfläche 3.5 in Schlagrichtung wirksam wird. Das Öl der mittleren Ring nut 5′′′ fließt über den Verbindungskanal 7 und dem Ringraum 3.2 zum Öl auslaß 6.

Die Fig. 2 zeigt das Steuerventil 4 in der Position "Schlaghub". Das Steuerventil 4 liegt mit der Stirnfläche 4.5 auf der Ringfläche 2.3 des Gehäuses 2. Der Abfluß des Öls aus dem Ringraum 8.1 in den oberen Ablaß 6.5 und die Ringnut 6′′ und 6′ ist unterbunden. Das Drucköl gelangt über die Zuführung 5.3 und die Ringnut 5′′ in den Raum 8.1 und damit auf die dem Schlagwerkzeug abgewandte Stirnfläche 3.5 und 3.3 sowie über die Zuführung 5.1 auf die dem Schlagwerkzeug zugewandte Stirnfläche 3.1 des Ringraumes 5′.

Da die Ringflächen 3.3 und 3.5 deutlich größer sind als die Ringfläche 3.1 bewegt sich der als Differentialkolben ausgebildete Schlagkolben in Richtung des Schlagwerkzeuges.

Claims

1. Hydraulisch betätigte Schlagvorrichtung, bestehend aus einem Gehäuse mit Zylinderräumen und Kanälen für eine Druckflüssigkeit sowie einem in den Zylinder räumen axial hin- und herbewegbaren, als Differential kolben ausgebildeten Schlagkolben (3) zur Übermittlung von Schlagenergie auf ein Schlagwerkzeug (1) und einem konzentrisch zur Kolbenstange des Schlagkolbens an der dem Schlagwerkzeug abgewandten Seite ange ordneten, axial beweglichen hülsenförmigen, mit Abstufungen versehenen Steuerungsventil (4), das den Schlagkolben für den Rückhub mit einem ständigen Druck auf eine kleine Fläche und für den Schlaghub mit einem gesteuerten Druck auf eine größere Fläche beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Verbindungskanal (7) vorgesehen ist, dessen eine Mündung (7.2) mit einem Ringraum (5′′′), der in jeder Stellung des Steuerventils (4) den auf diesem Steuerventil angeformten Außenkragen (4′) aufnimmt, in Verbindung steht und dessen andere Mündung (7.1) am Ende des Schlaghubes zur Aufnahme eines Druckimpulses, der beim Auftreffen des Schlagkolbens auf das Werkzeug entsteht, geöffnet ist und mit einem inneren Ringraum (8.1), der sich zwischen der Kolbenstange (3.6) und der Gehäuse innenwand (2.1) erstreckt, in Verbindung steht,
b) daß der Außenkragen (4′) eine auf der dem Werkzeug (1) abgewandten Seite des Steuerventils (4) ange ordnete mittlere Steuerringfläche (4.3) aufweist, die eine Größe besitzt, die erst mit Hilfe des infolge der Rückprallgeschwindigkeit entstehenden Druckanstiegs in der Ölsäule ein Umsteuern des Steuerventils (4) bewirkt,
c) daß am Schlagkolben (3) ein Bund (3.4) zum Steuer ventil (4) weisend angeordnet ist, mit einem Außen durchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Innenbohrung (4.2) des Steuerventils (4) und die Länge des Bundes (3.4) derart ausgelegt ist, daß kurz vor der Endphase des Rückhubes des Schlagkolbens (3) ein Teil der zylindrischen Wand des Bundes (3.4) in die Innenbohrung (4.2) eindringt, wobei der andere Teil mit der Gehäuseinnenwand (2.1), der unteren Stirnfläche (4.1) des Steuerventils (4) und der mittleren Ringfläche (3.3) des Zylinders (3′′) des Schlagkolbens (3) einen Ringraum begrenzt.

2. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Kopfes des Steuerventils (4) an der dem Schlagwerkzeug abgewandten Seite kleiner ist als der Außendurchmesser eines mit dem Ölauslaß (6) in Verbindung stehenden Ringraumes (6′′) des Gehäuses (2).

3. Schlagvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der einander zugewandten Flächen einer Ringfläche (2.3), die über eine Ringnut (6′) mit einem Ölauslaß (6.5) in Verbin dung steht, und der dem Schlagwerkzeug (1) zugewandten Seite einer Ringfläche (2.2), die über eine Ringnut (5′′) mit der Ölzuführung (5.3) in Verbindung steht, größer ist als die Länge des hülsenförmi gen Steuerventils (4).

4. Schlagvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringnut (5′), deren Mündung am Ende des Schlaghubes durch den Außenkragen des Zylinders (3′) des Schlagkolbens (3) bis auf einen Teil geschlossen ist, die Ringnut (5′′) sowie eine Ringnut (5′′′′), die bei der Stellung des Steuerventils (4) "Schlagen" durch den Hülsenabschnitt verschlossen wird, der an der Steuerventilaußenseite durch eine Außenwand (4) und einer dem Schlagwerkzeug (1) abgewandten Steuerkante (4.4) begrenzt wird, über an die Druckleitung (5) ange schlossenen Kanäle (5.2, 5.3, 5.5) miteinander verbunden sind.