DE3590888C2 - Stossvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stoßvorrichtung in der Art eines hydropneumatischen Hammers, wie er zur Ausübung von kräftigen Stößen und Schlägen auf ein zu bearbeitendes Objekt, z. B. zu dessen Verformung oder auch zu dessen Zerkleinerung oder Zerstörung, eingesetzt werden kann.

Bekannt ist eine Stoßvorrichtung mit einem Gehäuse und einem in diesem verschieblichen Schlagkolben, dessen Vorderteil die Bearbeitungsstöße ausübt und dessen Schaft in einen Schlagzylinder des Gehäuses ragt, der mit einem zusammendrückbaren fließfähigen Medium unter Druck gefüllt ist, das bei der Spannhub­ bewegung des Schlagkolbens zur Speicherung von Potentialenergie dient und beim Schlaghub desselben auf die Stirnfläche des Schlagkolbenendes einwirkt, und mit einem Antrieb zum Spannen des Schlagkolbens aus wenigstens einem Hydraulikzylinder, in dessen Raum das Vorderende wenigstens einer Kolbenstange ragt, deren Hinterende im Raum des Schlagzylinders mit einem Mitnehmer verbunden ist, der mit dem Schlagkolben während eines gemeinsamen Spannhubs gekoppelt ist und am Ende des Spannhubes entkoppelt wird, wobei das Druckmedium im Schlagzylinder auf das Schlagkolbenende wirksam wird. Von einer solchen Ausbildung, wie sie aus der US-PS 43 70 916 oder der dieser entsprechenden DE-PS 29 41 443 bekannt ist, geht die Erfindung aus.

Bei dieser bekannten Ausbildung erfolgt die Druckbe­ aufschlagung des Hydraulikzylinders zum Spannen des Schlagkolbens mittels einer geeigneten Fremd­ steuerung, über die in den genannten Quellen nichts Näheres ausgeführt ist. Ebenso muß die Fremdsteuerung die Druckentlastung des Hydraulikzylinders bewirken, wenn der Mitnehmer nach der Ausübung des Schlags durch den Schlagkolben diesem nach vorn folgen soll, um wieder mit ihm gekoppelt zu werden. Auf diese Weise ist die Taktfrequenz der Schläge durch die Fremdsteuerung des Hydraulikzylinders vorgegeben und muß notwendigerweise niedrig sein, weil bei der Festlegung dieser Frequenz von maximalen Arbeits­ hüben des Schlagkolbens ausgegangen werden muß.

Automatische Umsteuerungen von fluidgetriebenen hin- und herbewegten Arbeitsorganen sind in vielen Ausbildungen bekannt. Die US-PS 31 85 040 betrifft einen hydraulischen Linearmotor mit hin- und her gehender Abtriebsbewegung, wobei das diese be­ herrschende Steuerventil seinerseits über ein Vor­ steuerventil beaufschlagt ist. Auf einen hydropneu­ matischen Hammer der vorliegend betrachteten Art wäre diese Lösung nicht anwendbar.

Ähnliches gilt für einen aus der DE-AS 17 03 061 bekannten hydraulischen Schubkolbenmotor, bei dem der kolbenstangenseitige Raum des Arbeitszylinders ständig druckbeaufsichtigt ist und im anderen Zylinder­ raum eine Mehrzahl von hintereinanderliegenden Nuten ausgeführt ist, die bei der Umsteuerung der Bewegung des Arbeitskolbens durch ein Steuerventil über ein Vorsteuerventil mitwirken. In den Druck­ signalleitungen aller Nuten ist je ein Absperrventil vorgesehen, so daß jeweils eine Nut aktiviert und die anderen unwirksam gemacht werden können, wodurch die hintere Stellung des Arbeitskolbens, in der die Umsteuerung erfolgen soll, in entsprechenden Schritten gewählt werden kann. Auch hier geht es nicht um hydropneumatische Hämmer, und für deren Betrieb bietet diese bekannte Lösung keinen Ansatz­ punkt.

Ein aus der DE-OS 25 41 949 bekannter hydraulisch angetriebener Hammer hat zwar mit dem Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung Gemeinsamkeiten, auch hier erfolgt jedoch die Umsteuerung des Arbeitsorgans über ein von einem Vorsteuerventil beherrschtes Steuerventil in festliegenden Stellungen, sodaß auch hier keine den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßte Steuerung verwirklicht ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Weiter­ bildung einer Stoßvorrichtung der eingangs genannten Bauart in der Weise, daß die Umsteuerung auf den jeweils nächsten Betriebsvorgang auf einfache und betriebssichere Weise erfolgt.

Ausgehend von der genannten Ausbildung gelingt die Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Dreiwegverteiler mit zwei Schaltstellungen, der den Raum des Hydraulikzylinders abwechselnd mit einer Druckquelle zur Bewirkung des gemeinsamen Spannhubs oder mit einer Auslaßleitung zur Auslösung des Folgehubs des Mitnehmers hinter dem Schlagkolben her nach dessen Arbeitshub verbindet, und mit einem den Dreiwegverteiler steuernden Vorsteuerventil, in dessen Gehäuse ein Ventilschieber durch eine Feder in Richtung einer ersten Endstellung beauf­ schlagt ist, in der er den Dreiwegverteiler im Sinne der Druckbeaufsichtigung des Hxdraulikzylinders ansteuert, wobei zwei ständig über ein Drosselelement verbundene stirnseitige Kammern vorhanden sind, deren eine ständig mit der Auslaßleitung verbunden ist und deren andere periodisch am Ende des Spannhubs des Schlagkolbens durch einen vom Druck im Hydraulik­ zylinderraum abgeleiteten Steuerdruckimpuls beauf­ schlagt wird, und daß nach dem jeweiligen Steuerdruck­ impuls die andere Kammer mit dem Hydraulikzylinderraum in Verbindung kommt.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung geschieht die Umsteuerung in der vorderen Stellung des Schlag­ kolbens, also nachdem dieser seinen Schlag ausgeübt hat, nicht in Abhängigkeit von der Erreichung einer bestimmten Stellung oder nach einer festliegenden Taktfrequenz. Es bleibt bei dem auch bei der Ausgangs­ ausbildung verwirklichten Synchronismus der phasenver­ schobenen Bewegungen des Schlagkolbens und des Mitnehmers in der Weise, daß diese beiden Baugruppen nach rückwärts einen gemeinsamen Spannhub ausführen, danach der Schlagkolben einen Schlaghub ausführt und schließlich der Mitnehmer einen dem Schlaghub folgenden Folgehub ausführt. Dabei bewirkt die Ausbildung und die Funktion des Vorsteuerventils sowie dessen Zusammenschaltung mit der Stoßvorrichtung selbst, daß nach der Ausführung eines Schlaghubs durch den Schlagkolben der Mitnehmer dem Schlagkolben bis gerade zu der Stelle folgt, wo dieser zum Still­ stand gekommen ist, ohne daß dies die gesamte Ausfuhr­ länge sein muß oder eine bestimmte Taktzeit abgewertet werden muß. Beim Erreichen des Schlagkolbens erfolgt dann die Umsteuerung, die den gemeinsamen Spannhub von Mitnehmer und Schlagkolben auslöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine besonders einfache Bauart des Vorsteuerventils und besonders kurze Strömungswege ergeben sich, wenn gemäß Anspruch 2 das die zwei Stirnkammern des Vorsteuerventils miteinander verbindende Drossel­ element eine Drosselbohrung im Ventilschieber ist.

Bei kleineren Mustern der vorgeschlagenen Stoßvor­ richtung ist es zweckmäßig, wenn gemäß Anspruch 3 die andere Stirnkammer des Vorsteuerventils mit dem Raum des Hydraulikzylinders über eine in diesem ausgeführte Öffnung verbindbar ist, die so gelegen ist, daß sie von der Kolbenstange überdeckt und nach Beendigung des Spannhubs und des Lösens des Schlagkolbens vom Mitnehmer freigegeben wird und den Steuerdruckimpuls bewirkt, und ein Ringkammer in der Wand des eigenen Gehäuses vom Ventilschieber in dessen erster Endstellung gesperrt wird und ständig an den Hydraulikzylinderraum angeschlossen ist. Diese Erzeugung der Steuerimpulse für das Vorsteuerventil ist einfach und zuverlässig.

Für größere Muster, bei denen auch die Kolbenstange des Hydraulikzylinders einen großen Durchmesser hat, kann es vorteilhaft sein, wenn die andere Stirnkammer des Vorsteuerventils mit dem Hydraulik­ zylinderraum über eine in diesem ausgeführte Öffnung verbindbar ist, in der ein diese Öffnung beherrschendes Ventil mit der Kolbenstange des Hydraulikzylinders so zusammenwirkt, daß diese Öffnung nach Beendigung des Spannhubs und des Lösens des Schlagkolbens vom Mitnehmermechanismus geöffnet wird, und zusätzlich über eine andere Öffnung in der Wand des eigenen Gehäuses, die vom Ventilschieber in dessen erster Endstellung gesperrt wird. Bei dieser Ausbildung ist es auch ausgeschlossen, daß Betriebsflüssigkeit in die andere Stirnkammer des Vorsteuerventils gelangt oder daß es, z. B. bi eingetretenem Verschleiß der Kolbenstange des Mitnehmers, zu ungewollten zufälligen Auslösungen der Umsteuerung kommt.

Im Sinne einer weiteren Erhöhung der Schlagfolgefre­ quenz kann es zweckmäßig sein, gemäß Anspruch 5 die Ansteuerung des Vorsteuerventils nicht durch die Freigabe einer überfahrbaren Öffnung auszulösen, sondern durch den Druckabfall im Zylinderraum des Hydraulikzylinders im Moment der Freigabe des Schlag­ kolbens, wozu ein zusätzlicher Zylinder des Vorsteuer­ ventils vorgesehen ist, dessen Kolbenstange in die andere Stirnkammer des Vorsteuerventils hineingeht, dessen Kolbenraum ständig mit dem Raum des Schlagzy­ linders und dessen kolbenstangenseitiger Raum mit dem Raum des Hydraulikzylinders verbunden ist, wobei die andere Stirnkammer des Vorsteuerventils selbst mit dem Raum des Hydraulikzylinders über eine Öffnung verbindbar ist, die in der Wand des eigenen Gehäuses ausgeführt ist und die vom Ventil­ schieber in dessen erster Enstellung gesperrt wird.

Wenn schließlich gemäß Anspruch 6 der Dreiwegverteiler mit zwei Schaltstellungen in Form eines Wegeventils ausgebildet ist und mit dem Ventilschieber des Vorsteuerventils einen gemeinsamen Ventilschieber und ein gemeinsames Gehäuse bildet, so ergibt sich eine sehr kompakte, einfache und mechanisch zuver­ lässige Konstruktion.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausbildung der Stoßvorrichtung im Längsschnitt, an die das Vorsteuerventil unmittelbar angeschlossen ist;

Fig. 2 eine Einzelheit des Anschlusses der Steuer­ druckleitung des Vorsteuerventils am Gehäuse des Hydraulikzylinders in einer Ausbildungsvariante mit einem Ventil, das mit der Kolbenstange des Hydraulikzylinders mechanisch zusammenwirkt;

Fig. 3 eine zweite Ausbildung der Stoßvorrichtung, bei der in die Ansteuerung des Vorsteuerventils ein zusätzlicher Zylinder eingeschaltet ist;

Fig. 4 eine Baueinheit, die den Dreiwegverteiler und das Vorsteuerventil mit einem gemeinsamen Ventil­ schieber in einem gemeinsamen Gehäuse vereint.

In der ersten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Stoßvorrichtung gemäß Fig. 1 hat diese ein Gehäuse 1, in dem ein Schlagkolben 2 eine hin- und hergehende Bewegung ausführen kann. Der Vorderteil 3 des Schlag­ kolbens 2 bewirkt Schläge auf ein nicht gezeigtes zu bearbeitendes Objekt. Der Schaft 4 des Schlagkol­ bens 2 mit einem Kolbenende 5 ist in einem am Gehäuse 1 befestigten oder mit diesem einstöckig ausgebildeten Schlagzylinder 6 untergebracht, der mit einem zu­ sammendrückbaren, fließfähigen Medium unter Druck in der Regel ein Gas, insbesondere Druckluft, über eine Verbindungsleitung 7 gefüllt ist. Das den Schlagzylinder 6 füllende fließfähige Medium dient als Speicher von Potentialenergie beim Zusammendrücken des Mediums während des Spannens des Schlagkolbens 2 und der Einwirkung auf die Stirnfläche des Kolben­ endes 5 des Schlagkolbens 2 während dessen Arbeitshub zur Freisetzung der Energie.

Der Antrieb zum Spannen des Schlagkolbens 2 vor dem Ausführen eines folgenden Stoßes geschieht mittels Hydraulikzylindern 8, deren Kolbenstangen 9 mit dem Vorderende 10 in den Raum 11 der Hydraulik­ zylinder 8 und mit dem anderen Ende 12 in den Raum 13 des Schlagzylinders 6 hineinragen. Im Raum 13 des Schlagzylinders 6 befindet sich ein Mitnehmer 14, der von beliebiger geeigneter Konstruktion sein kann und vorliegend ausgebildet ist in Form einer Schale 15 mit einem federbelasteten Ventil 16. An der Rückwand des Schlagzylinders 6 befindet sich eine Klaue 17, die mit dem Ventil 16 am Ende des Rückhubes des Schlagkolbens 2 in Wechselwirkung tritt.

Die Steuerung der beschriebenen eigentlichen Stoß­ vorrichtung besteht aus einem Dreiwegverteiler 19 mit zwei Schaltstellungen und einem diesen an­ steuernden Vorsteuerventil 18. Der Dreiwegverteiler 19 mit zwei Schaltstellungen verbindet abwechselnd den Raum 1 der Hydraulikzylinder 8 mit einer Druck­ flüssigkeitsquelle 20 (diese Schaltstellung des Verteilers ist in der Zeichnung abgebildet) zum Spannen des Schlagkolbens 2 oder mit einer Auslaß­ leitung 21, was dem Mitnehmer 14 erlaubt, dem Schlag­ kolben 2 nach dessen Arbeitshub zu folgen. Die Konstruktion des Verteilers 19 hat für das Wesen der Erfindung keine Bedeutung.

Das Vorsteuerventil 18 hat ein Gehäuse 22, in dem sich ein federbeaufschlagter Ventilschieber 23 befindet, der im Gehäuse 22 des Ventilelements 18 eine erste (die in Fig. 1 gezeigte rechte) oder eine zweite Endstellung einnehmen kann. Die Stirnflä­ chen des Ventilschiebers 23 und die Wände des Gehäuses 22 bilden zwei ständig miteinander durch eine Drossel­ bohrung 24 verbundene Kammern. Die eine Kammer 25 ist ständig mit der Auslaßleitung 21 verbunden, und die andere Kammer 26 kommt periodisch mit dem Raum 11 des Hydraulikzylinders 8 in noch zu beschrei­ bender Weise in Verbindung.

Die andere Kammer 26 ist mit dem Raum 11 des Hydraulik­ zylinders 8 über eine Öffnung 27 verbunden, die in der Wand des Hydraulikzylinders 8 so ausgeführt ist, daß sie gegen Ende des Spannvorgangs und nach dem Auskuppeln des Schlagkolbens 2 vom Mitnehmer 14 freigegeben wird und dabei die andere Kammer 26 und die Öffnung 27 durch eine Leitung k verbunden werden.

Die andere Kammer 26 ist zusätzlich mit dem Raum 11 des Hydraulikzylinders 8 über eine Öffnung 28 in der Wand des Gehäuses 22 und eine Leitung s verbunden, während die Öffnung 28 selbst durch den Ventilschieber 23 in dessen erster Stellung gesperrt wird.

Im übrigen stellt das Vorsteuerventil 18 ein Weg­ ventil dar, das abwechselnd die Steuerräume des Verteilers 19 über Leitungen 29 und 30 mit der Druckflüssigkeitsquelle 20 (über eine Leitung 31) und mit der Auslaßleitung 21 (über eine Leitung 32 verbindet.

Anstelle der Öffnung 27, die von der Mantelfläche der Kolbenstange 19 überfahren und dadurch gesperrt wird, kann die Verbindung der anderen Kammer 26 mit dem Raum 11 des Hydraulikzylinders 8 gemäß Fig. 2 mittels einer Öffnung 41 hergestellt werden, in der ein diese Öffnung sperrendes Ventil 42 vorge­ sehen ist, welches mit der Kolbenstange 9 des Hydrau­ likzylinders mechanisch über eine Rolle 43 zusammen­ wirkt. Eine Feder 44 hält das Ventil 42 mit dessen Rolle 43 an die Oberfläche der Kolbenstange 9 ange­ drückt. Diese hat ein Kegelende 45, welches in der hinteren Endstellung des Mitnehmers 14 und damit der Kolbenstange 9 in Höhe der Rolle 43 zu liegen kommt, sodaß das Ventil 42 von der Feder 44 vorgeschoben wird und die Öffnung 41 freigegeben wird.

Das Ventil 42 ermöglicht eine zeitliche Stabilisierung des Moments der Zuführung von Flüssigkeit aus dem Raum 11 des Hydraulikzylinders 8 in die andere Kammer 26 des Vorsteuerventils 18. Während in der in Fig. 1 gezeigten Ausbildung ein eventuelles Spiel zwischen der Kolbenstange 9 und ihrer Führungs­ bahn, z. B. infolge Verschleißes der Kolbenstange 9 und der Führungsbahn, einen Einfluß auf den Zeitpunkt der Steuerdruckauslösung für das Vorsteuerventil haben kann, ist dieser Einfluß bei der Konstruktionsvariante gemäß Fig. 2 beseitigt, was die Genauigkeit der Auslösung der Umsteuerung, insbesondere bei Verwendung von Kolbenstangen mit großem Durchmesser, verbessert.

Eine zweite Ausführungsvariante der Stoßvorrichtung mit einem zusätzlichen Zylinder ist in Fig. 3 abgebildet. In dieser Variante unterscheidet sich die eigentliche Stoßvor­ richtung nicht von der bereits betrachteten mit der Aus­ nahme, daß der Kanal 27 bzw. 41 entbehrlich ist und fehlt.

In die Ansteuerung des hier mit 51 bezeichneten Vorsteuer­ ventils ist der zusätzliche Zylinder 52 eingeschaltet, dessen Kolbenstange 53 in die andere Kammer 54 des Vor­ steuerventils 51 hineingreift. Der Kolbenraum 55 ist stän­ dig über eine Leitung 56 mit dem Raum 13 des Schlagzy­ linders 6 verbunden und der kolbenstangenseitige Raum 57 über eine Leitung 58 mit dem Raum 11 des Hydraulikzylin­ ders 8, wobei die andere Kammer 54 selbst über die Lei­ tung s mit dem Raum 11 des hydraulischen Zylinders 8 über eine Öffnung 59 in Verbindung steht, die in der Wand des Gehäuses 60 des Vorsteuerventils 51 ausgeführt ist und die vom Ventilschieber 23 in dessen erster Stellung gesperrt wird.

Der zusätzliche Zylinder 52 mit der in die andere Kammer 54 greifenden Kolbenstange 53 ermöglicht in noch zu be­ schreibender Weise eine Verkürzung der Zeitspanne zwischen dem Auskuppeln des Schlagkolbens 2 vom Mitnehmer 14 und dem Ansprechen des Vorsteuerventils 23. Dies erhöht die Betriebsfrequenz, wodurch die Effektivität der Vorrichtung steigt.

Für Vorrichtungen mit einem mäßigen Verbrauch an Be­ triebsflüssigkeit kann der Dreiwegverteiler mit zwei Schaltstellungen in Form eines Wegeventils ausgebildet werden, dessen Ventilschieber und Gehäuse mit dem Ventil­ schieber und dem Gehäuse des Vorsteuerventils gemäß Fig. 4 zu einer einheitlichen Baugruppe mit einem gemeinsamen Ventilschieber 71 und einem gemeinsamen Gehäuse 72 ver­ einigt sind. In dieser Variante, wie auch in den oben beschriebenen Steuerblöcken, kann der Ventilschieber 71 die erste (in der Zeichnung abgebildet) und die zweite Endstellung einnehmen und bildet durch seine Stirnfläche mit dem Gehäuse 72 zwei ständig miteinander durch eine Drosselbohrung 73 verbundene Kammern, von denen die eine Kammer 74 ständig mit der Auslaßleitung 21 über eine Lei­ tung 75 und die andere Kammer 76 periodisch mit dem Raum des Hydraulikzylinders durch die Leitung k und zusätzlich mit dem gleichen Raum durch eine Öffnung 77 im Gehäuse 72 verbunden ist, die vom Ventilschieber 71 in dessen erster Stellung gesperrt wird, und weiter durch die Leitung s. Der Ventilschieber 71 ist seitens der einen Kammer 74 durch eine Feder 78 derart federbelastet, daß er unter Einwirkung der Feder 78 seine erste Stellung einnimmt (in der Zeichnung abgebildet). In dieser Stellung verbindet der Schieber durch eine Eindrehung 79 eine mit dem Raum 11 des Hydraulikzylin­ ders in Verbindung stehende Leitung f mit der Druckquelle 20, und in seiner zweiten Stellung verbindet er die gleiche Leitung f mit der Auslaßleitung 21.

Die Vereinigung des Dreiwegverteilers mit zwei Schalt­ stellungen mit dem Vorsteuerventil vereinfacht die Her­ stellung und erhöht die Betriebszuverlässigkeit der Stoßvor­ richtung.

Der Betrieb der beschriebenen Vorrichtung verläuft wie folgt, wobei zunächst die erste Ausbildung betrachtet wird.

Fig. 1 zeigt die Stoßvorrichtung gegen Ende des Spannvorgangs des Schlagkolbens. Während dieses Spannens strömt die Be­ triebsflüssigkeit von der Druckwelle 20 über den Verteiler 19 durch die Leitung f in den Raum 11 der Hydraulikzylinder 8 und bewegt die Kolbenstange 9 nach hinten vom zu bearbei­ tenden Objekt weg. Zusammen mit den Kolbenstangen 9 be­ wegt sich auch der Mitnehmer 14 des Schlagkolbens 2. Da­ bei entsteht zwischen der Stirnfläche des Kolbenendes 5 und dem Boden der Schale 15 ein Unterdruck, was diese Teile auch unter Einwirkung des Druckes des den Schlag­ zylinder 6 füllenden fließfähigen Mediums auf die vordere Stirnfläche des Kolbenendes 5 koppelt, sodaß sich der Schlagkolben 2 gemeinsam mit dem Mitnehmer nach hinten bewegt und gespannt wird.

Diese gemeinsame Bewegung dauert so lange, bis der Fuß des Ventils 16 in Wechselwirkung mit der Klaue 17 tritt. In diesem Augenblick öffnet sich das Ventil 16 und ver­ bindet den Raum der Schale 15 mit dem Raum 13 des Schlag­ zylinders 6. Das unter Druck stehende fließfähige Medium füllt den Raum der Schale 15 und beaufschlagt die Stirn­ fläche des Kolbenendes 5 des Schlagkolbens 2, sodaß dieser nach vorn in Richtung zum zu bearbeitenden Objekt beschleunigt wird, eine hohe Geschwindigkeit erreicht und mit seinem Vorderteil 3 einen Schlag ausführt. Dabei kommt der Schlagkolben 2 zum Stehen.

Nach dem Auskuppeln des Schlagkolbens 2 vom Mitnehmer 14 verbleibt für den letzteren noch eine kurze Strecke der Bewegung nach hinten, und zwar bis die Öffnung 27 frei­ gelegt wird. In diesem Moment strömt die Betriebsflüssig­ keit aus dem Raum 11 durch die Öffnung 27 und die Leitung k in die andere Kammer 26 und bewegt den Ventilschieber 23 in die zweite Endstellung (in der Zeichnung nach links). Dabei wird die andere Kammer 26 auch noch über die freige­ wordene Öffnung 28 und die Leitung s mit dem Raum 11 zu­ sätzlich verbunden. Gleichzeitig wird die vorher mit der Druckquelle 20 verbundene Leitung 29 mit der Auslaßlei­ tung 21 und die vorher mit der Auslaßleitung 21 ver­ bundene Leitung 30 mit der Druckquelle 20 verbunden, was den Dreiwegeverteiler 19 umschaltet.

Beim Umschalten des Verteilers 19 wird die Leitung f von der Druckquelle 20 getrennt und mit der Auslaßleitung 21 verbunden. Der Druck im Zylinderraum 11 fällt ab, und die Kolbenstangen 9 zusammen mit dem Mitnehmer 14 bewegen sich unter Einwirkung des Drucks des zusammendrückbaren, fließfähigen Mediums auf die Stirnflächen der anderen Enden 12 der Kolbenstangen 9 im Schlagzylinder 6 nach vorn, dem Schlagkolben 2 folgend, in Richtung zum zu bearbeitenden Objekt.

Zwar wird jetzt die Öffnung 27 schnell wieder überdeckt, sodaß die Leitung k von hierher nicht mehr druckbeauf­ schlagt ist, jedoch steht der Druck im Zylinderraum 11 auch noch über die Leitung s im Vorsteuerventil 18 an, und da sich dessen Schieber 23 jetzt in der zweiten End­ stellung (links) befindet, ist sein rechtes Ende weiter­ hin von dem hier herrschenden Druck beaufschlagt, da der Anschluß 28 jetzt Verbindung mit der anderen Kammer 26 hat.

Während des Folgehubs des Mitnehmers 14/Kolbenstange 9 bleibt im Zylinderraum 11 ein gewisser Druck durch die eindringende Kolbenstange 9 und die Notwendigkeit der Verdrängung einer entsprechenden Fluidmenge aufrechter­ halten, der etwa dem Druck im Schlagzylinder 6 entspricht. Dieser Druck bleibt über die Leitung s auch in der anderen Kammer 26 aufrechterhalten, und zwar trotz eines ständigen Abströmens einer kleinen Fluidmenge durch die Drossel­ bohrung 24 des Ventilschiebers 23, und hält dieses in seiner zweiten (linken) Endstellung.

Der Mitnehmer 14 gelangt bei seiner Vorwärtsbewegung bis zum Kolbenende 5, wo sich die Schale 15 auf dieses Kolben­ ende setzt und ihr Innenraum vom Raum 13 des Schlagzy­ linders 6 getrennt wird. Das in der Schale befindliche fließfähige Medium wird dabei etwas zusammengedrückt, wodurch das hierbei als Rückschlagventil wirkende Ventil 16 öffnet und überschüssiges Fluid in den Raum 13 des Schlagzylinders 6 entweichen läßt, bis das Kolbenende 5 vollends in die Schale 15 eingetreten ist und Schlag­ kolben 2 und Mitnehmer 14 wieder gekoppelt sind.

Die Bewegung des Mitnehmers 14 zusammen mit den Kolben­ stangen 9 hört auf, wenn die Stirnfläche des Kolben­ endes 5 den Boden der Schale 15 erreicht. Erst wenn der Mitnehme somit selbst auch zum Stillstand kommt (gleich­ gültig, in welcher Lage dies geschieht), hört die Ver­ drängung von Fluid aus dem Zylinderraum 11 auf, und der Druck in diesem kann vollends auf den Umgebungsdruck abfallen. Da jetzt auch kein Fluid mehr in die andere Kammer 26 des Vorsteuerventils 18 nachgeschoben wird, sinkt wegen der Drosselöffnung 24 der Druck hier schnell auf Umgebungsdruck, sodaß die Feder den Ventilschieber 23 wieder in die erste (rechte) Endstellung schieben kann und die erneute Umsteuerung des Dreiwegeverteilers 19 statt­ findet.

Es ist ersichtlich, daß nach der Umschaltung des Vorsteuer­ ventils 18 durch die kurzzeitige Freigabe der Öffnung 27 die Leitung s und deren Verbindung mit der anderen Kammer 26 über die Anschlußbohrung 28 den Effekt eines Selbst­ halterelais bewirken, der den Ventilschieber 23 in der umgeschalteten Stellung hält, aber auch das nur so lange, bis der Mitnehmer 14 den Schlagkolben 2 erreicht hat, wonach auf Grund der Drosselbohrung 24 unter der Wirkung der Feder im Ventilschieber 23 die Selbsthaltung beendet wird.

Wie ebenfalls aus der vorstehenden Funktionsbeschreibung ersichtlich, wiederholt sich der Betriebszyklus voll­ kommen automatisch, solange die Druckquelle 20 die Be­ triebsflüssigkeit liefert. Dabei werden vom Maschinen­ führer keinerlei Handlungen gefordert, und der auto­ matische Zyklus vollzieht sich unabhängig von der Lage, die der Schlagkolben 2 nach Ausführung eines Stoßes auf das zu bearbeitende Objekt einnimmt, d. h. er hängt nicht von der Tiefe der Zerstörung oder der Verformung des zu bearbeitenden Objekts ab.

Die beschriebene Ausführungsvariante der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung funktioniert ziemlich zuverlässig bei mäßigen Durchmessern der Kolbenstangen 9. Bei großen Druchmessern der Kolbenstangen 9 kann das Spiel zwischen der Kolbenstange 9 und ihrer Führungsbahn so groß werden, daß die durch diesen Spielraum in die Öffnung 27 entweichenden Leckströme ausreichen, den Ventilschieber 23 umzuschalten, was zu einem unregel­ mäßigen Betrieb der Vorrichtung führt. Das gilt besonders nach Eintritt eines gewissen Verschleißes der Führungs­ bahnen der Kolbenstangen 9.

Fig. 2 zeigt eine Ausbildungsmöglichkeit, mit der dieser Nachteil beseitigt ist. Anstelle der von der Kolben­ stange 9 überfahrenen Öffnung 27 wird hier ein federbe­ lastetes Ventil 42 von der Kolbenstange 9 mechanisch be­ tätigt. Dieses die hier mit 41 bezeichnete Öffnung be­ herrschende Ventil 42 hat eine Rolle 43, welche auf der Oberfläche der Kolbenstange 9 abrollt, die ein Kegel­ ende 45 aufweist. In der oberen Endstellung der Kolben­ stange 9 läuft die Rolle 42 auf das Kegelende 45, die Feder 44 schiebt das Ventil 42 vor, und der Raum 11 kommt über die Leitung k mit der anderen Kammer 26 des Vor­ steuerventils 18 in Verbindung.

Da die zum Vorsteuerventil 18 abströmenden Flüssigkeits­ mengen klein sind, kann das Ventil 42 im Vergleich zur Kolbenstange 9 wesentlich kleinere Querabmessungen haben. Dadurch sind auch erheblich kleinere Spielräume in den Führungsbahnen des Ventils 42 bedingt. Außerdem ist der Hub des Ventils um ein Vielfaches geringer als der Hub der Kolbenstange 9. Folglich verringert sich auch der Verschleiß seiner Führungsbahnen im gleichen Verhältnis. Alle aufgezählten Faktoren führen zu einer Verminderung von Leckverlusten an Flüssigkeit durch die Leitung k bei geschlossenem Ventil 42 und damit zu einem zuver­ lässigen Betrieb der Vorrichtung.

Für die betrachteten ersten Ausführungsvarianten der Stoßvorrichtung ist eine gewisse zeitliche Verzögerung der Verbindung der Leitung k mit dem Raum 11 der Hydraulik­ zylinder nach dem Auskuppeln des Mitnehmers vom Schlag­ kolben am Ende des Spannvorgangs kennzeichnend. Diese Verzögerung tritt deshalb auf, weil die Freigabe der Öffnung 27 bzw. das Ansprechen des Ventils 42 nicht in Abhängigkeit vom Ablauf des Auskupplungsvorgangs des Mit­ nehmers und des Schlagkolbens selbst geschieht, sondern in Abhängigkeit von der Lage der Kolbenstange 9, und zur Gewährleistung eines garantierten Auskuppelns ein zeit­ licher Puffer zwischen dem Öffnen des Ventils 16 und dem Beginn der Vorwärtsbewegung des Mitnehmers vorgesehen werden muß. Hieraus ergibt sich eine gewisse Verlängerung der Dauer des Betriebszyklus der Vorrichtung bzw. eine Verringerung ihrer Betriebsfrequenz.

Die zweite Ausbildungsvariante der Stoßvorrichtung gemäß Fig. 3 mit einem zusätzlichen Zylinder hat diese Eigenart nicht und vermeidet auch noch diese Zeitverluste, was die Effektivität der Vorrichtung nochmals etwas erhöht.

Der Betrieb der Vorrichtung in dieser Variante unterschei­ det sich von dem der Vorrichtung der ersten Ausführungs­ form dadurch, daß als Auslösung für die Umschulung des Vorsteuerventils 51 der plötzliche Druckabfall im Zy­ linderraum 11 dient, der im Moment des Lösens des Schlag­ kolbens 2 vom Mitnehmer 14 deshalb auftritt, weil in diesem Moment die für die Rückführung und das Halten des Schlag­ kolbens benötigte und von den Kolbenstangen 9 übertragene Kraft wegfällt.

Dieser Druckabfall im Zylinderraum 11 setzt sich in den Kolbenstangenraum 57 fort und führt dazu, daß die Kolben­ stange 53 sich sofort vollständig in ihre linke Endstellung bewegt und durch den dabei erfolgenden Druckaufbau in der anderen Kammer 54 den Ventilschieber 23 umschaltet. Durch diese Umschaltung kommt wieder die zusätzliche Druckbe­ aufschlagung der anderen Kammer 54 über die Selbsthalte­ leitung s zustande, sodaß der Druck in der anderen Kammer 54 gehalten wird, solange sich die Kolbenstange 9 vor­ wärts bewegen, also bis zum Einkuppeln von Mitnehmer und Schlagkolben. Der Betrieb verläuft insoweit analog dem oben geschilderten Betrieb der ersten Ausbildungsform.

Dadurch, daß in der Vorrichtung mit einem zusätzlichen Zylinder der Vorgang des Auskuppelns des Mitnehmers vom Schlagkolben am Ende des Rückhubes des letzteren bzw. die Folgen dieses Vorgangs für den Druck im Zylinder­ raum 11 das Signal zur Umsteuerung des Vorsteuerventils 18 hergeben, wird die Dauer eines Betriebszyklus der Vorrichtung minimal bzw. es wird eine maximale Takt­ frequenz und folglich Effektivität erreicht.

Fig. 4 zeigt, wie das Vorsteuerventil und der Dreiwege­ verteiler zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden können. Die mit k, s und f bezeichneten Anschlüsse ent­ sprechen denen in Fig. 1.

Während des Spannens des Schlagkolbens befindet sich der Ventilschieber 71 in der in Fig. 1 abgebildeten Stellung. Dabei gelangt die Betriebsflüssigkeit von der Druckquelle 20 durch die Leitung f in den Raum der Hydraulikzylinder. Am Ende des Spannhubes des Schlagkolbens nach dessen Aus­ kupplung vom Mitnehmer gelangt die Flüssigkeit aus dem Raum der Hydraulikzylinder durch die Leitung k in die andere Kammer 76 und bewegt durch ihren Druck das Ventil 71 in die zweite Endstellung (die untere Stellung in der Zeichnung). In diesem Augenblick wird die Leitung f und der mit ihr verbundene Raum der Hydraulikzylinder mit der Auslaßleitung 21 verbunden, während die andere Kammer 76 durch die freie Öffnung 77 mit der Leitung s und folglich mit dem Raum der Hydraulikzylinder verbunden wird. Der Mitnehmer beginnt seine Vorwärtsbewegungen, dem Schlagkolben folgend, wobei er mit den Kolbenstangen die Flüssigkeit aus den Räumen der Hydraulikzylinder in die Auslaßleitung 21 verdrängt.

Solange sich die Vorwärtsbewegung des Mitnehmers voll­ zieht, wird das Ventil 71 in der zweiten Endstellung durch den Druck der in die andere Kammer 76 durch die Leitung s aus dem Raum der Hydraulikzylinder einströ­ menden Flüssigkeit gehalten.

Nach dem Stillstand des Mitnehmers kehrt das Ventil 71 unter Einwirkung seiner Feder in die Ausgangslage gemäß Fig. 4 zurück, die Flüssigkeit aus der anderen Kammer 76 wird durch die Drosselbohrung 73 in die Kammer 74 verdrängt und gelangt von dort in die Auslaßleitung 21. Dabei wird die Leitung f von der Auslaßleitung 21 abge­ trennt und mit der Druckquelle 20 verbunden. Der Be­ triebszyklus der Vorrichtung wiederholt sich auf die oben beschriebene Weise.

In allen beschriebenen Varianten funktioniert die Stoßvor­ richtung mit hoher Schlagfrequenz im automatischen Be­ trieb, was die Schaffung leistungsstarker hydropneumati­ scher Hämmer mit einer Stoßenergie von Hunderten Kilo­ joule ermöglicht, die vorteilhaft im Bergbau, im Bauwesen, in der Hüttenindustrie und in anderen Produktionszweigen ein weites Anwendungsgebiet finden können.

Claims (6)

1. Stoßvorrichtung mit einem Gehäuse (1) und einem in diesem verschieblichen Schlagkolben (2), dessen Vorderteil (3) die Bearbeitungsstöße ausübt und dessen Schaft (4) in einen Schlag­ zylinder (6) des Gehäuses (1) ragt, der mit einem zusammen­ drückbaren fließfähigen Medium unter Druck gefüllt ist, das bei der Spannhubbewegung des Schlagkolbens (2) zur Speicherung von Potentialenergie dient und beim Schlaghub desselben auf die Stirnfläche des Schlagkolbenendes (5) einwirkt, und mit einem Antrieb zum Spannen des Schlagkolbens (2) aus wenigstens einem Hydraulikzylinder (8), in dessen Raum (11) das Vorderende (10) wenigstens einer Kolbenstange (9) ragt, deren Hinterende (12) im Raum (13) des Schlagzylinders (6) mit einem Mitnehmer (14) verbunden ist, der mit dem Schlag­ kolben (2) während eines gemeinsamen Spannhubs gekoppelt ist und am Ende des Spannhubes entkoppelt wird, wobei das Druckme­ dium im Schlagzylinder (6) auf das Schlagkolbenende (5) wirk­ sam wird, gekennzeichnet durch einen Dreiwegverteiler (19) mit zwei Schaltstellungen, der den Raum (11) des Hydraulikzylinders (8) abwechselnd mit einer Druckquelle (20) zur Bewirkung des gemeinsamen Spannhubs oder mit einer Auslaßleitung (21) zur Auslösung des Folgehubs des Mitnehmers (14) hinter dem Schlagkolben (2) her nach dessen Arbeitshub verbindet, und mit einem den Dreiwegverteiler (19) steuernden Vorsteuer­ ventil (18), in dessen Gehäuse (22) ein Ventilschieber (23) durch eine Feder in Richtung einer ersten Endstellung beauf­ schlagt ist, in der er den Dreiwegverteiler (19) im Sinne der Druckbeaufschlagung des Hydraulikzylinders (8) ansteuert, wobei zwei ständig über ein Drosselelement (24) verbundene stirnseitige Kammern (25, 26, 54) vorhanden sind, deren eine (25) ständig mit der Auslaßleitung (21) verbunden ist und deren andere (26, 54) periodisch am Ende des Spannhubs des Schlag­ kolbens (2) durch einen vom Druck im Hydraulikzylinderraum (11) abgeleiteten Steuerdruckimpuls beaufschlagt wird, und daß nach dem jeweiligen Steuerdruckimpuls die andere Kammer (26, 54) über eine Leitung (s) mit dem Hydraulik­ zylinderraum (11) in Verbindung kommt.

2. Stoßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die zwei Stirnkammern (25, 26) des Vorsteuerventils (18) miteinander verbindende Drosselelement eine Drossel­ bohrung (24) im Ventilschieber (23) ist.

3. Stoßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die andere Stirnkammer (26) des Vorsteuer­ ventils (18) mit dem Raum (11) des Hydraulikzylinders (8) über eine in diesem ausgeführte Öffnung (27) verbindbar ist, die so gelegen ist, daß sie von der Kolbenstange (9) überdeckt und nach Beendigung des Spannhubs und des Lösens des Schlagkolbens vom Mitnehmer (14) freigegeben wird und den Steuerdruckimpuls bewirkt, und eine Ringkammer in der Wand des eigenen Gehäuses (22) vom Ventilschieber (23) in dessen erster Endstellung ge­ sperrt wird und ständig an den Hydraulikzylinderraum (11) angeschlossen ist.

4. Stoßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die andere Stirnkammer (26) des Vorsteuer­ ventils (18) mit dem Hydraulikzylinderraum (11) über eine in diesem ausgeführte Öffnung (41) verbindbar ist, in der ein diese Öffnung beherrschendes Ventil (42) mit der Kolben­ stange (9) des Hydraulikzylinders (8) so zusammenwirkt, daß diese Öffnung (41) nach Beendigung des Spannhubs und des Lösens des Schlagkolbens vom Mitnehmermechanismus geöffnet wird, und zusätzlich über eine andere Öffnung (28) in der Wand des eigenen Gehäuses, die vom Ventilschieber in dessen erster Endstellung gesperrt wird.

5. Stoßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Zylinder (52) des Vorsteuer­ ventils (51), dessen Kolbenstange (53) in die andere Stirnkammer (54) des Vorsteuerventils (51) hineingeht, dessen Kolbenraum (55) ständig mit dem Raum (13) des Schlag­ zylinders (6) und dessen kolbenstangenseitiger Raum (57) mit dem Raum (11) des Hydraulikzylinders (8) verbunden ist, wobei die andere Stirnkammer (54) des Vorsteuerventils (51) selbst mit dem Raum (11) des Hydraulikzylinders (8) über eine Öffnung (59) verbindbar ist, die in der Wand des eigenen Gehäuses (60) ausgeführt ist und die vom Ventilschieber (23) in dessen erster Endstellung gesperrt wird.

6. Stoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiwegverteiler mit zwei Schaltstellungen in Form eines Wegeventils ausgebildet ist und mit dem Ventilschieber des Vorsteuerventils einen ge­ meinsamen Ventilschieber (71) und einen gemeinsames Gehäuse (72) bildet.