DE69204747T2

DE69204747T2 - Hydraulischer Schlagapparat.

Info

Publication number: DE69204747T2
Application number: DE69204747T
Authority: DE
Inventors: Bernard Piras
Original assignee: Montabert SAS
Current assignee: Montabert SAS
Priority date: 1991-05-30
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: DE69204747D1; DK0516561T3; ES2077379T3; FR2676953A1; US5392865A; EP0516561B1; ZA923479B; ATE127717T1; JPH05146976A; JP2515206B2; EP0516561A1; FI101688B; AU647623B2; FI922483A0; AU1728792A; CA2069184A1; FR2676953B1; CA2069184C; FI101688B1; FI922483A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Schlagapparat und insbesondere einen einfach gestalteten hydraulischen Hammer, der sich leicht an verschiedene Trägergeräte anpassen läßt, die Energiequellen mit unterschiedlichen Leistungen besitzen.
Unter Berücksichtigung seines Mehrzweckcharakters muß ein derartiger Hammer über einen ausgedehnten Eingangsdurchsatzbereich arbeiten können, wobei ein Wirkungsgrad von mehr als 0,5 gewahrt werden muß, bei dem es sich um das Verhältnis zwischen der an das Werkzeug abgegebenen Leistung und der Eingangsleistung handelt. Die Arbeitsweise dieses Apparats muß unabhängig vom Wert des Rückdrucks sein, der je nach Trägergerät über weite Strecken schwanken kann.
Schließlich muß dieser Apparat eine geringe Rückstoßkraft während des Schlaghubs des Kolbens erzeugen, damit die an die Trägervorrichtung übertragenen Schwingungen begrenzt werden, wobei jedoch eine konstante Energie und eine hohe Schlagfrequenz abgegeben werden müssen, um eine gute Leistungsstärke zu sichern.
So muß zum Beispiel ein hydraulischer Hammer, der auf ein Gerät von 0,8 bis 3 Tonnen angepaßt werden kann, die folgenden Kenndaten haben können:
- Eingangsdurchsatz an hydraulischem Fluid: 20 bis 45 Liter/Minute,
- Rückleitungsdruck: 0 bis 30 bar (1 bar = 10&sup5; Pa);
- Rückstoßkraft geringer als 700 daN,
- Energie pro Stoß: 180 Joule,
- Schlagfrequenz 600 bis 1500 Stöße pro Minute,
- Durchmesser des Werkzeugs etwa 45 mm mit einem minimalen Durchmesser des Schlagkolbens von 40mm.
Diese unterschiedlichen Parameter sind miteinander verbunden.
So bestimmt die Auswahl der Schlagfrequenz in Abhängigkeit von dem Eingangsdurchsatz die Menge unter Druck stehenden Öls, die für einen Arbeitszyklus zur Verfügung stehen muß, wobei die zur Verfügung stehende Rückstoßkraft den maximalen Druck bestimmt, der an den Antriebsabschnitt des Schlagkolbens angelegt werden kann, und die Energie pro Stoß, die gleich der von dem Kolben gespeicherten kinetischen Energie im Augenblick des Auftreffens ist, bestimmt den Schlaghub des Kolbens.
So ist die Spannung in dem Stahl des Schlagkolbens und des Werkzeugs proportional zu der Auftreffgeschwindigkeit des Kolbens. Wenn die zulässige Ermüdungsspannung bekannt ist und die an den Antriebsabschnitt angelegte Kraft sowie die kinetische Energie festgelegt sind, kann man den notwendigen Schlaghub leicht berechnen, wobei gesagt werden muß, daß dieser Hub ausreichen muß, um die unterschiedlichen Schaltvorgänge zu ermöglichen, die für das Funktionieren der Verteilung notwendig sind.
Schließlich muß die für einen Zyklus zur Verfügung stehende Ölmenge nicht nur dem beschleunigten Hub des Schlagkolbens dienen, sondern auch seinem Rückhub, wobei die Verteilung dieser Ölmenge den Gesamtwirkungsgrad des Apparats wesentlich beeinflußt.
Eine einfache Lösung besteht in der Herstellung eines Schlagkolbens, der in einem Zylinder mit zwei Auflageflächen gleitend gelagert ist und mit ihm nur zwei gesonderte Kammern bildet, und zwar eine obere Kammer mit großem Querschnitt und eine gegenwirkende, kreisringförmige Kammer mit kleinem Querschnitt. Bei einem bekannten hydraulischen Arbeitssystem wird die kreisringförmige Kammer ständig mit Fluid unter Druck versorgt und die obere Kammer abwechselnd mit der Fluidquelle unter Druck und daraufhin unter geringem Druck verbunden, damit die an den Kolben angelegte Resultierende der Kräfte abwechselnd in die eine und die andere Richtung zeigt.
Die EP-A-0 085 279, die einen Stand der Technik darstellt, der dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 entspricht, bezieht sich auf einen Schlagapparat mit einem Schlagkolben, der von einem inkompressiblen Fluid im Innern des Zylinders hydraulisch hin und her angetrieben wird, der auf ein Werkzeug aufschlägt, wobei der Kolben mindestens drei zylindrische und aufeinanderfolgende Auflageflächen mit unterschiedlichen Querschnitten aufweist, von denen diejenige, die sich auf der Seite des Werkzeugs befindet, kleiner als diejenige ist, die von dem Werkzeug am weitesten entfernt ist, und wobei der Kolben und der Zylinder mindestens zwei gegenwirkende Kammern festlegen: eine untere kreisringförmige Kammer und eine obere Kammer mit größerem Querschnitt. Die untere kreisringförmige Kammer wird abwechselnd über einen Verteiler mit dem Hochdruck-Versorgungskreis während der Aufwärtsphase des Kolbens und mit dem Niedrigdruck-Rücklaufkreis während der beschleunigten Abwärtsphase des Kolbens gemäß einer Ausführungsform verbunden, oder sie wird ständig mit dem Hochdruck-Versorgungskreis verbunden, während die obere Kammer mit größerem Querschnitt über einem Verteiler abwechselnd mit dem Hochdruck-Versorgungskreis während der beschleunigten Abwärtsphase des Kolbens und mit dem Niedrigdruck-Rücklaufkreis während der Aufwärtsphase des Kolbens gemäß einer anderen Ausführungsform verbunden wird.
Wenn man ein solches System mit hydraulischer Arbeitsweise auf einen Apparat mit den zuvor festgelegten Merkmalen anwendet, erhält man die folgenden Werte:
- Antriebsdruck: 56 bar,
- da der notwendige Eingangsdruck 56 bar ist und der maximale Druck des Rücklaufkreises 30 bar ist, ist es möglich, den minimalen Durchmesser des großen Querschnitts des Schlagkolbens zu berechnen, wobei sich 59 mm ergibt,
- da die kinetische Energie des Schlagkolbens gleich der während des beschleunigten Hubes gelieferten hydraulischen Energie ist, ist es möglich, den Hub des Schlagkolbens und die notwendige Ölmenge pro Stoß zu berechnen, die 70 cm³ beträgt,
- die vorbestimmte Schlagfrequenz gestattet es, den notwendigen Eingangsdurchsatz zu berechnen: 105 Liter pro Minute.
Nun ist der berechnete notwendige Eingangsdurchsatz mehr als zweimal größer als der zur Verfügung stehende Durchsatz. Andererseits ist die für den Rückhub des Kolbens notwendige Energie größer als die während des beschleunigten Schlaghubs gelieferte, was zu einem Gesamtwirkungsgrad weit unterhalb von 0,5 führt.
Um diesen Unzulänglichkeiten abzuhelfen, wurde von den Entwicklern von Schlagapparaten versucht, Antriebsquerschnitte mit geringer Oberfläche zu verwenden, die einem hohen Antriebsdruck ausgesetzt werden. Hierdurch wird ermöglicht, die für einen Zyklus notwendige Ölmenge zu verringern, wobei die Energie pro Stoß beibehalten wird, ohne die Rückstoßkraft und den Gesamtwirkungsgrad zu beeinträchtigen. Allerdings verlangt dieser Aufbau, daß man Schlagkolben erzeugt, die in Zylindern mit mindestens drei Auflageflächen gleiten, um einen kreisringförmigen Antriebsquerschnitt zu erzeugen. Die Zielvorgabe der Einfachheit sowohl hinsichtlich des Aufbaus als auch hinsichtlich der hydraulischen Steuerung wird somit nicht mehr erfüllt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Unzulänglichkeiten abzuhelfen.
Hierfür ist der betreffende Schlagapparat, der einen mittels eines inkompressiblen Fluids im Innern eines Zylinders hin und her hydraulisch angetriebenen Schlagkolben aufweist, der auf ein Werkzeug aufschlägt, bei dem der Kolben in einem Zylinder gleitet und zwei konzentrische Kolbenauflageflächen aufweist, wobei diejenige, die sich auf der Seite des Werkzeugs befindet, einen kleineren Querschnitt hat als diejenige, die von dem Werkzeug am weitesten entfernt ist, und der Kolben und der Zylinder zwei gegenwirkende Kammern, eine kreisringförmige untere Kammer und eine obere Kammer mit größerem Querschnitt festlegen, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einrichtung zum Regeln des Drucks aufweist, um ständig einen geregelten Druck mit einem Wert zwischen dem Eingangsdruck oder Hochdruck und dem Ausgangsdruck oder Niedrigdruck im Innern der oberen Kammer und der kreisringförmigen unteren Kammer während des beschleunigten Abwärtshubs des Kolbens und im Innern der oberen Kammer während des Aufwärtshubs des Kolbens, wenn die kreisringförmige Kammer dem Versorgungsdruck oder Hochdruck ausgesetzt wird, zu erzeugen, wobei ein Verteiler die Verbindung der kreisringförmigen Kammer abwechselnd mit dem Hochdruck-Versorgungskreis während der Aufwärtsphase des Kolbens und mit der oberen Kammer während der beschleunigen Abwärtsphase des Kolbens sichert.
Somit ist es möglich, eine geringe Rückstoßkraft zu bekommen, da der Antriebsdruck gering ist, einen geringen Eingangsdurchsatz aufzunehmen, da die unter Eingangsdruck stehende Ölmenge pro Zyklus zur Versorgung eines kreisringförmigen Querschnitts kleiner Oberfläche dient, einen großen Schlaghub zu bekommen, der es gestattet, die Dichtigkeitslängen zu erhöhen, einen Gesamtwirkungsgrad von mehr als 0,5 zu erzielen, und eine von dem Druck des Rücklaufkreises unabhängige Arbeitsweise zu bekommen, da keine der Kammern diesem Druck im Verlauf des Zyklus ausgesetzt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses Apparats besteht die Einrichtung zum Regeln des Zwischendrucks einerseits aus einem Energieakkumulator und andererseits aus einem Druckregler mit einem Zylinder, in dessen Innern ein Kolben gelagert ist, der einen Schieber bildet, bei dem ein Ende eine Kammer begrenzt, die kontinuierlich oder diskontinuierlich mit dem Hochdruck verbunden ist, und bei dem das andere Ende sich in einer Kammer befindet, die kontinuierlich oder diskontinuierlich mit dem Zwischendruck verbunden wird und eine Feder enthält, die den Schieber zu seinem anderen Ende hin bewegt, wobei die mit dem Zwischendruck verbundene Kammer über eine Einschnürung am Kreislauf des Fluids mit einer mittleren Kammer in Verbindung steht, die, verbunden mit dem Niederdruck-Rücklaufkreis, durch eine Querschnittsverringerung des Schiebers erzielt wird.
Eine Möglichkeit besteht darin, daß die mit dem Hochdruck verbundene Kammer des Druckreglers mit einer kreisringförmigen Kammer in Verbindung steht, die in den Zylinder eingearbeitet ist, in welchem sich der Schlagkolben bewegt und die ständige mit der Hochdruck-Fluidquelle verbunden ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die mit dem Hochdruck verbindbare Kammer des Druckreglers mit der unteren kreisringförmigen Kammer in Verbindung steht, die ihrerseits während der Aufwärtsphase des Kolbens mit dem Hochdruck verbunden ist.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung wird die Bewegung des Schlagkolbens mittels eines hydraulischen Verteilers gesteuert, der in einem Zylinder gleitend gelagert ist, mit dem er vier gesonderte Kammern festlegt, d.h. zwei Kammern, die sich an den beiden Enden des Verteilers befinden und über einen breiten Kanal verbunden sind und ständig mit dem Zwischendruckkreis in Verbindung stehen, und zwar einer ersten kreisringförmigen Kammer, die stets mit dem Hochdruckkreis verbunden ist und eine zweite, der vorherigen gegenwirkende kreisringförmige Kammer, deren aktiver Querschnitt größer als derjenige der vorhergehenden ist und die abwechselnd mit dem Hochdruckkreis und dem Zwischendruckkreis je nach der Position des Schlagkolbens verbunden wird.
Vorzugsweise ist der Verteiler kreisringförmig und umfaßt einen breiten, mittigen Kanal, der die an seinen Enden angeordneten gegenwirkenden Kammern in Verbindung bringt, und der Verteiler ist koaxial zu dem Schlagkolben in dem gleichen Zylinder wie dieser und oberhalb von ihm angeordet.
Die Erfindung läßt sich vor allem mit Hilfe der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten schematischen Zeichnung verstehen, die beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen, mehrere Ausführungsformen dieses Apparats darstellt:
Fig. 1 ist eine sehr schematische Ansicht des Prinzips des erfindungsgemäßen Apparats;
Fig. 2 bis 4 sind drei Ansichten im Längsschnitt eines Apparats, der mit einer ersten beweglichen Gruppe aus Schlagkolben, Verteiler sowie Druckregelungsschieber ausgestattet ist;
Fig. 5 bis 6 sind zwei Ansichten im Längsschnitt einer Abwandlung des Apparats von Fig. 1 bis Fig. 3.
Fig. 7 bis 8 sind zwei Ansichten im Längsschnitt einer Abwandlnung des Apparats von Fig. 1 bis 3;
Fig. 9 und 10 sind zwei Ansichten im Längsschnitt einer Abwandlung des Apparats von Fig. 7 und 8;
Fig. 11 und 12 sind zwei Ansichten im Längsschnitt mit einer Abwandlung des Apparats von Fig. 9 und 10.
Fig. 1 bis 12 stellen mehrere Ausführungsformen eines Schlagapparats dar, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten und einen Kolben 1 aufweisen, der in einem Körper 2 gleitet. Der Kolben 1 begrenzt mit seinem Zylinder eine Antriebskammer 3, die sich oberhalb des Kolbens 1 befindet, und eine der Kammer 3 gegenwirkende kreisringförmige Kammer 7, deren Querschnittsfläche klein ist. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens wird erreicht, indem man die Kammer 7 abwechselnd mit einem Hochdruck-Versorgungskreis 4 und der Antriebskammer 3 verbindet, so daß die Resultierende der hydraulischen Kräfte aufeinanderfolgend in der einen und der anderen Richtung wirkt. Diese abwechselnd durchgeführte Verbindung der Kammer 7 mit dem hohen und dem mittleren Druck oder dem Zwischendruck wird durch einen Verteiler 6 mittels weiter unten beschriebener hydraulischer Einrichtungen durchgeführt.
In allen Ausführungsformen wird der Schlagkolben 1 in eine Abwärtsbewegung versetzt, wenn die Kammer 7 mit der Antriebskammer 3 verbunden wird, und in eine Aufwärtsbewegung versetzt, wenn die Kammer 7 mit dem Hochdruckkreis verbunden wird.
Die Auswahl der Querschnittsflächen der Kammern 3 und 7 ist derart, daß im Verlaufe der Aufwärtsphase des Kolbens 1 der in der Kammer 3 erzeugte mittlere Druck zumindest geringfügig größer als der maximale Druck der Rückleitung 8 ist.
Der mittlere Druck ist ein innerer Druck, der durch den Kreislauf der pro Zyklus zu evakuierenden Ölmenge, die aus der Kammer 7 stammt, über einen Regler des mittleren Drucks 9 erzeugt wird.
In der Praxis wird die zum Füllen der Kammer 7 während des erneuten Aufsteigens des Kolbens verwendete Hochdruck-Ölmenge daraufhin zu der Mitteldruck-Antriebskammer 3 während seines Abstiegs entleert und daraufhin schließlich über den Druckregler 9 in den Rücklaufkreis 8 entleert. Der Druckregler hält den mittleren Druck auf dem vorbestimmten Wert.
Ein hydropneumatischer Akkumulator 11 mit einem Volumen im Verhältnis zu der Ölmenge unter mittlerem Druck, die für den Abstieg des Kolbens 1 notwendig ist, ist ständig mit dem Mitteldruckkreis 3, 5, 12 verbunden. Seine Aufgabe ist es, die Energie während des erneuten Aufstiegs des Schlagkolbens 1 zu akkumulieren und sie zur Durchführung des beschleunigten Abstiegs des Kolbens 1 zurückzugeben.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Funktion des Verteilers 6 schematisiert; je nach seiner Position ist die Kammer 7 entweder mit dem Mitteldruckkreis 3, 5 verbunden und der Hochdruckkreis 4 ist isoliert, wobei die Resultierende der an den Schlagkolben angelegten Kräfte derart ist, daß dieser absteigt, oder die Kammer 7 ist mit dem Hochdruckkreis 4, der von dem Mitteldruckkreis 3, 5 isoliert ist, verbunden, wobei die Resultierende der an den Schlagkolben angelegten Kräfte derart ist, daß dieser erneut aufsteigt.
In den in Fig. 2 bis 12 dargestellten Ausführungsformen ist der Verteiler 6 kreisringförmig und in dem Arbeitszylinder koaxial zu dem Schlagkolben 1 angeordnet und begrenzt oberhalb von ihm mit dem Arbeitszylinder vier Kammern 3, 12, 13, 14.
Die Kammer 3 und die Kammer 12 sind miteinander über einen breiten Kanal 15 verbunden, der in den Körper des Verteilers 6 eingearbeitet ist, und werden ständig dem mittleren Druck ausgesetzt. Die kreisringförmige Kammer 13 ist mit dem Hochdruckkreis 4 über einen Kanal 16 ständig verbunden. Schließlich wird die Kammer 14, deren Oberfläche des Abschnitts 17 größer als diejenige der Kammer 13 ist, als Steuerkammer bezeichnet und wirkt den Kammern 12 und 13 entgegen.
Diese Steuerkammer 14 wird abwechselnd dem Hochdruck und dem mittleren Druck in Abhängigkeit von der Position des Schlagkolbens 1 derart ausgesetzt, daß die Resultierende der an den Verteiler angelegten Kräfte nacheinander in die eine und die andere Richtung zeigt. Um die Regelmäßigkeit der Zyklen sicherzustellen, ist die Verteilungseinrichtung mit hydraulischen Einrichtungen versehen, die den Verteiler "bistabil" machen. Diese Funktion wird durch bekannte Einrichtungen, wie zum Beispiel kalibrierte Öffnungen, sichergestellt, die in den Körper des Verteilers und des Apparats eingearbeitet sind.
Die Oberflächen der Abschnitte der Kammern 3, 12, 13, 14 sind so ausgewählt, daß, wenn die Steuerkammer 14 auf den Versorgungshochdruck des Apparats gebracht wird, der Verteiler 6 die Position der Fig. 4 einnimmt und somit den aus dem Akkumulator 11, den Kammern 12 und 3 sowie den Kanälen 5 und 15 gebildeten Mitteldruckkreis mit der Kammer 7 derart verbindet, daß der Kolben in seinem Schlaghub beschleunigt wird. Wenn umgekehrt die Steuerkammer 17 des Verteilers dem Mitteldruck ausgesetzt wird, nimmt der Verteiler 6 die in Fig. 2 dargestellte Position ein und verbindet die Kammer 7 mit dem Hochdruckkreis, wodurch das erneute Aufsteigen des Schlagkolbens 1 ermöglicht wird.
Als nicht einschränkend aufzufassendes Beispiel wird für die folgende Beschreibung angenommen, daß der Verteiler 6 zu einer Abwärtsbewegung angeregt wird, wenn die Steuerkammer 14 mit dem Mitteldruckkreis verbunden ist, und zu einer Aufwärtsbewegung angeregt wird, wenn letztere mit dem Versorgungskreis 4 verbunden ist.
Der Schieber zur Regelung des mittleren Drucks 9 begrenzt mit seinem Arbeitszylinder zwei gegenwirkende Kammern 18 und 19, von denen die erste ständig mit dem Hochdruck-Versorgungskreis über den Kanal 20 oder gemäß einer Abwandlung des Apparats mit der Wiederaufstiegskammer 7 verbunden ist. Die andere Kammer 19, die eine Feder aufweist, wird kontinuierlich oder diskontinuierlich über den Kanal 5 mit dem Mitteldruckkreis verbunden. Der Regelungsschieber 9 umfaßt übrigens in seinem mittigen Teil eine mit dem Rücklaufkreis 8 ständig verbundene Nut 21, die es je nach der Position des Schiebers ermöglicht, eine Einschnürung zwischen dem Mitteldruckkreis und der Rücklaufleitung 8 zu erzeugen.
Bei den in Fig. 2 bis 10 dargestellten Ausführungsformen ist ein hydropneumatischer Akkumulator 10 mit geringem Volumen ständig mit dem Hochdruckkreis 4 verbunden, um die Druckschwankungen am Eingang des Apparats zu dämpfen und somit die hydraulischen Versorgungspumpen zu schonen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schlagapparat mit einer hydraulischen Vorrichtung, die in der Lage ist, einen abgestuften Schlagkolben abwechselnd und regelmäßig in einem Zylinder mit zwei konzentrischen Auflageflächen zu verschieben. Die Verteilungseinrichtung ist andererseits so angeordnet, daß ihre Arbeitsweise von dem Druck der Rücklaufleitung des Apparats unabhängig wird.
Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Fig. 2 stellt die Position des Verteilers 6 dar, wenn der Kolben 1 aufsteigt.
Die Steuerkammer 14 wird in diesem Augenblick über eine kalibrierte Öffnung 22, die in eine mit der Antriebskammer 3 verbundene Leitung 31 mündet, mit dem Mitteldruckkreis verbunden.
Der Verteiler 6 verbindet in diesem Augenblick die Wiederaufstiegskammer 7 mit dem Hochdruckkreis 4 über den Kanal 23, die in den Körper des Apparats eingearbeitete Nut 24, die in den Körper des Verteilers eingearbeitete Nut 25, die in den Körper des Apparats eingearbeitete Nut 26 und schließlich den Kanal 27, wodurch der Aufstiegshub des des Kolbens 1 ermöglicht wird.
Während seines Aufstiegs bewegt sich die obere Kante 28 des Kolbens, der ein Ende der Kammer 3 festlegt, an der oberen Kante 29 einer Nut 30 vorbei, die in den Körper des Apparats eingearbeitet ist. Diese Nut ist über den Kanal 31 ständig mit der Kammer 14 verbunden.
Wenn der Kolben 1 im Verlauf seines Aufstiegs den Verteiler 6 erreicht, nimmt er ihn bei seinem Hub mit, wie in Fig. 3 gezeigt.
Während der Bewegung der Verteiler laufen folgende Schritte nacheinander ab:
- Die obere Kante 32 der Steuerkammer 14 blockiert die kalibrierte Öffnung 22 des Verteilers 6, und gleichzeitig legt die Kante 33 der Steuerkammer 14 den kalibrierten Durchtritt 34 frei, wodurch eine kontrollierte Versorgung der Kammer 14 mit unter Druck stehendem Fluid von der mit dem Kanal 27 verbundenen Nut 26 aus ermöglicht wird.
- Die obere Kante 35 der Nut 24 bewegt sich an der Kante 36 der Nut 25 des Verteilers 6 vorbei, wodurch die Verbindung zwischen Hochdruckkreis 4 und Wiederaufstiegskammer 7 blockiert wird. Der Schlagkolben 1 verlangsamt seinen Hub und trennt sich von dem Verteiler 6.
- Die untere Kante 37 des Verteilers, die ein Ende der Kammer 3 begrenzt, bewegt sich an der unteren Kante 38 der Nut 24 vorbei. Von diesem Zeitpunkt an wird die Wiederaufstiegskammer 7 mit dem Mitteldruckkreis über den Kanal 23, die Nut 24 und die Kammer 3 verbunden. Die Resultierende der an den Schlagkolben angelegten Kräfte kehrt sich um, und dieser beginnt seinen beschleunigten Schlaghub. Der Verteiler 6 setzt seinen Aufstiegshub mit verringerter Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der unter Druck stehenden Fluidmenge fort, die durch den kalibrierten Durchtritt 34 strömen kann.
Während des Abstiegs des Schlagkolbens legt, wie in Fig. 4 dargestellt, dessen obere Kante 28 die Kante 29 der in den Körper des Apparats eingearbeitete Nut 30 frei, und verbindet somit über einen Kanal 31 die Steuerkammer 14 über die Kammer 3 mit dem Mitteldruckkreis.
Die unter Druck stehende Fluidmenge, die durch den kalibrierten Durchtritt 34 strömen kann, reicht somit nicht aus, um den für das Gleichgewicht des Verteilers 6 notwendigen Druck zu erzeugen. Die Resultierende der an den Verteiler 6 angelegten Kräfte kehrt sich um, und dieser beginnt seinen Abwärtshub.
Kurz nach dem Stoß des Kolbens 1 auf das Werkzeug 6 und wenn der Verteiler 6 sich nach unten bewegt, laufen nacheinander die folgenden Schritte ab:
- Die Kante 37 des Verteilers 6 bewegt sich an der unteren Kante 38 der Nut 24 vorbei und blockiert somit die Verbindung zwischen der Kammer 7 und dem Mitteldruckkreis.
- Die Kante 36 der Nut 25 des Verteilers 6 legt die obere Kante 35 der Nut 24 frei: Somit wird eine Verbindung zwischen Hochdruckkreis 4 und Wiederaufstiegskammer 7 über den Kreis 27, 26, 25, 24 und 23 hergestellt. Die Resultierende der an den Schlagkolben 1 angelegten Kräfte kehrt sich um, und er beginnt seinen Wiederaufstiegshub.
- Die eines der Enden der Kammer 14 festlegende Kante 33 blockiert das Ende des kalibrierten Durchtritts 34, und gleichzeitig legt die das andere Ende der Nut 14 festlegende Kante 32 die kalibrierte Öffnung 22 frei. Der Verteiler 6 beendet seinen Abwärtshub, und das in die Kammer 14 verschobene Fluid kann entweder über den Kanal 31 und die Nut 30 oder über die kalibrierte Öffnung 22 entweichen.
Der Arbeitszyklus setzt sich wie zuvor beschrieben fort: Fig. 5 stellt eine Abwandlung der in Fig. 2 bis 4 dargestellten hydraulischen Vorrichtung dar, bei der die in den Körper des Apparats eingearbeitete Bohrung mittels einer kreisringförmigen Wand 39 in zwei Teile getrennt ist, die jeweils den Kolben 1 und den Verteiler 6 enthalten. In diesem Fall begrenzen das Ende 37 des Verteilers und der Teil 39 des Körpers des Apparats eine Kammer 40, und das Ende 28 des Schlagkolbens und der Teil 39 des Körpers des Apparats begrenzen die Antriebskammer 3, wobei die beiden Kammern 3 und 40 über einen breiten Kanal 41 verbunden sind. Eine in den Körper des Apparats eingearbeitete Nut 42 ist ständig über einen Kanal 43 mit dem Versorgungsdruck verbunden. Eine Nut 44 ist in den Schlagkolben 1 eingearbeitet; ihre Aufgabe ist es, für eine Verbindung zwischen der Nut 30 und der Nut 42 zu sorgen.
Der Apparat arbeitet wie folgt:
Fig. 5 stellt die Position des Verteilers 6 dar, wenn der Schlagkolben 1 wieder aufsteigt.
Die Steuerkammer 14 ist über die kalibrierte Öffnung 22 mit dem Mitteldruckkreis verbunden.
Die Nut 25 des Verteilers 6 bringt den Hochdruckkreis 4 mit der Wiederaufstiegskammer 7 über den Kreis 27, 26, 25, 24 und 23 in Verbindung, wodurch die Aufstiegsbewegung des Kolbens 1 ermöglicht wird.
Sobald die Kante 45 der in den Körper des Kolbens 1 eingearbeiteten Nut 44 die das untere Ende der Nut 30 begrenzende Kante 46 freilegt, wird die Steuerkammer 14 über einen Kanal 31 mit dem Hochdruckkreis verbunden. Die unter Druck stehende Ölmenge, die durch die kalibrierte Öffnung 22 hindurch strömen kann, reicht somit nicht aus, um den Gleichgewichtsdruck des Verteilers aufrechtzuerhalten. Die Resultierende der an den Verteiler angelegten Kräfte kehrt sich um, und der Verteiler beginnt seinen Aufstieg.
Während seiner Bewegung finden nacheinander die folgenden Schritte statt:
- Die Kante 32 der Steuerkammer 14 blockiert die kalibrierte Öffnung 22, während gleichzeitig die Kante 33 derselben Kammer 14 den kalibrierten Durchtritt 34 frei legt.
- Die Kante 35 der Nut 24 bewegt sich an der Kante 36 der Nut 25 des Verteilers 6 vorbei, wodurch die Verbindung zwischen dem Hochdruckkreis 4 und der Wiederaufstiegskammer 7 blockiert wird.
- Die Kante 37 am Ende des Verteilers 6 legt die Kante 38 der Nut 24 frei. Von diesem Augenblick an wird die Wiederaufstiegskammer 7 mit dem Mitteldruckkreis 40, 41, 3 über die Nut 24 und den Kanal 23 in Verbindung gebracht. Die Resultierende der an den Schlagkolben angelegten Kräfte kehrt sich um, und dieser beginnt seinen beschleunigten Schlaghub.
Während seiner Abwärtsbewegung bewegt sich die Kante 45 der Nut 44 an der Kante 46 der Nut 30 vorbei und blockiert somit die direkte Verbindung zwischen dem Hochdruckkreis 4, 43, 42, 44 und dem Steuerkreis 30, 31, 14. Der Verteiler 6 setzt seinen Aufwärtshub in Abhängigkeit von der unter Druck stehenden Fluidmenge, die durch den kalibrierten Durchtritt 34 hindurch strömen kann, mit verringerter Geschwindigkeit fort.
Die obere Kante 28 des Schlagkolbens legt somit die Kante 49 der Nut 30 frei (wie in Fig. 6 gezeigt), woraufhin der Arbeitszyklus mit dem in Fig. 3 und 4 beschriebenen identischen wird.
Fig. 7 stellt eine Abwandlung der anhand der vorhergehenden Figuren beschriebenen hydraulischen Vorrichtung dar. Wie in der in Fig. 5 und 6 beschriebenen Vorrichtung, sind die Kammern 40 und 3 voneinander gesondert und zu einem breiten Kanal 41 verbunden. Eine in den Körper des Apparats eingearbeitete Nut 51, die in die obere Auflagefläche des Schlagkolbens mündet, ist ständig mit einer in den Körper des Apparats eingearbeiteten Nut 47 verbunden und mündet über einen Kanal 48 in die untere Auflagefläche des Verteilers.
Eine in den Körper des Verteilers 6 eingearbeitete Nut 49 ermöglicht es, eine Verbindung zwischen der Steuerkammer 14 und der Nut 47 je nach der Position des Verteilers herzustellen.
Der Kanal 31 mündet schließlich nicht mehr direkt in die Steuerkammer 14, sondern in die Zwischenauflagefläche des Verteilers 6.
Eine kalibrierte Öffnung 50 ist in den Körper des Apparats eingearbeitet, wobei eines seiner Enden ständig mit dem Hochdruckkreis 4 verbunden ist; sie hat dieselbe Aufgabe wie der in den vorhergehenden Figuren beschriebene kalibrierte Durchtritt 34.
Der Apparat arbeitet wie folgt:
Fig. 7 stellt die Position des Verteilers 6 dar, während der Schlagkolben 1 wieder aufsteigt.
Die Steuerkammer 14 ist mit dem Mitteldruckkreis über die Nut 49 und die kalibrierte Öffnung 22 verbunden.
Die Nut 25 des Verteilers 6 stellt eine Verbindung zwischen dem Hochdruckkreis 4 und der Wiederaufstiegskammer 7 über den Kreis 27, 26, 25, 24 und 23 her, wodurch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 1 ermöglicht wird.
Sobald die Kante 52 des Schlagkolbens 1, der ein Ende der kreisringförmigen Kammer 7 begrenzt, die Kante 53, die das untere Ende der Nut 51 begrenzt, freilegt, wird die Steuerkammer 14 mit dem Hochdruckkreis 4 über den Kreis 4, 27, 26, 25, 24, 23, 7, 51, 48, 47, 49 verbunden. Die unter Druck stehende Ölmenge, die durch die kalibrierte Öffnung 22 hindurch strömen kann, reicht somit nicht aus, um den Gleichgewichtsdruck des Verteilers aufrechtzuerhalten. Die Resultierende der an den Verteiler angelegten Kräfte kehrt sich um, und er beginnt seinen Aufstieg.
Während seiner Bewegung kommt es nacheinander zu den folgenden Schritten:
Die ein Ende der Nut 49 begrenzende untere Kante 54 bewegt sich an der das obere Ende der Nut 47 begrenzenden Kante 55 vorbei, und das andere Ende 56 der Nut 49 legt gleichzeitig den Kanal 31 und die kalibrierte Öffnung 50 frei, wodurch die geregelte Versorgung der Steuerkammer 14 mit unter Druck stehendem Fluid ermöglicht wird. (Die Nut 30 und der Kanal 31 sind zu diesem Zeitpunkt des Zyklus durch den Schlagkolben 1 blockiert).
- Die Kante 35 der Nut 24 bewegt sich an der Kante 36 der Nut 25 des Verteilers 6 vorbei, wodurch die Verbindung zwischen dem Hochdruckkreis 4 und der Wiederaufstiegskammer 7 blockiert wird.
- Die das untere Ende des Verteilers 6 begrenzende Kante 37 legt die Kante 38 der Nut 24 frei. Von diesem Augenblick an wird die Wiederaufstiegskammer 7 mit dem Mitteldruckkreis 40, 41, 3 über die Nut 24 und den Kanal 23 verbunden. Die Resultierende der an den Schlagkolben angelegten Kräfte kehrt sich um, und dieser beginnt seinen beschleunigten Schlaghub. Der Verteiler 6 beendet seinen Aufwärtshub.
Während seiner Abwärtsbewegung bewegt sich die Kante 52 des Kolbens 1 and der Kante 53 vorbei und blockiert somit die Verbindung zwischen der Wiederaufstiegskammer 7 und der Nut 47.
Die obere Kante 28 des Schlagkolbens legt dann die Kante 29 der Nut 30 frei (wie in Fig. 8 dargestellt). Die Steuerkammer 14 ist dann mit dem Mitteldruckkreis über einen breiten Kanal 31 verbunden. Die unter Druck stehende Fluidmenge, die durch die kalibrierte Öffnung hindurch strömen kann, reicht somit nicht aus, um das hydraulische Gleichgewicht des Verteilers zu gewährleisten, und dieser beginnt seinen Abwärtshub.
Während der Abwärtsbewegung des Verteilers 6, legt die Kante 54 der Nut 49 die Kante 55 der Nut 47 frei, und gleichzeitig blockiert die andere Kante 56 der Nut 49 die kalibrierte Öffnung 50 und den Kanal 31, wobei der Kanal 58 und die Nut 51 durch den Schlagkolben blockiert sind, so daß das in der Steuerkammer 14 enthaltene Fluid über die kalibrierte Öffnung 22 zu dem Mitteldruckkreis entweichen kann. Somit wird die Abstiegsgeschwindigkeit des Verteilers geregelt.
Von diesem Augenblick an wird das Ende des Arbeitszyklus identisch zu dem anhand von Fig. 2 bis 3 beschriebenen.
Fig. 9 stellt eine Abwandlung der in Fig. 7 und 8 beschriebenen hydraulischen Vorrichtung dar. Bei diesem Aufbau ist die in den Körper des Apparats eingearbeitete und mit dem Hochdruckkreis 4 ständig verbundene Nut 26 ebenso wie die in den Körper des Verteilers 6 eingearbeitete Nut 25 nicht mehr vorhanden. Sämtliche anderen Kreise sind weiterhin zu denen in Fig. 7 und 8 identisch, mit Ausnahme des Kanals 23, der durch einen Kanal 57 verlängert ist, der in die Auflagefläche des Verteilers mündet, die den größeren Querschnitt hat.
Der Apparat arbeitet wie folgt:
- Fig. 9 stellt die Position des Verteilers 6 dar, wenn der Schlagkolben 1 wieder aufsteigt.
- Die Steuerkammer 14 ist über die Nut 49 und die kalibrierte Öffnung 22 mit dem Mitteldruckkreis verbunden.
-Die ein Ende der Kammer 13 begrenzende Kante 58 legt den Kanal 57 frei und verbindet somit den Hochdruckkreis 4 über den Kreis 16, 13, 57 und 23 mit der Wiederaufstiegskammer 7, wodurch die Aufstiegsbewegung des Kolbens 1 ermöglicht wird.
-Sobald die Kante 52 des Schlagkolbens 1, die ein Ende der kreisringförmigen Kammer 7 begrenzt, die Kante 53, die das untere Ende der Nut 51 begrenzt, freilegt, wird die Steuerkammer 14 mit dem Hochdruckkreis 4 über den Kreis 16, 13, 57, 23, 7, 51, 48, 47, 49, verbunden. Die unter Druck stehende Ölmenge, die durch die kalibrierte Öffnung 22 hindurch strömen kann, reicht somit nicht aus, um den Gleichgewichtsdruck des Verteilers aufrechtzuerhalten. Die Resultierende der an den Verteiler 6 angelegten Kräfte kehrt sich um, und dieser beginnt seinen Aufstieg.
Während seiner Bewegung finden nacheinander die folgenden Schritte statt:
-Die ein Ende der Nut 49 begrenzende untere Kante 54 bewegt sich an der das obere Ende der Nut 47 begrenzenden Kante 55 vorbei, und das andere Ende 56 der Nut 49 legt gleichzeitig den Kanal 31 und die kalibrierte Öffnung 50 frei, wodurch eine geregelte Versorgung der Steuerkammer 14 mit unter Druck stehendem Fluid ermöglicht wird. (Die Nut 30 und der Kanal 31 sind zu diesem Zeitpunkt des Zyklus durch den Schlagkolben 1 blockiert).
-Die Kante 58 blockiert den Kanal 57, wodurch die Verbindung zwischen dem Hochdruckkreis 4 und der Wiederaufstiegskammer 7 unterbrochen wird.
Die das untere Ende des Verteilers 6 begrenzende Kante 37 legt die Kante 38 der Nut 24 frei. Von diesem Zeitpunkt an wird die Wiederaufstiegskante 7 mit dem Mitteldruckkreis 40, 41, 3 über die Nut 24 und den Kanal 23 verbunden. Die Resultierende der an den Kolben angelegten Kräfte kehrt sich um und dieser beginnt seinen beschleunigten Schlaghub. Der Verteiler 6 beendet seinen Aufwärtshub.
Während seiner Abwärtsbewegung bewegt sich die Kante 52 des Kolbens 1 an der Kante 53 vorbei, und blockiert somit die Verbindung zwischen der Wiederaufstiegskammer 7 und der Nut 47.
Die obere Kante 28 des Schlagkolbens 1 legt somit die Kante 29 der Nut 30 frei (wie in Fig. 10 dargestellt). Die Steuerkammer 14 ist dann mit dem Mitteldruckkreis über einen Kanal 31 verbunden.
Die Menge an unter Druck stehendem Fluid, das durch die kalibrierte Öffnung 50 hindurchströmen kann, reicht somit nicht aus, um das hydraulische Gleichgewicht des Verteilers zu gewähren, und dieser beginnt seinen Abwärtshub.
Während der Abwärtsbewegung des Verteilers 6 legt die Kante 54 der Nut 49 die Kante 55 der der Nut 47 frei, und gleichzeitig blockiert die andere Kante 56 der Nut 49 die kalibrierte Öffnung 50 und den Kanal 31, wobei der Kanal 48 und die Nut 51 durch den Schlagkolben blockiert sind, so daß das in der Steuerkammer 14 enthaltene Fluid über die kalibrierte Öffnung 22 zu dem Mitteldruckkreis ausgestoßen wird. Somit wird die Abstiegsgeschwindigkeit des Verteilers geregelt.
Die Kante 37 des Verteilers 6 bewegt sich an der Kante 38 der Nut 24 vorbei, wodurch die Verbindung zwischen der Wiederaufstiegskammer 7 und dem Mitteldruckkreis 3 blokkiert wird.
Kurz danach legt die Kante 58, die ein Ende der Kammer 13 bestimmt, den Kanal 57 frei und erzeugt somit eine Verbindung zwischem dem Hochdruckkreis 4 und der Wiederaufstiegskammer 7. Die Resultierende der an den Schlagkolben 1 angelegten Kräfte kehrt sich um, und dieser beginnt seinen Wiederaufstiegshub.
Der Arbeitszyklus setzt sich fort, wie zuvor beschrieben.
Fig. 11 und 12 stellen eine Abwandlung der in Fig. 9 und 10 beschriebenen hydraulischen Vorrichtung dar. Bei diesem Aufbau ist der Kanal 5 nicht mehr ständig mit der Kammer 12, sondern mit einer in den Körper des Apparats eingearbeiteten Nut 61 verbunden. Die Nut 61 ist so angeordnet, daß die Kante 62 des Verteilers 6, der ein Ende der Kammer 12 begrenzt, sie während der Abwärtsbewegung des Verteilers freilegt und sie während seiner Aufwärtsbewegung blockiert. Somit findet der Ölkreislauf durch den Kanal 5 zu dem Rücklaufkreis nur noch während der Aufwärtsbewegung des Schlagkolbens 1 statt (Verteiler 6 in unterer Position), und während des Abstiegs des Kolbens 1 (Verteiler 6 in oberer Position) wird die von dem Akkumulator 11 zurückgegebene Menge unter Druck stehenden Öls vollständig zu der Antriebskammer 3 überführt, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Apparats verbessert wird.

Claims

1. Schlagapparat mit einem Schlagkolben (1), der hydraulisch mittels eines inkompressiblen Fluids im Innern eines Zylinders hin und her angetrieben wird und auf ein Werkzeug (60) aufschlägt, wobei der Kolben in einem Zylinder gleitet und zwei konzentrische Kolbenauflageflächen mit unterschiedlichen Querschnitten aufweist, von denen diejenige auf der Seite des Werkzeugs einen kleineren Querschnitt gegenüber der von dem Werkzeug weiter entfernten hat, wobei der Kolben und der Zylinder zwei gegenwirkende Kammern, eine kreisringförmige untere Kammer (7) und eine obere Kammer mit größerem Querschnitt begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß er Einrichtungen zur Regelung des Drucks aufweist, um ständig einen geregelten Druck mit einem Zwischenwert zwischen dem Einlaßdruck oder Hochdruck und dem Auslaßdruck oder Niederdruck zu erzeugen, und zwar im Innern der oberen Kammer (3) und der unteren kreisringförmigen Kammer (7) während des beschleunigten Abwärtshubs des Kolbens und im Innern der oberen Kammer (3) während des Aufwärtshubs des Kolbens, wenn die kreisringförmige Kammer (7) dem Zufuhrdruck oder Hochdruck ausgesetzt wird, wobei ein Verteiler (6) die Herstellung der Verbindung der kreisringförmigen Kammer (7) wechselweise mit dem Hochdruck-Zufuhrkreis während der Aufwärtsphase des Kolbens und mit der oberen Kammer (3) während der beschleunigten Abwärtsphase des Kolbens (1) sichert.

2. Schlagapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Regelung des Zwischendrucks einerseits aus einem Energieakkumulator und andererseits aus einem Druckregler bestehen, der einen Zylinder aufweist, in dessem Innern ein einen Schieber bildender Kolben (9) eingebaut ist, bei dem ein Ende eine Kammer (18) begrenzt, die kontinuierlich oder diskontinuierlich mit dem Hochdruck verbunden ist, und bei dem sich das andere Ende in einer Kammer (19) befindet, die kontinuierlich oder diskontinuierlich mit dem Zwischendruck verbunden ist und eine Feder enthält, die den Schieber zu seinem anderen Ende hin verschieben kann, wobei die mit dem Zwischendruck verbundene Kammer (19) über eine Einschnürung, die sich an dem Fluidkreislauf befindet, mit einer mittleren Kammer (21) in Verbindung steht, die, verbunden mit dem Niederdruck-Rücklaufkreis (8), durch eine Querschnittsverringerung des Schiebers erzielt wird.

3. Schlagapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (18) des mit dem Hochdruck verbundenen Druckreglers mit einer kreisringförmigen Kammer (26) in Verbindung steht, die in den Zylinder eingearbeitet ist, in welchem sich der Schlagkolben (1) bewegt, und die ständig mit der Hochdruck-Fluidquelle verbunden ist.

4. Schlagapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (18) des mit dem Hochdruck verbindbaren Druckreglers mit der unteren kreisringförmigen Kammer (7) in Verbindung steht, die ihrerseits während der Aufwärtsphase des Kolbens mit dem Hochdruck verbunden ist.

5. Schlagapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Schlagkolbens durch einen hydraulischen Verteiler (6) gesteuert wird, der gleitend in einem Zylinder eingebaut ist, mit dem er vier gesonderte Kammern begrenzt, und zwar zwei sich an den beiden Enden des Verteilers befindende Kammern (3, 12), die über einen breiten Kanal (15) verbunden sind und ständig mit dem Zwischendruckkreis in Verbindung stehen, einer ersten kreisringförmigen Kammer (13), die ständig mit dem Hochdruckkreis verbunden ist, und einer zweiten, der vorhergehenden entgegenwirkenden kreisringförmigen Kammer (14), deren aktiver Querschnitt größer ist, welche wechselweise mit dem Hochdruckkreis und dem Zwischendruckkreis in Abhängigkeit von der Stellung des Schlagkolbens verbunden ist.

6. Schlagapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (6) kreisringförmig ist und einen breiten mittigen Kanal (15) aufweist, der die an seinen Enden angeordneten gegenwirkenden Kammern (3, 12) in Verbindung bringt.

7. Schlagapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (6) koaxial zu dem Schlagkolben (1) und in dem gleichen Zylinder wie dieser und oberhalb von ihm angeordnet ist.

8. Schlagapparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (6) eine kreisringförmige Nut (25) aufweist, die bei einer Stellung des Verteilers Nuten in Verbindung bringt, die in den Körper des Apparats eingearbeitet sind und jeweils mit der Hochdruck-Fluidquelle (4) und der unteren kreisringförmigen Kammer (7) verbunden sind.

9. Schlagapparat nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder, in den der Schlagkolben (1) und der Verteiler (6) eingebaut sind, über eine kreisringförmige Wand (39) in zwei Abteile unterteilt ist.

10. Schlagapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruck-Fluidzufuhrkreis mit einem hydropneumatischen Akkumulator (10) geringen Volumens ausgerüstet ist, der die Druckschwankungen am Einlaß des Apparats dämpft.

11. Schlagapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kammer (12) mit dem Druckregler über einen Kanal (5) verbunden ist, der in eine Nut (61) mündet, die in den Körper des Apparats in einen Bereich eingearbeitet ist, der von dem Verteiler (6) in der Abwärtsperiode des Schlagkolbens (1) bedeckt ist und während der Aufwärtsperiode des Schlagkolbens nicht bedeckt ist.