DE967550C - Ventilsteuerung fuer Pressluftschlaggeraete - Google Patents

Description

Ingenieurbüro

. Friedrich Heinrich Flottmann, Bochum-Riemke

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung für Preßluftwerkzeuge mit einem platten- oder linsenförmigen Ventilkörper, der auf zwei gegenüberliegenden Ventilsitzen abwechselnd aufliegt und die Zufuhr von Frischluft zum Schlaghubraum sowie zum Rückhubraum durch pneumatische Kompressions- bzw. Entlastungssteuerung in wechselnder Folge freigibt.

Solche Flattersteuerungen sind schon seit langem bekannt und haben sich bei kurzhubigen Preßluftwerkzeugen bewährt. Ihre Anwendung ist besonders bei solchen Preßlufthämmern vorteilhaft, die auch während des Rückhubes des Schlagkolbens Arbeit leisten und daher einen größeren Bedarf an Rückhubluft haben, wie es beispielsweise bei Bohrhämmern der Fall ist, wo während des Rückhubes die Umsetzbewegung des Werkzeuges durchgeführt wird.

Bei Verwendung dieser bekannten einfachen Ventilplattensteuerungen für langhubige Preßluftwerkzeuge entstehen jedoch dadurch Schwierigkeiten, daß hier während des Rückhubes des Schlagkolbens die Umsteuerung der Ventilplatte durchdie Kompression im Schlaghubraum verhältnismäßig zu früh eingeleitet wird. Durch die frühe Umsteuerung ergibt sich ein geringerer Rückhubweg und damit ein zu großer Hubverlust des Schlagkolbens, was sich in einer Verminderung der Schlagleistung auswirkt. Auch der Rückstoß erhöht sich über ein erträgliches Maß hinaus. Man hatver-

sucht, eine Verbesserung dadurch zu erreichen, daß der Verlauf der Kompression durch Zuschalten von schädlichem Raum oder durch Entlüftungslöcher verändert wurde. Diese Maßnahmen ergeben aber einen erhöhten Luftverbrauch und erzielen nicht eine Verminderung des Rückstoßes. Eine solche Steuerung kann bei insbesondere langhubigen Preßluftwerkzeugen nur dann zufriedenstellend arbeiten, wenn sie so ausgebildet ist, daß die Umsteuerung von Rückhub auf Schlaghub verhältnismäßig spät einsetzt.

Um bei langhubigen Preßlufthämmern beim Schlaghub die Kompression vor dem Schlagkolben in erträglichen Grenzen zu halten, müssen die Auspuffbohrungen für den vorderen Zylinderraum möglichst weit zum Ende des Schlaghubes hin angeordnet sein. Das bedeutet aber, daß bei dem folgenden Rückhub des Schlagkolbens der Rückhubauspuff entsprechend früh geöffnet wird, so daß ein plötzlicher starker Druckabfall in der Rückhubluftleitung und auch auf der Rückhubseite der Ventilplatte auftritt, der unter Umständen sogar schon ausreicht, um die Umsteuerung vorzeitig einzuleiten. Die bekannten Steuerungen sind so ausgebildet, daß der Druckabfall in der Rückhubluftleitung eine Druckentlastung über die ganze Fläche der Rückhubluftseite der Ventilplatte hervorruft. Dies kommt dadurch zustande, daß die Einlaßöffnungen für die Frischluft zum hinteren Ventilraum des Ventilgehäuses so klein gehalten sind, daß ihr Querschnitt etwa dem Durchlaßquerschnitt des Ventilsitzes für die verhältnismäßig geringe Rückhubluftmenge entspricht und daher ein Druckabfall in der Rückhubluftleitung, z.B. durch öffnen des Rückhubauspuffes, sich über den ganzen Rückhubluftraum bis zu den Einlaßöffnungen hin annähernd gleichmäßig auswirkt. Es erfolgt somit hierbei eine frühzeitige Entlastung der Rückhubseite der Ventilplatte und dadurch eine verfrühte Umsteuerung des Ventils mit den nachteiligen Folgen der Hubverkürzung und Erhöhung des Rückstoßes.

Durch die Erfindung wird eine Ventilsteuerung geschaffen, bei der diese Nachteile beseitigt sind und die mit besonderem Vorteil insbesondere für langhubige Preßluftwerkzeuge verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß bildet die von Rückhubluft durchströmte Ringfläche zwischen dem hinteren Ventilsitz und der Ventilplatte den engsten Durchlaßquerschnitt für die Rückhubluft. Durch die Verlegung des engsten Querschnittes für die gesamte Rückhubluftzuführung in den Bereich der Ringfläche zwischen dem hinteren Ventilsitz und der Ventilplatte und durch ausreichend große Bemessung der Einlaßöffnungen für die Frischluftzufuhr wird erreicht, daß die Wirkung der Druckentlastung der Rückhubluft durch Öffnen des Rückhubauspuffes sich im wesentlichen nur auf den vom Ventilsitz umschlossenen Bereich des Rückhubluftkanals begrenzt, während der übrige hintere Ventilraum im wesentlichen den Frischluftdruck aufweist. Das bedeutet aber, daß auf die hintere Rückhubluftseite der Ventilplatte jetzt eine wesentlich höhere Druckkraft als bei den bekannten Ausbildungen ausgeübt wird. Dies hat zur Folge, daß die Ventilplatte erst dann umgesteuert werden kann, wenn ein höherer Kompressionsdruck im Schlaghubraum durch den auf dem Rückhub befindlichen Schlagkolben erzeugt worden ist, d. h., die Umsteuerung erfolgt erst zu einem späteren Zeitpunkt der Rückhubbewegung des Kolbens. Der Hubverlust des Schlagkolbens wird somit geringer und die Leistungsabgabe beim Schlaghub infolge des längeren Schlaghubes größer.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Ventilsteuerung mit späterer Umsteuerung ergibt sich als weiterer Vorteil eine Verringerung des Rückstoßes gegenüber der bekannten Ausbildung der Steuerung. Im Zeitpunkt der verfrühten Umsteuerung hat der Schlagkolben noch eine erhebliche Rückwärtsgeschwindigkeit. Durch die jetzt in den Schlaghubraum einströmende Frischluft wird der Kolben schlagartig abgebremst, wodurch ein erheblicher Rückstoß auf den Hammerkörper entsteht. Wenn dagegen die Umsteuerung erst später erfolgt, hat der Schlagkolben bereits infolge des mit fortschreitendem Rückhub im Schlaghubraum ständig anwachsenden Kompressionsdruckes immer mehr an Rückhubgeschwindigkeit verloren. Eine erst jetzt zugeführte Frischluft kann also nur noch eine geringere Bremsbewegung auf den Schlagkolben und damit auch eine geringere Rückstoßkraft auf den Hammerkörper ausüben als bei verfrühter Umsteuerung.

Eine weitere vorteilhafte Verbesserung wird erfindungsgemäß ferner dadurch erzielt, daß der als Doppelringsitz ausgebildete, von Schlaghubluft umströmte, vordere Ventilsitz einen entlüfteten Ausgleichsraum umschließt, in dem der gleiche oder ein niedrigerer Druck herrscht als im gegenüberliegenden Rückhubluftkanal. Bei dem Doppelsitzventil wirkt die während des Rückhubes des Schlagkalbens im Schlaghubraum entstehende Kompression nur auf eine Ringfläche der Ventilplatte zwisehen diesen beiden Ventilsitzen, also nur einen verhältnismäßig geringen Teil der Gesamtfläche der Schlaghubraumseite der Ventilplatte.

Der Ausgleichsraum wird nun erfindungsgemäß derart entlüftet, daß die Ventilplatte im Bereich des Ausgleichsraumes mit einer zum Rückhubluftkanal führenden Bohrung versehen ist. Der Ausgleichsraum hat dann den gleichen Druck wie der gegenüberliegende Rückhubluftkanal, so daß eine auf dieser Seite der Ventilplatte auf tretende Druckentlastung sich in gleichem Maße auf der gegenüberliegenden Seite der Ventilplatte auswirkt und damit in der Gesamtwirkung gegenseitig aufgehoben wird. Da aber infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung auf der Rückhubseite der Ventilplatte die Druckentlastung sich überhaupt nur noch, oder im wesentlichen, im Bereich des Ventilsitzes für die Rückhubluft auswirken kann, wird praktisch der im Rückhubraum auftretende Unterdruck bzw. die Druckentlastung in ihrer Wirkung auf Beschleunigung der - Umsteuerung der Ventilplatte

ausgeschaltet. Die Umsteuerung der Ventilplatte wird somit erst dann erfolgen, wenn der auf die Ringfläche des Doppelsitzventils wirkende Kompressionsdruck im Schlaghubraum den im wesentliehen dem Frischluftdruck entsprechenden Gegendruck im hinteren Ventilraum übersteigt, sie ist also praktisch unabhängig von der Größe der Druckentlastung in dem Rückhubluftkanal.

Der Ausgleichsraum kann auch durch eine Bohrung im Ventilgehäuse, die zur Außenluft führt, entlüftet werden. Dabei entfällt die Durchbohrung der Ventilplatte. Der Ausgleichsraum hat dann immer einen niedrigeren Druck als der gegenüberliegende Rückhubluftkanal, was sich im Sinne einer weiteren Verzögerung der Umsteuerung auswirkt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. ι ist ein Querschnitt durch eine Steuerung bekannter Art;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Steuerung;

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. ι ist an dem Zylinder ι das Ventilgehäuse 2 angeordnet, in dem sich frei beweglich die Ventilplatte 3 befindet. In dem Ventilgehäuse 2 führt die Bohrung 4 zum Schlaghubraum 5, während die Bohrung 6 zu dem nicht dargestellten Rückhubraum des Zylinders 1 führt. Die Frisehluft strömt schlaghubseitig durch die Bohrung 7 und rückhubseitig durch die enge Bohrung 8 zu. Der im Schlaghubraum 5 beim Rückhub des Schlagkolbens auftretende Kompressionsdruck wirkt über die Bohrung 4 auf die schlaghubseitige Fläche 9 der Ventilplatte 3 ein, während die gegenüberliegende rückhubseitige Fläche 10 der Ventilplatte 3 durch den nach Öffnen des Rückhubauspuffes stark verminderten Druck des Rückhubraumes belastet ist. Die enge Bohrung 8 der Frischluftzuführung für den Rückhubraum reicht nicht aus, um nach öffnung des Rückhubauspuffes die entstandene Druckentlastung auszugleichen, so daß sich der Druckabfall auf den ganzen Bereich der Rückhubseite 10 der Ventilplatte 3 auswirkt. Der durch den

+5 Druckabfall der Rückhubluftleitung stark verminderte Frischluftdruck kann so nur einen geringen Gegendruck auf die Fläche 10 der Ventilplattes ausüben, so daß schon nach kurzem Kolbenrücklauf im .Schlaghubraum der zur Umsteuerung der Ventilplatte 3 erforderliche Kompressionsdruck erreicht wird.

In Fig. 2 ist das Ventilgehäuse 11 gleichfalls auf dem Zylinder 12 des Preßluftwerkzeuges angeordnet. In dem Ventilgehäuse 11 befindet sich die Ventilplatte 13. Das Ventil für die Schlagluft ist als konzentrisches Doppelsitzventil mit den Ventilsitzen 14 und 15 ausgebildet. Der von diesen gebildete Ringraum 16 ist durch eine oder mehrere Bohrungen 17 mit dem Schlaghubraum 18 des Zylinders 12 verbunden. Von dem inneren Ventilsitz 14 wird ein Ausgleichsraum 19 umschlossen. In der Ventilplatte 13 ist im Bereich des Ausgleichsraumes 19 eine Bohrung 20 angeordnet. Auf der Rückhubseite führt der Rückhubluftkanal 21 zu dem nicht dargestellten Rückhubraum im vorderen Zylinderteil des Preßluftwerkzeuges. Dem inneren Ventilsitz 14 gegenüber befindet sich der Ventilsitz 22 für die Rückhubluft mit dem Durchlaßquerschnitt 23. Zu dem hinteren Ventilraum 24 stellt die Einlaßöffnung 25 die Verbindung zur Frischluftleitung her, während die Schlagluft durch die öffnung 26 zugeführt wird.

In der gezeigten Stellung sitzt die Ventilplatte 13 auf den ringförmigen Ventilsitzen 14 und 15 auf. Nimmt man an, daß der Schlagkolben sich' auf seinem Rückhub befindet und den Rückhubauspuff bereits geöffnet hat, so beginnt in dem Schlaghubraum 18 die Kompression, die über die Bohrungen 17 im Bereich des Ringraumes 16 auf die Schlaghubseite der Ventilplatte 13 in zunehmendem Maße in dem Sinne einwirkt, daß die Ventilplatte 13 umgesteuert werden soll. Auf der gegenüberliegenden Seite der Ventilplatte 13 wird der hintere Ventilraum 24 infolge der großen Einlaßöffnungen 25 ständig, auch während des Rückhubes, praktisch unter Frischluftdruck gehalten, da der maximale Druckabfall erst in der engsten Stelle der gesamten Rückhubluftführung, nämlich im Durchlaßquerschnitt 23 des Ventilsitzes 22 für die Rückhubluft, eintritt. Die Druckentlastung der Rückhubluft infolge Öffnens des Rückbubauspuffes durch den zurückeilenden Schlagkolben wirkt sich hier also im wesentlichen nur innerhalb des Ventilsitzes 22 der Rückhubluftleitung 21 auf die Ventilplatte 13 aus, während der größere übrige Teil der Ventilplatte 13 unter der Wirkung des fast unverminderten Frischluftdruckes des hinteren Ventilraumes 24 steht. Die dem Kompressionsdruck entgegenwirkende Kraft auf die Ventilplatte 13 ist daher so weit vergrößert, daß sie erst zu einem späteren Zeitpunkt des Kolbenrückhubes überwunden wird und daß damit die Umsteuerung der Ventilplatte erst nach einem größeren Rückhub des Kolbens erfolgt. Der Einfluß der Druckentlastung in dem Rückhubluftkanal 21 wird im Bereich des Ventilsitzes 22 für die Rückhubluft im wesentlichen dadurch ausgeglichen, daß durch die Bohrung 20 der Ventilplatte 13 der gegenüberliegende Ausgleichsraum 19 unter den gleichen Druck gesetzt wird. Die Druckentlastung kann sich daher nicht mehr no im Sinne einer Beschleunigung der Umsteuerung der Ventilplatte 13 auswirken.

In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hier ist der Ausgleichsraum 19 durch eine Bohrung 27 im Ventilgehäuse 11 mit der Außenluft verbunden, während die Ventilplatte 13 jetzt nicht mit einer Bohrung versehen ist. In dem Ausgleichsraum 19 stellt sich während des Rückhubes ständig ein niedrigerer Druck ein als in dem gegenüberliegenden Rückhubluftkanal 21, was sich gleichfalls im Sinne einer weiteren Verzögerung der Umsteuerung auswirkt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung liegt darin, daß nach Entfernung des Einsteckwerkzeuges und bei Betätigen des Frischlufteinlasses ein sicheres Ausblasen, wie dies

beispielsweise bei Keillochhämmern erforderlich ist, erreicht wird. Das Ausblasen erfolgt nach Entfernen des Einsteckwerkzeuges mittels Frischluft über den Rückhubluftkanal. Bei den bekannten Ausführungen der Ventilsteuerung, etwa nach Fig. i, erfolgt dabei ein starker Druckabfall der Frischluft im ganzen hinteren Ventilraum bereits nach Durchgang der Frischluft durch die verhältnismäßig engen Einlaßbohrungen 8. Die Ventilplatte 3 steht also auf der ganzen Rückhubseite unter der Wirkung des um diesen Druckabfall verminderten Frischluftdruckes, während auf die Schlaghubseite eine entgegengesetzte Kraft auf die äußere Ringfläche der Ventilplatte 3 durch die durch die Einlaßöffnungen 7 für die Schlaghubluft unvermindert hinzutretende Frischluft ausgeübt wird. Die auf die beiden Seiten der Ventilplatte 3 einwirkenden Kräfte sind größenmäßig etwa gleich, so daß die Lage der Ventilplatte durchaus labil ist und diese schon durch zufällige kleine Veränderungen in den Zuström- und Druckverhältnissen leicht umgesteuert werden kann. Eine Voraussetzung für ein stetiges Ausblasen ist jedoch, daß die Ventilplatte ihre in der Fig. 1 dargestellte Lage während des ganzen Ausblasevorganges sicher beibehält. Dies wird bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Ventilsteuerung erreicht. Da hier der infolge des Ausblasens in der Rückhubluftleitung 21 (vgl. Fig. 2) auftretende Druckabfall sich im wesentliehen nur bis zu dem Durchgangsquerschnitt 23 des Ventilsitzes 22 für die Rückhubluft bzw. Ausblaseluft auswirkt, herrscht in dem hinteren Ventilraum 24 praktisch fast der volle Frischluftdruck, jedenfalls ein bedeutend höherer Druck als bei der bekannten Ausführung. Dies hai zur Folge, daß die Ventilplatte 13 sicher auf den Ventilsitzen 14 und festgehalten und ein unbeabsichtigtes Umsteuern während des Ausblasens verhindert wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Ventilsteuerung für Preßluftschlaggeräte mit einer zwischen zwei gegenüberliegenden Ventilsitzen bewegten Ventilplatte und mit innerhalb des hinteren Ventilringraumes zentral angeordnetem Rückhubluftkanal, dadurch gekennzeichnet, daß die von Rückhubluft durchströmte Ringfläche (23) zwischen dem hinteren Ventilsitz (22) und der Ventilplatte (13) den engsten Durchlaßquerschnitt für die Rückhubluft bildet.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Doppelringsitz (14, 15) ausgebildete, von Schlaghubluft umströmte vordere Ventilsitz einen entlüfteten Ausgleichsraum (19) umschließt, in dem der gleiche oder ein niedrigerer Druck herrscht als im gegenüberliegenden Rückhubluftkanal.

3. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte (13) im Bereich des Ausgleichsraumes (19) mit einer zum Rückhubluftkanal (21) führenden Bohrung (20) versehen ist.

4. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilgehäuse (11) eine vom Ausgleichsraum (19) zur Außenluft führende Bohrung (27) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 579203, 821329, 580.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 709772/43 11.57