EP2852474B1 - Percussion device - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a striking device according to the preamble of claim 1.
- a striking device is known from US 6,073,706 known.
- Pressure medium operated impact devices are used in hydraulic hammers, which are used in particular for crushing rock, concrete or other building materials, and in rotary hammers, which are used for drilling holes in rock and other building materials. In most cases, they are grown as attachments or attached to construction equipment, such as excavators, loaders, tracked vehicles or other carrier units and supplied by them with working fluid.
- hydraulic hammers which are driven with oil as a working fluid
- the percussion is hydraulically connected via a pressure line and a tank line with the pump or the tank, for example, an excavator.
- a percussion piston In the hammer mechanism housing a percussion piston is guided, which has two opposing drive surfaces, which are connected via a control valve (spool) to the pressure or tank line, that the percussion piston repeatedly performs reciprocating movements, wherein it moves in a direction of movement at the end of his Hubes, the Schlaghub, on a tool such as a chisel, a drill rod or a hammer hits.
- the carrier presses the impactor towards the material to be machined so that the lower end of the tool is pressed against the material to be processed.
- the initiated by the impact of the percussion piston on the tool in the tool energy causes high impact force, which is transmitted from the tool to the material and causes destruction of the material.
- the percussion piston normally has two piston rods of different diameters and one or more piston collars arranged between the rods, each having a cylindrical outer circumferential surface.
- the percussion piston is guided in a stepped receiving bore of the percussion mechanism housing which is adapted to the percussion piston diameter, wherein the inner diameter of the receiving bore in the region of the guides is made slightly larger than the corresponding outer diameter of the percussion piston. Since the guide surfaces thus formed each have a cylindrical shape, a gap with a constant height forms at the guide areas between the components.
- an oil volume flow flows through the gap depending on the pressure difference between the oil volumes.
- the pressure of the oil in the gap causes a radial, circumferentially acting force on the piston which pushes it away from the bore wall and exerts a centering effect on the percussion piston.
- the guide surfaces of the percussion piston and / or the receiving bore of the striking mechanism housing may have circumferential pressure equalizing grooves having a width and depth of about 1 mm to 3 mm respectively to distribute oil evenly around the circumference of the guide surfaces and thus circumferentially for pressure equalization on the guide surfaces to care.
- the pressure compensation grooves have a radius in the groove base and perpendicular to the guide surface arranged groove flanks. This pressure compensation reduces the one-sided deflection of the percussion piston transversely to its axis of motion, which would arise as a result of pressure differences.
- the chisel of the hydraulic hammer is supported by bushings in the lower part of the percussion mechanism housing, with little play between the chisel and the bushing in the new condition, ie.
- the chisel may be slightly inclined, causing the chisel axis is no longer parallel to the axis of the bushings.
- This inclination causes the end faces of the percussion piston and chisel are no longer aligned exactly parallel to each other and the contact surface formed on the upper chisel end face upon impact of the lower piston end face is not centric to the percussion piston axis.
- a force is exerted on the percussion piston during the impact, which acts eccentrically to the impact piston axis and generates a percussion deflecting lateral force.
- the abutting faces of the percussion piston and / or the chisel are chamfered or have a concave contour which has a large radius compared to the chisel diameter to reduce eccentricity when skewed and to reduce surface pressure during impact.
- Such coatings may, for example, be diamond-like carbon layers, graphite layers or molybdenum disulfide layers.
- a percussion piston in which the inner surface in the lower part of the cylinder having a plurality of equidistant spaced grooves and in which the inner surface is designed as an inclined surface, wherein the bore progressively widens from the uppermost to the lowermost groove.
- the bore increases at a constant pitch angle of 0.001 to 0.5 °, which changes the diameter linearly with the distance from the top slot.
- a disadvantage of the known per se in the prior art impact devices that during the impact of the percussion piston due to an inclination of the bit eccentrically acting force between the faces of percussion piston and chisel a lateral force acting on the percussion piston from which a displacement transverse to the axis of symmetry of Percussion piston results.
- a shift can also occur by lateral acceleration of the striking mechanism housing, when lateral forces act on the housing and it shifts relative to the percussion piston.
- the oil pressure in the gap between the percussion piston and receiving bore is often not sufficient to prevent contact between percussion piston and percussion gear housing.
- the axis of symmetry of the percussion piston is no longer parallel to the axis of symmetry of the receiving bore of the percussion, at each edge, creating a contact point with a high surface pressure, resulting in damage and wear leads.
- the piston can also deform due to transverse forces, so that the symmetry axis is no longer straight and one or both ends are bent outwards for a short time.
- the percussion piston comes into contact with the webs when the percussion piston is tilted in the housing or when the percussion piston deforms. As a result, the guide surfaces of the percussion piston and the web surfaces are damaged.
- the gap between the bore and the percussion piston should also act as a sealing gap, which is intended to prevent oil from flowing in large quantities through the gap and to a lying behind the gap Druckentlastungsnut.
- the throttling effect of Sealing gap is intended to cause the pressure peaks occurring in the groove 33, which propagate into the gap, do not act on the seals 31 at the end of the gap in full height. Due to the continuous widening of the bore over its entire axial extent, the throttling effect of the guide is disadvantageously reduced, which leads to a high leakage volume flow and the presence of high pressure peaks on the seals. The high leakage volume flow degrades the efficiency of the hydraulic hammer.
- the non-existing cylindrical portion of the bore which would have a constant diameter, reduces the bearing capacity of the oil film that forms in the gap, resulting in contact between the percussion piston and the bore and damage and wear of the guide surfaces leads.
- the object of the present invention is to remedy the above-mentioned disadvantages and to avoid radial contact between the percussion piston and the impact mechanism housing as far as possible. Furthermore, the oil leakage volume flow is to be reduced by the gap of the guide surfaces. In particular, the wear on the guide surfaces and on the webs between the seals should be prevented.
- the percussion guide surface in the axial direction at least partially has a non-linearly increasing inner diameter, wherein the non-linear magnification of the inner diameter the Schlagtechnik Installations Stimabolic shaped.
- the guide surfaces of the percussion mechanism housing are thus designed such that a partial region of the lateral surface of at least one guide surface has an inner diameter which increases at least toward one end of the guide surface and non-linearly in the axial direction.
- the inventive design prevents the impact piston guide surface comes in an inclined position of the percussion piston in the receiving bore or deformation with the areas of the bore in contact and damage and wear occurs.
- the piston collars have an approximately barrel-shaped outer contour, which ensures an increased load-bearing capacity of the lubricating film in both directions of movement.
- the widening diameter that in a misalignment of the percussion piston in the housing, in which the axis of the percussion piston is no longer parallel to the axis of the guide or in deformations of the percussion piston, in which the ends of the piston rods are bent outward, the percussion piston not only on the angular inner edges of the guide surfaces of the striking mechanism housing, or the angular outer edges of the guide surfaces of the Impact piston comes to rest, creating a point or line-shaped contact point would arise, but the contact point is in a range in which the diameter changes slightly.
- a parabolic diameter a smooth transition from the cylindrical portion to the enlarged diameter portion is formed. This results in a larger contact surface without edge, which significantly reduces the surface pressure and thus the wear.
- the maximum possible angle between the lines of symmetry of the percussion piston and the receiving bore can not be determined exactly because on the one hand due to unavoidable manufacturing tolerances, the clearance between the piston and the receiving bore from percussion to percussion can change and continues to change the angle during the axial piston movement ,
- the maximum theoretically possible skew of the percussion piston results from the game between the receiving bore and the percussion piston, but also from the axial distance between the two contact points between the percussion piston and the receiving bore.
- the upper contact point would move with the percussion piston, the lower remain fixed to the percussion mechanism housing, whereby the axial distance of the contact points changed in an axial movement of the percussion piston, which also changes the maximum inclination.
- An angle change would be recognizable if the contact points were connected to a straight line. If the piston moves downward in the stroke stroke direction in the above-described position of the contact points, the length of the line decreases, but the angle to the axis of symmetry of the receiving bore increases.
- the inner diameter of the impact mechanism guide surface has a non-linearly increasing diameter towards at least one of the ends.
- such Schlagtechnik Entrysthesis a piston rod, wherein the inner diameter of the percussion guide surface to the outer end of the piston rod has a non-linear magnifying diameter.
- Impact devices of the type described may have one or more impactor guide surfaces, not all Schlagwerk entrys vom a striking mechanism must have the inventive design. It is also possible that in one embodiment with two or more spaced Schlagtechnik entrys vom only one or a part of Schlagtechnik entrys vom have the features of the invention.
- the inventive design is applied at least to the leadership of the lower piston rods, where a portion of the guide surface of the striking mechanism housing has a parabolic enlarging diameter, wherein the diameter increases towards the lower end of the guide and formed a tangential transition to the region of constant diameter becomes.
- the piston rod is cylindrical in the area of the guide surface.
- a parabolic increase in diameter means that the diameter is not linear but disproportionate increased to the axial distance from the upper edge of the guide or from the transition of the cylindrical to the widening guide area.
- the course of the inner edge of the guide surface in the striking mechanism housing partially represents a parabolic line.
- the striking mechanism guide surface has a plurality of partial regions, wherein a partial region has a non-linearly increasing inner diameter, which merges into a partial region having a constant inner diameter. Furthermore, a partial region with a linearly widening inner diameter is preferably arranged at the end of the partial region having the largest diameter, and a partial region having a constant diameter is provided at the end of the partial region having the smallest diameter.
- a preferred embodiment of the percussion guide surface is provided that on both sides portions are arranged which have non-linearly widening portions in different orientation, wherein the portions are preferably connected to each other over a portion of constant diameter.
- the percussion piston here has at least one piston rod and at least one piston collar whose outer surfaces are designed as impact piston guide surfaces.
- the embodiment according to the invention is also applied to the guide surface of the piston or collars, wherein the guide surface is cylindrical in Schlagtechnikgephaseuse, but the guide surface at least one piston collar and at least towards one end, a decreasing diameter.
- the diameter decreases parabolic in the axial direction and with a tangential transition to a region of constant diameter. Does the guide surface of the piston collar on both sides of a parabolic decreasing Diameter, which is preferably provided, have the piston collars on an approximately barrel-shaped outer contour.
- the impact piston guide surface preferably has at least one impact piston guide surface on the side facing away from the tool on an outer portion which has a non-linearly decreasing outer diameter, which preferably parabolic and / or preferably merges into a portion with a constant diameter.
- the impact piston guide surface may have two outer subregions which have nonlinearly decreasing outer diameters in a different orientation, which are preferably parabolic. According to a particularly preferred embodiment, provision is made for a partial region with a constant diameter to be arranged between the outer partial regions.
- the impact mechanism has a percussion guide surface, which guides a piston rod, wherein a tool with the outer end of the piston rod can be acted upon, and wherein the inner diameter of the percussion guide surface a portion of constant diameter and to the outer Indicates the end of the piston rod, a portion having a parabolic enlarging diameter and the at least one impact piston guide surface has a portion of constant diameter and on the side facing away from the tool has an outer portion having a parabolic outer diameter decreasing.
- the inner diameter of the webs within the receiving bore for the percussion piston in the region of the seals and the pressure equalization groove designed to be larger than the smallest inner diameter of the guide portion for the piston rod and preferably designed larger than the largest diameter of the guide portion.
- the percussion guide surface is adjoined by at least one region in which peripheral grooves are arranged, the webs between the grooves and the region between a groove and a space arranged behind it having an inner diameter which is greater than the small inner diameter of the guide region.
- a hydraulic impact device Via a pressure line 1 and a tank line 2, the impact mechanism 3 is hydraulically connected to the pump 4 and the tank 5 of a carrier device, for example.
- An excavator On the excavator there is a valve with which the line 1 can be connected to the pump in order to supply pressure oil to the impactor for operation or to disconnect the connection in order to stop the operation of the striking mechanism. To improve clarity, this valve is not shown.
- the striking mechanism 3 consists of a striking mechanism housing, in which a percussion piston 6 is guided.
- the hammer mechanism housing may consist of several components connected by screws, such as a cylinder cover, a cylinder and a bit holder, in which the bit 7 is mounted via bearing bushes 8. Shown is only the simplified inner contour of the receiving bore of the striking mechanism housing, in which the percussion piston 6 is guided.
- Fig. 2 are by horizontal Dash-dot lines exemplified the possible separation points between the cylinder cover and the cylinder or between the cylinder and the bit holder. Such a separation is also required to insert the percussion piston in the receiving bore. Between the dash-dot lines is the cylinder.
- the carrier presses the percussion mechanism in the direction of the material 9 to be processed, so that the percussion mechanism is supported via the chisel stop 10 arranged in the housing against a contact surface 11 of the upper chisel end and the lower chisel end is pressed against the material to be processed.
- the hydraulically powered percussion piston 6 strikes the end of the bit at the end of each stroke and transfers its kinetic energy to the bit.
- the energy introduced into the bit causes a high impact force, which is transferred from the bit to the material and causes its destruction.
- the percussion piston 6 has two piston rods 15, 16 between which two piston collars 17, 18 are arranged.
- the piston collars 17, 18 each form on the side facing the respective rod side, annular drive surfaces 19, 20, which have different surface areas due to different rod diameter.
- the lower drive surface 20, via which the return stroke is triggered when pressure is applied, during which the percussion piston moves upwards away from the chisel, is constantly exposed to the pump pressure that prevails in the pressure line 1 during operation.
- the upper drive surface 19, via which the impact stroke is triggered by means of pressure during which the percussion piston moves towards the chisel, is subjected to the pump pressure or relieved to the tank depending on the position of a control valve 21 by establishing a connection with either the pressure line or tank line becomes.
- the stroke is possible because the upper annular drive surface 19 has a larger surface area than the lower surface 20, so that upon application of both surfaces with the pump pressure, a resulting, directed to the chisel Force on the percussion piston 6 acts.
- the moving percussion piston 6 displaces the oil displaced by the small, lower drive surface in the direction of the larger upper drive surface 19 of the percussion piston 6, to which the oil coming from the pump 4 flows during the so-called impact stroke.
- the oil flows from the pump 4 exclusively in the direction of the smaller surface drive surface 20, whereas the oil from the larger surface upper drive surface 19 via a return throttle 22, which ensures a smooth running of the hammer, is discharged to the tank 5.
- the striking mechanism has a gas reservoir 23, namely a space under gas pressure into which the upper rod 15 of the piston protrudes.
- the gas pressure in this space exerts on the piston an additional force acting in the direction of the impact stroke.
- the other, lower bar protrudes into a so-called whipping room 29, which is connected to the atmosphere.
- the control valve 21, which is preferably in the cylinder cover, the cylinder or attached to the cylinder cover or cylinder valve block connects depending on the switching position, the larger area upper drive surface 19 either with the pressure line 1, so that there is the operating pressure or relieved during the return stroke this area over the tank line 2, to the tank 5.
- control valve 21 may have two drive surfaces similar to the percussion piston, wherein a first surface 38, the restoring surface, is acted upon by the pressure line constantly with the pump pressure and one of these opposing, larger surface second surface 37, the control surface, optionally applied to the pump pressure or Tank 5 is relieved. Due to the different size of the two surfaces, the control valve can be moved with appropriate pressurization of the surfaces in one of its end positions.
- the control surface 37 is connected to a reversing line 24, which opens into the receiving bore 25, in which the percussion piston 6 is guided, that it is acted upon by the pump pressure depending on the position of the percussion piston 6 or is relieved to the tank 5. In the lower reversing position, in which the percussion piston as in the Fig.
- the junction of Um Kunststoffschreib 24 is connected via a arranged between the piston collars circumferential groove 26 with a likewise opening into the receiving bore tank line 27 in which a low pressure prevails, whereby the control surface of the control valve to the tank 5 relieved is and the control valve assumes a first end position (Rückhubposition), since on the return surface of the spool, the high pump pressure is present and generates a corresponding restoring force.
- the tank lines 2, 27 are brought together within the impact mechanism and open into a common tank of the carrier, which is shown here for clarity as two tanks.
- the control valve connects via the alternating pressure line 28, the upper drive surface 19 of the percussion piston with the tank line 2.
- the percussion piston on an upper piston rod 15, a lower piston rod 16 and two piston collars 17, 18, between which a circumferential groove 26 is arranged It is also possible to use only one or more than two piston collars and to use grooves instead of the circumferential groove arranged axially on the rod or a piston collar or a plurality of piston collars, or radial bores.
- the circumferential groove, grooves or holes are required to take over control functions, depending on the position of the percussion piston relative to the percussion mechanism housing located in the striking mechanism housing circumferential grooves or holes are connected or disconnected via the grooves located on the percussion piston or holes.
- the impact piston or the cylinder bore of the housing may have circumferential pressure equalization grooves to distribute oil evenly on the lateral surface of the piston and thus to provide a pressure equalization in the circumferential direction on the lateral surface.
- the percussion piston is guided via the impact piston guide surfaces 30 and 31 on the piston collars 17, 18 and over the impact piston guide surfaces 32 and 33 on the rods 15 and 16, which have a slightly smaller outer diameter than the inner diameter of the corresponding percussion guide surfaces 34 and 36 for guiding the rods and the percussion guide surface 35 for guiding the piston collars 17 and 18th
- the inner and outer diameters of the respective guide surfaces can be selected by appropriate selection Determine which guide points limit the maximum inclination of the percussion piston in the receiving bore and which maximum inclination is permitted.
- the receiving bore in the impact mechanism housing can - as shown - directly represent the Schlagwerks Replacements vom for the percussion piston, but it may alternatively be used sleeve-shaped guide bushes which are arranged with little play around the percussion piston and are used with their outer lateral surfaces in the receiving bore of the striking mechanism housing. If such guide bushes are used to guide the piston rods, they may at the same time have circumferential grooves on the inner circumferential surface into which seals are inserted in order to prevent the escape of gas or working fluid along the piston rods.
- the receiving bore has in the region of the guide of the lower piston rod 16 circumferential grooves.
- the arranged below the Schlagwerk Entrysisation 36 Druckentlastungsnut 40 is connected to the tank line 2 to remove oil, which flows from the lower drive chamber coming through the guide gap between the impact piston guide surface 33 and striking mechanism guide surface 36 to the tank.
- a seal groove 41 is arranged, in which a seal, not shown, is located to prevent the escape of working fluid from the lower drive chamber into the whipping chamber 29 inside.
- a seal not shown
- one or more sealing grooves can also be arranged below the pressure relief groove for receiving a second seal and for receiving a scraper which prevents the entry of dirt from the striking space into the guide region.
- a pressure relief groove may be provided between the sealing grooves.
- the Druckentlastungsnut can also be connected via a throttle to the tank line or the pressure line.
- a similar arrangement of sealing grooves and pressure equalizing grooves is also applied to the upper piston rod 15, but for the sake of clarity, not shown.
- a Druckentlastungsnut may be disposed between the guide surfaces and the seals, which is connected to either the pressure line or the tank line.
- the inner diameter of the bore in web regions 42 (FIG. Fig. 2 ) between the pressure relief groove and the seal groove and the bore in the land areas 43 (FIG. Fig. 2 ) between the seal groove and the striking space, is made larger than the largest diameter in the region of the guide surface 36 and preferably 0.2 mm to 0.5 mm greater than the smallest diameter of the striking mechanism guide surface 36. This prevents the Impact piston guide surface 33 comes in an inclined position of the percussion piston in the receiving bore or deformations in contact with these areas of the bore in contact and damage and wear occurs.
- a similar embodiment can be applied to the upper piston rod, wherein the diameter of web portions of sealing grooves and pressure relief grooves, which are arranged between the guide portion 34 and the gas space 23, are made larger in diameter than the largest diameter of the guide portion.
- the diameter of the striking mechanism housing guide surface 34 is designed so that the inner diameter of this guide surface towards the top, that is, enlarged toward the upper end of the striking mechanism guide surface, wherein a first extending in the axial direction region has a constant diameter and thus represents a cylindrical guide region.
- the adjoining second region has a parabolic enlarging diameter, ie, the diameter does not change linearly in the second region to the axial distance from the lower edge of the guide, or from the transition of the cylindrical to widening guide region, but disproportionately.
- the percussion guide surface 36 for guiding the lower piston rod 16 is designed similarly, wherein the diameter increases towards the lower end of the striking mechanism guide surface.
- the diameter of the impact piston guide surface 30 on the collar 17 is also designed with a varying diameter, wherein the diameter of a central region of the guide surface, parabolic reduced towards both ends of the piston collar.
- the collar has a substantially barrel-shaped outer contour.
- a gap between the guide surfaces which has a changing gap height, is generated by the axially varying diameter of a guide surface, the gap height increasing at least towards one end of the guide surface.
- the gap between the guide surfaces is also filled with oil.
- the impact piston guide surfaces and the corresponding percussion guide surface do not wear excessively, which may occur due to contact between the guide surfaces, it is necessary that forms a sufficiently viable oil lubricating film between the guide surfaces.
- the lubricating film is intended to center the percussion piston as far as possible in the receiving bore and to absorb forces acting radially on the percussion piston in order to allow a low-friction and low-wear movement of the percussion piston in the receiving bore, without resulting in direct contact between the percussion piston and the percussion mechanism housing.
- the carrying capacity of the lubricant film can be exceeded, especially at low relative speeds, strong mechanical transverse accelerations of the percussion piston or percussion mechanism housing or other transverse forces. If the carrying capacity is exceeded, a contact between the guide surfaces, whereby faster wear of the components occurs, resulting in rapid failure of the percussion mechanism.
- the pressure profile within the gap is dependent on the pressure difference between the oil volumes before and after the gap, the geometry of the guide surfaces and the speed of movement of the percussion piston.
- the pressure of the oil in the gap causes a radial force acting on the circumference on the piston, which causes a centering of the percussion piston in the receiving bore.
- the parabolic widening diameter of the striking mechanism guide surface 36 that at a misalignment of the percussion piston, in which the axis of the percussion piston is no longer parallel to the axis of the receiving bore of the striking mechanism housing, the lower piston rod not only at the lower inner edge of the striking mechanism 36th comes to rest, creating a point or linear contact point would arise, but comes to a larger area to the plant.
- This larger contact surface is created by the parabolic geometry, through which the piston rod comes to rest on a slightly curved surface of the striking mechanism guide surface. As a result, the surface pressure and the wear at the contact point are significantly reduced.
- a disproportionate change in diameter as described above can be performed on all guide surfaces 30, 31 of the percussion piston and on the percussion guide surfaces 34, 35, 36, wherein it is possible to provide a change in diameter only on one side of the gap, as on the guide surfaces 34 and 36th is shown or on both sides of the guide surface, as it is on the piston collar 17th is shown. If the diameter change is provided on the impact piston guide surfaces, the change in diameter is carried out so that the outer diameter decreases at least toward one end of the guide surface, in contrast to the diameter change on the impactor guide surfaces where the inner diameter increases at least toward one end.
- the piston collar 18 is in Fig. 1 shown with constant diameter and represents the prior art, this piston collar analogous to the collar 17 can also be performed with a variable diameter.
- the outer ends of the guide portions and the transitions between the cylindrical guide portions and the enlarged diameter portion may be radiused, thereby avoiding sharp edges or angular transitions in diameter changes (in Figs Fig. 1 and 2 not shown).
- the wear of the guide surfaces of the bit 7 and the bushings 8 can be reduced by parabolic diameter changes to the inner guide surfaces of the bushings.
- the diameters at each end of the bushings facing a bit end preferably increase in a parabolic manner, with decreasing distance to the respective end of the bearing bush. In an inclined position of the bit in the bushes, the bit is no longer at the respective outer edges of the bearing bushes, but at the area with a parabolic enlarging diameter, which increases the contact surface and reduces the surface pressure and wear.
- Fig. 3 shows an embodiment of the impact piston guide surface 33 and the striking mechanism guide surface 36, wherein the illustration shows a section through the percussion piston axis and only one half of the symmetry to the percussion piston axis contours are shown. The contours represent only a limited in the direction of the percussion axis axis.
- the horizontal coordinate axis 47 corresponds to the axis of symmetry of the percussion piston and the receiving bore of the striking mechanism housing.
- the vertical distance between the horizontal coordinate axis and the thick contour lines of the impact piston guide surface 33, and the striking mechanism guide surface 36 represents the radius of the percussion piston, or the receiving bore of the striking mechanism housing.
- the axial extent of the guide area and on the vertical axis of the diameter is shown.
- the radii, the diameter, the change in diameter, the gap height, the axial extent of the guide surfaces and the position of the transition from the cylindrical portion to the widening portion do not correspond to the practical meaningful values, but are not reproduced to scale the invention idea to scale.
- the upper thick line shows the contour of the percussion guide surface 36 between the lower drive chamber 39 and the pressure relief groove 40.
- the percussion guide surface is made cylindrical, i. the diameter DZ, or the distance of the line to the horizontal coordinate axis is constant up to the transition point 46.
- the diameter of the percussion guide surface 36 increases linearly with the distance from the transition point 46 and reaches its maximum value DM at the end of the percussion guide surface.
- the lower thick line represents the contour of the impact piston guide surface 33 and has the diameter DK, which is constant at least within the area of the striking mechanism guide surface 36.
- the gap height results from the half of the difference of the diameter of the striking mechanism guide surface and the impact piston guide surface and is marked in the area Z with H and reaches the maximum value HM at the right end of the striking mechanism guide surface.
- the contours of the areas outside the percussion guide surface, such as the Druckentlastungsnut 40 or the lower drive chamber 39 are not shown here and can have diameters larger than the diameter DM and DZ.
- the percussion piston also has a constant diameter DK at least over a limited length laterally of the area shown.
- the arrow 44 indicates the movement of the percussion piston, during which the illustrated embodiment of the guide surfaces causes an improvement in the carrying capacity of the lubricating film.
- the percussion piston moves parallel to the horizontal coordinate axis, towards the narrowing gap 49. Due to the adhesion forces and friction, oil adheres to the surface of the impact piston guide surface and is entrained in the direction of arrow 45. Cohesive forces within the oil ensure that oil is also carried along, which is further away from the impact piston guide surface. Near the impact piston guide surface, the speed at which the oil moves in the direction of the arrow is high, but decreases with increasing distance from the impact piston guide surface.
- the diameter of the percussion guide surface 36 is not increased linearly to the distance from the transition point 46 at which the cylindrical region Z ends, but disproportionately, resulting in a parabolic course within the region P with a tangential transition in the Z area.
- the length of the area P divided by the total length of the guide area (Z + P) is 0.5 in the illustrated embodiment.
- the guide portion may also have a continuous parabolic enlarging diameter, but a ratio of 0.3 to 0.9, preferably 0.5 to 0.7, has been found to be the preferred embodiment.
- the amount of the difference between the diameter DZ in the region Z of constant diameter and the diameter DM at the end of the range at which the diameter change reaches its maximum is 0.01 mm to 0.08 mm, preferably 0.02 mm to 0, 05 mm.
- the transition between the cylindrical to linearly increasing diameter can be provided in the region of the transition point 48 with a radius, so that in the course of the contour no corner, or edge is formed, but results in a tangential transition.
- Fig. 6 shows a further concrete embodiment of a striking mechanism guide surface.
- This version corresponds to the one in Fig. 4 shown, but here the position of the impact piston guide surface 33 is shown, which results when the percussion piston in the receiving bore is so far wrong until the impact piston guide surface comes to rest against the percussion guide surface.
- the symmetry axis 52 of the percussion piston which is shown here as a dash-dot line, no longer runs parallel to the axis of symmetry 47 of the receiving bore of the percussion mechanism housing, which is represented by the horizontal coordinate axis, and the area of the impact piston guide surface shown on the right shifts in the direction of the arrow 63 to the striking mechanism guide surface 36.
- Fig. 7 The specific embodiment according to Fig. 7 is the in Fig. 4
- the percussion guide surface 36 has on both sides of the cylindrical portion Z, or at both ends of Schlagtechnik Entrys Kunststoffes, areas P1 and P2 with parabolic enlarging diameter, so that in both directions of movement 44, 54 of the percussion piston 16 by a in the axial direction changing lubricating gap height, an improvement in the carrying capacity of the lubricating film is achieved.
- the lengths of the areas P1 and P2 and the maximum diameter changes can be adapted to the circumstances and can have different values in the areas P1 and P2.
- chamfers or radii the installation of the percussion piston is facilitated in the receiving bore of the striking mechanism housing, since they serve as insertion aids and center the percussion piston with a small lateral offset to the striking mechanism housing. Furthermore, these radii or bevels reduce the risk that the sharp edges without radii or chamfers would be damaged and flaked off under load.
- the axial extent of the chamfers or radii is smaller than the axial extent of the parabolic area P. Contrary to the illustration, the difference in diameter within the area of the chamfers or the radii is greater than the diameter difference within the parabolic area P.
- Fig. 8 shows a further embodiment of a striking piston guide surface.
- the guide area and the lubricating gap 49 are shown in the region of the piston collar 17.
- the impact piston guide surface 30 has a contour with a varying diameter, and the impact mechanism guide surface 35 is cylindrical.
- contours of the impact piston guide surface 30 and the striking mechanism guide surface 35 Shown are the contours of the impact piston guide surface 30 and the striking mechanism guide surface 35, wherein the representation is a section through the impact piston axis 52 and only a half of the impact piston axis 52 symmetrical contours is shown.
- the contours represent only a limited in the direction of the percussion axis axis.
- the vertical distance between the impact piston axis or symmetry axis 52 and the thick contour lines of the impact piston guide surface 30, or the percussion guide surface 35 represents the radius of the percussion piston or the receiving bore of the percussion mechanism housing.
- the axial extent of the guide area is shown on the horizontal coordinate axis.
- the radii, the diameters, the change in diameter, the gap height, the axial extension of the guide surfaces and the position of the transitions from the cylindrical region Z to the widening regions P1, P2 do not correspond to the practical values. Rather, the values for better representation are not true to scale and shown enlarged.
- the thick line represents the contour of the percussion guide surface 35, within a partial area between the upper drive chamber 53 and the lower drive chamber 39. Within this range, the percussion guide surface has a constant diameter DG.
- the upper thick line represents the contour of the impact piston guide surface 30, in the region of the upper piston collar 17.
- the impact piston guide surface is cylindrical, i. the diameter DZ, or the distance of the line to the axis of symmetry is constant up to the two transition points 46.
- the outer diameter of the impact piston guide surface decreases disproportionately from the distance from the transition points 46 and reaches at the ends of Schlagtechnik Entrys Stimplex's characteristic DM.
- the gap height is equal to half the difference between the diameter of the striking mechanism guide surface and the impact piston guide surface and is marked H in the area Z. At the outer ends of the impact piston guide surface, the gap height assumes the maximum value HM.
- the upper piston rod 15 connects, which projects into the upper drive chamber 53, in which the upper drive surface 19 is located.
- the circumferential groove 26 connects.
- the length of the regions P1, P2 divided by the total length of the guide region (Z + P1 + P2) is approximately 0.27 in the illustrated embodiment.
- a ratio of the length of the region P to the total length of the impact piston guide region of 0.1 to 0.4, preferably from 0.2 to 0.3 has proved to be a preferred embodiment.
- the amount of the difference between the diameter DZ in the region Z of constant diameter and the diameter DM at the outer end of the region P at which the diameter change reaches its maximum is 0.005 mm to 0.03 mm, preferably 0.01 mm to 0, 02 mm.
- the arrow 44 indicates the return stroke of the percussion piston and thus the piston collar 17 parallel to the axis of symmetry, during which the parabolic contour within the region P2 causes an improvement in the carrying capacity of the lubricating film. Due to the adhesion forces, oil in the gap remains adhered to the surface of the percussion guide surface which moves relative to the percussion piston and is drawn against the direction of the arrow 44 into the narrowing lubricating gap, causing the pressure inside the percussion device to increase Gap leads. This increased oil pressure in the gap leads to an improved bearing capacity of the oil lubricating film and improves the centering effect due to the generated by the increased oil pressure, radially acting on the percussion piston force.
- the contour can analogously to the execution of Fig. 3 are also designed so that the diameter of the impact piston guide surface varies linearly to the distance from the transition point 46, wherein a parabolic contour further increases the carrying capacity of the lubrication gap with respect to a linear contour and further reduces wear.
- Fig. 9 corresponds to the embodiment according to Fig. 8 , wherein here the position of the impact piston guide surface 30 is shown, which results when the percussion piston in the receiving bore of the percussion mechanism so far skewed until the impact piston guide surface 30 comes to rest against the striking mechanism guide surface 35.
- the axis of symmetry 52 of the percussion piston no longer runs parallel to the axis of symmetry 57 of the receiving bore of the percussion mechanism housing and the end of the impact piston guide surface shown on the right shifts in the direction of the arrow 63 on the percussion guide surface.
- Fig. 10 is a section of the striking mechanism housing in the area of the striking mechanism guide surface 36 is shown, which serves to guide the piston rod 16 of the percussion piston.
- the dash-dot line represents the line of symmetry 52 of the percussion piston and the receiving bore 25 of the impact mechanism housing.
- On the percussion guide surface 36 are circulating approximately equal distance pressure equalization grooves 58 are provided which ensure that in the gap between the striking mechanism guide surface 36 and the impact piston guiding surface prevailing pressure in Compensates circumferential direction, so that the radially acting on the piston pressure causes no transverse deflection of the percussion piston in relation to the receiving bore.
- the pressure equalization grooves can not prevent contact between the guide surfaces of the percussion piston and percussion mechanism occurring at a low relative speed between percussion piston and percussion mechanism or with a high lateral force acting on the percussion piston.
- the impact piston guide surfaces on the piston collars 17, 18 and the Schlagwerk's vom may have circumferential pressure equalization grooves, and it is also possible that both impact piston guide surfaces and Schlagtechnik Replacements vom are performed with pressure equalization grooves.
- These pressure compensation grooves can also be arranged in the regions L or P, in which the diameter of the guide surface changes linearly or parabolically.
- Fig. 11a to 11d show detail views of the pressure equalization grooves 58.
- cross sections are shown, the sectional plane extends parallel to the axis of symmetry 52 of the receiving bore 25 of the impact mechanism housing.
- the illustrations show only a section of the total cross-section.
- the illustrated pressure compensation grooves differ in their cross-sectional shape, especially in the transition from the percussion guide surface 36 to the groove flank surfaces 59.
- the symmetry axis of the receiving bore is not shown, but extends horizontally above the contour shown, as well as the impact piston guide surface, which is not shown, but lies horizontally between the axis of symmetry and the striking mechanism guide surface 36.
- the transition from the percussion guide surface to the Nutflanken lake is designed so that increases the diameter of the percussion guide surface near the Druckaus GmbHsnut with decreasing distance to the Nutflanken lake out.
- the transition can take the form of a slope with a linear course and a slight inclination, a slope with a parabolic course, a chamfer or a radius, combinations of chamfers or bevels with bevels being also possible.
- pressure compensation grooves show pressure equalization grooves on the impactor guide surface 36. Similar embodiments can also be performed on the striking mechanism guide surfaces 34 and 35 and the impact piston guide surfaces 32 and 33, but preferably on the impact piston guide surfaces 30 and 31.
- the cross section of a pressure equalization groove 58 according to Fig. 11a in a plane parallel to the axis of symmetry of the receiving bore of the hammer mechanism housing, has a radius R in the groove base, so that the groove base merges tangentially into the groove flank surfaces 59.
- the diameter D of the percussion guide surface 36 increases slightly linearly with decreasing distance to the Nutflanken lake, so that the contour of Schlagwerk Replacements Chemistry in this area on both sides of the Nutflanken Jerusalem 59 each forms a slope 62 with low pitch.
- the bevels support the build-up of pressure in the lubrication gap between the percussion guide surface and the impact piston guide surface and further prevent damage to the sensitive groove edges 61 since they are slightly spaced from the impact piston guide surface by the bevels.
- the groove is symmetrical, so that the contours of the bevels on both sides of the pressure equalization groove is present. It can also be performed only one side with a slope. The slopes can also be performed with a parabolic contour with a tangential transition to the percussion guide surface.
- the radius at the groove bottom is between 0.75 mm and 1.75 mm, the distance between the groove flanks is between 1.5 mm and 3.5 mm.
- the groove depth is between 0.8 mm and 3 mm.
- the groove edges 61 formed in this way at the transition of the bevels to the groove flank surfaces are substantially more stable with respect to stresses that can arise due to mechanical contact, cavitation or flow forces. Flow forces and cavitation can occur when high velocity oil flows in from the gap between the guide surfaces into the pressure equalization grooves.
- the groove depth is chosen so that the slopes pass directly into the radius R of the groove bottom.
- Cavitation refers to the process when, for example, eddies are created on edges around which fast flowing oil flows, which generate a strong pressure drop locally, so that gas bubbles can form in the oil. If these gas bubbles reach areas of higher pressure, these gas bubbles collapse again, which accelerates the liquid around the gas bubbles very much. If the collapse of the gas bubbles takes place close to component surfaces, in particular of angular edges, the accelerated oil can hit the component surfaces so hard that they are damaged.
- the embodiment detects Fig. 11d compared to the execution after Fig. 11c the pressure equalization groove at the transitions 60 paragraphs 63, resulting in a stepped Druckaus GmbHsnut with oblique Nutflanken lake 59.
- the groove base has a radius R.
- the transitions between the Nutflanken perennial 59 and the paragraph 63 are also provided with radii, so that no angular groove edges are present.
- the heel is intended to redirect the flow of oil flowing from the gap between the impact piston guide surface and the impactor guide surface into the pressure equalization groove so as to reduce the swirl and flow velocity in the groove bottom and reduce the pressure between the oil pressure in the gap and the oil pressure the pressure equalization groove is gradual.
- the distance of the percussion guide surface 36 to the bottom of the pressure equalizing groove divided by the distance between the percussion guide surface 36 and the shoulder 63 is 0.25 mm to 0.5 mm.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schlagvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schlagvorrichtung ist aus der
Druckmittelbetriebene Schlagvorrichtungen werden in Hydraulikhämmern, die insbesondere zum Zerkleinern von Gestein, Beton oder sonstigen Baustoffen dienen, und in Bohrhämmern eingesetzt, die zum Bohren von Löchern in Gestein und sonstige Baustoffe dienen. In den meisten Fällen werden sie als Zusatz- oder Anbaugeräte an Baumaschinen, wie beispielsweise Bagger, Lader, Raupenfahrzeugen oder sonstige Trägereinheiten angebaut und von diesen mit Arbeitsfluid versorgt.
Bei Hydraulikhämmern, die mit Öl als Arbeitsfluid angetrieben werden, ist das Schlagwerk über eine Druckleitung sowie eine Tankleitung hydraulisch mit der Pumpe bzw. dem Tank bspw. eines Baggers verbunden. In dem Schlagwerkgehäuse ist ein Schlagkolben geführt, der zwei entgegengerichtete Antriebsflächen aufweist, die über ein Steuerventil (Steuerschieber) so mit der Druck- oder Tankleitung verbunden werden, dass der Schlagkolben wiederholt hin- und hergehende Bewegungen ausführt, wobei er in einer Bewegungsrichtung am Ende seines Hubes, dem Schlaghub, auf ein Werkzeug wie bspw. einen Meißel, eine Bohrstange oder ein Schlagstück trifft. Im normalen Betrieb drückt das Trägergerät das Schlagwerk in Richtung des zu bearbeitenden Materials, sodass das untere Werkzeugende gegen das zu bearbeitende Material gedrückt wird.
Die durch das Auftreffen des Schlagkolbens auf das Werkzeug in das Werkzeug eingeleitete Energie bewirkt eine hohe Stoßkraft, die vom Werkzeug auf das Material übertragen wird und eine Zerstörung des Materials bewirkt.Pressure medium operated impact devices are used in hydraulic hammers, which are used in particular for crushing rock, concrete or other building materials, and in rotary hammers, which are used for drilling holes in rock and other building materials. In most cases, they are grown as attachments or attached to construction equipment, such as excavators, loaders, tracked vehicles or other carrier units and supplied by them with working fluid.
In hydraulic hammers, which are driven with oil as a working fluid, the percussion is hydraulically connected via a pressure line and a tank line with the pump or the tank, for example, an excavator. In the hammer mechanism housing a percussion piston is guided, which has two opposing drive surfaces, which are connected via a control valve (spool) to the pressure or tank line, that the percussion piston repeatedly performs reciprocating movements, wherein it moves in a direction of movement at the end of his Hubes, the Schlaghub, on a tool such as a chisel, a drill rod or a hammer hits. During normal operation, the carrier presses the impactor towards the material to be machined so that the lower end of the tool is pressed against the material to be processed.
The initiated by the impact of the percussion piston on the tool in the tool energy causes high impact force, which is transmitted from the tool to the material and causes destruction of the material.
Der Schlagkolben weist normalerweise zwei Kolbenstangen mit unterschiedlichen Durchmessern auf und einen oder mehrere zwischen den Stangen angeordnete Kolbenbunde, die jeweils zylindrische Außenmantelfläche aufweisen. Geführt wird der Schlagkolben in einer entsprechend dem Schlagkolbendurchmesser angepassten gestuften Aufnahmebohrung des Schlagwerkgehäuses, wobei die Innendurchmesser der Aufnahmebohrung im Bereich der Führungen geringfügig größer ausgeführt sind, als die entsprechenden Außendurchmesser des Schlagkolbens. Da die so gebildeten Führungsflächen jeweils eine zylindrische Form aufweisen, bildet sich an den Führungsbereichen zwischen den Bauteilen ein Spalt mit konstanter Höhe.The percussion piston normally has two piston rods of different diameters and one or more piston collars arranged between the rods, each having a cylindrical outer circumferential surface. The percussion piston is guided in a stepped receiving bore of the percussion mechanism housing which is adapted to the percussion piston diameter, wherein the inner diameter of the receiving bore in the region of the guides is made slightly larger than the corresponding outer diameter of the percussion piston. Since the guide surfaces thus formed each have a cylindrical shape, a gap with a constant height forms at the guide areas between the components.
Befindet sich an beiden Enden des Spaltes ein Ölvolumen, so fließt abhängig vom Druckunterschied zwischen den Ölvolumina ein Ölvolumenstrom durch den Spalt. Bewegt sich der Schlagkolben in der Aufnahmebohrung des Schlagwerksgehäuses entlang seiner Symmetrieachse relativ zum Schlagwerksgehäuse, so erfolgt aufgrund der Reibung und Adhäsionskräften zwischen dem Öl und den Bauteiloberflächen zusätzlich ein Transport von Öl durch den Spalt. Aufgrund dieser Vorgänge stellt sich in dem Spalt ein Öldruck ein, der von dem Druckunterschied zwischen den Ölvolumina und der Bewegungsgeschwindigkeit des Schlagkolbens abhängig ist. Der Druck des Öls im Spalt bewirkt eine radiale, über den Umfang wirkende Kraft auf den Kolben, die ihn von der Bohrungswand weg drückt und eine zentrierende Wirkung auf den Schlagkolben ausübt.If there is an oil volume at both ends of the gap, an oil volume flow flows through the gap depending on the pressure difference between the oil volumes. Moves the percussion piston in the receiving bore of the percussion gear housing along its axis of symmetry relative to the percussion mechanism, so takes place due to the friction and adhesion forces between the oil and the component surfaces in addition a transport of oil through the gap. Due to these operations, an oil pressure is established in the gap depending on the pressure difference between the oil volumes and the moving speed of the percussion piston. The pressure of the oil in the gap causes a radial, circumferentially acting force on the piston which pushes it away from the bore wall and exerts a centering effect on the percussion piston.
Die Führungsflächen des Schlagkolbens und/oder die Aufnahmebohrung des Schlagwerksgehäuses können umlaufende Druckausgleichsnuten mit einer Breite und Tiefe von jeweils ungefähr 1 mm bis 3 mm aufweisen, um Öl gleichmäßig auf dem Umfang der Führungsflächen zu verteilen und so in Umfangsrichtung für einen Druckausgleich auf den Führungsflächen zu sorgen. Die Druckausgleichsnuten weisen einen Radius im Nutgrund und senkrecht zur Führungsfläche angeordnete Nutflanken auf. Dieser Druckausgleich verringert die einseitige Auslenkung des Schlagkolbens quer zu seiner Bewegungsachse, die infolge von Druckunterschieden entstehen würde.The guide surfaces of the percussion piston and / or the receiving bore of the striking mechanism housing may have circumferential pressure equalizing grooves having a width and depth of about 1 mm to 3 mm respectively to distribute oil evenly around the circumference of the guide surfaces and thus circumferentially for pressure equalization on the guide surfaces to care. The pressure compensation grooves have a radius in the groove base and perpendicular to the guide surface arranged groove flanks. This pressure compensation reduces the one-sided deflection of the percussion piston transversely to its axis of motion, which would arise as a result of pressure differences.
Der Meißel des Hydraulikhammers ist über Lagerbuchsen in dem unteren Bereich des Schlagwerksgehäuse gelagert, wobei im Neuzustand ein geringes Spiel zwischen Meißel und Lagerbuchsen vorhanden ist, d.h. der Meißel kann sich geringfügig schräg stellen, wodurch die Meißelachse nicht mehr parallel zur Achse der Lagerbuchsen verläuft. Durch Verschleiß an dem Meißel und den Lagerbuchsen kann das Spiel und somit die Schrägstellung noch zunehmen. Diese Schrägstellung führt dazu, dass die Stirnseiten von Schlagkolben und Meißel nicht mehr exakt parallel zueinander ausgerichtet sind und die sich beim Aufschlag der unteren Kolbenstirnfläche auf die obere Meißelstirnfläche bildende Kontaktfläche nicht zentrisch zur Schlagkolbenachse liegt. Dadurch wird während des Aufschlags eine Kraft auf den Schlagkolben ausgeübt, die exzentrisch zur Schlagkolbenachse wirkt und eine den Schlagkolben auslenkende Querkraft erzeugt.The chisel of the hydraulic hammer is supported by bushings in the lower part of the percussion mechanism housing, with little play between the chisel and the bushing in the new condition, ie. The chisel may be slightly inclined, causing the chisel axis is no longer parallel to the axis of the bushings. By wear on the chisel and the bushings, the game and thus the inclination can still increase. This inclination causes the end faces of the percussion piston and chisel are no longer aligned exactly parallel to each other and the contact surface formed on the upper chisel end face upon impact of the lower piston end face is not centric to the percussion piston axis. As a result, a force is exerted on the percussion piston during the impact, which acts eccentrically to the impact piston axis and generates a percussion deflecting lateral force.
Teilweise werden die aufeinandertreffenden Stirnflächen des Schlagkolbens und/oder des Meißels mit Fasen versehen oder weisen eine konkave Kontur auf, die einen im Vergleich zum Meißeldurchmesser großen Radius aufweist, um die Exzentrizität bei Schiefstellung zu verringern und die Flächenpressung während des Aufschlags zu verringern.Partially, the abutting faces of the percussion piston and / or the chisel are chamfered or have a concave contour which has a large radius compared to the chisel diameter to reduce eccentricity when skewed and to reduce surface pressure during impact.
Mit speziellen Beschichtungen auf den Führungsflächen der Bauteile, welche die Verschleißfestigkeit erhöhen sollen, wird entweder durch Erhöhung der Oberflächenhärte, durch Reduzierung der Reibung oder durch Glättung der Oberflächen versucht, den durch den Kontakt der Bauteile bedingten Verschleiß zu reduzieren. Solche Beschichtungen können bspw. diamantartige Kohlenstoffschichten, Graphitschichten oder Molybdändisulfid-Schichten sein.With special coatings on the guide surfaces of the components, which are to increase the wear resistance, either by increasing the surface hardness, by reducing the friction or by smoothing the surfaces is trying to reduce the wear caused by the contact of the components. Such coatings may, for example, be diamond-like carbon layers, graphite layers or molybdenum disulfide layers.
In
In Schlaghubrichtung gesehen schließt sich hinter dem eigentlichen Führungsbereich mit der sich aufweitenden Bohrung ein Bereich an, der neben einer dreieckförmigen Nut, drei Nuten zur Aufnahme von Dichtungen aufweist (s.
Nachteilig an den nach dem Stand der Technik bekannten Schlagvorrichtungen ist, dass die während des Aufschlags des Schlagkolbens aufgrund einer Schrägstellung des Meißels exzentrisch wirkende Kraft zwischen den Stirnflächen von Schlagkolben und Meißel eine Querkraft auf den Schlagkolben einwirkt, aus der eine Verschiebung quer zu der Symmetrieachse des Schlagkolbens resultiert. Eine Verschiebung kann auch durch Querbeschleunigungen des Schlagwerkgehäuses auftreten, wenn Querkräfte auf das Gehäuse wirken und es sich relativ zum Schlagkolben verschiebt. Bei einer zylindrischen Ausführung der Führungsflächen am Schlagkolben und am Schlagwerkgehäuse ist der Öldruck in dem Spalt zwischen Schlagkolben und Aufnahmebohrung oft nicht ausreichend, um einen Kontakt zwischen Schlagkolben und Schlagwerkgehäuse zu verhindern. Auch die konvexe Ausformung der Stirnflächen, die Anwendung von Druckausgleichsnuten oder die Verwendung von Bauteilbeschichtungen reichen oft nicht aus, um die Querkraft ausreichend zu reduzieren, um einen Kontakt zwischen Schlagkolben und Führungsflächen zu verhindern und den Verschleiß zu reduzieren. Wird die vom Öldruck abhängige Tragfähigkeit des Ölfilms im Spalt zwischen den Führungsflächen nämlich überschritten, kommt es zu einem Kontakt zwischen dem Schlagkolben und dem Schlagwerkgehäuse, wodurch die Führungsflächen plastisch verformt und verkratzt werden können.A disadvantage of the known per se in the prior art impact devices that during the impact of the percussion piston due to an inclination of the bit eccentrically acting force between the faces of percussion piston and chisel a lateral force acting on the percussion piston from which a displacement transverse to the axis of symmetry of Percussion piston results. A shift can also occur by lateral acceleration of the striking mechanism housing, when lateral forces act on the housing and it shifts relative to the percussion piston. In a cylindrical embodiment of the guide surfaces on the percussion piston and striking mechanism housing, the oil pressure in the gap between the percussion piston and receiving bore is often not sufficient to prevent contact between percussion piston and percussion gear housing. The convexity of the faces, the use of pressure equalizing grooves or the use of component coatings are often not sufficient to reduce the lateral force sufficiently to prevent contact between percussion piston and guide surfaces and reduce wear. If the oil pressure dependent load capacity of the oil film in the gap between the guide surfaces is exceeded, there is a contact between the percussion piston and the impact mechanism housing, whereby the guide surfaces can be plastically deformed and scratched.
Durch die zylindrische Ausführung der Führungsflächen liegt der Schlagkolben bei einer Schiefstellung, bei der die Symmetrieachse des Schlagkolbens nicht mehr parallel zur Symmetrieachse der Aufnahmebohrung des Schlagwerks verläuft, an jeweils einer Kante an, wodurch eine Kontaktstelle mit einer hohen Flächenpressung entsteht, was zu Beschädigungen und Verschleiß führt. Neben einer Schiefstellung kann sich der Kolben auch aufgrund von Querkräften verformen, sodass die Symmetrieachse nicht mehr gerade verläuft und ein oder beide Enden kurzzeitig nach außen gebogen sind.Due to the cylindrical design of the guide surfaces of the percussion piston is in a misalignment, in which the axis of symmetry of the percussion piston is no longer parallel to the axis of symmetry of the receiving bore of the percussion, at each edge, creating a contact point with a high surface pressure, resulting in damage and wear leads. In addition to a misalignment The piston can also deform due to transverse forces, so that the symmetry axis is no longer straight and one or both ends are bent outwards for a short time.
Durch die axiale Bewegung des Schlagkolbens in Bezug zu dem Schlagwerkgehäuse tritt bei Kontakt dieser Flächen Reibung auf, wodurch Wärme erzeugt wird, die teilweise so hoch ist, dass die Bauteiloberflächen lokal verschweißen und Material an diesen Stellen aus dem einen Bauteil herausgerissen wird und an der Bauteiloberfläche des anderen Bauteils festhaftet. Wird dieses Material über die Führungsflächen gezogen, führt das anhaftende und überstehende Material zu weiteren schnell fortschreitenden Beschädigungen der Oberflächen, was zum Ausfall des Schlagwerks und zu Ölleckagen führt.The axial movement of the percussion piston with respect to the impactor housing causes friction upon contact of these surfaces, thereby generating heat which is in part so high that the component surfaces are locally welded and material is torn out of the one component and at the component surface the other component firmly adheres. If this material is pulled over the guide surfaces, the adhering and protruding material leads to further rapidly progressing damages of the surfaces, which leads to the failure of the impact mechanism and to oil leaks.
Auch bei der Schlagvorrichtung gemäß
Durch den im Vergleich zum größten Innendurchmesser der Bohrung kleineren Innendurchmesser der Stege im Bereich der Dichtungen, kommt bei einer Schiefstellung des Schlagkolbens in dem Gehäuse oder bei einer Verformungen des Schlagkolbens der Schlagkolben an den Stegen zur Anlage. Dadurch werden die Führungsflächen des Schlagkolbens und die Stegflächen beschädigt.Due to the inner diameter of the webs in the area of the seals, which is smaller than that of the largest inner diameter of the bore, the percussion piston comes into contact with the webs when the percussion piston is tilted in the housing or when the percussion piston deforms. As a result, the guide surfaces of the percussion piston and the web surfaces are damaged.
Der Spalt zwischen der Bohrung und dem Schlagkolben soll ferner als Dichtspalt wirken, der verhindern soll, dass Öl in großen Mengen durch den Spalt und zu einer hinter dem Spalt liegenden Druckentlastungsnut strömt. Die Drosselwirkung des Dichtspaltes soll bewirken, dass die in der Nut 33 auftretenden Druckspitzen, die sich in den Spalt fortpflanzen, nicht am Ende des Spaltes in voller Höhe auf die Dichtungen 31 einwirken. Durch die stetige Aufweitung der Bohrung über ihre ganze axiale Erstreckung, wird die Drosselwirkung der Führung nachteilig reduziert, was zu einem hohen Leckagevolumenstrom und dem Vorliegen von hohen Druckspitzen an den Dichtungen führt. Der hohe Leckagevolumenstrom verschlechtert den Wirkungsgrad des Hydraulikhammers.The gap between the bore and the percussion piston should also act as a sealing gap, which is intended to prevent oil from flowing in large quantities through the gap and to a lying behind the gap Druckentlastungsnut. The throttling effect of Sealing gap is intended to cause the pressure peaks occurring in the
Darüber hinaus wird durch den nicht vorhandenen zylindrischen Bereich der Bohrung, welcher einen konstanten Durchmesser aufweisen würde, die Tragfähigkeit des Ölfilms reduziert, der sich in dem Spalt bildet, was zu einem Kontakt zwischen dem Schlagkolben und der Bohrung führt und zu Beschädigungen und Verschleiß der Führungsflächen führt.Moreover, the non-existing cylindrical portion of the bore, which would have a constant diameter, reduces the bearing capacity of the oil film that forms in the gap, resulting in contact between the percussion piston and the bore and damage and wear of the guide surfaces leads.
Weitere überwiegend hydraulische Schlagwerke werden in
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu beheben und einen radialen Kontakt zwischen dem Schlagkolben und dem Schlagwerkgehäuse weitestgehend zu vermeiden. Weiterhin soll der Ölleckagevolumenstrom durch den Spalt der Führungsflächen reduziert werden. Insbesondere soll der Verschleiß an den Führungsflächen und an den Stegen zwischen den Dichtungen verhindert werden.The object of the present invention is to remedy the above-mentioned disadvantages and to avoid radial contact between the percussion piston and the impact mechanism housing as far as possible. Furthermore, the oil leakage volume flow is to be reduced by the gap of the guide surfaces. In particular, the wear on the guide surfaces and on the webs between the seals should be prevented.
Diese Aufgabe wird durch die Schlagvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, wonach erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Schlagwerkführungsfläche in axialer Richtung zumindest bereichsweise einen sich nichtlinear vergrößernden Innendurchmesser besitzt, wobei die nichtlineare Vergrößerung des Innendurchmessers der Schlagwerkführungsfläche parabelförmig ausgestaltet ist. Um die Tragfähigkeit des Ölfilms im Spalt zwischen den Führungsflächen zu erhöhen, werden die Führungsflächen des Schlagwerkgehäuses demnach so ausgeführt, dass ein Teilbereich der Mantelfläche zumindest einer Führungsfläche einen zumindest zu einem Ende der Führungsfläche hin, in axialer Richtung nichtlinear vergrößernden Innendurchmesser aufweist.This object is achieved by the impact device according to claim 1, wherein according to the invention it is provided that the percussion guide surface in the axial direction at least partially has a non-linearly increasing inner diameter, wherein the non-linear magnification of the inner diameter the Schlagwerkführungsfläche parabolic shaped. In order to increase the carrying capacity of the oil film in the gap between the guide surfaces, the guide surfaces of the percussion mechanism housing are thus designed such that a partial region of the lateral surface of at least one guide surface has an inner diameter which increases at least toward one end of the guide surface and non-linearly in the axial direction.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird verhindert, dass die Schlagkolbenführungsfläche bei einer Schrägstellung des Schlagkolbens in der Aufnahmebohrung oder einer Verformung mit den Bereichen der Bohrung in Kontakt kommt und Beschädigungen und Verschleiß auftritt.The inventive design prevents the impact piston guide surface comes in an inclined position of the percussion piston in the receiving bore or deformation with the areas of the bore in contact and damage and wear occurs.
Wenn sich bei einer nicht-zylindrischen Schlagwerkführungsfläche der Schlagkolben in Richtung auf den sich verengenden Spalt hin bewegt, bzw. bei einer nicht-zylindrischen Schlagkolbenführungsfläche der Schlagkolben in Richtung des sich erweiternden Spaltes hin bewegt, erfolgt aufgrund der Reibung zwischen Öl und Bauteiloberflächen ein Transport des Öls in den sich verengenden Spaltes hinein. Dadurch steigt der Öldruck in dem sich verengenden Spalt gegenüber einer rein zylindrischen Ausführung deutlich an, was auch einen Druckanstieg in dem anschließenden Bereich mit konstanter Spalthöhe bewirkt. Dieser erhöhte Öldruck sorgt dafür, dass eine ausreichende radiale Kraft auf den Schlagkolben wirkt und die Tragfähigkeit des Ölfilms deutlich gesteigert worden ist und nun ausreichend ist, um ihn auf Abstand zum Schlagwerkgehäuse zu halten. Da kein Kontakt mehr zwischen den sich bewegenden Bauteilen auftritt, werden der Verschleiß und die Beschädigungen der Führungsflächen wirksam reduziert, bzw. vermieden und die Standzeit des Schlagwerks erhöht.When the percussion piston moves in the direction of the narrowing gap in the case of a non-cylindrical percussion guide surface, or, in the case of a non-cylindrical impact piston guide surface, the percussion piston moves in the direction of the widening gap, transport of the oil occurs due to the friction between the oil and the component surfaces Oil in the narrowing gap. As a result, the oil pressure in the narrowing gap against a purely cylindrical design increases significantly, which also causes a pressure increase in the subsequent region with a constant gap height. This increased oil pressure ensures that a sufficient radial force acts on the percussion piston and the carrying capacity of the oil film has been significantly increased and is now sufficient to keep it at a distance from the striking mechanism housing. Since no contact between the moving components occurs, the wear and damage to the guide surfaces are effectively reduced or avoided and increases the service life of the impact mechanism.
Versuche haben gezeigt, dass eine nichtlineare und insbesondere eine parabelförmige Durchmesseränderung wesentlich wirkungsvoller einen Kontakt zwischen dem Schlagkolben und dem Schlagwerk vermeidet, als eine lineare Durchmesseränderung und somit durch die nichtlineare oder parabelförmige Durchmesseränderung der Verschleiß der Bauteile deutlicher reduziert wird kann als bei einer linearen Durchmesseränderung.Experiments have shown that a non-linear and in particular a parabolic diameter change substantially more effectively avoids contact between the percussion piston and the percussion mechanism, than a linear change in diameter and thus by the non-linear or parabolic diameter change The wear of the components can be reduced more clearly than with a linear change in diameter.
Insbesondere im Rückhub, nachdem der Schlagkolben nach dem Aufschlag auf den Meißel eine Querkraft erfährt, wird durch die nichtlineare Durchmesseränderung dieIn particular, in the return stroke, after the percussion piston experiences a transverse force after impact on the bit, the nonlinear change in diameter
Ausbildung eines tragfähigeren Schmierfilms erreicht, wodurch die Beschädigungen der Führungsflächen, der unteren Kolbenstange und der der entsprechenden Führungsfläche des Schlagwerkgehäuses verhindert werden.Forming a more viable lubricating film achieved, whereby the damage to the guide surfaces, the lower piston rod and the corresponding guide surface of the striking mechanism housing can be prevented.
Ähnlich wirkungsvoll ist die Durchmesseränderung an den Schlagkolbenführungsflächen, bei der beide Enden des jeweiligen Kolbenbundes mit einem, im Vergleich zum mittleren zylindrischen Bereich, reduzierten Durchmesser ausgeführt sind. Dadurch weisen die Kolbenbunde eine annähernd tonnenförmige Außenkontur auf, die in beiden Bewegungsrichtungen für eine erhöhte Tragfähigkeit des Schmierfilms sorgt. Bei mehreren Kolbenbunden ist es auch möglich jeweils nur die zu den Kolbenstangen zeigenden Enden der äußeren Kolbenbunde mit einem sich verkleinernden Durchmesser zu versehen.Similarly effective is the change in diameter at the impact piston guide surfaces, in which both ends of the respective piston collar with a, compared to the central cylindrical portion, reduced diameter are executed. As a result, the piston collars have an approximately barrel-shaped outer contour, which ensures an increased load-bearing capacity of the lubricating film in both directions of movement. In the case of several piston collars, it is also possible to provide only the ends of the outer piston collars facing the piston rods with a decreasing diameter.
Auf die Anwendung von aufwendigen, teuren und teilweise umweltschädlichen Beschichtungen kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung verzichtet werden.On the application of complex, expensive and partially environmentally harmful coatings can be dispensed with by the inventive design.
Durch die nur über eine begrenzte axiale Länge der Führungsfläche sich erstreckenden Bereich mit sich veränderndem Durchmesser verbleibt ein zylindrischer Bereich mit einem konstanten Durchmesser und einer geringen Spalthöhe, wodurch der Leckagevolumenstrom durch den Spalt, im Vergleich zu einer Ausführung, bei der sich der Durchmesser über die gesamte Länge der Führungsfläche verändert, reduziert und die Höhe der durch den Spalt weitergeleiteten Druckspitzen verringert wird. Insbesondere an den Schlagwerkführungsflächen führt eine Durchmesservergrößerung nur innerhalb eines Teilbereiches zu einer Reduzierung des Leckagevolumenstromes und der Druckspitzen.Due to the varying diameter diameter portion extending only over a limited axial length of the guide surface, a cylindrical portion having a constant diameter and a small gap height remains, thereby reducing the leakage volume flow through the gap as compared to a design where the diameter exceeds the diameter the length of the guide surface is changed, reduced and the height of the pressure peaks passed through the gap is reduced. In particular at the percussion guide surfaces an increase in diameter leads only within a partial area to a reduction of the leakage volume flow and the pressure peaks.
Zusätzlich wird durch den sich erweiternden Durchmesser erreicht, dass sich bei einer Schiefstellung des Schlagkolbens im Gehäuse, bei der die Achse des Schlagkolbens nicht mehr parallel zur Achse der Führung verläuft oder bei Verformungen des Schlagkolbens, bei der die Enden der Kolbenstangen nach außen gebogen werden, der Schlagkolben nicht nur an den eckigen Innenkanten der Führungsflächen des Schlagwerksgehäuses, bzw. den eckigen Außenkanten der Führungsflächen des Schlagkolbens zur Anlage kommt, wodurch eine punkt- bzw. linienförmige Kontaktstelle entstehen würde, sondern die Kontaktstelle in einem Bereich liegt, in dem sich der Durchmesser geringfügig ändert. Im Falle eines sich parabelförmig ändernden Durchmessers, wird ein sanfter Übergang vom zylindrischen Bereich zum Bereich mit vergrößerndem Durchmesser gebildet. Dadurch entsteht eine größere Kontaktfläche ohne Kante, was die Flächenpressung und damit den Verschleiß erheblich reduziert.In addition, it is achieved by the widening diameter, that in a misalignment of the percussion piston in the housing, in which the axis of the percussion piston is no longer parallel to the axis of the guide or in deformations of the percussion piston, in which the ends of the piston rods are bent outward, the percussion piston not only on the angular inner edges of the guide surfaces of the striking mechanism housing, or the angular outer edges of the guide surfaces of the Impact piston comes to rest, creating a point or line-shaped contact point would arise, but the contact point is in a range in which the diameter changes slightly. In the case of a parabolic diameter, a smooth transition from the cylindrical portion to the enlarged diameter portion is formed. This results in a larger contact surface without edge, which significantly reduces the surface pressure and thus the wear.
Der maximal mögliche Winkel zwischen den Symmetrielinien des Schlagkolbens und der Aufnahmebohrung lässt sich nicht exakt festlegen, da sich einerseits aufgrund von nicht vermeidbaren Fertigungstoleranzen das Spiel zwischen dem Kolben und der Aufnahmebohrung von Schlagwerk zu Schlagwerk ändern kann und sich weiterhin der Winkel während der axialen Kolbenbewegung ändert. Allgemein ergibt sich die maximale theoretisch mögliche Schrägstellung des Schlagkolbens aus dem Spiel zwischen der Aufnahmebohrung und dem Schlagkolben, aber auch aus dem axialen Abstand der beiden Kontaktpunkte zwischen dem Schlagkolben und der Aufnahmebohrung. Wäre beispielsweise die Lage des oberen Kontaktpunktes durch die Oberkante des oberen Schlagkolbenbundes definiert und der untere durch die obere Kante der Führungsfläche des Schlagwerkgehäuses zur Führung der unteren Stange, so würde sich der obere Kontaktpunkt mit dem Schlagkolben mitbewegen, der untere jedoch zum Schlagwerksgehäuse fixiert bleiben, wodurch sich der axiale Abstand der Kontaktpunkte bei einer axialen Bewegung des Schlagkolbens verändert, was die maximale Schrägstellung ebenfalls verändert. Zu erkennen wäre eine Winkelveränderung, wenn die Kontaktpunkte mit eine geraden Linie verbunden wären. Bewegt sich der Kolben bei der oben beschriebenen Lage der Kontaktpunkte in Schlaghubrichtung nach unten, so verringert sich die Länge der Linie, aber der Winkel zur Symmetrieachse der Aufnahmebohrung vergrößert sich. Somit ist es nicht möglich eine lineare Durchmesseränderung an einer Führungsfläche so auszuführen, dass die Fläche im Bereich der linearen Durchmesseränderung ständig über ihre gesamte Länge trägt. Ändert sich der Winkel, wandert die Kontaktstelle zu einem Ende der Führungsfläche, wodurch eine Kante die Kontaktstelle an dieser Führungsfläche bildet. Bei einer nichtlinearen und insbesondere bei einer parabelförmigen Durchmesseränderung trägt bei entsprechender Auslegung immer der verrundete, nichtlineare bzw. parabelförmige Bereich.The maximum possible angle between the lines of symmetry of the percussion piston and the receiving bore can not be determined exactly because on the one hand due to unavoidable manufacturing tolerances, the clearance between the piston and the receiving bore from percussion to percussion can change and continues to change the angle during the axial piston movement , In general, the maximum theoretically possible skew of the percussion piston results from the game between the receiving bore and the percussion piston, but also from the axial distance between the two contact points between the percussion piston and the receiving bore. If, for example, the position of the upper contact point were defined by the upper edge of the upper percussion piston collar and the lower by the upper edge of the guide surface of the striking mechanism housing for guiding the lower rod, the upper contact point would move with the percussion piston, the lower remain fixed to the percussion mechanism housing, whereby the axial distance of the contact points changed in an axial movement of the percussion piston, which also changes the maximum inclination. An angle change would be recognizable if the contact points were connected to a straight line. If the piston moves downward in the stroke stroke direction in the above-described position of the contact points, the length of the line decreases, but the angle to the axis of symmetry of the receiving bore increases. Thus, it is not possible to perform a linear change in diameter on a guide surface so that the surface carries in the range of the linear change in diameter continuously over its entire length. As the angle changes, the pad moves to one end of the guide surface, whereby an edge forms the contact point on that guide surface. In a non-linear and especially in a parabolic Diameter change always carries the rounded, non-linear or parabolic area with appropriate design.
Durch den im Vergleich zu der benachbarten Schlagwerkführungsfläche größeren Durchmesser im Bereich der Stege zwischen den Dichtungsnuten und zwischen der Dichtungsnut und der Druckausgleichsnut, bzw. dem Schlagraum werden Beschädigungen und Verschleiß der Flächen der Stege und des Schlagkolbens verhindert, da der Schlagkolben hier nicht mehr zur Anlage kommen kann.Due to the larger compared to the adjacent Schlagwerkführungsfläche diameter in the region of the webs between the sealing grooves and between the seal groove and the pressure equalization, or the impact chamber damage and wear of the surfaces of the webs and the percussion piston are prevented because the percussion piston no longer to plant can come.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden sowie in den Unteransprüchen beschrieben.Preferred embodiments of the present invention will be described below and in the subclaims.
Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Innendurchmesser der Schlagwerkführungsfläche zu mindestens einem der Enden hin einen sich nichtlinear vergrößernden Durchmesser aufweist. Vorzugsweise führt eine solche Schlagwerkführungsfläche eine Kolbenstange, wobei der Innendurchmesser der Schlagwerkführungsfläche zu dem äußeren Ende der Kolbenstange hin einen sich nichtlinear vergrößernden Durchmesser aufweist.According to a first preferred embodiment, it is provided that the inner diameter of the impact mechanism guide surface has a non-linearly increasing diameter towards at least one of the ends. Preferably, such Schlagwerkführungsfläche a piston rod, wherein the inner diameter of the percussion guide surface to the outer end of the piston rod has a non-linear magnifying diameter.
Schlagwerke der beschriebenen Art können eine oder mehrere Schlagwerkführungsflächen aufweisen, wobei nicht alle Schlagwerkführungsflächen eines Schlagwerks die erfindungsgemäße Ausgestaltung aufweisen müssen. Es ist auch möglich, dass bei einer Ausführungsform mit zwei oder mehr voneinander beabstandeten Schlagwerkführungsflächen nur eine oder ein Teil der Schlagwerkführungsflächen die erfindungsgemäßen Merkmale besitzen. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Ausgestaltung zumindest an der Führung der unteren Kolbenstangen angewendet, wo ein Teilbereich der Führungsfläche des Schlagwerkgehäuses einen sich parabelförmig vergrößernden Durchmesser aufweist, wobei sich der Durchmesser zum unteren Ende der Führung hin vergrößert und ein tangentialer Übergang zu dem Bereich mit konstantem Durchmesser gebildet wird. Die Kolbenstange ist im Bereich der Führungsfläche zylindrisch ausgeführt. Eine parabelförmige Durchmesservergrößerung bedeutet dabei, dass sich der Durchmesser nicht linear, sondern überproportional zum axialen Abstand von der Oberkante der Führung bzw. von dem Übergang des zylindrischen zum sich erweiternden Führungsbereich vergrößert. Bei einem Querschnitt durch die Mittelachse der Führung stellt der Verlauf der Innenkante der Führungsfläche im Schlagwerksgehäuse teilweise eine parabelförmige Linie dar.Impact devices of the type described may have one or more impactor guide surfaces, not all Schlagwerkführungsflächen a striking mechanism must have the inventive design. It is also possible that in one embodiment with two or more spaced Schlagwerkführungsflächen only one or a part of Schlagwerkführungsflächen have the features of the invention. Preferably, the inventive design is applied at least to the leadership of the lower piston rods, where a portion of the guide surface of the striking mechanism housing has a parabolic enlarging diameter, wherein the diameter increases towards the lower end of the guide and formed a tangential transition to the region of constant diameter becomes. The piston rod is cylindrical in the area of the guide surface. A parabolic increase in diameter means that the diameter is not linear but disproportionate increased to the axial distance from the upper edge of the guide or from the transition of the cylindrical to the widening guide area. In a cross section through the central axis of the guide, the course of the inner edge of the guide surface in the striking mechanism housing partially represents a parabolic line.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schlagwerkführungsfläche mehrere Teilbereiche besitzt, wobei ein Teilbereich einen sich nichtlinear vergrößernden Innendurchmesser aufweist, der in einen Teilbereich mit einem konstanten Innendurchmesser übergeht. Ferner ist vorzugsweise an dem den größten Durchmesser aufweisenden Ende des Teilbereichs ein Teilbereich mit einen sich linear erweiternden Innendurchmesser angeordnet und an dem den kleinsten Durchmesser aufweisenden Ende des Teilbereiches ist ein Teilbereich mit einem konstanten Durchmesser vorgesehen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the striking mechanism guide surface has a plurality of partial regions, wherein a partial region has a non-linearly increasing inner diameter, which merges into a partial region having a constant inner diameter. Furthermore, a partial region with a linearly widening inner diameter is preferably arranged at the end of the partial region having the largest diameter, and a partial region having a constant diameter is provided at the end of the partial region having the smallest diameter.
Schließlich ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Schlagwerkführungsfläche vorgesehen, dass beidseitig Teilbereiche angeordnet sind, die in unterschiedlicher Orientierung sich nichtlinear erweiternde Teilbereiche besitzen, wobei die Teilbereiche vorzugsweise über einen Teilbereich mit konstantem Durchmesser miteinander verbunden sind.Finally, according to a preferred embodiment of the percussion guide surface is provided that on both sides portions are arranged which have non-linearly widening portions in different orientation, wherein the portions are preferably connected to each other over a portion of constant diameter.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Führungsflächen ist nicht nur bei Schlagwerkführungsflächen sondern auch bei Schlagkolbenführungsflächen vorgesehen. Vorzugsweise weist der Schlagkolben hier mindestens eine Kolbenstange und mindestens einen Kolbenbund auf, dessen Außenflächen als Schlagkolbenführungsflächen ausgebildet sind. Mit anderen Worten wird die erfindungsgemäße Ausführungsform auch an der Führungsfläche des oder der Kolbenbunde angewendet, wobei die Führungsfläche im Schlagwerkgehäuse zylindrisch ausgeführt ist, aber die Führungsfläche zumindest eines Kolbenbundes und zumindest zu einem Ende hin, einen sich verkleinernden Durchmesser aufweist. Vorzugsweise verkleinert sich der Durchmesser in axialer Richtung gesehen parabelförmig und mit einem tangentialen Übergang zu einem Bereich mit konstantem Durchmesser. Weist die Führungsfläche des Kolbenbundes an beiden Seiten einen sich parabelförmig verkleinernden Durchmesser auf, was vorzugsweise vorgesehen ist, weisen die Kolbenbunde eine annähernd tonnenförmige Außenkontur auf.The inventive design of guide surfaces is not only provided at Schlagwerkführungsflächen but also at Schlagkolbenführungsflächen. Preferably, the percussion piston here has at least one piston rod and at least one piston collar whose outer surfaces are designed as impact piston guide surfaces. In other words, the embodiment according to the invention is also applied to the guide surface of the piston or collars, wherein the guide surface is cylindrical in Schlagwerkgehäuse, but the guide surface at least one piston collar and at least towards one end, a decreasing diameter. Preferably, the diameter decreases parabolic in the axial direction and with a tangential transition to a region of constant diameter. Does the guide surface of the piston collar on both sides of a parabolic decreasing Diameter, which is preferably provided, have the piston collars on an approximately barrel-shaped outer contour.
Anders ausgedrückt weist vorzugsweise zumindest eine Schlagkolbenführungsfläche auf der dem Werkzeug abgewandten Seite einen äußeren Teilbereich auf, der einen sich nichtlinear verkleinernden Außendurchmesser besitzt, der vorzugsweise parabelförmig verläuft und/oder vorzugsweise in einen Teilbereich mit einem konstanten Durchmesser übergeht. Hierbei kann die Schlagkolbenführungsfläche zwei äußere Teilbereiche aufweisen, die in unterschiedlicher Orientierung sich nichtlinear verkleinernde Außendurchmesser aufweisen, die vorzugsweise parabelförmig verlaufen. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen den äußeren Teilbereichen ein Teilbereich mit einem konstanten Durchmesser angeordnet ist.In other words, preferably has at least one impact piston guide surface on the side facing away from the tool on an outer portion which has a non-linearly decreasing outer diameter, which preferably parabolic and / or preferably merges into a portion with a constant diameter. In this case, the impact piston guide surface may have two outer subregions which have nonlinearly decreasing outer diameters in a different orientation, which are preferably parabolic. According to a particularly preferred embodiment, provision is made for a partial region with a constant diameter to be arranged between the outer partial regions.
Darüber hinaus ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Schlagwerk eine Schlagwerkführungsfläche aufweist, die eine Kolbenstange führt, wobei ein Werkzeug mit dem äußeren Ende der Kolbenstange beaufschlagbar ist, und wobei der Innendurchmesser der Schlagwerkführungsfläche einen Teilbereich mit konstantem Durchmesser und zu dem äußeren Ende der Kolbenstange hinzeigend, einen Teilbereich mit einem sich parabelförmig vergrößernden Durchmesser aufweist und das zumindest eine Schlagkolbenführungsfläche einen Teilbereich mit konstantem Durchmesser und auf der dem Werkzeug abgewandten Seite einen äußeren Teilbereich aufweist, der einen parabelförmig verkleinernden Außendurchmesser aufweist.In addition, according to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the impact mechanism has a percussion guide surface, which guides a piston rod, wherein a tool with the outer end of the piston rod can be acted upon, and wherein the inner diameter of the percussion guide surface a portion of constant diameter and to the outer Indicates the end of the piston rod, a portion having a parabolic enlarging diameter and the at least one impact piston guide surface has a portion of constant diameter and on the side facing away from the tool has an outer portion having a parabolic outer diameter decreasing.
Weiterhin ist der Innendurchmesser der Stege innerhalb der Aufnahmebohrung für den Schlagkolben im Bereich der Dichtungen und der Druckausgleichsnut größer ausgeführt, als der kleinste Innendurchmesser des Führungsbereiches für die Kolbenstange und vorzugsweise größer als der größte Durchmesser des Führungsbereiches ausgelegt.Furthermore, the inner diameter of the webs within the receiving bore for the percussion piston in the region of the seals and the pressure equalization groove designed to be larger than the smallest inner diameter of the guide portion for the piston rod and preferably designed larger than the largest diameter of the guide portion.
Hiernach schließt sich an die Schlagwerkführungsfläche mindestens ein Bereich an, in dem umlaufende Nuten angeordnet sind, wobei die Stege zwischen den Nuten und der Bereich zwischen einer Nut und einem dahinter angeordneten Raum einen Innendurchmesser aufweisen, der größer ist als der kleine Innendurchmesser des Führungsbereichs.Thereafter, the percussion guide surface is adjoined by at least one region in which peripheral grooves are arranged, the webs between the grooves and the region between a groove and a space arranged behind it having an inner diameter which is greater than the small inner diameter of the guide region.
Konkrete Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 und 2:
- schematische Darstellungen eines Schlagwerks mit einem Schlagkolben,
- Fig. 3 :
- schematische Darstellung einer Schlagwerkführungsfläche,
- Fig. 4 bis 7:
- unterschiedliche Ausführungen von Schlagwerkführungsflächen,
- Fig. 8 und 9:
- unterschiedliche Darstellungen einer Schlagkolbenführungsfläche,
- Fig. 10:
- eine Detailansicht eines Schlagwerks und
- Fig. 11a bis 11d:
- unterschiedliche Detailansichten von Druckausgleichsnuten.
- 1 and 2:
- schematic representations of a striking mechanism with a percussion piston,
- 3:
- schematic representation of a percussion guide surface,
- 4 to 7:
- different designs of impactor guide surfaces,
- 8 and 9:
- different representations of a striking piston guiding surface,
- Fig. 10:
- a detailed view of a striking mechanism and
- 11a to 11d:
- different detail views of pressure equalization grooves.
Die Funktionsweise einer hydraulischen Schlagvorrichtung ist in den
Das Schlagwerk 3 besteht aus einem Schlagwerkgehäuse, in dem ein Schlagkolben 6 geführt ist. Das Schlagwerkgehäuse kann aus mehreren über Schrauben verbundenen Bauteilen bestehen, wie einem Zylinderdeckel, einem Zylinder und einer Meißelaufnahme, in dem der Meißel 7 über Lagerbuchsen 8 gelagert ist. Dargestellt ist nur die vereinfachte innere Kontur der Aufnahmebohrung des Schlagwerkgehäuses, in dem der Schlagkolben 6 geführt ist. In
Im normalen Betrieb drückt das Trägergerät das Schlagwerk in Richtung des zu bearbeitenden Materials 9, sodass sich das Schlagwerk über den im Gehäuse angeordneten Meißelanschlag 10 an einer Anlagefläche 11 des oberen Meißelendes abstützt und das untere Meißelende gegen das zu bearbeitende Material gedrückt wird.During normal operation, the carrier presses the percussion mechanism in the direction of the material 9 to be processed, so that the percussion mechanism is supported via the chisel stop 10 arranged in the housing against a
Während des normalen Betriebs schlägt der hydraulisch angetriebene Schlagkolben 6 am Ende jeden Schlaghubs auf das sich im Schlagwerk befindliche Ende des Meißels und überträgt seine kinetische Energie auf den Meißel. Die in den Meißel eingeleitete Energie bewirkt eine hohe Stoßkraft, die vom Meißel auf das Material übertragen wird und seine Zerstörung bewirkt.During normal operation, the hydraulically powered
Der Schlagkolben 6 besitzt zwei Kolbenstangen 15, 16 zwischen denen zwei Kolbenbunde 17, 18 angeordnet sind. Die Kolbenbunde 17, 18 bilden jeweils auf der zu der jeweiligen Stange zeigenden Seite entgegengerichtete, ringförmige Antriebsflächen 19, 20, die aufgrund unterschiedlicher Stangendurchmesser unterschiedliche Flächeninhalte aufweisen. Die untere Antriebsfläche 20, über die bei Druckbeaufschlagung der Rückhub ausgelöst wird, während dem sich der Schlagkolben nach oben, vom Meißel weg bewegt, ist ständig mit dem Pumpendruck beaufschlagt, der in der Druckleitung 1 während des Betriebs herrscht. Die obere Antriebsfläche 19, über die mittels Druckbeaufschlagung der Schlaghub ausgelöst wird während dem sich der Schlagkolben zum Meißel hin bewegt, wird abhängig von der Stellung eines Steuerventils 21 mit dem Pumpendruck beaufschlagt oder zum Tank entlastet, indem eine Verbindung entweder mit der Druckleitung oder Tankleitung hergestellt wird. Der Schlaghub ist möglich, da die obere ringförmige Antriebsfläche 19 einen größeren Flächeninhalt aufweist als die untere Fläche 20, so dass bei einer Beaufschlagung beider Flächen mit dem Pumpendruck eine resultierende, zum Meißel gerichtete Kraft auf den Schlagkolben 6 wirkt. Der sich bewegende Schlagkolben 6 verdrängt beim sogenannten Schlaghub das von der kleinen, unteren Antriebsfläche verdrängte Öl in Richtung der größeren oberen Antriebsfläche 19 des Schlagkolbens 6, zu der auch das von der Pumpe 4 kommenden Öl fließt. Beim Rückhub fließt das Öl von der Pumpe 4 ausschließlich in Richtung der flächenkleineren unteren Antriebsfläche 20, wohingegen das Öl von der flächengrößeren oberen Antriebsfläche 19 über eine Rücklaufdrossel 22, die für einen ruhigen Lauf des Hammers sorgt, zum Tank 5 abgeführt wird.The
Das Schlagwerk besitzt einen Gasspeicher 23, nämlich einen unter Gasdruck stehenden Raum, in den die obere Stange 15 des Kolbens hineinragt. Der Gasdruck in diesem Raum übt auf den Kolben eine in Richtung des Schlaghubes wirkende zusätzliche Kraft aus. Die andere, untere Stange ragt in einen sogenannten Schlagraum 29 herein, der mit der Atmosphäre verbunden ist.The striking mechanism has a
Das Steuerventil 21, das sich vorzugsweise im Zylinderdeckel, dem Zylinder oder einem an dem Zylinderdeckel oder Zylinder befestigten Ventilblock befindet, verbindet je nach Schaltstellung die flächenmäßig größere obere Antriebsfläche 19 entweder mit der Druckleitung 1, so dass dort der Betriebsdruck anliegt oder entlastet während des Rückhubs diese Fläche über die Tankleitung 2, zum Tank 5.The
Auch das Steuerventil 21 kann ähnlich zum Schlagkolben zwei Antriebsflächen besitzen, wobei eine erste Fläche 38, die Rückstellfläche, über die Druckleitung konstant mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist und eine dieser entgegengerichte, flächengrößere zweite Fläche 37, die Steuerfläche, wahlweise mit dem Pumpendruck beaufschlagt oder zum Tank 5 entlastet wird. Durch die unterschiedliche Größe der beiden Flächen kann das Steuerventil bei entsprechender Druckbeaufschlagung der Flächen in eine seiner Endlagen verschoben werden.Also, the
Die Steuerfläche 37 ist an eine Umsteuerleitung 24 angeschlossen, die so in die Aufnahmebohrung 25 einmündet, in der der Schlagkolben 6 geführt ist, dass sie abhängig von der Position des Schlagkolbens 6 mit dem Pumpendruck beaufschlagt oder zum Tank 5 entlastet wird. In der unteren Umkehrposition, in der der Schlagkolben wie in der
Bewegt sich der Schlagkolben 6 während des Rückhubs aus der unteren Umkehrposition nach oben, so verdeckt der untere Kolbenbund 18 zuerst die in die Aufnahmebohrung mündende Umsteuerleitung 24, um sie nach einem Kolbenweg, der den Nenn-Kolbenhub darstellt, nahe des oberen Umkehrpunktes zur unteren Antriebskammer 39 freizugeben. Da die untere Antriebskammer an die Druckleitung 1 angeschlossen ist, in der der Pumpendruck ansteht, wirkt dieser Pumpendruck nun auch in der Umsteuerleitung 24 und auf die Steuerfläche 37 des Steuerventils 21. Da die Steuerfläche 37 flächenmäßig größer ist als die Rückstellfläche 38, wirkt trotz gleichen Drucks auf beiden Flächen eine resultierende Kraft auf das Steuerventil, die es in die andere Endlage (Schlaghubposition) schaltet. Das Steuerventil verbindet nun über die Wechseldruckleitung 28 die obere Antriebsfläche 19 des Schlagkolbens mit der Druckleitung 1. Da die obere Antriebsfäche 19 flächenmäßig größer ist als die untere Antriebsfläche 20, wirkt trotz gleichen Drucks auf beiden Flächen eine resultierende Kraft auf den Schlagkolben, die ihn in Schlaghubrichtung und auf den Meißel beschleunigt. Während des Schlaghubs verdeckt der Kolben wieder die Umsteuerleitung und verbindet diese, wie oben beschrieben, über die Umfangsnut 26 wieder mit der Tankleitung 27, kurz bevor der Kolben auf den Meißel trifft. Anschließend erfolgt wieder ein Rückhub usw.Moves the
In der dargestellten Ausführung weist der Schlagkolben eine obere Kolbenstange 15, eine untere Kolbenstange 16 und zwei Kolbenbunde 17, 18 auf, zwischen denen eine Umfangsnut 26 angeordnet ist. Es ist auch möglich nur einen oder auch mehr als zwei Kolbenbunde zu verwenden und anstelle der Umfangsnut axial auf der Stange oder einem Kolbenbund oder mehreren Kolbenbunden angeordnete Nuten zu verwenden, oder radiale Bohrungen. Die Umfangsnut, Nuten oder Bohrungen sind erforderlich, um Steuerungsfunktionen zu übernehmen, wobei abhängig von der Position des Schlagkolbens relativ zum Schlagwerksgehäuse die im Schlagwerkgehäuse befindlichen umlaufenden Nuten oder Bohrungen über die auf dem Schlagkolben befindlichen Nuten oder Bohrungen miteinander verbunden oder getrennt werden.In the illustrated embodiment, the percussion piston on an
Der Schlagkolben oder die Zylinderbohrung des Gehäuses können umlaufende Druckausgleichsnuten aufweisen, um Öl gleichmäßig auf der Mantelfläche des Kolbens zu verteilen und so für einen Druckausgleich in Umfangsrichtung auf der Mantelfläche zu sorgen.The impact piston or the cylinder bore of the housing may have circumferential pressure equalization grooves to distribute oil evenly on the lateral surface of the piston and thus to provide a pressure equalization in the circumferential direction on the lateral surface.
Geführt wird der Schlagkolben über die Schlagkolbenführungsflächen 30 und 31 auf den Kolbenbunden 17, 18 und über die die Schlagkolbenführungsflächen 32 und 33 auf den Stangen 15 und 16, die einen etwas geringeren Außendurchmesser aufweisen als die Innendurchmesser der entsprechenden Schlagwerkführungsflächen 34 und 36 zur Führung der Stangen und der Schlagwerkführungsfläche 35 zur Führung der Kolbenbunde 17 und 18.The percussion piston is guided via the impact piston guide surfaces 30 and 31 on the
Weist der Schlagkolben mehr als zwei Führungsstellen auf, so lässt sich durch entsprechende Wahl der Innen- und Außendurchmesser der jeweiligen Führungsflächen festlegen, welche Führungsstellen die maximale Schrägstellung des Schlagkolbens in der Aufnahmebohrung begrenzen und welche maximale Schrägstellung zugelassen wird.If the percussion piston has more than two guide points, the inner and outer diameters of the respective guide surfaces can be selected by appropriate selection Determine which guide points limit the maximum inclination of the percussion piston in the receiving bore and which maximum inclination is permitted.
Die Aufnahmebohrung in dem Schlagwerkgehäuse kann - wie dargestellt - direkt die Schlagwerksführungsflächen für den Schlagkolben darstellen, es können aber alternativ auch hülsenförmige Führungsbuchsen verwendet werden, die mit geringem Spiel um den Schlagkolben angeordnet sind und mit ihren äußeren Mantelflächen in der Aufnahmebohrung des Schlagwerkgehäuses eingesetzt sind. Werden solche Führungsbuchsen zur Führung der Kolbenstangen eingesetzt, so können diese gleichzeitig umlaufende Nuten auf der inneren Mantelfläche aufweisen, in welche Dichtungen eingesetzt sind, um das Austreten von Gas oder Arbeitsfluid entlang der Kolbenstangen zu verhindern.The receiving bore in the impact mechanism housing can - as shown - directly represent the Schlagwerksführungsflächen for the percussion piston, but it may alternatively be used sleeve-shaped guide bushes which are arranged with little play around the percussion piston and are used with their outer lateral surfaces in the receiving bore of the striking mechanism housing. If such guide bushes are used to guide the piston rods, they may at the same time have circumferential grooves on the inner circumferential surface into which seals are inserted in order to prevent the escape of gas or working fluid along the piston rods.
Die Aufnahmebohrung weist im Bereich der Führung der unteren Kolbenstange 16 umlaufende Nuten auf. Die unterhalb der Schlagwerkführungsfläche 36 angeordnete Druckentlastungsnut 40 ist an die Tankleitung 2 angeschlossen, um Öl, welches von der unteren Antriebskammer kommend durch den Führungsspalt zwischen der Schlagkolbenführungsfläche 33 und Schlagwerkführungsfläche 36 hindurchströmt, zum Tank abzuführen.The receiving bore has in the region of the guide of the
Unterhalb der Druckentlastungsnut ist eine Dichtungsnut 41 angeordnet, in der sich eine nicht dargestellte Dichtung befindet, um den Austritt von Arbeitsfluid aus der unteren Antriebskammer in den Schlagraum 29 hinein zu verhindern. Zusätzlich zu der Dichtungsnut 41 können noch eine oder mehrere Dichtungsnuten unterhalb der Druckentlastungsnut zur Aufnahme einer zweiten Dichtung und zur Aufnahme eines Abstreifers angeordnet sein der den Eintritt von Schmutz aus dem Schlagraum in den Führungsbereich verhindert. Zwischen den Dichtungsnuten kann zusätzlich noch eine Druckentlastungsnut vorgesehen sein.Below the Druckentlastungsnut a
Die Druckentlastungsnut kann auch über eine Drossel an die Tankleitung oder die Druckleitung angeschlossen werden. Durch diese Druckentlastungsnut soll verhindert werden, dass die in der unteren Antriebskammer auftretenden Druckspitzen, die den Nenn-Betriebsdruck übersteigen können, auf die Dichtungen einwirken, was zu Beschädigung der Dichtungen führen könnte.The Druckentlastungsnut can also be connected via a throttle to the tank line or the pressure line. By this pressure relief groove to prevent ensure that the pressure peaks in the lower drive chamber, which may exceed the rated operating pressure, act on the seals, which could damage the seals.
Eine ähnliche Anordnung von Dichtungsnuten und Druckausgleichsnuten wird auch an der oberen Kolbenstange 15 angewendet, ist jedoch der Übersichtlichkeit halber, nicht dargestellt. Um den Führungsflächen an der oberen Kolbenstange während des Schlaghubs Öl zuzuführen, kann zwischen den Führungsflächen und der Dichtungen eine Druckentlastungsnut angeordnet sein, die entweder mit der Druckleitung oder der Tankleitung verbunden ist.A similar arrangement of sealing grooves and pressure equalizing grooves is also applied to the
Der Innendurchmesser der Bohrung im Stegbereiche 42 (
Eine gleichartige Ausführung kann an der oberen Kolbenstange angewendet werden, bei welcher der Durchmesser von Stegbereichen an Dichtungsnuten und Druckentlastungsnuten, die zwischen dem Führungsbereich 34 und dem Gasraum 23 angeordnet sind, im Durchmesser größer ausgeführt werden als der größte Durchmesser des Führungsbereiches.A similar embodiment can be applied to the upper piston rod, wherein the diameter of web portions of sealing grooves and pressure relief grooves, which are arranged between the
Aufgrund geringer Durchmesserunterschiede zwischen der jeweiligen Schlagkolbenführungsfläche und der ihr gegenüberliegende Schlagwerkführungsfläche entsteht bei konzentrischer Lage des Schlagkolbens zur Aufnahmebohrung entlang der Führungsflächen ein Spalt zwischen Schlagkolben und Schlagwerkgehäuse. Der Durchmesser der Schlagwerkgehäuseführungsfläche 34 ist so ausgeführt, dass sich der Innendurchmesser dieser Führungsfläche nach oben hin, d.h. zum oberen Ende der Schlagwerkführungsfläche hin vergrößert, wobei ein erster sich in axialer Richtung erstreckender Bereich einen konstanten Durchmesser aufweist und somit einen zylindrischen Führungsbereich darstellt. Der sich daran anschließende zweite Bereich weist einen sich parabelförmig vergrößernden Durchmesser auf, d.h. der Durchmesser verändert sich in dem zweiten Bereich nicht linear zum axialen Abstand von der Unterkante der Führung, bzw. von dem Übergang des zylindrischen zum sich erweiternden Führungsbereich, sondern überproportional.Due to small differences in diameter between the respective impact piston guide surface and the opposite Schlagwerkführungsfläche arises concentric position of the percussion piston to the receiving bore along the guide surfaces, a gap between the percussion piston and percussion gear housing. The diameter of the striking mechanism
Bei einem Querschnitt durch die Mittelachse der Führung ergibt der Verlauf der Innenkante der Schlagwerkführung im Bereich des sich erweiternden Führungsbereiches eine parabelförmige Linie, mit tangentialem Übergang zum zylindrischen Bereich.In the case of a cross section through the central axis of the guide, the course of the inner edge of the impact mechanism guide in the region of the widening guide region results in a parabolic line, with a tangential transition to the cylindrical region.
Die Schlagwerkführungsfläche 36 zur Führung der unteren Kolbenstange 16 ist ähnlich ausgeführt, wobei sich der Durchmesser zum unteren Ende der Schlagwerkführungsfläche hin vergrößert.The
Der Durchmesser der Schlagkolbenführungsfläche 30 an dem Bund 17 ist ebenfalls mit einem sich ändernden Durchmesser ausgeführt, wobei sich der Durchmesser von einem mittleren Bereich der Führungsfläche aus, zu beiden Enden des Kolbenbundes hin parabelförmig verringert. Dadurch weist der Bund eine im Wesentlichen tonnenförmige Außenkontur auf.The diameter of the impact
In allen Fällen wird durch den sich in axialer Richtung verändernden Durchmesser einer Führungsfläche ein Spalt zwischen den Führungsflächen erzeugt, der eine sich verändernde Spalthöhe aufweist, wobei sich die Spalthöhe zumindest zu einem Ende der Führungsfläche hin vergrößert. Durch die im Schlagwerk angeordneten Umfangsnuten, die hydraulisch angebunden sind und mit Öl gefüllt sind, ist der Spalt zwischen den Führungsflächen ebenfalls mit Öl gefüllt.In all cases, a gap between the guide surfaces, which has a changing gap height, is generated by the axially varying diameter of a guide surface, the gap height increasing at least towards one end of the guide surface. By arranged in the percussion circumferential grooves, which are hydraulically connected and filled with oil, the gap between the guide surfaces is also filled with oil.
Damit die Schlagkolbenführungsflächen und die entsprechende Schlagwerkführungsfläche nicht übermäßig verschleißen, was durch Kontakt zwischen den Führungsflächen auftreten kann, ist es erforderlich, dass sich zwischen den Führungsflächen ein ausreichend tragfähiger Öl-Schmierfilm ausbildet. Der Schmierfilm soll den Schlagkolben möglichst in der Aufnahmebohrung zentrieren und radial auf den Schlagkolben wirkende Kräfte aufnehmen, um eine reibungsarme und verschleißarme Bewegung des Schlagkolbens in der Aufnahmebohrung zu ermöglichen, ohne dass es zu einem direkten Kontakt zwischen dem Schlagkolben und den Schlagwerkgehäuse kommt.Thus, the impact piston guide surfaces and the corresponding percussion guide surface do not wear excessively, which may occur due to contact between the guide surfaces, it is necessary that forms a sufficiently viable oil lubricating film between the guide surfaces. The lubricating film is intended to center the percussion piston as far as possible in the receiving bore and to absorb forces acting radially on the percussion piston in order to allow a low-friction and low-wear movement of the percussion piston in the receiving bore, without resulting in direct contact between the percussion piston and the percussion mechanism housing.
Liegt bei einer zylindrischen Ausführung der Schlagkolbenführungsfläche und der Schlagwerkführungsfläche ein Spalt mit einer konstante Höhe vor, so kann vor allem bei niedrigen Relativgeschwindigkeiten, starken mechanischen Querbeschleunigungen des Schlagkolbens oder des Schlagwerkgehäuse oder anderen Querkräften, die Tragfähigkeit des Schmierfilms überschritten werden. Wird die Tragfähigkeit überschritten, so entsteht ein Kontakt zwischen den Führungsflächen, wodurch schneller Verschleiß der Komponenten auftritt, was zum schnellen Ausfall des Schlagwerks führt.If there is a gap with a constant height in a cylindrical embodiment of the impact piston guide surface and the striking mechanism guide surface, the carrying capacity of the lubricant film can be exceeded, especially at low relative speeds, strong mechanical transverse accelerations of the percussion piston or percussion mechanism housing or other transverse forces. If the carrying capacity is exceeded, a contact between the guide surfaces, whereby faster wear of the components occurs, resulting in rapid failure of the percussion mechanism.
Bewegen sich zwei gegenüberliegende Führungsflächen, die an beiden Enden Ölvolumina in Form von Nuten aufweisen gegeneinander, so bleibt an den Oberflächen der Führungsflächen Öl aufgrund der Adhäsionskräfte haften. Das anhaftende Öl wird mitgerissen und teilweise in den Spalt zwischen den Führungsflächen transportiert. Aufgrund von Kohäsionskräften innerhalb des Öls wird teilweise auch Öl, welches sich etwas von den Oberflächen beabstandet befindet, ebenfalls in den Spalt hineintransportiert.If two opposing guide surfaces, which have oil volumes in the form of grooves at both ends, move against each other, oil will adhere to the surfaces of the guide surfaces due to the adhesion forces. The adhering oil is entrained and partially transported into the gap between the guide surfaces. Due to cohesive forces within the oil, oil, which is slightly spaced from the surfaces, is also partially transported into the gap.
Bewegt sich der Schlagkolben in der Aufnahmebohrung des Schlagwerksgehäuses während des Rückhubs nach oben, so bleibt an der Schlagkolbenführungsfläche 33 Öl aufgrund der Adhäsionskräfte und von Reibung haften und wird vom Schlagkolben mitgerissen. Das mitgerissene Öl wird in den sich verengenden Spalt gefördert. Die Adhäsion und Reibung zwischen dem Öl und der Schlagwerkführungsfläche wirken einem Zurückfließen des Öls in Richtung Druckausgleichsnut 40 entgegen, wodurch sich in dem Spalt ein Druck aufbaut.Moves the percussion piston in the receiving bore of the percussion mechanism housing during the return stroke up, so remains on the impact
Der Druckverlauf innerhalb des Spaltes ist von dem Druckunterschied zwischen den Ölvolumina vor und hinter dem Spalt, der Geometrie der Führungsflächen und der Bewegungsgeschwindigkeit des Schlagkolbens abhängig. Der Druck des Öls im Spalt bewirkt eine radiale, über den Umfang wirkende Kraft auf den Kolben, welche eine Zentrierung des Schlagkolbens in der Aufnahmebohrung bewirkt.The pressure profile within the gap is dependent on the pressure difference between the oil volumes before and after the gap, the geometry of the guide surfaces and the speed of movement of the percussion piston. The pressure of the oil in the gap causes a radial force acting on the circumference on the piston, which causes a centering of the percussion piston in the receiving bore.
Da das Druckniveau durch die oben beschriebene Ausführung der Geometrie der Führungsflächen im Vergleich zu rein zylindrischen Führungsflächen angehoben wird, nimmt die Tragfähigkeit des Ölfilms im Spalt zu, da der Öldruck eine stärkere radiale Kraft auf den Schlagkolben ausübt, um ihn auf Abstand zum Schlagwerkgehäuse zu halten. Ein Kontakt zwischen Schlagkolben und Schlagwerkgehäuse wird wirkungsvoll verhindert und der Verschleiß der Bauteile wesentlich reduziert.Since the pressure level is increased by the above-described embodiment of the geometry of the guide surfaces compared to purely cylindrical guide surfaces, the load capacity of the oil film increases in the gap, since the oil pressure exerts a stronger radial force on the percussion piston to keep it at a distance from the striking mechanism housing , A contact between percussion piston and impact mechanism housing is effectively prevented and the wear of the components significantly reduced.
Zusätzlich wird durch den sich parabelförmig erweiternden Durchmesser des Schlagwerkführungsfläche 36 erreicht, dass sich bei eine Schiefstellung des Schlagkolbens, bei der die Achse des Schlagkolbens nicht mehr parallel zur Achse der Aufnahmebohrung des Schlagwerkgehäuses verläuft, die untere Kolbenstange nicht nur an der unteren Innenkante der Schlagwerkführung 36 zur Anlage kommt, wodurch eine punkt- bzw. linienförmige Kontaktstelle entstehen würde, sondern an einer größeren Fläche zur Anlage kommt. Diese größere Kontaktfläche entsteht durch die parabelförmige Geometrie, durch welche die Kolbenstange an einer leicht gewölbten Fläche der Schlagwerkführungsfläche zur Anlage kommt. Dadurch werden die Flächenpressung und der Verschleiß an der Kontaktstelle deutlich reduziert.In addition, is achieved by the parabolic widening diameter of the striking
Eine wie oben beschriebene überproportionale Durchmesseränderung kann an allen Führungsflächen 30, 31 des Schlagkolbens und an den Schlagwerkführungsflächen 34, 35, 36 ausgeführt werden, wobei es möglich ist, eine Durchmesseränderung nur an einer Seite des Spaltes vorzusehen, wie es an den Führungsflächen 34 und 36 dargestellt ist oder an beiden Seiten der Führungsfläche, wie es am Kolbenbund 17 gezeigt ist. Wird die Durchmesseränderung an den Schlagkolbenführungsflächen vorgesehen, so wird die Durchmesseränderung so ausgeführt, dass der Außendurchmesser zumindest zu einem Ende der Führungsfläche hin abnimmt, im Gegensatz zu der Durchmesseränderung an den Schlagwerkführungsflächen, an denen der Innendurchmesser zumindest zu einem Ende hin zunimmt.A disproportionate change in diameter as described above can be performed on all guide surfaces 30, 31 of the percussion piston and on the percussion guide surfaces 34, 35, 36, wherein it is possible to provide a change in diameter only on one side of the gap, as on the guide surfaces 34 and 36th is shown or on both sides of the guide surface, as it is on the piston collar 17th is shown. If the diameter change is provided on the impact piston guide surfaces, the change in diameter is carried out so that the outer diameter decreases at least toward one end of the guide surface, in contrast to the diameter change on the impactor guide surfaces where the inner diameter increases at least toward one end.
Der Kolbenbund 18 ist in
Unabhängig von der Ausführung der Durchmesseränderung können die äußeren Enden der Führungsbereiche sowie die Übergänge zwischen den zylindrischen Führungsbereichen und den Bereich mit erweitertem Durchmesser mit Radien versehen sein, wodurch scharfe Kanten, bzw. eckige Übergänge an Durchmesseränderungen vermieden werden (in
Auch der Verschleiß der Führungsflächen des Meißels 7 und der Lagerbuchsen 8 kann durch parabelförmige Durchmesseränderungen an den Innenführungsflächen der Lagerbuchsen reduziert werden. Die Durchmesser an dem jeweils zu einem Meißelende zeigenden Ende der Lagerbuchsen vergrößern sich vorzugsweise parabelförmig, mit abnehmendem Abstand zu dem jeweiligen Ende der Lagerbuchse. Bei einer Schrägstellung des Meißels in den Buchsen, liegt der Meißel nicht mehr an den jeweils äußeren Kanten der Lagerbuchsen an, sondern an dem Bereich mit sich parabelförmig vergrößerndem Durchmesser, was die Kontaktfläche vergrößert und die Flächenpressung und den Verschleiß reduziert.Also, the wear of the guide surfaces of the
Die horizontale Koordinatenachse 47 entspricht der Symmetrieachse des Schlagkolbens und der Aufnahmebohrung des Schlagwerkgehäuses. Der vertikale Abstand zwischen der horizontalen Koordinatenachse und den dicken Konturlinien der Schlagkolbenführungsfläche 33, bzw. der Schlagwerkführungsfläche 36 stellt den Radius des Schlagkolbens, bzw. der Aufnahmebohrung des Schlagwerkgehäuses dar.The horizontal coordinate
Auf der horizontalen Koordinatenachse ist die axiale Erstreckung des Führungsbereiches und auf der vertikalen Achse der Durchmesser dargestellt. Die Radien, die Durchmesser, die Durchmesseränderung, die Spalthöhe, die axiale Erstreckung der Führungsflächen und die Position des Übergangs vom zylindrischen Bereich zum sich erweiternden Bereich entsprechen nicht den in der Praxis sinnvollen Werten, sondern sind zur besseren Darstellung des Erfindungsgedankens nicht maßstabsgetreu wiedergegeben.On the horizontal coordinate axis, the axial extent of the guide area and on the vertical axis of the diameter is shown. The radii, the diameter, the change in diameter, the gap height, the axial extent of the guide surfaces and the position of the transition from the cylindrical portion to the widening portion do not correspond to the practical meaningful values, but are not reproduced to scale the invention idea to scale.
Die obere dicke Linie zeigt die Kontur der Schlagwerkführungsfläche 36 zwischen der unteren Antriebskammer 39 und der Druckentlastungsnut 40. Innerhalb eines axialen Bereiches Z ist die Schlagwerkführungsfläche zylindrisch ausgeführt, d.h. der Durchmesser DZ, bzw. der Abstand der Linie zur horizontalen Koordinatenachse ist bis zum Übergangspunkt 46 konstant. Innerhalb des Bereiches L nimmt der Durchmesser der Schlagwerkführungsfläche 36 linear zum Abstand vom Übergangspunkt 46 hin zu und erreicht am Ende der Schlagwerkführungsfläche seinen maximalen Wert DM.The upper thick line shows the contour of the
Die untere dicke Linie stellt die Kontur der Schlagkolbenführungsfläche 33 dar und weist den Durchmesser DK auf, der zumindest innerhalb des Bereiches der Schlagwerkführungsfläche 36 konstant ist.The lower thick line represents the contour of the impact
Die Spalthöhe ergibt sich aus der Hälfte der Differenz der Durchmesser der Schlagwerkführungsfläche und der Schlagkolbenführungsfläche und ist im Bereich Z mit H gekennzeichnet und erreicht am rechten Ende der Schlagwerkführungsfläche den maximalen Wert HM.The gap height results from the half of the difference of the diameter of the striking mechanism guide surface and the impact piston guide surface and is marked in the area Z with H and reaches the maximum value HM at the right end of the striking mechanism guide surface.
Die Konturen der Bereiche außerhalb der Schlagwerkführungsfläche, wie die der Druckentlastungsnut 40 oder der unteren Antriebskammer 39 sind hier nicht dargestellt und können Durchmesser aufweisen, die größer als der Durchmesser DM bzw. DZ sind.The contours of the areas outside the percussion guide surface, such as the
Der Schlagkolben weist auch seitlich des dargestellten Bereiches zumindest über eine begrenzte Länge einen konstanten Durchmesser DK auf.The percussion piston also has a constant diameter DK at least over a limited length laterally of the area shown.
Der Pfeil 44 kennzeichnet die Bewegung des Schlagkolbens, während derer die dargestellte Ausführung der Führungsflächen eine Verbesserung der Tragfähigkeit des Schmierfilms bewirkt. Der Schlagkolben bewegt sich parallel zur horizontalen Koordinatenachse, in Richtung auf den sich verengenden Spalt 49 zu. Aufgrund der Adhäsionskräfte und Reibung bleibt Öl an der Oberfläche der Schlagkolbenführungsfläche haften und wird in Pfeilrichtung 45 mitgeschleppt. Kohäsionskräfte innerhalb des Öls sorgen dafür, dass auch Öl mitgeschleppt wird, das sich weiter weg von der Schlagkolbenführungsfläche befindet. Nahe der Schlagkolbenführungsfläche ist die Geschwindigkeit mit der sich das Öl in Pfeilrichtung bewegt hoch, nimmt aber mit größer werdendem Abstand zur Schlagkolbenführungsfläche hin ab. Da die Spalthöhe in Pfeilrichtung abnimmt, staut sich das so mitgeschleppte Öl in dem Spalt, was zu einem Anstieg des Drucks führt, der die Tragfähigkeit des im Spalt befindlichen Ölfilms und die zentrierende Wirkung aufgrund der durch den Öldruck erzeugten radial auf den Schlagkolben wirkenden Kraft erhöht.The
Bei der Ausführungsform nach
Die Durchmesseränderung im Bereich P ergibt sich aus:
- DZ = Durchmesser der Schlagwerkführungsfläche im zylindrischen Bereichs der Führungsfläche,
- k= Konstanter Faktor, der abhängig von der axialen Erstreckung des erweiterten Führungsbereiches P gewählt wird. Dieser Faktor beeinflusst, wie stark sich der Durchmesser pro axialer Lageänderung a verändert.
- a= axialer Abstand einer senkrecht zur Symmetrieachse liegenden Ebene zum Übergangspunkt 46, wobei die Ebene innerhalb des Bereiches P liegt.
- DZ = diameter of the percussion guide surface in the cylindrical area of the guide surface,
- k = Constant factor which is selected as a function of the axial extent of the extended guide region P. This factor influences how much the diameter changes per axial change of position a.
- a = axial distance of a plane perpendicular to the axis of symmetry plane to the
transition point 46, wherein the plane is within the range P.
Die Länge des Bereiches P dividiert durch die Gesamtlänge des Führungsbereiches (Z +P) beträgt bei der dargestellten Ausführung 0,5. Der Führungsbereich kann auch einen durchgehend parabelförmig vergrößernden Durchmesser aufweisen, jedoch hat sich ein Verhältnis von 0,3 bis 0,9, vorzugsweise von 0,5 bis 0,7 als bevorzugte Ausführung herausgestellt.The length of the area P divided by the total length of the guide area (Z + P) is 0.5 in the illustrated embodiment. The guide portion may also have a continuous parabolic enlarging diameter, but a ratio of 0.3 to 0.9, preferably 0.5 to 0.7, has been found to be the preferred embodiment.
Der Betrag der Differenz zwischen dem Durchmesser DZ im Bereich Z mit konstantem Durchmesser und dem Durchmesser DM am Ende des Bereiches, an dem die Durchmesseränderung ihr Maximum erreicht, beträgt 0,01 mm bis 0,08 mm, vorzugsweise 0,02 mm bis 0,05 mm.The amount of the difference between the diameter DZ in the region Z of constant diameter and the diameter DM at the end of the range at which the diameter change reaches its maximum is 0.01 mm to 0.08 mm, preferably 0.02 mm to 0, 05 mm.
Der Faktor k kann nach der Formel
Bei der Ausführungsform nach
Der Übergang zwischen dem zylindrischen zum linear sich vergrößernden Durchmesser kann im Bereich des Übergangspunktes 48 mit einem Radius versehen werden, sodass in dem Verlauf der Kontur keine Ecke, bzw. Kante entsteht, sondern sich ein tangentialer Übergang ergibt.The transition between the cylindrical to linearly increasing diameter can be provided in the region of the
Es ist auch möglich die Durchmesseränderung des Führungsbereiches so auszuführen, dass sich an den Bereich Z mit konstantem Durchmesser der Schlagwerkführungsfläche ab dem Übergangspunkt 48 ein Bereich P mit parabelförmig vergrößerndem Durchmesser und ab dem zweiten Übergangspunkt 50 ein Bereich L mit linear vergrößerndem Durchmesser anschließt.It is also possible to carry out the change in diameter of the guide region such that a region P with a parabolic enlarging diameter adjoins the area Z of constant diameter of the percussion guide surface from the
Durch den parabelförmigen Verlauf der Kontur der Schlagwerkführungsfläche im Bereich P, kommt es bei einer Schiefstellung nicht zu einem Kontakt der äußeren, eckigen Kante der Schlagwerkführungsfläche 36 mit der Schlagkolbenführungsfläche 33, sondern der Kontaktbereich 51 liegt in dem parabelförmigem Bereich P. Durch diese parabelförmige Verrundung im Bereich P wird die Kontaktfläche vergrößert, wodurch die Flächenpressung im Kontaktbereich erheblich reduziert wird, was Beschädigungen und den Verschleiß der Führungsflächen stark reduziert. Bei einer rein zylindrischen Ausführung der Schlagwerkführungsfläche würde die äußere spitze Kante der Schlagwerkführungsfläche zur Anlage an der Schlagkolbenführungsfläche kommen, so dass hohe Flächenpressungen und Verschleiß die Folge wären. Auch bei einer linearen Durchmesseränderung anstelle der einer parabelförmigen, wie in
Die konkrete Ausführungsform nach
Bewegt sich der Schlagkolben in Richtung des Pfeils 44, so bewirkt der parabelförmige Bereich P2 - und in der entgegengesetzten Bewegungsrichtung entsprechend Pfeil 54 der parabelförmige Bereich P1 - einen verbesserten Druckaufbau in dem Spalt zwischen den Führungsflächen, indem Öl von der Oberfläche der Schlagkolbenführungsfläche in den sich in der entsprechenden Bewegungsrichtung verengenden Spalt hineintransportiert wird. An den äußeren Enden der Führungsfläche, an denen sich die Druckausgleichsnut oder die untere Antriebskammer anschließt und der Durchmesser sich deutlich ändert, können zusätzlich Fasen 55 oder Radien 56 vorgesehen sein, die beispielhaft durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Durch diese Fasen oder Radien wird der Einbau des Schlagkolbens in die Aufnahmebohrung des Schlagwerkgehäuses erleichtert, da sie als Einführhilfen dienen und den Schlagkolben bei geringem seitlichem Versatz zu dem Schlagwerkgehäuse zentrieren. Weiterhin verringern diese Radien oder Fasen die Gefahr, dass die ohne Radien oder Fasen vorhandenen scharfen Kanten bei Belastungen beschädigt und abplatzen würden. Die axiale Erstreckung der Fasen oder Radien ist kleiner als die axiale Erstreckung des parabelförmigen Bereiches P. Entgegen der Darstellung ist der Durchmesserunterschied innerhalb des Bereiches der Fasen oder der Radien größer als der Durchmesserunterschied innerhalb des parabelförmigen Bereiches P.When the percussion piston moves in the direction of the
Dargestellt sind die Konturen der Schlagkolbenführungsfläche 30 und der Schlagwerkführungsfläche 35, wobei die Darstellung ein Schnitt durch die Schlagkolbenachse 52 ist und nur eine Hälften der zur Schlagkolbenachse 52 symmetrischen Konturen gezeigt ist. Die Konturen geben nur einen in Richtung der Schlagkolbenachse begrenzten Ausschnitt wieder.Shown are the contours of the impact
Der vertikale Abstand zwischen der Schlagkolbenachse, bzw. Symmetrieachse 52 und den dicken Konturlinien der Schlagkolbenführungsfläche 30, bzw. der Schlagwerkführungsfläche 35 stellt den Radius des Schlagkolbens bzw. der Aufnahmebohrung des Schlagwerkgehäuses dar.The vertical distance between the impact piston axis or
Auf der horizontalen Koordinatenachse ist die axiale Erstreckung des Führungsbereiches dargestellt. Die Radien, die Durchmesser, die Durchmesseränderung, die Spalthöhe, die axiale Erstreckung der Führungsflächen und die Position der Übergänge vom zylindrischen Bereich Z zu den sich erweiternden Bereichen P1, P2 entsprechen nicht den in der Praxis sinnvollen Werten. Vielmehr sind die Werte zur besseren Darstellung nicht-maßstabsgetreu und vergrößert abgebildet.On the horizontal coordinate axis, the axial extent of the guide area is shown. The radii, the diameters, the change in diameter, the gap height, the axial extension of the guide surfaces and the position of the transitions from the cylindrical region Z to the widening regions P1, P2 do not correspond to the practical values. Rather, the values for better representation are not true to scale and shown enlarged.
Die unter dicke Linie stellt die Kontur der Schlagwerkführungsfläche 35 dar, innerhalb eines Teilbereiches zwischen der oberen Antriebskammer 53 und der unteren Antriebskammer 39. Innerhalb dieses Bereiches weist die Schlagwerkführungsfläche einen konstanten Durchmesser DG auf.The thick line represents the contour of the
Die obere dicke Linie stellt die Kontur der Schlagkolbenführungsfläche 30, im Bereich des oberen Kolbenbundes 17 dar.The upper thick line represents the contour of the impact
Innerhalb eines mittleren axialen Bereiches Z ist die Schlagkolbenführungsfläche zylindrisch ausgeführt, d.h. der Durchmesser DZ, bzw. der Abstand der Linie zur Symmetrieachse ist bis zu den beiden Übergangspunkten 46 konstant. Innerhalb der Bereiche P1, P2 nimmt der Außendurchmesser der Schlagkolbenführungsfläche überproportional zum Abstand von den Übergangspunkten 46 hin ab und erreicht an den Enden der Schlagwerkführungsfläche seinen minimalen Durchmesser DM. Die Spalthöhe ergibt sich aus der Hälfte der Differenz zwischen dem Durchmesser der Schlagwerkführungsfläche und der Schlagkolbenführungsfläche und ist im Bereich Z mit H gekennzeichnet. An den äußeren Enden der Schlagkolbenführungsfläche nimmt die Spalthöhe den maximalen Wert HM an.Within a central axial region Z, the impact piston guide surface is cylindrical, i. the diameter DZ, or the distance of the line to the axis of symmetry is constant up to the two
An dem rechts dargestellten Ende der Schlagkolbenführungsfläche 30 des Kolbenbundes 17 schließt sich die obere Kolbenstange 15 an, die in die obere Antriebskammer 53 hineinragt, in der die obere Antriebsfläche 19 liegt. An dem linken Ende schließt sich die Umfangsnut 26 an.At the end of the impact
Die Durchmesseränderung in den Bereichen P1, P2 ergibt sich aus der Formel:
- DZ = Durchmesser des zylindrischen Bereiches der Schlagkolbenführungsfläche
- k= Konstanter Faktor, der abhängig von der axialen Erstreckung des sich erweiternden Führungsbereiches P gewählt wird. Dieser Faktor beeinflusst, wie stark sich der Durchmesser pro axialer Lageänderung a verändert.
- a= axialer Abstand einer senkrecht zur Symmetrieachse liegenden Ebene zum Übergangspunkt 46, wobei die Ebene innerhalb des Bereiches P liegt.
- DZ = diameter of the cylindrical portion of the impact piston guide surface
- k = Constant factor which is selected as a function of the axial extension of the expanding guide region P. This factor influences how much the diameter changes per axial change of position a.
- a = axial distance of a plane perpendicular to the axis of symmetry plane to the
transition point 46, wherein the plane is within the range P.
Die Länge der Bereiche P1, P2 dividiert durch die Gesamtlänge des Führungsbereiches (Z +P1 + P2) beträgt bei der gezeigten Ausführung ca. 0,27. Ein Verhältnis der Länge des Bereiches P zur Gesamtlänge des Schlagkolbenführungsbereiches von 0,1 bis 0,4, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3 hat sich als bevorzugte Ausführung herausgestellt.The length of the regions P1, P2 divided by the total length of the guide region (Z + P1 + P2) is approximately 0.27 in the illustrated embodiment. A ratio of the length of the region P to the total length of the impact piston guide region of 0.1 to 0.4, preferably from 0.2 to 0.3 has proved to be a preferred embodiment.
Der Betrag der Differenz zwischen dem Durchmesser DZ im Bereich Z mit konstantem Durchmesser und dem Durchmesser DM am äußeren Ende des Bereiches P, an dem die Durchmesseränderung ihr Maximum erreicht, beträgt 0,005 mm bis 0,03 mm, vorzugsweise 0,01 mm bis 0,02 mm.The amount of the difference between the diameter DZ in the region Z of constant diameter and the diameter DM at the outer end of the region P at which the diameter change reaches its maximum is 0.005 mm to 0.03 mm, preferably 0.01 mm to 0, 02 mm.
Der Faktor k ergibt sich aus
Der Pfeil 44 kennzeichnet die Rückhubbewegung des Schlagkolbens und somit des Kolbenbundes 17 parallel zur Symmetrieachse, während derer die parabelförmige Kontur innerhalb des Bereiches P2 eine Verbesserung der Tragfähigkeit des Schmierfilms bewirkt. Aufgrund der Adhäsionskräfte bleibt in dem Spalt befindliches Öl an der Oberfläche der Schlagwerkführungsfläche, die sich relativ zum Schlagkolben bewegt, haften und wird entgegen der Pfeilrichtung 44 in den sich verengenden Schmierspalt hineingezogen, was zu einem Ansteigen des Druckes innerhalb des Spaltes führt. Dieser erhöhte Öldruck im Spalt führt zu einer verbesserten Tragfähigkeit des Öl-Schmierfilms und verbessert die zentrierende Wirkung aufgrund der durch den erhöhten Öldruck erzeugten, radial auf den Schlagkolben wirkenden Kraft. Anstelle der parabelförmigen Kontur kann die Kontur analog zu der Ausführung nach
Die Ausführungsform nach
Bei der Darstellung sind zum Zwecke der besseren Darstellung die Schrägstellung sowie die Durchmesseränderung nicht maßstabsgetreu, sondern stark überhöht dargestellt und entsprechen nicht den in der Praxis sinnvollen Werten.In the illustration, for the purpose of better illustration, the skew and the change in diameter are not true to scale, but shown greatly exaggerated and do not correspond to the practical meaningful values.
Durch den parabelförmigen Verlauf der Kontur der Schlagkolbenführungsfläche im Bereich P, bei dem sich der Durchmesser des Schlagkolbenführungsfläche zum äußeren Ende der Schlagkolbenführungsfläche hin zunehmend reduziert, kommt es bei einer Schrägstellung nicht zu einem Kontakt der äußeren eckigen Kante der Schlagkolbenführungsfläche mit der Schlagwerkführungsfläche, sondern der Kontaktbereich liegt in dem parabelförmigen Bereich P. Durch diese parabelförmige Verrundung im Bereich P wird die Kontaktfläche vergrößert, wodurch die Flächenpressung im Kontaktbereich erheblich reduziert wird, was Beschädigungen und den Verschleiß der Führungsflächen dadurch stark reduziert. Bei einer rein zylindrischen Ausführung der Schlagkolbenführungsfläche würde die äußere spitze Kante zur Anlage kommen, womit hohe Flächenpressungen und Verschleiß die Folge wären. Auch bei einer linearen anstelle einer parabelförmigen Durchmesseränderung, ähnlich der Kontur nach
Es ist auch möglich die Durchmesseränderung an der Schlagkolbenführungsfläche, insbesondere mit einem parabelförmigen Verlauf, nur an den jeweils zu den Kolbenstangen zeigenden Enden der jeweiligen Schlagkolbenführungsflächen vorzusehen. So könnte bei der dargestellten Ausführung am Bund 17 beispielsweise nur an dem zur Stange 15 zeigenden Ende (im Bereich P2) eine Durchmesseränderung ausgeführt werden.It is also possible to provide the change in diameter on the impact piston guide surface, in particular with a parabolic course, only at the respective ends of the respective impact piston guide surfaces which point to the piston rods. Thus, in the illustrated embodiment, a change in diameter could be performed on the
In
Die Schlagkolbenführungsflächen an den Kolbenbunden 17, 18 und die Schlagwerkführungsflächen können umlaufende Druckausgleichsnuten aufweisen, wobei es auch möglich ist, dass sowohl Schlagkolbenführungsflächen und auch Schlagwerkführungsflächen mit Druckausgleichsnuten ausgeführt werden. Diese Druckausgleichsnuten können auch in den Bereichen L oder P angeordnet sein, in denen sich der Durchmesser der Führungsfläche linear oder parabelförmig ändert.The impact piston guide surfaces on the
Weiterhin dargestellt sind in Schlaghubrichtung gesehen eine hinter dem Führungsbereich liegende Druckentlastungsnut 40 und drei Dichtungsnuten 41.Also shown are in Schlaghubrichtung seen behind the guide area
Die
Die Symmetrieachse der Aufnahmebohrung ist nicht dargestellt, verläuft aber horizontal oberhalb der dargestellten Kontur, ebenso wie die Schlagkolbenführungsfläche, die nicht dargestellt ist, aber horizontal zwischen der Symmetrieachse und der Schlagwerkführungsfläche 36 liegt.The symmetry axis of the receiving bore is not shown, but extends horizontally above the contour shown, as well as the impact piston guide surface, which is not shown, but lies horizontally between the axis of symmetry and the striking
Der Übergang von der Schlagwerkführungsfläche zu den Nutflankenflächen ist so ausgeführt, dass sich der Durchmesser der Schlagwerkführungsfläche nahe der Druckausgleichsnut mit abnehmendem Abstand zu den Nutflankenflächen hin vergrößert. Durch diese Durchmesseränderung kann der Übergang die Form einer Schräge mit linearem Verlauf und geringer Neigung, einer Schräge mit parabelförmigem Verlauf, einer Fasen oder eines Radius annehmen, wobei auch Kombinationen von Fasen oder Radien mit Schrägen möglich sind.The transition from the percussion guide surface to the Nutflankenflächen is designed so that increases the diameter of the percussion guide surface near the Druckausgleichsnut with decreasing distance to the Nutflankenflächen out. As a result of this change in diameter, the transition can take the form of a slope with a linear course and a slight inclination, a slope with a parabolic course, a chamfer or a radius, combinations of chamfers or bevels with bevels being also possible.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungen von Druckausgleichsnuten zeigen Druckausgleichsnuten auf der Schlagwerkführungsfläche 36. Gleiche Ausführungen lassen sich auch auf den Schlagwerkführungsflächen 34 und 35 und den Schlagkolbenführungsflächen 32 und 33 ausführen, jedoch vorzugsweise auf den Schlagkolbenführungsflächen 30 und 31.The embodiments of pressure compensation grooves described below show pressure equalization grooves on the
Der Querschnitt einer Druckausgleichsnut 58 gemäß
Die Schrägen unterstützen den Druckaufbau in dem Schmierspalt zwischen der Schlagwerkführungsfläche und der Schlagkolbenführungsfläche und verhindern weiterhin Beschädigungen der empfindlichen Nutkanten 61, da sie durch die Schrägen geringfügig zur Schlagkolbenführungsfläche beabstandet sind. Die Nut ist symmetrisch aufgebaut, sodass die Kontur der Schrägen auf beiden Seiten der Druckausgleichsnut vorhanden ist. Es kann auch nur eine Seite mit einer Schräge ausgeführt werden. Die Schrägen lassen sich auch mit einer parabelförmigen Kontur mit tangentialem Übergang zu der Schlagwerkführungsfläche ausführen.The bevels support the build-up of pressure in the lubrication gap between the percussion guide surface and the impact piston guide surface and further prevent damage to the sensitive groove edges 61 since they are slightly spaced from the impact piston guide surface by the bevels. The groove is symmetrical, so that the contours of the bevels on both sides of the pressure equalization groove is present. It can also be performed only one side with a slope. The slopes can also be performed with a parabolic contour with a tangential transition to the percussion guide surface.
Der Radius am Nutgrund beträgt zwischen 0,75 mm und 1,75 mm, der Abstand zwischen den Nutflanken beträgt zwischen 1,5 mm und 3,5 mm. Die Nuttiefe beträgt zwischen 0,8 mm und 3 mm.The radius at the groove bottom is between 0.75 mm and 1.75 mm, the distance between the groove flanks is between 1.5 mm and 3.5 mm. The groove depth is between 0.8 mm and 3 mm.
Im Vergleich hierzu ist bei der Ausführungsform nach
Kavitation bezeichnet den Vorgang, wenn bspw. an von schnell fließendem Öl umströmten Kanten Verwirbelungen entstehen, die lokal einen starken Druckabfall erzeugen, sodass sich in dem Öl Gasblasen bilden können. Gelangen diese Gasblasen in Bereiche mit höherem Druck, kollabieren diese Gasblasen wieder, wodurch die Flüssigkeit um die Gasblasen herum sehr stark beschleunigt wird. Findet das Kollabieren der Gasblasen nahe von Bauteiloberflächen, insbesondere von eckigen Kanten statt, kann das beschleunigte Öl so hart auf die Bauteiloberflächen treffen, dass diese beschädigt werden.Cavitation refers to the process when, for example, eddies are created on edges around which fast flowing oil flows, which generate a strong pressure drop locally, so that gas bubbles can form in the oil. If these gas bubbles reach areas of higher pressure, these gas bubbles collapse again, which accelerates the liquid around the gas bubbles very much. If the collapse of the gas bubbles takes place close to component surfaces, in particular of angular edges, the accelerated oil can hit the component surfaces so hard that they are damaged.
Im Vergleich zur Ausführung nach
Schließlich weist die Ausführungsform nach
Claims (12)
- An impact tool with an impact mechanism housing having a receiving bore in which an impact piston (6) is mounted such that it is movable along the longitudinal axis, wherein at least one impact mechanism guide surface (34, 36) having an inner diameter is formed in the receiving bore and at least one impact piston guide surface (30, 31) having an outer diameter is formed on the impact piston (6), wherein the impact mechanism guide surface (34, 36) has in the axial direction at least in regions an inner diameter that increases non-linearly,
characterized in that
the non-linear increase in the inner diameter of the guide impact mechanism guide surface (34, 36) is parabolic in design. - The impact tool as claimed in claim 1 characterized in that the inner diameter of the impact mechanism guide surface (34, 36) has a diameter that increases non-linearly toward at least one of the ends.
- The impact tool as claimed in claim 2 characterized in that the impact mechanism guide surface (34, 36) guides a piston rod (15, 16) wherein the inner diameter of the impact mechanism guide surface (34, 36) has a diameter that increases non-linearly toward the outer end of the piston rod.
- The impact tool as claimed in one of claims 1 to 3 characterized in that the impact mechanism guide surface (34, 36) has several partial regions wherein one partial region (P) has a non-linearly changing inner diameter that merges into one partial region (Z) with a constant inner diameter.
- The impact tool as claimed in one of claims 1 to 4 characterized in that at the end of the partial region (P) having the largest diameter there is a partial region (L) arranged with a linearly widening inner diameter, and at the end of the partial region (P) having the smallest diameter there is a partial region (Z) arranged with a constant diameter.
- The impact tool as claimed in one of claims 1 to 4 characterized in that the impact mechanism guide surface (34, 36) has on each side partial regions (P1, P2) that have partial regions widening non-linearly in different orientation, wherein the partial regions (P1) and (P2) are preferably connected to one another via a partial region (Z) with a constant diameter.
- The impact tool as claimed in claim 1 characterized in that the impact piston (6) has at least one piston rod (15, 16) and at least one piston collar (17, 18) whose outside surfaces are designed as impact piston guide surfaces (30, 31).
- The impact tool as claimed in claim 7 characterized in that at least one impact piston guide surface (30, 31) has on the side facing away from the tool an outer partial region (P2) having a non-linearly decreasing outer diameter that preferably runs parabolically and/or preferably changes into a partial region (Z) with a constant diameter.
- The impact tool as claimed in claim 8 characterized in that the impact piston guide surface (30, 31) has two outer partial regions (P1, P2) that have outer diameters that decrease non-linearly in different orientation and preferably run parabolically.
- The impact tool as claimed in one of claims 7 to 9 characterized in that a partial region (Z) with a constant, diameter is arranged between the outer partial regions (P1, P2).
- The impact tool as claimed in one of claims 1 to 10 characterized in that the impact mechanism has an impact mechanism guide surface (35) that guides a piston rod (15), wherein a tool can be loaded with the outer end of the piston rod (16), and wherein the inner diameter of the impact mechanism guide surface has a partial region (Z) with a constant diameter and pointing toward the outer end of the piston rod, a partial region (P) with a parabolically increasing diameter, and that at least one impact piston guide surface (30, 31) has a partial region (Z) with a constant diameter and on the side facing away from the tool an outer partial region (P2) having a parabolically decreasing outer diameter.
- The impact tool as claimed in one of claims 1 to 11 characterized in that the impact mechanism guide surface (34, 36) is adjoined at least by a region in which there are peripheral grooves (40, 41) arranged wherein the webs between the grooves (40, 41) and the region between a groove (41) and a space (23, 29) arranged behind same have an inner diameter that is greater than the smallest inner diameter of the guide region (34, 36).
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