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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bei einem hydraulisch angetriebenen Schlaghammer zur Beaufschlagung eines Gerätes, die einen Differentialkolben mit entsprechenden Zylindern umfasst, wobei die grösste Angriffsfläche des Kolbens dem Schlaggerät am nächsten liegt, der Kolben einen Leerhub ausführt, die kleinste Angriffsfläche mit einem Windkessel in direkter hydraulischer Verbindung steht und die grösste Angriffsfläche mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist und wobei ein Ventil od. dgl. aus einer Beaufschlagungslage mit gesperrtem Rücklauf in eine Lage mit gesperrtem Beaufschlagungszulauf und offenem Rücklauf verstellbar ist.
Die meisten bekannten Schlaghammer werden mit Druckluft angetrieben, doch bringt diese Antriebsart eindeutige Nachteile mit sich, so dass andere Antriebsformen, z. B. hydraulische Antriebe, immer mehr Interesse finden. Nachteilig bei den pneumatischen Schlaggeräten ist der Verbrauch verhältnismässig grosser Luftmengen für die nötige Leistung, was starke Leitungen erfordert. Nachteilig ist ferner, dass die Luftleitungen leicht frieren und dass sowohl der Kompressor als auch das Schlaggerät starke Geräusche erzeugen. Die Geräusche des Schlaggerätes sind teilweise auf die verbrauchte Luft zurückzuführen, die unter kräftigen Explosionen aus dem Exhaustor des Gerätes entweicht.
Es gibt bereits verschiedene Ausführungsbeispiele von hydraulisch angetriebenen Schlaghämmern, von welchen einige auch in der Praxis Verwendung finden. Der grosse Nachteil aller bekannten Schlaghämmer dieser Art ist jedoch, dass zur Erzielung einer hinreichenden Leistung grosse Druckflüssigkeitsmengen mit entsprechenden Pumpen und starken Leitungen erforderlich sind.
Ferner sind hydraulische Bohrhämmer bekannt, die einen Differentialkolben umfassen, wobei das Druckmedium den kleinen Kolben schlagweise beaufschlagt. Derartige Schlaghämmer erfordern weniger Druckmittel, aber der Schlag wird wegen zu geringem Druck unwirksam, weil der Druck bei der raschen Expansion durch die Verschiebung des Schlagkolben im Schlagsinn rasch abnimmt.
Es sind auch Einrichtungen bekannt, die einen Akkumulator oder Windkessel umfassen, welcher mittels eines Druckmittels auf einen hohen, die schlagweise Beaufschlagung hervorrufenden Druck aufgeladen werden. Die bisher bekannten Maschinen dieser Art sind indessen sehr kompliziert und kostspielig, und es werden grosse Beaufschlagungsflächen am Schlagkolben benutzt, wodurch der Schlag relativ unwirksam bleibt.
Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der oben erwähnten Nachteile und die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art, die es erlaubt, den hydraulischen Schlaghammer mit geringem Aufwand herzustellen und durch die eine Zufuhr grosser Mengen Hydraulikmittel unter hohem Druck beim Arbeitshub nicht erforderlich ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Kolbenraum oberhalb der kleinsten Angriffsfläche des Kolbens einen Zufuhrkanal mit einem Rückschlagventil für hydraulisches Druckmittel aufweist, durch welchen Zufuhrkanal eventuelle Leckage in dem sonst geschlossenen Kolbenraum ausgleichbar ist, und dass im Zylinderraum oberhalb der kleinsten Angriffsfläche während des Arbeitshubes ein bedeutend höherer Druck als im hydraulischen Druckmittel in der Zufuhrleitung zu dem Zylinderraum herrscht.
Der erfindungsgemässe Hammer besitzt einen einfachen Aufbau und eine hohe Kraftleistung bei der Schlagbewegung, denn bei ihm braucht die eigentliche Arbeit nicht bei der Schlagbewegung des Kolbens geleistet zu werden, sondern sie entsteht schon beim Heben des Kolbens, das den Windkessel auflädt. Hat dann der Kolben seinen oberen Umkehrpunkt erreicht, wird das Ventil umgeschaltet und der Rücklauf geöffnet. Dadurch kann das stark komprimierte Gas des Windkessels expandieren, der Druck im Kolbenraum oberhalb der kleinsten Kolbenangriffsfläche erhöht sich drastisch und der Kolben wird mit grosser Geschwindigkeit nach unten gedrückt. Der statische Druck in der Zufuhrleitung nimmt somit während des Arbeitshubes überhaupt nicht zu, er sorgt lediglich dafür, dass voller Pumpendruck im Kolbenraum herrscht, wenn der Kolben sich in unterster Stellung befindet.
Dieser Druck wird ein für alle Mal aufgebaut, doch sorgt die Pumpe über die Zufuhrleitung und das Rückschlagventil für die Kompensation eventueller Leckage. Da nun das Heben des Kolbens und damit das Aufladen des Windkessels verhältnismässig langsam erfolgen kann, werden an die Pumpe zur Beaufschlagung der grössten Kolbenangriffsfläche, also zum Heben, keine grossen Anforderungen gestellt und eine Pumpe im üblichen Sinn ist gar nicht erforderlich. Es genügt ein sogenannter Impulsgenerator, d. h. eine rotierende Pumpe od. dgl., die im Takt mit dem Schlagtakt des Hammers arbeitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform rühren das hydraulische Druckmittel für den kleinen und den grossen Kolben von der gleichen Quelle her.
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bezeichnethin-und herbewegt werden.
Die linke Seite wird nachstehend als Unterseite und die rechte Seite als Oberseite bezeichnet.
Oberhalb des mit --3-- bezeichneten Kolbenteiles befindet sich ein gasgefüllter oder federbelasteter Akkumulator --7-- bekannter Art, welcher in der Zeichnung mit einem Kolben --8-- zum Trennen von Gas und Öl dargestellt ist.
Ein Kanal --9-- für Drucköl mit einem federbelasteten Rückschlagventil --10-- mündet in den Raum Dieser Raum dient gleichzeitig als Arbeitszylinder für den mit --3-- bezeichneten Teil des Schlagkolben.
Das Drucköl läuft weiter durch das Rohr --12-- zu einem Ventil --13--, welches ein Drehventil, ein Aufschlagventil oder ein Schieberventil bekannter Art sein kann. Das Ventil kann durch eine Nase oder Kurbel mit Motorantrieb gesteuert oder rotierend angetrieben sein. Das Ventil soll den Rücklauf --15-- sperren und Drucköl durch den Kanal --14-- zur Unterseite des Kolbenteiles--2--leiten und ferner das Drucköl aufhalten und den Kanal --14-- mit dem Rücklauf --15-- in Verbindung setzen (mit gestrichelter Linie gezeigt).
Ein Kanal --16-- mit einem federbelasteten Rückschlagventil --17-- kann leckendes, an den Kolbenteilen-2 und 3-vorbeidringendes Öl entweichen lassen. Dieses Öl geht zur Rückleitung.
Die Ausfütterung für den Differentialkolben besteht aus rohrförmigen Zylindern--4, 5 und 6--.
Der Kolben muss verhältnismässig lang sein, und Kolben und Zylinder müssen einander genau angepasst sein, damit eine Dichtung mit gleichzeitiger Gleitpassung erzielt wird.
Es ist eine bekannte Sache, dass es sehr schwierig ist, derartige Zylinderteile so zusammenzufügen, dass keine Schrägstellungen mit nachfolgendem Warmlaufen und Festfressen entstehen.
Eine Ursache ist, dass bei Verwendung von Bolzenschrauben diese mit genau der gleichen Spannung angezogen werden müssen. Werden sie ungleich angezogen, wird die Elastizität im Werkstoff Schrägstellungen und damit ein Festkeilen verursachen.
Auch wenn der Werkstoff Stössen oder Schlägen ausgesetzt wird, können Spannungen entstehen, die zu solchen Schräglagen führen.
Der stirnseitige Deckel --19-- liegt nicht an der Fütterung --6-- auf. Diese Fütterung weist einen Dichtungsring --22-- auf. Die Bohrung im Block --18-- kann einen etwas grösseren Durchmesser als der Aussendurchmesser der Fütterungen haben. Die oberste Fütterung --6-- kann einen grösseren Aussendurch- messer aufweisen als die andere bzw. gegebenenfalls oben beim Dichtungsring einen grösseren Durchmesser haben.
Es wird vorausgesetzt, dass die Fütterung genau winkelrecht gegenüber inneren Bohrungen darin gedreht ist, was keine technischen Schwierigkeiten bietet.
Die Dichtungen zwischen den Fütterungen und dem Block können Packungen, Dichtungsringe oder O-Ringe, wie in der Zeichnung gezeigt, sein.
Die Wirkung ist wie folgt : Drucköl kommt durch die Leitung --9-- durch das Ventil --10-- und füllt den Zylinder --11--. Weil zwischen der Fütterung --6-- und dem Deckel --19-- eine Öffnung besteht, wird das Öl gegen die nicht ausgebohrte Fläche der Fütterung --6-- Druck ausüben und alle Fütterungen mit einer dichtenden Verbindung zusammendrücken.
Weil zwischen dem Innendurchmesser der Bohrung im Block und dem Aussendurchmesser der Fütterungen ein Spiel vorliegt, werden sich diese Teile entsprechend dem Kolben einstellen, auch wenn Abweichungen in der Richtung der Bohrung im Block vorliegen sollten.
Die Wirkungsweise des Schlagmechanismus ist wie folgt : ein Prototyp der erfindungsgemässen Vorrichtung wirkt folgendermassen : Der Kolbenteil-3-- hat eine Angriffsfläche von 2 cm2 und die ringförmige Kolbenfläche --2-- ist 4 cm2. Das untere Ende des Kolbenteiles --1-- liegt auf einem nicht dargestellten Gerät, z. B. einem die Schlagenergie aufnehmenden Bohrkopf, auf. Vorausgesetzt wird, dass das Ventil --13-- eine derartige Lage einnimmt, dass das Drucköl vom Kanal --14-- ausgeschlossen ist, wobei jener mit der Rückleitung --15-- in offener Verbindung steht.
(Gestrichelt in der Zeichnung gezeigt.) Vorausgesetzt wird auch, dass der Windkessel --7-- mit einem
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Gasdruck von 50 atü gefüllt ist und dass der Kolben --8-- am Boden des Windkessels aufliegt und gegen Leckage abdichtet. Der oberhalb des Kolbens --8-- gelegene Raum hat ein Volumen von 40 cm3 und der Arbeitsdruck des Öles ist 100 atü.
Drucköl strömt durch das Ventil --10-- ein und füllt den Raum --11--. Der Kolben --8-- wird aufwärts getrieben, bis das Gas einen Druck von 100 atü hat. Das Volumen im oberhalb des Kolbens --8-gelegenen Raumes ist dann 20 cm3. Falls Öl lecken sollte, wird durch das Ventil --10-- nachgefüllt.
Das Öl übt nun einen stehenden Axialdruck von beinahe 200 kp auf die Stirnfläche des Kolbens --3-aus. Das Ventil --13-- wird nun derart gedreht, dass der Rücklauf geschlossen wird und das Drucköl in den Kanal --14-- und unter den Ringkolben --2-- dringt. Weil die Angriffsfläche dieses Kolbens 4 cm2 ist, wird der Kolben einem Axialdruck von 400 kp ausgesetzt und bewegt sich nach oben. Das Rückschlagventil ist gesperrt und das Öl oberhalb des Kolbenteiles --3-- wird in den Akkumulator unter dem Kolben --8-- hineingedrückt. Wenn der Kolben 5 cm nach oben zurückgelegt hat, hat der Kolbenteil - -3-- 10 cm3 Öl verdrängt. Dabei wurde der Kolben auch nach oben verschoben, so dass das Volumen des Gases 10 cm3 und der Druck 200 atü geworden ist.
Damit ist zwischen dem Axialdruck unter dem Kolbenteil --2-- und dem Druck oberhalb des Kolbenteiles --3-- Gleichgewicht erreicht, und der Kolben hält an. Nun sperrt das Ventil --13-- wieder gegen den Arbeitsdruck und öffnet die Verbindung zwischen dem Kanal --14-- und der Rückleitung --15--. Es besteht nun kein nennenswerter Widerstand unter dem Kolbenteil --2-- und der Kolben saust hinab und führt seine Schlagarbeit aus, worauf der Vorgang wiederholt wird. Die angegebenen Abmessungen sind nur beispielsweise angegeben und können innerhalb des Rahmens der Erfindung variiert werden.
Die Schlagenergie lässt sich mit andern Abmessungen bzw. andern Druckverhältnissen abändern, und die Schlaghöhe lässt sich beispielsweise mit grösserem oder kleinerem Volumen des Windkessels --7-einstellen. Der Flüssigkeitsdruck, welcher in der Kammer gleichbleiben soll, kann auch von einer getrennten Druckquelle herrühren. Der Kanal --9-- steht dann nicht mit dem Kanal --17-- in Verbindung, sondern gegebenenfalls mit einer andern Druckquelle. Durch Abänderung dieses Druckes kann die Schlaglänge beliebig eingestellt werden, ohne dass die Grösse des Windkessels --7-- oder der Gasdruck darin geändert werden muss. Im Kanal --12-- herrscht ein gleichbleibender Druck.
Mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung ist ein hydraulisch angetriebener Schlaghammer zur Beaufschlagung eines Gerätes geschaffen, welcher mit sehr geringen Ölmengen arbeitet, wobei die Schlagenergie innerhalb weiter Grenzen nach Bedarf geregelt werden kann. Der Hammer kann klein und leicht gestaltet werden und hat einen sehr stillen Lauf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung bei einem hydraulisch angetriebenen Schlaghammer zur Beaufschlagung eines Gerätes, die einen Differentialkolben mit entsprechenden Zylindern umfasst, wobei die grösste Angriffsfläche des Kolbens dem Schlaggerät am nächsten liegt, der Kolben einen Leerhub ausführt, die kleinste Angriffsfläche mit einem Windkessel in direkter hydraulischer Verbindung steht und die grösste Angriffsfläche mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist und wobei ein Ventil od.
dgl. aus einer Beaufschlagungslage mit gesperrtem Rücklauf in eine Lage mit gesperrtem Beaufschlagungszulauf und offenem Rücklauf verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum oberhalb der kleinsten Angriffsfläche (3) des Kolbens (1) einen Zufuhrkanal (9) mit einem Rückschlagventil (10) für hydraulisches Druckmittel aufweist, durch welchen Zufuhrkanal eventuelle Leckage in dem sonst geschlossenen Kolbenraum ausgleichbar ist, und dass im Zylinderraum oberhalb der kleinsten Angriffsfläche (3) während des Arbeitshubes ein bedeutend höherer Druck als im hydraulischen Druckmittel in der Zufuhrleitung (9) zu dem Zylinderraum herrscht.
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