DE2512731C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Schlaggerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine bekannte hydraulische Schlagvorrichtung dieser Art (DE-OS 20 24 501) weist ein in Abhängigkeit vom Vor­ laufdruck öffnendes Drosselventil auf, über das der Steuerzylinder und über diesen der vordere Raum des Arbeitszylinders mit der Druckquelle verbunden ist. Die Druckleitung ist andererseits direkt mit dem rück­ wärtigen Raum des Arbeitszylinders verbunden. Das in Abhängigkeit vom Vorlaufdruck öffnende Drosselventil bewirkt, daß der Rückhub des Arbeitskolbens ver­ langsamt wird, wenn der Vorlaufdruck unter einem Mindestwert liegt.

Wenn der Arbeitskolben seine obere Endstellung noch nicht erreicht hat, während der Versorgungsdruck sich be­ reits aufgebaut hat, muß er den Restweg des Rückhubs erst noch ausführen, bevor der Schlag durchgeführt werden kann.

Der Rückhub wird also aufgrund des Drosselventils 15 noch langsamer ausgeführt als dies mit dem vorübergehend ab­ gesunkenen Lieferdruck möglich wäre. Andererseits kann das Drosselventil überhaupt nicht sicherstellen, daß jeder Einzelschlag mit der vollen Energie geführt wird. Wenn die Erholungszeit der Druckquelle nach einem Schlag sehr lang ist, kehrt der Arbeitskolben (verzögert) in die Rückzugs­ stellung, führt anschließend den Schlag aber selbst dann aus, wenn der Lieferdruck immer noch unzureichend ist. Die bekannte Steuerung kann also nicht sicherstellen, daß je­ weils die volle Einzelschlagenergie zur Verfügung steht, und sie gewährleistet andererseits nicht, daß der Schlag unverzüglich ausgeführt wird, sobald der Lieferdruck den vorgesehenen Grenzwert erreicht. Bei einer speziellen Ausführungsform wird nicht nur das Druckmittel, das den Arbeitskolben im Sinne des Rückhubs beaufschlagt, sondern auch das Druckmittel, das den Kolben des Steuerschiebers umstellt, in Abhängigkeit vom Zuflußdruck gedrosselt. Auch in diesem Fall wird der Rückhub verzögert.

Ferner ist eine hydraulische Schlagvorrichtung bekannt, bei der der den Arbeitskolben steuernde Steuerkolben durch eine Feder in diejenige Richtung vorgespannt ist, in der der Arbeitskolben in Schlagrichtung angetrieben wird (DE-AS 12 43 118). Die Feder wirkt auf die Steuer­ fläche des Steuerkolbens ein und unterstützt somit die Wirkung des Steuerdrucks. Ihr Zweck besteht darin, den Steuerkolben in der für die Schlagausübung erforder­ lichen Position festzuhalten, bis die Steuerleitung druckentlastet wird.

Zur Erzielung einer gleichbleibenden Einzelschlag­ energie ist es ferner bekannt, bei einer hydraulischen Schlagvorrichtung den Druckspeicher, der beim Rückhub Flüssigkeit speichert, um sie beim Schlag zur Verfügung zu stellen, entsprechend dem Druck des Arbeitsmittels vorzuspannen (CH-PS 5 34 567). Da eine manuelle Ein­ stellung der Vorbelastung von Hand zeitraubend und ungenau ist, ist in einer Druckleitung, die von dem Arbeitszylinder zum Druckspeicher führt, eine Feder­ einheit enthalten, welche durch einen vom Druck des zugeführten Druckmittels abgeleiteten Druck, vor­ spannbar ist. Auf diese Weise wird lediglich die Vor­ spannung des Druckspeichers an den Vorlaufdruck angepaßt, jedoch wird die Schlagfrequenz nicht beeinflußt. Insbesondere kann bei hoher Schlagfrequenz nicht vermieden werden, daß die Schläge mit ver­ ringerter Einzelschlagenergie ausgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrau­ lische Schlagvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, die bei gleichbleibender Einzelschlagenergie eine Erhöhung der Schlagfrequenz zuläßt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der Erfindung mit dem Merkmal des kenn­ zeichnenden Teils des Patentanspruchs.

Nach der Erfindung ist ein vorgespanntes Rückschlag­ ventil in der vom Arbeitszylinder zum Steuerzylinder führenden Steuerleitung vorgesehen. Das Rückschlag­ ventil behindert nicht das Bewegen des Steuerteils in diejenige Endstellung, in der der Rückhub des Arbeits­ kolbens erfolgt, läßt aber ein Umschalten in die andere Stellung, bei der der Schlag erfolgt, nur dann zu, wenn der Hydraulikdruck die Ansprechwelle des Rückschlag­ ventils übersteigt. Auf diese Weise wird der Arbeits­ kolben nach einem Schlag auch dann mit dem gesamten verfügbaren Druck in die Rückzugsstellung angehoben, wenn der Hydraulikdruck zur Ausführung des Schlages noch nicht ausreicht. Sobald der Hydraulikdruck sich erholt hat, wird der Schlag aus dem angehobenen Zustand heraus unverzüglich ausgeführt, indem das Steuerventil umgeschaltet und die rückwärtige Kammer des Arbeits­ zylinders mit Druck beaufschlagt wird. Wenn der vor­ gesehene Hydraulikdruck erreicht ist, muß also nicht erst der Rückhub ausgeführt werden, bevor der Schlag beginnt. Da der Arbeitskolben sich bei Erreichen des vorgesehenen Hydraulikdrucks bereits in der Rückzugs­ position befindet, kann der nächstfolgende Schlag schneller ausgeführt werden.

Dadurch, daß das auf den Versorgungsdruck reagierende Element in der Steuerleitung angeordnet ist, die von einer geringen Hydraulikmenge durchflossen wird, kann es relativ kleinformatig ausgeführt werden und durch die Umsteuerung erfolgt kein erneuter Druckverlust.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Schlaggerätes mit einem druckabhängig schaltenden Ventil in der Steuerleitung.

In dem Arbeitszylinder 10 ist der Arbeits­ kolben 11 längsverschiebbar angeordnet. Er schlägt periodisch auf den Amboß 12, der beispielsweise mit einem Bohrgestänge verbunden sein kann.

Durch eine Vorlaufleitung 13 wird Hydraulikmedium in das Gerät eingeführt. Es gelangt über ein vorgespanntes Rückschlagventil 14 in die Druckleitung 15. Das Rück­ schlagventil 14 hat die Form einer federgespannten Hülse 45. Die Hülse besitzt an ihrem unteren Ende einen Kragen 46, dessen Rückseite mit der drucklosen Rücklauf­ leitung 21 verbunden ist. Die Feder 47, die die Hülse nach unten treibt, ist so bemessen, daß der auf die untere Stirnfläche 48 einwirkende Druck die Hülse 45 normalerweise nach oben treibt. Die Hülse sinkt erst dann ab, wenn der Druck in der Druckleitung z. B. 70 bar unterschreitet und nicht mehr imstande ist, der Feder 47 entgegenzuwirken. Der Normaldruck in dem an die Druckleitung 15 angeschlossenen hydropneumatischen Druckspeicher 43 beträgt 50 bar.

Die Druckleitung 15 ist ständig an die untere Kammer 16 des Zylinders 10 angeschlossen, so daß der Hydraulik­ druck stets auf die kleine Ringfläche 17 des Arbeits­ kolbens 11 einwirkt und diesen nach oben zu treiben bestrebt ist.

Die obere Kammer 18 des Zylinders ist über eine Leitung 19 mit dem Steuerventil 20 verbunden. Dieses ver­ bindet die Leitung 19 wechselweise mit der Drucklei­ tung 15 und mit der Rücklaufleitung 21. Die obere Kam­ mer 18 wird von der großen Ringfläche 22 des Arbeits­ kolbens begrenzt. Wenn daher der volle Druck sowohl auf die untere Ringfläche 17 als auch auf die obere Ringfläche 22 einwirkt, wird der Arbeitskolben nach unten getrieben. Wenn dagegen das Druckmedium nur auf die kleinere Ringfläche 17 einwirkt und Leitung 19 mit der drucklosen Rücklaufleitung 21 verbunden ist, führt der Arbeitskolben seinen Rückhub durch, indem er sich aufwärts bewegt.

Die in dem Steuerventil 20 angeordnete hohle Steuerhülse 55 ist in ihrem rückwärtigen Bereich außen mit einer breiten Ringnut 29 versehen, die die in Längsrichtung gegeneinander versetzten Bohrungen der Leitungen 19 und 21 miteinander verbinden kann. In der anderen Endstellung, die in der Zeichnung dargestellt ist, wird die Verbin­ dung zur Rücklaufleitung 21 durch die Steuerhülse abge­ sperrt, während die Bohrung zur Leitung 19 freiliegt und damit mit dem Inneren der durchgehend hohlen Steuer­ hülse und mit der Druckleitung 15 in Verbindung steht. Die Innenweite der Steuerhülse ist durchgehend konstant. Die rückwärtige Stirnfläche 30 ist zusammen mit der wirksamen Steuerfläche 58 größer als die vordere Stirn­ fläche 57, für sich allein ist sie jedoch kleiner als die vordere Stirnfläche 57.

Die Steuerung der Steuerhülse 55 erfolgt über die Steu­ erleitung 24, deren Druck auf die Steuerfläche 58 des Ringkragens 56 einwirkt. Die vordere Begrenzungsfläche 59 des Ringkragens steht ständig mit der Rücklaufleitung 21 in Verbindung. Die Steuerleitung 24 verzweigt sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in drei erste Zweigleitungen 65, 66, 67 und vier zweite Zweiglei­ tungen 25, 26, 27, 28, von denen jede in eine Ringnut am Arbeitszylinder mündet.

Im Bereich der mit den Zweigleitungen verbundenen Ring­ nuten weist der Arbeitskolben 11 ein unteres verdick­ tes Kolbenteil 62 auf, dessen Durchmesser dem Zylinder­ durchmesser angepaßt ist. Das Kolbenteil 62 ist imstan­ de, die Zweigleitungen und zugehörigen Ringnuten ab­ dichtend zu verschließen. Es ist unten durch die Ring­ fläche 17 und oben durch die Ringfläche 61 begrenzt. An die Ringfläche 61 schließt sich die breite Ringnut 69 an und darüber liegt ein weiteres verdicktes Kolben­ teil 64 von gleichem Durchmesser wie das Kolbenteil 62.

Im Bereich der Ringnut 69 des Kolbens führt eine Rücklauf­ leitung 52 aus dem Arbeitszylinder heraus. Die Ringnut 69 des Arbeitskolbens ist so bemessen, daß sie bei jeder Stellung des Arbeitskolbens die Rücklaufleitung 52 er­ faßt. Wenn daher der Arbeitskolben so weit abgesenkt wird, daß die obere Ringfläche 61 des Kolbenteils 62 unter die erste geöffnete Zweigleitung 65 bis 67 gelangt, dann wird die betreffende Zweigleitung 65 bis 67 über die Ringnut 69 mit der Rücklaufleitung 52 verbunden, wodurch die Steuerleitung 24 drucklos wird.

Die Stopfen 68, die in die Zweigleitungen 65 bis 67 einsetzbar sind, um diese wahlweise abdichten zu können, haben die Aufgabe, diejenige Kolbenstellung zu bestim­ men, in der die Steuerleitung 24 während der Kolbenbe­ wegung erstmalig auf die beschriebene Weise drucklos gemacht wird, so daß die auf die Steuerfläche 58 der Steuerhülse einwirkende Druckkraft aufhört.

Die zweiten Zweigleitungen 25 bis 28 liegen unterhalb der ersten Zweigleitungen und bestimmen, bei welchem Kolbenhub der Druck der Druckleitung 15, der ständig in der unteren Kammer 16 des Arbeitszylinders herrscht, in die Steuerleitung 24 gelangt.

In die Steuerleitung 24 ist ein druckabhängig schalten­ des Ventil 34 eingesetzt, das den Flüssigkeitsstrom in Richtung zur Steuerhülse 55 nur dann durchläßt, wenn der Druck oberhalb eines vorgegebenen, gegebenenfalls einstellbaren, Mindestwertes liegt. In Gegenrichtung, also von der Steuerhülse zum Arbeitszylinder, ist die Steuerleitung 24 voll durchlässig, was durch das Rück­ schlagventil 38, das antiparallel zu dem Ventil 34 ge­ schaltet ist, zum Ausdruck kommt.

Wenn der Druck der Steuerleitung 24 den am Ventil 34 eingestellten Mindestwert übersteigt, greift er an der Steuerfläche 58 der Steuerhülse an.

Zur Erläuterung des Betriebes des Schlagwerkzeuges sei von der in der Zeichnung dargestellten Position der Tei­ le ausgegangen, wobei die Steuerhülse 55 die Leitung 19 mit der Druckleitung 15 verbindet und die Verbindung zur Rücklaufleitung 21 absperrt. Da der volle Druck sowohl an der oberen großen Ringfläche 22 als auch an der unte­ ren kleinen Ringfläche 17 herrscht, wird der Arbeitskol­ ben 11 nach unten beschleunigt. Dabei schließt das Kol­ benteil 62 zunächst fortlaufend die Zweigleitungen 28, 27, 26 und 25 ab, um danach die erste Zweigleitungen 65, 66 und 67, sofern sie nicht mit einem Stößel 68 verschlossen sind, freizugeben. Beim Verschließen der untersten Zweigleitung 25 wird die Steuerleitung 24 von dem Hochdruck abgeschnitten und beim Freilegen der obersten Zweigleitung 65 wird sie mit der drucklosen Rücklaufleitung 52 verbunden. Dadurch läuft Flüssig­ keit durch das in dieser Richtung durchlässige Ventil 38 zurück und die an der Steuerfläche 58 der Steuer­ hülse angreifende Kraft verringert sich. Unter dem Druck der auf die größere Stirnfläche 57 einwirkenden Kraft wird der Steuerkolben 55 nach oben verschoben.

Während der Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens ist der Druckspeicher 43 weitgehend entleert worden, weil die obere Stirnfläche 22 relativ groß ist und beim Schlag in kurzer Zeit eine große Flüssigkeitsmenge in den Arbeitszylinder hineingetrieben werden muß, um eine hohe Schlagenergie zu erhalten. Bei dem darauf folgen­ den Rückhub des Arbeitskolbens greift die Druckflüssig­ keit nur an der relativ kleinen Fläche 17 an. Während sich der Arbeitskolben hebt, wird gleichzeitig der Druckspeicher 43 wieder aufgefüllt. Dadurch steigt der Druck in der Druckleitung 15 an. Dieser Druck wird über die Steuerleitung 24 zu dem druckabhängig schaltenden Ventil 34 geleitet, das zunächst noch blockiert, so­ lange der Druck den eingestellten Mindestwert noch nicht erreicht hat. Hat die (nicht dargestellte) ange­ schlossene Druckpumpe den Druckspeicher 43 so weit auf­ gefüllt, daß in der Steuerleitung 24 die Druckschwelle erreicht ist, dann schaltet das Ventil 34 durch und die in den Steuerzylinder 23 einfließende Druckflüssig­ keit schiebt die Steuerhülse 55 wieder in die in Fig. 1 dargestellte Position.

Durch das druckabhängig schaltende Ventil 34 ist sicher­ gestellt, daß die Steuerhülse 55 immer erst dann in die­ jenige Position gedrückt wird, die der Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens entspricht, wenn sich in der Druck­ leitung 15 der erforderliche Druck aufgebaut hat, d. h. wenn der Druckspeicher 43 in dem erforderlichen Maße ge­ füllt ist. Damit wird für jeden Schlag des Arbeitskol­ bens eine konstante Schlagenergie bereitgestellt, unab­ hängig davon, wie groß die Förderleistung der an die Vorlaufleitung 13 angeschlossenen Druckpumpe ist.

Claims (2)

1. Hydraulisches Schlaggerät mit

   • - einer an eine Druckquelle angeschlossenen, in einen Arbeitszylinder führenden Druckleitung,
   • - einem an die Druckleitung angeschlossenen Druck­ speicher,
   • - einem in dem Arbeitszylinder hin- und her bewegbaren Arbeitskolben,
   • - einem in einem Steuerzylinder bewegbaren Steuerteil, welches mindestens eine Steuerfläche aufweist, auf die zum Bewegen des Steuerteils der Druck in einer Steuerleitung einwirkt, die in Abhängigkeit von der Position des Arbeitskolbens entweder zur Durchführung des Arbeitshubes mit der Druckleitung oder zur Durch­ führung des Rückhubes mit einer Rücklaufleitung ver­ bunden ist, und
   • - einem den Durchlaß in der Steuerleitung beeinflus­ senden, vom Druck in der Druckleitung betätigbaren Steuerelement, das die Durchführung des nächsten Ar­ beitshubes verzögert, wenn sich in der Druckleitung kein ausreichender Druck aufgebaut hat,
2. dadurch gekennzeichnet, daß das den Durchlaß in der Steuerleitung (24) beein­ flussende Steuerelement ein druckabhängig schaltendes Einwegventil (34) ist, das erst bei Überschreitung eines dem ausreichenden Druck entsprechenden Schwellen­ wertes in Richtung zum Steuerzylinder (20) öffnet und dem ein in Gegenrichtung öffnendes, voll durchlässiges Rückschlagventil (38) parallelgeschaltet ist.