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Die
Erfindung betrifft ein hydraulisch betriebenes Schlaggerät gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Hydraulische
Schlaggeräte,
wie z. B. Brechvorrichtungen, Schlaghämmer, Gesteinsbohrvorrichtungen
und dergleichen, werden im Allgemeinen verwendet, um verhältnismäßig harte
Materialien zu brechen, z. B. Stein, Beton, Asphalt, Frostboden,
Metallschlacke usw.. Schlaghämmer
werden gewöhnlich statt
Grabgefäßen als
Hilfsausrüstung
in Baggern installiert, aber andere Basismaschinen und Träger können auch
verwendet werden. Folglich kann der Träger auch stationär sein.
Schlaghämmer
werden gewöhnlich
durch die Hydraulik der Basismaschine betrieben.
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Hydraulische
Brechvorrichtungen sowie andere hydraulisch betriebene Maschinen
und Vorrichtungen verwenden unterschiedliche Druckakkumulatoren,
um z. B. Druckvariationen zu glätten,
die von dem Betriebszyklus der Maschinen herrühren. Die Druckakkumulatoren
umfassen einen druckdichten Raum, der mittels eines druckdichten
Diaphragmas in mindestens zwei gesonderte kleinere Räume geteilt
ist. Auf die erste Seite des Diaphragmas wird ein vorbestimmter
Gasdruck ausgeübt.
Das druckbeaufschlagte Gas kann z. B. Stickstoff oder ein gewisses anderes
Gas sein, das für
den Zweck geeignet ist. Auf der zweiten Seite des Diaphragmas ist
es möglich,
Druckfluid zuzuführen,
das das Diaphragma nach vorne drückt,
wodurch das Druckmedium, das auf der ersten Seite des Diaphragmas
vorgesehen ist, zum Komprimieren veranlasst wird. Jedoch speichert
die Struktur gleichzeitig Energie, die nach Bedarf freigesetzt werden
kann, um das Druckfluid zu dem gewünschten Zielort zuzuführen. Auf
diese Weise kann ein gewisses Volumen von druckbeaufschlagtem Fluid
im Druckakkumulator gespeichert werden. Das Diaphragma in den Druckakkumulatoren
ist typischerweise planar, napfähnlich
oder balgartig, und das Diaphragma ist in einem kugelförmigen,
zylindrischen oder flachen Rahmen platziert, der von dem übrigen Betätiger gesondert
ist. In Verbindung mit Schlaggeräten
werden Druckakkumulatoren verwendet, um Druckvariationen zu glätten, die von
Schlägen
herrühren,
die durch den Schlagkolben abgegeben werden. Jedoch ist das Problem
mit den gegenwärtigen
Druckakkumulatoren, die in Schlaggeräten verwendet werden, dass
ihr Diaphragma seine Form unkontrollierbar ändert, da ein augenblicklicher
Volumenfluss des Druckfluids in den oder aus dem Druckakkumulator
groß ist,
und die Menge des Volumenflusses in die Druckakkumulatoren plötzlich variiert.
Auch wird in den gegenwärtigen
Druckakkumulatoren das Material des Diaphragmas großen Formänderungen
und Verformungen ausgesetzt, was bedeutet, dass das Material konstant
unter Spannung steht, und deshalb weist es eine unnötig kurze
Betriebslebensdauer auf. Wenn ein Diaphragma bricht, hält es immer
die Produktion an und erzeugt Extrakosten.
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In
einer anderen Anordnung nach dem Stand der Technik ist am oberen
Ende eines Hydraulikschlaghammers auf einer Verlängerung desselben ein vorstehender
Druckakkumulator vorgesehen. Der Druckakkumulator besteht aus einem
Gehäuse,
das von der übrigen
Struktur gesondert ist, einem hülsenartigen
Diaphragma und einem Metallgittersieb, das gegen die Innenseite
des Diaphragmas platziert ist. Zwischen dem Gehäuse und dem Diaphragma gibt es
einen Druckraum für
Gas und im Innern des Gittersiebs gibt es einen Raum für Druckfluid.
Ein Nachteil einer solchen Struktur ist, dass, wenn sich der Kolben
zu seiner unteren Position bewegt hat, das Diaphragma jäh gegen
das Gittersieb gepresst wird und folglich beschädigt werden kann, wenn es die Öffnungen
im Gittersieb berührt.
Mit der Zeit können Vertiefungen
oder dergleichen im Diaphragma gebildet werden, woraufhin das Diaphragma
an diesen Stellen leicht bricht. Wie in den anderen Anordnungen
nach dem Stand der Technik ist ein anderes Problem der zuvor erwähnten Lösung, dass
der Druckakkumulator ein Element ist, das von der übrigen Struktur
vorsteht und das folglich Stößen und
dem Einfluss der Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist. Ein solcher
Vorsprung macht die Vorrichtung auch schwieriger zu handhaben. Weiter
trägt,
wie in der
US 5174386 offenbart,
ein Druckakkumulator, der auf einer Verlängerung des Schlaghammers vorgesehen ist,
zu der Gesamtlänge
der Vorrichtung bei, was natürlich
zur Verwendung der Vorrichtung nachteilig ist.
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Der
Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine solche Druckakkumulatoranordnung in
einem hydraulisch betrieben Schlaggerät bereitzustellen, die die
Nachteile nach dem Stand der Technik vermeidet.
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Das
Schlaggerät
gemäß der Erfindung
ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1
gekennzeichnet.
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Eine
Grundidee der Erfindung besteht darin, dass der Schlagkolben durch
einen ringförmigen Raum
umgeben ist, der durch ein hülsenartiges
Diaphragma in zwei gesonderte Druckkammern geteilt ist, von denen
eine angeordnet ist, um Druckfluid aufzunehmen, und die andere mit
einem komprimierbaren Medium, wie z. B. Gas, vorgefüllt ist.
Das Ergebnis ist ein Druckakkumulator, der verwendet werden kann,
um druckbeaufschlagtes Druckfluid zu akkumulieren. Eine andere Grundidee
ist, dass der Druckakkumulator im Wesentlichen entlang seiner ganzen Länge um den
Schlagkolben positioniert ist. Weiter ist die Grundidee der Erfindung,
dass der Außenumfang
des Rahmens des Schlaggeräts
mit einer Aussparung für
eine erste Druckkammer versehen ist und dass der Rahmen des Schlaggeräts durch
eine Hülse
umgeben ist, deren Innenumfang entsprechend mit einer Aussparung
versehen ist, um eine zweite Druckkammer zu bilden. Das die Druckkammern
sondernde Diaphragma wird von seinen Rändern zwischen die Hülse und
den Rahmen gepresst. Die Enden des Diaphragmas sind vorzugsweise
mit Vorsprüngen
versehen, und der Rahmen und/oder die Hülse sind mit Rillen zum Befestigen
des Diaphragmas versehen.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass aufgrund der Struktur
der Anordnung die Bewegungen des Diaphragmas des Druckakkumulators
gesteuert werden können.
Deshalb sind die Verformungen, die im Diaphragma stattfinden, wie
z. B. Formänderungen,
weniger signifikant als zuvor, weshalb das Diaphragma eine längere Betriebslebensdauer aufweist
und seine Struktur weniger Reparaturen erfordert. Weiter, da das
Diaphragma nun eine große Bewegungsfläche aufweist,
kann es eine kleinere Bewegungsgeschwindigkeit und eine kürzere Bewegungsstrecke
als zuvor aufweisen. Dies verhindert auch die Abnutzung des Diaphragmas.
Vorteilhafterweise für
die Betriebslebensdauer des Diaphragmas ist das Diaphragma nicht
mit der Oberfläche
der ersten Druckkammer während
des Betriebszyklus des Schlaggeräts
verbunden. Aufgrund einer niedrigen Bewegungsgeschwindigkeit kann
der Betrieb des Diaphragmas gesteuert werden, selbst wenn der Volumenfluss
des Druckfluids in den oder aus dem Akkumulator groß wäre. Ein
anderer Vorteil besteht darin, dass Energieverluste kleiner als
zuvor sind, da es in der vorliegenden Anordnung nicht notwendig
ist, druckbeaufschlagtes Fluid über
lange Strecken entlang unterschiedlicher Kanäle zu bewegen, vielmehr kann
der Druckakkumulator in der unmittelbaren Nachbarschaft des Schlagkolbes
platziert werden. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass, da die
Druckakkumulatoranordnung um das tatsächliche Schlaggerät ausgebildet
ist, sie gegen Stöße und die
schädlichen
Wirkungen von Schmutz und Wetter geschützt ist, da sie sich zusammen
mit der übrigen
Struktur im Innern des Schutzgehäuses
befindet. Folglich ist der Akkumulator in keinerlei Weise von dem
Schlaggerät gesondert,
noch steht er von ihm vor. Deshalb ist die Struktur kompakter als
zuvor, und sie sieht auch besser aus. Weiter, da der Druckakkumulator
um den Schlagkolben in Verbindung mit der tatsächlichen Vorrichtung als Einheit
ausgebildet ist, muss die Länge
des Schlaggeräts
aufgrund des Druckakkumulators nicht nachteilig erhöht sein.
Z. B. ist eine Verminderung der äußeren Abmessungen
der Brechvorrichtung für
die Verwendung und Funktionsfähigkeit
der Vorrichtung vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass der Akkumulator weniger Bauteile als zuvor aufweist, weshalb
er auch kostengünstiger
herzustellen ist. Der erste Teil der Druckkammer kann auf eine einfache
Weise direkt in den Rahmen des Schlaggeräts maschinell eingearbeitet
sein, und entsprechend kann der zweite Teil direkt in eine Hülse maschinell
eingearbeitet sein, die zwischen dem Rahmen und dem Schutzgehäuse vorgesehen
ist. Da sich der Druckakkumulator in der unmittelbaren Nachbarschaft
des Schlaggeräts
befindet, gibt es eine geringere Notwendig keit, die Struktur mit
langen Bohrungen, die schwierig zu fertigen wären, oder mit anderen Kanälen zur Übertragung
von Hydraulikfluid zwischen dem Akkumulator und dem Schlagkolben zu
versehen. Die Struktur des Akkumulators kann auf eine überraschend
einfache Weise hergestellt werden. Weiter kann das Schlaggerät eine modulare Struktur
aufweisen, was bedeutet, dass die Eigenschaften des Geräts variiert
werden können,
indem bloß eine
Hülse und/oder
ein Rahmen installiert wird, die/der ein unterschiedliches Volumen
der Aussparung aufweist.
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Die
Erfindung wird in größerer Einzelheit
in der begleitenden Zeichnung beschrieben.
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1 ist
eine schematische Schnittseitenansicht einer Brechvorrichtung, die
eine Anordnung gemäß der Erfindung
einsetzt, um einen Druckakkumulator zu bilden,
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2 ist
eine schematische Seitenansicht im Teilschnitt eines hülsenartigen
Diaphragmas in einer Druckakkumulatoranordnung gemäß der Erfindung
in einer Position, die einem drucklosen Zustand entspricht, und
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3 ist
eine schematische Schnittansicht einer Einzelheit der Anordnung.
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1 ist
eine Schnittansicht eines oberen Endes eines hydraulisch betriebenen
Schlaggeräts, in
diesem Fall einer Brechvorrichtung. Eine solche Brechvorrichtung 1,
die auch allgemein als ein Schlag- oder Hydraulikhammer bezeichnet
wird, kann mit einem Baum oder dergleichen in einem Bagger oder
einer gewissen anderen Maschine auf eine an sich bekannte Weise
verbunden sein. Da die Struktur und der Betrieb von Schlaghämmern im Fachgebiet
allgemein bekannt sind, ist die Brechvorrichtung in einer sehr vereinfachten
Form dargestellt, zumindest hinsichtlich der Bauteile, die nicht
wesentlich mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehen. Der
Schlaghammer umfasst einen Schlagkolben 2, der eine Hin-
und Herbewegung aufgrund der Wirkung von Druckfluid ausführt und
der aufeinanderfolgende Stöße an das
zu brechende Objekt mittels eines Werkzeugs 3 abgibt, das
nur teilweise dargestellt ist. Der Schlaghammer ist durch ein Schutzgehäuse 4 umgeben,
das z. B. aus gebogenen Stahlplatten bestehen kann, die mit geeigneten
Verbindungseinrichtungen miteinander verbunden sind und mit Dichtungen
und geeigneten Schwingungsdämpfungselementen
versehen sind. Das Schutzgehäuse kann
auch eine röhrenförmige Struktur
sein, die von einem Ende geschlossen ist. Es sollte angemerkt werden,
dass die Figur zwecks Deutlichkeit nicht sämtliche Kanäle für Druckfluid darstellt, die
für den Betrieb
der Vorrichtung notwendig sind, sondern nur die Kanäle, die
für die
Erfindung wesentlich sind. Weiter umfasst der Schlaghammer einen
Rahmen 5, der vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Der Außenumfang
des Rahmens ist mit einer ersten Aussparung z. B. durch Fräsen versehen, wobei
die Aussparung eine erste Druckkammer 6a des Druckakkumulators
bildet, die man unten in 3 sehen kann. Einer oder mehrere
Kanäle 8 sind mit
der Druckkammer 6a von einem Druckfluidraum 7 des
Schlagkolbens 2 verbunden, wobei Druckfluid in die und
aus der Druckkammer 6a über
die Kanäle fließt. Die
Anordnung umfasst weiter eine Hülse 9, die
um den Rahmen platziert ist und die im Raum zwischen dem Schutzgehäuse 4 und
dem Rahmen 5 zumindest vertikal getragen wird. Der Innenumfang der
Hülse ist
z. B. durch Fräsen
mit einer zweiten Aussparung versehen, die vorzugsweise im Wesentlichen
der Form der Aussparung im Rahmen entspricht, wobei die zweite Aussparung
an einer entsprechenden Stelle mit der Aussparung des Rahmens angeordnet
ist. Die Aussparung der Hülse
bildet eine zweite Druckkammer 6b für das komprimierbare Medium
des Druckakkumulators, wie z. B. Stickstoffgas. Eine vorbestimmte
Menge von diesem Medium wird bei einem speziellen Fülldruck
entlang einem gesonderten Kanal 10 in die Druckkammer zugeführt. Zwischen
der Hülse 9 und
dem Rahmen 5 gibt es ein Diaphragma 11, das die
Druckkammern 6a und 6b in der radialen Richtung
teilt und das ein hülsenartiges
Bauteil ist, das an seinen Enden offen ist. Das Diaphragma kann
sich aufgrund der Wirkung des druckbeaufschlagten Gases und des
Druckfluids radial bewegen. Die Position des Diaphragmas in der radialen
Richtung in jedem Augenblick hängt
von dem Verhältnis
der Drücke
ab, die in den Druckkammern 6a und 6b, d. h. auf
un terschiedlichen Seiten des Diaphragmas, vorherrschen. Wenn es
in der Druckkammer 6a zwischen dem Diaphragma und dem Rahmen
keinen Druck gibt, presst das Gas das Diaphragma gegen den Boden
der Aussparung, die im Rahmen ausgebildet ist, wie in der Figur
dargestellt. Wenn druckbeaufschlagtes Fluid zum Druckfluidraum 7 des
Schlagkolbens zugeführt
wird oder wenn der Kolben das Fluid in diesen Raum während seiner
Rückkehrbewegung
drückt,
fließt
druckbeaufschlagtes Fluid vom Druckfluidkanal 8 zur Druckkammer 6a.
Als Folge bewegt sich das Diaphragma über eine Strecke, die proportional
zum Druck in der radialen Richtung ist, in Richtung auf den Boden
der Aussparung in der Hülse 9,
d. h. es bewegt sich hinüber zur
Seite der Druckkammer 6b. Das druckbeaufschlagte Medium
auf der entgegengesetzten Seite des Diaphragmas hält natürlich der
Bewegung des Diaphragmas stand, aber aufgrund eines höheren Drucks
wird es gezwungen, sich zu komprimieren. Der Akkumulator wird folglich
mit statischem Druck geladen, der entspannt und während des
nächsten Stoßes des
Schlagkolbens genutzt werden kann. Deshalb ist es möglich, die
normalen Leitungen zur Zufuhr des Mediums und Zuleitung zum Schlagkolben
kleiner als zuvor zu machen. Weiter sind Energieverluste kleiner,
da es nicht notwendig ist, ein großes Volumen von druckbeaufschlagtem
Medium über
lange Strecken im Innern des Schlaghammers zu transportieren. Das
Diaphragma des Druckakkumulators führt folglich eine Hin- und
Herbewegung während
eines Betriebszyklus oder einer Auf- und Abbewegung des Schlagkolbes
aus. Wenn sich der Kolben in der oberen Position befindet, ist der
Druckakkumulator geladen, und entsprechend, wenn der Kolben einen
Stoß abgegeben
hat und sich in der unteren Position befindet, ist der Druckakkumulator
in dem in der Figur dargestellten Zustand, aber es kommt nicht mit
der Oberfläche
der Druckkammer 6a in Berührung. Wenn die Vorrichtung
außer
Betrieb ist und es keinen Druck des Druckmediums in dem Druckfluidraum 7 gibt,
wird das Diaphragma aufgrund des Vorfülldrucks des Gases gegen die
Oberfläche
der Druckkammer 6a gepresst. Der Druckakkumulator kann
in der vertikalen Richtung des Schlaghammers leicht ziemlich lang
gemacht werden, ohne jegliche Wirkung auf die äußeren Abmessungen der Brechvor richtung.
Der Druckakkumulator kann folglich in der radialen Richtung ziemlich
flach gemacht werden, jedoch kann das Volumen des Akkumulators groß sein.
Aufgrund der flachen Struktur bewegt sich das Diaphragma nur über eine
kurze Strecke, was bedeutet, dass auch die Verformungen des Diaphragmas
kleiner als zuvor sind. Deshalb nutzt sich das Diaphragma natürlich zu
einem kleineren Maß ab,
und es bricht nicht so leicht.
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2 ist
eine Seitenansicht des Diaphragmas 11 des Druckakkumulators
gemäß der Erfindung,
wobei die rechte Seite des Diaphragmas zwecks Klarheit in einer
Schnittansicht dargestellt ist. Das Diaphragma ist ein zylindrisches
Element mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, das an
beiden Enden offen ist und das aus einem elastischen Material hergestellt
ist. Das Material des Diaphragmas muss gegen Hydrauliköl und dem
Gas, die im Akkumulator verwendet werden, beständig sein, und es muss auch
ohne Bruch den mechanischen Spannungen, die darauf ausgeübt werden,
standhalten. Das Diaphragma kann z. B. aus einem geeigneten Kautschuk-
oder Kunststoffmaterial, das die zuvor erwähnten Eigenschaften aufweist,
oder einer Kombination davon hergestellt sein. Das hülsenartige
Diaphragma 11 umfasst an seinen Enden Vorsprünge 12a und 12b zu
seiner Befestigung und eine vertikale Verdickung 13 in
der Mitte des Diaphragmas. Die Verdickung 13 ist so angeordnet,
dass sie an den Kanälen 8 zu
platzieren ist, die zur Druckkammer 6a führen, so
dass das Diaphragma an dieser Stelle stärker ist, wenn es das Druckfluid
aufnimmt, das von dem Kanal bei einem großen Druck zugeführt wird.
Andererseits verhindert die Verdickung 13, dass das Diaphragma
in den Kanal 8 gepresst wird, wofür kein gesondertes Gittersieb
oder dergleichen notwendigerweise an der Öffnung des Kanals benötigt wird.
Die Vorsprünge 12a und 12b an
den Enden des Diaphragmas sind gebildet, um im Wesentlichen Rillen
zu entsprechen, die in dem Rahmen und/oder der Hülse zwecks Befestigung ausgebildet
sind. Wenn der Rahmen 5 und die Hülse 9 fest zusammengedrückt werden,
pressen sie die Ränder
des Diaphragmas von beiden Enden fest an ihrem Ort zwischen sich,
und die Vorsprünge 12a und 12b des
Diaphragmas werden in den Rillen oder dergleichen, die für sie vorgesehen
sind, platziert. Obwohl die Figur die Vorsprünge des Diaphragmas nur auf
seinem äußeren Umfang
darstellt, können
die Vorsprünge auch
nur auf dem inneren Umfang oder auf sowohl dem inneren als auch
dem äußeren Umfang
des Diaphragmas ausgebildet sein.
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3 stellt
eine Einzelheit der Anordnung gemäß der Erfindung dar, um die
Struktur derselben weiter zu verdeutlichen. Der Druckakkumulator
ist hier im geladenen Zustand dargestellt, was bedeutet, dass Druckfluid
in die Druckkammer 6a zugeführt worden ist, und es das
Diaphragma 11 hinüber
zur Seite der Druckkammer 6b gedrückt hat. Die Position des Diaphragmas
ist zwecks Klarheit auf eine übertriebene
Weise in der Figur dargestellt. Sowohl die Hülse 9 als auch der
Rahmen 5 sind mit Rillen zur Befestigung des Diaphragmas
versehen, wobei die Rillen von den Rändern der Aussparungen, die
in der Hülse
und dem Rahmen ausgebildet sind, beabstandet sind. Die Verdickungen 12a und 12b,
die an den Enden des hülsenartigen
Diaphragmas bereitgestellt sind, sind so angeordnet, dass sie in
diese Rillen zu platzieren sind, wenn die Hülse und der Rahmen fest zusammen
gepresst werden. In einigen Fällen
kann eine Rille nur in der Hülse
oder in dem Rahmen ausgebildet sein, vorausgesetzt, dass das Diaphragma von
seinen Rändern
zwischen der Hülse
und dem Rahmen gesichert werden kann. Das Diaphragma arbeitet auch
als eine Dichtung zwischen dem Rahmen und der Hülse, so dass die undurchlässigen Druckkammern 6a und 6b ohne
jegliche gesonderten Dichtungen zwischen diesen Abschnitten gebildet werden
können.
Die Hülse
kann mit einem Bolzen oder irgendeiner anderen entsprechenden Verbindung
am Rahmen angebracht sein.
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Die
Zeichnung und die Beschreibung, die damit in Beziehung steht, sollen
nur die erfinderische Idee veranschaulichen. Die Einzelheiten der
Erfindung können
im Umfang der Ansprüche
variieren. Deshalb können
im Prinzip die Druckkammern verglichen mit den Figuren und der Beschreibung
auf eine entgegengesetzte Weise ausgebildet sein, so dass die erste
Druckkammer 6a zwischen dem Rahmen und dem Diaphragma mit
druckbeaufschlagtem Gas gefüllt
sein kann, wohingegen Hydraulikdruck auf die zweite Druckkammer 6b zwischen
der Hülse
und dem Diaphragma ausgeübt
wird. Es ist auch möglich, mehrere
gesonderte ringförmige
Druckakkumulatoren hintereinander in der axialen Richtung des Schlagkolbens
bereitzustellen. Z. B., wenn zwei solche Druckakkumulatoren eingesetzt
werden, kann der erste mit dem Niedrigdrucksystem und der zweite mit
dem Hochdrucksystem des Schlagkolbens verbunden sein. Es ist auch
möglich,
einen Akkumulator mit einem Rückkanal
für Druckfluid
zu verbinden. Im Prinzip kann ein solcher Druckakkumulator mit jeglichem
Druckfluidraum des Schlagkolbens verbunden sein, abhängig von
der Konstruktion der Vorrichtung.