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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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The invention relates to a device in a hydraulically driven percussion hammer for applying a device, which comprises a differential piston with corresponding cylinders, the largest contact surface of the piston being closest to the percussion device, the piston executing an idle stroke, the smallest contact surface with an air chamber in direct hydraulic There is a connection and the largest contact surface can be acted upon by a hydraulic pressure medium, and a valve or the like can be adjusted from an acted position with blocked return to a position with blocked active inlet and open return.
Most of the known hammer hammers are driven by compressed air, but this type of drive has clear disadvantages, so that other forms of drive, e.g. B. hydraulic drives, find more and more interest. A disadvantage of the pneumatic impact devices is the consumption of relatively large amounts of air for the necessary performance, which requires strong lines. A further disadvantage is that the air lines freeze easily and that both the compressor and the impact device generate strong noises. The noises of the impact device are partly due to the stale air, which escapes from the exhaustor of the device with powerful explosions.
There are already various exemplary embodiments of hydraulically driven hammer hammers, some of which are also used in practice. The major disadvantage of all known demolition hammers of this type, however, is that large quantities of hydraulic fluid with appropriate pumps and powerful lines are required to achieve sufficient performance.
Furthermore, hydraulic hammer drills are known which comprise a differential piston, the pressure medium acting on the small piston suddenly. Such impact hammers require less pressure medium, but the impact becomes ineffective because the pressure is too low, because the pressure decreases rapidly during rapid expansion due to the displacement of the impact piston in the direction of impact.
Devices are also known which comprise an accumulator or air chamber which is charged by means of a pressure medium to a high pressure which causes the sudden application. The previously known machines of this type are, however, very complicated and expensive, and large impact surfaces are used on the percussion piston, whereby the percussion remains relatively ineffective.
The object of the invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages and to create a device of the type described above which allows the hydraulic impact hammer to be manufactured with little effort and through which a supply of large quantities of hydraulic medium under high pressure during the working stroke is not required.
The invention solves this problem in that the piston chamber above the smallest contact surface of the piston has a feed channel with a check valve for hydraulic pressure medium, through which feed channel any leakage in the otherwise closed piston chamber can be compensated, and that in the cylinder chamber above the smallest contact surface during the working stroke there is a significantly higher pressure than in the hydraulic pressure medium in the supply line to the cylinder chamber.
The hammer according to the invention has a simple structure and a high power output during the impact movement, because with it the actual work does not need to be done during the impact movement of the piston, but it arises when the piston is raised, which charges the air chamber. Once the piston has reached its top dead center, the valve is switched over and the return is opened. This allows the highly compressed gas in the air chamber to expand, the pressure in the piston space above the smallest piston contact surface increases drastically and the piston is pushed down at high speed. The static pressure in the supply line does not increase at all during the working stroke, it only ensures that the pump pressure is full in the piston chamber when the piston is in its lowest position.
This pressure is built up once and for all, but the pump compensates for any leakage via the supply line and the check valve. Since the lifting of the piston and thus the charging of the air chamber can now take place relatively slowly, no great demands are made on the pump to act on the largest piston contact surface, i.e. for lifting, and a pump in the usual sense is not required at all. A so-called pulse generator is sufficient, i. H. a rotating pump or the like that works in time with the stroke rate of the hammer.
In a preferred embodiment, the hydraulic pressure medium for the small and large pistons come from the same source.
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marked to be moved back and forth.
The left side is hereinafter referred to as the bottom and the right side as the top.
Above the piston part labeled --3-- there is a gas-filled or spring-loaded accumulator --7-- of known type, which is shown in the drawing with a piston --8-- for separating gas and oil.
A channel --9-- for pressure oil with a spring-loaded check valve --10-- opens into the space.This space also serves as a working cylinder for the part of the percussion piston marked --3--.
The pressurized oil continues through the pipe --12-- to a valve --13--, which can be a rotary valve, an impact valve or a slide valve of a known type. The valve can be controlled by a lug or crank with a motor drive or it can be driven in rotation. The valve should block the return --15-- and direct pressure oil through the channel --14-- to the bottom of the piston part - 2 - and furthermore stop the pressure oil and channel --14-- with the return --15 - contact (shown with dashed line).
A channel --16-- with a spring-loaded non-return valve --17-- can allow leaking oil that has passed piston parts 2 and 3 to escape. This oil goes to the return line.
The lining for the differential piston consists of tubular cylinders - 4, 5 and 6 -.
The piston must be relatively long and the piston and cylinder must be precisely matched to one another in order to achieve a seal with a simultaneous sliding fit.
It is a known matter that it is very difficult to assemble such cylinder parts in such a way that there are no inclinations with subsequent warming up and seizing.
One reason is that when using stud bolts, they must be tightened with exactly the same tension. If they are tightened unevenly, the elasticity in the material will cause inclinations and thus wedging.
Even if the material is exposed to bumps or impacts, tensions can arise that lead to such inclinations.
The front cover --19-- is not on the lining --6--. This lining has a sealing ring --22--. The hole in the block --18 - can have a slightly larger diameter than the outer diameter of the linings. The top lining --6-- can have a larger outside diameter than the other or, if necessary, have a larger diameter at the top of the sealing ring.
It is assumed that the lining is rotated exactly at right angles to internal bores in it, which does not present any technical difficulties.
The seals between the linings and the block can be packings, sealing rings or O-rings as shown in the drawing.
The effect is as follows: Pressurized oil comes through the line --9-- through the valve --10-- and fills the cylinder --11--. Because there is an opening between the lining --6-- and the lid --19--, the oil will exert pressure against the undrilled surface of the lining --6-- and compress all the linings with a sealing connection.
Because there is a play between the inside diameter of the hole in the block and the outside diameter of the linings, these parts will adjust according to the piston, even if there are deviations in the direction of the hole in the block.
The mode of operation of the impact mechanism is as follows: a prototype of the device according to the invention works as follows: The piston part -3- has an area of application of 2 cm2 and the annular piston area -2 is 4 cm2. The lower end of the piston part --1-- lies on a device (not shown), e.g. B. a drill head absorbing the impact energy. It is assumed that the valve --13-- is in such a position that the pressurized oil is excluded from the channel --14--, which is in open connection with the return line --15--.
(Shown in dashed lines in the drawing.) It is also assumed that the air chamber --7-- has a
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Gas pressure of 50 atm and that the piston --8-- rests on the bottom of the air chamber and seals it against leakage. The space above the piston --8-- has a volume of 40 cm3 and the working pressure of the oil is 100 atm.
Pressurized oil flows in through valve --10-- and fills space --11--. The piston --8 - is driven upwards until the gas has a pressure of 100 atm. The volume in the space above the piston -8 is then 20 cm3. If oil should leak, it is refilled through the valve --10--.
The oil now exerts a standing axial pressure of almost 200 kp on the face of the piston --3-. The valve --13-- is now turned in such a way that the return is closed and the pressurized oil penetrates into the channel --14-- and under the annular piston --2--. Because the contact area of this piston is 4 cm2, the piston is subjected to an axial pressure of 400 kp and moves upwards. The check valve is blocked and the oil above the piston part --3-- is pressed into the accumulator under the piston --8--. When the piston has moved 5 cm upwards, the piston part - -3-- has displaced 10 cm3 of oil. The piston was also moved upwards so that the volume of the gas is 10 cm3 and the pressure is 200 atmospheres.
This means that an equilibrium is reached between the axial pressure under the piston part --2-- and the pressure above the piston part --3--, and the piston stops. Now the valve --13-- blocks the working pressure again and opens the connection between the channel --14-- and the return line --15--. There is now no significant resistance under the piston part --2 - and the piston rushes down and performs its impact work, whereupon the process is repeated. The dimensions given are given only by way of example and can be varied within the scope of the invention.
The impact energy can be changed with different dimensions or different pressure ratios, and the impact height can be adjusted, for example, with a larger or smaller volume of the air chamber. The liquid pressure, which should remain the same in the chamber, can also come from a separate pressure source. Channel --9-- is then not connected to channel --17-- but, if necessary, to another pressure source. By changing this pressure, the length of the lay can be set as desired without having to change the size of the air chamber --7-- or the gas pressure in it. There is constant pressure in channel --12--.
By means of the device according to the invention, a hydraulically driven percussion hammer is created to act on a device which works with very small quantities of oil, the percussion energy being able to be regulated within wide limits as required. The hammer can be made small and light and has a very quiet run.
PATENT CLAIMS:
1. Device in a hydraulically driven percussion hammer to act on a device, which comprises a differential piston with corresponding cylinders, the largest contact surface of the piston is closest to the percussion device, the piston performs an idle stroke, the smallest contact surface is in direct hydraulic connection with an air chamber and a hydraulic pressure medium can be applied to the largest contact surface and a valve od.
Like. Can be adjusted from a loading position with blocked return to a position with blocked loading feed and open return, characterized in that the piston space above the smallest contact surface (3) of the piston (1) has a supply channel (9) with a check valve (10) for has hydraulic pressure medium, through which supply channel any leakage in the otherwise closed piston space can be compensated, and that in the cylinder space above the smallest contact surface (3) during the working stroke there is a significantly higher pressure than in the hydraulic pressure medium in the supply line (9) to the cylinder space.
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