[0001] Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schlagmechanismus, welcher vorwiegend
für Maschinen mit einer Schlag- und Zerstörungswirkung (Brecher, Betonbrecher u.ä.)
anwendbar ist, kann aber auch für unterschiedliche leichte und schwere Durchbruchhammer
eingesetzt werden.
[0002] Bekannt ist ein hydraulischer Schlagmechanismus (1), welcher einen Arbeitszylinder
enthält, in dem eine zylindrische Verteilerbüchse und ein Kolben mit Arbeitskammer
angeordnet sind. Der Arbeitszylinder endet an seinen Enden mit einer vorderen und
einer hinteren Dekke. Der Arbeitszylinder besteht seinerseits aus einem Außenzylinder
und einem Zwischenzylinder, wobei in dem Zwischenzylinder eine bewegliche zylindrische
Verteilerbüchse angeordnet ist, welche ein System von Ringnuten und Öffnungen enthält
und konzentrisch den Kolben mit einem symmetrisch angeordneten Arbeitsring umfaßt.
In seinem mittleren Teil ist der Zwischenzylinder mit inneren Ringnuten versehen,
welche durch Öffnungen mit einer gemeinsamen Außenkammer vereint sind, die durch eine
Zentralöffnung mit dem Behälter verbunden ist. Die Kammer weist an beiden Enden Zuführungsnuten
auf, welche durch Öffnungen mit dem fluiden Druckstrom im Außenzylinder verbunden
sind. Das Reversieren der Verteilerbüchse erfolgt durch einen Druckabfall in der jeweiligen
Arbeitskammer am Ende des Arbeits- oder des Rückgangs des Kolbens und gleichzeitig
mit der Druckerhöhung in der entgegengesetzten Kammer, hervorgerufen durch den Schlagimpuls
des sich bewegenden Kolbens und den Eintritt einer gewissen fluiden Druckmenge durch
die Drosselöffnungen in der Verteilerbüchse.
[0003] Ein Nachteil des bekannten Schlagmechanismus ist, daß eine Drosselspeisung der Arbeitskammer
zwecks Sicherung des notwendigen Druckabfalls beim Reversieren der Verteilerbüchse
erforderlich ist und daß zur Beseitigung des Gleichgewichts der Verteilerbüchse zum
Zeitpunkt des Reversierens ein Teil der gewonnenen kinetischen Energie des Kolbens
verbraucht wird, was beim Arbeitsgang von wesentlicher Bedeutung ist. Auch treten
die Kolbenenden außerhalb der Arbeitskammer hervor und die letzten werden mit Kautschuk-
oder Plastemanschettendichtungen hermetisiert, welche sich durch eine geringe Zuverlässigkeit
auszeichnen.
[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines hydraulischen Schlagmechanismus,
durch den gleichzeitig mit der automatischen Verteilung des Arbeitsfluids der notwendige
Druckabfall gesichert wird, wobei die gewonnene kinetische Energie lediglich für den
Arbeitsgang des Kolbens verwendet wird und eine Anwendung von Kautschuk- und Plastemanschettenverdichtungen
an den Kolbenenden entfällt.
[0005] Die Aufgabe wird gelöst durch einen hydraulischen Schlagmechanismus, bei dem laut
Erfindung an beiden Enden des Zwischenzylinders eine vordere und eine hintere Führungsbüchse
befindlich sind, die vor der jeweiligen Stirn der zylindrischen Verteilerbüchse angeordnet
sind, welche den zylindrischen Kolben derart umfassen, daß eine hintere und eine vordere
Arbeitskammer und eine zentrale Kolbenöffnung ausgebildet sind, welche die hintere
und vordere Druckkammer verbindet. Daneben ist achsmittig in einer Büchse angeordnet
und durch eine hintere Manschettenverdichtung das Ende des Arbeitswerkzeugs verdichtet,
unter dessen Begrenzungsring eine Stützkammer ausgebildet ist. Die Stützkammer ist
durch die am Ende des Arbeitswerkzeugs gebohrte axiale und geneigte Öffnung ständig
mit der vorderen Druckkammer verbunden. In den Druckkammern sind Gitterbüchsen und
zylindrische pneumatische Akkumulatoren montiert, die mit neutralem Gas gefüllt sind.
[0006] Die Erfindung hat folgende Vorteile: das Reversieren der Verteilerbüchse am Ende
des Arbeits- und des Rückgangs erfolgt impuls infolge der Bewegung des Kolbens, wobei
das Rücken der Büchse zu einem Zeitpunkt realisiert wird, als die jeweilige Arbeitskammer
mit dem Behälter verbunden und der Eintritt vom Druckfluid rechtzeitig unterbrochen
ist. Dies gewährleistet ein ungehindertes und sicheres Reversieren der Verteilerbüchse.
[0007] Normalerweise weist das hintere zylindrische Kolbenende einen größeren Durchmesser
als das vordere Ende auf, was bei einem Arbeitsgang eine beschleunigte Bewegung auch
während des Reversierens der Verteilerbüchse sichert ohne durch einen Verlust an kinetischer
Energie begleitet zu sein.
[0008] Die Ausbildung einer vorderen und einer hinteren Druckkammer, welche durch eine zentrale
Öffnung auf der Kolbenachse vereint sind, ermöglicht den Verzicht auf die Anwendung
von Verdichtungsmanschetten an den Kolbenenden, was ein wesentlicher Vorteil im Vergleich
zu sämtlichen bekannten modernen Konstruktionen darstellt. Die bisherige Erfahrung
beim Betreiben von hydraulischen Schlagmechanismen mit Verdichtungsmanschetten zeigt,
daß ihre Zuverlässigkeit gering ist.
[0009] Die im vorliegenden Fall angewendeten Verdichtungsmanschetten zur Hermetisierung
des Endes des Durchbruchwerkzeugs arbeiten bei viel günstigeren Bedingungen infolge
der unwesentlichen Bedeutung des Werkzeugs und man kann damit rechnen, daß ihre Zuverlässigkeit
bedeutend höher sein wird.
[0010] Die Zuführung eines Druckfluids durch die vordere und hintere Druckkammer, welche
durch eine zentrale Öffnung auf der Kolbenachse verbunden sind, gestattet den Wegfall
von Zuführungsöffnungen im äußeren Korpuszylinder. Dieser Vorteil sowie die eingebauten
zylindrischen Pneumo-Akkumulatoren in den Druckkammern ermöglicht die Entstehung von
außerordentlich kompakten, leichten und technologischen Konstruktionen, was eine besonders
wichtige Anforderung bei den manuellen Schlagmechanismen ist.
[0011] Eine beispielhafte Ausführung der Erfindung ist auf der beigelegten Abbildung gezeigt,
welche einen Querschnitt des Schlagmechanismus mit einem Schema der Zuführung darstellt.
[0012] Laut Erfindung besteht der hydraulische Schlagmechanismus aus einem Arbeitszylinder,
der sich aus einem Außen-(1) und einem Zwischenzylinder (2) mit einer vorderen (3)
und einer hinteren Führungsbüchse (4) zusammensetzt. In dem mittleren Teil des Zwischenzylinders
(2) befindet sich eine zylindrische Verteilerbüchse (5) mit hinteren Auslaßöffnungen
(6), mittleren Auslaßöffnungen (7) und vorderen Auslaßöffnungen (8), welche den zylindrischen
Kolben (9) mit einem zentralen Arbeitsring mit einem hinteren Rand (10) und einem
vorderen Rand (11), einem Zuführungsausschnitt mit einem hinteren Rand (12) und einem
vorderen Rand (13), einem vorderen Zuführungsausschnitt mit einem hinteren Rand (14)
und einem vorderen Rand (15) und einer zentralen Öffnung (16) umfaßt. Der Arbeitszylinder
ist mit einer vorderen (17) und einer hinteren Decke (18) verschlossen.
[0013] Im Hinterteil zwischen dem Zwischenzylinder (2) und der hinteren'Decke (18) ist mittels
einer Gitterbüchse (19) eine hintere Druckkammer (20) ausgebildet, welche mit dem
fluiden Druckstrom (P) des Ölaggregats (21) verbunden ist. Im Vorderteil wurde mittels
der gleichen Gitterbüchse (19) eine vordere Druckkammer (22) ausgebildet, welche durch
eine Zentralöffnung (16) des Kolbens (9) mit der hinteren Druckkammer verbunden ist.
In der vorderen Druckkammer (22) und der hinteren Druckkammer (20) sind zylindrische
Pneumo-Akkumulatoren (23) angeordnet, welche mit neutralem Gas gefüllt sind. In der
vorderen Druckkammer (22) ist ein Arbeitswerkzeug (24) mit einem Begrenzungsring (25)
mittels einer Büchse (26) montiert. Vor dem Begrenzungsring (25) befindet sich eine
vordere Scheibe (27) und eine vordere Verdichtungsmanschette (28) und hinter dem Begrenzungsring
(25) - eine hintere Verdichtungsmanschette (29) und eine hintere Scheibe (30). Mittels
der zentralen Öffnung (31) und der geneigten Öffnung (32) im Arbeitswerkzeug (24)
verbindet sich die vordere Druckkammer (22) mit der Stützkammer (33).
[0014] An seinem hinteren Ende enthält der Zwischenzylinder (2) eine hintere (34) und eine
vordere Ringnut (35), welche durch eine gemeinsame Ringnut (36) mittels vorderer (37)
und hinterer Öffnungen (38) verbunden sind. In seinem mittleren Teil enthält der Zwischenzylinder
eine vordere (39), eine mittlere (40) und eine hintere Ringnut (41), verbunden mit
einer gemeinsamen Ringnut (45) mittels vorderer (42), mittlerer (43) und hinterer
Öffnungen (44). Am vorderen Ende enthält der Zwischenzylinder(2 eine vordere (46)
und eine hintere Ringnut (47), verbunden mittels vorderer (48) und hinterer Öffnungen
(49) mit der gemeinsamen Ringnut (50). Die hintere Führungsbüchse (4) enthält Öffnungen
(51), welche die hintere Druckkammer (20) mit der hinteren Ringnut (34) verbinden.
Die vordere Führungsbüchse (3)enthält Öffnungen (52), welche die vordere Druckkammer
(22) mit der vorderen Ringnut (46) verbinden. Sinterndem zentralen Arbeitsring des
Kolbens (9) ist eine hintere Arbeitskammer (53) und vor dem zentralen Arbeitsring
- eine vordere Arbeitskammer (54) ausgebildet.
[0015] Die Wirkung des hydraulischen Schlagmechanismus ist folgende:
Der sich in Richtung des Schlags bewegende Kolben (9) befindet sich in einer vorderen
Lage und beginnt das
[0016] Reversieren der Verteilerbüchse (5) nach hinten, der Schlag ist aber immer noch nicht
versetzt. Bei dieser Lage:
- ist der hintere Arbeitsrand (12) des Kolbens (9) durch den hinteren Rand der hinteren
Führungsbüchse (4) durchgelaufen und der Eintritt eines Druckfluids von der hinteren
Druckkammer (20) in die hintere Arbeitskammer (53) ist unterbrochen;
- ist der hintere Arbeitsrand (10) des zentralen Kolbenrings durch die mittleren Auslaßöffnungen
(7) der Verteilerbüchse (5) durchgelaufen, welche die hintere Arbeitskammer (53) mit
dem Behälter (21) verbinden;
- ist der vordere Arbeitsrand (11) des Kolbens durch die vorderen Auslaßöffnungen
(8) der Verteilerbüchse durchgelaufen, welche bis zu diesem Zeitpunkt die vordere
Arbeitskammer (54) mit dem Behälter (21) verbunden haben;
- verbindet der vordere Zuführungsausschnitt des Kolbens mit einem vorderen (15) und
einem hinteren (14) Rand die vordere Druckkammer (22) mit der hinteren Ringnut (47)
mittels der vorderen (46) und der gemeinsamen Ringnut (50), der vorderen (48) und
der hinteren Öffnungen (49) und Öffnungen (52) in der vorderen Führungsbüchse.
[0017] Bei der beschriebenen Anordnung der Elemente und Öffnungen bewegt sich der Kolben
weiter nach vorn (auf der Abbildung nach rechts) unter der Einwirkung der gewonnenen
kinetischen Energie. Die Verteilerbüchse (5) beginnt nach hinten zu rücken (auf der
Abbildung nach links) infolgedessen, daß die hintere Arbeitskammer (53) mit dem Behälter
(21) verbunden ist und in der vorderen Arbeitskammer (54) durch den sich nach vorn
bewegenden Kolben ein Impuls entsteht. Vorausgesetzt, daß das hintere Kolbenende einen
größeren Durchmesser als das vordere aufweist, wird auf den Kolben eine aktive Kraft
in Richtung des Schlages weiterwirken und dieser wird sich auch während des Reversierens
der Büchse (5) ohne gar keinen Verlust an kinetischer Energie beschleunigend bewegen.
Infolge des freigesetzten Volumens der Verteilerbüchse (5) legt der Kolben eine wesentliche
Strecke zurück bevor der vordere Rand der Büchse die hintere Ringnut (47) entdeckt
und die vordere Arbeitskammer (54) mit der vorderen Druckkammer (22) verbindet. Gerade
in diesem Intervall wird ein Schlag auf das Arbeitswerkzeug (24) zwecks Vermeiden
des Verlusts an kinetischer Energie versetzt.
[0018] Nach dem Reversieren der Verteilerbüchse (5) ist die Lage der Nuten und Öffnungen
folgende:
- die vordere Arbeitskammer (54) ist mit der vorderen Druckkammer (22) verbunden;
`
- die vorderen Öffnungen (8) der Verteilerbüchse (5) sind überlappt, die mittleren
Öffnungen (7) sind mittels der mittleren Ringnut (40), die mittleren Öffnungen (43)
und die gemeinsame Nut (45) mit dem Behälter (21), die hinteren Öffnungen (6) durch
die hintere Ringnut (41) und die hinteren Öffnungen (44) und die gemeinsame Nut (45)
auch mit dem Behälter (21) verbunden;
- der hintere Rand der Verteilerbüchse (5) ist durch die vordere Ringnut (35) durchgelaufen
und hat die Verbindung der hinteren Arbeitskammer (53) mit den zu der hinteren Druckkammer
(20) führenden Nuten und Öffnungen unterbrochen.
[0019] Infolge der größeren, in Richtung des Rückgangs wirkenden Aktivkraft beginnt sich
der Kolben bei dieser Lage nach hinten zu bewegen. In einer extrem hinteren Lage ist
die Anordnung der Elemente und Öffnungen folgende:
- der vordere Rand (15) des vorderen Kolbenausschnitts ist durch den vorderen Rand
der vorderen Führungsbüchse (3) durchgelaufen und unterbricht den Zutritt des Druckfluids
in die vordere Arbeitskammer'(54);
- die vorderen Öffnungen (8) der Verteilerbüchse (5) sind überlappt;
- der vordere Rand (11) des zentralen Arbeitsrings ist durch die Öffnungen (7) der
Verteilerbüchse durchgelaufen, wobei die vordere Arbeitskammer (54) mit dem Behälter
(21) verbunden ist;
- der hintere Rand (10) des zentralen Arbeitsrings ist durch die hinteren Öffnungen
(6) der Verteilerbüchse durchgelaufen, wobei auf diese Art und Weise die hintere Arbeitskammer
(53) vom Behälter (21) isoliert wurde;
- der hintere Rand (12) des hinteren Zuführungsausschnitts des Kolbens ist an den
Rand der hinteren Führungsbüchse (4) vorbeigelaufen, wobei auf diese Art wesentlich
früher (zu Beginn des Rückgangs) die hintere Druckkammer (20) mit der vorderen Ringnut
.(35) verbunden werden, welche bis zu diesem Zeitpunkt von der Verteilerbüchse (5)
verschlossen wurde.
[0020] Infolge des gebildeten Impulses in der hinteren Arbeitskammer (53),.hervorgerufen
durch den sich aus Trägheit bewegenden Kolben und den Druckabfall in der vorderen
Arbeitskammer (54) rückt die Verteilerbüchse (5) nach vorn und nimmt wieder die auf
der Abbildung gezeigte Lage ein. Der Kolben unterbricht seine Bewegung nach hinten
und es beginnt der nächste Arbeitsgang. Nachdem der Kolben die auf der Abbildung gezeigte
Lage einnimmt, verläuft die weitere Bewegung nach der bereits beschriebenen Art, wonach
der Zyklus wiederholt wird.
[0021] Ein markantes Element bei dieser Konstruktion ist das Verhalten des Arbeitswerkzeugs
(24), bestimmt duch das Verhältnis zwischen der aktiven Fläche des den Kolbenschlag
wahrnehmenden Endes und hermetisiert mit einer hinteren Verdichtungsmanschette (29)
und der Fläche der Stützkammer (33), hermetisiert mit einer vorderen Verdichtungsmanschette
(28).
[0022] Mittels der zentralen Öffnung (31) und der geneigten Öffnung (32), welche am Ende
des Arbeitswerkzeugs (24) gebohrt wurden, ist die Stützkammer (33) ständig mit der
vorderen Druckkammer (22) verbunden. Dabei sind je nach Verwendungszweck der Schlagmaschine
zwei Varianten möglich:
a) die aktive Fläche der Stützkammer (33) ist größer als die Fläche des zylindrischen
Endes des Arbeitswerkzeugs (24), welches sich in der vorderen Druckkammer (22) befindet.
Bei diesem Verhältnis schiebt die vordere Verdichtungsmanschette (28) durch die vordere
Scheibe (27) das Arbeitswerkzeug (24) in eine extrem hintere Lage und drückt den Begrenzungsring
(25) mit einer bestimmten Kraft je nach Verhältnis zwischen den erwähnten Aktivflächen
zur Büchse (26). Das Arbeitswerkzeug (24) erleidet Kolbenschläge und überträgt die
Energie zur Arbeitsspitze als eine Spannungswelle praktisch ohne Bewegung mit einer
unwesentlichen Trennung des Begrenzungsrings (25) von der Büchse (26). In diesem Fall
ist die Anwendung einer äußeren Achsenanstrengung auf die Schlagmaschine nicht notwendig
und ist außerordentlich günstig bei manuellen Schlagwerkzeugen, an die die Forderung
gestellt wird, mit einer minimalen Achsenanstrengung und gleichzeitig in einem geeigneten
Schwingungsregime zu arbeiten.
b) die aktive Fläche der Stützkammer (33) ist kleiner als die Fläche des zylindrischen
Endes des Arbeitswerkzeugs (24). Bei diesem Verhältnis befindet sich das Arbeitswerkzeug
(24) in einer extrem vorderen Lage und wird keine Kolbenschläge wahrnehmen, solange
keine äußere Achsenanstrengung auf den Maschinenkörper ausgeübt wurde, welche die
Anstrengung übertrifft, womit das Arbeitswerkzeug (24) nach vorn geschoben wird. Diese
Variante ist sehr günstig für hydraulische Durchbruchhammer, montiert auf Autozuführern
und hat folgende Vcrteile:
Das Arbeitswerkzeug (24) mit dem an ihm angeschlossenen Durchbruchwerkzeug (Stangen
und Durchbruchkrone) bilden ein autonomes System, welches immer dicht an die Stirn
des gebohrten Lochs gedrückt ist und sich praktisch nicht durch die äußere Schwankung
des Maschinenkörpers beeinflussen läßt. Dies ermöglicht, daß der Kolben Schläge bei
einem ständigen Kontakt der Durchbruchkrone mit dem Felsen auf das Durchbruchwerkzeug
versetzt, was seinerseits eine optimale Ausnutzung der Schlagenergie bei einer minimalen
Belastung des Werkzeugs gewährleistet. Die bei ähnlichen Regimes praktisch durchgeführten
Versuche zeigen eine bedeutende Erhöhung der Lebensdauer der Durchbruchwerkzeuge.
[0023] Darüber hinaus befindet sich das Durchbruchwerkzeug während des Arbeitens in einem
schwimmenden Regime und die durch den Schlag hervorgerufenen Schwingungen werden praktisch
auf den Maschinenkörper nicht übertragen, was Voraussetzungen für die wesentliche
Reduzierung der Schwingungen des Durchbruchkomplexes schafft.
[0024] Das vorgeschlagene Schema eines hydraulischen Schlagmechanismus ist auch dann anwendbar,
wenn die Enden des Kolbens (9) außerhalb der vorderen (22) und der hinteren Druckkammer
(20) hervortreten, welche mit Verdichtungsmanschetten hermetisiert sind, so wie alle
bis jetzt bekannten Konstruktionen ausgeführt werden. In diesem Fall ist die zentrale
Öffnung (16) des Kolbens isoliert und spielt nicht die Rolle einer Verbindungsnut.
Die Speisung der vorderen (22) und hinteren Druckkammer (20) ist direkt und wird verwirklicht
durch die Nuten im Innenzylinder (1). In allem anderen wird das beschriebene Prinzipschema
und die Arbeitsweise des Schlagmechanismus beibehalten.
1. Hydraulischer Schlagmechanismus mit einem Arbeitszylinder, bestehend aus einem
Außen- und einem Zwischenzylinder, wobei in dem Zwischenzylinder eine zylindrische
Verteilerbüchse angeordnet ist, welche sich bewegt und ein System von Öffnungen enthält
und konzentrisch einen Kolben mit einem symmetrisch angeordneten Arbeitszylinder umfaßt,
wobei der Zwischenzylinder in seinem mittleren Teil mit Innenringnuten versehen ist, welche durch
Öffnungen mit einer gemeinsamen Außenkammer vereint sind, welche durch eine zentrale
Öffnung mit einem Behälter verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß an beiden Enden
des Zwischenzylinders (2) eine vordere (3) und eine hintere Führungsbüchse (4) vorgesehen
sind, welche vor der jeweiligen Stirn der zylindrischen Verteilerbüchse (5) angeordnet
sind und den zylindrischen Kolben (9) derart umfassen, daß jeweils eine hintere (53)
und eine vordere Arbeitskammer (54) und eine zentrale Kolbenöffnung (16) ausgebildet
sind, welche eine hintere (20) und eine vordere Druckkammer (22) verbindet, wobei
neben der letzten achsenmittig in einer Büchse (26) angeordnet und durch eine hintere
Manschettenverdichtung (29) das Ende des Arbeitswerkzeugs (24) unter dem Begrenzungsring
(25) verdichtet ist, auf dem eine Stützkammer (33) ausgebildet ist, welche durch die
am Ende des Arbeitswerkzeugs gebohrte axiale (31) und geneigte Öffnung (32) ständig
mit der vorderen Druckkammer (22) verbunden ist.
2. Ein hydraulischer Schlagmechanismus laut Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß
in der vorderen (22) und hinteren Druckkammer (20) Gitterbüchsen (19) und mit neutralem
Gas gefüllte zylindrische Pneumo-Akkumulatoren (23) montiert sind.