[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige
Vorrichtungen sind z.B. aus der DE-AS 24 28 236 bekannt. Bei diesen Vorrichtungen
löst der Schlagkolben kurz vor Erreichen seiner beiden Endlagen einen Steuerimpuls
aus, der die Umsteuerung des Steuerventils einleitet, das seinerseits die Umkehr der
am Schlagkolben angreifenden Kräfte bewirkt. Die vom Kolbenweg des Schlagkolbens abhängigen
Steuerimpulse sind dabei derart gewählt, daß der Schlagkolben unter Berücksichtigung
der Umschaltzeit des Steuerventils einerseits am vorgesehenen oberen Umkehrpunkt zur
Ruhe kommt und anschließend seinen Arbeitshub beginnt und andererseits nach dem Kolbenaufschlag
auf den Meißel die den Rückhub bewirkenden Kräfte erfährt.
[0002] Wenn bei der bekannten Schlagvorrichtung Schlagenergie von der Meißelspitze reflektiert
wird, so wird der Schlagkolben in Richtung des Rückhubes beschleunigt, wobei die vom
Schlagkolben freigegebene Steuerleitung wieder verschlossen und damit der Umsteuerimpuls
für das Steuerventil unterbrochen wird. Das Steuerventil verharrt nunmehr weiter in
der Stellung, bei der der Schlagkolben in Richtung auf den Meißel beaufschlagt wird.
Der zurück reflektierte Schlagkolben wird dadurch abgebremst und erneut auf den Meißel
beschleunigt. Es erfolgt ein sogenannter Doppelschlag. Derartige Doppelschläge sind
äußerst unerwünscht und nachteilig, da einerseits die Laufruhe der Schlagvorrichtung
empfindlich gestört ist und andererseits die Schlagzahl der Schläge, bei denen der
Schlagkolben von seinem oberen oder rückwärtigen Umkehrpunkt beschleunigt wird, verringert
wird.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlagvorrichtung derart zu gestalten,
daß im Falle, daß die Schlagenergie von der Meißelspitze auf den Schlagkolben zurückreflektiert
wird, die Schlagzahl nicht verringert und die Laufruhe nicht beeinträchtigt wird.
[0004] Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Durch
die Anordnung eines Halteventils in die Steuerleitung und die Verbindung des Halteventils
über einen dritten Anschluß unmittelbar mit der Rückleitung kann das in der Steuerleitung
befindliche Druckmedium auch dann abfließen, wenn die Steuerleitung durch einen Steuerimpuls
kurzfristig entlastet und der Steuerimpuls kurz darauf wieder unterbrochen wird. Das
Steuerventil schaltet somit in jedem Fall - also auch im Falle vom Meißel reflektierter
Schlagenergie - zuverlässig um und bewirkt in dieser Stellung die Beschleunigung des
Arbeitskolbens in Richtung des Rückhubes bis zum oberen Umkehrpunkt. Durcn die reflektierte
Energie erfolgt der Rückhub sogar in kürzerer Zeit, so daß eine Erhöhung der Schlagzahl
erreicht wird. Bis zum Umsteuern des Steuerventils gelangt das über der großen Ringfläche
des Schlagkolbens befindliche Druckmedium in einen Druckspeicher. Die dabei vom Druckspeicher
aufgenommene Reflexionsenergie steht dem nächsten Arbeitshub wieder zur Verfügung.
[0005] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit eine Rückgewinnung der Reflexionsenergie.
[0006] In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
[0007] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird
im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine hydraulische Schlagvorrichtung während des Arbeitshubes in einem schematisierten
Längsschnitt,
Fig. 2 das Halteventil während des Arbeitshubes in einer vergrößerten Darstellung,
Fig. 3 die Schlagvorrichtung in einem auszugsweisen Längsschnitt zu einem Zeitpunkt
, in dem sich der Steuerschieber in der unteren Endlage befindet und der Schlagkolben
am Ende des Rückhubes seine obere Endlage erreicht,und
Fig. 4 das Halteventil während des Wechsels vom rechten zum linken Ventilsitz nach
dem Verbinden der Steuerleitung mit der Druckleitung.
[0008] Die Schlagvorrichtung 1 weist einen Arbeitszylinder 2 auf, in dem ein Schlagkolben
3 beweglich geführt ist. An ihrem unteren Ende ist die Schlagvorrichtung 1 mit einem
Meißel 4 versehen, der in bekannter Weise um einen bestimmten Betrag gleitbar gehalten
ist. Das dem Meißel 4 zugewandte Ende des Arbeitszylinders 2 ist über eine Vorlauf-
oder Druckleitung 5 mit einer Druckquelle mit dem Arbeitsdruck
Po verbunden. Zur Mündung der Zu- oder Druckleitung 5 im Arbeitszylinder 2 ist eine
Ringnut 6 vorgesehen. Die Schlagvorrichtung 1 ist ferner mit einem Druckspeicher 8
ausgerüstet, der mit der Druckleitung 5 verbunden ist.
[0009] Die Schlagvorrichtung 1 enthält ferner ein Steuerventil 10 mit einem Steuerzylinder
11 und einem darin bewegbaren hülsenartigen Steuerschieber 12. Der Steuerzylinder
11 weist drei zylindrische Teile 11a, 11b, 11c auf, wobei der mittlere Teil 11b den
größten Durchmesser, der untere Teil 11c den kleinsten Durchmesser und der obere Teil
11a einen Durchmesser aufweist, der zwischen den beiden anderen Durchmessern liegt.
Das stirnseitige Ende des unteren zylindrischen Teils 11c des Steuerzylinders 11 ist
über eine Zweigleitung 13 mit der Druckleitung 5 verbunden. Das obere Ende des Steuerzylinders
11 ist über eine Nut 15 und eine Leitung 16 mit der Rücklaufleitung 17 (im folgenden
auch nur kurz "Rückleitung" genannt) verbunden, die zum niederdruckseitigen Anschluß
(Symbol:
PT) führt.
[0010] Der untere Teil 11c des Steuerzylinders 11 ist außerdem über eine seitliche Leitung
18 mit dem oberen Teil des Arbeitszylinders 2 verbunden, wobei zur Mündung der Leitung
18 im Steuerzylinder 11 eine Nut 19 und im Arbeitszylinder 2 eine Nut 20 vorgesehen
ist. In der Nähe der Nut 19 ist der Steuerzylinder 11 über eine Nut 22 unmittelbar
mit der Rücklaufleitung 17 verbunden.
[0011] Zwischen den Nuten 6 und 20 im Arbeitszylinder 2 ist eine weitere Nut 23 vorgesehen,
die über zwei Leitungen 24, 25 mit der Rücklaufleitung 17 verbunden ist.
[0012] Zwischen den Nuten 6 und 23 weist der Arbeitszylinder 2 eine Steuernut 26 auf, durch
die der Arbeitszylinder 2 über einen Steuerkanal bzw. eine Steuerleitung 27 mit dem
Steuerzylinder 11 verbunden ist.
[0013] Die Steuerleitung 27 wird durch die beiden Leitungen bzw. Leitungsabschnitte 27a
und 27b gebildet. Im Steuerzylinder mündet die Steuerleitung 27 in eine Nut 29, die
zwischen den Nuten 15 und 22 gelegen ist. Durch die vier Nuten 15, 29, 22 und 19 des
Steuerzylinders 11 werden dessen drei zylindrische Teile wie folgt definiert: Der
obere zylindrische Teil 11a liegt oberhalb der Nut 15, der mittlere zylindrische Teil
11b wird durch die beiden Nuten 15 und 29 begrenzt, und der untere zylindrische Teil
11c reicht vom unteren Rand der Nut 29 bis unter die Nut 19. Die Nut 22 liegt innerhalb
des unteren zylindrischen Teils 11c.
[0014] Die beiden Leitungsabschnitte 27a und 27b sind durch ein mit drei Anschlüssen versehenes
Halteventil 30 miteinander verbunden, wobei der dritte Anschluß über einen Leitungsabschnitt
31 und die Leitung 25 mit der Rücklaufleitung 17 verbunden ist.
[0015] Der Schlagkolben 3 weist jeweils einen verjüngten vorderen bzw. unteren und hinteren
bzw. oberen Abschnitt 32 bzw. 33 auf, wobei der Durchmesser des vorderen Abschnitts
32 größer ist als der des hinteren Abschnitts 33. Durch die verjüngten Abschnitte
32 bzw. 33 wird je eine kleine bzw. große Ringfläche 34 bzw. 35 am Schlagkolben 3
gebildet. Zwischen den beiden Ringflächen 34, 35 ist eine Ausnehmung oder Umfangsnut
36 angeordnet, durch die zwei Kolbenbunde 37 bzw. 38 gebildet werden. Die kleine Ringfläche
34 ist bei Betriebsbereitschaft durch die Druckleitung 5 ständig von dem öl bzw. Hydraulikmedium
beaufschlagt. Der Kolbenbund 37 bildet mit seinem an die Umfangsnut 36 angrenzenden
Ende eine obere Steuerkante 39 und mit dem durch die kleine Ringfläche 34 gegebenen
Ende eine untere Steuerkante 40.
[0016] Der Steuerschieber 12 weist an seinem der Zweigleitung 13 zugewandten unteren Ende
einen ersten verjüngten zylindrischen Abschnitt 41 mit einer Stirnfläche 42 und an
seinem gegenüberliegenden Ende einen weiteren zylindrischen Abschnitt 43 mit einer
Stirnfläche 44 auf. Der Durchmesser des ersten Abschnitts 41 ist kleiner als der des
zweiten Abschnitts 43, so daß auch die erste Stirnfläche 42 kleiner ist als die zweite
Stirnfläche 44. Beide Stirnflächen 42 und 44 sind im Falle der Betriebsbereitschaft
ständig druckbeaufschlagt, so daß über diese Flächen ständig eine nach unten gerichtete
Kraft F auf den Steuerschieber 12 wirkt, die sich aus der Flächendifferenz (A44 -
A42) multipliziert mit dem Arbeitsdruck p
D ergibt. Zwischen den Abschnitten 41 und 43 befindet sich ein Kolbenbund 45 mit einer
dem ersten Abschnitt 41 zugeordneten Ring- oder Steuerfläche 47 und einer entsprechenden
kleineren, dem anderen Abschnitt 43 zugeordneten Ringfläche 48. Der Raum zwischen
der Nut 15 des Steuerzylinders 11 und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 43 des Steuerschiebers
12 ist ständig mit der Rückleitung 17 verbunden.
[0017] Der erste Abschnitt 41 des Steuerschiebers 12 wird in dem unteren und der zweite
Abschnitt 43 in dem oberen zylindrischen Teil 11c bzw. 11a des Steuerzylinders 11
geführt. Der Kolbenbund 45 gleitet im mittleren zylindrischen Teil 11b des Steuerzylinders
11.
[0018] Der erste zylindrische Abschnitt 41 weist eine Umfangsnut 49 und - zwischen dieser
und der Steuerfläche 47 - eine kleine radiale Hilfsbohrung 51 auf. Die Länge der Umfangsnut
49 ist größer als der Abstand zwischen den beiden Nuten 19 und 22 im Steuerzylinder
11.
[0019] Das Halteventil 30 ist in Fig. 2 in einem vergrößerten Maßstab dargestellt. Es besteht
aus einem hohlzylindrischen Teil bzw. einer Bohrung 53 und einem als Kugel ausgebildeten
Ventilkörper 54. Der zylindrische Teil 53 weist an seiner über den Leitungsabschnitt
31 mit der Rücklaufleitung 17 verbundenen Stirnseite einen Ventilsitz 55 und an seiner
anderen, mit dem Leitungsabschnitt 27a verbundenen Stirnseite einen Ventilsitz 56
auf. Der Leitungsabschnitt 27b der Steuerleitung 27 mündet radial in den hohlzylindrischen
Teil 53 ein. Seine Mittelachse geht dabei - wenn die Kugel 54 an dem Ventilsitz 55
anliegt - durch die diesem Ventilsitz zugewandte Hälfte der Kugel 54. Der Durchmesser
der Kugel 54 ist kleiner als der Durchmesser des zylindrischen Teils 53, so daß das
Druck- oder Hydraulikmedium durch den von der Kugel 54 und dem zylindrischen Teil
53 gebildeten Spalt 58 fließen kann.
[0020] Im folgenden wird die Funktion der Schlagvorrichtung für den Fall beschrieben, daß
die vom Schlagkolben auf den Meißel aufgebrachte Energie vollständig in das zu zerkleinernde
Gut überführt und nicht reflektiert wird. Fig. 1 zeigt die Schlagvorrichtung während
des durch einen Pfeil gekennzeichneten Arbeitshubes des Schlagkolbens 3. Der Raum
des Zylinders 2 über der großen Ringfläche 35 ist über die Leitung 18 und die Zweigleitung
13 mit der Druckleitung 5 verbunden. Der Schlagkolben 3 wird somit mit einer Kraft
in Richtung auf den Meißel 4 beschleunigt, die sich aus der Flächendifferenz (
A 35 - A34) der Ringflächen 35 und 34 multipliziert mit dem Arbeitsdruck p
0 ergibt. Während des Schlag- oder Arbeitshubes befindet sich der Steuerschieber 12
in der von der Hochdruckleitung 5 bzw. der Zweigleitung 13 abgewandten, oberen Lage.
Durch die Hilfsbohrung 51 kann Druckmittel aus dem Innenraum des Steuerschiebers 12
zu dem Raum unter der Steuerfläche 47 gelangen und den dort herrschenden Druck aufrechterhalten
(der Leitungsabschnitt 27a ist von dem Kolbenbund 37 abgedeckt und die Leitung 25
durch die am linken Ventilsitz 55 anliegende Kugel 54 verschlossen). Da die Ringfläche
48 drucklos ist und die Steuerfläche 47 größer ist als die nach unten wirkende Teilfläche
bzw. Flächendifferenz (A
44 - A
42j, bleibt der Steuerschieber 12 in seiner oberen Lage gehalten.
[0021] Kurz bevor der Schlagkolben 3 auf den Meißel 4 auftrifft, erreicht die obere Steuerkante
39 die Steuernut 26. Die Umfangsnut 36 verbindet den Leitungsabschnitt 27a - und damit
die gesamte Steuerleitung 27 - über die Leitung 24 mit der Rücklaufleitung 17, wodurch
der Raum unter der Steuerfläche 47 drucklos wird. Es wirkt somit ausschließlich die
über die Teilfläche bzw. Flächendifferenz (A
44 - A
42) auf dem Steuerschieber 12 wirkende Kraft und drückt diesen in der konstruktiv vorgegebenen
Ventil- oder Steuerzeit t
st in seine untere Endlage. Dabei wird (druckloses) Druckmedium durch den Leitungsabschnitt
27b gedrückt, das beim Eintritt in den hohlzylindrischen Teil 53 des Halteventils
30 auf den linken Teil der Kugel 54 trifft und durch den durch die Kugel 54 und die
Bohrung 53 gebildeten Spalt 58 und den Leitungsabschnitt 27a zur Rückleitung 17 strömt.
[0022] Die an dem Spalt 58 auftretende Druckdifferenz treibt die Kugel 54 nach rechts an
den Ventilsitz 56. Dabei kann kurzfristig das durch den Leitungsabschnitt 27b ablaufende
Hydraulikmedium sowohl über den Leitungsabschnitt 31 als auch über den Leitungsabschnitt
27a und die Leitung 24 zur Leitung 25 und damit zur Rückleitung 17 abfließen. Wenn
die Kugel 54 an dem Ventilsitz 56 anliegt und der Leitungsabschnitt 27a und die Leitung
24 damit für das aus dem Leitungsabschnitt 27b abfließende Hydraulikmedium versperrt
sind, kann das von der Steuerfläche 47 verdrängte und über die Hilfsbohrung 51 eingespeiste
Hydraulikmedium weiter gegen einen geringen Druckabfall im Leitungsabschnitt 31 zur
Leitung 25 und damit zur Rückleitung 17 abfließen.
[0023] Während der Steuerschieber 12 in seine untere Lage bewegt wird, wird einerseits die
Hilfsbohrung 51 durch den zwischen den Nuten 29 und 22 gelegenen Teil des Steuerzylinders
11 abgedeckt und andererseits durch die Umfangsnut 49 die Ringfläche 35 des Kolbens
3 über die Nuten 22 und 19 und die Leitung 18 mit der Rückleitung 17 verbunden (vgl.
Fig. 3). Die obere, große Ringfläche 35 ist somit entlastet und der Schlagkolben 3
wird durch die auf die untere kleine Ringfläche 34 wirkende Kraft zum Rückhub nach
oben beschleunigt. Gegen Ende des Rückhubes erreicht die durch die kleine Ringfläche
34 gegebene untere Steuerkante 40 die Steuernut 26 und stellt somit (wieder) eine
Verbindung zwischen der Druckleitung 5 und dem Leitungsabschnitt 27a der Steuerleitung
27 her: Die Kugel 54 wird an den linken Ventilsitz 55 gedrückt (vgl. Fig. 4), und
die gesamte Steuerleitung 27 und der Raum unter der Steuerfläche 47 wird mit Druck
beaufschlagt, so daß der Steuerschieber 12 wieder in seine obere Lage zurückbewegt
wird, in der er die Leitung 18 zum Arbeitszylinder 2 wieder über die Verbindungsleitung
13 mit der Druckleitung 5 verbindet und ein neuer Arbeitshub eingeleitet wird.
[0024] Für den Fall, daß die vom Schlagkolben 3 auf den Meißel 4 übertragene Energie zumindest
teilweise reflektiert wird, wird der Kolben 3 durch den Reflexionsimpuls schlagartig
in Richtung des Rückhubes derart beschleunigt, daß die Zeit zwischen der Freigabe
bzw. dem öffnen der Steuernut 26 beim Abwärtshub des Kolbens 3 und dem Wiederverschließen
der Steuernut 26 jeweils durch die obere Steuerkante 39 zu kurz ist, um den Steuerschieber
12 in seine untere Lage zu bringen.
[0025] Eine gegebenenfalls eingeleitete kleine Bewegung des Steuerschiebers 12 nach unten
wird - bei verschlossener Steuernut 26 - durch das Einspeisen von Druckmedium durch
die Hilfsbohrung 51 in den Raum unter der Steuerfläche 47 wieder rückgängig gemacht.
[0026] Der während der kurzen Zeit zwischen dem öffnen und - beim Rücksprung des Kolbens
3 - dem Wiederverschließen der Steuernut 26 durch die obere Steuerkante 39 reicht
aus, um die Kugel 54 vom linken Ventilsitz 55 abzuheben und sie nach rechts zu bewegen.
Damit ist aber der Leitungsabschnitt 27b über die Leitungsabschnitte 31 und 25 mit
der Rücklaufleitung 17 verbunden. Diese Verbindung bleibt auch dann bestehen, wenn
die Steuernut 26 wieder verschlossen ist. Der Steuerschieber 12 führt seinen Arbeitshub
dadurch in der gleichen Weise und in der gleichen Ventil- oder Steuerzeit t
st aus, wie wenn der Schlagkolben 3 seine gesamte Energie ohne Reflexion an den Meißel
4 abgibt und in der Aufschlagstellung S-S verharrt.
[0027] Die Ventilzeit t
st, die auch der Zeit entspricht, die vergeht, um die Ringfläche 35 von der Druckleitung
5 zu trennen und mit der Rücklaufleitung 17 zu verbinden, ist konstruktiv so gewählt,
daß die Reflexionsenergie durch Verdrängen des Drucköls vor der Ringfläche 35 durch
die Leitungen 18 und 13 in den Druckspeicher 8 voll genutzt werden kann.
[0028] Das in den Druckspeicher 8 eingeflossene Drucköl steht für den nächsten Schlaghub
zur Verfügung und hat die Wirkung wie eine Steigerung der Fördermenge Q
0. Da die Schlagzahl Z des Schlagkolbens 3 proportional der Fördermenge Q
0 ist, wird durch die Nutzbarmachung bzw. Rückgewinnung der Reflexionsenergie auch
die Schlagzahl Z und damit die Gesamtleistung der Schlagvorrichtung 1 gesteigert.
[0029] In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann der Steuerschieber 12 auch
durch eine Druckfeder in Richtung auf seine untere Lage beaufschlagt werden, wie dies
beispielsweise in der EP-A1-0 070 246 beschrieben ist.
1. Hydraulische Schlagvorrichtung
mit einem in einem Arbeitszylinder beweglichen und auf einen Meißel aufschlagenden
Schlagkolben, einem in einem Steuerventil bewegbaren Ventilkörper und einem mit der
Druckleitung verbundenen Druckspeicher, wobei der Schlagkolben zwei verschieden große
in Bewegungsrichtung entgegengesetzt beaufschlagbare Flächen aufweist,
von denen die kleinere ständig mit der Druckleitung und die größere über das Steuerventil
wechselweise mit der Druckleitung und der Rücklaufleitung verbunden ist,
und wobei der bewegliche Ventilkörper des Steuerventils mit zwei verschieden großen,
senkrecht zur Bewegungsrichtung beaufschlagbaren Teilflächen versehen ist,
von denen die kleinere ständig mit der Druckleitung und die größere als Steuerfläche
über eine Steuerleitung durch eine zwischen den Ringflächen des Schlagkolbens gelegene
Umfangsnut abwechselnd mit der Druckleitung und der Rücklaufleitung verbunden ist,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- in der Steuerleitung (27) ist ein mit drei Anschlüssen versehenes Halteventil (30)
angeordnet,
- von dem Halteventil 130) ist
ein Anschluß mit dem Steuerventil (10),
ein Anschluß mit dem Arbeitszylinder (2) und
ein Anschluß unmittelbar mit der Rücklaufleitung (17)
verbunden,
- die mit dem Arbeitszylinder (2) und der Rücklaufleitung (17) verbundenen Anschlüsse
sind axial ausgerichtet und bilden die Ausgänge (55, 56) eines Hohlzylinders (53),
- der in dem Hohlzylinder (53) bewegliche Ventilkörper (54) weist einen Querschnitt
auf, der kleiner ist als der Querschnitt des Hohlzylinders (53).
2. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Halteventil
(30) bewegliche Ventilkörper (54) als Kugel ausgebildet ist.
3. Schlagvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Steuerventil
(10) verbundene Anschluß (27b) des Halteventils (30) radial in den Hohlzylinder (53)
einmündet und in axialer Richtung des Hohlzylinders (53) derart angeordnet ist, daß
dessen Mittellinie, wenn die Kugel (54) an dem dem mit der Rücklaufleitung (17) verbundenen
Anschluß zugeordneten Ventilsitz (55) anliegt, durch die diesem Anschluß zugewabdte
Hälfte der Kugel (54) verläuft.