[0001] Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Schlagwerk mit einem Zylinder, einem in
diesem geführten Schlagkolben und einer Kolbenrückholeinrichtung, wobei der Schlagkolben
einseitig mit einem unter Druck stehenden kompressiblen Antriebsmittel (Druckgas)
beaufschlagt ist und wobei die Kolbenrückholeinrichtung, über die der Schlagkolben
entgegen der Richtung seines Arbeitshubes rückholbar und die auf ihrer der Schlagkolbenspitze
zugewandten Seite wechselweise an eine Druckquelle für ein inkompressibles Antriebsmittel
(Hydraulik-Öl) und an einen drucklosen Rücklauf anschließbar ist, am Schlagkolben
unabhängig von diesem verschiebbar abgestützt ist.
[0002] Trotz ansonsten unterschiedlicher Arbeitsweise ist den bekannten Schlagwerken gemeinsam,
daß das inkompressible Antriebsmittel mit den sich gegenüberliegenden Kolbenflächen
des Schlagkolbens unmittelbar gekoppelt ist. Mit dessen Bewegung wird das inkompressible
Antriebsmittel (d. h. das Hydraulik-Öl) vor der einen Kolbenfläche verdrängt und hinter
der anderen nachgeführt. Die Flüssigkeitssäulen vor und hinter den beiden Kolbenflächen
weisen dieselbe Geschwindigkeit auf wie der Schlagkolben selbst.
Beim Auftreffen des Schlagkolbens auf den nachgeschalteten Meißel oder - beim Direktschlag
- auf das zu bearbeitende Material wird der Schlagkolben schlagartig verzögert. Die
Flüssigkeitssäule vor der Kolbenfläche setzt dabei ihre Bewegung in Schlagrichtung
fort; damit ist die Gefahr der Kavitation gegeben. An der gegenüberliegenden Kolbenfläche
treten durch die schlagartige Verzögerung des Schlagkolbens und der Flüssigkeitssäule
erhebliche Druckspitzen auf. Die unmittelbare Kopplung des inkompressiblen Antriebsmittels
an die Bewegung des Schlagkolbens ist außerdem insofern von Nachteil, als die Strömungsquerschnitte
in den zugehörigen Kanälen und in der Steuerung an die höchste auftretende Kolbengeschwindigkeit
angepaßt sein müssen.
[0003] Aus der DE-PS 2941443 ist ein Schlagwerk der eingangs erwähnten Gattung mit einer
Kolbenrückholeinrichtung bekannt, welche - den Schlagkolben auf der von der Schlagkolbenspitze
abgewandten Seite mit Abstand umschließend - auf seiner der Schlagkolbenspitze zugewandten
Seite mit Kolbenstangen in Verbindung steht. Diese sind Bestandteil vom Arbeitszylinder
getrennter Zylindereinheiten, mittels welcher die Kolbenrückholeinrichtung entgegen
der Richtung des Schlagkolben-Arbeitshubes, also entgegen der Schlagrichtung, antreibbar
und damit rückholbar ist.
Die Mitnahme des Schlagkolbens entgegen der Schlagrichtung wird dabei dadurch ermöglicht,
daß in der Kolbenrückholeinrichtung eine federnd abgestützte Klinke eingebaut ist,
welche mit dem Schlagkolben verriegelbar ist. Während des Arbeitshubes des Schlagkolbens
in Schlagrichtung ist die Kolbenrückholeinrichtung nach Entriegeln der Klinke von
dem Schlagkolben freigesetzt und eilt diesem in Schlagrichtung nach.
Der Nachteil des bekannten Schlagwerks besteht darin, daß das Ab- und Ankuppeln der
Kolbenrückholeinrichtung, welches auf mechanischem Wege erfolgt, in fertigungstechnischer
Hinsicht aufwendig und störanfällig ist. Bedingt durch die verhältnismäßig große Masse
der insgesamt zusammenwirkenden Bestandteile läßt die Kolbenrückholeinrichtung lediglich
Schlagzahlen in der Größenordnung von nicht mehr als 60/min. zu.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schlagwerk zu schaffen, dessen während
des Arbeitshubes des Schlagkolbens entkoppelte Kolbenrückholeinrichtung möglichst
einfach aufgebaut ist, insbesondere kaum mechanisch wirksame Zusatzbestandteile aufweist,
und welches bei möglichst geringer Masse auch hohe Schlagzahlen zuläßt.
Die Kolbenrückholeinrichtung soll weiterhin in der Weise ausgebildet sein, daß sie
unabhängig vom Aufschlag des Schlagkolbens abgebremst werden kann.
[0005] Durch eine geeignete Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes soll außerdem die Möglichkeit
eröffnet werden, eine kontinuierliche Verstellung des Kolbenhubes, und damit der Schlagenergie
sowie der Schlagzahl, zu verwirklichen.
[0006] Die gestellte Aufgabe wird durch ein Schlagwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Der Grundgedanke der Erfindung besteht danach darin, die Kolbenrückholeinrichtung
als Ringkolben auszubilden, der in Längsrichtung des Schlagkolbens frei verschiebbar
an diesem und an dem Zylinder anliegt und der auf der der Schlagkolbenspitze zugewandten
Seite mit einer Ringfläche des Zylinders einen von dem kompressiblen Antriebsmittel
(Druckgas) getrennten Kolbenraum in axialer Richtung begrenzt; der Bewegungsspielraum
des Ringkolbens bezüglich des Schlagkolbens entgegen der Schlagrichtung ist dabei
durch eine an diesem angebrachte Anschlagfläche festgelegt. Neben dem Kolbenraum weist
das Schlagwerk einen mit Abstand dazu angeordneten Ölraum auf, welchen der Schlagkolben
mit dem Zylinder begrenzt. Die Endlage des Schlagkolbens beim Rückhub ist durch einen
im Ölraum liegenden zylindrischen Schlagkolben-Absatz begrenzt.
Dem Kolbenraum und dem Ölraum ist eine Steuerung zugeordnet, über die einerseits mit
der Annäherung des Schlagkolben-Absatzes an die dem Kolbenraum zugewandte Rückseite
des Ölraums dieser an den Rücklauf anschließbar ist und über die andererseits mit
der Annäherung des in Schlagrichtung (bezüglich des Schlagkolbens) voreilenden Ringkolbens
an die Ringfläche des Zylinders der Kolbenraum mit der Druckquelle verbindbar ist.
Der Ringkolben wird dadurch als Kolbenrückholeinrichtung wirksam, daß der Kolbenraum
unter Einwirkung der Steuerung mit dem Druck der Druckquelle beaufschlagt wird und
daß der an der Anschlagfläche des Schlagkolbens anliegende Ringkolben diesen - entgegen
der von dem Druckgas auf den Schlagkolben in Schlagrichtung ausgeübten Kraftwirkung
und entgegen der Schlagrichtung - mitführt.
Wesentlich im Hinblick auf die erfindungsgemäße Lehre ist es, daß der als Steuer-
und Rückholorgan eingesetzte Ringkolben die Gestalt eines einfach ausgebildeten Hohlzylinders
aufweist. Dessen Länge in axialer Richtung, also in Richtung der Längserstreckung
beispielsweise des Schlagkolbens, braucht nur so bemessen zu sein, daß eine einwandfreie
Führung des Ringkolbens am Schlagkolben und am Zylinder und die erforderliche Abdichtung
des das Druckgas aufnehmenden Gasraums gegen den Kolbenraum gewährleistet ist.
Mit den Ausdrücken "Gasraum" und "Ölraum" soll dabei lediglich zum Ausdruck gebracht
werden, daß die betreffenden Räume mit einem geeigneten kompressiblen bzw. inkompressiblen
Antriebsmittel beaufschlagt sind bzw. sein können; das im Kolbenraum zur Anwendung
kommende Antriebsmittel ist ebenfalls inkompressibel.
Der Gasraum dient dazu, den Schlagkolben nach Beendigung des Rückhubes in Schlagrichtung
anzutreiben, wobei der frei verschiebbar gehaltene Ringkolben - bedingt durch seine
geringere Masse - zunächst schneller in Schlagrichtung beschleunigt wird und demzufolge
der Arbeitshubbewegung des Schlagkolbens voreilt.
[0007] Die Steuerung besteht zweckmäßig aus einem in einem Steuerraum beweglichen Hohlschieber,
der mit der Annäherung des Ringkolbens an die Zylinder-Ringfläche in eine Rückhubstellung
und mit der entgegengerichteten Annäherung des Arbeitskolben-Absatzes an die Ölraum-Rückseite
in eine Arbeitshubstellung verschiebbar ist. In den Steuerraum münden dabei einerseits
mehrere Druck- und Rücklaufkanäle, die mit der Druckquelle bzw. dem Rücklauf in Verbindung
stehen, und andererseits vier Kanäle ein, von denen jeweils zwei in den Kolbenraum
bzw. Ölraum übergehen (Anspruch 2).
Die jeweilige Betriebsstellung der Steuerung ist also von der Lage des Ringkolbens
bezüglich der den Kolbenraum begrenzenden Zylinder-Ringfläche bzw. von der Lage des
Arbeitskolben-Absatzes bezüglich der Ölraum-Rückseite abhängig: Die Steuerung ermöglicht
dabei die für den Arbeitszyklus des Schlagkolbens erforderliche Druckbeaufschlagung
des Ringkolbens bzw. das Ableiten des inkompressiblen Antriebsmittels aus dem Kolbenraum
und dem Ölraum in den drucklosen Rücklauf.
[0008] Bei einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind die dem Kolbenraum und dem
Ölraum zugeordneten Känäle in folgender Weise angeordnet und geschaltet:
- Die Mündung des ersten Kolbenraum-Kanals - der ständig mit der Druckquelle in Verbindung
steht - liegt weiter von der Zylinder-Ringfläche entfernt als die Mündung des zweiten
Kolbenraum-Kanals;
- die Mündung des zweiten Ölraum-Kanals - der ständig mit dem Rücklauf in Verbindung
steht - liegt weiter von der Ölraum-Rückseite entfernt als die in deren Nähe befindliche
Mündung des ersten, ständig an die Druckquelle angeschlossenen Ölraum-Kanals;
- der zweite Kolbenraum-Kanal steht über die Steuerung während des Rückhubes zumindest
bis zur Annäherung des Arbeitskolben-Absatzes an die Mündung des ersten Ölraum-Kanals
mit der Druckquelle bzw. während des Arbeitshubes zumindest bis zur Annäherung des
Ringkolbens an die Mündung des ersten Kolbenraum-Kanals mit dem Rücklauf in Verbindung
(Anspruch 3).
[0009] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist der Hohlschieber,
dessen Innenraum mit der Druckquelle in Verbindung steht,an seiner Außenseite fünf
unterschiedlich große ringförmige Arbeitsflächen auf, nämlich zwei Arbeitsflächen
zur Erzeugung in Richtung auf die Arbeitshubstellung wirksamer Druckkräfte und drei
Arbeitsflächen zur Erzeugung den erstgenannten Druckkräften entgegengerichteter, in
Richtung auf die Rückhubstellung wirksamer Druckkräfte. Die - ihrer Aufeinanderfolge
in Richtung auf die Arbeitshubstellung entsprechend bezeichnete - erste und die zweite
Arbeitsfläche gemeinsam sind dabei ebenso groß wie die aus der dritten bis fünften
Arbeitsfläche gebildete Gesamtfläche; die erste und die fünfte Arbeitsfläche bestehen
aus der in Richtung auf die Rückhub- bzw. Arbeitshubstellung wirksamen Stirnfläche
des Hohlschiebers (Anspruch 4). Durch geeignete Beaufschlagung der Arbeitsflächen
läßt sich der Hohlschieber mit den sich daraus ergebenden Druckverhältnissen im Kolbenraum
und im Ölraum in eine seiner beiden Endstellungen, nämlich die Arbeitshub- oder die
Rückhubstellung, bewegen, die er bis auf weiteres beibehält. Zu diesem Zweck sind
die Arbeitsflächen des Hohlschiebers größenmäßig nach folgenden Bedingungen aufeinander
abgestimmt:
Die erste Arbeitsfläche (also die eine Stirnfläche) ist größer als die fünfte Arbeitsfläche
(also die zweite Stirnfläche);
- die erste Arbeitsfläche ist kleiner als die Summe aus der dritten und fünften Arbeitsfläche;
die Summe aus der ersten und zweiten Arbeitsfläche ist größer als die Summe aus der
dritten und fünften Arbeitsfläche (Anspruch 5).
[0010] Der Erfindungsgegenstand kann dadurch vorteilhaft weiter ausgestaltet sein, daß die
zweite und die dritte Arbeitsfläche jeweils über eine Ringnut des Steuerraums einerseits
mit der Druckquelle und andererseits mit dem ersten Ölraum-Kanal bzw. mit dem ersten
Kolbenraum-Kanal in Verbindung steht;
daß die vierte Arbeitsfläche über eine Ringnut des Steuerraums gleichzeitig mit dem
zweiten Ölraum-Kanal und mit einem Rücklauf-Kanal in Verbindung steht;
daß der zweite Kolbenraum-Kanal über eine erste und zweite Ringnut mit dem Steuerraum
in Verbindung steht, die - in Richtung auf die Arbeitshubstellung des Hohlschiebers
gesehen - vor der vierten Arbeitsfläche bzw. hinter der vierten Arbeitsfläche in der
Nähe der fünften Arbeitsfläche liegt;
daß der Steuerraum über eine Ringnut mit einem Rücklauf-Kanal in Verbindung steht,
wobei die Ringnut - in Richtung auf die Arbeitshubstellung des Hohlschiebers gesehen
- im Bereich hinter der Ringnut des ersten Kolbenraum-Kanals und vor der ersten Ringnut
des zweiten Kolbenraum-Kanals liegt (Anspruch 6).
Die für den Arbeitszyklus des Schlagkolbens erforderliche Steuerwirkung des Hohlschiebers
läßt sich weiterhin dadurch verwirklichen, daß dieser eine außenliegende Ringnut aufweist,
die derart angeordnet und ausgebildet ist, daß der zweite Kolbenraum-Kanal über diese
Ringnut nur dann mit dem Rücklauf in Verbindung steht, wenn der Hohlschieber eine
Lage zumindest in der Näche seiner Arbeitshubstellung einnimmt (Anspruch 7). Sobald
sich der Hohlschieber der Arbeitshubstellung ausreichend angenähert hat bzw. solange
er noch eine Lage in der Nähe seiner Arbeitshubstellung einnimmt, ist der Kolbenraum
über die Ringnut des Hohlschiebers an den Rücklauf angeschlossen mit der Folge, daß
der sich in Schlagrichtung vorwärtsbewegende Ringkolben die im Kolbenraum befindliche
Flüssigkeitssäule verdrängen kann.
[0011] In die Ringnut des ersten Kolbenraum- und Ölraum-Kanals mündet vorzugsweise jeweils
ein mit einer Drossel ausgestatteter Druckkanal ein (Anspruch 8). Die Rücklauf-Kanäle
stehen in entsprechender Weise unter Zwischenschaltung einer Drossel mit dem Rücklauf
in Verbindung (Anspruch 9). Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
ist der erste Ölraum-Kanal mit einem vorgespannten Durchlaßventil mit einstellbarer
Verstellkraft ausgestattet, dessen Arbeitsstellung über eine Steuerleitung beeinflußbar
ist (Anspruch 10); der gewählten Bezeichnung entsprechend nimmt das Durchlaßventil
die Durchlaß- oder Öffnungsstellung ein, solange der Steuerdruck in der Steuerleitung
einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet. Mittels des Durchlaßventils kann
der Arbeitshub des Schlagkolbens verkürzt und damit die Schlagenergie und Schlagzahl
verändert werden: Solange das Durchlaßventil die Durchlaßstellung einnimmt, ist es
ohne Einfluß auf den Arbeitszyklus des Schlagkolbens; mit dem Umschalten des Durchlaßventils
in die Sperrstellung wird die Verbindung zwischen dem ersten Ölraum-Kanal und der
Druckquelle - unabhängig von der Stellung des Arbeitskolben-Absatzes bezüglich der
Ölraum-Rückseite - unterbrochen mit der Folge, daß der auf die zweite Arbeitsfläche
wirkende Druck ansteigt und der Hohlschieber eine Bewegung in Richtung auf seine Arbeitshubstellung
ausführt.
[0012] Das Durchlaßventil kann dabei insbesondere durch eine mit dem Gasraum verbundene
Steuerleitung druckbeaufschlagt sein (Anspruch 11). Falls also der Druck im Gasraum,
bedingt durch die Bewegung des Schlagkolbens und des Ringkolbens während des Rückhubes,
einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, schaltet das Durchlaßventil in die Sperrstellung
um, wodurch die Rückhubbewegung unterbrochen wird.
Das Durchlaßventil kann vorteilhaft auch über eine Steuerleitung fernbetätigbar sein
(Anspruch 12). Eine derartige Ausbildung ermöglicht es, entweder von Hand oder über
eine Regeleinheit den Arbeitszyklus des Schlagkolbens in der gewünschten Weise von
außen zu beeinflussen.
[0013] Zur Abdichtung des Gasraums gegen den Kolbenraum sind die Berührungsflächen des Ringkolbens
mit dem Zylinder und dem Arbeitskolben mit Dichtelementen ausgestattet (Anspruch 13).
[0014] Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 stark schematisiert den grundsätzlichen Aufbau eines Schlagwerkes mit entkoppeltem
Ringkolben und zugehöriger Steuerung,
Fig. 2a das Schlagwerk gemäß Fig. 1 während der Rückhubbewegung des Schlagkolbens
und des Ringkolbens,
Fig. 2b die jeweilige Lage des Schlagkolbens und Ringkolbens sowie den Zustand der
Umsteuerung nach Abschluß der Annäherung an den Rückhub-Umsteuerpunkt (inneren Totpunkt
des Schlagkolbens),
Fig. 2c die jeweilige Lage des Schlagkolbens und Ringkolbens sowie den Zustand der
Steuerung während des Arbeitshubes,
Fig. 2d die jeweilige Lage des Schlagkolbens und Ringkolbens sowie den Zustand der
Steuerung nach Auftreffen des Schlagkolbens auf das zu bearbeitende Material und
Fig. 3 eine Teildarstellung des Schlagwerks, welches zur Beeinflussung des Betriebsverhaltens
zusätzlich mit einem Durchlaßventil ausgestattet ist.
[0015] Das Schlagwerk weist einen Schlagkolben 1 mit einer Schlagkolbenspitze 1a auf, welche
dem zu bearbeitenden Material 2 zugewandt ist. Der Schlagkolben selbst ist in einem
durch einen Deckel 3a verschlossenen Zylinder 3 in Richtung seiner Längsachse 4 hin
und her beweglich geführt (Fig. 1).
Der von der Schlagkolbenspitze 1a abgewandte antriebsseitige Endabschnitt 1b des Schlagkolbens
ragt mit einer an ihm befestigten scheibenförmigen Anschlagfläche 5 in einen mit Druckgas
gefüllten Gasraum 6 hinein, welcher über eine nicht dargestellte Leitung an einen
Druckgasspeicher oder eine Druckgasquelle anschließbar ist und dadurch nachgefüllt
werden kann.
Im Bereich zwischen der Anschlagfläche 5 und der in Schlagrichtung (Pfeil 7) nachfolgenden,
der Schlagkolbenspitze 1a zugewandten Ringfläche 3b des Zylinders 3 befindet sich
ein Ringkolben 8, der sich frei verschiebbar sowohl am Schlagkolben 1 als auch an
der von der Ringfläche 3b ausgehenden Innenfläche 3c des Zylinders 3 abstützt; die
Abdichtung des Ringkolbens 8 gegen die Teile 1 und 3 erfolgt über Dichtelemente 8a,
8b. Seine Länge in axialer Richtung ist so bemessen, daß er - ohne daß seine Dicht-
und Führungsfunktion in Frage gestellt wäre - eine möglichst geringe Masse aufweist.
[0016] Der Bewegungsspielraum des Ringkolbens 8 bezüglich des Schlagkolbens 1 entgegen der
Schlagrichtung ist durch die Anschlagfläche 5 festgelegt, deren Durchmesser - und
Beibehaltung eines ausreichenden Abstandes zur Innenfläche 3c - größer ist als der
Durchmesser des Endabschnitts 1b des Schlagkolbens. Der Bewegungsspielraum des Ringkolbens
8 in Schlagrichtung ist durch die bereits erwähnte Ringfläche 3b des Zylinders 3 begrenzt.
Der Gasraum 6 wird gebildet von dem Zylinder 3 nebst Deckel 3a, dem Ringkolben 8 und
dem Schlagkolben 1.
[0017] Der Ringkolben 8 und die Ringfläche 3b begrenzen in axialer Richtung einen Kolbenraum
9 mit veränderlichem Fassungsvermögen, der seitlich von der Innenfläche 3c und dem
Schlagkolben selbst begrenzt wird; die bewegliche Wand des Kolbenraums wird von der
der Ringfläche 3b zugewandten Stirnfläche 8d des Ringkolbens gebildet.
In den Kolbenraum münden ein erster Kolbenraum-Kanal 10 und unter Zwischenschaltung
einer Ringnut 11a ein zweiter Kolbenraum-Kanal 11 ein. Die Mündung 10a des ersten
Kolbenraum-Kanals liegt dabei weiter von der Ringfläche 3b entfernt als die als Ringnut
11a ausgebildete Mündung des zweiten Kolbenraum-Kanals.
[0018] Der Schlagkolben 1 begrenzt mit dem Arbeitszylinder 3 einen Ölraum 12, der sich -
in Schlagrichtung (Pfeil 7) gesehen - mit Abstand an den Kolbenraum 9 anschließt.
Der Ölraum weist in der Nähe seiner der Ringfläche 3b zugewandten Rückseite einen
ersten Ölraum-Kanal 13 und mit Abstand dazu einen zweiten Ölraum-Kanal 14 auf. Die
Mündung 13a des ersten Ölraum-Kanals geht in eine zylindrische Ausnehmung 12a des
Ölraums über; die Mündung 14a des zweiten Ölraum-Kanals liegt weiter von Ölraum-Rückseite
entfernt als die in deren Nähe befindliche Mündung 13a des ersten Ölraum-Kanals.
Der Schlagkolben selbst ist mit einem im Ölraum 12 liegenden zylindrischen Absatz
1c ausgestattet, durch den seine Endlage beim Rückhub (entgegen der Schlagrichtung
gemäß Pfeil 7) festgelegt ist und über den mit der Annäherung an diese Endlage die
Mündung 13a des ersten Ölraum-Kanals verschließbar ist. Die Aussparung 12a und der
Absatz 1c sind dabei in der Weise aneinander angepaßt, daß der Schlagkolben-Absatz
mit geringem Spiel in die genannte Aussparung einfahrbar ist. Der Schlagkolben bildet
also mit der Aussparung 12a eine Art Absperrventil , welches - abhängig von der Stellung
des Schlagkolben-Absatzes 1c innerhalb des Ölraums 12 - dessen Verbindung mit dem
ersten Ölraum-Kanal 13 freigibt oder unterbricht.
Der Schlagkolben-Absatz weist auf der der Schlagkolbenspitze 1a zugewandten Seite
einen kegelstumpfförmigen Kragen 1d auf, der mit engem Spiel in eine zylindrische
Aussparung 12b an der der Schlagkolbenspitze zugewandten Vorderseite des Ölraums einfahrbar
ist. Mit der Einfahrbewegung des Kragens 1d in die Aussparung 12b bildet sich in dieser
ein Ölpolster, welches der weiteren Bewegung des Schlagkolbens in Schlagrichtung entgegenwirkt.
Durch das Zusammenwirken des Kragens und der Aussparung läßt sich der Schlagkolben
insbesondere im Falle eines Leerschlages abbremsen. Die Abdichtung des Schlagkolbens
innerhalb des Arbeitszylinders erfolgt über ein Dichtelement 15, welches - in Schlagrichtung
(Pfeil 7) gesehen - mit Abstand hinter der Aussparung 12b des Ölraums 12 im Zylinder
3 angebracht ist.
[0019] Dem Kolbenraum 9 und der Ölkammer 12 ist über die beiden Kolbenraum-Kanäle 10, 11
und die beiden Ölraum-Kanäle 13, 14 eine Steuerung 16 nachgeschaltet, über die einerseits
mit der Annäherung des Schlagkolben-Absatzes 1c an die dem Kolbenraum 9 zugewandte
Rückseite der Ölkammer 12 diese an einen drucklosen Rücklauf 17 anschließbar ist und
über die andererseits mit der Annäherung des sich in Schlagrichtung (Pfeil 7) bewegenden
Ringkolbens 8 an die Ringfläche 3b der Kolbenraum mit einer Druckquelle 18 und der
Ölraum zusätzlich mit der Druckquelle verbindbar sind.
[0020] Die Steuerung 16 besteht aus einem in einem Steuerraum 19 beweglichen, in der Grundform
zylindrischen Hohlschieber 20, der in zwei Endstellungen verschiebbar ist, nämlich
in die (in der Darstellung obere bzw. untere) Rückhubstellung (Fig. 2a) bzw. Arbeitshubstellung
(Fig. 2c). Der Hohlschieber 20, dessen Innenraum 20a über einen Druckkanal 21 ständig
mit der Druckquelle 18 in Verbindung steht, weist fünf ringförmige Arbeitsflächen
auf, nämlich - ihrer Aufeinanderfolge in Richtung auf die Arbeitshubstellung entsprechend
bezeichnet - eine erste und eine zweite Arbeitsfläche A1 bzw. A2, die zur Erzeugung
in Richtung auf die Arbeitshubstellung wirksamer Druckkräfte dienen, und eine dritte
bis fünfte Arbeitsfläche A3, A4 und A5 zur Erzeugung entgegengerichteter, in Richtung
auf die Rückhubstellung wirksamer Druckkräfte. Die erste und die fünfte Arbeitsfläche
A1 bzw. A5 werden dabei von der in Richtung auf die Rückhub- bzw. Arbeitshubstellung
wirksamen Stirnfläche des Hohlschiebers 20 gebildet; die Arbeitsflächen A2 bis A4
ragen über diese Stirnflächen nach außen vor.
Die Arbeitsflächen sind größenmäßig derart aufeinander abgestimmt, daß sie in folgenden
Bedingungen genügen:
- die erste Arbeitsfläche A1 ist größer als die fünfte Arbeitsfläche A5;
- die erste Arbeitsfläche A1 ist kleiner als die Summe aus der dritten und fünften
Arbeitsfläche (A3 + A5);
- die Summe aus der ersten und zweiten Arbeitsfläche (A1 + A2) ist größer als die
Summe aus der dritten und fünften Arbeitsfläche (A3 + A5) und
- die Summe aus der ersten und zweiten Arbeitsfläche (A1 + A2) ist ebenso groß wie
die aus der dritten bis fünften Arbeitsfläche gebildete Gesamtfläche (A3 + A4 + A5).
[0021] In Richtung auf die Arbeitshubstellung des Hohlschiebers 20 gesehen ist der Steuerraum
19 mit sechs Ringnuten 22 bis 27 ausgestattet.
Über die Ringnuten 22 und 23 steht der erste Ölraum-Kanal 13 bzw. der erste Kolbenraum-Kanal
10 mit einem mit einer Drossel 28a bzw. 29a ausgestatteten Druckkanal 28 bzw. 29 in
Verbindung, der seinerseits über den Druckkanal 21 an die Druckquelle 18 angeschlossen
ist.
[0022] Die in axialer Richtung besonders groß dimensionierte Ringnut 24 geht in einen entsprechend
bemessenen Rücklaufkanal 30 über, der seinerseits unter Zwischenschaltung einer Drossel
30a mit dem drucklosen Rücklauf 17 in Verbindung steht.
Der ebenfalls besonders groß ausgelegte zweite Kolbenraum-Kanal 11 geht einerseits
in die Ringnut 25 und andererseits über einen Abzweig 11b in die Ringnut 27 über;
diese ist in der Nähe der (in der Darstellung untenliegenden) Stirnfläche 19a angeordnet,
an welcher der Hohlschieber 20 in der Arbeitshubstellung anliegt.
Über die Ringnut 26 ist der Steuerraum 19 an den zweiten Ölraum-Kanal 14 angeschlossen,
der zusätzlich über einen Abzweig 14b und den Rücklauf-Kanal 30 mit dem Rücklauf 17
in Verbindung steht.
[0023] Der Hohlschieber 20 weist im Bereich zwischen den Arbeitsflächen A3 und A4 eine außenliegende
Ringnut 20b auf. Diese ist derart angeordnet und ausgebildet, daß der zweite Kolbenraum-Kanal
11 über diese nur dann mit dem Rücklauf 17 in Verbindung steht, wenn der Hohlschieber
20 eine Lage zumindest in der Nähe seiner Arbeitshubstellung einnimmt. Der Kolbenraum-Kanal
11 ist in diesem Fall über..die Ringnut 25, die Hohlschieber-Ringnut 20b, die Ringnut
24, und den Rücklauf-Kanal 30 unter Zwischenschaltung der Drossel 30a an den Rücklauf
17 angeschlossen.
[0024] Die Arbeitsweise des Schlagwerks wird nachfolgend anhand der Fig. 2a bis d erläutert.
[0025] Während des Rückhubes oder der Rückholbewegung des Schlagkolbens 1 (Fig. 2a) In Richtung
des Pfeiles 31 ist die der Ringfläche 3b des Zylinders 3 zugewandte Stirnfläche 8d
des Ringkolbens 8 über den Kolbenraum 9, den ersten Kolbenraum-Kanal 10, die Ringnut
23, den Druckkanal 29 und den Druckkanal 21 mit der Druckquelle 18 verbunden; der
Hohlschieber 20 nimmt die Rückhubstellung ein, in welcher er mit der Arbeitsfläche
A1 an der (in der Darstellung obenliegenden) Stirnfläche 19b des Steuerraums anliegt.
Die Arbeitsflächen A1 und A5 sind immer mit dem Druck der Druckquelle 18 beaufschlagt,
weil der Steuerraum 19 über den Druckkanal 21 mit der Druckquelle 18 in Verbindung
steht. Die Arbeitsfläche A2 ist über die Ringnut 22, den ersten Ölraum-Kanal 13, die
Aussparung 12a, den Ölraum 12, den zweiten Ölraum-Kanal 14, den Abzweig 14b und den
Rücklaufkanal 30 an den Rücklauf 17 angeschlossen.
Die über die Druckkanäle 21 und 29 von der Druckquelle 18 beaufschlagte Ringnut 23
steht über den ersten Kolbenraum-Kanal 10 ebenso mit dem Kolbenraum 9 in Verbindung;
dieser ist außerdem über den Abzweig 11b des zweiten Kolbenraum-Kanals 11, die Ringnut
27, den Steuerraum 19 und den Druckkanal 21 an die Druckquelle 18 angeschlossen. Da
der von der Druckquelle 18 ausgehende Druck somit auf die Stirnfläche 8d des Ringkolbens
8 wirkt, wird über diesen (dessen Stirnfläche 8c sich an der Anschlagfläche 5 abstützt)
der Schlagkolben 1 in Richtung des Pfeiles 31 entgegen der vom Gasraum 6 ausgehenden
Druckkraft mitgeführt. Die Arbeitsfläche A4 ist über die Ringnut 26, den Abzweig 14b
des zweiten Ölraum-Kanals und den Rücklaufkanal 30 ständig an den Rücklauf 17 angeschlossen.
Unter der Voraussetzung, daß der von der Druckquelle 18 gelieferte Druck p wesentlich
größer ist als der Druck im Rücklauf 17, gilt in diesem Betriebszustand für die Steuerkraft:
F
St = p x (A1 - A2 - A3) < 0,
d. h. die Steuerkraft F
St ist definitionsgemäß in der Weise ausgerichtet, daß der Hohlschieber 20 an der Stirnfläche
19b des Steuerraums 19 anliegt.
[0026] Sobald sich der Schlagkolben-Absatz 1c im Laufe der Rückholbewegung ausreichend weit
der Aussparung 12a an der Rückseite des Ölraums 12 angenähert hat, wird die Verbindung
zwischen dem ersten Ölraum-Kanal 13 und dem Ölraum unterbrochen mit der Folge, daß
sich in der zugehörigen Ringnut 22 der volle Druck p der Druckquelle 18 aufbaut und
auf die Arbeitsfläche A2 einwirkt (Fig. 2b).
Für die Steuerkraft F
St gilt jetzt die Beziehung:
F
St = p x (A1 + A2 - A3 - A5) > 0,
d. h. der Hohlschieber 20 wird in Richtung des Pfeiles 32a in die (in der Darstellung
untenliegende) Arbeitshubstellung veschoben, in welcher der Kolbenraum 9 mit den Rücklauf
17 in Verbindung steht.
[0027] Während des Arbeitshubes (angedeutet durch den Pfeil 7 in Fig. 2c) stehen die Arbeitsflächen
A2, A3 und A4 mit dem Rücklauf 17 in Verbindung. Die auf den Hohlschieber 20 einwirkende
Steuerkraft F
St ergibt sich dabei aus:
F
St = p x (A1 - A5) > 0,
d. h. der Hohlschieber 20 behält die (in der Darstellung untenliegende) Arbeitshubstellung
bei, in welcher die Stirnfläche A5 an der unteren Stirnfläche 19b des Steuerraums
19 anliegt. Der im Gasraum 6 vorherrschende Druck wirkt auf die Anschlagfläche 5 und
die dieser zugewandte Stirnfläche 8c des Ringkolbens ein. Dieser wird infolge seiner
kleineren Masse schneller in Richtung des Pfeiles 7 beschleunigt als der Arbeitskolben
1, d. h. der Ringkolben 8 eilt der Bewegung des Schlagkolbens 1 in Schlagrichtung
vor; die Höchstgeschwindigkeit des Ringkolbens und damit die maximale Strömungsgeschwindigkeit
des Antriebsmittels bei gegebenen Strömungsquerschnitten wird dabei durch die Drossel
30a des Rücklauf-Kanals 30 begrenzt.
Der Schlagkolben 1 wird durch den Gasdruck kontinuierlich beschleunigt, bis er auf
das zu bearbeitende Material 2 auftrifft und dabei schlagartig abgebremst wird.
Der Ringkolben 8, welcher während des Arbeitshubes bewegungsmäßig nicht an den Schlagkolben
1 angekoppelt ist, verschließt bei seiner Annäherung an die Ringfläche 3b zunächst
die Mündung 10a des ersten Kolbenraum-Kanals 10 und anschließend auch die die Mündung
des zweiten Kolbenraum-Kanals 11 bildende Ringnut 11a, wodurch die Bewegung des Ringkolbens
in Schlagrichtung stetig abgebremst wird.
[0028] Sobald sich der Ringkolben 8 der Ringfläche 3b des Zylinders 3 soweit angenähert
hat, daß er die Mündung 10a des ersten Kolbenraum-Kanals verschließt, steigt der in
der Ringnut 23 herrschende Druck auf den Druck der Druckquelle 18 an. Für die an dem
Hohlschieber 20 angreifende Steuerrichtung F
St gilt somit:
F
St = p x (A1 - A3 - A5) <0,
d. h. der Hohlschieber 20 verschiebt sich in Richtung des in Fig. 2d dargestellten
Pfeiles 32b in die Rückhubstellung, in welcher die Arbeitsfläche A1 an der (in der
Darstellung obenliegenden) Stirnfläche 19b zur Anlage kommt.
Wegen des sich daraus ergebenden Betriebszustandes wird auf die Ausführungen zu Fig.
2a verwiesen.
[0029] Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, bei welcher sich
der Arbeitshub des Schlagkolbens 1 verändern läßt und damit die Schlagenergie und
Schlagzahl beeinflußt werden kann.
Der erste Ölraum-Kanal 13 ist dabei mit einem Durchlaßventil 33 ausgestattet, dessen
Betriebsstellung durch eine Feder 33a mit einstellbarer Vorspannkraft vorgegeben ist.
Das Durchlaßventil 33 steht darüber hinaus über eine Anschlußbohrung 34 und eine Steuerleitung
35 mit dem Gasraum 6 im Zylinder 3 in Verbindung.
[0030] Solange der im Gasraum 6 vorherrschende Gasdruck einen über die Feder 33a eingestellten
Grenzdruck nicht überschreitet, nimmt das Durchlaßventil 33 die dargestellte Durchlaß-
oder Öffnungsstellung; in dieser wird der Arbeitszyklus des Schlagkolbens 1 nicht
beeinflußt.
[0031] Falls der Gasdruck im Gasraum 6, bedingt durch die Bewegung des Schlagkolbens 1 und
des Ringkolbens 8 in Richtung des Pfeiles 31, einen über die Vorspannfeder 33a vorgegebenen
Grenzwert übersteigt, schaltet das Durchlaßventil 33 in die Sperrstellung um. Dies
hat zur Folge, daß der über die Ringnut 22 an der Arbeitsfläche A2 angreifende Druck
ansteigt und der Hohlschieber 20 sich in Richtung auf die Arbeitshubstellung (d. h.
in der Darstellung nach unten) verschiebt. Dementsprechend wird die Rückhubbewegung
des Schlagkolbens 1 unter Einwirkung des Ringkolbens 8 unterbrochen und die Arbeitshubbewegung
in entgegengesetzter Richtung eingeleitet (vergl. dazu Fig. 2c).
[0032] Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann das Durchlaßventil 33 über eine
Steuerleitung auch fernbetätigbar sein, und zwar entweder von Hand oder über eine
geeignete Regeleinheit, über welche die Arbeitsstellung des Durchlaßventils nach einem
einstellbaren Zeitablauf verändert werden kann.
[0033] Der Erfindungsgegenstand kann in der Weise ausgebildet sein, daß entweder die Schlagkolbenspitze
unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Werkzeugs, also mittelbar, auf das
zu bearbeitende Material auftrifft.
1. Hydraulisches Schlagwerk mit einem Zylinder, einem in diesem geführten Schlagkolben
und einer Kolbenrückholeinrichtung, wobei der Schlagkolben einseitig mit einem unter
Druck stehenden kompressiblen Antriebsmittel beaufschlagt ist und wobei die
Kolbenrückholeinrichtung, über die der Schlagkolben entgegen der Richtung seines Arbeitshubes
rückholbar und die auf ihrer der Schlagkolbenspitze zugewandten Seite wechselweise
an eine Druckquelle für ein inkompressibles Antriebsmittel und an einen drucklosen
Rücklauf anschließbar ist, am Schlagkolben unabhängig von diesem verschiebbar abgestützt
ist,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Kolbenrückholeinrichtung lediglich aus einem Ringkolben (8) besteht, der
in Längsrichtung des Schlagkolbens (1) frei verschiebbar an diesem und an dem Zylinder
(3) anliegt und der auf der der Schlagkolbenspitze (1a) zugewandten Seite mit einer
Ringfläche (3b) des Zylinders einen von dem Druckgas getrennten Kolbenraum (9) in
axialer Richtung begrenzt;
- daß der Bewegungsspielraum des Ringkolbens (8) bezüglich des Schlagkolbens (1) entgegen
der Schlagrichtung (Pfeil 7) durch eine an diesem angebrachte Anschlagfläche (5) begrenzt
ist;
- daß der Schlagkolben (1) mit dem Zylinder (3) einen Ölraum (12) begrenzt, der sich
- in Schlagrichtung (Pfeil 7) gesehen - mit Abstand an den Kolbenraum (9) anschließt,
und mit einem in dem Ölraum (12) liegenden zylindrischen Absatz (1c) ausgestattet
ist, durch den seine Endlage beim Rückhub festgelegt ist, und
- daß der Kolbenraum (9) und der Ölraum (12) mit einer Steuerung (16) zusammenwirken,
über die einerseits mit der Annäherung des Schlagkolben-Absatzes (1c) an die dem Kolbenraum
(9) zugewandte Rückseite des Ölraums (12) dieser an den Rücklauf (17) anschließbar
ist und über die andererseits mit der Annäherung des in Schlagrichtung (Pfeil 7) voreilenden
Ringkolbens (8) an die Ringfläche (3b) der Kolbenraum (9) mit der Druckquelle (18)
verbindbar ist.
2. Schlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (16) aus
einem in einem Steuerraum (19) beweglichen Hohlschieber (20) besteht, der mit der
Annäherung des Ringkolbens (8) an die Ringfläche (3b) in eine Rückhubstellung und
mit der entgegengerichteten Annäherung des Arbeitskolben-Absatzes (1c) an die Ölraum-Rückseite
in eine Arbeitshubstellung verschiebbar ist, und daß in den Steuerraum (19) einerseits
mehrere Druck- und Rücklaufkanäle (21, 28, 29 bzw. 14b, 30), die mit der Druckquelle
(18) bzw. dem Rücklauf (17) in Verbindung stehen, und andererseits vier Kanäle (10,
11; 13, 14) einmünden, von denen jeweils zwei in den Kolbenraum (9) bzw. Ölraum (12)
übergehen.
3. Schlagwerk nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Mündung (10a) des ersten Kolbenraum-Kanals (10) - der ständig mit der Druckquelle
(18) in Verbindung steht - weiter von der Zylinder-Ringfläche (3b) entfernt liegt
als die Mündung (11a) des zweiten Kolbenraum-Kanals (11);
- daß die Mündung (14a) des zweiten Ölraum-Kanals (14) - der ständig mit dem Rücklauf
(17) in Verbindung steht - weiter von der Ölraum-Rückseite entfernt liegt als die
in deren Nähe befindliche Mündung (13a) des ständig an die Druckquelle (18) angeschlossenen
ersten Ölraum-Kanals (13) und
- daß der zweite Kolbenraum-Kanal (11) über die Steuerung (16) während des Rückhubes
zumindest bis zur Annäherung des Schlagkolben-Absatzes (1c) an die Mündung (13a) des
ersten Ölraum-Kanals (13) mit der Druckquelle (18) bzw. während des Arbeitshubes
zumindest bis zur Annäherung des Ringkolbens (8) an die Mündung (10a) des ersten Kolbenraum-Kanals
(10) mit dem Rücklauf (17) in Verbindung steht.
4. Schlagwerk nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlschieber (20), dessen Innenraum (20a) mit der Druckquelle (18) in Verbindung
steht, an seiner Außenseite fünf unterschiedlich große ringförmige Arbeitsflächen
(A1 bis A5) aufweist, nämlich zwei Arbeitsflächen (A1, A2) zur Erzeugung in Richtung
auf die Arbeitshubstellung wirksamer Druckkräfte und drei Arbeitsflächen (A3, A4,
A5) zur Erzeugung den erstgenannten Druckkräften entgegengerichteter, in Richtung
auf die Rückhubstellung wirksamer Druckkräfte, wobei die - ihrer Aufeinanderfolge
in Richtung auf die Arbeitshubstellung entsprechend bezeichnete - erste und die zweite
Arbeitsfläche (A1 bzw. A2) gemeinsam ebenso groß sind wie die aus der dritten bis
fünften Arbeitsfläche (A3 bis A5) gebildete Gesamtfläche und wobei die erste und die
fünfte Arbeitsfläche (A1, A5) aus der in Richtung auf die Rückhub- bzw. Arbeitshubstellung
wirksamen Stirnfläche des Hohlschiebers (20) bestehen.
5. Schlagwerk nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Arbeitsflächen (A1 bis A5) des Hohlschiebers (20) größenmäßig nach folgenden
Bedingungen aufeinander abgestimmt sind:
- die erste Arbeitsfläche (A1) ist größer als die fünfte Arbeitsfläche (A5);
- die erste Arbeitsfläche (A1) ist kleiner als die Summe aus der dritten und fünften
Arbeitsfläche (A3, A5);
- die Summe aus der ersten und zweiten Arbeitsfläche (A1, A2) ist größer als die Summe
aus der dritten und fünften Arbeitsfläche (A3, A5).
6. Schlagwerk nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
- daß die zweite und die dritte Arbeitsfläche (A2 bzw. A3) jeweils über eine Ringnut
(22 bzw. 23) des Steuerraums (19) einerseits mit der Druckquelle (18) und andererseits
mit dem ersten Ölraum-Kanal (13) bzw. mit dem ersten Kolbenraum-Kanal (10) in Verbindung
steht;
- daß die vierte Arbeitsfläche (A4) über eine Ringnut (26) des Steuerraums (19) gleichzeitig
mit dem zweiten Ölraum-Kanal (14) und mit einem Rücklauf-Kanal (14b) in Verbindung
steht;
- daß der zweite Kolbenraum-Kanal (11) über eine erste und eine zweite Ringnut (25
bzw. 27) mit dem Steuerraum (19) in Verbindung steht, die - in Richtung auf die Arbeitshubstellung
des Hohlschiebers (20) gesehen - vor der vierten Arbeitsfläche (A4) bzw. hinter der
vierten Arbeitsfläche (A4) in der Nähe der fünften Arbeitsfläche (A5) liegt, und
- daß der Steuerraum (19) über eine Ringnut (24) mit einem Rücklaufkanal (30) in Verbindung
steht, wobei die Ringnut (24) - in Richtung auf die Arbeitshubstellung des Hohlschiebers
(20) gesehen - im Bereich hinter der Ringnut (23) des ersten Kolbenraum-Kanals (10)
und vor der ersten Ringnut (25) des zweiten Kolbenraum-Kanals (11) liegt.
7. Schlagwerk mit zumindest einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Hohlschieber (20) eine außenliegende Ringnut (20c) aufweist, die derart angeordnet
und ausgebildet ist, daß der zweite Kolbenraum-Kanal (11) über diese Ringnut nur
dann mit dem Rücklauf (17) in Verbindung steht, wenn der Hohlschieber (20) eine Lage
zumindest in der Nähe seiner Arbeitshubstellung einnimmt.
8. Schlagwerk nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Ringnut (23 bzw. 22) des ersten Kolbenraum- und Ölraum-Kanals (10 bzw.
13) jeweils ein mit einer Drossel (29a bzw. 28a) ausgestatteter Druckkanal (29 bzw.
28) einmündet.
9. Schlagwerk nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rücklauf-Kanäle (14b, 30) unter Zwischenschaltung einer Drossel (30a) mit
dem Rücklauf (17) in Verbindung stehen.
10. Schlagwerk nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Ölraum-Kanal (13) mit einem vorgespannten Durchlaßventil (33) mit einstellbarer
Verstellkraft ausgestattet ist, dessen Arbeitsstellung über eine Steuerleitung (35)
beeinflußbar ist.
11. Schlagwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchlaßventil (33),
welches durch eine mit dem Gasraum (6) verbundene Steuerleitung (34) druckbaufschlagt
ist, bei Unterschreiten eines Gasdruck-Grenzwertes die Durchlaßstellung einnimmt.
12. Schlagwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Durchlaßventil (33) über
eine Steuerleitung (35) fernbetätigbar ist.
13. Schlagwerk nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Berührungsflächen des Ringkolbens (8) mit dem Zylinder (3) und dem Schlagkolben
(1) mit Dichtelementen (8a bzw. 8b) ausgestattet sind.