DE976583C

DE976583C - Differential-Hammerkolben fuer Druckluft-Bohrhammer od. dgl.

Info

Publication number: DE976583C
Application number: DEP43052D
Authority: DE
Inventors: Jan August Larcen
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1948-04-08
Filing date: 1949-04-08
Publication date: 1963-12-05
Also published as: CH282162A; FR984182A; US2694383A; AT175216B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Differential-Hammerkolben fürDruckluft-Bohrhämmer od. dgl., die mit einem hohlen zylindrischen, die Schläge erzeugenden Kolbenkopf größeren Durchmessers und einer unmittelbar auf ein Werkzeug oder Zwischenstück mechanische Schläge ausübende zylindrische Kolbenstange geringeren Durchmessers versehen sind. Bisher bekannte Differential-Hammerkolben dieser Art weisen infolge ihrer Abmessungen und Ausbildungen eine geringe Leistungsfähigkeit auf und können nicht mit hohen Schlagzahlen betrieben werden.

Es ist ein Differential-Hammerkolben bekannt (britische Patentschrift 15 072 aus dem Jahre 1895), bei dem das Verhältnis der Durchmesser von Kolbenkopf und Kolbenstange nur 1,3 beträgt. Da er außerdem sein eigenes Druckluftverteilungsventil bildet, ist seine zylindrische Mantelfläche mit radialen Durchbrechungen versehen. Hierdurch und wegen der geringen Durchmesserdifferenz zwischen Kolbenkopf und Kolbenstange und wegen seiner verhältnismäßig langsamen Wirkungsweise ist er zur Erzielung einer hohen Leistung nicht geeignet. Die geringe Durchmesserdifferenz zwischen Kolbenkopf und Kolbenstange läßt nur eine geringe Rückhubenergie zu, und da das Rückhubluftkissen sehr klein wird, besteht die Gefahr, daß der Kolben beim Vorwärtshub auf den Zylinderboden aufschlagen oder aufprellen kann. Erfolgt weiter das Umsetzen der Bohrstange vom Kolben her, so wird bei dieser bekannten Kolbenausführung die zur Verfügung stehende Umsetzenergie zu gering, um ein befriedigendes Umsetzen zu erreichen.

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Es sind auch Differential-Hammerkolben für Druckluft-Bohrhämmer mit einem hohlen zylindrischen Kolbenkopf größeren Durchmessers und einer zylindrischen Kolbenstange geringerenDurchmessers, die unmittelbar auf ein Werkzeug mechanische Schläge ausübt, bekannt, bei denen die zylinderförmige Kolbenmantelfiäche des Kolbenkopfes ringsum geschlossen ausgebildet und der Außendurchmesser der oberen Kolbenstirnfläche ίο gleich dem größten Durchmesser einer kegelstumpfförmigen Kolbenaußenfiäche eines Verbindungsteiles zwischen Kolbenkopf und Kolbenstange ist. Bei diesen Hammerkolben sind <C 39%· des von der kegelstumpfförmigen Kolbenaußenfläche, von der zylindrischen Kolbenmantelfläche und von der durch die obere Kolbenstirnfläche gelegten Ebene begrenzten Kolbenkopfvolumens ausgespart und und steht die Aussparung an beiden Kolbenendflächen mit der Umgebung in Verbindung. Das Verhältnis zwischen Kolbenkopfdurchmesser und Kolbenstangendurchmesser beträgt hierbei etwa 1,75. Aber auch dieses Verhältnis ist noch nicht ausreichend genug, um ein wirksames Rückhubluftkissen zu bilden, so daß auch diese Kolben, noch leicht auf den Zylinderboden aufschlagen oder aufprellen können. Dieser bekannte Kolben arbeitet ferner mit einer Schlagzahl von nur 1900 pro Minute, und der Bohrerfortschritt ist entsprechend klein, während Kolben gemäß der Erfindung mit 3000 bis 5000 Schlägen pro Minute und entsprechend größerem Bohrerfortschritt arbeiten.

Bei einem weiteren bekannten Differential-Hammerkolben beträgt das Durchmesserverhältnis von Kolbenkopf zu Kolbenhals 1,72 und das Volumen der im Kolbenkopf vorgesehenen Aussparung rund 36%.

Ferner sind Differential-Hammerkolben bekannt (deutsche Patentschrift 684925), bei denen der Kolben aus einem zylinderförmigen Kopf mit einer Aussparung von etwa 55% und daran senkrecht ohne kegelstumpfförmige Übergangsfläche anschließender, langer Kolbenstange mit geringem Durchmesser bei einem Kolbenkopf-Kolbenhals-Durchmesserverhältnis von rund 3 besteht. In diesem Fall schlägt jedoch der Kolben nicht unmittelbar auf ein Werkzeug oder ein mechanisch wirkendes Zwischenstück auf, sondern ist als Tauchkolben ausgebildet, der hydraulisch seine Wucht auf das Werkzeug überträgt. Durch diese So hydraulische Übertragung können nur verhältnismäßig geringe Schlagzahlen, also eine geringe Leistung erreicht werden, weil das Hydrauliköl nur mit geringer Geschwindigkeit durch die erforderlichen Kanäle hindurchgetrieben werden kann. Die geringe Leistungsfähigkeit bekannter Differential-Hammerkolben liegt also im wesentlichen darin, daß ihre Abmessungen und Ausbildung nicht derart gewählt sind, daß die zur Verfügung stehenden Materialien optimal ausgenutzt werden und die Leistung der Maschine größtmöglich wird, und es ist Zweck der Erfindung, Differential-Hammerkolben so auszubilden, daß durch günstige Merkmale die Leistungsfähigkeit gesteigert wird. Hierzu wird erfindungsgemäß die Kombination folgender Merkmale vorgeschlagen, wobei nur die Gesamtkombination unter Patentschutz gestellt werden soll:

a) Die zylinderförmige Kolbenmantelfläche des Kolbenkopfes ist ringsherum geschlossen ausgebildet, und der Außendurchmesser der oberen Kolbenstirnfläche istgleich dem groß ten Durchmesser einer kegelstumpfförmigen Kolbenaußenfläche eines Verbindungsteiles zwischen Kolbenkopf und Kolbenstange;

b) 40 bis 50% des von der kegelstumpfförmigen Kolbenaußenfläche, von der zylinderförmigen Kolbenmantelfläche und von der durch die obere Kolbenfläche gelegten Ebene begrenzten Kolbenkopfvolumens ist ausgespart, und die Aussparung steht nur an einer Endfläche des Kolbens oder an beiden Kolbenendflächen mit der Umgebung in Verbindung;

c) der Durchmesser des Kolbenkopfes ist mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser der Kolbenstange.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Differential-Hammerkolbens dargestellt.

Vorausgesetzt sei, daß die Benennung »Kolbenkopf« überall verwendet wird, wo ein Kolbenteil großen Durchmessers zu bezeichnen ist, der dem Druck des Druckmediums, zumeist Druckluft, unterworfen ist und die Schläge erzeugt und der in den dargestellten Ausführungsbeispielen umgrenzt wird durch die zylindrische Kolbenmantelfläche 7 und in axialer Richtung an einem Ende durch eine Kolbenstirnfläche 4 und am anderen Ende durch eine konische Ringfläche 5. Die Bezeichnung »Kolbenstange« hingegen bezeichnet jenen Teil des Kolbens mit kleinerem Durchmesser, der die Schläge überträgt. Es ist selbstverständlich, daß der Kolben mit Fortsätzen und Verlängerungen versehen werden kann, die anderen Zwecken dienen, ohne daß deswegen der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Die Ausbildung des Kolbenkopfes mit einet oberen Stirnfläche vom gleichen Außendurchmesser wie der größte Durchmesser der unteren kegelstumpfförmigen Kolbenaußenfläche dient in bekannter Weise dazu, eine möglichst große Abdichtungsfläche und auch Druckfläche für das Kolben-Treibmittel zwischen dem Kolbenkopf und der entsprechenden Zylinderfläche des Hammers zu bilden. Natürlich kann der Kolbenkopf trotzdem innerhalb des Rahmens der Erfindung an einem oder beiden Enden abgefast sein, wie am oberen Ende des Kolbenkopfes in Fig. 1, 3, 4 und 5 gezeigt ist.

Der in Fig.i dargestellte Differential-Hammer- iao kolben hat einen Hammerkopf, der einen zylindrischen Kopfteil ι und einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen Kopfteil 2 umfaßt, der den Kopfteil ι mit einer zylindrischen, glatten Kolbenstange 3 verbindet, die einen kreisrunden Querschnitt mit geringerem Durchmesser aufweist, und

welche die Schläge in bekannter Weise unmittelbar oder durch Vermittlung eines Zwischenstückes auf einen Bohrer oder ein anderes Werkzeug ausübt. Der Spitzenwinkel α des kegelstumpfförmigen Kopfteiles 2 beträgt im dargestellten. Ausführungsbeispiel 90⁰. Die in die obere Kolbenstirnfläche 4 gelegte waagerechte Ebene stellt die Druckebene dar, auf welche das Druckmittel, z. B. Druckluft, einwirkt, um den Kolben den Arbeitsschub ausführen zu lassen, während die konische Ringfläche 5 des kegelstumpfförmigen Kolbenteiles 2 diejenige Fläche ist, auf welche das Druckmittel einwirkt, wenn es den Kolben im Rücklaufhub bewegt. Der Kolbenkopf ist bei 6 von der Stirnfläche 4 aus zylindrisch ausgehöhlt, wobei der Durchmesser der Aushöhlung mehr als zwei Drittel des Außendurchmessers der zylindrischen Mantelfläche 7 des Kopfteiles ι beträgt. An die zylindrische Aushöhlung 6 schließt sich eine im wesentlichen kegelige Aushöhlung 8 an. Die Aushöhlungen 6 und 8 des Kolbenkopfes dieser erstenAusführungsform bilden eine Gesamtaussparung 9 und nehmen ungefähr 50% des durch die Stirnfläche 4 und die den Kolbenkopf umhüllende zylindrische Mantelfläche 7 abgegrenzten Volumens ein.

Fig. 2 zeigt einen Hammerkolben, dessen Kolbeiikopf aus einem oberen Kolbenkopfteil 10 und einem anschließenden unteren Kolbenkopfteil 11 besteht, der in eine zylindrische Kolbenstange 12 übergeht.

Die Kopfteile 10 und 11 umschließen einehohlraumartige Aussparung 13, die mit Luft gefüllt ist. Diese Aussparung 13 nimmt etwas mehr als 40% des zwischen der oberen Kolbenstirnfläche 4, der konischen Ringfläche 5 und der zylindrischen Kolbenmantelfläche 7 gelegenen Kolbenkopfvolumens ein. Die Kolbenkopfteile 10 und 11 sind zweckmäßig duixh Schweißen miteinander verbunden. In der Kolbenstange 12 erstreckt sich zentral eine Bohrung 14, durch die die Aussparung 13 von außen zugängig ist, damit sie nach dem Verschweißen der Kopfteile 10 und 11 gegebenenfalls bearbeitet werden kann.

Differential-Hammerkolben der mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführung sind für Bohrhammer bestimmt und besitzen-vorzugsweise einen Außendurchmesser des Kolbenkopfes von 70 mm oder mehr, während die Gesamtlänge des Kolbens höchstens das 2¹/2fache dieses Außendurchmessers beträgt. Das Gewicht des Kolbens soll höchstens 2 kg betragen. Vorzugsweise beträgt der Außendurchmesser des Kolbenkopfes mehr als das ι Vif ache des Kolbenhubes des mit ihm ausgerüsteten Bohrhammers.

Die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele bestehen aus einem Kolbenkopf mit einem der Ausführung gemäß Fig. 1 entsprechenden zylindrischen Kopfteil 1 und einem kegelstumpfförmigen Kopfteil 2, der in eine genutete Kolbenstange 15 übergeht, welche im Beispiel der Fig. 3 mit schraubenförmig verlaufenden Nuten 16 versehen ist, die weiter unten in zur Kolbenachse parallel verlaufende Nuten 17 übergehen und in bekannter Weise mit einer Bohrerumsetzvorrichtung bzw. mit einer Bohrerhülse zusammenarbeiten. In den Beispielen der Fig. 4 und 5, von denen Fig. 5 eine um 90⁰ gedrehte Ansicht der Ausführung nach Fig. 4 ist, besitzt die Kolbenstange 15 mehrere schraubenförmig verlaufende Nuten 18 und mehrere zur Kolbenachse parallel verlaufende Nuten 19, die wieder mit einer Bohrer-Umsetzvorrichtung bzw. mit einer Bohrerhülse zusammenarbeiten. In den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 bis 5 ist der Kolbenkopf wieder entsprechend Fig. ι mit einer aus einem zylindrischen Teil 6 und einem im wesentlichen konischen Teil 8 gebildeten Aussparung 9 versehen, die an der oberen Stirnfläche 4 des Kolbenkopfes mit der Umgebung in Verbindung steht. Das Gesamtvolumen der Aussparung 9 beträgt wieder ungefähr 50% des durch die zylindrische Mantelfläche 7, die obere Stirnfläche 4 und die konische Ringfläche 5 abgegrenzten Kolbenkopfvolumens. Die Kolben nach den Fig. 3 bis S besitzen des weiteren eine zentrale Bohrung 20 für das nicht dargestellte Wasserspülröhrchen, wie dies bei bekannten Bohrhämmern üblich ist.

Die beschriebenen und dargestellten Differential-Hammerkolben sind nur Ausführungsbeispiele. Einzelheiten können abgeändert werden, ohne aus dem Rahmen der Erfindung herauszutreten. Obwohl die beschriebenen Differential-Hammerkolben für mit Druckluft betriebene Maschinen bestimmt sind, können sie auch in mit Dampf oder mit einem anderen Druckmittel betriebenen Maschinen verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Differential-Hammerkolbeii für Druckluft-Bohrhämmer od. dgl. mit einem hohlen zylindrischen Kolbenkopf größeren Durchmessers und einer zylindrischenKolbenstangegeringeren Durchmessers, die unmittelbar auf ein Werkzeug oder ein Zwischenstück mechanische Schläge ausübt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die zylinderförmige Kolbenmantelfläche (7) des Kolbenkopfes (1) ist ringsherum geschlossen ausgebildet, und der Außendurchmesser der oberen Kolbenstirnfläche

(4) ist gleich dem größten Durchmesser einer kegelstumpfförmigen Kolbenaußenfläche (5) eines Verbindungsteiles (2, 11) zwischen Kolbenkopf (1) und Kolbenstange (3> 12, 15);

b) 40 bis 50% des von der kegelstumpfförmigen Kolbenaußenfläche (5), von der zylindrischen Kolbenmantelfläche (7) und von der durch die obere Kolbenstirnfläche (4) gelegten Ebene begrenzten Kolbenkopfvolumens ist ausgespart, und die Aussparung (9, 13) steht nur an einer Endfläche des Kolbens (Fig. 1 und 2) oder an beiden Kolbenendflächen (Fig. 3 bis 5) mit der Umgebung in Verbindung;

c)

der Durchmesser des Kolbenkopfes (i) ist mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser der Kolbenstange (3, 12, 15).

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 65 426, 368 144,

443428, 465454> 475805, 475806', 485018,506624, 925, 722 160;

österreichische Patentschrift Nr. in 666; schweizerische Patentschrift Nr. 48 269; britische Patentschriften Nr. 15 072/1895, 123 147, 214 014, 395 524, 430913;

USA.-Patentschriften Nr. 1 709 024, 1 825 632, 2255423;

Maercks, »Bergbaumechanik«, 2. Auflage,

1940, S. 238 bis 240;

Werbeschriften der Gebr. Böhler u. Co. A.G. »Böhler Preßluft Straßenaufreißer BA 36«, »Böhler Preßluft-Schnell-Bohrhämmer Typenreihe H 62«, »Preßluft-Kesselsteinabklopfer BK 30«.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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