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Schräm-und Gesteinbohrmasehine.
Bei den Maschinen, welche mit zwei schwingenden Luftsäulen arbeiten, macht das Zusammenarbeiten der ungleichförmigen Geschwindigkeit des Schlagkolbens mit der gleichförmigen Kurbelgeschwindigkèit des Verdichters Schwierigkeiten. Die Schlaggeschwindigkeit des Schlagkolbens ist ungefähr doppelt so gross wie seine Rückzuggeschwindigkeit. Der
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Bei den bisherigen Maschinen, deien Verdichter aus den oben angegebenen Gründen ungefähr dieselben Abmessungen hat, wie der Schlagzylinder, hemmt das Luftpolster die Schlagwirkung nur unwesentlich. Dagegen wirkt der Luftpuffer bei einem Verdichter, der
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weit stärkere ist.
Die Beseitigung des Luftpuffers gelingt durch die an sich bekannte Anordnung zweier einfach wirkender Verdichter und durch Versetzung der von derselben Welle angetriebenen Verdichterkurbeln gegeneinander. Eilt nämlich der Verdichterkolben für die Schlagkolbenringfläche demjenigen für die Schlagkolbenvollfläche nach, so wird konstant gearbeitet. Während des Schlagen herrscht'immer noch'Saugspannung vor dem Schlagkolben, die erst im Augenblick des Aufschlagen auf Atmosphärenspannung steigt.
Die Beseitigung des Luftpuffers kann auch erreicht werden durch Anordnung einer Auspufföffnung in dem Verdichter, der die Schlagkolbenringfläche steuert. Dann entweicht nämlich jeglicher Überdruck, der sich während des Yorschiessens vom Schlagkolben vor dessen Ringfläche bildet, durch das Auspuffventil des zugehörigen Verdichters.
Die Nutzarbeit der Schrämm-und Gesteinbohrmaschinen wird unterbrochen, wenn das Werkzeug keinen Widerstand findet, so z. B. wenn es gegen klüftiges Gestein schlägt oder wenn das im Arbeitsbereich der Maschine befindliche Gestein abgebaut'ist. Dieser Umstand bedingt eine besondere Ausbildung der Maschine, um ein Gegenpauken des Schlagkolbens gegen den vorderen Zylinderdeckel zu verhindern.
Bei Maschinen mit zwischen Schlagzylinder und Pumpe in zwei Luftleitungen hin und her schwingenden Luftsäulen erschöpfen sich die im obigen Sinne bisher verwendeten Mittel darin, einen schädigenden Einfluss des leer laufenden Schlagkolbens auf die Maschine, insbesondere auf den Schlagzylinder auszuschälten. Die bekannten Sicherungsvorrichtungen sind entweder Bildung eines Luftpolsters, das sich zwischen dem Schlagkolben und dem vorderen Zylinderdeckel bildet, oder Festhalten des Schlagkolbens durch Einwirkung der Druckluft auf seine beiden Seiten. Bei allen diesen Einrichtungen bleibt die Pumpenarbeit stets dieselbe. Die Pumpe saugt und verdichtet auch dann, wenn die Sicherungsvorrichtungen in Wirkung treten.
Letztere haben lediglich den Zweck, die effektive Leistung der Maschine zu vernichten, nicht aber die indizierte Leistung der Pumpe zu verringern.
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dass die Pumpe bei Lee, schlag, d. h. wenn die Maschine keine Arbeit leistet, leer läuft und dadurch das Welkzeug selbsttätig angehalten wird. Sie verhindert überhaupt das Ent-
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-den Kraftverbrauch. Gemäss der Erfindung wird die bekannte Gabelung der vorderen Einströmung in solcher Weise ausgebildet, dass der durch. die Gabelung entstandene Umleitungkanal die beiden-Luftleitungen selbsttätig miteinander verbindet, sobald der Schlagkolben die für die Nutzarbeit der Maschine festgelegte vordere Totlage überschreitet.
Der Wirkungsgrad der Maschine wird noch dadurch gesteigert, dass in der Mitte des
Schlagzylinder ein Auspuffventil entsprechend dem Patente Nr. 68079 angeordnet ist, durch welches die Druckluft. nach jedem Vorstoss und Rückzug des Schlagkolbens entweicht.
In der Zeichnung sind die Erfindungsgegenstände in den Fig. i bis 7 schematisch dargestellt.
Fig. i und 2 zeigen verschiedene Arbeitsstellungen von Ausführungsformen, bei welchen der Schlagzylinder ein Auspuffventil besitzt und die Verdichterkurbeln gegeneinander versetzt sind.
In Fig. 3 und 4 ist dieselbe Ausführungsform mit der Abweichung dargestellt, dass die Verdichterkurbeln nicht gegeneinander versetzt sind, sondern der eine Verdichterzylinder ein Auspuffventil besitzt.
Fig. 5 bis 7 erläutern die Wirkung des vorderen gabelförmigen Kanals bei verschiedenen
Stellungen des Schlagkolbens.
. Der Verdichter (Fig. i und 2) besteht aus den beiden im Winkel zueinander stehenden, mit seitlichen Öffnungen 25, 26 versehenen Zylindern 1 und 2, welche durch das Kurbelgehäuse 3 miteinander vereinigt sind. Der Antrieb der Verdichterkolben 4, 5 erfolgt durch die Treibstangen 6, 7 von der Kurbel 8 aus. Der Schlagzylinder 9 ist durch die Leitung 11 mit dem Zylinder 1 und durch die Leitung 12-mit dem Zylinder 2 verbunden.
Die Leitung 12 mündet in den Raum A vor dem Schlagkolben 13 in unmittelbarer Nähe des vorderen Zylinderdeckels 14, der eine Feder 19 aufnimmt, welche ein Gegenpauken des Schlagkolbens gegen den Deckel verhindert. Die Leitung 11 gabelt sich in die beiden Zweige 15, 16, von denen der Zweig 15 in einer Entfernung von dem hinteren Zylinderdeckel, 17 mündet, welche kleiner ist, als die Mantellinie des Kolbens 13. Der Zweigkanal 16, in den ein sich nach dem Zylinderinnern mündendes Rückschlagventil 18 eingebaut ist, mündet in dem Zylinderdeckel 17 parallel zur Achse des Zylinders 9.
Etwa in der Mitte des Zylinders 9 ist ein Auspuffkanal 20 mit einem sich nach aussen öffnenden
Rückschlagventil 21 angeordnet, der durch einen Hahn 22 geschlossen werden kann,
Ausser der Schlagbewegung erhält der Schlagkolben 13 die übliche Drehbewegung, damit die Aufschlagstelle der Werkzeugspitze ständig wechselt. Die Drehbewegung wird dem
Schlagkolben in bekannter Weise durch eine von einem Sperrad 23 beeinflusste Gewinde- spindel 24 erteilt, die bei der Rückbewegung des Schlagkolbens aus dem Bohrloch feststeht und infolgedessen den Schlagkolben samt Werkzeug dreht. Während des Schlages kann sich das Sperrad 23 dagegen frei drehen, so dass der Schlagkolben während dieser Bewegung keine Drehung ausführt.
Die Wirkungsweise der geschilderten Maschine ist folgende :
Der Schlag erfolgt während der Zeit, während welcher die Kurbel 8 den Bogen a-b-c durchläuft (Fig. I). Würden die Achsen der Verdichterzylinder in derselben Geraden liegen, oder würde die Treibstange 7 an. einer Kurbel angreifen, welche gegenüber der Kurbel 8 derart versetzt ist, dass die Winkelstellung der beiden Zylinder 1, 2 gegeneinander aus- geglichen wird, so hätten beide Verdichterkolben gleichzeitig ihre Totlage erreicht. Die
Treibstange 7 würde die Stellung c schon einnehmen, wenn die Treibstange 6 erst die
Stellung b erreicht hat. Der Kolben 5 würde die Luft vor dem Schlagkolben im Raume A während der zweiten Hälfte des Vorschiessens des Schlagkolbens verdichten, dieser also-auf einen Luftpuffer treffen.
Der Schlag würde vor seiner Vollendung bereits gehemmt.
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Erst wenn die Kurbel 8 die Stellung d erreicht hat, beginnt der Schlagkolben seine Rückbewegung. Bei der Kurbelstellung g ist der Rückzug des Schlagkolbens beendet (Fig. 2).
Während des Kurbelweges d-e saugt der Kolben 4, dagegen verdichtet der Kolben 5 während des Kurbelweges d-e-f. Auf dem Wege e-f-g verdichtet der Kolben 4, während der Kolben 5 auf dem Wegej-g saugt. Der Unterdruck im Raume B und der Überdruck im Raume A werden also gegen Ende des Rückzuges des Schlagkolbens verringer, so dass seine lebendige Kraft allmählich vernichtet wird. Vor allen Dingen entweicht aber die noch vorhandene Druckluft durch das Ventil 21 aus dem Raume A, sobald der Kolben den Kanal 20 freigegeben hat. Nach Beendigung seiner Rückbewegung verbleibt der Schlagkolben kurze Zeit in seiner hinteren Totlage, und zwar während des Kurbelweges g-a.
Der Übergang vom Rückzug zum Verschiessen erfolgt sanft, ohne heftige Stösse und ohne zusätzliche Pumpenarbeit. Der Sicherheit wegen ist trotzdem eine besondere Einrichtung vorgesehen, welche ein Gegenpauken des Schlagkolbens gegen den hinteren Zylinderdeckel 17 völlig ausschliesst. Durch die Gabelung der Leitung 11 und die besondere Anordnung der Mündungsstellen der Zweigkanäle 15, 16 bildet sich nämlich hinter dem Schlagkolben ein Luftpolster, wenn er bei seinem Rückzuge den Kanal 15 überschneidet. Der Eintritt der Druckluft erfolgt, so lange der Kanal 15 abgeschlossen ist, durch den Kanal 16 und das Ventil 18. Entsprechende Zweigkanäle können auch bei der Leitung 12 vorgesehen werden, wenn es sich als zweckmässig erweisen sollte.
Die erforderliche Frischluft wird vom Verdichter durch die Öffnungen 25, 26 angesaugt, welche im Bedarfsfalle durch sich nach aussen öffnende Rückschlagventile abgeschlossen werden.
Durch die Anordnung des Kanals 20 und des Rückschlagventils 21 ist gleichzeitig die Möglichkeit gegeben, die Maschine für schwere und leichte Schläge einzustellen. Bei der geschilderten Arbeitsweise werden schwere Schläge ausgeführt. Soll die Maschine leicht schlagen, so wird der Kanal 20 durch den Hahn 22 teilweise oder gänzlich abgesperrt, Infolgedessen ist ein Entweichen der Druckluft nach dem Vorschiessen und nach dem Rückzug ausgeschlossen. Der Kolben trifft jedesmal auf ein Luftpolster, welches seine Bewegung hemmt. Die Maschine schlägt leicht.
Selbstverständlich ist es möglich, die Achsen der beiden Zylinder 1, 2 nicht im Winkel zueinander, sondern in einer Geraden anzuordnen, in welchem Falle die Treibstangen naturgemäss besondere Kurbeln erhalten müssen, welche ihrerseits gegeneinander versetzt sind.
Auch können anstatt des einen Auspuffventils im Schlagzylinder deren zwei angeordnet werden, falls die Abmessungen des Zylinders oder sonstige Umstände dieses erforderlich machen sollten.
Das- Schlagwerkzeug der Fig. g und 4 entspricht dem der Fig. i und 2. Die beiden Verdichterzylinder 1 und 2 sind dagegen koaxial angeordnet, im übrigen aber mit den üblichen Seitenöffnungen 25, 26 versehen. Der Antrieb der Verdichterkolben 4, 5 erfolgt mittels der Treibstangen 6,7 durch die Kurbel 8. Etwa in der Mitte des Verdichterzylinders 2 ist ein Auspuffventil 27 vorgesehen.
Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende :
Während die Kurbel 8 den Weg h-i durchläuft, wird der Schlagkolben zurückgezogen. Die Abmessungen der Verdichter und des Schlagkolbens sind derart gewählt, dass die anfänglich durch den Verdichterkolben 5 aus dem Auspuffventil 27 etwa verdrängte Luft nicht in Betracht kommt. Sobald die Kurbel 8 die Stellung i erreicht hat, ist der Rückzug des Schlagkolbens vollendet (Fig. 4). Wenn die Kurbel 8 den Bogen i-k durchläuft, saugt der Verdichterkolben 5 auf seinem ganzen Wege, während der Schlagkolben so gut wie keine Bewegung ausführt, es vollzieht sich lediglich der Bewegungswechsel. Während der Bewegung der Kurbel 8 auf dem Bogen k-h wird der Schlagkolben vorgestossen. Der Schlag selbst erfolgt-etwa bei der Kurbelstellung h (Fig. 3).
Beim Vorschiessen des Schlagkolbens ist die Verschiebung der beiden Verdichterkolben 4, 5 nur eine geringe, so dass das Auspuffventlil 27 während dieser Zeit nicht vom Verdichterkolben 5 abgedeckt ist. Infolgedessen kann jeder vor dem Schlagkolben entstehende Überdruck durch das Auspuffventil 27 entweichen. Ein die Schlagwirkung hemmendes Luftpolster bildet sich nicht, vielmehr wird ein klebender Schlag erreicht.
Das Gegenpauken des Schlagkolbens gegen den vorderen Zylinderdeckel 14 ist durch die Feder 19 vermieden. Es kann jedoch auch durch zweckentsprechende Lage der Mündung der Leitung 12 in den Schlagzylinder ein Luftpolster erzeugt werden, welches das Gegenpauken des Schlagkolbens gegen den Zylinderdeckel verhindert, trotzdem aber nicht die Wirkung des Auspuffventils 27 aufhebt.
Bei dem in Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel schwingen die Luftsäulen zwischen der nicht dargestellten Pumpe und dem Schlagzylinder 9 in den Leitungen 11, i2.
Die Leitung 12 gabelt sich in die beiden Zweige 12a, 12b, von denen der Zweig lia in
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grösserer Nähe des vorderen Zylinderdeckels 7 als der Zweig 12 mündet. Der Aussenabstand der Mündungen der Zweige 12 a und 12 b ist etwas grösser als der der Mantellinie des Kolbens 13.
In Fig. 5 ist die vorderste Totlage des Schlagkolbens-bei normaler Arbeit der Maschine dargestellt. Der Kolben hat den Kanal 12 b abgedeckt, lässt den Kanal 12a dagegen offen, so dass der Kolbenrückzug durch die Pumpe vermittelt werden kann. Der Zweigkanal 12b tritt überhaupt nicht oder höchstens gegen Ende des Kolbenrückzuges in Wirkung. Dann strömt Druckluft durch beide Zweigkanäle 12 a, 12 b in-den vorderen Zylinderraum. Hierdurch wird die Arbeitsweise der Maschine aber nicht verändert, sie würde die gleiche sein, wenn der Zweigkanal 12b überhaupt fehlte.
Findet das Werkzeug keinen Widerstand, so überschreitet der Kolben die in Fig. 5 dargestellte Lage. Er gibt gleichzeitig die Mündungen. der Zweigkanäle 12 a und 12b frei (Fig. 6), so dass der vordere und hintere Schlagzylinderraum miteinander verbunden sind. Dadurch ist eine Nebenverbindung zwischen den beiden Pumpenräumen hergestellt. Die Pumpe läuft soweit leer, dass sie keine Arbeit mehr auf den Schlagzylinderkolben zu übertragen vermag, dieser ist selbsttätig ausser Betrieb gesetzt.
Nähert sich der Schlagkolben dem vorderen Zylinderdeckel 14 noch weiter und deckt
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mit dem vorderen Zylinderdeckel 14 wird durch die zwischen beiden Teilen eingeschlossene Luftmenge verhindert, welche in bekannter Weise als hemmender Luftpuffer wirkt.
Der Schlagkolben bleibt solange in, seiner vorderen Stellung, bis die Maschine wieder vorgeschoben ist und das Werkzeug von neuem auf Gestein trifft.
PATENT-ANSPRÜCHE: i. Schräm-und Gesteinbohrmaschine mit zwei einfach wirkenden Verdichtern, dadurch
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kolben für die Schlagkolbenvollfläche nacheilt.