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HydraulischeKraftübertragungsanlage.
Gegenstand der Erfindung ist eine hydraulische Kraftübertragungsanlage mit einem durch die übertragene Kraft hin und her zu bewegenden Teil, als welcher z. B. die Bohrstange eines Gesteinsbohrers oder der Stempel eines Niethammers dienen kann.
Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zur tbertragung von Energie bekannt, gemäss welchen periodische Druckänderungen erzeugt werden, die periodische Druck- und Volumsänderungen längs einer durch hydraulische Kraftspeicher unterteilten Flüssigkeitssäule erzeugen, so dass die Energie durch
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keitssäule übertragen wird.
Gemäss der Erfindung werden die Kraftspeicher mit einen hin und her zu bewegenden Kolben od. dgl. ausgerüstet, der durch elastische Mittel wie Federn od. dgl. in einer Mittellage gehalten wird, wobei die elastischen Mittel so bemessen sind, dass die eigene Schwingungszahl des Kolbens gleich der Schwingungszahl der periodischen Druck-und Volumsänderung ist, welche in der die Flüssigkeitssäule einschliessenden Ubertragungsleitung auftritt. Dieser Kraftspeicher kann auch einen Teil des anzutreibenden Werkzeuges bilden.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, u. zw. für den Betrieb eines Hammers und einer Pumpe. Fig. 2 zeigt einen an die Anlage anschliessbaren Gesteinsbohrer und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 2.
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tätigt wird. Die Pumpenwelle wird durch einen kleinen, in der Zeichnung nicht dargestellten Elektromotor angetrieben. Die Pumpenkammer d ist durch ein Rohr f mit einem Kraftspeicher e verbunden.
Letzterer ist mit einem federbelasteten Ventil g versehen, das die Verbindung zwischen der Kammer h des Kraftspeichers und einem ungefähr 10 kg pro crn2 betragenden Druck stehenden Ölbehälter, der bei k angeschlossen wird, abschliesst. Der Kraftspeicher ist symmetrisch ausgeführt und mit einem verschiebbaren Kolben i ! versehen, der an beiden Seiten eine Verlängerung m mit einer Tragfläche M am äussersten Ende hat. Jede Tragfläche n vermag den Einlass von dem Ventil g bzw. o zu der Kammer h bzw. p abzuschliessen. Öffnungen q sind vorgesehen, um das Auftreten von übermässigem Druck in den geschlossenen Enden des Kraftspeichers zu verhindern.
Die Kammer p steht durch das Ventil o mit einem unter einem Druck von ungefähr 10 kg pro ce stehenden Wasserbehälter in Verbindung. Dieser 01-bzw. Wasserbehälter ersetzt im Falle einer TTndichtheit den 01-bzw. Wasserverlust durch Öffnen der Ventile g bzw. o.
Der Auslass s des Kraftspeichers steht mit einer Rohrleitung t in Verbindung, durch welche die Kraft zu einem Niethammer 20 und einer Pumpe 40 übertragen wird, wo sie nutzbar gemacht wird. Der geschlossene Raum zwischen dem Pumpenkolben bund. dem Kolben l des Kraftspeichers ist mit Öl, die Leitung t mit Wasser gefüllt. Nahe dem Kraftspeicher e ist ein Kessel I angeordnet, der durch einen Hahn 2 mit der Rohrleitung t verbunden ist. Oben am Kessel 1 ist eine auslassöffnung 3 vorgesehen, die durch einen Hahn 4 geschlossen ist.
An die Rohrleitung t ist unter Vermittlung eines Abzweigrohres 35 und eines Abschlussventils 52 eine Pumpe 40 mit dem Betätigungskolben 42 und dem Arbeitskolben 41 und unter Vermittlung eines Abzweigrohres 19 und eines Abschlussventiles 51 ein Niethammer 20 mit Kolben 25, Anschlagstück 26 und Hammerkopf. 30 angeschlossen. Es ist angenommen, dass die zu dem Niethammer führende Rohrleitung eine Länge hat, die einer halben Wellenlänge oder einer Mehrzahl von halben
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eingeschaltet sind.
. Jeder Kraftspeicher 11 besteht aus einer Kammer, in der ein frei beweglicher Kolben 12 arbeitet, der durch Fedein 7J in einer mittleren Lage gehalten ist. Die den Kolben zentral durchsetzende Stange 14 besitzt zwei dickere Teile 15. die dazu dienen, eine Öffnung 16 im Kolben 12 abzuschliessen. wenn dieser sich aus seiner Mittelstellung nach der einen oder andern Seite bewegt.
Der Einlass der Kraftspeicher
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Hochdruckrohr. DieFedern 1J sind so bemessen, dass sie der Flussigkeitssäule zwischen dem Abzweigungs- punkt der Zweigleitung 19 von der Hauptleitung t und dem angeschlossenen Werkzeug eine solehe zusätz- liche Elastizität geben. dass die Länge der Zweigleitung einer halben Wellenlänge oder einem Mehrfachen derselben äquivalent wird.
Beim Betrieb der Anlage wird der Hahn'2 zum Kessel 1 geöffnet und das ganze Rohrleitungs-
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nachgefüllt. Die Wirkung ist sodann die. dass beim Druckhub des Pumpenkolbens b sich der Kolben. des Kraftspeichers e nach rechts bewegt und das Wasser zusammenpresst. Infolge der (wenn auch geringen) Zusammendrückbarkeit des Wassers tritt eine Änderung in dem Volumen des Wassers ein und wandert eine Kompressionswelle vom Kraftspeicher e längs der Rohrleitung t. Gleichzeitig tritt eine Zunahme der mittleren Spannung im Kessel l ein. Durch den Betrieb der Pumpe a wird jedes Flüssigkeitspartikelchen in der Rohrleitung t aus einer Mittellage in eine hin und her gehende Bewegung versetzt.
Die Flüssigkeitsmasse bewegt-sich jedoch nicht als Ganzes hin und her, sondern es wird eine Reihe periodischer Druckund Volumsänderungen in Form von Wellen längs der Rohrleitung wandern. Diese Druck-und Volums- änderungen pflanzen sieh in der Flüssigkeitssäule annähernd mit der-in der Flüssigkeit vorhandenen Schallgeschwindigkeit fort. Macht die Pumpe a z. B, 500 Touren in der Minute, so wird die Länge der in der Flüssigkeitssäule erzeugten Wellen rund 171 M ! betragen. Soll eine Vorrichtung mit einem hin und her
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pumpe ss betätigt werden. so kann eine solche Vorrichtung, wenn sie geeignet gebaut ist. unmittelbar an die Leitung angeschlossen werden.
Wenn jedoch die Entfernung von der Generatorpumpe a zur Vorrichtung von der Wellenlänge oder von einem Mehrfachen der halben Wellenlänge wesentlich abweicht, wie dies bei dem Niethammer 20 der Fall ist. dann werden die Kraftspeicher 11 benutzt, weil sie die Wirkung haben, die Trägheitswirkung desjenigen Teiles der Flüssigkeitssäule, um den die Länge der ganzen Flüssigkeitssäule die halbe Wellenlänge oder das Mehrfache der halben Wellenlänge übertrifft, aufzuheben.
Die Kraftspeicher 11 haben den weiteren Vorteil, dass beim Auftreten eines Leckes an der einen oder andern Seite der mittlere Druck auf dieser Seite abnehmen wird, so dass der bewegliche Kolben 12 sich um eine mittlere Stellung hin und her bewegen wird. welche aus der Mitte der Kammer 11 gedrückt ist. Die Folge hievon ist, dass die ringförmige Öffnung 16 geschlossen wird und das Rohrleitungsstück mit dem Leck abgeschaltet wird, so dass an andere Rohrleitungsstücke angeschlossene Vorrichtungen nicht in Mitleidenschaft gezogen werden.
Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Gesteinsbohrer findet das Wasser aus der erwähnten Leitung f bei 60 Zutritt und verursacht Pulsationen in seinem Zylinder 62. Der Arbeitskolben 6. 3 ist mit einer mit steilem Gewinde versehenen Verlängerung 64 fest verbunden, welche mit einem Schaltwerk 65,66 arbeitet. Der Teil 65 besitzt eine mit Muttergewinde versehene Büchse und Schaltzähne 67, welche mit ähnlichen Zähnen am Teil 66 in Eingriff stehen. Der Teil 66 kann sich in der Längsrichtung bewegen.
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werkes gegen den Teil 65. Durch die Form der Schaltzähne wird bewirkt, dass sich der Kolben nur bei der Aufwärtsbewegung dreht, um die Bohrerspitze zu drehen.
Der-Kolben 63 ist mit der Stange 70 verbunden, die in der Büchse 71 gleitet und den Bohrkopf 72 mit der Bohrerspitze 73 trägt. Kolben, Kolbenstange und Bohrerspitze besitzen eine Längsbohrung 7 die in eine Querbohrung 7. 5 und schliesslieh in eine ringförmige Rille 76 endigt. Im unteren Teil des Bohrers ist eine starke Feder 78 vorgesehen,
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stärker als die Feder 82, um die Rückbewegung des Kolbens während des Arbeitens zu bewirken.
Die Wirkungsweise des Bohrers ist folgende : Die Flüssigkeitswellen treten durch die Leitung 60 ein und übermitteln ihre Bewegung auf die Kolbenstange und Bohrerspitze, wobei die Trägheit dieser Teile in vorteilhafter Weise durch den Kraftspeicher 81, 82, 80 ausgeglichen wird. Das Bohren des Gesteins wird durch die auf die Bohrerspitze Z3 ilbertragene, schlagende Bewegung und die Drehbewegung durch das Schaltwerk 65, 66 bewirkt. Zwischen dem Kolben 63 und der Zylinderwand 77 ist genügend
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Spiel belassen, um zu ermöglichen, dass aus dem Zylinder 62 Wasser in den ringförmigen Raum 76 gelangt, von dem es durch den Kanal 74 gegen das Ende der Bohrerspitze gelangen kann.
Es kann eine Anzahl Gesteinsbohrer durch Abzweigröhren in passenden Entfernungen längs der Rohrleitung t betrieben werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hydraulische Kraftübertragungsa. nlage mittels periodischer Flüssigkeitswellen, die in einer durch hydraulische Kraftspeicher unterteilten Rohrleitungen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet. dass die Kraftspeicher (11) je einen hin und her zu bewegenden, durch elastische Mittel, wie Federn od. dgl. (13) in einer Mittellage gehaltenen Kolben od. dgl. (12) haben, wobei die elastischen Mittel (13) so bemessen sind, dass die eigene Schwingungszahl des hin und her zu bewegenden Teiles (12) gleich der
Schwingungszahl der periodischen Druck-und Volumsänderungen ist, welche in einer die Flüssigkeitssäule einschliessenden Übertragungsleitung (t) auftritt.
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Hydraulic power transmission system.
The invention relates to a hydraulic power transmission system with a part to be moved back and forth by the transmitted force, as which z. B. the drill rod of a rock drill or the punch of a riveting hammer can be used.
Methods and devices for the transmission of energy are already known, according to which periodic pressure changes are generated which generate periodic pressure and volume changes along a column of liquid divided by hydraulic energy accumulators, so that the energy flows through
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pillar is transferred.
According to the invention, the energy storage device is equipped with a piston or the like that can be moved back and forth, which is held in a central position by elastic means such as springs or the like, the elastic means being dimensioned so that the piston oscillates independently is equal to the number of oscillations of the periodic pressure and volume change which occurs in the transmission line enclosing the liquid column. This energy store can also form part of the tool to be driven.
Fig. 1 of the drawing shows an example embodiment of the subject invention, u. betw. for the operation of a hammer and a pump. FIG. 2 shows a rock drill that can be connected to the system, and FIG. 3 shows a section along the line X-X in FIG.
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is made. The pump shaft is driven by a small electric motor not shown in the drawing. The pump chamber d is connected to an energy store e by a pipe f.
The latter is provided with a spring-loaded valve g, which closes the connection between the chamber h of the energy storage device and an oil tank which is approximately 10 kg per cm2 and which is connected at k. The energy storage device is symmetrical and has a sliding piston i! provided, which has an extension m on both sides with a wing M at the extreme end. Each wing n is able to close off the inlet from the valve g or o to the chamber h or p. Openings q are provided to prevent the occurrence of excessive pressure in the closed ends of the accumulator.
The chamber p communicates through the valve o with a water tank under a pressure of approximately 10 kg per ce. This 01 or. In the event of a leak, the water tank replaces the 01 or. Loss of water by opening valves g or o.
The outlet s of the energy accumulator is connected to a pipe t through which the force is transmitted to a riveting hammer 20 and a pump 40, where it is made usable. The closed space between the pump piston collar. the piston l of the energy store is filled with oil, the line t with water. A boiler I, which is connected to the pipeline t by a tap 2, is arranged near the energy store e. At the top of the boiler 1 there is an outlet opening 3 which is closed by a tap 4.
A pump 40 with the actuating piston 42 and the working piston 41 is connected to the pipeline t via a branch pipe 35 and a shut-off valve 52, and a riveting hammer 20 with a piston 25, stop piece 26 and hammer head is connected to a branch pipe 19 and a shut-off valve 51. 30 connected. It is assumed that the pipeline leading to the riveting hammer has a length which is half a wavelength or a plurality of half
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are switched on.
. Each energy store 11 consists of a chamber in which a freely movable piston 12 works, which is held in a central position by springs 7J. The rod 14 penetrating the center of the piston has two thicker parts 15 which serve to close an opening 16 in the piston 12. if this moves from its central position to one side or the other.
The inlet of the lift mechanism
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High pressure pipe. The springs 1J are dimensioned in such a way that they give the liquid column such additional elasticity between the junction point of the branch line 19 from the main line t and the connected tool. that the length of the branch line becomes equivalent to half a wavelength or a multiple thereof.
When the system is in operation, tap 2 to boiler 1 is opened and the entire pipeline
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refilled. The effect is then that. that during the pressure stroke of the pump piston b, the piston. of the energy store e is moved to the right and compresses the water. As a result of the (albeit slight) compressibility of the water, a change occurs in the volume of the water and a compression wave travels from the energy storage device e along the pipeline t. At the same time, there is an increase in the mean voltage in tank 1. By operating the pump a, each liquid particle in the pipeline t is set in a reciprocating motion from a central position.
The liquid mass does not move back and forth as a whole, but a series of periodic pressure and volume changes in the form of waves travel along the pipeline. These changes in pressure and volume propagate in the column of liquid approximately at the speed of sound present in the liquid. Makes the pump a z. B, 500 tours per minute, the length of the waves generated in the liquid column will be around 171 M! be. Is supposed to be a device with a back and forth
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pump ss are operated. so can such a device, if suitably constructed. connected directly to the line.
However, if the distance from the generator pump a to the device deviates significantly from the wavelength or from a multiple of half the wavelength, as is the case with the riveting hammer 20. then the energy storage devices 11 are used because they have the effect of canceling the inertia effect of that part of the liquid column by which the length of the entire liquid column exceeds half the wavelength or a multiple of half the wavelength.
The energy accumulators 11 have the further advantage that if a leak occurs on one side or the other, the mean pressure on this side will decrease, so that the movable piston 12 will move back and forth about a mean position. which is pressed from the center of the chamber 11. The consequence of this is that the annular opening 16 is closed and the pipe section with the leak is switched off so that devices connected to other pipe sections are not affected.
In the rock drill shown in FIGS. 2 and 3, the water from the aforementioned line f finds access at 60 and causes pulsations in its cylinder 62. The working piston 6 Rear derailleur 65.66 works. Part 65 has a female threaded sleeve and gear teeth 67 which engage similar teeth on part 66. The part 66 can move in the longitudinal direction.
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werkes against the part 65. The shape of the indexing teeth causes the piston to turn only during the upward movement in order to turn the drill bit.
The piston 63 is connected to the rod 70, which slides in the sleeve 71 and carries the drill head 72 with the drill bit 73. The piston, piston rod and drill tip have a longitudinal bore 7 which ends in a transverse bore 7, 5 and finally in an annular groove 76. A strong spring 78 is provided in the lower part of the drill,
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stronger than the spring 82 to cause the piston to move back during operation.
The operation of the drill is as follows: The liquid waves enter through the line 60 and transmit their movement to the piston rod and drill tip, the inertia of these parts being advantageously compensated by the energy storage device 81, 82, 80. The rock is bored by the hammering motion transmitted to the drill bit Z3 and the rotary motion by the switching mechanism 65, 66. There is sufficient space between the piston 63 and the cylinder wall 77
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Leave clearance to allow water from cylinder 62 to pass into annular space 76 from which it can pass through channel 74 towards the end of the drill bit.
A number of rock drills can be operated through branch pipes at appropriate distances along the pipeline t.
PATENT CLAIMS:
1. Hydraulic power transmission a. nlage by means of periodic liquid waves, which are generated in a pipeline divided by hydraulic energy accumulators, characterized. that the energy accumulators (11) each have a piston or the like (12) that can be moved back and forth and is held in a central position by elastic means such as springs or the like (13), the elastic means (13) being so dimensioned are that the own frequency of oscillation of the part to be moved back and forth (12) is equal to
The number of vibrations of the periodic pressure and volume changes which occurs in a transmission line (t) enclosing the liquid column.