Vibratorvorrichtung
Es wurde bereits vorgeschlagen, Gesteinschneide-Maschinen vibrierend auszubilden, um die Schneidwirkung zu verbessern. Es ist jedoch keine Erdbearbeitungsmaschine bekannt, welche Schneidräder kleiner Masse aufweist, die normalerweise umlaufen, sowie eine starr mit einem Halteelement verbundene grosse Masse, welche umläuft, sobald die Bewegung des Schneidrades durch das geschnittene Material behindert wird, um auf diese Weise Trägheitskräfte zu erzeugen, welche durch die blockierte Schneidmaschine dem Gestein mitgeteilt werden.
In der USA-Patentschrift Nr. 2 659 585 ist eine Technik zum Schürfen oder Aufbrechen von Gestein mittels eines umlaufenden Schürfkopfes beschrieben, welcher ein unsymmetrisches Gewicht aufweist. Das Umlaufen der Anordnung liefert gleichzeitig eine Drehbewegung und eine Schwingbewegung der vom Schürfkopf getragenen Schürfelemente. In diesem System wird die Schwingbewegung nur durch das rotierende Gewicht erzeugt, und es ist dabei erforderlich, dass ein derartiges Gewicht verhältnismässig gross bemessen wird, falls seine Anwesenheit die Schürfwirkung wesentlich verbessern soll. Das Schürfrad und das Gewicht werden von einer verhältnismässig kräftigen Antriebswelle getragen, die ihrerseits durch mehrere Lager von offensichtlich grosser Tragfähigkeit gehalten wird.
Die USA-Patentschrift Nr. 3 235 311 betrifft Bergbaumaschinen, welche mit Schneidbohrern ausgestattet sind, die normalerweise allein durch die Vorwärtsbewegung der Maschine oder des Schneidkopfes in das zu schneidende Material gedrückt werden, die jedoch in der Art eines Schlagbohrers hin und her beweglich sind, wenn das geschnittene Material einen ungewöhnlich grossen Widerstand entgegensetzt.
Die USA-Patentschrift Nr. 3 193 256 zeigt einen durch ein Fluid angetriebenen Vibrator, welcher einen ringförmigen Rotor aufweist, der an der Innenseite eines zylindrischen Gehäuses umläuft und der durch den Ausgang einer Pumpe mit kontinuierlicher Abgabe bewegt wird, wobei die Abgabe der Pumpe durch ein Ventilsystem stossweise erfolgt.
Die erfindungsgemässe Vibratorvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine erste, starr mit einem Halteelement verbundene Masse und eine zweite, kleinere Masse, welche das Halteelement umgibt, wobei die kleinere Masse einen freiliegenden äusseren Abschnitt aufweist und begrenzte radiale Bewegungen gegenüber dem Halteelement in allen Richtungen durchführen kann, falls es nicht durch äussere Einwirkung daran gehindert wird, und durch eine Motoreinheit zwecks Erzeugung radialer Kräfte in zyklischer Folge zwischen der kleineren Masse und dem Halteelement und somit einer Umlaufbewegung der kleineren Masse, wenn diese nicht blockiert ist, sowie einer Umlaufbewegung des Halteelementes mitsamt der ersten Masse im entgegengesetzten Drehsinn, wenn die kleinere Masse an einer Bewegung gehindert wird,
um nach Freigabe der kleineren Masse eine Übertragung der Trägheitskraft der bewegten ersten Masse auf die kleinere Masse zu erreichen.
Das Halteelement mit grosser Masse kann aus einer Erdbearbeitungs- oder Bohrmaschine bestehen, wie sie aus Fig. 3 der vorausgehend genannten USA-Patentschrift Nummer 3 235 311 bekannt ist, oder eine Bauart aufweisen, die in der USA-Patentschrift Nr. 3 232 670 beschrieben ist, oder auch eine Bauart, die in der USA-Patentschrift Nummer 3 200 494 beschrieben ist.
Als Antrieb für die Vibratorvorrichtung eignet sich z. B.
eine Fluidkammern aufweisende Motoreinheit, wobei die Motoreinheit Fluid aus einer Pumpeneinheit erhält, die eine Anzahl von Fluidkammern mit veränderlichem Volumen aufweist, von welchem jede mit einer entsprechenden Kammer in der Motoreinheit gekoppelt ist. Beim Betrieb können dabei im wesentlichen nichtzusammendrückbare Fluidsäulen durch die Verbindungsleitungen zwischen den Fluidkammern der Pumpeneinheit und den entsprechenden Fluidkammern der Motoreinheit, die jeweils ein veränderliches Volumen aufweisen, hin und her bewegt werden, und zwar in erster Linie mittels einer Energiezuführung zur Pumpeneinheit.
Ein Hauptvorteil eines derartigen Systems in einer Gesteinschneidemaschine besteht darin, dass Energie, die einem nichtbrechenden Gestein zugeführt wird, welches elastisch reagiert, vom Gestein zurück in das System übertragen werden kann, um die Fluidsäulen zurück zur Pumpeneinheit zu bewegen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm, in welchem eine erste Masse M im Stillstand und eine zweite, kleinere Masse im Umlauf dargestellt sind,
Fig. 2 ein der Fig. 1 ähnliches Diagramm, in welchem die zweite, kleinere Masse angehalten und die erste Masse umlaufend dargestellt ist,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Mittelabschnitt einer Gesteinschlitzmaschine, wobei der Schnitt im wesentlichen längs der Linie 3-3 in Fig. 4 vorgenommen ist,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Schlitzmaschine der Fig. 3, welche einen Teil der Maschine in einer Schnittansicht darstellt, die im wesentlichen längs der Linie 4-4 in Fig. 5 verläuft,
Fig. 5 eine Seitenansicht der Maschine mit Blick auf die Schneidkopfseite derselben,
Fig.
6 einen axialen Schnitt durch eines der Schneidwerkzeuge, im wesentlichen längs der Linie 66 in Fig. 7,
Fig. 7 einen Querschnitt durch das Schneidwerkzeug im wesentlichen längs der Linie 7-7 in Fig. 6,
Fig. 8 ein Diagramm, welches den feststehenden wahren Mittelpunkt des Haltekopfs gegenüber der Kreisbahn des wahren Mittelpunktes des Schneidrades angibt,
Fig. 9 eine der Fig. 7 ähnliche Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform, Eig. 10 einen Querschnitt durch eine Pumpeneinheit, welche in Verbindung mit der Gesteinsschlitzmaschine verwendet werden kann, wobei der Querschnitt im wesentlichen längs der Linie 10-10 in Fig. 12 gelegt ist,
Fig. 11 einen Querschnitt durch die Pumpeneinheit im wesentlichen längs der Linie 11-11 in Fig. 12,
Fig. 12 einen Axialschnitt im wesentlichen längs der Linie 12-12 in Fig. 10 und
Fig.
13 eine perspektivische Teilansicht, welche die Anordnung im Verbindungsbereich zwischen dem Basisbereich eines der Kolben und der zugehörigen flachen Umfangsfläche des Kolbenbetätigungselementes zeigt, wobei das Führungselement sichtbar ist, welches die Drehung des Kolbens verhindert.
Der Ausdruck Umlaufbewegung bedeutet, dass der Mittelpunkt des umlaufenden Elementes einer Kreisbahn folgt und keine oder nur eine geringe Rotation des Elements um seinen Mittelpunkt stattfindet. Die Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Masse M, die beispielsweise von einem stationären Rahmen oder Aufbau einer Gesteinsschlitzmaschine gebildet ist, sowie eine zweite, kleinere Masse m (beispielsweise ein Schneidrad), welche gegenüber der grösseren Masse M umläuft. Die Fig. 2 zeigt schematisch die kleinere Masse m im Stillstand (also beispielsweise an seiner Bewegung gehindert) und die grössere Masse M im Umlauf. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit W ist die Trägheitskraft f bzw. F jeweils ein Produkt aus der Masse m bzw. M und der Zentripetalbeschleunigung W2a, und das Verhältnis der an den Massen m, M wirksamen Trägheitskräfte entspricht dem Verhältnis der Massen.
Sobald die kleine Masse m in ihrem Umlauf blockiert wird, beginnt die grosse Masse M zu arbeiten, und je grösser die Neigung zu einem Blockieren ist, um so grösser ist der von der grossen Masse M gelieferte Anteil.
Die in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Gesteinsschlitzmaschine eignet sich besonders für Arbeitsvorgänge, wie sie in der USA-Patentschrift Nr. 3 310 346 beschrieben sind. Die Schlitzmaschine besitzt einen Hauptrahmen 10, welcher eine erste Masse M bildet und welcher einen seitlich angeordneten Schneidkopf 12 zwischen seinen Endabschnitten trägt.
Als Ausführungsbeispiel und ohne einschränkende Bedeutung ist der Schneidkopf 12 mit vier Schneideinrichtungen 14 ausgestattet. Das mittlere Paar von Schneideinrichtungen 14 ist vertikal angeordnet, und die obere und die untere Schneideinrichtung 14 sind diagonal angeordnet, so dass sie etwa in einem Winkel von 45" schneiden, welcher sich zwischen der bearbeiteten vertikalen Seitenwand und dem Dach und Boden des erzeugten Profils erstreckt.
Gemäss den Fig. 6 und 7 weist die Befestigungseinrichtung für jede Schneideinrichtung eine kurze feststehende Achse 16 auf, welche am Schneidkopf 12 befestigt ist. Jede Schneideinrichtung 14 weist ein Halteelement 18 auf, welches am Ende der zugehörigen Achse 16 befestigt ist, und zwar auf eine Weise, die anschliessend näher beschrieben wird, sowie ein Schneidrad 20, das die gegenüber dem Rahmen 10 und dem Halteelement 18 bewegbare kleinere Masse m bildet.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist jedes Schneidrad 20 einen grösseren Teil 22 und einen kleineren Teil 24 auf, welche jeweils in ihrem axialen inneren Abschnitt eine becherartige Ausnehmung aufweisen. Der kleinere Teil 24 besitzt eine mittige Öffnung zur Aufnahme des äusseren Endabschnittes der Achse 16. Die becherartige Ausnehmung des grösseren Teils 22 und die becherartige Ausnehmung des kleineren Teils 24 bilden zusammen einen inneren Hohlraum zur Aufnahme des Halteelements 18. Die zwei Teile 22 und 24 sind miteinander mittels einer kreisförmig verteilten Reihe von Schrauben 26 verbunden, welche sich im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den kleineren Teil 24 erstrecken und in diesem versenkt angeordnet sind, während sie im grösseren Teil 22 verankert sind.
Die Schneidkante kann am grösseren Teil 22 angeordnet sein, ist jedoch vorzugsweise an einem getrennten, ringförmigen Schneidring 28 vorgesehen, welcher fest an einem umfangsseitigen Abschnitt des Schneidrades 20 angeordnet ist.
Diese letztere Konstruktion ermöglicht es, die Schneidkante aus einem härteren und gewöhnlich teuereren Material (beispielsweise Wolframcarbid) herzustellen als den übrigen Teil des Schneidrades. Auf diese Weise ist es ferner möglich, den Schneidring auszuwechseln, wenn er abgenützt ist, während das eigentliche Schneidrad noch brauchbar ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist im äusseren Ende der Achse 16 eine konische Ausnehmung 30 vorgesehen, die eine axial nach innen durch die Achse 16 gerichtete Öffnung 32 aufweist. Das Halteelement weist einen ringförmigen umfangsseitigen Abschnitt 34 auf sowie eine sich radial erstreckende Aussenwand 36 und einen axial nach innen gerichteten, im wesentlichen konischen Vorsprung 38, welcher derart bemessen ist, dass er mit verhältnismässig engem Spiel in die Ausnehmung 30 eingreift. Wie aus Fig. 6 deutlich hervorgeht, ist im Halteelement 18 radial zwischen dem Umfangsabschnitt 34 und dem Vorsprung 38 eine seitliche Ausnehmung vorgesehen, welche den äusseren Endabschnitt der Achse 16 eng aufnimmt.
Zwischen der konischen Wand des Vorsprungs 38 und der konischen Wand der Ausnehmung 30 ist ein geringes Spiel vorhanden, welches einen Teil des Fluid-Strömungsweges bildet, welcher anschliessend beschrieben wird.
Das Halteelement 18 ist an der Achse 16 durch ein einziges Befestigungselement 42 befestigt, welches sich durch die Mitte des Vorsprungs 38 erstreckt und welches in die Öffnung 32 eingeschraubt ist. Das Befestigungselement 42 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Schraube 40 und ist im Halteelement 18 versenkt angeordnet, so dass das Befestigungselement 42 (Bolzen) nicht über die äussere radiale Oberfläche des Halteelements 18 vorsteht. Die kreisrunde Endwand 44 des Schneidrades weist in ihrer Mitte eine Öffnung auf, welche koaxial zu einer Steckschlüssel-Ausnehmung 46 im Befestigungselement 42 liegt. Diese Öffnung 48 ist mit einer bündig liegenden Kappe 50 abgeschlossen, welche eine Steckschlüssel-Ausnehmung 52 aufweist.
Die Steckschlüssel-Ausnehmungen 46 und 52 können beispielsweise sechseckig ausgebildet sein und einen entsprechenden Steckschlüssel aufnehmen.
Im inneren Hohlraum des Schneidrades 20 kann ein zylindrischer Ring (nicht dargestellt) aus einem harten Lagermaterial eingesetzt sein, um eine Auskleidung zu bilden. Auf diese Weise kann auch die Herstellung einer rechtwinkligen Ecke zwischen der ebenen Stirnwand und der zylindrischen Umfangswand der inneren Kammer erleichtert werden.
Wie aus Fig. 6 deutlich ersichtlich ist, entspricht die axiale Länge des Halteelements 18 näherungsweise der axialen Abmessung des inneren Hohlraumes des Schneidrades 20, das heisst, es ist ein enges Spiel zwischen den radialen Flächen des Haltekopfes und den radialen Flächen des inneren Hohlraumes vorhanden. Jedoch wird absichtlich ein Spalt von beispielsweise 1,25 mm radial zwischen dem Halteelement 18 und der umgebenden Zylinderfläche des Schneidrades vorgesehen. Dieser Spalt ist in eine Anzahl von Impulskammern mit Hilfe einer Anzahl von radial beweglichen Abdichtungen aufgeteilt, die als radial hin und her bewegliche Schaufeln 56 dargestellt sind, welche in radialen Schlitzen oder Taschen eingesetzt sind, die im Halteelement 18 gebildet werden.
Jede Impulskammer ist vollständig geschlossen, abgesehen von einem einzigen Fluidkanal 58 für eine Strömung in beiden Richtungen und abgesehen von dem jeweils auftretenden Leckfluss.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich ein getrennter Fluidkanal 60 zu jedem Fluidkanal 58, und zwar zuerst in axialer und dann in radialer Richtung durch die feststehende Achse 16.
Da das Halteelement 18 mit der Achse 16 mittels einer einzigen Schraube 40 verbunden ist, sind Fluchtungskanäle 62 und 64 jeweils im Halteelement 18 und in der Achse 16 angeordnet, die miteinander zur Fluchtung gebracht werden können, um jeweils der Fluchtung dienende Stifte 66 aufzunehmen. Wenn die Fluchtungskanäle 62 und 64 fluchtend zueinander liegen, so sind die radialen Fluidkanäle 58 in richtiger Fluchtung mit den sich radial erstreckenden äusseren Bereichen der Fluidkanäle 60 angeordnet.
Die Schneideinrichtung kann in der folgenden Weise zusammengebaut werden. Ausgehend von den Teilen des Schneidrades 20 wird der erwähnte, nicht dargestellte Lagerring in den grösseren Teil 22 eingesetzt. Die Schraube 40 wird in das Halteelement 18 eingesetzt und darauf das Halteelement in den äusseren Teil 22 eingelegt. Anschliessend werden die Abdichtungen 56, der Stift 66 und die O-Ringe 68, 70 installiert. Darauf werden die O-Ringe 72, 74 in Nuten angeordnet, die im kleineren Teil 24 vorgesehen sind, worauf der kleinere Teil 24 auf seinen Platz gelegt und mit dem grösseren Teil 22 mittels der Schrauben 26 verbunden wird. Die Köpfe der Schrauben 26 sind im kleineren Teil 24 um einen ausreichenden Betrag versenkt, um genügend Raum für eine Ringnut 76 zu ergeben.
Eine ringförmige Schmutzdichtung, welche in Form eines elastischen, mit einer rückwärtigen Metallage versehenen Elements 78 dargestellt ist und welche eine umfangsseitig genutete freiliegende Fläche aufweist, wird mit Presssitz in die Ringnut 76 eingesetzt.
Wie ersichtlich, bilden das Halteelement 18, das Schneidrad 20 und die Schmutzdichtung 78 zusammen eine einzige Einheit, welche an der feststehenden Achse 16 mittels einer einzigen Befestigungsvorrichtung, nämlich der Schraube 40, befestigt werden kann. Die Einheit wird installiert, indem lediglich das innere Ende der Schraube 40 in die konische Ausnehmung 30 eingesetzt wird und die Einheit, falls notwendig, etwas gedreht wird, um den vorstehenden Endabschnitt des Stiftes 66 mit dem Fluchtungskanal 64 in Fluchtung zu bringen. Anschliessend wird ein hexagonaler Steckschlüssel durch die Öffnung 48 eingesetzt und die Schraube angezogen. Schliesslich wird die Kappe 50 in die Zugangs öffnung 48 eingesetzt.
Vorzugsweise ist am Schneidkopf 12 ein Scheuerring 80 angeordnet, und zwar in dem Bereich, welcher jede Achse 16 umgibt, und die vorstehenden Ränder der Schmutzabdichtung 78 stehen mit der Aussenfläche des Rings 80 in Berührung.
In der Wand 44 des Schneidrades ist sowohl an der Innenwie an der Aussenseite eine Ausnehmung vorgesehen. Durch die äussere Ausnehmung 82 wird lediglich dort ein Abstand geschaffen, wo eine Berührung zwischen dem Schneidrad 20 und dem Gestein oder anderem bearbeitetem Material nicht gewünscht wird. Die innere Ausnehmung 84 wird im wesentlichen für den gleichen Zweck vorgesehen, das heisst, um ein Spiel zu schaffen, wo eine Berührung zwischen der Wand 44 des Schneidrades und dem Halteelement 18 unerwünscht ist. Darüber hinaus dient das Spiel 84 dazu, um Fluid zu sammeln, welches aus den Fluidkammern leckte, und leitet dieses Fluid zu axialen Kanälen 86, die die Ausnehmung 84 mit dem Spielraum verbinden, welcher zwischen dem Vorsprung 38 und der Wand der Ausnehmung 30 besteht.
Eine Ringnut 85 im radialen Wandbereich des Teils 24 dient zur Sammlung einer Leckströmung an der entgegengesetzten Seite des Halteelements 18, während eine axiale Bohrung 87 durch das Halteelement 18 eine derartige Leckströmung zur Ausfnehmung 84 leitet. Das Fluid verlässt den letztgenannten Bereich über einen Sammelkanal 88, der sich axial durch die Achse 16 zu einer Fluidleitung 90 erstreckt, die zur Abführung des Fluids vorgesehen ist.
Aus Gründen der Deutlichkeit der Darstellung wurde in Fig. 8 lediglich eine Abdichtung 56 bezeichnet, und die Fluidkanäle für die Strömung in zwei Richtungen wurden weggelassen. Die Fluidkammern sind mit I-XII bezeichnet, und ein Pfeil 90 gibt die Richtung der Fluidbewegung an. Beim Betrieb der Schneideinrichtung wird Fluid in schneller Folge um den Spalt zyklisch verteilt, und zwar von Fluidkammer zu Fluidkammer. Diese schnelle Schrittfolge der Fluidverteilung um den Spalt neigt dazu, eine Umlaufbewegung des Schneidrades 20 gegenüber dem Halteelement 18 zu erzeugen, und diese Bewegung des Schneidrades 20 tritt tatsächlich auf, falls das Schneidrad 20 nicht vom Gestein gegen eine Bewegung blockiert wird.
In Fig. 8 ist der Mittelpunkt des Halteelements mit HC bezeichnet, und die Umlaufbahn des wahren Mittelpunktes des Schneidrades ist mit CC0 bezeichnet. In der dargestellten Lage ist die Fluidkammer VII im wesentlichen geschlossen und die Fluidkammer I weist ein maximales Volumen auf.
Einen Augenblick später wird die Fluidkammer II das maximale Volumen aufweisen, die Fluidkammern II-VII werden ihr Volumen etwas erhöhen, und die Fluidkammern VIII-I werden ihr Volumen etwas verringern, während sich der wahre Mittelpunkt CC des Schneidrades etwas auf seinem Kreis CC0 bewegt.
Wenn das Schneidrad 20 von dem Material, in welchem es vorwärts bewegt wird, an einer Bewegung gehindert wird, so neigt, wie ersichtlich, eher das Halteelement 18 zu einer Bewegung als das Schneidrad 20. Die Kräfte, welche dazu neigen, eine kreisförmige Umlaufbewegung des Halteelements 18 zu verursachen, werden vom Schneidkopf 12 zum Rahmen übertragen, welcher, wie aus der späteren Beschreibung hervorgehen wird, absichtlich eine beträchtliche Masse aufweist. Das durch das Halteelement 18 übertragene Fluid verursacht eine Umlaufbewegung des Rahmens, wobei bei der Bewegung desselben eine verhältnismässig grosse Trägheitskraft über das Halteelement zum Schneidrad 20 übertragen wird und vom Schneidrad 20 zum Gestein.
Das Fluidsystem arbeitet in den Bereichen, in welchen sich das Gestein elastisch verhält, regenerativ in dem Sinne, dass das Gestein die erhaltene Energie zum System zuruckführt. Während des Betriebs der Schneideinrichtung entspricht die Energiezufuhr in das hydraulische System der entnommenen Energie zuzüglich der Verluste. Während der Zeitspanne, in welcher sich das Gestein elastisch verhält, wird sehr wenig Energie abgenommen. Daher ist die Energiezufuhr verhältnismässig niedrig, bis das Gestein tatsächlich bricht, zu welchem Zeitpunkt die Belastungsenergie des Gesteins verloren geht und ein äquivalenter Energiebetrag dem System entnommen wird.
Die von der Schneideinrichtung aufgenommene Kraft liegt als Folge der Geometrie des Systems fest und kann auf einen bestimmten Maximalwert begrenzt werden. Ferner liefert das Fluid, obwohl es grundsätzlich inkompressibel ist, unter Schockbelastung eine merkliche Dämpfungswirkung.
Falls ein mechanisches Antriebssystem verwendet würde, wäre im wesentlichen keine obere Grenze für die bei einer Stossbelastung an der Schneidanordnung auftretende Kraft vorhanden. Beim Entwurf des beschriebenen Systems kann eine Maximalkraft ausgewählt werden, die unterhalb der Bruchgrenze vieler harter und spröder Materialien, wie beispielsweise Wolframcarbid, liegt. Die Vorwählbarkeit der maximalen Belastung der Schneideinrichtung macht es daher möglich, diese Materialien für die Schneideinrichtung erfolgreich anzuwenden.
Die vier Schneideinrichtungen werden miteinander ausser Phase angetrieben, das heisst in solcher Weise, dass ein Phasenunterschied zwischen den Impulsen in jeder Schneideinrichtung vorhanden ist, so dass die resultierende der auf alle Schneideinrichtungen einwirkenden Haltekraft auf einem Mindestwert gehalten wird. Auf diese Weise wird die grösstmögliche Kraft mittels einer kleinstmöglichen trägen Masse des Rahmens auf die arbeitende Schneideinrichtung übertragen, da die Masse des Rahmens nicht gleichmässig zwischen allen Schneideinrichtungen aufgeteilt wird, sondern statt dessen zu jedem Zeitpunkt auf jeweils eine der Schneideinrichtungen konzentriert ist.
Das Abdichtproblem ist nicht besonders schwerwiegend, da zwischen den Drücken in benachbarten Fluidkammern I-XII nur ein geringer Phasenunterschied vorhanden ist und daher der Druckunterschied zwischen nebeneinanderliegenden Fluidkammern gering ist. Dieses Merkmal ermöglicht es, in der Motoreinheit höhere Maximaldrücke zu verwenden als in einem solchen Falle, wo die Druckunterschiede grösser wären.
Fig. 9 zeigt eine abgeänderte Ausführung der Motoreinheit, welche beispielsweise als Vibrator für eine Betonform verwendet werden kann. Die Einrichtung weist ein Halteelement 18' auf einschliesslich einer Anzahl von sich radial erstreckenden Fluidkammern 92, wovon jede einen Kolben 94 enthält. Fluid gelangt zyklisch durch Fluidkanäle 95, die zur Aufnahme von Fluid in beiden Richtungen bestimmt sind, in die Räume, die radial innerhalb der Kolben 94 angeordnet sind, und zwar in der gleichen Weise, in welcher der Impulsbetrieb in der Motoreinheit der Fig. 6 und 7 erfolgt. Wie ersichtlich, veranlasst eine Bewegung der Kolben normalerweise das Rad 96 mit kleiner Masse, um den wahren Mittelpunkt X des Halteelements 18' umzulaufen.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Pumpeneinheit ist in den Fig. 10 bis 12 dargestellt. Diese Pumpeneinheit weist einen blockförmigen Körper 98 auf, welcher mit zwei axial im Abstand liegenden Reihen von radial angeordneten Kolbenkammern 100 versehen ist, die jeweils vorzugsweise als zylindrische Bohrung ausgebildet sind. Jede Kolbenkammer 100 ist mit einem Kolben 102 ausgestattet, welcher einen inneren Abschnitt 104 besitzt. Die Kolben 102 werden in die Kolbenkammern 100 von einem innerhalb des Pumpeneinheitskörpers 98 gelegenen Raum eingesetzt. Im Bereich des Ausganges aus jeder Kolbenkammer 100 ist im Pumpeneinheitskörper eine Ausnehmung 106 vorgesehen. Ein rohrförmiger innerer Abschnitt 108 eines einen Einlass- bzw.
Auslass bildenden Anschlussstücks 110 wird in der Ausnehmung 106 aufgenommen, und das Anschlussstück 110 ist am Pumpeneinheitskörper mittels zweier Schrauben 112 befestigt.
Eine enge Bohrung 114 erstreckt sich axial durch den inneren Endabschnitt des Anschlussstückes und erweitert sich in eine Bohrung 116 mit geringfügig grösserem Durchmesser, die sich durch den verbleibenden Bereich des Anschlussstücks erstreckt. Das Ende der Fluidleitung 118 (siehe auch Fig. 6) ist in die äussere Bohrung 116 eingesetzt und verbindet die Kolbenkammer 100 mit dem zugehörigen Kanal 60 in der Motoreinheit.
Eine ringförmige Kammer 120 ist im inneren Bereich des Anschlussstücks um die innere Bohrung 114 gebildet, und ein durch einen verhältnismässig engen Spalt gebildeter Kanal erstreckt sich von jeder Kammer 120 nach innen und mündet in einen ringförmigen Ausgang, welcher im wesentlichen bündig mit dem inneren Ende des Anschlussstücks liegt und welcher an jeder Seite von einer flachen Endfläche des Anschlussstücks begrenzt wird.
Gemäss Fig. 12 wird ein Ringraum 124 in der linken Endplatte 126 gebildet. Ein Fluid-Abgabekanal, welcher als Bohrung 128 dargestellt ist, die sich axial durch den radial äusseren Bereich des Körpers 98 erstreckt, verbindet den Ringraum mit einem Ringkanal 130, welcher den inneren Endbereich des Anschlussstücks umgibt, und dieser Ringkanal 130 steht in Verbindung mit der ringförmigen Kammer 120.
Der ringförmige Ausgang aus jedem Kanal 122 ist normalerweise durch ein Ventil 132 abgeschlossen, welches eine flache Scheibe aufweist, die normalerweise durch eine scheibenähnliche Feder 134 nach aussen gedrückt wird. Die Feder 134 liegt zwischen dem beweglichen Ventil 132 und einer feststehenden Scheibe 136, die mit dem Körper 98 in der Nähe des Ausgangs seiner Kolbenkammer fest verbunden ist.
Wie ersichtlich, ist die Feder 134 als gekrümmte Scheibe ausgebildet Sie ist elastisch genug, um sich flach zu legen, wenn sie durch das Ventil einem genügend starken Druck ausgesetzt ist, und gestattet es dem Ventil, sich nach innen zu bewegen und den Ringkanal freizugeben. Eine derartige Ventilbauart spricht schnell an. Sie muss schnell ansprechen, da die Zeitspanne zur Abgabe der Strömung sehr kurz ist.
Der Ringraum 124 in der Endplatte 126 nimmt über einen Einlasskanal 138 Fluid auf, das von einer Speisepumpe 140 geliefert wird, welche in Fig. 12 lediglich schematisch dargestellt ist.
Die beiden Endplatten 126, 126' sind am Pumpeneinheitskörper 98 jeweils mittels einer kreisförmig angeordneten Reihe von Schrauben 142 od. dgl. befestigt. O-Ringe 144, 146 sind im Pumpeneinheitskörper an den radial innen und aussen gelegenen Seiten des Ringraumes 124 eingesetzt. Die Endplatten 126, 126' weisen offene Mittelabschnitte auf, um Wälzlager 148 aufzunehmen, welche eine Antriebswelle 150 umgeben. Die Antriebswelle 150 ist mit zwei nach aussen gerichteten, mit Keilnuten versehenen Endabschnitten 152, 154 dargestellt, wovon einer mit einem elektrischen Motor und der andere mit einem nicht dargestellten Primärantrieb verbunden sind.
Die entgegengesetzten Enden der Welle können mit einem Ende eines ähnlichen Impulsgenerators verbunden werden, so dass beide Generatoren durch einen einzigen Antrieb betätigt werden. Üblicherweise ist eine Abdichtungsanordnung 158 vorgesehen, welche ein ringförmiges Abdichtelement 160 aufweist, welches die Welle 150 unmittelbar ausserhalb des Lagers umgibt, wobei die Abdichtungsanordnung mit jeder Endplatte 126, 126' verbunden ist.
Die Welle ist innerhalb des Körpers mit einem Paar kreisrunder Nocken 162, 164 versehen, die gegenüber der eigent lichen Welle exzentrisch liegen. Wie aus Fig. 12 und aus einem Vergleich der Fig. 10 und 11 ersichtlich ist, sind die Nocken 162, 164 im wesentlichen auf entgegengesetzten Seiten der Welle angeordnet, so dass die radialen Belastungen der Welle während des Betriebs so ausgeglichen wie möglich sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede Kolbenreihe sechs Kolben auf. Die zwölf Kolben sind um 30 in der Phase versetzt und werden in der in Fig. 11 dargestellten Folge betrieben, wobei für jeden Kolben die Zahl der entsprechenden Fluidkammer in Fig. 8 verwendet wurde.
Gemäss Fig. 12 wird ein plattenartiges Gegengewicht 166, 168 axial ausserhalb jeder Nocke 162, 164 angeordnet und erstreckt sich von der Welle 150 an der der Nocke entgegengesetzten Seite radial nach aussen. Die Gegengewichte 166, 168 sind derart in Grösse und Gewicht bemessen, dass sie im wesentlichen den durch die rotierenden und hin und her gehenden Teile erzeugten Zentrifugalkräften das Gleichgewicht halten.
Wie aus den Fig. 10 und 11 ersichtlich ist, entspricht der innere Hohlraum des Pumpeneinheitskörpers 98 in seiner Formgebung einem Polygon und besitzt ebenso viele Seiten wie Kolben vorhanden sind. In der dargestellten Ausführungsform ist der Hohlraum für jede Kolbenreihe hexagonal ausgebildet. Ein Betätigungselement 170, 172, welches die gleiche Querschnittsform wie der Hohlraum aufweist, aber diametral etwas kleiner ausgebildet ist, umgibt eng jede Nocke 162, 164, um davon bewegt zu werden. Die flachen inneren Endflächen der Kolben liegen an den flachen Umfangsflächen der Betätigungselemente 170, 172 an. Die Hohlräume und die Welle 150 besitzen den gleichen Mittelpunkt, aber der Mittelpunkt der Nocken 162, 164 ist gegen über dem Rotationszentrum versetzt.
Daher verschieben die Nocken 162, 164 die Betätigungselemente 170, 172 bei der Drehung der Welle 150 um den Umfang des Hohlraumes.
Bei der Bewegung der Betätigungselemente verschieben sie nacheinander die Kolben nach aussen und gestatten nacheinander eine Rückkehr der Kolben.
An den Seitenflächen der Betätigungselemente in der Nachbarschaft der Kolbenböden können gemäss Fig. 13 Führungsklammern 174 angeordnet sein, wobei jede Klammer 174 aus einem Paar Führungsfingern 176 besteht, welche lose über die äusseren Oberflächenbereiche der flanschartigen Grundflächen vorstehen. Diese Klammern 174 verhindern eine unerwünschte Drehung der Kolben, aber gestatten gleichzeitig eine relative Gleitbewegung zwischen den Kolbenböden 104 und den Betätigungselementen 170, 172, welche während der Bewegung des Betätigungselementes auftreten soll. Die Finger 176 unterstützen die Rückkehr der Kolben während jener Zeitintervalle, wo die Bewegung des Betätigungselementes radial nach innen gerichtet ist.
Gemäss den Fig. 10 und 11 sind in den Betätigungselementen 170, 172 zwischen denselben und den Nocken 162, 164, sowie an den inneren Endflächen der Kolben zwischen denselben und den Betätigungselementen 170, 172, Hohlräume vorgesehen. Diese Hohlräume stehen in ständiger Verbindung mit den Druckkammern, und zwar über Kanäle 180 bzw. 182 und jeweils eine Messdüse, so dass dort ein ausgleichendes Fluidpolster vorhanden ist, wo zwischen den Kolben und den Betätigungselementen 170, 172 eine lineare Gleitbewegung auftritt und wo ferner zwischen den Nocken 162, 164 und den Betätigungselementen 170, 172 eine Drehbewegung erfolgt.
Wie aus den Fig. 3 bis 5 ersichtlich ist, ist der Schneidkopf 12 mittels Bolzen mit einem kräftigen Seitenträger 200 verbunden, welcher einen Teil des Hauptrahmens 10 bildet. Die Pumpeneinheiten PG und ihre Antriebsmotoren M sind seitlich einwärts des Schneidkopfes 12 an einer Platte 202 angebracht. Gemäss Fig. 3 ist der Schneidkopf 12 hohl ausgebildet, und die Fluidleitungen 90, 118 (Fig. 6) verteilen sich innerhalb des hohlen Innenraumes nach aussen und führen zu den Fluidkanälen 88 bzw. 60 in der feststehenden Achse 16. Auf der Innenseite des Schneidkopfes 12 erstrecken sich die Leitungen innerhalb der Maschine durch eine querliegende Öffnung 204, die sich durch den Seitenträger 200 und einen Seitenplattenbereich 206 des Hauptrahmens 10 an Anschlüsse an den Impulsgeneratoren erstreckt.
Am Hauptrahmen 10 sind sowohl vor als auch hinter dem Schneidkopf 12 schwere und grosse Stahlblöcke 208 befestigt, um die Maschinenmasse auf den erforderlichen Betrag M zu erhöhen.
Verstellbare Stützfüsse 210, 212 sind an der Schneidkopfseite der Maschine in der Nähe des vorderen und rückwärtigen Endes der Maschine befestigt und sind im wesentlichen fluchtend mit den schweren Gewichten 208 angeordnet. Die Stützfüsse 210, 212 sind schwenkbar an den unteren Enden von Kolben befestigt, welche sich von fluidbetätigten Einstellrahmen nach unten erstrecken, wobei die Rahmenzylinder starr am Hauptrahmen 10 befestigt sind.
Die vom Schneidkopf 12 abgewandte Maschinenseite bewegt sich über einen Flurträger 214 einschliesslich einer Führungsschiene 216 und über einen Förderer 218 einer Bauart, die beispielsweise in den USA-Patentschriften Nummern 2 745 651 und 2 691 514 beschrieben ist. Die Maschine wird während der Bewegung durch ein Paar Hebelarme 220 geführt, wovon einer am vorderen und einer am hinteren Ende der Maschine angeordnet ist und die an ihren unteren Enden mit Klauen 222 versehen sind, welche an der Bodenschiene 216 angreifen. Die Hebel 220 sind in ihrem mittleren Bereich bei 224 am Rahmen 10 angelenkt und sind mit ihren oberen Enden mit horizontal angeordneten, fluidbetriebenen Betätigungselementen 226 verbunden.
Infolge dieser Anordnung kann die horizontale Entfernung zwischen den Klauen und der bearbeiteten Seitenwand lediglich dadurch verstellt werden, dass der Hub der Betätigungselemente 226 verändert wird, und die Flurschiene 216 braucht nicht nach jedem von der Maschine durchgeführten Schnitt bewegt zu werden.
Darüber hinaus können die Betätigungselemente 226 um unterschiedliche Beträge betätigt werden, so dass der Führungswinkel oder Schnittwinkel eingestellt werden kann.
Die Maschine kann in Längsrichtung mittels Zugrädern 230 bewegt werden, die sich auf einem Kettenzug 232 drehen, der an jedem seiner Enden fest verankert ist. Die Zugräder 230 sind reversierbar, so dass die Maschine in jeder Richtung bewegt werden kann.
Ein Ablenk-Räumer-Element 234 ist am Rahmen an jeder Seite des Schneidkopfes gelenkig angebracht. Diese Elemente 234 sind am Rahmen bei 236 in der Nähe jener Enden desselben angelenkt, die am weitesten vom Schneidkopf entfernt sind. Wird daher die Maschine in einer Richtung bewegt, so schliesst sich das vordere Element 234 selbsttätig, wenn es in Berührung mit Flurmaterial gelangt, und das hintere Element 234 öffnet sich selbsttätig und leitet das geschnittene Material am Flur nach hinten zu einem feststehenden inneren Ablenkelement 238, welches seinerseits das gebrochene Material auf eine rampenartige Platte 240 leitet und von dieser auf ein Förderband.