DE1136860B - Vibrator, z. B. Schlaghammer - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 42 s —

INTERNATIONALE KL.

F 06h; E 21 c

A 29145 IXb/42s

ANMELDETAG: 28. M A R Z 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 20. SEPTEMBER 1962

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vibrator, ζ. Β. Schlaghammer, mit einem von einer hydraulischen Druckquelle aus angetriebenen, in einem Zylinder frei fliegend angeordneten Stufenschlagkolben, dessen Steuerung durch eine Ventilspindel erfolgt, die über Federn elastisch mit dem Schlagkolben verbunden ist.

Vibratoren der genannten Art sind an sich bekannt, und zwar ist hierbei die mit Druck nicht beaufschlagte Zylinderhälfte des Schlagkolbens sowie ein oberer unterer Leckölraum des Steuerschieberzylinders mit einer Leckölleitung verbunden, und die Bewegung sowohl des Schlagkolbens als auch des Steuerschiebers wird durch Absperrung der Leckölleitung gedämpft, wenn zu große Schwingweiten auftreten. Bei den bekannten Vibratoren ist die auf den Schlagkolben durch die Federn wirkende Zurückführungskraft immer konstant, und zwar unabhängig vom Flüssigkeitsdruck, während die nach abwärts gerichtete Kraft beim Arbeitshub vom Druck der Druckquelle abhängig ist. Dabei vermindert sich beim Schlaghub die Kraft, weil die Gegenkraft der Feder zunimmt und am Ende des Schlaghubes am größten ist. Außerdem ist die Belastung der Druckleitung ungleichmäßig, weil während des Schlaghubs die gesamte Flüssigkeitsmenge durchströmt, dagegen bei der Zurückführung des Kolbens keine neue Flüssigkeit zugeführt wird.

Die Erfindung bezweckt, einen von diesen Mängeln freien Vibrator, insbesondere Schlaghammer, zu schaffen, bei dem der Schlagkolben auch beim Rückhub mittels eines auf die kleinere Kolbenfläche wirkenden Flüssigkeitsdruckes angetrieben wird. Dadurch wird erreicht, daß während des ganzen Schlaghubes die Kraft gleich ist und nur vom Druck bzw. vom Verhältnis der beiden Kolbenflächen abhängig ist, d. h. die Kräfte werden beim Arbeitshub nicht von Federn gedämpft und das Zurückführen wird nicht durch Federkraft bewirkt. Die mit der Kolbenstange verbundene Seite des Kolbens steht dabei unter ständigem Druck der hydraulischen Druckquelle, während die andere Kolbenseite abwechselnd mit der Druckquelle und dem Auslaß je nach der Lage des Ventilkörpers verbunden ist. Dadurch, daß der Kolben als auch der Ventilkörper als freischwingende Massen arbeiten, ohne daß die Stellen der Bewegungsumkehr durch feste Anschläge bestimmt sind, wird ein natürlicher Schwingungsausschlag erreicht, der ein ruhiges Arbeiten des Vibrators ermöglicht. In dieser Weise bewegt sich sowohl der Kolben als auch der Ventilkörper bei der gewünschten Frequenz (z. B. 4000 bis 6000 Schläge in der Minute oder mehr) wie zwei Schwingmassen, die durch das Federsystem mit-Vibrator, z. B. Schlaghammer

Anmelder: Aktiebolaget Industrikompaniet, Stockholm

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Kosel, Patentanwalt, Bad Gandersheim, Braunschweiger Str. 22

Beanspruchte Priorität: Schweden vom 24. Mai 1957 (Nr. 4949)

Karl Evert Anders Joelson, Nyköping (Schweden), ist als Erfinder genannt worden

einander gekuppelt sind. Schwingungsfrequenz und Hublänge sind dabei von der Federkonstanten, der Flüssigkeitsmenge und dem Flüssigkeitsdruck abhängig. Bei dem erfindungsgemäßen Vibrator wird außerdem der Flüssigkeitsstrom durch die Druckleitung sowohl während des Arbeitshubes wie während der Zurückfuhrung gleich gehalten.

Der Vibrator gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum auf der Kolbenstangenseite durch eine der Zu- und Abführung dienende Leitung ständig mit der Druckleitung der hydraulischen Druckquelle verbunden ist, und daß Kolbenfläche bzw. Zylinderraum auf der Kolbenstangenseite halb so groß sind wie Kolbenfläche bzw. Zylinderraum an der Arbeitsseite des Kolbens.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung als Beispiele dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erste Ausführungsform;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bezeichnet 10 einen Zylinder, in dem ein Kolben 1.1 axial beweglich ist. Der Kolben sitzt auf einer Kolbenstange 12, die durch die eine Stirnwand des Zylinders abgedichtet hindurchgeführt ist und deren Querschnitt der Hälfte der Fläche des Kolbens 11 entspricht. In einem Ventilgehäuse 14 ist eine Ventilspindel 13 axial beweglich. Das Gehäuse 14 ist mit dem Zylinder 10 zusammengebaut. Die Ventilspindel 13 und der Kolben 12 laufen zweckmäßig parallel zueinander. Die Ventilspindel 13 ist mit zwei Nocken 15,16 versehen,

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die in eine Bohrung 17 des Ventilgehäuses eingepaßt Kolben 11 und der Ventilspindel gehindert. Wenn der sind und je nach ihrer Lage im Gehäuse die Verbin- Kolben unter dem Einfluß einer äußeren Kraft nach dung zwischen einer Ausnehmung 18 bzw. 19 und oben geführt worden ist, wird die Feder 25 gespannt, einem zum Zylinder führenden Kanal 20 öffnen bzw. so daß die Ventilspindel 13 nach oben geschoben unterbrechen. Eine mit einer Flüssigkeitsdruckquelle 5 wird. Hierdurch wird die Leitung 23 geöffnet, wähverbundene Leitung 21 steht über eine Abzweig- rend der Auslaß 24 gesperrt wird. Der Druck auf die leitung 22 ständig in offener Verbindung mit dem Oberseite des Kolbens 11 überwiegt, so daß der Raum 55 unterhalb der Kolbenseite 54 und über eine Kolben abwärts geführt wird. Dies bewirkt, daß die zweite Abzweigleitung 23 in Verbindung mit der Aus- Feder 26 gespannt wird und ihrerseits die Ventilnehmung 18. An die Ausnehmung 19 schließt sich io spindel 13 nach unten zieht. Die Zufuhr von Druckeine Auslaßleitung 24 an. flüssigkeit nach dem oberen Zylinderraum wird unter-Die Bewegungen des Kolbens 11 werden jeweils brachen und die Verbindung mit dem Auslaß 24 gedurch eine von zwei gegeneinander gespannten Federn öffnet. Die auf den Kolben 11 nach oben wirkenden 25, 26 auf die Spindel 13 übertragen. Die Kolben- Kräfte werden vorherrschend, so daß sich der Kolben stange 12 ist mit einem Mitnehmerarm 27 versehen, ¹S nach oben bewegt. Auf diese Weise entsteht eine der mit Spiel auf dem aus dem Ventilgehäuse 14 her- schnelle hin- und hergehende Bewegung des Kolbens ausragenden Teil 28 der Ventilspindel angeordnet ist. 11 und somit der Ventilspindel 13. Die neutrale Stel-Die Federn liegen zweckmäßig mit Vorspannung mit lung wird jeweils überschritten. Da der Zylinderraum dem einen Ende gegen den Arm 27 und mit dem an der Arbeitsseite doppelt so groß wie der Raum anderen Ende gegen Anschläge 29 bzw. 30 auf der ²⁰ an der Kolbenstangenseite ist, wird nur die halbe Ventilspindel an. Bei einer Verschiebung des Kolbens Flüssigkeitsmenge während der beiden Hubperioden 11 in jeder Richtung erfolgt ein Zusammendrücken durch die Druckleitung geführt, der entsprechenden Feder und danach ein Antrieb Die Frequenz und die Amplitude des Vibrators der Ventilspindel. bzw. des Kolbens des Vibrators können durch Ände-Der beschriebene Vibrator arbeitet wie folgt: Auf ^a5 rung der Stärke bzw. der Länge der Federn 25, 26 die Unterseite 54 des Kolbens 11 wirkt stets eine geregelt werden. Die Regelung kann auch innerhalb Kraft, die sich errechnet aus dem Druck in der Lei- gewisser Grenzen durch Änderungen des Flüssigtung 22 multipliziert mit der Fläche 54. Dabei macht keitsdruckes und der Flüssigkeitsmenge erzielt werdie Fläche 54 die Hälfte der Fläche des Kolbens 11 den. Als Druckflüssigkeit kann z. B. Öl oder Wasser aus. Wenn der Ventilkopf 16 die Verbindung zwi- 3° angewendet werden. Es ist möglich, beim Bohren in sehen dem oberen Zylinderraum und dem Auslaß 24 größeren Tiefen, z. B. in einigen hundert Metern, den freigibt (untere Stellung der Ventilspindel 13), wäh- Vibrator mit Wasser von der Bohrsohle aus zu berend gleichzeitig die Druckflüssigkeitszufuhr durch treiben, da die potentielle Energie des Wassers für die Leitung 23 hindurch durch den Ventilkopf 15 den Antrieb bei ausreichender Tiefe ausreichen kann, gesperrt ist, wird der Kolben 12 nach oben ge- 35 Die Erfindung kann auf vielen anderen Gebieten, trieben, und zwar mit einer Kraft, die sich aus z. B. bei Schacht- und Arbeitsmaschinen, angewendet dem Produkt von Flüssigkeitsdruck und halber werden. Weitere Beispiele für die Anwendung der Er-Kolbenfläche ergibt. Befindet sich dagegen die findung sind das Lockern von Material in Behältern, Ventilspindel 13 in einer oberen Stellung, in welcher der Vorschub von Material in Rinnen sowie die Entder Auslaß 24 gesperrt ist, während die Druckflüssig- 4° Wässerung von verschiedenen Materialien, z. B. Verkeit über die Ausnehmung 18 dem oberen Raum des dickung von Pulpe.

Zylinders 10 zugeführt wird, wird die obere Kolben- Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung bei seite mit Kraft beaufschlagt, die sich aus dem Produkt einer Schlagbohrmaschine. Diese Maschine besteht aus dem Flüssigkeitsdruck und der ganzen Kolben- aus zwei konzentrischen Rohren 32, 33. Durch das fläche ergibt. In diesem Fall wirkt jedoch gleichzeitig 45 äußere Rohr wird die Druckflüssigkeit zugeführt, auf die Unterseite des Kolbens, die ja unter dem während das innere Rohr 33 als Auslaß dient. Außerständigen Druck der Druckquelle steht, eine nach dem steuern die Rohre die Maschine und bringen sie oben gerichtete Kraft mit der halben Größe. Die im Bohrloch zur Drehung. Das Rohr 32 ist an einer resultierende abwärts gerichtete Kraft ist daher ebenso Hülse 31 mit einem in dieser Hülse angebrachten groß wie die aufwärts gerichtete Kraft. 5° Block 34 befestigt, der eine Bohrung 35 für die Ven-Wenn sich der Kolben 11 im Gleichgewicht befin- til- oder Schieberköpfe 36, 38 enthält. Der Schieberdet, muß der Druck auf die freie Kolbenseite die kopf 38 weist an seinem äußeren Ende eine Ab-Hälfte des Druckes auf die untere Kolbenseite 54 be- drehung auf. Die Ventilköpfe 36, 38 sind auf einer tragen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Ventilspindel 37 befestigt. Die Druckflüssigkeit strömt Ventilspindel 13 sich in der in Fig. 1 dargestellten 55 vom Rohr 32 nach einem Kanal 31a in der Hülse 31 neutralen Lage befindet, in der die Zufuhr von Druck- und tritt von dort über einen Kanal 39 in die Ausflüssigkeit durch die Leitung 23 hindurch und der nehmung 36 α des Ventilkopfes 36 ein. In einer beAbfluß von Flüssigkeit durch die Leitung 24 gesperrt stimmten Lage des Ventilkopfes strömt die Drucksind, so daß der spezifische Flüssigkeitsdruck im flüssigkeit nach dem zwischen den Ventilköpfen 36, oberen Teil des Zylinders halb so groß wie der spe- 6° 38 gelegenen Teil der Bohrung 35, von der die zifische Flüssigkeitsdruck im unteren Teil des Zylin- Flüssigkeit über einen Kanal 40 nach einer Kolbenders wird. Die beweglichen Elemente des Vibrators kammer 41 auf der einen Seite des Kolbens 42 haben die Neigung, falls sie nicht durch äußere Kraft strömt. Die Ausnehmung 38 α kann mittels eines Kagestört werden, diese neutrale Lage aufzusuchen; sie nals40a mit einem nach dem Rohr 33 führenden streben auch danach, diese neutrale Lage wieder ein- 65 Abzugskanal 40 έ in einer bestimmten Stellung des zunehmen, wenn sie einmal geändert sein sollte. Sie Ventilkopfes 38 verbunden werden. Da das eine Ende werden jedoch am Verbleiben in der neutralen Stel- dieses Ventilkopfes abgedreht ist, wird die Verbinlung durch die federnde Verbindung zwischen dem dung der Ausnehmung 38 a mit dem Abzugskanal

40 α, auch nachdem der Ventilkopf 36 den Zuflußkanal 39 abgeschlossen hat, aufrechterhalten.

Die Ventilspindel 37 verläuft koaxial durch den Kolben 42. Auf der Spindel 37 sind zwei Anschläge 45 und 45 a befestigt. In einer Verlängerung 43 α des Kolbens 42 ist ein dritter Anschlag 43 befestigt. Zwischen diesem Anschlag 43 und dem Anschlag 45 a sind Federn 44, 44 a eingespannt, die gegeneinander wirken und deren Aufgabe die gleiche ist wie die der Federn 25, 26 in Fig. 1. Außerdem wird der Kolben durch eine Feder 46 betätigt, die bestrebt ist, den Kolben und somit die Ventilköpfe 36, 38 in eine solche Stellung, zu führen, daß die Maschine durch die Wirkung der Druckflüssigkeit selbsttätig angelassen wird, sobald die Druckflüssigkeit in das Rohr 32 eintritt. Im übrigen arbeitet die Maschine in gleicher Weise wie die Maschine der Fig. 1.

Die Frequenz der Kolbenbewegung und die Hublänge können durch eine Drosselschraube 56 geändert werden, die den Kanal 40 a mehr oder weniger ab- ^ao drosseln kann. Die regelbare Drosselung kann auch an einer anderen Stelle des Druckflüssigkeitssystems vorgenommen werden.

Die Verlängerung 43 α des Kolbens enthält einen Kanal 47, der durch einen Drosselkanal 48 und den Raum der Hülse 31 hindurch mit dem Zuflußkanal 31a der Druckflüssigkeit in Verbindung steht. Dieser in begrenzter Menge dem Kanal 47 zugeführte Teil der Druckflüssigkeit strömt durch einen Kanal 47 α in der Bohrerstange 50 und dient als Spülflüssigkeit beim Bohren. Die Vibrationsbewegungen des Kolbens 42 werden auf den Bohrerkopf 49 übertragen. Die Bohrerstange 50 ist axial beweglich, jedoch gegen Drehung, z. B. durch einen Stift 53, gesichert. Eine gegen einen Ansatz 51 der Bohrerstange drückende Feder 52 hindert die Bohrerstange an einem ungewollten Herausfallen aus der Maschine.

Die in Fig. 2 dargestellte Maschine kann so gering bemessen sein, daß sie in das Bohrloch selbst eingeführt werden kann.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vibrator, z. B. Schlaghammer, mit einem von einer hydraulischen Druckquelle aus angetriebenen, in einem Zylinder frei fliegend angeordneten Stufenschlagkolben, dessen Steuerung durch eine Ventilspindel erfolgt, die über Federn elastisch mit dem Schlagkolben verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (55) auf der Kolbenstangenseite durch eine der Zu- und Abführung dienende Leitung (22) ständig mit der Druckleitung (21) der hydraulischen Druckquelle verbunden ist, und daß Kolbenfläche (54) bzw. Zylinderraum (55) auf der Kolbenstangenseite halb so groß sind wie Kolbenfläche bzw. Zylinderraum an der Arbeitsseite des Kolbens (11).

2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander und zum Kolben koaxiale Rohre (32, 33) für die Zufuhr und den Abzug der Druckflüssigkeit angeordnet sind und der ganze Vibrator durch Drehung dieser Rohre drehbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 206 630, 388 463,
819162, 821437;
französische Patentschrift Nr. 1105 958.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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