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Antriebsvorrichtung für die Schlagmasse von Seilschlagbohrmaschinen,
Fallhämmer u. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung für die
Schlagmasse von Seilschlagbohrmaschinen, Fallhämmern u. dgl. mit einer angetriebenen,
auf einen Abschnitt des gespannten Schlagseils über eine Umlenkrolle auslenkend
einwirkenden Arbeitskurbel.
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Eine Antriebsvorrichtung für Seilschlagbohrmaschinen mit diesen Merkmalen
ist bereits der französischen Patentschrift 1080 955 zu entnehmen. Bei der
bekannten Maschine wirkt die Arbeitskurbel über ein Pleuel auf einen Bohrschwengel
ein, der seinerseits an seinem freien Ende die Umlenkrolle trägt. Die Arbeitskurbel
selbst steht über eine Art Freilauf, welcher der Kurbel in Freilaufrichtung allerdings
nur einen begrenzten Drehwinkel gestattet, mit ihrem Antrieb in Verbindung. Dieser
Freilauf besteht im wesentlichen aus einem auf der Kurbelwelle angeordneten Arm,
der bei Antrieb von einem Anschlag auf einer auf der Kurbelwelle an sich frei drehbar
gelagerten Scheibe mitgeführt wird.
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Der Freilauf ermöglicht es der Schlagmasse, mit einer höheren Geschwindigkeit
abzusinken, als es der Antrieb der Arbeitskurbel an sich zulassen würde. Dabei wirkt
jedoch immer noch hemmend die entgegen der Schwerkraft anzuhebende und zu beschleunigende
Masse des Pleuels und des Bohrschwengels auf das Schlagseil ein.
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Durch die französische Patentschrift 510 022 ist weiterhin bereits
ein Fallhammer bekanntgeworden, dessen Schlagmasse über ein Planetengetriebe angetrieben
ist, von dem wahlweise der Planetenradträger oder eines der Sonnenräder stillsetzbar
ist. Der Planetenradträger ist unmittelbar mit einer Art Haspel für einen die Schlagmasse
tragenden Riemen verbunden.
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Bei Bremsung des nicht angetriebenen Sonnenrades wird durch den dann
über das zweite Sonnenrad angetriebenen Planetenradträger die Schlagmasse hochgezogen,
bei Bremsung des Planetenradträgers in ihrer angehobenen Stellung festgehalten,
und bei Freigabe sowohl des bremsbaren Sonnenrades als auch des Planetenradträgers
fällt sie herab.
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Das Planetengetriebe stellt somit zusammen mit seinen beiden Bremseinrichtungen
eine Art Reversiergetriebe dar. Ein fortlaufender Antrieb der Schlagmasse ist in
diesem Fall nicht vorgesehen und wäre auch nur unter ständiger Drehrichtungsumkehr
der Riemenhaspel möglich, wozu im übrigen die beiden Bremseinrichtungen fortlaufend
taktmäßig gesteuert werden müßten.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, der Schlagmasse bei fortlaufendem
Betrieb einen praktisch freien Fall zu ermöglichen, der unter Umständen noch durch
die Kraft einer vorher zusammengedrückten, unmittelbar auf die Schlagmasse einwirkenden
Feder beschleunigt sein kann, weiterhin aber auch noch, die Schlagmasse anschließend
an den erfolgten Schlag mit sanft einsetzender Kraft wieder in ihre Ausgangsstellung
zurückzuführen. Durch die Vermeidung einer schlagartig womöglich unter einem sogenannten
»Peitschenschlag« einsetzenden Seilkraft werden nicht nur Seil und Maschine geschont,
sondern darüber hinaus ist auch ein rascheres Hochziehen der Schlagmasse möglich.
Alle diese Effekte tragen zur Erhöhung der Wirksamkeit und zur Verlängerung der
Lebensdauer der Maschine bei.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei
einer Antriebsvorrichtung der eingangs bezeichneten Art die Arbeitskurbel selbst
an ihrem freien Ende die Umlenkrolle für das Schlagseil trägt und auf einer der
beiden Ausgangswellen eines Ausgleichsgetriebes angeordnet ist, dessen Eingangswelle
motorisch angetrieben und dessen zweite Ausgangswelle mit einem elastischen System
verbunden ist.
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Das elastische System kann vor allem so ausgebildet sein, daß eine
Feder auf eine auf der zweiten Ausgangswelle angeordnete- Kurbel einwirkt, womit
die Kraftangriffsverhältnisse an der zweiten Ausgangswelle denjenigen an der ersten
Ausgangswelle nachgebildet sind.
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Zu Beginn des Einziehvorganges für das Schlagseil wird dabei zunächst
die zweite Ausgangswelle der durch das entgegengesetzte Drehmoment an der
ersten
Ausgangswelle gehinderten Bewegung ausweichen, bis die Feder so weit gespannt ist,
daß sie die zweite Ausgangswelle stillzusetzen vermag. Erst dann wird die erste
Ausgangswelle letztlich das seitens des Schlagseils auf sie einwirkende Widerstandsdrehmoment
überwinden und erreicht dabei die volle Geschwindigkeit für das Einziehen des Schlagseils
mit der daran hängenden Schlagmasse.
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Bei überschreitung derjenigen Kurbelstellung, bei der die Schlagmasse
ihre höchste Stellung erreicht, wird das Widerstandsdrehmoment an der ersten Ausgangswelle
zu Null, wobei sich die auf die zweite Ausgangswelle einwirkende Feder zu entspannen
sucht. Diese Entspannung erfolgt dann auch unter gleichzeitiger Beschleunigung der
Kurbel an der ersten Ausgangswelle in ihrem ursprünglichen Drehsinn, wobei die Kurbel
der durch die herabfallende Schlagmasse bedingten Seilbewegung keinen Widerstand
entgegensetzt, sofern sie ihr nicht sogar vorauseilt.
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Jedenfalls vermag die Schlagmasse ungehemmt herabzufallen und wird
dennoch anschließend in der angegebenen Weise mit weich einsetzender Kraft wieder
hochgenommen.
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Die angegebene Ausbildung besitzt weiterhin den Vorteil, daß die auf
die zweite Ausgangswelle des Ausgleichsgetriebes Einwirkende Feder ein Sicherheitselement
gegen Überlastung darstellt, die dann auftreten könnte, wenn die Schlagmasse sich
festklemmt oder aus einem anderen Grund an ihrer Aufwärtsbewegung gehindert wird.
Dann nämlich vermag die auf der zweiten Ausgangswelle angeordnete Kurbel bei gleichzeitiger
Spannung und Entspannung der an ihr angreifenden Feder volle Umdrehungen auszuführen,
die automatisch eine Stillsetzung der auf der ersten Ausgangswelle angeordneten
Kurbel ermöglichen.
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Der Umlauf der zweiten Ausgangswelle bzw. der damit verbundenen Kurbel
ist für den Bedienungsmann das untrügliche Zeichen, daß sich die während des Betriebs
für ihn zumindest beim Bohren unsichtbare Schlagmasse festgesetzt hat, worauf er
die Maschine abschalten kann.
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Im übrigen ist jedoch das unter dem Einfluß der pulsierenden Federkraft
auf die erste Ausgangswelle einwirkende pulsierende Drehmoment bzw. die dadurch
hervorgerufene pulsierende Seilkraft geeignet, die Schlagmasse wieder zu befreien.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie ein Beispiel einer herkömmlichen
Konstruktion gehen aus der folgenden Beschreibung an Hand der Figuren hervor.
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F i g. 1 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Antriebsvorrichtung,
wie sie üblicherweise für Seilschlagbohrer Verwendung findet; F i g. 2 ist eine
perspektivische schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
F i g. 3 ist eine ebensolche Darstellung eines demgegenüber geringfügig abgewandelten
Ausführungsbeispiels der Erfindung; F i g. 4 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform
eines Elements des dabei zur Anwendung kommenden elastischen Systems; F i g. 5 ist
ein Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines solchen Elements.
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In F i g. 1 ist ein Schlagseil 1 gezeigt, an dessen Ende der Bohrmeißel
2 angeordnet ist und das über eine Aufhängerolle 3 verläuft, die fest oder allenfalls
höhenverstellbar am Mast 4 der Maschine angebracht ist. Das Seil kommt von einer
Winde 5, die bezüglich des Schlagvorganges als Festpunkt anzusehen ist, da sie nur
von Zeit zu Zeit im Ausmaß des Voranschreitens des Bohrloches bzw. zum Zurückbringen
des Bohrmeißels an die Erdoberfläche bewegt wird.
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Zwischen der Winde 5 und der Aufhängerolle 3 verläuft das Seil 1 über
eine fest auf dem Maschinengestell 1® angeordnete Umlenkscheibe 6 und danach über
eine weitere Umlenkscheibe bzw. Auslenkscheibe 7, die am Ende eines Bohrschwengels
8 gelagert ist, der um die Achse 9 der Umlenkscheibe 6 schwenkbar ist.
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Der Schwengel 8 steht über eine Verbindungsstange 11 mit einer Kurbel
12 in Verbindung, die von einem Motor M in Drehung versetzt wird. Dabei erfährt
der Schwengel 8 eine Bewegung in einer vertikalen Ebene, wobei die Umlenkscheibe
7 auf und ab bewegt wird.
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Wenn der Schwengel 8 sich senkt, wird das Schlagseil 1 eingezogen
und zieht den Bohrmeißel hoch. Geht der Schwengel 8 anschließend wieder in die Höhe,
so fällt der Bohrmeißel mit einer Geschwindigkeit ab, die unmittelbar von der Umlaufgeschwindigkeit
der Kurbel 11 abhängt. Im dargestellten Beispiel ist die Steiggeschwindigkeit des
Bohrmeißels die gleiche wie seine abwärts gerichtete Geschwindigkeit.
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Beim Wiederhochziehen des Bohrmeißels nach erfolgtem Schlag muß zunächst
das Seil l wieder gestrafft werden, das ja zum -Zweck des freien Auftreffens des
Bohrmeißels auf dem Bohrlochgrund eine gewisse Vorgabe erhalten mußte. Nach erfolgter
Straffung tritt unvermittelt das Gewicht des Bohrmeißels.und aller möglicherweise
gleichlaufend mit diesem bewegten Organe sowie deren Trägheitskraft in Erscheinung,
was zu einer beträchtlichen stoßartigen Belastung des Seils sowie der gesamten Maschine
führt. Diese stoßartige Belastung begrenzt die Umlaufgeschwindigkeit der Kurbel
12, durch welche der Schwengel 8 angetrieben werden kann, wodurch natürlich nicht
nur die Geschwindigkeit und damit Wirksamkeit begrenzt wird, mit welcher der Bohrmeißel
auftrifft, sondern auch die pro Zeiteinheit höchstmögliche Schlagzahl.
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Außerdem besteht keinerlei Sicherung, um eine Beschädigung des Schlagseiles
und/oder der Maschine bei überlastung zu vermeiden, die infolge eines sich festsetzenden
Bohrmeißels auftreten könnte. Zahlreiche Maschinenbrüche und Seilrisse sind auf
einen solchen Zwischenfall zurückzuführen.
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Diese Nachteile werden in vollem Umfang durch die erfindungsgemäße
Antriebsvorrichtung vermieden,, die im folgenden an Hand zweier Ausführungsbeispiele
erläutert ist. Für entsprechende Teile wurden dieselben Bezugszeichen, die auch
in F i g. 1 Verwendung fanden, beibehalten.
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Die in den F i g. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung weist wiederum
ein über eine Aufhängscheibe 3 geführtes Schlagseil 1 auf, an dem die Schlagmasse
2, beispielsweise ein Bohrmeißel, aufgehängt ist und das von einer Winde 5 ausgeht.
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Erfindungsgemäß ist nun ein Ausgleichsgetriebe 13 vorgesehen, in das
eine Drehbewegung über die Antriebswelle M eingeleitet wird. 14 und 15 sind die
beiden Ausgangswellen des Ausgleichsgetriebes, die im dargestellten Fall, jede für
sich betrachtet, gegenüber der Antriebswelle das gleiche übersetzungsverältnis aufweisen
sollen. Dies läßt sich ohne weiteres
dadurch verwirklichen, daß
das Ausgleichsgetriebe ein unter Verwendung von Kegelrädern aufgebautes Differentialgetriebe
ist, wie es gewöhnlich an der Hinterachse von Kraftfahrzeugen Verwendung findet
und bei dem die beiden Ausgangswellen 14 und 15 an die Stelle der Halbachsen getreten
sind.
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Gleiche Übersetzungsverhältnisse für die beiden Ausgangswellen 14
und 15 sind jedoch keinesfalls ein notwendiges Merkmal der Erfindung. Beispielsweise
könnte der Antrieb anstatt wie im betrachteten Fall über den Planetenradträger ebensogut
über eines der Sonnenräder eingeleitet werden, wobei dann eine der beiden Ausgangswellen
14 und 15 mit dem Planetenradträger verbunden wäre.
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Die Ausgangswelle 14 trägt nun die an sich bekannte Arbeitskurbel
16 für .das Schlagseil, wobei auf ihrem Kurbelzapfen 18 eine Umlenkscheibe 20 für
das Schlagseil gelagert ist, das beiderseits der Kurbel 16 über ortsfeste Umlenkrollen
22 und 23 läuft, zwischen denen es eine durch die Kurbel 16 abwechselnd vergrößerte
und verkleinerte Schlaufe bildet.
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Die zweite Ausgangswelle 15 des Ausgleichsgetriebes 13 trägt im dargestellten
Fall ebenfalls eine Kurbel 17, die einen Teil des elastischen Systems darstellt,
indem über eine Umlenkrolle 21 auf dem Kurbelzapfen 19 ein weiteres Seil 24 geführt
ist, das im Fall der F i g. 2 durch eine einzige Feder 26, im Fall der F i g. 3
durch zwei Federn 30 in Spannung gehalten wird. Dieses Seil bildet ebenfalls eine
sich bei Drehung der Kurbel 17 verlängernde bzw. verkürzende Schlaufe, so
daß damit an der Ausgangswelle 15 in etwa die Kraftangriffsverhältnisse an der Ausgangswelle
14 nachgebildet sind. Dies hat den Vorteil, daß die seitens der Kurbel 16 dem Schlagseil
mitgeteilte Kraft im wesentlichen linear mit der Spannung der Federn 26 bzw. 30
anwächst, und ferner den, daß bei überlastung der Arbeitskurbel 16 die Ausgangswelle
15 sich frei drehen kann, worauf pocht eingegangen wird.
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Die normale Arbeitsweise der angegebenen Vorrichtung ist nun folgende:
Unter der Wirkung des über die Antriebswelle M in das Ausgleichsgetriebe eingeleiteten
Drehmoments werden die beiden Ausgangswellen 14 und 15 dann in gleichem Sinn und
mit gleicher Geschwindigkeit in Umlauf gesetzt, wenn auf beide Ausgangswellen gleiche
Widerstandsdrehmomente einwirken. Solange dies nicht der Fall ist, wird die belastete
Ausgangswelle zurückbleiben, während die zweite Ausgangswelle eine entsprechend
erhöhte Winkelgeschwindigkeit erreicht.
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Dies bedeutet im vorliegenden Fall, daß die Ausgangswelle 14 sich
zunächst so lange frei drehen wird, bis sie Widerstand an dem sich straffenden Schlagseil
1 findet, worauf ihre Drehgeschwindigkeit zunächst unter Umständen bis zum vorübergehenden
Stillstand abnimmt, jedenfalls aber so lange, bis die sich dabei drehende zweite
Ausgangswelle 15 einen entsprechenden Widerstand seitens des an ihr angreifenden
elastischen Systems gefunden hat. Ist dies eingetreten, so wird fortan die erste
Ausgangswelle 14 vom Antrieb mitgeführt und zieht das Schlagseil 1 ein, wobei fortwährend
das seitens des elastischen Systems auf die Welle 15 einwirkende Drehmoment demjenigen
an der Welle 14 das Gleichgewicht hält.
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Bei Erreichen der obersten Stellung der Kurbel 16, bei welcher das
Schlagseil 1 am weitesten eingezogen ist und die Schlagmasse 2 ihre oberste Stellung
erreicht, wird das bisher auf die Ausgangswelle 14 einwirkende Widerstandsdrehmoment
zu Null, wodurch es dem an der Welle 15 angreifenden elastischen System unter Mitführung
der Welle 15 ermöglicht wird, sich zu entspannen. Die Kurbel 17 kehrt somit
ohne überschreitung ihrer obersten Stellung sehr rasch in ihre Ausgangslage bei
entspanntem elastischem System zurück, wodurch die Kurbel 16 in ihrem ursprünglichen
Drehsinn mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit der Kurbel 17 dem Antrieb
vorauseilt, der, wie vordem, bei stillgesetzter Ausgangswelle 15 auf sie einwirken
würde. Dies ermöglicht es, der Schlagmasse 2 die Freifallgeschwindigkeit zu erreichen
bzw. sogar zu überschreiten und voll wirksam zu werden. Dennoch setzt die anschließende
Aufwärtsbewegung der Schlagmasse, wie vordem beschrieben, weich ein, da die Hubkraft
der Kurbel 16 erst dann voll wirksam wird, wenn die Kurbel 17
unter Spannung
des auf sie einwirkenden elastischen Systems zum Stillstand gekommen ist.
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Falls sich der Schlagmasse 2 bei ihrer Aufwärtsbewegung irgendein
Hindernis entgegensetzt, hindert nichts die Kurbel 16, stehenzubleiben, während
dann die Kurbel 17 zu vollkommenen Umläufen gezwungen wird, bei denen sich
das elastische System abwechselnd spannt und entspannt. Das hierdurch auch an der
Kurbel 16 hervorgerufene pulsierende Drehmoment, das sich bezüglich der Schlagmasse
2 als pulsierende Seilkraft auswirkt, ist geeignet, die Schlagmasse möglicherweise
wieder freizubekommen.
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Erfolgt dies nicht, so ist der ständige Umlauf der Kurbel 17 ein Zeichen
für den Bedienungsmann, die. Maschine stillzusezten, die sofort nach Beseitigung
des auf die Schlagmasse 2 einwirkenden Hindernisses wieder arbeitsfähig ist.
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Die Stillsetzung der Maschine kann auch automatisch erfolgen, beispielsweise
wenn, wie hier gezeigt, auf der Ausgangswelle 15 ein Nocken 27 angeordnet ist, der
im Verlauf eines vollen Umlaufes der Welle 15 irgendeine bekannte Abschalteinrichtung
für den Antrieb betätigt.
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Während bei dem Beispiel nach F i g. 2 das Seil 24 des elastischen
Systems nur einerseits der auf der Kurbel 17 gelagerten Umlenkscheibe 21 über eine
feste Umlenkscheibe 25 läuft und an eine Feder 26 angehängt ist, die an ihrem freien
Ende mit dem Maschinengestell B verbunden ist, und das Seil 24 auf der anderen Seite
der Umlenkscheibe 21 bis 29 unmittelbar mit dem Maschinengestell verbunden ist,
ist das Seil 24 bei der Ausführungsform nach F i g. 3 beiderseits der Scheibe 21
über feste Umlenkscheiben 25 bzw. 28 geführt und anschließend an einstellbaren Federelementen
30 aufgehängt, die ihrerseits mit dem Maschinengestell B verbunden sind.
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Die Arbeitsweise ist in beiden Fällen die gleiche, jedoch verringert
sich der Hub der beiden Federelemente im Fall der F i g. 3 auf die Hälfte, was ihre
Herstellung erleichtert und ihre Lebensdauer erhöht, wobei zu berücksichtigen ist,
daß sie bei verhältnismäßig großer Kraft einen ziemlich langen Arbeitsweg erhalten
müssen.
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An die Stelle von mechanischen Federn können daher mit Vorteil auch
pneumatische Federn oder jedoch Kombinationen aus pneumatischen und mechanischen
Federn treten, wie sie in den F i g. 4 und 5 dargestellt sind.
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Die in den F i g. 4 und 5 dargestellten Elemente erlauben es, während
des Betriebs der Maschine die
Arbeitsbedingungen der Kurbel 17 zu
verändern, indem der Kraft der mechanischen Feder eine verstellbare pneumatische
Federkraft zu überlagern ist.
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Das Element 30 a nach F i g. 4 besitzt einen Zylinder 45, in dem ein
Kolben 33 verschiebbar ist, durch dessen hohle Stange 31 das Seil 24 geführt ist,
das an einer mechanischen Feder 38 im Inneren- des Zylinders 45 befestigt ist. Das
andere Ende der Fder 38 ist verstellbar am Boden des Zylinders bei 39 befestigt.
Das Seil 24 trägt einen Teil 40, dessen Durchmesser größer als der Innendurchmesser
der Kolbenstange 31 und das nach entsprechender Dehnung der Feder 38 auf dem Kolben
33 zur Auflage kommt.
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Die von dem Kolben 33 abgeschlossene Kammer 41 des Zylinders 45 ist
einerseits mit einer Druckluftquelle, andererseits mit der Außenatmosphäre über
Leitungen 34 bzw: 35 zu verbinden, die mit von Hand steuerbaren Schiebern oder einem
automatischen Sicherheitssystem versehen sind. Ein solches kann beispielsweise aus
einer Abblasvorrichtung bestehen, die durch den Nocken 27 gesteuert wird.
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Der Hub des Kolbens 33, dessen Stange 31 durch eine Stopfbüchse 46
geführt ist, wird .durch den am Ende - der Kolbenstange angeordneten Flansch 32
begrenzt.
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'='° Es sei angeglommen, daß die Kammer 41 von einer äußeren Quelle
her mit Druckluft von entsprechendem Druck gefüllt und das Seil 24 entspannt ist.
Der Kolben 33 befindet sich dann am Ende seines Hubes in der Figur rechts, und die
Feder 38 ist entspannt. Wenn nun das Seil 24 einen Zug erfährt, unterliegt es zunächst
dem Widerstand der Feder 38, die sich spannt, bis der Teil 40 an dem Kolben 33 anschlägt.
Von da ab' addiert sich der Widerstand, den der Kolben 33 durch das in der Kammer
41 eingeschlossene Luftpolster erfährt, zu demjenigen der Feder 38. Diese Ausbildung
des Federelements gestattet es, die Kurbel 17 in einer genau festzulegenden
Winkelstellung anzuhalten.
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Das Federelemenf nach F i g. 5 weicht von demjenigen nach F i g. 4
nur dadurch ab, daß die hier verwendete mechanische Feder 42 eine Druckfeder ist,
die zwischen deni Kolben 33 und einer Platte 43 angeordnet ist, an der das Seil
24 befestigt ist. Auf der Platte 43 ist ein Stützrohr 44 befestigt, dessen Länge
mindestens gleich derjenigen der Feder 42 bei vollkommener Komprimierung ist.
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Während des normalen Betriebes der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
bleibt der Kolben 33 praktisch unbeweglich, wobei die auf die Kurbel 17
einwirkende
elastische Kraft im wesentlichen allein der Feder 38 entstammt.
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Die am Ende des dabei auftretenden Federhubes sich addierende Kolbenkraft
verhindert ein Erreichen des oberen Totpunktes der Kurbel, d. h. derjenigen Winkelstellung,
bei welcher die Kurbel umzuschlagen droht.
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Der Druck in der Kammer 41 ist so einzustellen, däß die Kolbenkraft
dieser Forderung genügt. Gegen Ende des normalen Federhubes stößt das Teil 40 bzw.
das Halterohr 44 am Kolben 33 an, so daß dieser von da an mitgeführt wird und die
Kurbel 17 auf kürzestem Weg zum Stillstand bringt.
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Findet nun aber die Schlagmasse 2 beim Hochziehen einen nicht vorgergesehenen
Widerstand vor, so vermag die Kurbel 17 dennoch ihren obersten Totpunkt zu überschreiten,
was ihr unter entsprechender Auslenkung des Kolbens 33 ermöglicht wird.
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Die Annäherung bzw. Überschreitung des obersten Totpunktes der Kurbel
17 kann in der angegebenen Weise zur Abschaltung des Antriebs oder auch zur
Entlüftung der Kammer 41 ausgenutzt werden.