DE1503171C3 - Durch Druckluft angetriebener Hammer - Google Patents

Description

steht darin, daß der Schlagbolzen zugleich Schlagkolben ist und aus einem Werkstoff mit geringerem Elastizitätsmodul als der des Schlagwerkzeuges besteht und daß die auf Abstand bringende Vorrichtung vor jedem Schlag einen Abstand zwischen Schlagwerkzeug und Werkstück hervorruft.

Werkstoff	Dichte	Elastizitätsmodul	Zulässige	Kritische Ge	Spezifische
			Druckspannung	schwindigkeit	Akkumula
					tionsenergie
Werkzeugstahl	1	1	1	1	1
Plexiglas	0,15	0,039	0,22	2,8	1,2
Organisches Handelsglas	0,15	0,018	0,25	4,7	3,4
Textolit	0,17	0,026	0,78	3,7	8,1
Getinax	0,17	0,012	0,58	4,4	3,3
Ebonit	0,16	0,017	0,17	3,5	2
Gummi	0,16	7,9· ΙΟ-6	0,0125	11	20

Vorzugsweise besteht der Schlagkolben aus einem Werkstoff mit geringerem Elastizitätsmodul als der des Schlagwerkzeuges, wobei die auf Abstand bringende Vorrichtung vor jedem Schlag den Schlagbolzen gegenüber dem Schlagwerkzeug auf Abstand bringt.

Es kann jedoch auch der Schlagbolzen aus einem Werkstoff mit geringerem Elastizitätsmodul als das Schlagwerkzeug hergestellt sein, wobei die auf Abstand bringende Vorrichtung vor jedem Schlag Schlagwerkzeug und Werkstück auf Abstand bringt. Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Schlagkolben ebenfalls aus einem Werkstoff mit geringerem Elastizitätsmodul als der des Schlagwerkzeuges hergestellt sein.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung besteht die auf Abstand bringende Vorrichtung aus einer innerhalb eines Führungsrohres angeordneten Feder, wobei das Führungsrohr mit dem Hammergehäuse verbunden ist und das eine Federende auf einem Vorsprung am Schaft des Schlagwerkzeuges aufliegt, während das andere Federende auf einem Vorsprung an der Innenseite des Führungsrohres ruht.

Andererseits kann die auf Abstand bringende Vorrichtung auch aus einer Feder bestehen, die innerhalb eines Rohres angeordnet ist, das die aufeinanderschlagenden Teile mit Ausnahme des Schlagkolbens umgibt, wobei das eine Federende auf einer dem Werkstück gegenüberliegenden Stirnfläche des Schlagwerkzeuges aufliegt, während das andere Federende auf der Stirnseite des Schlagbolzens ruht.

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Prinzipschema der bekannten Hämmer mit Schlagkolben,

F i g. 2 bis 5 das Prinzipschema erfindungsgemäßer Hämmer mit Schlagkolben,

F i g. 6 und 7 Ausführungsformen der auf Abstand bringenden Vorrichtung.

Als Beispiel betrachten wir das Prinzipschema und die Arbeitsweise des in F i g. 1 dargestellten Hammers. Der Schlagkolben 1, der sich im Zylinder 2 hin- und herbewegt, schlägt am Ende seines Arbeitshubs auf den Schlagbolzen 3, der im vorliegenden Beispiel von einem Teil des Schlagwerkzeuges 4 gebildet ist. Wenn die Masse des Schlagwerkzeuges 4 bedeutend größer ist als die des Schlagkolbens 1, beginnt sich im Augenblick des Aufschiagens eine Spannungswelle in diesem auszubreiten.

Die Amplitude der Spannungswelle, die ein Maß für den in dem Schlagwerkzeug erzeugten Druck bzw. die in diesem erzeugte Kraft ist, hängt in erster Linie von der Geschwindigkeit ab, mit der sich die aufeinanderschlagenden Körper einander nähern.

Wenn ein Stahlschlagkolben 1 mit einer Geschwindigkeit auf den Schlagbolzen 3 bzw. das Schlagwerkzeug 4 aufschlägt, die nahe der kritischen Geschwindigkeit ist, so sind Spannung und Kraft, die an der Berührungsstelle der Spitze 5 des Schlagwerkzeuges 4 und des Festkörpers 6 entstehen, größer als die Bruchfestigkeit des zu zerstörenden Festkörpers 6. Wenn der Stahlschlagkolben 1 durch einen Schlagkolben aus polymerem Werkstoff ersetzt wird, dessen Wichte um ein Vielfaches geringer ist, so müssen vier Bedingungen erfüllt werden:

1. Die kritische Geschwindigkeit für den Werkstoff beim Aufschlagen auf einen absolut festen Körper soll um das y — -fache größer sein als die kritische Geschwindigkeit von Stahl unter sonst gleichen Bedingungen, wobei

Y₁ = Wichte des Stahls,

Y₂ = Wichte des Werkstoffes.

2. Die Akkumulationsfähigkeit des Werkstoffes, d. h. die Fähigkeit, Energie in Form von elastischer Verformung zu speichern, soll nicht geringer als die Akkumulationsfähigkeit des Stahls sein.

3. Die Relaxionscharakteristik des Werkstoffes, d. h. die Fähigkeit, seine räumliche Ausgangsform wiederherzustellen, soll nicht geringer als die des Stahls sein.

4. Der Werkstoff soll imstande sein, Spannungen zu erzeugen, die ungefähr den Spannungen gleich sind, die beim Aufschlagen von Stahl auf Stahl entstehen.

Die Eigenschaften der polymeren Werkstoffe entsprechen den ersten Bedingungen, und nur die vierte Bedingung bleibt unerfüllt.

Wenn man sich vorstellt, daß die Masse des Schlagwerkzeuges 4 kleiner oder gleich der kritischen Masse ist und daß das Schlagwerkzeug den Festkörper 6 nicht berührt, so wird die Energie des Schlagkolbens 1, die dank der größeren als bei Stahl zulässigen Geschwindigkeit erhalten wird, auf das Schlagwerkzeug 4 praktisch in Form von kinetischer Energie übertragen.

Wenn das Schlagwerkzeug 4 nach der Energieauf-

nähme den Festkörper 6 zu berühren beginnt, so leistet es dieselbe nützliche Arbeit, die geleistet worden wäre, wenn dieselbe Energiemenge durch den Aufschlag eines Stahlschlagkolbens übertragen wurde.

Daher ist es möglich, einen Schlagkolben aus leichterem und bei statischer Belastung weniger widerstandsfähigem Werkstoff als dem des Schlagwerkzeuges 4 zu verwenden, wobei der Schlagkolbenwerkstoff sogar eine geringere Wichte und einen geringeren Elastizitätsmodul als der zu bearbeitende Festkörper besitzen kann.

F i g. 2 zeigt das Prinzipschema dieser Lösung.

Der aus polymerem Werkstoff gefertigte Schlagkolben 1 schlägt auf einen Schlagbolzen oder den Schaft 3 eines Schlagwerkzeuges 4 aus. Stahl auf und überträgt seine kinetische Energie auf dieses. Hierbei verschiebt sich das Schlagwerkzeug 4 in Schlagrichtung, trifft auf seinem Weg den zu bearbeitenden Festkörper 6 und zerstört ihn ebenso, wie dies in dem zeuges 4 kann dauernd den zu bearbeitenden Festkörper 6 berühren. Hierbei soll die Größe der Masse des Schlagbolzens 3 der Masse des in F i g. 2 gezeigten Schlagwerkzeuges 4 entsprechen.

Wenn das Schlagwerkzeug 4, beispielsweise eine Bohrstange, sehr lang sein und folglich ein großes Gewicht besitzen soll, das um ein Vielfaches größer ist als das Gewicht des Schlagkolbens 1, ist es nicht wirtschaftlich und unzweckmäßig, einen.Stahlschlagkolben zu verwenden.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform des Hammers, bei dem der Schlagkolben 1 und das Schlagwerkzeug 4 mit Ausnahme von dessen Spitze 5 aus polymeren Werkstoffen gefertigt sein kann.

Die Energie, die durch den leichten Schlagkolben 1 auf das Schlagwerkzeug 4, das aus demselben Werkstoff wie der Schlagkolben besteht, übertragen wird, pflanzt sich in ihm in Form einer Spannungswelle bis zur Berührung mit der abgetrennten Spitze 5

oben beschriebenen und in F i g. 1 dargestellten Fall 20 fort. Die Spitzenmasse liegt innerhalb des Bereiches geschah. des kritischen Wertes. Daher kann die Schlagenergie

Die auf Fig.2 dargestellte Lösung unterscheidet in kinetische Energie umgeformt werden. Wenn dies sich von der auf F i g. 1 dargestellten durch den aber möglich ist, so gestattet der Spalt Δ /, der sich Spalte/zwischen der Spitze5 des Schlagwerkzeuges4 zwischen der Spitze 5 und dem zu bearbeitenden und dem Festkörper 6. Ein solcher Spalt muß vor 25 Festkörper 6 befindet, diese Energie in nützliche Arjedem Aufschlag geschaffen werden, wozu im Harn- beit umzusetzen,
mer die erforderlichen Mittel vorgesehen werden, von
denen nachstehend noch die Rede ist.

Die Größe des Spaltes ΔI kann gleich oder größer

als der Weg sein, den die Stirnseite des Schaftes 3 30 Aufeinanderschlagen oder mindestens gleich dem des Schlagwerkzeuges 4 während des Schlages zu- Weg sein, der von der Stirnseite des Schlagbolzens 3

während des Aufschiagens des Schlagkolbens 1 zurückgelegt wird.

Es wird noch ein Fall betrachtet, und zwar der, bei dem die Schlagwerkteile und in erster Linie der Schlagkolben und das Gehäuse aus Stahl gefertigt sind (Fig. 5).

Eine solche Bauart ist bei Verwendung bekannter Hammer und ähnlicher Maschinen am zweckmäßig-

Die Größe des Spaltes Δ I soll, um eine garantierte Wirkung zu erzielen, mindestens gleich der Größe der absoluten Verformung des Schlagwerkzeuges 4 beim

zurücklegt.

Bei Verwendung eines leichten Schlagkolbens kann auch entsprechend das Gehäuse leichter gebaut werden, wobei trotzdem das gleiche Massenverhältnis wie bei aus Stahl gefertigten Einzelteilen beibehalten wird. Die Leistung des Hammers dagegen ist höher, da der leichte Schlagkolben, der dieselbe Energie bei jedem Schlage wie in dem früheren Falle überträgt, jetzt bei

sonst gleichen Bedingungen mehr Schläge in der Zeit- 40 sten. Ein großer Teil des Schlagwerkzeuges 4 mit einheit ausführt, wodurch die Produktivität gesteigert Ausnahme der Spitze 5 kann aus leichtem Werkstoff, wird. d. h. aus Werkstoff mit einem geringeren Elastizitäts-

In dem oben beschriebenen Fall war von der Be- modul als der des Werkstoffes der Spitze 5 gefertigt dingung die Rede, daß die Masse des Schlagwerk- werden. Der Spalt Δ I befindet sich an derselben Stelle zeuges, d. h. die des Arbeitsorgans, nicht größer als 45 wie in F i g. 4.

die kritische Masse sein soll, da andernfalls die Ener- Die kinetische Energie des Schlagkolbens 1 wird

auf das Schlagwerkzeug 4 übertragen, das zusammen mit dem Schlagkolben 3 ein Systemteil darstellt, und pflanzt sich in Form einer Spannungswelle weiter fort.

Danach wird die Energie dieser Welle wiederum in kinetische Energie, aber jetzt in Energie der von dem Schlagwerkzeug 4 getrennten Spitze 5 verwandelt.

Der Spalt Δ I soll, wie in allen Fällen, eine unge-

ist, so kann ein Hammer, dessen Prinzipschema auf 55 hinderte Verschiebung der Spitze 5 während der gan-F i g^2 gezeigt ist, nicht benutzt werden. Dasselbe gilt zen Zeitspanne, in der Schlagenergie durch das

~~ " Schlagwerkzeug übertragen wird, sicherstellen.

Die Vorrichtungen, mit denen vor jedem Aufeinanderschlagen ein Zusatzspalt Δ I geschaffen wird, können verschieden ausgebildet sein. Im System der aufeinanderschlagenden Körper ist zwischen dem Schlagkolben und dem Schlagbolzen oder dem Schlagwerkzeug immer ein Spalt vorhanden, und deshalb ist im Grunde genommen der Spalt Δ I ein Zusatzspalt.

Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, besteht die Vorrichtung zur Schaffung eines Zusatzspaltes aus einem Rohr 7, das mit dem Hammergehäuse 8 verbunden

gieübertragung in Form einer Spannungswelle mit unzulässig geringer Spannung vor sich geht und, wie schon erwähnt, keine nützliche Arbeit geleistet werden kann.

Wenn dagegen auf Grund der Betriebsbedingungen das Schlagwerkzeug so lang sein muß, daß seine Masse unbedingt den kritischen Wert überschreitet, wie dies in den meisten Fällen in der Praxis der Fall

für Fälle, bei denen es das Bearbeitungsverfahren erforderlich macht, daß das Arbeitsorgan dauernd den zu bearbeitenden Festkörper berührt (Nieten, Schroten).

In diesen Fällen kann ein Hammer verwendet werden, dessen Prinzipschema in F i g. 3 dargestellt ist.

Der Schaft des Schlagwerkzeuges 4 besteht aus zwei Teilen, und vor jedem Schlag wird derselbe Spalt Λ / geschaffen, nur in diesem Falle zwischen dem einen Schlagbolzen 3 bildenden Teil und dem Rest des Schlagwerkzeuges 4. Die Spitze 5 des Schlagwerk-

ist, und der Feder 9, die sich innerhalb des Rohres 7 befindet und für den erforderlichen Spalt Δ I sorgt.

Das Rohr 7 hat auf der Innenseite einen Vorsprung 10, auf dem das eine Ende der Feder 9 aufliegt, deren anderes Ende auf einem Vorsprung 11 des Schlagwerkzeuges 4 ruht.

Mit dieser Vorrichtung wird ein Spalt in Hämmern geschaffen, deren Schema aus F i g. 2, 4 und 5 ersichtlich ist.

F i g. 7 zeigt eine andere Bauform der auf Abstand bringenden Vorrichtung für Hammer, deren Schema aus F i g. 3 ersichtlich ist.

Das Rohr 12 umfaßt die aufeinanderschlagenden Körper 3,4 und S mit Ausnahme des Schlagkolbens 1.

Im Rohr 12 befindet sich eine Feder 9, die zwischen den Stirnseiten der Körper 4 und 5 angeordnet ist und zur Schaffung des Spaltes Λ I dient.

Die auf Abstand bringende Vorrichtung muß nicht unbedingt aus Federn bestehen. Es kann auch Druckluft verwandt werden.

Erfindungsgemäße Hammer zum Übertragen einer Schlagbelastung auf Festkörper ermöglichen es, das Gewicht des Hammers bedeutend zu vermindern und hochwertige Metalle einzusparen.

Außerdem wird bei Anwendung der vorliegenden Erfindung die Leistung der Hammer gesteigert und das Fertigungsverfahren für die wichtigsten Hämmerteile bedeutend vereinfacht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 609 610/12

Claims (7)

1 2 Hämmern dieser Art, wie sie beispielsweise in den Patentansprüche: US-PS 23 02 069 und 27 73 481 beschrieben sind, stellt man Schlagkolben und Schlagbolzen aus hoch-

1. Durch Druckluft angetriebener Hammer mit wertigen Stählen her, um ihnen eine genügende Fein einem Gehäuse geführten Schlagkolben, der 5 stigkeit und Haltbarkeit zu verleihen. Auf Grund des über einen Schlagbolzen auf das Schlagwerkzeug hohen spezifischen Gewichtes von Stahl ist jedoch einwirkt, gekennzeichnet durch eine die dem Schlagkolben und Schlagbolzen erteilbare Schlagbolzen (3), Schlagwerkzeug (4) und/oder Beschleunigung begrenzt, und bei der Schlagbean-Werkstück (6) vor jedem Schlag auf Abstand spruchung treten Vibrationen auf, die einen zusätzbringende Vorrichtung wie Feder (9), wobei min- io liehen Verschleiß hervorrufen, der noch durch starke destens einer der schlagenden Körper mit Aus- Erwärmung der aufeinanderschlagenden Teile an den nähme des Schlagwerkzeuges (4) aus einem Werk- Schlagstellen verstärkt wird.

stoff mit geringerem Elastizitätsmodul als der des Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-

Schlagwerkzeugs besteht. gründe, einen druckluftbetriebenen Hammer der ein-

2. Hammer nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 gangs erwähnten Art anzugeben, der eine hohe Vibrazeichnet, daß der Schlagbolzen (3) zugleich tionsfestigkeit besitzt, leicht herzustellen ist, praktisch Schlagkolben ist und aus einem Werkstoff mit keinem Verschleiß durch zu hohe Erwärmung an den geringerem Elektrizitätsmodul als der des Schlag- Schlagstellen ausgesetzt ist und der eine hohe Schlagwerkzeuges (5) besteht und daß die auf Abstand zahl zu erreichen gestattet.

bringende Vorrichtung vor jedem Schlag einen 20 Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine

Abstand zwischen Schlagwerkzeug (5) und Werk- Schlagbolzen, Schlagwerkzeug und/oder Werkstück

stück (6) hervorruft. vor jedem Schlag auf Abstand bringende Vorrichtung

3. Hammer nach Anspruch 1, dadurch gekenn- wie Feder, wobei mindestens einer der schlagenden zeichnet, daß der Schlagkolben (1) aus einem Körper mit Ausnahme des Schlagwerkzeuges aus Werks.off mit geringerem Elastizitätsmodul als 25 einem Werkstoff mit geringerem Elastizitätsmodul wie der des Schlagwerkzeuges (5) besteht und daß die beim Schlagwerkzeug besteht.

auf Abstand bringende Vorrichtung vor jedem Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, Schlag den Schlagbolzen (3) gegenüber dem daß es beispielsweise mit einem leichten aus Kunst-Schlagwerkzeug (S) auf Abstand bringt. stoff bestehenden Schlagkolben gelingt, ein Schlag-

4. Hammer nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 3° werkzeug so zu beschleunigen, daß es beispielsweise zeichnet, daß der Schlagbolzen (3) aus einem auf hartem Gestein eine höhere Leistung vollbringt, Werkstoff mit geringerem Elastizitätsmodul als als wenn es mit einem Kolben oder Schlagbolzen aus das Schlagwerkzeug (5) hergestellt ist und daß die hochfestem Stahl angetrieben wird. Diese Tatsache auf Abstand bringende Vorrichtung vor jedem ist darauf zurückzuführen, daß der leichtere Kolben

' Schlag Schlagwerkzeug (5) und Werkstück (6) auf 35 mit dem geringeren spezifischen Gewicht mit der

Abstand bringt. gleichen Kraft schneller zu beschleunigen ist, wo-

5. Hammer nach Anspruch 4, dadurch gekenn- durch die Schlagfrequenz erhöht werden kann. Ein zeichnet, daß der Schlagkolben ebenfalls aus solcher Schlagkolben oder Bolzen aus Kunststoff vereinem Werkstoff mit geringerem Elastizitätsmodul meidet auch die beim Aufeinanderschlagen von Stahl als der des Schlagwerkzeuges (5) hergestellt ist. 40 durch Schwingungen ausgelösten Vibrationen, und es

6. Hammer nach einem der vorhergehenden tritt auch nicht die hohe Erwärmung auf, die bekannt-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Hch beim Aufeinanderschlagen von Stahl zu beob-Abstand bringende Vorrichtung aus einer inner- achten ist. Die Möglichkeit, mit einem leichteren Kolhalb des Führungsrohres (7) angeordneten Fe- ben, der einen bedeutend geringeren Elastizitätsmodul der (9) besteht, wobei das Führungsrohr (7) mit 45 und eine bedeutend geringere zulässige Druckspandem Hammergehäuse verbunden ist und das eine nung besitzt, höhere Schlagleistungen zu erzielen, be-Federende auf einem Vorsprung (11) am Schaft ruht darauf, daß bei diesen Stoffen die spezifische des Schlagwerkzeuges (5) aufliegt, während das Akkumulationsenergie und die kritische Geschwindigandere Federende auf einem Vorsprung (10) an keit größer sind als bei Stahl. Dies geht aus der folder Innenseite des Führungsrohres (7) ruht. 50 genden Tabelle hervor. Da aber so leichte Stoffe wie

7. Hammer nach Anspruch 1 oder 3, dadurch Kunststoffe eine sehr viel höhere Relaxionszeit begekennzeichnet, daß die auf Abstand bringende sitzen, würde eine einfache Ersetzung des aus Stahl Vorrichtung aus einer Feder (9) besteht, die in- oder einem anderen schweren Metall bestehenden nerhalb eines Rohres (12) angeordnet ist, das die Schlagkolbens oder Schlagbolzens bei den bekannten aufeinanderschlagenden Teile mit Ausnahme des 55 Schlaghämmern durch entsprechende Kunststoffteile Schlagkolbens (1) umgibt, wobei das eine Feder- nicht zu dem gewünschten Ergebnis führen. Dies ist ende auf einer dem Werkstück (6) gegenüberlie- erst erreichbar, wenn, wie mit der vorliegenden Ergenden Stirnfläche des Schlagwerkzeuges (5) auf- findung vorgeschlagen, eine Schlagbolzen, Schlagliegt, während das andere Federende auf der werkzeug und/oder Werkstück vor jedem Schlag auf Stirnseite des Schlagbolzens (3) ruht. 60 Abstand bringende Vorrichtung vorgesehen ist. Dies

ermöglicht es mit Schlagkörpern, die einen bedeutend

geringeren Elastizitätsmodul wie das Schlagwerkzeug

besitzen, auf dieses Schläge auszuüben, die mit diesem beispielsweise ein Gestein zu zerstören ermög-

Die Erfindung bezieht sich auf einen durch Druck- 65 liehen, das mit einem aus dem Material des Schlagluft angetriebenen Hammer mit in einem Gehäuse körpers hergestellten Werkzeug mangels Festigkeit geführten Schlagkolben, der über einen Schlagbolzen nicht zerstörbar wäre, auf das Schlagwerkzeug einwirkt. Bei den bekannten Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be-