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Schlaggerät Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine
zum Meisseln beispielsweise zum Aufbrechen von Betonblöcken und -Klötzen außerdem
zum Einschlagen von Pfählen und Nägeln, weiterhin zur Entfernung des Grates und
Pormstaubes von Oberflächen von Gußkörpern, Entfernung von Premdkörpern vom Schiffsrumpf
oder irgendeine andere Arbeit die im allgemeinen mit Schlaggeräten ausgeführt wird.
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Für ähnliche arbeiten, z.B. Ausbessern von Straßendecken, Vernieten
von Stahlkonstruktionen, werden bisher meist Drucklufthämmer verwendet, welche einen
Luftkompreesor benötigen, ebenso eine Luftleitung, welche die Druckluft dem Gerät
zuführt, d.h. also eine große und aufwendige Ausrüetung.
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Bei einem anderem bekannten System wird das Prinzip der inneren Verbrennung
verwandt, wobei Brennstoff mit komprimierter Luft vermischt, durch Zündung zur
Explosion
gebracht wird; diese Explosion findet zwischen einem von einer Kurbel angetriebenen
Kolben und einem Schlagkolben statt, welcher eine Spitshaue betätigt. Außerdem gibt
es ein Vakuumsystem bei welchem ein Kolben mit einer kleinen Öffnung auf seinem
unteren Ende Verwendung findet; der Kolben befindet sich im Inneren eines Schlagwerkzeuges
und wenn der Kolben sich nach oben bewegt nimmt er durch das sich bildende Vakuum
das Schlagwerkzeug mit. Hierauf wird das Vakuum mittels Luft, welche durch das kleine
Loch im Kolben dringt, beseitigt, so daß der Schlagblock auf die Spitzhaue herunterfällt.
Sowohl das System mit innerer Verbrennung als auch das Vakuumsystem ist zu kompliziert
und nicht geeignet für schwer e Außenarbeit zaBo Ausbesserung von Straßen oder Bohrungen
in Felsen, so daß es oftmals versagt und auch eine viel zu kurze Lebensdauer hat.
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Diese Systeme sind auch im Aufbau kompliziert, um dem Schlagkolben
einen großen Hub zu verleihen, und es ist auch unmöglich, die Geschwindigkeit zu
regulieren. Daher haben.diese Systeme den Nachteil, daß es unmöglich ist, die Schlagkraft
sehr hoch zu gestalteno Was das Vakuumsystem betrifft, so hat es auch den Nachteil,
daß die Hubkraft durch die Saugkraft des Vakuums geschaffen wird, so daß es unmbglich
ist, den Schlagkörper über eine bestimmte Grenze hinaus zu vergrößern; außerdem
wird es in kurzer Zeit unmöglich, die erforderliche Dichtung beizubehalten, da die
Reibung zwischen der Innenwand des Zylinders in dem Block und dem Kolbens welcher
in
dem Zylinder Auf- und Abbewegungen macht, starker Reibung unterliegt,
so daß häufige Reparaturen erforderlich sind0 Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein anderes System als die vorstehend genannten, nämlich wobei die Energiezufuhr
zum Schlagwerkzeug durch einen kleinen Elektromotor oder Verbrennungskraftmotor,
doho also durch eine rotierende Maschine bewirkt wird. Das Schlaggerät, bei welchem
eine Schlagvorrichtung durch einen motorisch angetriebenen Kurbeltrieb betätigt
wird, vermeidet erfindungsgemäß die vorstehend angegebenen Nachteile dadurch, daß
die Schlagvorrichtung folgende Einzelteile aufweist: ein an der Stirnseite abgeschlossener
und daselbst durch einen Pleuel mit dem Kurbeltrieb verbundener Zylinder; ein in
den Zylinder dicht eingepaßter, freibeweglicher Kolben, auf welchen die Zylinderbewegungen
durch den Zylinderboden bzw. durch den Stirndeckel übertragen werden und welcher
mit einem durch eine Öffnung im Zylinderboden geführten Schlagbären starr verbunden
ist und daß der Mantel des Zylinders in dem an der Stirnseite liegenden Teil (Luftkissenzone)
gegen außen vollkommen abgeschlossen ist.
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Die durch die Erfindung erzielten Vorteile, sowie weitere Merkmale,
die zu dem vorstehend aufgeführten hinzukommen, werden in der nachstehenden Beschreibung
des näheren an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Das in den Figuren dargestellte
Ausführungebeispiel ist ein Schlaggerät zum Brechen
von Beton.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das Gerät, während Sige 2 eine
Seitenansicht von rechts gesehen darstellt, wobei ein Teil herausgeschnitten isto
Fig. 3 zeigt in 6 Diagrammen die Arbeitsweise des neuen Gerätes.
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In einem Kopfstück 6 ist das Kurbelgetriebe untergebracht, welches
aus der Kurbelscheibe 3 und dem Exenterzapfen 5 besteht; zur Auswuchtung sind in
der Kurbelscheibe 3 Aussparungen 4 vorgesehen0 Die Kurbelscheibe 3 ist mit Zahnrädern
2 fest verbunden, die ihrerseits von je einem Ritzel 1 angetrieben werden0 Die beiden
Ritzel sitzen auf einer gemeinsamen Welle, die über einen Lagerkasten 7 von einem
elektrischen oder Verbrennungskraftmotor angetrieben wird. (Für den Fall dass das
Schlaggerät gemäß vorliegender Erfindung für leichte Arbeiten verwendet werden.soll,
beispielsweise Vernietungsarbeiten mit kleinen Nieten oder Einschlagen von Nägeln
kann ein kleiner Elektromotor direkt an das Gerät, etwa an der Stelle des Lagerkastens
7 angesetzt werden).Das Kopfsttick 6 sitzt auf einem doppelwandigen zylindrischen
Gehäuse 8, dessen äußere Wand als Träger dient, während die innere Wand zur Führung
des Zylinders 9 gemäß der Erfindung vorgesehen ist; zwischen der äußeren und inneren
Wand befindet sich ein Hohlraum 17 von kreisringförmigem Querschnitt.
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Der Zylinder 9 ist mit dem Kurbeltrieb durch einen
Pleuel
12 verbunden, welcher den Eizenterzapfen 5 mit einem Stirndeckel 10 des Zylinders
9 verbindet.
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Der Zylinder 9 ist gegen die Innenwand des Gehäuses 8 durch den Stirndikel
10 und den nicht näher bezeichneten Zylinderboden luftdicht abgestützt, während
der Zylinderdurchmesser zwischen den beiden genannten Teilen etwas kleiner ist,
wie weiter unten des näheren erläutert.
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In diesem Teil besteht also zwischen dem Zylinder 9 und der Innenwand
des Gehäuses 8 ein Hohlraum 13.
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Im Zylinder 9 ist ein Kolben 14, welcher an seinem unteren Ende fest
mit einem Schlagbären 15 verbunden ist, frei beweglich angeordnet. Der Schlagbär
15 ist durch eine Öffnung im Zylinderboden nach außen geführt, wo er mit dem Werkzeug
in Kontakt kommt Im unteren Teil des Zylinders 9 sind in gleicher Höhe einige Öffnungen
16, ebenso im oberen Teil einige Öffnungen 16' angeordnet.
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Auch die Innenwand des Trägers 8 weist Öffnungen auf, welche mit lla,
lib und 11c bezeichnet sind.
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Am unteren Ende des Gehäuses 8 ist ein Bodenstück 18 angeschraubt,
in welches das Werkzeug, im vorliegenden Palle eine Spitzhaue 19, einsetzbar ist.
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Mit 20 ist ein aus Flacheisen gebildeter Bügel bezeichnet, welcher
über Ledern 21 mit dem Bodenstück 18 fest verbunden ist und verhindern soll, daß
das Werkzeug 19 vor Arbeitsbeginn herausfällt.
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Zwecks Benutzung des Schlaggerätes wird zunächst die Spitzhaue 19
in das Bodenstück 18 eingeführt, wobei sie von oben auf den zu brechenden Betonblock
oder ein anderes sperriges Werkstück aufgesetzt wird.
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Nun wird der Welle der beiden Ritzel 1 das Drehmoment
zugeführt
und damit der Kurbeltrieb 3,5 in Betrieb genommen, so daß der Zylinder 9 eine Auf-und
Abbewegung ausführt. Hierbei bewegen sich die Luftvolumina, die sich oberhalb und
unterhalb des Zylinders befinden, abwechselnd von einer Seite des Zylinders zur
anderen, wobei sie den Weg über die Verbindungslöcher 11a und lib sowie den Hohlraum
17 nehmen. Wenn in dem Gehäuseaufbau 6,8 für eine Verbindung mit der Außenluft gesorgt
wird1 ist der bei den Bewegungen des Zylinders entstehende LuBtwiderstand in ausreichendem
Maße herabgesetzt. Obwohl der Kolben 14 nicht mit dem Kurbeltrieb kraftschlüssig
verbunden ist, macht er dennoch Au£- und im Abbewegungen und zwar im Verhältnis
zu ieyZylinder 9 vorhandenen Luftvolumen, genauer gesagt1 im Verhältnis zu dem Luftkissen,
welches sich jeweils zwischen den Endflächen und den Zylinderflächen befindet. Die
einzelnen Phasen der Bewegung sind in den Schaubildern der Figur 3 für sechs verschiedene
Stellungen veranschaulicht.
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In Fig. 1 der Zeichnung als auch im Diagramm I der Fig. 3 ist der
Zylinder in seiner untersten Stellung gezeichnet, wobei der Kurbeltrieb seinen unteren
Totpunkt hat. Die Spitzhaue ist auf das Werkstück aufgesetzt, und zwischen dem Zylinderboden
und dem unteren Teil des Kolbens befindet sich ein mit # bezeichneter Luftraum (Fig.
3, I). Der Raum unterhalb des Kolbens 14 ist noch durch einen kleinen Teil der Öffnung
16 mit Außenluft verbunden und zwar über den Hohlraum 13 die Löcher llo und den
Hohlraum 17 die Löcher 11a. Bewegt sich nun der Kurbeltrieb in Pfeilrichtung (Fig.3)
so hebt er den
Zylinder 9 um ein Stückchen an, so daß die Öffnungen
16 (Fig.i) ebenfalls nach oben wandern und nach einer ganz kurzen Strecke den Luftraum
unter dem Kolben 14 vollkommen abdichten (Luftkissen). Der Kolben 14 blieb auf Grund
seines Gewichts zunächst in der in Fig. 1 und Fig. 3, I dargestellten Lage. Aber
auch bei weiterer Bewegung des Zylinders 9 wird der Kolben zunächst nicht gehoben,
da die im Luftkissen befindliche Luft durch das Kolbengewicht komprimiert wird,
wobei der Druck nicht ausreicht, um das Gewicht des Kolbens zu überwinden.
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Dieser Zustand bleibt praktisch bestehen bis der Zylinder die in Fig.
3 Diagramm II dargestellte erreicht hat. In diesem Zeitpunkt haben aber auch die
Öffnungen 16' die Stirnseite des Kolbens 14 erreicht und hierdurch strömt in den
oberen Teil des Zylinders genügend Luft, um diesen Raum zu füllen, der nun praktisch
mit der Außenluft verbunden ist. Bewegt sich nun der Kurbeltrieb über den in Fig.
3, II dargestellten Zustand weiter nach Aufwärts, dann nimmt der Boden des Zylinders
den Kolben 14 mit der darin komprimierten Luft mit und zwar bis der obere Totpunkt
des Kurbeltriebes gemäß Fig.3, III erreicht ist. Von diesem Totpunkt an beginnt
der Kurbeltrieb sich aus der Totlage zu bewegen, d.h. den Zylinder 9 nach unten
zu führen; die Aufwärtsbewegung des Kolbens 14 ist Jedoch noch nicht beendet, da
er durch seine kinetische Energie und die unterhalb (im Luitkissen) komprimierte
Liuit ihn weiterhin nach oben bewegt. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens t4
und
die Abwärtsbewegung des Zylinders 9 werden schließlich die Öffnungen 16' geschlossen
und sobald der Kolben 14 mit der Stirnseite des Zylinders 9 zusammentrifft (Fig03,IV,)
ist die höchste Kompressionsstufe des oberen, Luftkissens erreicht. Von dieser Stellung
(Fig.3,IV) beginnt nun die gemeinsame Abwärtsbewegung von Zylinder 9 und Kolben
14. Bei dieser Bewegung arbeiten somit drei Faktoren: Das:Gewicht des Kolben 14,
das Moment des Kurbeltriebes und der Druck der im oberen komprimierten Luft. Vorher
war bereits der Druck des unteren Luftkissens aufgehoben worden, da der Kolben 14
in der in Fig.3, IV gezeichneten Stellung bereits die Öffnungen 16 zum Teil freigegeben
und den Luftraum unterhalb des Kolben 14 mit der Außenluft in Verbindung gebracht
hatte. Zylinder und Kolben bewegen sich nunmehr gemeinsam nach unten bis gemäß der
Darstellung in Fig.3,V der Kolben die unterste Stellung erreicht hat. sturz vorher
hat der Schlagbär 15 auf die Spitzhaue 19 aufgeschlagen. Dieses Spiel wiederholt
sich nun wie in. Fig.D,VI dargestellt und mit jeder Drehung des. Kurbeltriebes erfolgt
ein Schlag aug das Werkzeug (Spitæhaue 19), um den Betonblock oder ähnlichen Gegenstand
zu zerbrechen.
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Durch die Bauart gemäß der Erfindung wird der Kurbeltrieb überhaupt
nicht in Zusammenhang mit dem Aufschlagen des Schlagbären 15 auf aas Werkzeug 19
gebracht. Dementsprechend kann auch der Zylinder 9 aus leichtem Material hergestellt
werden Lediglich der Kolben 14, der auf das
Werkzeug 19 aufzuschlagen
hat, muß eine hohe kynetische Energie entwickeln und muß daher so schwer wie möglich
ausgeführt werden6 Bezüglich des über die Größe des Kolbens 14 hinausgehenden Volumens
des Zylinders 9 ist folgendes zu sagen Seine Aufgabe ist, wie schon gesagt, die
Prellschläge durch Bildung eines Luftkissens abzugangen; oder die Luft durch die
Öffnungen 16 wieder abzulassen.
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Es ist schwer, genau zu bestimmen, wie groß dieses Zusatzvolumen zur
Erzeugung der bestmöglichen Pufferwirkung sein soll. Versuche haben gezeigt, daß
eine zu große Abmessung des Zusatzvolumens die Anordnung sozusagen aus den Takt
bringt, indem der Kolben 14 seine Aufwärtsbewegung wieder aufnimmt, bevor das Auftreffen
auf das Werkzeug 19 erfolgt; hierdurch wird die Schlagkraft herabgesetzt. Weitere
Versuche haben gezeigt, daß die optimale Größe des zusätzlichen Volumens 6 die halbe
Länge des Kurbeltriebes ist (Mittelpunkt des Exzenterzapfens 5 zum Mittelpunkt der
Kurbelscheibe 3).
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Die Aussparungen 4 in der Kurbeischeibe 3 (nahe dem Exzenterzapfen
5) haben nicht nur die Aufgabe, eine Auswuchtung zu bewirken, sondern auch den Rückstoß
auf den Bedienungsmann des Werkzeuges beim Aufschlag des Kolbens bzw. Schlagbären
herabzumindern. Die am Rückstoß beteiligten Massen sind dann lediglich: der leichte
Zylinder 9, der Pleuel 12, und der ausgesparte Teil der Kurbelscheibe 3 im Exzenterzapfen
5, während die nach unten gehende, also im Rückschlag entgegenwirkend. Masse, aus
den vollen Teil der Kurbelscheibe 3 besteht.
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Zusammenfassend ist bezüglich der Wirkungsweise und
der
Vorteile der Erfindung nachstehendes zu sagen: a) Der Kolben 14 und der Zylinder
9 werden wie in Fig. 3, II dargestellt, gemeinsam emporgehoben, wobei unterhalb
des Zylinders 14 ein Luftkissen aus komprimierter Luft wirksam ist; der Kolben 14
und Zylinder 9 werden gemenisam, wie in Fig.3, IV und V gezeigt, nach unten bewegt,
wobei das oberhalb des Zylinders 14 gebildete Luftkissen mitwirkt. Der Schlag auf
daß Werkzeug (Spitzhaue 19) wird also ausgeführt vom Schlagbären 15, dem Kolben
14, dessen durch die hohe Geschwindigkeit entwickelte kynetische Energie und dem
Luftdruck, welcher oberhalb des Kolbens 14 herrscht. Es ist beachtlich, daß der
Druck dieses Luftkissens hoch ist und zwar über 20-25 atü, ein Druckm der erheblich
stärker ist als die ungefähr 7 atü, welche bei herkömmlichen Schlaggeräten (Drucklufthammer)
auftreten.
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b) Da der Kolben 14 frei beweglich in dem Zylinder 9 angeordnet ist,
besteht keine Gefahr eines einseitigen Abscheuerns der aufeinandergleitenden Flächen,
so daß die Einzelteile lange Zeit gebrauchsfähig bleiben, d.h. die Abnutzung sehr
gering ist. Im Gegensatz zu den mit Vakuum arbeitenden Schalggeräten ist sogar eine
geringe Abnutzung unschädlich, da auch bei einer solchen geringfügigenÄnderung in
einer mit derartig hohem Druck arbeitenden Vorrichtung die Winksamkeit nicht merklich
herabgesetzt wird.
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c) Da der direkte Schalg auf das Werkzeug durch den Kolben 14 erfolgt
und nicht durch den Zylinder 9 wird also der Stoß nicht von diesem und auch nicht
vom Exzenterzapfen 5 aufgefangen, da das zwischen Zylinder
9 und
Kolben 14 eingeschlossene Luftkissen den Prellschlag dämpft Durch diese Schonung
der wichtigen beweglichen Teile kann man eine stoßfreie schnelle Arbeit ermöglichen,
trotzdem eine besonders starke Schlagkraft erzielt wird, wobei als besonderer Vorteil
die geringe Leistung des Antriebsmotors hinzukommt.
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d) Durch die Aussparungen 4 an der Kurbelscheibe 3 wird der Schwerpunkt
der sich drehenden Teile diametral entgegengesetzt dem Schwerpunkt des Exzenterzapfens
5 verlegt, so daß der Rückstoß neutralisiert wird und daher das Gewicht des Gesamtgerätes
erheblich herabgesetzt werden kann. Die aufgeführten Vorteile haben zur Folge, daß
eine Ausrüstung von 20 kg mit einem 2 oder 3 PS starken Motor ausreicht, eine höhere
Arbeitsfähigkeit auf zubringen als die bekannten Drucklufthämmer mit 50 kg Gewicht,
Es hat sich erwiesen, daß das neue Gerät einen 30 cm dicken Betonblock in 5 Sekunden
durchschlagen kann. und längere Lebensdauer hat als die herkömmlichen Geräte.
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Patentansprüche: