DE1923512A1

DE1923512A1 - Schlagwerkzeug

Info

Publication number: DE1923512A1
Application number: DE19691923512
Authority: DE
Inventors: Erma Eero Antero
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1968-05-08
Filing date: 1969-05-08
Publication date: 1971-01-28
Also published as: SE319134B; GB1229122A; AT289682B; NL6907052A; US3570608A; CH480143A; ES366870A1; FR2008085A1; BE732667A

Description

1923512 Andrejewski & Honke Patentanwälte

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski

6₂₅/Ti SXÄd Honke

Essen, den 6. Mai I969 Kattwiger Straße 36 ( th)

Patentanmeldung der Firma

Atlas Copco AB

N a ο k a / - Schweden -

Schlagwerkzeug.

Gegenstand der Erfindung ist ein Schlagwerkzeug, insbesondere ein tragbarer Gesteins-Schlagbohrer mit einem druckbeaufschlagbaren Arbeitskolben für den Antrieb eines seine kinetische Energie an ein Einsatzwerkzeug abgebenden Schlagkolbens. Ein spezielles Anwendungsgebiet der Erfindung sind tragbare Gesteins-Schlagbohrer mit einer Verbrennungskraftmaschine als Antrieb, doch sind naturgemäß auch unabhängig von der Art des Kraftantriebes andere Anwendungen möglich.

Bei einem bekannten Gesteins-Schlagbohrer mit einer Verbrennungskraftmaschine als Antrieb treiben die Verbrennungsgase die Schlagkolben direkt, und der Schlafekolben sowie ein gefesselter Motorkolben sind in einem Zylinder angeordnet, in welchem der Schlag-

009885/0U5

Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Henke, 43 Essen, Kettwiger Straße

kolben die durch äen Verbrennungsprozeß freiwerdende Energie als kinetische Energie aufnimmt. Nach Abgabe eines Schlages an ein Einsatzwerkzeug kehrt der Schlagkolben infolge eines Uberatmosphärisehen Druckes in einer unter ihm angeordneten Kammer zum Motorkolben der Verbrennungskraftmaschine zurück. Die Rücklaufgeschwind igke it sowie die Länge des Rücklaufhübes des Schlagkolbens hängt jedoch wenigstens teilweise von der Härte des zu bearbeitenden Materials und auch vom Rückstoß des Einsatzwerk- Ψ zeuges und des zu bearbeitenden Materials ab. Daraus ergibt sich,

daß der Schlagkolben sich nicht stets in der geeignetsten Stellung gegenüber .dem Motorkolben bei Verbrennungsbeginn befindet und daß dies insbesondere dann eintritt, wenn das zu bearbeitende Material verschieden hart ist. Daraus resultiert ein ungleichmäßiger Lauf des Motors.

Ein weiterer Nachteil bei diesem bekannten Gesteins-Sehlagbohrer ist die Anordnung der Zündkerze, da diese in der Seitenwandung des Verbrennungszylinders angeordnet werden muß, woraus sich eine unsymmetrische Verbrennungskammer mit zwangsläufig schlechten Ablauf und unvollständiger Verbrennung ergibt. Infolgedessen muß die Motordrehzahl herabgesetzt werden, was gleichzeitig die

Leistung mindert.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und ein Schlagwerkzeug der eingangs genannten Art in der Weise ausbilden, daß die sich beim Rückstoß ergebenden Nachteile ausgeschaltet werden und das Werkzeug mit wesentlich höherer Drehzahl betätigbar ist, als dies bei den bisher üblichen tragbaren Gesteins-Schlagbohrern möglich war, insbesondere bei denen mit Antrieb durch eine Verbrennungskraftmaschine.

009885/0145

Patentanwälte Dr. W. Andrejewsfci, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße 36

Die Erfindung besteht darin, daß ein gegenüber dem Schlagkolben in dessen Bewegungsrichtung bewegbares Führungsglied für den Schlagkolben und ein die Bewegung dieses Führungsgliedes in einer ersten Richtung begrenzender erster Anschlag vorgesehen sind, ferner eine mittels eines Druckmittels beaufschlagbare Kammer zur Rückführung des Schlagkolbens in einer zweiten entgegengesetzten Richtung und eine das Führungsglied bei einem Schlag des Schlagkolbens auf das Einsatzwerkzeug in eine Ruhelage am ersten Anschlag drückende Anordnung, und daß das Führungsglied einen mit einem Anschlag am Schlagkolben derart zusammenwirkenden Anschlag aufweist, daß der Schlagkolben nach einem Schlag auf das Einsatzwerkzeug durch das ihn in entgegengesetzter Richtung zurückführende Druckmittel in der Kammer bis zur Anlage seines Anschlages am Anschlag des Führungsgliedes rückführbar ist, wobei das Massenverhältnis zwischen dem Führungsglied und dem Schlagkolben derart bemessen ist, daß der beim Bücklauf mit seinem Anschlag auf den Anschlag des Führungsgliedes auftreffende Schlagkolben unter Abgabe seiner kinetischen Energie an das Führungsglied unabhängig vom Rückstoß des Einsatzwerkzeuges und des zu bearbeitenden Materials stets in engbegrenzten Endstellungen arretierbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Führungsglied als ein den Schlagkolben konzentrisch umschließender und gleitend mit ihm zusammenwirkender Führungsring ausgebildet und begrenzt zusammen mit dem Schlagkolben die diesen zurückführende Kammer, wobei das in dieser Kammer befindliche Druckmittel die den Führungsring gegen den ersten Anschlag drückende Anordnung bildet. Außerdem ist ein Gehäuseteil mit einem den ersten Anschlag bildenden kreisringförmigen Sitz für den Führungsring vorgesehen, und der Führungsring weist einen einwärts gebogenen

009885/0145

Patentanwälte Dr. W. Andrejewsks, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße 36

Rand auf, welcher den Anschlag für einen außenliegenden Ringbund am Schlagkolben bildet. Vorzugsweise ist der Arbeitskolben als über die Kurbelwelle eines Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine angetriebener Druckkolben ausgebildet und beide Kolben greifen- mit ihren Pleuelstangen an um l80 gegeneinander versetzten Kurbelzapfen der Kurbelwelle an.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung liegt vor allem darin, daß die Drehzahl des Schlagkolbentriebes bezw. die Schlagzahl des Schlagkolbens auf einen optimalen Wert gebracht werden kann, sodaß pro Zeiteinheit die höchstmögliche Schlagenergie erzielbar ist, was bei Verwendung bisher bekannter Maschinen infolge der geringen Schlagzahl nicht möglich war.

Eine ausführliche Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Gesteins-Schlagbohrer in Seitenansicht und im Teilschnitt;

Figur 2A und 2B Diagramme zur Darstellung der Bewegung des Schlagkolbens bezw. seines Führungsringes in Abhängigkeit von der Zeit zwischen ihren höchsten und tiefsten Endlagen; und

Figur 3 ein Diagramm zur Darstellung der gesamten Stoßenergie pro Minute sowie der Stoßenergie pro Schlag in Abhängigkeit von der Schlagzahl des Schlagkolbens oder der Drehzahl des Motors.

00988 5/014 5

Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße

Der in Figur 1 dargestellte Gesteins-Schiagbohrer besitzt eine übliche Verbrennungskraftmaschine mit Kühlrippen 1, einem Zylinder 2 mit darin befindlichem Kolben 3, einer Zündkerze 4, einer Pleuelstange 5, einem Schwungrad 27 und einer Kurbelwelle 6. Auf diese Kurbelwelle ist außerdem eine Pleuelstange für einen in einem Arbeitszylinder 9 hin und herführbaren Arbeitskolben 8 gelagert, welche sich in entgegengesetzter Richtung zur Pleuelstange 5 erstreckt. In der Wandung des Arbeitszylinders 9 ist ein Lufteinlaß 10 zu einer Druckkammer 11 vorgesehen. Der Druck in dieser JCammer beträgt beispielsweise zwischen 0 und 15 at. Diese Druckkammer 11 ist nach unten von einem Schlagkolben 12 begrenzt, welcher konzentrisch von einem Führungsglied 13 umgeben wird, welches als Hilfskolben für den Schlagkolben dient. Konzentrisch zwischen dem Schlagkolben 12 und diesem ringförmigen Führungsglied 13 ist eine ständig unter einem überatmosphärischen Druck zwischen beispielsweise 1 und 1,5 at stehende Rückführungskammer ausgebildet. Dieser Kammer wird von der Druckkammer 11 beispielsweise durch den Spielraum rund um den Schlagkolben 12 herum Druckluft zugeführt. Der Führungsring 13 ist in das Gehäuse 21 des Schlagkolbentriebes eingepasst, welches einen einen ersten Anschlag für den Führungsring 13 bildenden Sitz 18 ergibt. Dieser Führungsring 13 besitzt einen einwärts gezogenen kreisringförmigen Rand oder Flansch l6, welcher einen zweiten Anschlag bildet, der mit einem einen dritten Anschlag bildenden Ringbund 15 am Schlagkolben 12 zusammenwirkt. Der nach unten weisende Ansatz des Schlagkolbens 12 ist druckdicht durch eine entsprechende öffnung 19 im Führungsring nach unten herausgeführt. Bei der Aufwärtsbewegung des Schlagkolbens legt sich der Ringbund 15 des Schlagkolbens gegen den einwärts gezogenen Rand 16 des Führungsringes. Für den Schlag-

009885/0145

kolben ist im Gehäuseteil 21 eine Führung 17 ausgebildet. Der den ersten Anschlag bildende kreisringförmige Sitz 18 im Gehäuseteil 21 begrenzt die Abwärtsbewegung des Führungsringes 13. Der Außenmantel 20 dieses Führungsringes 13 bildet eine zylindrische Führungs- und Abdichtfläche in einer entsprechenden Bohrung des Gehäuseteiles 21.

Die übliche Spülluft zum Ausblasen des Gesteinsstaubes wird einem Spülluftkanal 25 in einem Bohrwerkzeug 22 über Kanäle 23 und 25 in Richtung der in Figur 1 eingezeichneten Pfeile oder durch einen Kanal 29 im Schlagkolben zugeführt.. Für die Drehbewegung des Bohrstahles sind ein Bohrfutter und ein Drehtrieb 26 vorgesehen.

Das vorbeschriebene Gerät arbeitet folgendermaßen: In Figur 1 sind der Antriebskolben und der Arbeitskolben in ihren obersten Endlagen in den Zylindern, d.h. in den der Kurbelwelle am nächsten liegenden Stellungen dargestellt. Der Antriebskolben 3 komprimiert infolge der im Schwungrad 27 gespeicherten kinetischen Energie das Brennstoff-Luft-Geraisch im Zylinder 2 für die nachfolgende Verbrennung. Gleichzeitig komprimiert der Arbeitskolben 8 die Luft in der Druckkammer 11 von 1 at auf etwa 15 at. Der Schlagkolben 12 beginnt seine Abwärtsbewegung im Zylinder 9, sobald der Druck in der Druckkammer über 1 at ansteigt, wobei . der in der Rückführungskammer 14 herrschende überatmosphärische Druck von etwa l at dieser Abwärtsbewegung entgegenwirkt. Etwas später kehrt der Führungsring 13 zum ersten Anschlag 18 zurück, nachdem er vom Schlagkolben während dessen Aufwärtsbewegung beim vorhergehenden Arbeitshub nach oben geschleudert wurde. Bei fortschreitender Abwärtsbewegung des Schlagkolbens wird dieser infolge des Druckanstieges in der Kammer 11 beschleunigt und erreicht eine

00988 5/0U5

Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwlger Straße 36

Geschwindigkeit von etwa 10 m/sec, wenn er auf den Bohrstahl oder das Einsatzwerkzeug 22 aufschlägt. Der Druck in der Druckkammer 11 ist in diesem Augenblick bereits von einem Maximalwert von etwa 15 at auf einige wenige at abgesunken^ Der Druck in der Rückführungskammer 14 beträgt dann etwa 1,5 at, wobei der Druckanstieg dadurch verursacht wird, daß der Führ\ingsring 15 auf den Anschlag 18 trifft, bevor der Schlagkolben auf den Bohrstahl aufschlägt. Während der Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 8 wird Spülluft von der Druckkammer 11 über die Kanäle 2j5 und 24 oder den Kanal 29 in den Spülluftkanal 25 im Bohrstahl 22 nach unten geleitet.

Etwa gleichzeitig mit dem Schlag des Schlagkolbens auf den Bohrstahl erfolgt die Verbrennung im Antriebszylinder 2, wodurch der Arbeitskolben 8 nach oben gejagt wird. Der Schlagkolben beginnt seine Aufwärtsbewegung, sobald der Druck in der Druckkammer 11 unter 1,5 at abgesunken ist. Während der Aufwärtsbewegung des Schlagkolbens legt sich sein Bundring 15 gegen den eingezogenen Rand 16 des Pührungsringes 1J>, welcher auf seinem Anschlag oder Sitz 18 aufruhte. Die Massen des Schlagkolbens und seines Führungsringes sind derart gegeneinander ausgewogen, daß der Schlagkolben stets beim Auftreffen auf den Führungsring anhält, unabhängig von der Größe des Rückstoßes des Bohrstahles und des von diesem zu bearbeitenden Materials, während der Führungsring seine Aufwärtsbewegung fortsetzt und dadurch die Luft in einer zwischen seinem einwärts gezogenen Rand l6 und dem Arbeitszylinder 9 ausgebildeten Kammer 28 komprimierte Die Länge der Aufwärtsbewegung des Ringes 13 hängt teilweise von der Größe des Rückstoßes ab. Der Führungsring kehrt dann zum Anschlag 18 zurück, wenn der Schlagkolben seine Abwärtsbewegung während des nachfolgenden

009885/OUB

Arbeitshubes bereits begonnen hat. Infolgedessen ist die Ausgangsstellung des Schlagkolbens zu Beginn eines Jeden Hubes stets die gleiche.

Die Diagramme aus Figur 2A und 2B zeigen, wie der Schlagkolben bei seiner Aufwärtsbewegung in seiner obersten Endlage auf den in Ruhelage befindlichen Führungsring trifft, welcher infolgedessen nach oben in seine oberste Endlage geschleudert wird, dann in seine Normallage zurückkehrt und dort auf den nachfolgenden Arbeitshub des Schlagkolbens wartet, bevor dieser seine tiefste Stellung erreicht hat, in welcher er auf den Bohrstahl auf-, schlägt. Der Schlagkolben wird durch den Führungsring gestoppt und bleibt in dieser obersten Stellung während einer Zeitspanne, welche etwas kürzer ist als die für die Auf- und Niederbewegung des Führungsringes erforderliche Zeit. Infolgedessen liegt die Ruhestellung für den Schlagkolben am obersten Punkt seiner Bewegung, während die Ruhestellung des Führungsringes in dessen tiefster Lage liegt.

Das Diagramm aus Figur 3 zeigt, wie die gesamte Stoßenergie E pro Zeiteinheit und die Stoßenergie e pro Hub sich als Funktion der Schlagzahl des Schlagkolbens ändert. Durch Veränderung des Abstandes a zwischen dem Arbeitskolben 8 und dem Schlagkolben (Fig. 1) in ihren obersten Endlagen, lässt sich die Stoßenergie e pro Hub ebenso wie die gesamte Stoßenergie E verändern. Durch genaue Auswahl dieses Abstandes a lässt sich der Optimalwert für die Gesamtstoßenergie E erreichen. Der Optimalwert wird nicht erreicht, wenn die Stoßenergie e pro Hub ihren Maximalwert erreicht, sondern bei einer etwas höheren Schlagzahl, wie dies aus Figur 3 ersichtlich ist. Diese hohe Schlagzahl lässt sich unmöglich mit bisher bekannten Hammertrieben erreichen, bei denen der

0 0 9 8 8 5/01A 5

Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M, Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße 36

Schlagkolben direkt über die Verbrennungsgase im Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Die Erzielung des Optimalwertes der Stoß- oder Schlagenergie pro Minute ist von großem Vorteil und wird durch den Führungsring 13 ermöglicht, welcher als Hilfsschlagkolben dient.

Während vorstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, sind selbstverständlich den jeweiligen Erfordernissen angepasste Abwandlungen in den angegebenen Druckwerten, der Kolbengeschwindigkeit und der Länge des Kolbenhubes möglich.

Ansprüche;

009885/0145

Claims

Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße Ansprüche

1. Schlagwerkzeug, insbesondere ein tragbarer Gesteins-Schlagbohrer, mit einem druckbeaufschlagbaren Arbeitskolben für den Antrieb eines seine kinetische Energie an ein Einsatzwerkzeug abgebenden Schlagkolbens, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegenüber dem Schlagkolben (12) in dessen Bewegungsrichtung bewegbares Führungsglied (13) für den Schlagkolben und ein die Bewegung dieses Führungsgliedes in einer ersten Richtung begrenzender erster Anschlag (18) vorgesehen sind, ferner eine mittels eines Druckmittels beaufschlagbare Kammer (14) zur Rückführung des Schlagkolbens in einer zweiten entgegengesetzten Richtung und eine das Führungsglied bei einem Schlag des Schlagkolbens auf das Einsatzwerkzeug (22) in eine Ruhelage am ersten Anschlag drückende Anordnung, und daß das Führungsglied einen mit einem Anschlag (15) am Schlagkolben derart zusammenwirkenden Anschlag (16) aufweist, daß der Schlagkolben nach einem Schlag auf das Einsatzwerkzeug durch das ihn in entgegengesetzter Richtung zurückführende Druckmittel in der Kammer (14) bis zur Anlage seines Anschlages am Anschlag des Führungsgliedes rückführbar ist, wobei das Massenverhältnis zwischen dem FÜhrungsglied und dem Schlagkolben derart bemessen ist, daß der beim Rücklauf mit seinem Anschlag auf den Anschlag des Führungsgliedes auftreffende Schlagkolben unter Abgabe seiner kinetischen Energie an das FÜhrungsglied unabhängig vom Rückstoß des Einsatzwerkzeuges und des zu bearbeitenden Materials stets in engbegrenzten Endstellungen arretierbar ist.

2. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das FÜhrungsglied als ein den Schlagkolben (12) konzentrisch umschließender und gleitend mit ihm zusammenwirkender Führungs- -

009885/0145

Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße 36

ring (13) ausgebildet ist und zusammen mit dem Schlagkolben die diesen zurückführende Kammer (14) begrenzt und daß das in dieser Kammer befindliche Druckmittel die den Führungsring gegen den ersten Anschlag (i8) drückende Anordnung bildet.

3. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseteil (21) mit einem den ersten Anschlag bildenden kreisringförmigen Sitz (18) für den Führungsring (13) vorgesehen ist, daß der Führungsring einen einwärts gebogenen Rand (16) aufweist und dieser den Anschlag für einen außenliegenden Ringbund (15) am Schlagkolben (12) bildet.

k. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (8) als über die Kurbelwelle (6) eines Kolbens (3) einer Verbrennungskraftmaschine angetriebener Druckkolben ausgebildet ist und beide Kolben mit ihren Pleuelstangen (5 bezw. 7) an um l80° gegeneinander versetzte Kurbelzapfen der Kurbelwelle angreifen.

5. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen dem Schlagkolben (12) und dem Arbeitskolben (8) in ihren obersten Stellungen derart festgelegt ist, daß bei einer bestimmten Schlagzahl eine optimale Schlagenergie pro Zeiteinheit erzielbar ist.

PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke.

009885/0 1k5

Leerseite