DE1957296A1

DE1957296A1 - Akustische Schlagvorrichtung

Info

Publication number: DE1957296A1
Application number: DE19691957296
Authority: DE
Inventors: Wise Boyd Ashby
Original assignee: General Dynamics Corp
Current assignee: General Dynamics Corp
Priority date: 1968-11-14
Filing date: 1969-11-14
Publication date: 1970-07-09
Also published as: JPS5340739B1; FR2023299A1; GB1293394A; SE7407805A; SE397788B; GB1293395A; DE1957296C3; DE1957296B2; US3570609A; SE390615B

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 12. November 1969 Sch//^{Name d}·^Anm· General Dynamics Corp.

Akustische Schiagvorrichtung

Die Erfindung betrifft Schlagvorrichtungen und insbesondere
Schlagwerkzeuge oder schwingende Stoßwerkzeuge.

Die Erfindung ist besonders geeignet für hydroakustische
Schlagwerkzeuge, die zum Gesteinsbohren verwendet werden. Andere Anwendungen der Erfindung sind die Verarbeitung und Bearbeitung von Materialien, die Metallformgebung, sowie Pflasteraufreißhämmer und andere Anwendungen, welche mechanische Energieimpulse wirksamer verwerten können.

Die bekannten Schlagwerkzeuge haben ein Hammerelement verwendet, das auf einen Amboß schlägt, um Energie mit einer Last
zu kuppeln. In dem Amboßsystem, das einen Bohrstahl und zugehörige Bestandteile enthält, wird Energie verschwendet infolge von Reflexionen der Impulsenergie, die von der Last beim Bohrvorgang nicht absorbiert werden. Diese reflektierte Energie
kann innerhalb der Vorrichtung auch noch andere schädliche Wirkungen verursachen.

Eine Aufgabe der Erfindung ist daher die Ausbildung einer verbesserten Vorrichtung, die für stoßende Sohlagwerkzeuge brauchbar ist.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Ausbildung eines verbesserten Schlagwerkzeuges, in welchem Energie wirksamer auf
eine Last übertragen wird als in den bekannten Werkzeugen der beschriebenen Art.

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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Ausbildung eines verhältnismäßig kleinen Schlagwerkzeuges, bei welchem die oben erwähnten Schwierigkeiten und Nachteile im wesentlichen beseitigt sind.

Es wurde gefunden, daß die Last (z.B. eine 'Gesteinsformation) zum Teil als ein reaktives Element wirkt. Beim Bohren der Gesteinsformation wirkt beispielsweise die durch die Formation gebildete Last in wirksamer Weise als eine Feder und weist während des Zeitintervalls, in dem die Bohrkraft zur Einwirkung kommt, eine Steifheit auf. Obwohl die Gesamtcharakteristik oder langfristige Charakteristik einer Gesteinsformation während der Periode, in der die Eindringungskraft durch den Bohrmeißel auf die Formation zur Einwirkung gebracht wird, eine spezifische Widerstandskomponente aufweisen kann, hat die Formation hauptsächlich eine Steifheitscharakteristik.

Eine Schlagvorrichtung mit einem Hammerelement und einem Amboßsystem, das einen elastischen Schlagfederteil, einen Bohrstahl und Elemente zum Übertragen eines Kraftimpulses vom Hammer auf eine Last aufwefet ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Amboßsystem in Kombination mit der Last durch einen äquivalenten Stromkreis dargestellt wird, der mechanische Analogimpedanzen verwendet, deren Q-Wert so ausgebildet ist, daß derselbe größer ist als etwa 0,7«

Die Erfindung sieht daher ein Amboßsystem für ein Stoßwerkzeug mit einem Hammer vor, wobei das Amboßsystem einen Bohrstahl enthält, mit dessen einem Ende ein Bohrmeißel verbunden ist, während zwischen dem Hammer und dem vom Bohrmeißel abgekehrten Ende des Bohrstahls eine umgebogene Schlagfeder angeordnet ist.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine Schlagvorrichtung gemäß der Erfindung die übertragung von Schlagimpulsen über längere Strecken bewirken kann als die bisher bekannten Anordnungen.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in den Elementen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung die Beanspruchungs-

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grenzen verringert werden können mit Ausnahme der Schlagfeder, die aus besonderen Materialien hergestellt werden kann, welche der· Verwendung unter hoher Beanspruchung Widerstand leisten können.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei den Vorrichtungen gemäß der Erfindung häufig die Beanspruchung des Bohrstahls in wesentlichem Maße verringert wird, das in der Größenordnung von etwa 50% liegen kann.

Die Erfindung wird leichter verständlich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen zeigt:

Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt eines Schlagwerkzeuges gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine typische Lastablenkungskurve für einen Keilbohrmeißel in einer Gesteinsformation,

Fig. 3 in größerem Maßstab einen teilweisen Längsschnitt eines anderen Werkzeuges gemäß der Erfindung, das eine umgebogene Schlagfeder verwendet,

Fig. 4 einen vereinfachten mechanischen Analogstromkreis eines Schlagwerkzeuges gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche Werte der maximalen normalisierten Eingangskraft für verschiedene Q-Werte des Stromkreises gemäß Fig. 4 aufzeichnet,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Kraft, die einer Last in einer bestimmten Zeit zugeführt wird für Q-Werte von 0,2 und 1,0 des Streomkreises gemäß Fig. 4, wobei jede Aufzeichnung eine gleiche Schlagenergie aufweist.

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Gemäß Fig. 1 weist eine Schlagvorrichtung gemäß der Erfindung ein Gehäuse 10 auf, das einen Hammer 18 trägt, welcher aus einer massiven zylindrischen Stange besteht, die aus zähem Material hergestellt ist, wie z.B. einer Stahllegierung. Das Gehäuse 10 ist mit einer Bohrung versehen, in welcher ein Amboßsystem 24 angeordnet ist. Das Amboßsystem 24 besteht aus einer Hülse 26, einem Führungsteil 30 und einer Lagereinrichtung 32, die zwischen der Hülse 26 und dem Boden 30a des Führungsteils 30 angeordnet ist. Das Amboßsystem 24 enthält ferner einen hohlen zylindrischen Schaft 34, der als Bohrstahl bezeichnet wird. Der Schaft 34, der am Arbeitsende mit einem Bohrmeißel 48 versehen ist, besteht aus einer Anzahl von Abschnitten, die an Verbindungsstellen miteinander verschraubt werden können, z.B. bei 36. Der Schaft 3^ ist relativ zur Hülse 26 beweglich. Das obere Ende 34a des Schaftes 34 ist angrenzend an die Lagereinrichtung 32 angeordnet. Der Schaft 34 weist quer zu seinem inneren Umfang einen Steg 38 auf. Vom Schaft 3^ erstrecken sich im Bereich des Steges 38 Fortsätze 40 durch Öffnungen 42 in der Hülse 26, welche als Anschläge dienen, um die Abwärtsbewegung des Ambosses zu begrenzen.

Das Amboßsystem 24 enthält außerdem eine elastische Feder 44 aus einem Material, wie z.B. Titanlegierung. Das untere Ende der Feder ist durch eine Schraube 45 am Steg 38 befestigt. Eine Kappe 46 aus zähem Stahl am oberen Ende der Feder 44 vervollständigt das Amboßsystern 24. Die Feder 44 bildet eine Druckfeder, um die Übertragung von Impulsenergie auf die Last zu verbessern, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird.

Außer während des Schlages befindet sich die am oberen Ende des Ambosssystems 24 angeordnete Kappe 46 im Abstand vom unteren Ende des Hammerelements 18. Die Anordnung ist derart, daß die Schwingbewegung des Hammers 18 unbehindert ist, außer während des Bruchteils des Zyklus, in welchem der Schlag erfolgt. Während des Schlages wird ein Teil dieser Energie dem Amboßsystem 24 erteilt. Diese Trennung oder Entkupplung des Hammers 18 und des Amboßsystems 24 ist auch vorteilhaft, weil die Schwingungsbewegung des Hanmers während des Auslö'sens von .Schwingungen nicht gedrosselt werden kann. Da der Amboß vom Hammer entkuppelt ist, entzieht derselbe

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dem Hammer keine Energie, bis die Schwingung tatsächlich ausgeführt ist. Eine vollständige Beschreibung eines entsprechenden Hammers und Amboßsystems ist der amerikanischen Patentschrift 3 3Ö2 932 zu entnehmen.

Fig. j5 zeigt eine Ausführungsform einer Schlagvorrichtung 60 mit einer umgebogenen Schlagfeder 62, die in einer kleineren Schlagvorrichtung verwendet werden kann, wie z.B. einem Druckluftbohrer. Die Vorrichtung 60 weist einen Hammer 64, eine umgebogene Feder 62 und ein Amboßsystem 68 auf, das einen (nicht dargestellten) Bohrstahl enthält.. Der Hammer 64 ist ein zylindrischer Teil, der mit einer zylindrischen Bohrung 70 versehen ist, in welcher die Feder 62 angeordnet ist. Die Feder ist durch Bolzen 74 am unteren Ende des Hammers 64 befestigt und erstreckt sich von dort mit einem Arm 62a in der Bohrung JO nach oben bis zu einer Stelle in der Nähe des oberen Endes derselben. Der Arm 62a ist mit einem Arm 62b verschweißt, der sich nach unten bis zu einer Stelle erstreckt, an welcher derselbe in einen blockför-ä migen Teil 78 endet. Während eines Schlagstoßes wird der Arm 62a auf Zug*beansprucht, während der Arm 62b unter Druck gesetzt wird. Die Arme müssen selbstverständlich nicht in der gezeigten Stellung angeordnet werden und brauchen nicht die gleichen Querschnittsflächen aufzuweisen.

Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Masse der Feder als ein Teil der Masse des Hammers angesehen werden kann, f so daß ausschließlich der Masse der Feder eine kleinere Hammermasse erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Masse der Teile zwischen dem Hammer und der Feder, welche gewöhnlich die Amboßoberfläche ist, und mit welcher gewöhnldda eine Massenkonzentration verbunden sein wird, sich mit der Feder bewegt und nicht als ein isolierendes Element zwischen dem Hammer und der Feder wirkt. Es ist auch richtig, daß die auf den Amboß 68 wirkenden Kräfte geringer sind. Dieselben können daher kleiner gemacht werden und werden trachten, einen Übergang der Quer« schnittsfläohe vom S chi ag sys tem auf den Bohrstahl mit einer kleineren lingieichföriTiigkeit zu ermöglichen, als vorhanden wäre, wenn die Foder vom Hammer getrennt werden könnte«

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In Fig. 2 ist die Ablenknngseharakteristik einer typischen Gesteinsformation dargestellt, wie z.B. Granit, Kalkstein, Marmor oder Sandstein. Das Eindringen eines keilförmigen Werkzeuges in die Gesteinsformation erfolgt mittels einer Reihe aufeinanderfolgender spröder Frakturen. Zur Erleichterung der Analyse kann die aufsteigende Linie vom Nullpunkt bis zu einer Stelle der maximalen Belastung und Ablenkung einer geraden Linie angenähert werden. Eine genaue Beschreibung der Ablenkungscharakteristik ist in den Spalten 10 und 11 der amerikanischen Patentschrift 3 382 922 gegeben.

Die bei Jedem Schlag absorbierte Energie entspricht der unterhalb der Kurve liegenden Fläche, als welche zur Erleichterung der Analyse das Dreieck ABCA angesehen werden kann. Vom analytischen Gesichtspunkt kann daher die Last als eine Feder angesehen werden, welche während der Periode, in der Energien absorbiert werden, eine Steifheit aufweist:

K_L=F_L/P_L (1)

worin bedeutet: K_T Steifheit der Last

Jj

F_T Kraft der Last

Jj

Pt Eindringen in die Last

Die Energie der. Last ist:

W_L = 1/2 F_L P_L = 1/2 (F_L) /K_L (2)

Wie Fig. 2 zeigt, wird die von der Gesteinsformation absorbierte Energie während des aufsteigenden Teils des Kraftimpulses zugeführt und nicht während der absteigenden hinteren Kante der Ablenkungscharakteristik.

In Fig. 4 ist ein vereinfachter Analogstromkreis mit konzentrierter konstanter äquivalenter mechanischer Impedanz für die Vorrichtung gemäß Fig. 1 oder Fig. J5 dargestellt. Der Stromkreis enthält die Federnachgiebigkeit C₃, einen Bohrstahl mit der Widerstandscharakteristik R und die Lastnachgiebigkeit Cj-, deren Korn-

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bination zur Hammermasse parallel ist, welche durch eine Masse M dargestellt wird. Ein mechanischer Schalter S. ist parallel zu M und ein mechanischer Schalter Sp ist parallel zu CL.

Die Hammermasse M entwickelt eine Geschwindigkeit V, die durch den Schalter S₁ bis zum Zeitpunkt des Schlages kurzgeschlossen wird. Der Schalter 3.. öffnet sich zum Zeitpunkt des Schlages, was erfordert, daß die Energie der Masse M mit dem Rest des Stromkreises gekuppelt wird.

Das Element C₃, das die Schlageder darstellt, dient zur Regelung der Geschwindigkeit der Energieübertragung und erzeugt eine Impulsform, die von der Last in größerem Maße absorbiert wird, was zu einer verbesserten Energieübertragung führt.

Das Element R, das den Bohrstahl darstellt, ist entsprechend der Übertragungsieitungstheorie behandelt. Für die meisten Zwecke sind die Verluste gering und der Bohrstahl kann als eine verlustlose Leitung angesehen werden mit einer spezifischen Impedanzcharakteristik und einer Fortpflanzungskonstante, die gleich seiner Phasenkonstante ist.

Bei den meisten praktischen Bohranwendungen ist der Bohrstahl lang genug, so daß derselbe die Energieübertragung vom Hammer auf die Last beeinflußt und ist daher im Stromkreis entsprechend darzustellen. Dies gilt für Bohrstähle mit mehr als etwa 60 cm Länge. Bei den vielen Anwendungen, in denen verschiedene Längen des Bohrstahls verwendet werden, wird die Wirkung in ihrem Einfluß vervielfacht und trachtet, vorherrschend zu werden. Bei bestimmten Bohranwendungen, die Werkzeuge mit einem nach unten gerichteten Loch verwenden, ist kein Bohrstahl als solcher vorhanden. Selbst in diesem Fall ist eine entsprechend ausgebildete Schlagfeder wünschenswert, um die Höhe der Oberflächenbeanspruchung zu verringern.

Die Impedanzcharakteristik R des Bohrstahls wird annähernd definiert durch das kombinierte Produkt der Dichte, der Schallgeschwindigkeit in der Längsrichtung und die Querschnittsfläche des

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gleichmäßigen Querschnitts des Bohrstahls zwischen den Endkupplungen .

Eine genauere Definition, welche ungleichmäßige Eigenschaften des Bohrstahls berücksichtigt, besteht darin, daß die gewünschte Impedanz des Bohrstahls die Übertragungsimpedanz ist, welche das Verhältnis der Kraft zur Verschiebung ist, wobei die Kraft bei der Impulsfrequenz und Amplitude auf das obere Ende des Bohrstahls zur Einwirkung kommt und die Ablenkung am unteren Ende des Bohrstahls gemessen wird, wenn der Bohrstahl so endet, daß am unteren Ende keine Reflektion erfolgt. Es wurde nicht als notwendig befunden, eine solche Definition der Impedanz in der Praxis zu verwenden. Vielmehr hat die im vorhergehenden Absatz angegebene Defj/tion ausgepicht, d.h. die Impedanzcharakteristik, die abgeleitet ist vom Gewicht pro Längeneirneit des Bohrstahls und von den veröffentlichten Werten der Dichte und der Schallgeschwindigkeit im Material des Bohrstahls.

Die Last-nachgiebigkeit C₇. ist der Wert, der durch das Verhältnis der maximalen Ablenkung der Last zur maximalen Kraft der Last bestimmt wird, das durch die in Fig. 2 gezeigte Ablenkungscharakteristik angegeben ist. Der Wert, der von Interesse ist, entspricht dem auJSbeigenden Teil der Ablenkungscharakteristik. Der absteigende Teil der Ablenkungscharakteristik kann entsprechend simuliert werden durch Einschluß des Schalters S₂* der augenblicklich geschlossen wird, um die längs des Weges B-C in Pig. 2 gespeicherte Energie zu zerstreuen. Dieser Kunstgriff genügt, weil die kleine Energiemenge, die tatsächlich längs des absteigenden Teils der Ablenkungscharakteristik in das System zurückgeführt wird, gewöhnlich nicht nutzbar ist, sondern durch mehrfache Auf- und Abwärtsbewegungen rund um den Bohrstahl zerstreut wird.

Zur Erörterung der Ablenkung mechanischer Stromkre ise kann auf viele Veröffentlichungen Bezug genommen werden, welche mechanische Analogimpedanzen betreffen, wie z.B. auf das Buch von Mason, "Electromechanical Transducers and Wave Filters ", Verlag Van Nostrand, New York 19^2 und das Buch von Olson, "Dynamical Analogs", Verlag Van Nostrand-, New York

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Nicht alle mechanischen Systeme können durch Analogstromkreise mit einer konzentrierten konstanten mechanischen Impedanz dargestellt werden. Damit der Hammer aus einer konzentrierten Masse M besteht, soll derselbe eine vernachlässigbare Zeitverzögerung der Übertragung der Kraft bei der Impulsffequenz von irgendeinem wesentlichen Element seiner Gesamtmasse auf die Aufschlagstelle aufweisen (gewöhnlich das obere Ende der Schlagfeder). Dieses Erfordernis ist hinreichend erfüllt, wenn die Zeitverzögerung kleiner ist als 1/24 eines vollständigen Zyklus bei der Impulsfrequenz. Das Erfordernis ist am Rande erfüllt, wenn die Verzögerung 1/12 der Periode bei der Impulsfrequenz beträgt. Zur Erleichterung der Ausbildung kam ein kleiner Teil der Hammermasse von der Erfüllung dieses Erfordernisses ausgenommen werden. Als ein wesentliches Element der Masse kann irgendein Massenelement angesehen werden, außer jenem 1/10 der Gesamtmasse, welches die größte Zeitverzögerung aufweist, obwohl es keine getrennte oder absolute Proportion der Masse gibt, die genau konzentriert werden muß.

Für einen gleichmäßigen zylindrischen Hammerkit einer axialen Schlaggeschwindigkeit sind die obigen Kriterien erfüllt, wenn der Hammer eine Länge von weniger als 1/24 eher Wellenlänge bei der Impulsfrequenz aufweist oder am Rande eine Länge von 1/12 einer Wellenlänge. Eine Wellenlänge im Hammer ist das Verhältnis der Schallgeschwindigkeit im Hammer zur Impulsfrequenz.

Damit die Schlagfeder eine konzentrierte Nachgiebigkeit C_g besitzt, soll dieselbe eine vernachlässigbare Zeitverzögerung der Übertragung der Kraft bei der Impulsfrequenz von der Krafteingangsfläche der Feder zu der Kraftausgangsfläche der Feder aufweisen. Dieses Erfordernis ist hinreichend erfüllt, wenn die Zeitverzögerung kleiner ist als 1/24 der Periode eines vollständigen Zyklus bei der Impulsfrequenz. Das Erfordernis ist am Rande erfüllt, wenn die Verzögerung 1/12 einer Periode bei der Impulsfrequenz beträgt. Für eine gleichmäßige zylindrische Feder, die axial belastet ist, ist es zum obigen äquivalent, wenn die Feder eine Länge von weniger als 1/24 einer Wellenlänge bei der Impulsfrequenz aufweist oder am Rande eine Länge von 1/12 einer Wellenlänge. Eine Wellenlänge in der Feder ist das Verhältnis der Schallgeschwindigkeit in der Feder zur Impulsfrequenz.

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Wie aus Pig. 4 ersichtlich ist, kann bei Berücksichtigung nur eines einzigen Kraftimpulses die normalisierte Eingangskraft ge funden werden aus der Gleichung:

RV ^ Q w

TT η

₌ t Sih/₁27rVn wennril > /

worin bedeutet:

P = die Kraft am oberen Ende des Bohrstahls J- (1 - 1/4Q²)¹/²

V= (1/4Q² - 1)^1/2

Q = RcOc₃ 2 // mal dem Verhältnis der gespeicherten Energie zu

der pro Zyklus zerstreuten Energie

€ = Basis (Napier¹sehe Logarithmen)

R=P (Dichte) . c (Schallgeschwindigkeit im Bohrstahl) . S (Querschnittsfläche des Bohrstahls)

V = Schlaggeschwindigkeit

F/RV = normalisierte Eingangskraft

η = Bruchteil der sich wiederholenden Impulsperiode, während welcher der Schlag erfolgt

Unter Verwendung der Gleichung (3) ist Fig. 5 eine Aufzeichnung der maximalen Kraft gegen den Wert Q für gleiche Werte der Schlagenergie mit dem gleichen Bohrstahl. Der bevorzugte Arbeitsbereich für den Wert Q ist dargestellt (nämlich von 0,7 - 1,5).

Fig. 6 veranschaulicht die normalüsierte Kraft, die der gleichen Last für die Werte Q = 0,2 (ohne Schlagfeder) und Q = 1,0 (mit Schlagfeder) des Stromkreises bei gleicher Schlagenergie zugeführt wird. Ein Vergleich dieser Werte des Stromkreises zeigt, daß die Schlagfeder (Q = 1,0) die Beanspruchung im Bohrstahl wesentlich verringert hat, während gleichzeitig die der Last zuge-

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führte Kraft um etwa 68$ vergrößert wurde. Vom Standpunkt der Energie gesehen, beträgt die durch die erste Ankunft des Kraftimpulses erzeugte Energie ungefähr das 2,9fache, wenn die Schlagfeder verwendet wird.

Zusätzljfch zu den obigen Gleichungen können die folgenden Gleichungen verwendet werden bei der Ausbildung der verschiedenen Größen und bei der Auswahl der Elemente, welche die Schlagvorrichtungen enthalten, um den richtigen Stromkreis Q zu erzielen:

e* JL ££

/2 CJ Il Κ*

S ^ EL·

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worin bedeutet:

CO = Impulsfrequenz

C„ = 1/K^ = Nachgiebigkeit der Feder

M = Hammermasse 1 = Länge der Schlagfeder

C₁ = Schallgeschwindigkeit in der Schlagfeder C_T = 1/K, = Nachgiebigkeit der Last

3 = Querschnittsfläche des Bohrstahls
ό = Beanspruchung in kp/cm

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Das erfindungsgemäße Verfahren der Auswahl der Schlagsystemelemente besteht aus einer Anzahl von in gegenseitiger Beziehung stehenden Schritten, die in Beziehung aufeinander ausgeführt werden müssen. Eine logische Reihenfolge ist nachstehend angegeben, welche mit einer Definition der Lasterfordernisse beginnt. Gewünschtenfalls kann zuerst ein Schlagsystem ausgebildet und dann bestimmt werden, für welche Last dasselbe verwendet werden soll. Es ist auch möglich (aber weniger wahrscheinlich), daß zuerst ein Bohrstahl ausgewählt wird und dann entweder die Last oder die Schlagelemente auszuwählen. Wie bereits erwähnt, beginnt die folgende logische Reihenfolgebit einer Definition der Ablenkung für eine typische Last im mittleren Bereich. Hierauf werden das Material und der Querschnitt eines Bohrstahls ala ausgewählt, der durch die Kraft eines? hohe, aber annehmbare Beanspruchung erfährt. Eine hohe Beanspruchung ergibt einen leichtgewichtigen Bohrstahl und einen niedrigen Wert der erforderlichen statischen Belastung, welche beide gewöhnlich wünschenswert sind. Dann wird eine Kombination der Schlagfeder und des Hammers berechnet, welche unter Verwendung des ausgewählten Bohrstahls die Ablenkung und die Kraft der Last ergibt.

Zwecks guter Wirksamkeit der Energieabsorption soll eine Feder verwendet werden, die weich genug ist, damit der Stromkreis gemäß Fig. 4 einen Wert Q von etwa 0,7 oder mehr aufweist. Im wesentlichen alle Vorteile einer Schlagfeder werden bei einem Wert Q von 1,5 erreicht und es wurde gefunden, daß höhere Werte als dieser die Höhe der Beanspruchung in der Feder zu vergrößern trachten ohne verhältnismäßige Gewinne bei der Absorption der Lastenergie. Hierauf wird die erforderliche Schlaggeschwindigkeit für den gewählten Hammer und die Lastenergie berechnet. Schließlich ist der (pneumatische, hydraulische, hydroakustische, elektrische oder ein anderer) Hammerantrieb auszubilden, um die erforderlichen Werte der Schlaggeschwindigkeit und Schlagfrequenz, sowie andere Parameter für den gewählten Hammer zu erhalten.

Wenn für Q sowohl der untere Grenzwert von etwa 0,7 als auch der obere Grenzwert von etwa 1,5 berücksichtigt wird, liegt für eine gute Ausbildung ein bevorzugter Bereich für Q, zwischen 0,7 und 1,5* Für die meisten Zwecke stellt ein Wert Q von etwa 1,0 eine G 24/50 009828/0999 ~¹²"

zufriedenstellende Auswahl dar.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen beisjLelsweisen Ausführungsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche

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Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD ■ Dipl.-I ng. H. BERKEN FELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen zur Eingabe vom 12. November 1969 Sch//1*"™d-Anm· General Dynamics Corp. Patentansprüche

1. Schlagvorrichtung mit einem Hammerelement und einem Amboßsystem, das einen elastischen Schlagfederteil, einen Bohrstahl und Elemente zum Übertragen eines Kraftimpulses vom Hammer auf eine Last aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Amboßsystem (24) in Kombination mit der Last durch einen äquivalenten Stromkreis dargestellt wird, der mechanische Analogimpedanzen verwendet, deren Q-Wert so ausgewählt ist, daß derselbe größer ist als etwa 0,7.

2. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem äquivalenten Stromkreis die Last durch eine Nachgiebigkeit (C_L) dargestellt ist, daß der Bohrstahl nach der Übertragungsieitungstheorie so dargestellt ist, daß derselbe eine mit der Last verbundene Impedanzcharakteristik (R) aufweist, daß der Schlagfederteil durch eine konzentrierte Nachgiebigkeit (C₃) dargestellt ist, welche zum oberen Ende des Bohrstahls parallel gesohaltet ist, daß das Hammerelement durch eine konzentrierte Masse (M) dargestellt ist, die während des Schlages zum oberen Ende des Bohrstahls parallel geschaltet ist, und daß der Wert(Q)des Stromkreises die Impedanz (R) des Bohrstahls ist, multipliziert mit der Quadratwurzel aus dem Verhältnis der Schlagfedernachgiebigkeit (C₃) zur Hammermasse (M).

3. Schlagvorrichtung nach Anspruch 2, daduroh gekennzeichnet, daß der Wert(Q)des Stromkreises als zwischen 0,7 und 1,5 liegend ausgewählt wird.

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4. Schlagvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Feder (62) umgebogen ist und daß. ein Teil (62a) derselben auf Zug beanspruhht wird, während ein anderer Teil (62b) unter Druck gesetzt wird, wenn die Feder (62) einen Schlag vom Hammerelement (64) aufnimmt.

5· Schlagvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (62) (bei 74) mit dem Hammerelement (64) teerbunden ist.

6. Amboßsystem für ein Stoßwerkzeug, das einen Hammer aufweist und einen Bohrstahl enthält, mit dessen einem Ende ein Bohrmeißel verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hammer (64) und dem vom Bohrmeißel (48) abgekehrten Ende des Bohrstahls (24) eine umgebogene Schlagfeder (62) angeordnet ist.

7. Amboßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (62) vom Hammer (64) getragen wird.

8. Amboßsystem nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß der Hammer (64) an dem dem Bohrstahl (68) zugekehrten Ende eine Bohrung (70) zur Aufnahme der umgebogenen Feder (62) aufweist, daß die Feder innerhalb der Bohrung durch Halteelemente (74) befestigt ist und daß die umgebogene Feder (62) aus einem äußeren Teil (62a) und einem inneren Teil (62b) besteht, wobei sich wenigstens der innere Teil (62b) über die Hammerfläche hinaus erstreckt, um von dem Bohrstahl (68) beaufschlagt zu werden.

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