DE1957296C3

DE1957296C3 - Schlagwerkzeug

Info

Publication number: DE1957296C3
Application number: DE1957296A
Authority: DE
Inventors: Boyd Ashby Penfield N.Y. Wise (V.St.A.)
Original assignee: General Dynamics Corp
Current assignee: General Dynamics Corp
Priority date: 1968-11-14
Filing date: 1969-11-14
Publication date: 1979-05-03
Also published as: SE7407805A; DE1957296B2; FR2023299A1; US3570609A; GB1293394A; JPS5340739B1; GB1293395A; DE1957296A1; SE390615B; SE397788B

Description

Die Erfindung betrifft ein Schlagwerkzeug mit einem Hammer und einem Amboßsystem, das aus einem Amboß, einem mit diesem verbindbaren, einen Meißel tragenden Bohrstahl und einer zwischen Hammer und Amboß angeordneten Schlagfeder besteht, die eine vorgegebene Nachgiebigkeit aufweist.

Bei einem bekannten Schlagwerkzeug dieser Art (CH-PS 4 43 189) weist der Hammer eine Schlagfeder in Form einer Schraubenfeder auf, die bei jedem Schlag zusammengedrückt wird und anschließend nachschwingt. Durch die Feder entsteht in Verbindung mit der Masse des Hammers und dem ehenfalls nachgiebigen Bohrgestänge ein System, bei dem eine große Schlagenergie auf den Bohrstahl und über diesen auf das Gestein übertragen wird. Die Feder bewirkt, daß die auf den Bohrstahl einwirkenden Kraftimpulse hinsichtlich Form und Dauer diejenigen Eigenschaften haben, die ium Zerschlagen der Last (des Gesteins) günstig sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß auch die Last eine gewisse Steifigkeit und damit eine federnde Wirkung hat (US-PS 33 82 932; 33 71 726). Dabei wird die von dem Hammersystem dargestellte Impedanz durch geeignete Wahl der Federsteifigkeit an die Impedanz der Erdformation angepaßt, und die Schlagimpulse erhalten eine solche Form, daß sie möglichst von der Erdformation absorbiert werden sollen.

Ferner ist es bekannt, im Zuge eines Bohrgestänges ein schraubenlinienförmiges federndes Zwischenstück anzubringen, das eine solche Masse und Elastizitätskonstante hat, daß die sich ergebende natürliche Resonanzfrequenz der interessierenden Vibrationsfrequenz des Schlaghammers angepaßt ist (US-PS 31 39 146).

Bei Schlagwerkzeugen mit Schlagfcder wird in Folge von Reflektionen der Impulsenergie Energie vergeudet, die von dem Gestein nicht absorbiert wird. Diese reflektierte F.nergie beansprucht das Bohrgestänge in hohem Maße und führt zu frühzeitigen Brüchen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Schlagwerkzeug der eingangs genannten Art eine Charakteristik für das Amboßsystem anzugeben, mit der die Schlagenergie wirksamer auf das Gestein übertragen und die Energieverluste im Bohrstahl und damit auch die Belastung des Bohrstahls verringert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Amboßsystem eine Charakteristik aufweist, gemäß der die Quadratwurzel des Verhältnisses des Hammers multipliziert mit dem Produkt aus der Dichte des Materials des Bohrstahls, der Querschnittstläche des Bohrstahls und der Schallgeschwindigkeit in dem Material des Bohrstahls eine Zahl größer als 0,7 ist Beim Schlagen oder Schlagbohren wirkt die Last (z, B. eine Gesteinsfonnation) zum Teil als reaktives ίο Element Die Last hat während des Zeitintervalls des Schiagens die Wirkung einer Feder mit einer bestimmten Steifigkeit Obwohl die Gesamtcharakteristik oder Langzeitcharakteristik einer Gesteinsformation während der Periode des Eindringens des Bohrmeißels

r> zusätzlich eine bestimmte Widerstandskomponente aufweisen kann, steht die Steifigkeit bzw. die Federcharakteristik jedoch im Vordergrund Durch die beschriebene Auswahl der Charakteristik Q des Amboßsystems können Schlagimpulse über längere Strecken des

2(i Bohrstahls hinweg unter Verringerung der im Bohrstahl verbrauchten Verlustenergie wirksam übertragen werden. Damit wird gleichzeitig die Belastung des Bohrstahis, d.h. des Bohrgestänges, verringert Die Schlagfeder selbst, die allerdings stark belastet wird,

2'> kann aus besonders widerstandsfähigem Material hergestellt werden. Durch die genannte Bemessung der Charakteristik C?des Amboßsystems wird die Beanspruchung des Bohrstahls in einem Maße verringert das in der Größenordnung von etwa 50% liegen kann.

i» Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schlagfcder gefaltet ausgebildet und am amboßseitigen Ende des Hammers angeordnet ist Ein Hammerkolben, der zur Bildung eines durchgehenden Schlagwellenweges in zwei koaxialen Hülsen angeordnet ist.

η wodurch der Schiagweilenweg etwa die dreifache Länge des Kolbens erhält, ist allerdings für sich genommen bekannt (US-PS 27 87 984).

Im folgerden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt

F ι g. 1 einen vereinfachten Längsschnitt eines Schlagwerkzeugs,

F i g. 2 eine typische Lastablenkungskurve für einen Keilbohrmeißel in einer Gesteinsformation,

r> Fig.3 in größerem Maßstab einen teilweisen Längsschnitt eines anderen Werkzeugs, das eine umgebogene Schlagfeder verwendet,

Fig. 4 einen vereinfachten mechanischen Analogstromkreis eines Schlagwerkzeugs,

.π Fig. 5 eine graphische Darstellung der maximalen normalisierten Eingangskraft für verschiedene Q- Werte des Stromkreises gemäß F i g. 4 und

F ι g. 6 eine graphische Darstellung der Kraft, die einer Last in einer bestimmten Zeit geführt wird, für

v, Q-Werte von 0,2 und 1,0 des Stromkreises gemäß F i g. 4, wobei jede Aufzeichnung eine gleiche Schlagenergie aufweist.

Gemäß Fig. 1 weist eine Schlagvorrichtung ein Gehäuse 10 auf. das einen Hammer 18 trägt, welcher aus

hu 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

hi 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

.-Is Bohrstahl bezeichnet wird. Der Schaft 34, der am Arbeitsende mit einem Bohrmeißel 48 versehen ist, besteht aus einer Anzahl von Abschnitte· ι, die an Verbindungsstellen miteinander verschraubt werden können, z. B. bei 36. Der Schaft 34 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. V->m Schaft 34 erstrecken sich im Bereich des Steges 38 Fortsätze 40 durch öffnungen 42 in der Hülse 26, welche als Anschläge dienen, um die Abwärtsbewegung des A mbosses 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 Amboßsystem 24. Die I^eder 44 bildet eine Druckfeder, um die Übertragung von Impulsenergie auf die Last zu verbessern, wie nachstehend iioch 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 Entkupp lung des Hammers 18 und des Amboßsystems 24 ist auch vorteilhaft, weil die Schwingungsbewegung des Hammers während des Auslösens von Schwingungen nicht gedrosselt werden kann. Da der Amboß vom Hammer entkuppelt ist, entzieht derselbe dem Hammer keine Energie, bis die Schwingung talsächlich ausgeführt ist. Eine vollständige Beschreibung eines entspre chenden Hammers und Amboßsystems ist der amerikanischen Patentschrift 33 82 932 zu entnehmen.

F i g. 3 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 70 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 blockförmigen 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 ir. 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, 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 gewöhnlich 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 Obergang der Querschnittsfläche vom Schlagsystem auf den Bohrstahl mit einer kleineren Ungleichförmigkeit zu ermöglichen, als vorhanden wä^-e, wenn die Feder vom Hammer getrennt werden könnte. In Fig.2 ist die Ablenkungscharakteristik einer

κι typischen Gesteinsformation dargestellt wie z. ß. Granit Kalkstein, Marmor oder Sandsteia 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 !0 und 11 der US-Patentschrift 33 82 932 gc-

>o geben.

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 Gesichts-

2Ί punkt kann dther die Last als eine Feder angesehen werden, welche während der Periode, in der Energien absorbiert werden, eine Steifheit aufweist:

K₁. = F₁JP₁. (1)

worin bedeutet:

K_L Steifheit der Last
Fi. Kraft der Last

Pi Eindringen in die Last

Die Energie der Last ist:

H, = 1/2 F₁. P₁. = HHFrIrIK₁. (2)

4(i Wie F i g. 2 zeigt, wird die von der Gesteinsformation absorbierte Energie während des aufsteigenden Teils des Kraftimpulses zugeführt und nicht während der absteigenden hinteren Kante der Ablenkungscharaktenstik.

π In Fig.4 ist ein vereinfachter Analogstromkreis mit konzentrierter konstanter äquivalenter mechanischer Impedanz für die Vorrichtung gemäß F i g. 1 oder F i g. 3 dargestellt. Der Stromkreis enthält die Federnachgiebigkeit Cs, einen Bohrstahl mit der Widerstandscha-

-,(i rakteristik R und die Lastnachgiebigkeit Cl, deren Kombination zur Hammermasse parallel ist, welche durch eine Masse M dargestellt wird. Ein mechanischer Schalter S\ ist parallel zu M, und ein mechanischer Schalter S2 ist parallel zu Ci,

-,-, Die Hammermasse M entwickelt eine Geschwindigkeit V, die durch den Schalter S] bis zum Zeitpunkt des Schlages kurzgeschlossen wird. Der Schalter 5i öffnet sich zum Zeitpunkt des Schlages, was erfordert, daß die Energie der Masse M mit dem Rest des Stromkreises

Wi gekuppelt wird.

Das Element Cs, das die Schlagfeder darstellt, dient zur Regelung der Geschwindigkeit der Energieübertragung und erzeugt eine Impulsform, die νυη der Last in größerem Maße absorbiert wird, was zu einer

h", verbesserten Energieübertragung führt.

Das Element R, das den Bohrstahl darstellt, ist entsprechend der Übertragiingsleitungsiheorie behandelt. Kür 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 Phasenkoasiante ist.

Bei den meisten praktischen Bohranwendungen ist der Dohrstahl 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 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 Reflexion erfolgt Es wurde nicht als notwendig befunden, eine solche Definition der Impedanz in der Praxis zu verwenden. Vielmehr hat die im vorhergehenden Absatz angegebene Definition ausgereicht, d. h. die Impedanzcharakteristik, die abgeleitet ist vom Gewicht pro Längeneinheit des Bohrstahls und von den veröffentlichten Werten der Dichte und der Schallgeschwindigkeit im Material des Bohrstahls.

Die Lastnachgiebigkeit Cl ist der Wert, der durch das Verhältnis der maximalen Ablenkung der Last zur maximalen Kraft der Last bestimmt wird, das durch die in F i g. 2 gezeigte Ablenkungscharakteristik angegeben ist. Der Wert der von Interesse ist, entspricht dem aufsteigenden Teil der Ablenkungscharakteristik. Der absteigende Teil der Ablenkungscharakteristik kann entsprechend simuliert werden durch Einschluß des Schalters Sb, der augenblicklich geschlossen wird, um die längs des Weges B-Cin Fig.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 Stromkreise 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 1942, und das Buch von Olson, »Dynamical Analogs«, Verlag Van Nostrand, New York 1943.

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 Impulsfrequenz von irgendeinem wesentlichen Element seiner Gesamtmas^r) se auf die Aufschlagstelle aufweisen (gewöhnlich das obere Ende der Schlagfeder). Dieses Erfordernis ist hinreichend erfüllt, wenn die Zeitverzögerung kleiner ist als '/24 eines vollständigen Zyklus bei der Impulsfrequenz. Das Erfordernis ist am Rande erfüllt, wenn die

in Verzögerung V12 der Periode bei der Impulsfrequenz beträgt. Zur Erleichterung der Ausbildung kann ein kleiner Teil der Hammermasse von der Erfüllung dieses Erfordernisses ausgenommen werden. Als ein wesentliches Element der Masse kann irgendein Massenelement

ι··* angesehen werden, außer jenem ¹Ao 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 Hammer mil

.'(i einer axialen Schlaggeschwindigkeit sind die obiger Kriterien erfüllt, wenn der Hammer eine Länge vor weniger als '/24 einer Wellenlänge bei der Impulsfrequenz aufweist oder am Rande eine Länge von V12 einei Wellenlänge. Eine Wellenlänge im Hammer ist da«

2-) Verhältnis der Schallgeschwindigkeit im Hammer zui Impulsfrequenz.

Damit die Schlagfeder eine konzentrierte Nachgiebigkeit Cs besitzt, soll dieselbe eine vernachlässigbar« Zeitverzögerung der Übertragung der Kraft bei dei

jo Impulsfrequenz von der Krafteingangsfläche der Fedei zu der Kraftausgangsfläche der Feder aufweisen. Dieses Erfordernis ist hinreichend erfüllt, wenn die Zeitverzögerung kleiner ist als V24 der Periode eines voliständi gen Zyklus bei der Impulsfrequenz. Das Erfordernis isi

j-, am Rande erfüllt wenn die Verzögerung V12 ehei Periode bei der Impulsfrequenz beträgt Für ein« gleichmäßige zylindrische Feder, die axial belastet ist, isi es zum obigen äquivalent wenn die Feder eine Läng« von weniger als V24 einer Wellenlänge bei dei

4(i Impulsfrequenz aufweist oder am Rande eine Länge vor >/i2 einer Wellenlänge. Eine Wellenlänge in der Feder is:

das Verhältnis der Schallgeschwindigkeit in der Fedei zur Impulsfrequenz.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, kann bei Berücksichti

4", gung nur eines einzigen Kraftimpulses die normalisiertf Eingangskraft gefunden werden aus der Gleichung:

-RV ⁼ yQ ^Sln27/" ^Wenn W "

S(I _ ·"

— j£— sin h 2 π r 11 wenn ,._T > 1

ν Q 4Q²

worin bedeutet:
F = die Kraft am oberen Ende des Bohrstahls

γ = (1-1/4Q²)"³

Q = RmCs 2 Π mal dem Verhältnis der gespei

cherten Energie zu der pro Zyklus verlorener bo Energie

ε = Basis (Napiersche Logarithmen)

R - ρ (Dichte) · c (Schallgeschwindigkeit in

Bohrstahl) · 5 (Querschnittsfläche des Bohr

Stahls)

bi V = Schlaggeschwindigkeit
F/RV = normalisierte Eingangskraft
n = Bruchteil der sich wiederholenden Impulspe

node, während welcher der Schlag erfolgt

Unter Verwendung der Gleichung (3) ist Fig. 5 eine Aufzeichnung der maximalen f'raf! gegen den Wert Q für gleiche Werte der Schlagenergie mit dem gleichen Bohrstahl. Der bevorzugte Arbeitsbereich B für den Wert Q liegt zwischen 0,7 und 1,5 Der Bereich A kennzeichnet die Verhältnisse ohne Schlagfeder.

Fig.6 veranschaulicht die normalisierte Kraft, die der gleichen Last für die Werte Q = 0,2 (ohne Schlagfeder) und Q = 1,0 (mit Schlagfeder) des Analog-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 zugeführte Kraft um etwa 68% vergrößert wurde. Vom Standpunkt der Energie gesehen, beträgt die durch die erste Ankunft des Kraftimpulses erzeugte Energie ungefähr das 2,9fachc, wenn die Schlagfeder verwendet wird.

Zusätzlich 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 ζ)zu erzielen:

12

C,

■tS =

xC_LR_ 12KsQ

worin bedeutet:

ω = Impulsfrequenz

Cs = 1 /Ks= Nachgiebigkeit der Feder

M = Hammermasse

1 = Länge der Schlagfeder

Ci = Schallgeschwindigkeit in der Schlagfeder

C_L = \IK_L=Nachgiebigkeit der Last

S = Querschnittsfläche des Bohrstahls

ο = Beanspruchung in kp/cm²

Das Verfahren der Auswahl der Schlagsystemelemente besteht aus einer Anzahl von in gegenseitiger Beziehung stehenden Schritten, die in Beziehung aufeinander ausgeführt werden müssen. Eine logische ι 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

in weniger wahrscheinlich), daß zuerst ein Bohrstahl ausgewählt wird und dann entweder die Last oder die Schlagelemente auszuwählen. Wie bereits erwähnt, beginnt die folgende logische Reihenfolge mit einer Definition der Ablenkung für eine typische Last im mittleren Bereich. Hierauf werden das Material und der Querschnitt eines Bohrstahls ausgewählt, der durch die Kraft eine hohe, aber annehmbare Beanspruchung erfährt. Eine hohe Beanspruchung ergibt einen leichtgewichtigen Bohrstahl und einen niedrigen Wert der

j» 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 F i g. 4 einen Wert Q von etwa 0,7 oder mehr aufweist Im wesentlichen alle Vorteile einer Schlagfeder werden bei einem Wert Q

nt 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

r> 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 an-

4i) dere 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 zufriedenstellende Auswahl dar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schlagwerkzeug mit einem Hammer und einem Amboßsystem, das aus einem Amboß, einem mit diesem verbindbaren, einen Meißel tragenden Bohrstahl und einer zwischen Hammer und Amboß angeordneten Schlagfeder besteht, die eine vorgegebene Nachgiebigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Amboßsystem eine Charakteristik (Q) aufweist, gemäß der die Quadratwurzel des Verhältnisses der Nachgiebigkeit der Feder (44; 62) zur Masse des Hammers (18; 64) multipliziert mit dem Produkt aus der Dichte des Materials des Bohrstahls (34), der Querschnittsfläche des Bohrstahls und der Schallgeschwindigkeit in dem Material des Bohrstahls eine Zahl größer als 0,7 ist

2. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagfeder (62) gefaltet ausgebildet und am amboßseitigen Ende des Hammers angeordnet ist.