DE2216656A1 - Verfahren und Einrichtung zum Brechen von fest lagerndem Material - Google Patents

Description

Anmelder* :

Caterpillar Tractor Co.,
Peoria, Illinois, USA

Hamburg, den 5- A aril 1972 119^-72 -921

Priorität: 12. April 1971, USA, Pat.-Anm. Nr. 133,262

Verfahren und Einrichtung zum Brechen von fest lagerndem Material

Die Erfindung bezieht sich auf Erdbewegungs- und Aufbrechgeräte und betrifft insbesondere eine mit hoher Energie arbeitende mechanische Einrichtung, die erfindungsgemäß mit Mitteln zur Speicherung und unmittelbaren Abgabe

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großer Energiemengen an ein Werkzeug für das Aufbrechen oder Abtrennen von fest lagerndem hartem Gestein und anderen Erdmaterialien ausgestattet ist.

Eine beträchtliche Menge an hartem Gestein muß Jahr für Jahr für die Bau- und Bergbau-Industrie gebrochen werden. Der größte Teil dieses Gesteins wird zur Zeit durch Bohren mit Schlag- oder Drehbohrgeräten und durch Sprengen mit Dynamit oder Ammoniumnitrat gewonnen. Dieses Verfahren ist teuer, langsam, geräuschvoll und mit Gefahren verbundene

Mechanische Aufreißvorrichtungen sind bekannt, die von Zugmaschinen gezogen und mit hoher Wirksamkeit in verhältnismäßig weichem, verwittertem, rissigem, geschichtetem oder vorher gesprengtem Gestein verwendet werden„ Derartige Aufreißvorrichtungen können jedoch nicht bei hartem Gestein eingesetzt werden.

Eine der Hauptschwierigkeiten bei der Verwendung der A.ufreißvorrichtungen sind die großen Kräfte, die in dem Gestein und ähnlich hartem Material ausgelöst werden müssen, damit es bricht. Dies erfordert die Abgabe sehr hoher Kräfte und Energie auf die Fläche des Gesteins oder des sonstigen, aufzubrechenden oder abzutrennenden Materials. Fahrzeuge, die in der Lage sind, derartige Kräfte statisch abzugeben, müßten notwendig sehr ^roß und t"uer ausgeführt sein und sind deshalb unzweckmäßig.

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i(

Vorscnläfre. axe zur Anwendung von Schwingungsenergie
auf ein Erdbearbeitungswerkzeug gemacht worden sind, haben
allgemein aus irgendwelchen Gründen keine Anwendung gefunden·

Es sinci auch viele ausgefallene Verfahren vorgeschlagen f

worden, um Ξχ-dschichten aufzubrechen. Die bereits vorge- y

schlagenen Verfahren umfassen die Verwendung von Schall- |

energie, elektrischer Funken, V/asserkanoneri usw. Mit

diesen Verfaliren konnten zwar Geseeinsformationen ge- |

brochen werden; in den meisten Fällen waren diese Verfahren ^

für den wirtschaftlichen Einsatz nicht brauchbar. jj

Ein derax-biges Schall-Verfahren ist die Verwendung eines t|

~l Resonanz-Scfcwingungsiiystems. Dieses System speichert »j

S chwin;;ungs energie in einer Feder, die verschiedene Formen

haben kann. Die Energie wird dann zyklisch an ein Schwin-

guncswerkzeug mit dr-r Resonanzfrequenz des Systems abge- Ξ¹^

geben. Die Hauptschwierigkeit bei diesem System ist, daß

eine Feder, die zur Speicherung angemessener Energie groß _f genug ist, für den praktischen Einsatz zu groß sein würde.

Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich daraus, daß die !

Frequenz ein kritischer Wert ist und sich mit der Belastung
ändert, so daß sich Schwierigkeiten bei der Steuerung des
Vox'ganjres ergeben*

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Preßluft- und Hydraulikhämmer sind wegen ihrer geringen Wirksamkeit unzweckmäßig. Um em Werkzeug zum Brechen des Gesteins in Schwingung zu versetzen, werden so grpße Energiemengen benötigt,, daß unzweckmäßig große Eingangsleistungen erforderl5cL sein wurden.

Die Erfindung gc-it von dem Grundgedanken aus, ein dyna-Bisches System zum Aufbrechen und Zerteilen von Gestein und anderen Materialien zu verwenden₃ da dadurch große Kräfte mit einer kleinen durchschnittlichen Einsatzkraft erzeugt werden können. Das ist wesentlicher, wenn die durchschnittliche Kraft durcii den angreifenden Zug und das Gewicht eines Fahrzeuges beschränkt ist»

Die Durchschnittskraft wird proportional der Zeit sein, während der die Kraft angewendet wird. Falls z.B. eine Kraft von 4-5.400 kp während einer Zehntelsekunde in jeder Sekunde angewendet wird, ist die benötigte Durchschnittskraft nur 4-e540 kp. Der Grundgedanke besteht dann darin, die gewünschte Kraft so schnell wie möglich anzusetzen und wieder zu entlasten, so daß während der größten Zeit" des Zyklusses die Kraft Null oder sehr gering ist. F&lls dies erreicht wird, ist die Durchschnittskraft im Vergleich zur Spitzenkraft klein. Falls angenommen wird, daß die beim Brechen des Gesteins zu leistende Arbeit nicht von dem Ausmaß der Belastung abhängt, wird" die gesamte Arbeit und d'e Durchschnittsleistung nicht durch

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ι diese impulsartige Belastung beeinflußt·

'■■ Ϊ

Die Spitzenleistungserfordernisse sind jedoch groß, falls die Arbeit in kurzen Impulsen geleistet vrärd. Das bedeutet, daß große Energiemengen verfügbar sein müssen, um, falls erforderlich, schnell freigesetzt zu werden. In einem Schwungradkurbelsystem wird die meiste Energie als kinetische Energie in dem Schwungrad gespeichert. Bei einem schwingenden Massen-Federsystem geht die Energie zyklisch hin und her von der ptentiellen Energie in der Feder zur kinetischen Energie der Masse. In jedem Fall ist die Kraft, die von dem Werkzeug entwickelt werden kann, durch die gespeicherte Jinergie beschränkt.

Große Energiemengen müssen verfügbar sein, um große Kräfte schnell zu erzeugen. Der Grund dafür ist, daß das Werkzeug in (fas Gestein oder den Boden eindringen muß, bevor die benötigte Kraft entwickelt werden kann. Falls das Gestein oder der Boden starr wäre, würde wenig Energie benötigt. Da jedoch das Material sehr stark wie eine Feder reagiertj muß Energie freigesetzt werden, um die erforderliche Kraft zu entwickeln. Z.B. wird angenommen, daß ein Werkzeug im Gestein eine Federkonstante von 6 χ 10 lb/in (2,72 χ 10⁶ kp/2,54- cm, etwa 1,07 x 10⁶ kp/cm) hat und die Brechkraft 6 χ 10^ Ib (2,72 χ 10^ kp) beträgt. In diesem Fall wird 30.000 in . Pfund (etwa 3,46 . 10² kg.m) Energie benötigt, um einen Brocken herauszubrechen. Falls

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dies mit einer Frequenz von 20 χ pro Sekunde geschieht, sind. 91 PS erforderlich.

Bei der auf einen Aufreißer angewendeten Erfindung ist die Arbeit, die der Aufreißer ausführt, intermittierender Natur und findet nur während eines kleinen Teils der Zeit statt, die für die Antriebswelle des Aufreißers erforderlich ist, um eine vollständige Unidrehung auszuführen,, Da das zu brechende Material äußerst hart ist, übersteigt die momentane Anforderung des Aufreißers die Leistung des Antriebsmotors. Daher wird ein Schwungrad oder werden Schwungräder auf die Antriebswelle gesetzt, um ausreichend Energie zur Befriedigung von Spitzenansprüchen zu speichern. Während eines größeren Teiles der Umdrehung der Antriebswelle wird die Motorleistung benutzt, um die Geschwindigkeit des Schwungrades zu beschleunigen. Während des Teiles der Umdrehung, während dem die Arbeit geleistet wird, wird die derart in dem Schwungrad gespeicherte Energie auf Kosten der Geschwindigkeit abgegeben. Wenn die Geschwindigkeit des Schwungrades sich ändert, ist die Energie, die es absorbiert oder abgibt, proportional der Differenz zwischen den Quadraten seiner anfänglichen und seiner Endgeschwindigkeit und ist gleich der Differenz zwischen der Energie, die bei einem vollständigen Halb ausgegeben würde und derjenigen, die noch bei der verringerten Geschwindigkeit gespeichert ist.

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n₁ ² - η₂ ²)

¹ 60 30

TfN₂

30

W K²

W K² 1Γ² (ν ² - H *

S zn · 2

K²

E = Energie-Abgabe in Fuß.Pfund ^

I ίί Trägheitsbewegung der drehenden Masse in Pfund.Fuß.sek²

W = Gewicht in Pfund

G = Sciiwerebeschleunigung = 32,2 Fuß/sek. in Meereshöhe

K = Radius der Kreisbewegung in Fuß N- = Upm vor der Abgabe irgendwelcher Energie

Np = Upin am Ende der Zeitspanne, in der Energie abgegeben worden ist

n- =i Winkelgeschwindigkeit in Bogenmaß/sek. vor der Abgabe irgendwelcher Energie

Πρ = dto, am Ende der Zeitspanne, in der Energie abgegeben worden ist.

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Ferner ist ein Fuß = 0,5048 m, 1 Pfund = 0,4-556 kg. WK² 1st ein Maß des Energiepotentiale eines Schwungrad-Systems in Pfund-Fuß bei einer gegebenen Upm und kann bestimmt werden durch die Formel

WK² = (Pfund . Fuß²)

Diese Formel ist eine Ableitung der obigen Formel für die Energie«

Ausgedehnte Computer- und Erdbehältermodellversuche sind mit Bezug auf diesen Grundgedanken in Anwendung auf einen Aufreißer ausgeführt worden. Ein Modell-Aufschlagauf reißer ist gebaut und auf verschiedenen Gesteinsmaterialien geprüft worden, um die Möglichkeit des Brechens harten Gesteins mit einer Aufschlagvorrichtung zu bestimmen, die erfiudungsgemäß gebaut ist. Das Leistungskriterium für das Modell war die spezifische Energie, die definiert ist als die Energiemenge (Zoll χ Pfund), die zum Brechen einer Volum en einheit (Zoll-⁵) des Gesteins erforderlich ist. Die spezifische Energie -gestattet die Bestimmung der Leistung, die erforderlich ist_s um für ein. bestimmtes Gesteinsmaterial eine vorgegebene Produktion (yd.^/Std.) zu er- · zielen. Die spezifische Energie der Gesteine ist unterschiedlich. Die spezifische Energie wird gemäß der folgenden Gleichung berechnet :

ο -p NED

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Hierbei ist S.E» = spezifische Energie (in χ Ib./¹¹ ).

N = Anzahl der Aufschläge während eines Laufes

E = Dichte des&esteins (lb/in⁵)

E = durchschnittliche Energie pro Schlag (in χ lbs)

W = Gewicht des während eines Laxfes ent= fernten Gesteins (lbs.)

Es ist zu beachten, daß die Parameter insgesamt mit der J

besonderen, zwischen ihnen bestehenden Beziehung betrach- ^

tet werden müssen« Die spezifische Energie des zu brechen- *

den Materials ist ein kennzeichnender Faktor. S

Wenn eine Stahlfeder in einem Resonanzsystem, bestehend aus einem Aufreißhaken, einer- Stange und einer Feder_s benutzt wird, beträgt die größte Menge an potentieller Energie» die in einem Kubikzoll des Federmaterials gespeichert werden kann,

S²
P.E. =

Hierbei ist S die maximale Axialspannung, die das Material aushalten kann, und E der Elastizitätsmodul. Für eine Arbeitsspannung von 4-0.000 psi (2812 kg/cm*") eines Federmaterials ist dann die gespeicherte Energie

(4- χ 1O*¹")² 80 , .

,7 in.lb./in^ (= 0,0188

2 χ (50 χ 10^b) 3

J - 10 -

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- ίο - ! f 0 ' :

Tn eines Schwingungssystem, das z.B. eine Säule von gleichmäßigem Querschnitt benutzt, beträgt die maximale gespeicherte Energie die Hälfte dieses Wertes, da die Säule nicht gleichmäßig voll über ihre gesamte Länge gespannt werden kann.

Im Gegensatz dazu kann ein Schwungrad viel mehr Energie pro Kubikzoll Stahl speichern. Z.B. soll ein dünner Ring verwendet werden, der um seine polare Achse sich dreht. Die Tangentialspannung in dem sich drehenden Ring wird durch die folgende Gleichung gegeben :

2 2
S = ν r η

In diesem Fall ist w die Massendichte des Ringes, r der Radius und η die Winkelgeschwindigkeit. Die kinetische Energie im Ring aufgrund seiner Geschwindigkeit beträgt

K.E. = 1/2 In²= 1/2 wVr² n² = *i/2 VS

Hierbei ist V das Volumen des Ringes. Für V = 1 in^ ^ (= 16,387 cm⁵) ist

K.E. = 1/2 S = 20.000 in.Ib. (= 230 kg.m) bei S = 40.000 psi (= 2812 kg/cm^).

Das Verhältnis zwischen Schwungrad und Federenergie ist daher wenigstens JO.000/13,35 oder 1.500 zu 1. Mit anderen Worten kann das 1.500fache an Energie im Schwungrad gegenüber einer gleichen Menge Federstahl bei einem gegebenen Spannungspegel gespeichert werden. Außerdem wird die in der Feder vorhandene Spannung in jedem Zyklus voll umgekehrt,

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während die Spannung im Schwungrad höchstens von 0 Dis ^ zum Höchstwert geht. Die Umkehrung der Spannung is Feder- J energiezyklus kann auch abträglich die Ermüdbarkeit der Feder beeinflussen«

/ 2

ϋε mit des oben erwähnten Ring bei 40,000 psi (2812 kg/cm ) zu arbeiten, müßte das Schwungrad sehr groß sein oder mit einer hohen Geschwindigkeit dreheni Falls die Geschwindigkeit auf 1.200 upm bei einem Radradius von 15" (38,1 cm) ; und eine resultierende Spannung von nur 2.600 psi (183 | kg/cm*) begrenzt würde, beträgt die Energie in einem Kubikzoll des Stahlringes 1.300 in.-lb. (14,95 kg»m) für ein Energieverhältnis von etwa 100_e Dies ist weniger als das Verhältnis von 1.500, jedoch immer noch ein merklicher Fortschritt.

Zum Brechen von Gestein auf seiner natürlichen Lagerstätte in Mengen sind große Kräfte und Leistung erforderlich. Das bedeutet große Energien pro Aufschlag und viele Aufschläge pro Minute. Die bekannten Einrichtungen sind nicht geeignet, diesen Erfordernissen zu genügen. Die Erfindung bezweckt deshalb die Schaffung eines Erdbearbeitungswerk— zeuges, das robust und leistungsfähig ist und die oben erläuterten Nachteile der bekannten Einrichtungen vermeidet«,

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Die Erfindung btsweckt weiter die Schaffung eines ErdbesrbsituBgsverkseugese das in d^r Lage let, große Energiemengen «u speichern und sie wahlweise auf ein Erdbearbeitungswerkzrug abzugeben.

Ferner bezweckt al*? ^.iindung die Schaffung einer dyna-Bischen Einrichtung, die in der Lage ist, Energie in einem so ausreichenden Maße an ein Erdbearbeitungswerkzeug abzugeben, daß ein praktischer Einsatz möglich ist.

Die Erfindung bezweckt außerdem ein mechanisches, dynamisches System zu schaffen, das wirksam hohe Energieimpulse auf ein Erdbearboitungswerkzeug abgeben kann. Erf indu-igsgemäß werden große Mengen Trägheitsenergie in einem massiver. Schwungrad gespeichert, um zyklisch an ein Erdbearbeitungswerkzeug bei Spitzenleistungsanforderungen abgegeben zu werden..Geeignete Übertragungsmittel einschließlich einer Kurbel und einer Verbindungstange werden benutzt, um die Energie auf ein Erdbearbeitungswerkzeug, wie einen Aufreißer, abzugeben.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen Ausfülirungsbeispiele der Erfindung erläutert und dargestellt sind.

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Es zeigen ι

Fig· 1 eiine Saitenansicht, teilweise im Schnitt₉

eines eine bevorzugte Ausführungsfona der Erfindung verkörpernden Gesteinsaufreißers, Jig. 2 eine Draufsicht, teilweise la Schnitt, des?

Ausiührungßiora nach Fig. 1₉ Fig. 2a einen Schnitt entlang der Linie Ha-IIa der

Fig. 1,
Fig* 3 einen Schnitt entlang der T„inie HI-III der

Fig. 1,
yig. 4-9 Schnitte entlang der Linien IV-IV, V-V, VI-VI,

VII-VII, VIII-VIII und IX-IX derFlg. 2,

Fig. iO eine Seitenansicht einer abgewandelten Aus—

iührungsform der Erfindung, bei der einzelne Teile weggebrochen sind,
Fig. ΎΪ eine Draufsicht auf dia Ausführung si ora nach

Fig. 10,
Flg. 12 eine weitere Ausführungarfora eines erfindungs-

gemäBen Gesteinsaufreißers, Fig* 13 eiae Seitenansicht'"eines erfindungsgemäßen

ausgestalteten Spezialfahrzeugs, Fig. 14- eine Einzeldarstellung der Aufreißeinrichtung

der Ausführungsform nach Fig. 13_$

Fig. 15 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach

Fig. 14-,

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- »ig- 16 eine vereinfachte Darstellung einer Steuereinrichtung für die erfindungsgemäße Einrichtung,

FIg* 17-22 Seitenansichten aur Yeransehaulichung d@r

Auaführungefore nach Fig· 1 in verschiedenen Arbeitest«!lung©n,

fig* 23 eine Seitenansicht, teilweise ia Schnitt,

einer weiteren Ausführungsfora der Erfindung,

Fig* 24- eine Seitenansicht einer anderen Ausführungafora der Erfindung,

Fig. 2$ eine Seitenansicht, die die Anwendung der Erfindung auf ein Schieberschar zeigt,

FIg* 26 eine Seitenansicht einer gegenüber Flg. 25 abgewandelten Ausführungsforn₉

Fig. 27 eine Seitenansicht, die die Anwendung der Er-* . findung auf eine Laderschaufel zeigt, und

Fig. 28 eine gegenüber Fig. 27 abgewandelte Ausführungsform.

line Ausführungsfor», die die Anwendung der Erfindung auf einen Gesteinsaufreißer zeigt, ist in Fig. 1 dargestellt. Uer Gesteinsauireißer wird von einem Raupenfahrzeug 10 gehalten und wird von diesem gezogen. Die Aufreißeinrichtung weist ein Gehäuse oder eine Halterung 11 auf, die an der Rückseite der Zugmaschine 10 durch ein Verbindungsglied 12 und mehrere obere Hydraulikzylinder 13 und 14 abgestützt oder mit der Maschine verbunden ist. Die Zylinder 13 und

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können die Tiefe des Aufreißers und auch die Winkelstellung der Aufraißeinrichtung'verändTn; Eine Mehrzahl von Aufreißschäften' oder -zinken 15 «erden unter de« Gehäuse 11 mittels Gliederpaaren 16 und 17 gehalten, die ein Viereck-Gliederwerk bilden. Das Glied 1? ost »it eines Ar« 17a versehen, der schwenkfähig «it einem Hydraulikzylinder 18 verbunden ist. Der Zylinder 18 dient als Dämpfer und Feder und wird eingesetzt, um den Zinken 15 in der vorwärts gekehrten Stellung gegen die Fläche der Gesteinsformation zu halten und die Rückstoßgeschwindigkeit des Zinkens zu begrenzen. Die Hydraulikzylinder 13 und 14 können auch als Feder- und Dämpfvorrichtung wirken, um das Fahrzeug 10 gegen Stöße und Schwingungen zu isolieren. Ein geeigneter Hydraulikkreis wird weiter unten mit Bezug auf Fig. 16 erläutert. Der Zinken 15 ist mit einer gehärteten Spitze 19 versehen, um damit in das Gestein oder eine ähnlich harte Erdformation 20 einzugreifen und es aufzubrechen·

Eine Einrichtung und Speicherung und Abgabe großer Energiemengen an die Aufreißspitze 19 weist ein Gehäuse 21 auf, das bei 22 schwenkfähig mit dem Gehäuse 11 verbunden und teilweise mittels eines Hydraulikzylinders 23 einstellbar Ist, der an einem vom Gehäuse 21 fort sich erstreckenden Hebelarm Ά angreift. Wegen der übrigen Einzelheiten wird außerdem auf die Fig. 2-9 Be^ug genommen. Eine Kurbel ' oder Nockenwelle 25 mit sinem Paar Federnuten 26 an ihren

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Enden ist drehbar in geeigneten Lagern 27 gehalten, die in Trägerblöcken 28 sitzen, welche im Gehäuse 21 gehalten werden. Ein Paar diametral entgegengesetzter exzentrischer Scheiben 29 und 50 sind auf der Kurbel oder Nockenwelle ausgebildete Ein Paar Vorbindungsstangen 51 und 52 sind auf den Scheiben 29 und 50 mittels eines Paares geeigneter Lager 29a und 50a gelagert» Dia Verbindungsstangen 51 und 52 sxnd mit einem Paar Hammer 55 verbunden, von denen jede"" durch ein Paar Verbindungsglieder 54 und 55 a^m Gehäuse 11 abgestützt ist. Die Hämmer 53 dienen dazu, Energie mittels intermittierender Schläge zwischen den Fläcnen 56 und 57 auf den Aufreißzinken 15 abzugeben. Die Flächen 56 und 57 zwischen den Gliedern 15 und 55 sind gewölbt, um die Spannung zu verringern und ij'luchtungsprobleme auszuschalten»

.ue insbesondere .rig· 5 zeigt, weist die Energiespeichervorricntung hauptsächlich ein massives Schwungrad auf, zu dem zwei Teile 58 und 59 gehören, die mittels Schraubbolzen 40 an einem Flansch 41 der Kurbelwelle 25 befestigt sind. Das Schwungrad hat eine ausreichende Masse, um ge-. nügend Trägheitsenergie zu speichern, um den Spitzeuan-. forderungen des Systems gerechtzuwerden_e Das Schwungrad ist vorzugsweise so groß, daß es den Anforderungen des Systems entsprechend Energie mit nicht mehr als 10# Schwankung in .der Winkelgeschwindigkeit liefern kann« Die Kurbeloder Nockenwelle 25 wird mittels einer Hohlachsenwelle 42

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angetrieben, die sich konzentrisch zur Welle 25 erstreckt |

und mit dieser bei 43 durch Keilnuten verbunden ist„ Die |r

Verwendung der Welle 42 trägt dazu bei, den Antriebsmotor |

und die Antriebszahnräder gegen vorübergehende schnelle ?

Geschv/indi^keitsänderungen zu isolieren, die an der Kurbel- *

oder Nockenwelle aufgrund, des Widerstandes auftrete^ der ^

von dem loszulösenden Material durch den Zinken, den Hammer jk

und die Verbindungsstange usw. zurückübertragen wird_o Ge- f-

eignete Antriebsmittel, wie ein Strömungsmittelmotor 44, fc

sind antriebsweise mittels eines Antriebszahnrades 45, 5

eines Zwisehenzahnr-ades 46 und eines Zahnrades 47 mit der 1

V/el Ie 42 verbundene |

Ein Paar Gegengewichte 48 und 49 sind z.B. durch Nuten 26 und Bolzen 50 und 51 mit dem Ende der Kurbelwelle verbunden. Diese Gegengewichte 48 und 49 sind so angeordnet, daß ] sie den Momenten entgegenwirken, die durch die entsprechenden Exzenterscheiben 29 und 30 hervorgerufen werden, wobei sie in Verbindung mit diesen im wesentlichen ein konzentrisches Schwungrad oder eine zusätzliche Speichervorrichtung bilden»,

Für die Kurbel— oder Nockenwellenlager ist eine entsprechende Schmierung vorgesehen, die z.B» mi.ttels einer Leitung 22 von einer nicht dargestellten Quelle zugeführt wird. Die Leitung 52 ist über einen Kanal 55 mit einem

§■ Rinf^kanal 54 verbunden, der zwischen der Welle 42 und der

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- 18 - t&

Welle 25 ausgebildet ist und Schmiermittel den Lagern 27 über einen Kanal 55 und den Lagern 29a und 30a über einen Kanal 56 zuführt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet so, daß sie an die Aufreißspitze I9 Energie mit hohem Niveau abgibt, wobei die abgegebene Energie auf einen Punkt der Gesteinsformation 20 konzentriert wird, um das Material der Formation aufzubrechen oder abzumeiße-ku Große Energiemengen, die durch den Motor 4-4 entwickelt werden, werden als Trägheitsenergie in der Schwungradvorrichtung auf der Drehwelle gespeichert» Von da aus wird die Energie dann bei Spitzenanforderung er. durch die übertragungsmittel ^um Anwendungspunkt abgegeben«, Die Drehung der Kurbel- und der Nockenwelle treibt die Hämmer 33 durch Verbindungsstangen 31 und 32 in einer oszillierenden Weise„ Wenn daher die Hammer intermittierend in Berührung mit den Schäften I5 kommen, wird die Energie auf diese abgegeben= Die Frequenz der Energieabgabe an 'en Schaft 15 wird natürlich durch die Zahl der Umdrehungen pro Minute der Kurbel- oder Nockenwelle 25 gesteuert. Die Auireißspitze 19 wird in Berührung mit der Gesteinsformation durch die Vorwärtsbewegung des b'ahrzeugs 10 gehalten, dessen Geschwindigkeit auf die Aufreißfähigkeifc der Maschine eingestellt ist»

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ve

_Die T< ere des Einschneiden* «and die Winkelstellung der

* *_o*- werden durch Betätigung Einrichtung, wie oben angedeutet, /eraeu

der Hydraulikzylinder 13 und 1* eingestellte Der Angriffswinkel, d.h. der Winke,, unter .eiche, die Aufschlagkraft auf den F₆Is gerichtet wird, bildet eine kritische Große. Dieser mit A in Fig. 1 bezeichnete Winkel wird von der Gesteinsoberfläche zur Achse des Aufreißzinkens 15 gemessen. Wenn dieser Winkel zu groß ist, dringt durch die abwärts gericiitete Komponente das Werkzeug zu tief ein, Wenn andererseits diener Winkel zu klein ist. dringt die Spitze nicht ausreichend ein, und an der Booenfläche der Spitze zeigt sich eir.e übermäßige Abnutzung. Dieser WSnkcl isu, «instellbar rein, ·■<■, der, sich ändernden Bedingungen ;·, _;e...^t zu werde:, una ein anfängliches Eindringen zu ern,-j"-'lic!i.-n. ZcEc h/il sich ein v/inkel von angenähert ±? als wes.--p.aicr; für das Eindx in.ren unüer vielen Umständen erwiesen. Der Winkel nm jedoch dann verringert werden, um die üindrinrtiefe zu steuern, ^in etwas steilerer Winkel wira ^ew^hnlicJi euren die Abnutzung depSpitze erforderlich. Der Auisc.aaewinkel kann auch in Anpaßung an die jeweilige Felsart^ die zu brechen ist, ^eänder* werden. Aufgrund dieser ü-st^nde ?^. ^r AufsciilüEwinkel in einem Bereich _Vl.i. ..-iwa 2c - y>° oinü'.-llbar und kann leicht geändert werden, w-hrei.j die Hase nine im Einsatz ist.

Ein·.- v.t:üere kritische Or''¹'Je dieser Kombination ist die Bewei;unr 3<=r iiclmoi dj'.antenspi tze. Die Spitzenbewef'ung

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sollte bei normalem Betrieb im wesentlichen horizontal seine Um jedoch die gewünschte Eingreiftiefe bei einer horizontalen Bewegung aufrechtzuerhalten, muß der Auf— schlsgwinkel eine naci unten gerichtete Komponente haben· Das Fehlen einer solcher HDwärtskomponente verursacht Abnutzung und übermütige ürwärmung in der Spitze; außerdem geht die MoV Henkelt verloren, die Eingreiftiefe zu steuern«, Falls andererseits die Abwärtskomponente zu groß ist, wird Energie verschwendet. Die Spitze wird entweder weiter als nötig in das Gestein hineiiigedrückt, ohne daß die Menge des gebrochener* Gesteins sich entsprechend vergrößert, oder der Rahmen der Aufreißvorrichtung wird zu einer übermäßigen Aufwärtsbewegung gezwungen, wenn die Spitze nicht eindringen sollte. Die Bewegung der Spitze hängt in einem großen Ausmaß davon ab, wie der Aufreißschaft abgestützt ist. Die Spitze sollte so abgespitzt sein, daß sie sich vorwärtsbewegt, ohne eine übermäßige Bewegung des Rahmens zu verursachen. Falls ein einziger Schwenkpunkt benutzt wird, sollte er vor der Schneidspitze liegen, um die gewünschte Bewegung zu erreichen. Falls diese Art von Anordnung nicht ausreicht, kann eine aus vier Stangen bestehende Gliederverbindung_} siehe Fig» I, zur Erreichung des gewünschten Effektes benutzt werden.

Die Aufschlagflächen 36 und 37 zwischen d«m Hammer und dem Schaft bei einer Aufschlagkupplung sollen r.o geformt sein_s daß die Beanspruchung 3n in dem System verringert werden.

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In der AusführungSform nach Fig. 1 mit dem aus vier Stangen bestehenden Verbindungsgestange werden kugelförmige Aufschlagflächen benutzt. Diese Form ermöglicht eine geringere anfängliche Federwirkung gegenüber ebenen Flächen und verringert die Metailbeanspruchungen, öhre daß eine merkliche V/irkung auf die Felskräfte damit verbunden ist·

Der beste eingeschlossene Winkel für die Spitze bildet einen Kompromiß zwischen Leistung und Einsatzdauer«, Ein Winkel von 50° ist zum Brechen des Gesteins wirksamer als ein größereijflinkel« Bei den verfügbaren Werkzeugmaterialien kann dieser Winkel jedoch nur schwer eingehalten werden und führt zu einer zu schnellen Abnutzung bei hartem Gesteinmaterial« Der günstigste eingeschlossene bpitzenwinkel liegt innerhalb eines Bereiches von 30 und 60°, wobei der beste Winkel von dem zu brechenden Gestein abhängt»

Ein wichtiger Parameter für das mit Aufschlagankopplung arbeitende Schwingungssystem ist das Verhältnis der Schwingungsspitzengeschwindigkeit zur durchscnnittlichen '/or— wärtsbewegung der Einrichtung« Je größer dieses Verhältnis ist, um so mehr kann die durchschnittliche Kraft verringert werden· Bei großen Verhältnissen ist d_as Werkzeug mit; den Gesteinsraafcerial während eines kleinen Prozentsatzes der Zelt in Kontakt, wodurch sich ein großes Verhältnis Spitzenkraft und durchschnittlicher Kraft ergibt.

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Die Spitzengeschwindigkeit der sinusförmigen Schwingung ist direkt proportional der Frequenz und Amplitude der Schwingung» Je größer daher das Produkt dieser zwei Ausdrücke ist, um so größer ist das Geschwindigkeitsverhältnis, Obwohl das Verhältnis dadurch vergrößert werden kann, daß die Vorwärtsbewegung der Einrichtung verringert wird, ist die Produktion auch unmittelbar proportional dieser Veränderlichen_o Daher ist es unerwünscht, die Vorwärtsbewegung zu verringern, nur um ein genügend großes Geschwindigkeitsverhältnis zu erzielen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Jig. 10 und 11 dargestelLt, wobei gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen wie in der ersten Ausfuhrungsform bezeichnet sind. Diese Ausfuhrungsform weicht von dem ersten Beispiel darin ab, daß sie eine Vorrichtung enthält, die als unmittelbar gekoppelte Verbindungsgliedeinrichtung bezeichnet werden kann. D.h., daß der Ausgang der Energiespeichervorrichtung unmittelbar mittels der Verbindungsstange 32 an den Aufreißschaft 61 gekoppelt ist. Die Energie wird nicht durch Aufschlagen eines Hammers auf das Werkzeug übertragen, das im wesenblichen in Berührung mit der Formation bleibt; vielmehr geht bei dieser Ausfuhrungsf orm dexAufschlag durch das Werkzeug unmittelbar gegen die Formation am Punkt 62. Diese Ausführungsform hat den /orzug, daß sie einfacher als das

erste Beispiel ist. Dagegen besteht der Nachteil, daß die Spit« wegen der Hubbewegung sich leichter abnutzt. Auch hier ist ein günstiges Verhältnis der Spitzenschwingungsgeschwindigkeit mit Bezug auf die durchschnittliche Laufgeschwindigkeit ein wesentlicher Faktor, um ein günstiges Produktionsergebnis zu erreichen.

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine abgewandelte Form des Gedankens der Aufschlagkupplung bildet. In diesem Beispiel weist die Einrichtung einen Rahmen 65 auf, der von einer Zugmaschine 10 mittels eines festen Verbindungsgliedes 66 urd eines Hydraulikzylinderpaares 67 und o8 gehalten wird, Die Zylinder können zur Einstellung der Eingreiftiefe und des Angriffswinkels benutzt werden. Diese Zylinder wirken auch als Feder und Dämpfung und erlauben, daß das Antriebssystem wie in der ersten Ausführun₅sform schwimmend arbeitet. In diesem Beispiel liefert ein Hydraulikmotor 69 Energie an eine Energiespeichereinheit 70, die derjenigen der ersten Ausführungsform gleicht. Die Energie wird von deiTSpeichervorrichtung 70 durch eine Übertragungsvorrichtung übertragen, die eine Verbindungsstange 71 aufweist, die bei 72 schwenk-' fähig mit einem Hammer 73 verbunden ist. Der Hammer 73 schlägt gegen den Aufreißschaft 7*, der bei 75 schwenkfähig am Rahmen 65 gehalten wird. Der Hammer 73 wird bei 76 schwenkfähig am Schaft ?<·■ gehalten. Der Fchwenkgunkt 75 liegt

al *-w.

ΪΞϊ3

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r- ι

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unmittelbar über der Spitr.e 78, so daß eine im wesentlichen horizontale Vorwärtsbewegung der Spitze 78, wie oben besprochen, erreicht wird. Die Aufschlagfläche 73a ist so geformt ₉ daß Spannungen verringert werden. Die Auf Bchlagflache 7^a liegt in eii?eu Einschnitt 79 t wodurch die Möglichkeit verringert wird, daß Gestein und anderes Material zwischen die Aufschlagflächen gelangt« Die Auf» schlagflächen werden vorzugsweise so geformt, daß der anfängliche Kontakt näher zum Drehungsmittelpunkt eintritt; wenn danach de^ßchaft und der Hammer sich verformen, breitet die Konfcaktfläche sich zur unteren Kante, wie dargestellt, aus« Diese Anordnung verringert die Auf— Schlagbeanspruchung, indan für einen federnden Aufschlag gesorgt und die anfängliche Aufschlaggeschwindigkeit verringert wird. Ein Hydraulikzylinder 80 stützt sich gegen die Rückseite des Schaftes 74- und dient als Dämpfer

und Feder. Der Zylinder 80 hält den Schaft in Vorwärtsstellung gegen den Boden der iformation und beschränkt die Rückstoßgeschwindigkeit des Schaftes· Ein hierfür geeigneter Hydraulikkreis ist weiter unten ait Bezug auf Fig. beschrieben·

In den Fig. 13-15 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem die Fahrzeuganordnung oder dessen Bau eine wichtige Holle spielt· Ein besonderes Merkmal dieser Anordnung ist, daß die Aufreißspitzen

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innerhalb den vier Ecken der Maschine liegen, die durch j die Antriebsräder bestimmt sind. Diese Anordnung hat aes j

ι Vorzug, daß die Einrichtung eine stabilere Plattform er- _; hält. Diese Stabilität rührt daher, daß sowohl vor als auch hinter den Aufreißschäften Antriebsräder lxegen und daß die Reaktionsmasse näher zu der Aufreißspitze liegt.

Bei die ser Anordnung kann die Masse der Maschine wirksamer j

dafür eingesetzt werden, eine abwärts gerichtete Spitzen- ||

kraft zum besseren Eindringen und/oder zur Steuerung der ^

Arbeitstiefe zu erreichen. f

Bei diesem Beispiel ist ein Fahrzeug vorgesehen, dessen |

Vorderteil Antriebsräder 81 aufweist, die durch eine \

Maschine 82 angetrieben sind, und daß tei 85 schwenkfähig mit einem Gänsehal^anschlußstück Öl· verbunden ist. Der Gänsehals 8A- ist mit einem Paar Armen &y verbunden, die schwenkfähig bei 86 mit den Seitenvänden 87 des Hinterteiles verbunden sind. Die hintere Anordnung weist ein Paar Antiriebsräder 88 auf, die von einem Motor 89 angetrieben werden« Sine Aufscnlag-Aufreißanordnung ähnlich der vorstehend beschriebenen Beispiele ist allgemein bei QQ nqT>goej:oi λ-ir. im λ \ιιλτ*λ AwncAi pinan "ΆιχΑφΆΐχ 1 ϋππ ot o r angetrieben, der seinerseits von einem Motor 91 angetrieben wird_s iflit dem er antriebsweise durch ein Hydrauliksystem ¥epbunu&n£3%₉ zudem eine. Bsi?·^ 92 gehört, "'die imter-Druck ätehenäes StrömxingSBjittel über J/eitungen 92a einem StrömungsiaittelEiotor 92b zuführte Die gesamte Aufreißen—

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ty

Ordnung kann mittels eines Hydraulikzylinders 93 angehoben oder gesenkt werden, der bei 94- schwenkfähig mit dem Querträger 87a der Seitenanordnung 87 verbunden ist. Ein Rahmen 95 zum Halten der Aufreißanordnung ist bei 96 schwenkfähig mit Haltevorrichtungen 97 verbunden, die starr an einem Querträger 87a sitzen, der sich zwischen den Seitenwänden 87 erstreckt. Ein Paar Hydraulikzylinder 98 sind zwischen den a»- Rahmen 95 sitzenden Haltevorrichtungen 99 und den Haltevorrichtungen 97 angeordnet und gestatten, die Aufreißeinrichtung zur Steuerung des Angriffswinkels des Schaftes einzustellen« Ein Paar Hydraulikzylinder 10^u sind schwenkfähig mit Halterungen 101 am Rahmei". 95 und einer Halterung oder einem Arm 102 am Gehäuse 103 verbunden und bilden eine Feder- und Dämpfungsvorrichtung für das Gehäuse 103. Das Gehäuse 103 wird bei 104 schwenkfähig gehalten und beherbergt die Energiespeicher— und Übertragungsvorrichtung» Die Energiespeicherund übertragungsvorrichtung 105 ist i-® wesentlichen wie die in den vorhergehenden Beispielen ausgebildet und durch eine Verbindungsstaage 106 mit- einem Hammer 107 verbunden, intermittierend oder zyklisch Energie an den Aufreißschaft 108 abgeben kann.. Der Hammer 107 wird wie bei den vorhergehenden Beispielen von einem Paar Verbindungsgliedern und 110 ext Bezug auf den Schaft 108 hin- und herbeweglich gehalten?." Der Schaft 108 wird an einer Viereck-Gliederanordnung 111 und 112 schwenkfähig gehalten* Das Glied 112 hat einen Armansatz 113, d&r mit einem Paar Hydraulikzy-

vorrichtung für den Äufreißsehaft 108 bilden. Eine auswechselbare Aufreißspitze 115 ist an dem Aufreißschaft 108 angeordnet.

Wie Fig. 16 zeigt, liefert eine Pumpe 125 Strömungsmittel | von einem Behalte^ 126 an einen. Sammlerladekreis, der ein Ladeventil 127, eine Leitung 116 und einen Akkumulator oder Sammler 11? aufweist. Das Lade ventil 12?, enthält ein Rückschlagventil 118 und ein Entladungsventil 119» das auf einen Druck in der Leitung 116 anspricht. Strömungsmittel aus dem Ladeventil 127 geht durch die Leitung 116 in die drei Zweigkreise für die Zylinder ^3 und 18. Der Sammler 117 wird bis auf einen vorbestimmten Druck aufgeladen, der durch das Entladungsventil 119 gesteuert wird. Durch die Leitung 128 wird der Druck aus der Leitung 116 zur Öffnung des Ventils 119 übertragen und ermöglicht, daß der von der Pumpe kommende Fluß zum Behälter 126 zu=» rückgeführt wird, wenn der vorbestimmte Druck erreicht worden ist» Das Rückschlagventil 118 verhindert _? daß das Strömungsmittel zurück zur Pumpe fließt.

Der Zweigkreis für das Kopfende des Zylinders 18 enthält ein Druckreduzierventil 130, Rückschlagventile 132 und 134, einen Sammler 136, Drosselstellen 138 und 140 und Entlastungsventile 142 und 144. Der Druckreduzierventil 130 steuert den Druck in dem Zweigkreis auf einer gerin-

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geren Höhe als in der Leitung 116, Das Rückschlagventil umgeht aas Entlaßtungsventil 142 and die Drosselstelle 138_S um den Sammler 156 mit dem Zylinder 18 su verbinden. Die Drosselstelle 138 steuert den Fluß des Strömungsmittels vom Zylinder 18 zum Samalfc 135 und beschränkt die Rückstoßgeschvindigkeit ^«? Schaftes 15, wodurch die Aufschlaggeschwindigkeit 2-„v-ichen dem Schaft und dem Hammer 33 verringert wird. Der Sammler 136 bildet eine Feder für den Schaft 15 und ein Ausgleichsmittel bei Strömungsmittelhöchstanforderungen während der mit hohler Geschwindigkeit verlaufenden Vorwärtsbewegung des Schaftes, so daß ein Hohlsog im Zylinder 18 vermieden wird. Das verhindert auch einen Verlust an Rückstoßkontrolle des Schaftes aofgrund der Kavitation, da nur die Drosselstelle 138 den Rückstoß des Zylinders 18 steuert* Die Vorwärtsbewegung des Schaftes 15 ist in keiner Weise beschränkt. Das Entlastungsventil 14-2 beschränkt die Maximale Dämpfung, die durch die Erosseiöffnung 138 ermöglicht wird. Das Rückschlagventil 132 verhindert einen Fluß des Strömungsmittels zurück durch das Ventil 130. Das Entlastungsventil 144 Schützt den Zweigkreis des Zylinders 18 gegen übermäßige Druckaufwal]ungen«

Exne kleine Menge Strömungsmittel wird ständig aus dem Zweigkreis zu Kühlzwecken durch die Drosselöffnung 140 abgezapft, um zu verhindern daß mit dem gesteuerten Fluß

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sich Wärme aufbaut. Der sich ergebende Druckabfall im Zweigkreis Öffnet das Druckverringerungsventil 130, worauf das Strömungsmittel vom Sammler 117 aus ergänzt wird.

Der Hydraulikzylinder 23 ist auch durch Zweigkreise mit der Leitung 116 verbunden. Jeder Zweigkreis gleicht dem Zweigkreis für das Kopfende des Zylinders 18, so daß gleiche Bestandteile mit denselben Bezugszeichen unter Zusatz eines * oder ^M gekennzeichnet worden sind. In gleicher Weise wie bei dem eben besprochenen Zweigkreis steuern die Drosselöffnungen 138^f und 138" den Fluß des Ströaungsmittels vom Zylinder 23 zu den Sammlern 136* und 136™ und verhindern ein schnelles Schwenken der Energiespeichervorrichtung 21. Der Druck im Sammler 136" wirkt auf das Kopfende des Zylinders 23 und bildet zusammen mit der Gewichtskoaponente der Energiequelle die Durchschnittskraft für den Banuaer 33, außerdem eine Feder für die Energiespeichervorrichtung, und verhindert eine Kavitation des Zylinders^ Der Drucksammler 136" wirkt hauptsächlich als ein Mittel zur Speicherung und Ergänzung des Druckxlüssigkeitsvoluaens zur Verhinderung einer Kavitation am Stangenende des Zylinders 23, wobei nur eine sehr kleine Federkonstante vorgesehen ist. Die übrigen Bestandteile der Zweigkreise arbeiten in gleicher Weise wie diejenigen des Zweigkreises für den Zylinder 18. Die Druckeinstellung an ,jedem der Druckreduzierventile 130, 130¹ und 130" bestimmt den Anfangsdruck in jedem Zweigkreis,

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wobei die Federkonstante durch das Gasvolumen des Sammlers bestimmt ist.

Die HirkungsyeisQ der alt Aufschlagkopplung arbeitenden Ausführungsforza der Fig. 16 ist beispielsweise in Fig. 17 — 22 dargestellt. Diese Figuren veranschaulichen vereinfacht die Stellung der verschiedenen Bestandteile des Systems unter verschiedenen Arbeitsbedingungen und verschiedenen Augenblicken des Arbeitsablaufs· Fig. 17 zeigt den Zustand der in Betrieb gesetzten Einrichtung, bevor der Aufreißschaft alt der Oberfläche dear Formation 20 in Berührung gelangt. In dieser Stellung ist der Aufreißschaft 15 in seiner aa weitesten nach vorn gestellten Lage, wobei das obere Ende des Hebels odej/Gliedes 1? gegen einen Anschlag 120 liegt, während das untere Ende vom Anschlag 123 entfernt ist. In dieser Stellung ist das Gehäuse 21 um die Achse 22 geschwenkt und in Berührung mit dem Anschlag 124. Selbst in dieser am weitesten nach vorn liegenden Stellung' schwingt der Hammer 33» wie in punktierter Linie angedeutet ist, bei sich drehender Welle 25, ohne daß er mit dem Ende des Schaftes 15 in Berührung kommt* Das System ist daher in einer im wesentlichen neutralen oder Leerlaufstellung, wobei keine Energie auf die Aufreißspitze übertragen wird.

zeigt
Fig. 18/die Einrichtung in dem Zustand, in dem der Hammer 33 in leichte Berührung mit dem Schaft 15 gekommen ist, der gerade bis zum Eingriff mit der Formation 20 abwärts—

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bewegt worden ist. Durch das Transportfahrzeug ist eine ausreichende Vorwärtszugkraft auf den Schaft I₅ ausgeübt worden, um das obere Ende des Gliedes 17 vom Anschlag abzuziehen und es aber noch nicht in Berührung mit dem Anschlag 123 «u bringen. Gleichzeitig reicht ein leichter, vom Hammer 55 ausgeübter Schlag nicht aus, um das Gehäuse 21 und die Energiespeichervorrichtung vom Anschlag 1^ fortzubewegen.

Die Berührung des Hammers 55 mit dem Schaft 1₅ treibt den Schaft oder die Aufreißspitze 19 vorwärts in die Formation, siehe Fig. 19, und verursacht ein Aufbrechen des Materials. Der Aufschlag gegen den unter Belastung stehenden Schaft 15 verursacht ein Schwenken der Gehäusevorrichtung 21 um die Schwenkachse 22, so daß das Gehäuse aus der Berührung mit dem Anschlag 1» herausbewegt wird. Eine fortdauernde Betätigung der Einrichtung zusammen mit einer entsprechenden fortschreitenden Bewegung zum Eingriff in die Formation führt dazu, daß das System in ein dynamisches Gleichgewicht kommt, so daß die vom System benötigte Energie fortlaufend auf dieses durch die Schläge abgegeben wird, die der Hammer 35 gegen den Schaft 15 ausführt. Die Rückbewegung des Schaftes 15 und die Bewegung des Gehäuses 21 wird gleichzeitig mittels der Zylinder 18 bzw. 23 gedämpft.

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Vc?

Wenn die Aufreißvorrichtung tiefer in die Formation eindringt, führt die fortdauernde Vorwärtsbewegung des Zug- und Haltefahrzeuges dazu, daß der Aufreißschaft weiter nach hinten geschwenkt wird. Das führt dazu, daß der Hammer das hintere Ende des Aufreißschaftes eher oder sogar möglicherweise vor der Berührung des Gliedes 17 mit dem Anschlag 123 berührt. Daher wird tatsächlich, je größer der auftretende Widerstand ist, der Schaft 15 umso weiter nach hinten geschwenkt, wodurch sich eine stärkere Berührung mit dem Hammer 33 und dementsprechend eine größere Abgabe von Energie durch das System auf die Aufreißspitze 19 ergibt. Dies zeigt Fig. 20, in der der Schaft zurückgedrückt ist, so daß das Glied 1? unmittelbar vor seiner Berührung mit dem Anscnlag 123 ist. Gleichzeitig ist das Gehäuse 21 nahezu in seiner vorderste Stellung am Anschlag 24 gelangt, und der Hammer 33 ist in Eingriff mit dem Schaft 15 bei ungefähr einer viertel Drehung des Exzenters 30 gekommen. Dies füfc-t dazu, daß der Schaft 15 in eine Vorwärtsstellung, siehe S¹Ig. 21, getrieben und das Gehäuse 21 aufgrund des Rückstoßes nach hinten geschwenkt wird, wie dieselbe Figur zeigt. Falls die Belastung am Schaft 15 zu groß ge-' wesen ist, kann das Gehäuse 21 veranlaßt worden sein, sich ausreichend nach hinten zu bewegen, so daß der Hammer beim nächsten Vorwärtshüb nicht in Berührung mit dem Schaft 15 kommt. Diese Lage kann weiter dadurch verstärkt werden, daß die benachbarten Aufreißschäfte einen ähnlich konzentrierten Schlag erfahren haben, der daS Gehäuse rückwärts

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schwenkt. Wenn aas Ο**». *-» eine» Oleichgewichtsaustand eich nähert, bewegt es sieb zurück auf den Schaft zu wobei der Hammer wieder in Berührung »it de* Hinterende des Aufreißschaftes kommt und den vorstehenden Zyklus wiederholt. Fig. 22 veranschaulicht die Kinrichtung in _aem Zustand, in dem das Gehäuse 21 in etae Extrem st el lung nach hinten geschwenkt worden ist, so daß, selbst wenn die Vorwärtsbewegung aes Fahrzeuges den Schaft 15 zurück drückt, der Hammer 35 nicht in Berührung mit dem Schaft 15 treten kann»

Durch eine entsprechende Anordnung der Bestandteile dieses Systems wird eine optimale Leistung erreicht. Z.B. dient die Masse der im Gehäuse 21 enthaltenen Bestandteile, die die Energiespeichervorrichtung bilden, zusammen mit dem Gehäuse 21 als Reaktionsmasse für die Schläge, die der Hammer 33 gegen den Schaft 15 ausführt. Eine weitere Reaktion wird durch das Hydrauliksystem aufgrund der Anordnung der Zylinder 18 urd 23 ermöglicht. Diese Kräfte können zusammen mit einer optimalen Frequenz des Arbeitsabiaufes und der Vorwärtsbewegung des fahrzeuges für ein gegebenes ~ . ..,_-, _~ _{ΛίΛΜΟΐο}ΐΗ werden, daß der Hammer 35 bei jedem Zyklus mit günstigster Frequenz schlägt, so dali eine Höchstnenge an Energie auf die Aufreißspitze 19 zum Aufbrechen der Iformation übertragen wird. Durch richtige Wahl und Steuerung der Parameter kann das System automatisch

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H-

während des Arbeitseinsatzes eine üieichgewichtsstellung erreichen, indem das Gehäuse 21 um die Schwenkachse 22 und der Schaft 15 um seine Haltevorrichtung schwenkt, so daß der Angriff und die Abgabe der Energie zum Aufbrechen des Materials am günstigsten werden.

Der vorstehend beschriebene Arbeitsgang veranschaulicht ein wesentliches Merkmal der Erfindung, wodurch es möglich wird, die erfindungsgemäße einrichtung zum Aufbrechen von Gestein und anderen iirdmaterialien einzusetzen, wo andere derartige mechanische Einrichtungen versagt haben. Dies Herkmal umfaßt ein massives, sich drehendes Schwungrad, das in dem Gehäuse 21 angeordnet und als Energiespeichermittel erwähnt worden ist, und ferner Mittel zur Umwandlung dieser Drehenergie in eine lineare Schwingungsenergie, die schließlicn auf den Aufreißschaft «5 übertragen wird, aber nur bei entsprechender Anforderung und im Verhältnis zu der Anforderung. Dies ergibt sich ohne weiteres aus einer Betrachtung der Fig. 1? und 22. Tie im Gehäuse 21 enthaltene Masse der Einrichtung bildet eine Reaktionsmasse, wenn Energie auf den Aufreißschait 15 abgegeben wird. Diese Reaktionskraft ^.-ergrößert sich, wenn das Gehäuse 21 gezwungen wird, weiter um den Schwenkpunkt 22 zu schwenken; damit wird die Reaktion und infolgedessen die gleiche, entgegengesetzte Durchschnittskraft erhöht, die entlang der Achse des Schaftes 15 durch den Hammer 55 angewendet wird.

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Das System bildet daher ein

matischer Selbstregulierung und ^ _{Aufreiflspltz}e 19

Energiemenge über den Schaft 15 a _Oesteinsfor-

zum Aufbrechen des Materials, wie etwa

mation 20.

■ ι rter Erfinduns zeigt Jig.

Ein «eitores Ausfübrunesbeispiel _BeisFiele

«. in der mit Be,. auf die vorhergehende ^ ^ «leiche Elemente mit gleichen ~ ^ ^

Bei dieser Ausführung orm wird die Bner_g reißschaft 15 mittels einer Hydraul«^ ^

,ydrauliscben Verbindungsgliedes 155 «£«-. ^ ^ System arbeite. _£Shr ähnlich wie .» Syste^ ^ ^^ Kupplung durch mechanischen Aufschlag erfolgt, β

■ - ntchtung beaufschlagt, wenn reißschaft wird nur in einer Kichtung

ohinqs°n werden· entsprechende HydraulikBffnungen geschlo .

Dieses Hydrauii,c_glied weist eine Kammer 156 auf, die^

ist, um einen ,weiten Kolben 158 enthalt, der mittels eines Gliedes 159 mit dem Sch.« 15 Stoppelt ist « Kammer oder Buchse ₁₉S ,ann ,ure, geeignete -,ttel etwa

._ «„ „ n.häuse 11 abgestützt sein. Die

eine HaAi-ej.uii& iwi — -■

. „ _Kolben 157 und 158 enthaltene in der Kammer zwiscnen den Kolben l?/

„ydrauliicflussigkeit Überträgt Kräfte vo. Kolben 157 auf uen Kolben 158- Die auf den Aufreißschaft Übertragenen Kräfte gehen nur in einer «ichtung entsprechend denjenigen

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7216656

bei einer Aufschlaglnipplungsanordnung, wie sie vorstehend beschrieben ist. Zu * er Hydraulik-Kupplungsvorrichtung gehört ein hydraulischer Ergänzungskreia, der eine Pumpe . 161 aufweist, um die Flüssigkeit aus dem Behälter 162 der Kammer 156 durch die Leitungen 16$, 164, 165 und 166 hindurch zuzuführen. D^r ,.eeis enthält ferner einen Sammler 167, ein Entlastungsv. ■ M.1 «168 und ein fin^c^i_affy^U ISQ- Das iäntlastungsvea. .1 ₁₆8 schützt den Kreis gegen Druckstöße oder -aufWallungen.

Wenn der Schaft 15 abgesengt und mit der Formation 20 in üngriff gebracht wird, wird auf den Schaft durch die Zugmaschine eine ausreichende Vorwärtszugwirkung ausgeübt, so daß der Schaft sich zurückbewegt. Bei Sückbewegung des Schaftes I5 bewegt sich dar daran befestigte K-olben 158 in der Kammer 156 und schließt die Öffnung 17O der Leitung 166. Bei Drehung der Kurbelwelle 25 entwickelt sich in der Kammer 156 ein hoher Druck, durch den der Kolben 157 vorwärtsbewegt wird und die Öffnung 171 der Leitung 164. Das Rückschlagventil 169 verhindert, daß die Flüssigkeit über die Leitung 165 s-ira Behälter 162 zurückfließt« Der Schaft wird vorwärtsgedrückt, bis die Öffnung I70 wieder frei wird.

Rp.im Rür.khiih Λοα VniHonr. /lern ίΐ;_οχ τη.·: j _< 4 λ. ....,·».·; ,Λ- ■; „

die Kammer I56 durch die Leitungen 164, 165 und 166. Der Sammler 167 dient zum Ausgleich bei Spitzenflüssigkeitsanf ord er ung en.

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In Fi?;. 24 ist der Gedanke der hydraulischen Übertragung auf ein Erdbearbeitungsgerät angewendet, nämlich eine Planier- oder Schieberschaufel· In diesem Fall wird ein Planier- oder Schieberblech 172 mittels einem Paar Glieder 173 und 174 schwenkfähig an einem Träger 1?5 gehalten, der seinerseits in geeigneter Weise an einem nicht dargestellten Fahrzeug angeordnet oder von diesem gehalten wird. Der momentane Mittelpunkt I76 der Glieder 173 und 174 wird der wirksame Schwenkpunkt für das Blech I72. Die Glieder 173 und 174 sind derart angeordnet, daß der momentane Mittelpunkt 176 geringfügig vor der Schneidkante 177 liegt, wodurch sich eine im wesentlichen waagerechte Bewegung der Schneidkante 177 ergibt« Durch einen Hydraulikzylinder 178 können das Blech und der Rahmen 175 mit Bezug auf die Tiefe einstellbar gehalten werden. Geeignete Energiespeichermittel sind in einem Gehäuse 179 angeordnet und weisen eine Welle 180 auf, die einen Exzenter 181 trägt» Ein hydraulisches Verbindungsglied mit einem Zylinder 182 der eine Hydraulikflüssigkeit enthält, dient dazu, die zu übertragende Energie an das Schieberblech.172 anzukoppeln. Dieses Hydraulikgiied enthält ein auf dem Exzenter 181 gelagertes Glied 183, das mit einem Kolben 184 verbunden ist, der die Kraft auf das Strömungsmittel im Zylinder 182 überträgt. Die Flüssigkeit überträgt die Kraft auf einen zweiten Kolben 185, deuseinerseits mit einem Verbindungsglied 186 zur Übertragung der Energie auf das Blech 172 verbunden ist«

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_{iig 25} veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform _aieser _Binrichtung, wobei Reiche »lehnte mit denselben Bezüglichen versehen ·**· =ei ^- Ausführung*^·, ist die Bnergiespeichervorrichtung wie bei den vorher_gehenden Beispielen in eine. Gehäuse 187 eingeflossen _wa enthält eine drehbare Welle 188, die mittels eines centers 189 ^ eine» Vertindungsglied 1₉0 gedoppelt ,st. _Das Glied 190 ist durch einen Zapfen 191 - H.« 192 an-_Bel»W. I" dieser Anordnung «ird die _Drehener_gie, die xn _den massiven S.h-ungradem J- Gehäuse 18₇ gespeichert wird _in eine Schwingungsbeweguns umgewandelt, die vo* Ha_ramer _aurch intermittierende Sc^ge auf einen A_fflbo_ß 195 und ₄ .« au, das Blech 172 übertragen wird. Eine Dichtung 19* achtet das aenause 187 u* das G₁Ie₄ 190 heru* ab.

26 ist eine weitere Ausführungsfor», dargestellt, I dl!'die Energiespexchervorrichtung unmittelbar »it _eine_B Schieberblech 195 gedoppelt ist. Dies Schieberblech ₁₉₅ «ird schwert^ .«tels Gliedern 196 und 197 gehalten, auf einem Trägerglied 175 abgestützt sind. Die Dreh-188 ist wie bei den vorhergehenden Beispielen mittels centers 189 It dem Glied 190 gekoppelt, das bei _i98 ^ttelbar sc^^ .it der ,chaufel 195 verbunden

_i98 u^tt

_lst und auf diese «eise Energie von der welle 188 a» einer Schwängungsbewegung unmittelbar auf die

Schaufel 195 überträgt.

— 39 —

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Diese Ausfuhrungsforraen, die die Anwendung der Erfindung insbesondere auf eine Bulldozzer-Schaufel zeigen, veranschaulichen die Möglichkeit, die Leistung eines Traktors . gegebener Größe besonders bei für die Zugleistung des Traktors schlechten Bedingungen erheblich zu verbessern.

Fig. 27 zeigt eine Anwendung der Erfindung auf einen Schaufellader. Eine Wanne 199» die bei einem solchen Gerät verwendet wird, ist durch Glieder 200 und 201 schwenkfähig an einem Träger 203 angeordnet, der durch Steuerglieder 204 und 205 an einem nicht dargestellten Fahrzeug gehalten wird. Ein Gehäuse 206 enthält eine iSnergiespeichervorrichtung der vorstehend erläuterten Art, die eine Drehwelle 207 aufweist, die durch einen Exzenter 208 mit einem Verbindungsglied 209 verbunden ist, das seinerseits bei 210 schwenkfähig mit einem Hammer 211 gekoppelt ist. Der Hammer 211 ist bei 212 schwenkfähig an der Wanne 199 oder an einer Trägervorrichtung der Wanne angeordnet und berührt internet tier end einen Amboß 215» der an der Wanne I99 befestigt ist, so daß intermittierend Schwingungsenergie auf die Wanne übertragen wird.

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Die in Fig. 28 gezeigte Ausfuhrungsform weist eine Laderwanne 214- auf, die bei 215 schwenkfähig mit einem Träger-

glied 216 verbunden ist, das mittels geeigneter Steuer-

glieder 217 und 218 von einem nicht dargestellten Fahrzeug £

- 4-0 -

„ehalten wird. Ein Gehäuse 219 enthält etae Energiespeicher richtung einschließlich einer Welle 220 und eine» Center 221, der durch ein Glied 222 It eine» Schwerpunkt 223 an der Wanne 21* te., eine» »it dieser verbundenen Teil verbunden ist. 3* dieser Ausführung**«™
schwin die ganse Wann, 21« - die Schwenkachse 215 auf _{epaA äsr} Anwendung von Schwiagungskräften durch das Clx

- PATENTANSFßUGHE ~

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Claims (1)

1. ■"■ 3

   PATENTANSPRÜCHE

   Bodenbearbeitungseinrichtung mit einem Werkzeug zur Abtrennung von Bodenteilon vom Untergrund, Mitteln zum Halten und Führen des Werkzeugs und einer Antriebsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (44·) mit einer mit Massenträgheit arbeitenden Energiespeichereinrichtung (38, 39) verbunden ist, die fortlaufend von der Antriebsvorrichtung Energie aufnimmt, und daß eine Übertragungsvorrichtung (30, 32, 35) die in der Trägheitsmasse gespeicherte Energie umwandelt und zyklisch auf das Werkzeug überträgt.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung ein massives Schwungrad (58* 59) und die tjbertragungsvorrfchtung eine das Schwungrad drehbar haltende Kurbelwelle (25) auf-y weist, die durch eine Verbindungsstange (31» 52) die Energie auf das Werkzeug abgibt„

   3. Einrichtung nach Anspruch Z._t dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsvorrichtung eine mit der Verbindungsstange (31 j 52) verbundene Aufschlagvorrichtung (33) aufweist, die intermittierend mit dem Werkzeug zur Abgabe deiriänergie in Berührung tritt.

   - 42 2098A3/0133

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   -. Einrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet , daß das Werkzeug ein Gesteinsaufbrechwerkseug (15, 19) ist, das an einem Fahrzeug (10) abgestützt ist und bei Vorwärtsbewegung mit seiner Spitze (19) in Singriff mir e^er Gesteinsformation bis unter die Oberfläche (""'J) zur fortlaufenden Abtrennung von Teilen det Formation entlang dem Fahrweg des Fahrzeuges tritt, wobei die Abschlagvorrichtung (33) intermittierend das Werkzeug unter einem auf die Oberfläche gezogenen Anstellwinkel beaufschlagt.

   5. Einrichtung nach Anspruch 4-, gekennzeichnet durch Haltemittel für das Werkzeug (15, 19) *it veränderbarem Anstellwinkel*

   6. Einrichtung nach Anspruch >, dadurch gekennzeichnet, daß der Angriffswinkel zwischen 20 und 55° beträgt.

   7. Einrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß dl2 Aufschlagfrequenz veränderlich ist.

   8, Ei«richtung nach Anspruch 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlagvorrichtung (33) an einem Paar Haltegliedern (3% 35) angeordnet ist.

   - 4-3 -

   - 4-5 - ν

   9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, |

   daß die Halteglieder (54-, 55) mit der Auf schlagvorrichtung (55) und der Trägervorrichtung (11) ein Vierseit bilden.

   10. Einrichtung nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Schieberbiech (172) ist*

   11* Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberblech (172) mit einstellbar veränderlichem Angriffswinkel angeordnet ist.

   12. Einrichtung nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (15; 172) an einem Paar Verbindungsglieder (16, 17; 175, 174-) angeordnet ist.

   15- Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Yerbindüngsstange (190) unmittelbar mit dem Werkzeug (195) gekoppelt ist.

   14-. Einrichtung nach Anspruch 10 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberblech mit. einem Winkel zur Oberfläche der Formation von der Energieübertragungsvorrichtung beaufschlagbar ist.

   - 44- ~

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   15· Einricirtung nach Anspruch 1 - 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeichervorrichtung durch die Größe der gespeicherten Energie die Änderung ii der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (25) auf beschränkt.

   „ν, ι - 15 gekennzeichnet 16. Einrichtung nach Anspruch 1 15, 8

   _durch beweglich angeordnete Rsaktionsnittel (21), welche die Bewegung der Übertragungsvorrichtung xn _elne Gleichgewichtsübung in Abh^iS.eit von den Belastunssanforderungen an de. Werzeug

   ^₁₁ ^v. 15 - 16, gekennzeichnet ,7. Einrichtung nach Anspruch 15 , ^S

   _durch schwemcfähig angeordnete Haltemittel (22, ». 5*, ₅₅₎ sur Bewe₈ung der übertragungsvorrichtung und der ,nergiespeichervorrichtune ^ wesentlichen entlang der Hubbahn des Werkzeugs (15).

   _1β. Kinrichtung nach Anspruch 16 - 17, gekennzeichnet

   _durch Nittel _Zur Vcrspa.nun« der „bertragungsvorrxchtung gegen das Werkzeug.

   ,inrichtun« nach Anspruch 1 - 13, dadurch _Bek net, daß das Werkzeug (115) an de. fahrzeug χ _des durch die vier Haupttragr.der (31, 8S) des Bahr zeugs besti-ten Grenzen gehalten xst.

   - 45 -208843/0133

   _ 45 - *V

   20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (81, 88) Antriebsräder sind.

   21. Einrichtung nach Anspruch 16 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmittel selbsttätig in
   Abhängigkeit von sich ändernder Belastung am Werkzeug (15) sich ändern«

   22«, Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsraittel mit hydraulischen Steuermitteln (23) ausgestattet sind.

   23. Einrichtung nach Anspruch 1 - 22, gekennzeichnet durch eine in ihrer Leistung steuerbare Antriebsvorrichtung (44) zur Aufrechterhaltung eines hohen Geschwindigkeitsverhältnisses des Werkzeuges mit Bezug auf die
   Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs.

   24·. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug für eine Schwingungsbewegung mittels einer ViereckglJaäerverbindung (173, 174) gehalten ist, deren momentaner Schwenkmittelpunkt (176) für das Werkzeug geringfügig vor dessen Schneidkante (177) liegt_o

   25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Geste -.nsaufbrechschaft (15) ist_e

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   26. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, · daß das Werkzeug ein Schieberblech (172) ist*

   27* Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine Laderwann® (199) ist,

   28. Einrichtung nach Anspruch 1, 4 - 12 und 14 - 27, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungsmittel eine hydraulische Kupplungsvorrichtung (155) enthalten.

   29. Einrichtung nach Anspruch -UMB₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannmittel einen Strömungsmittelkreis aufweisen.

   30. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmittelkreis einen Sammler enthält.

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