DE2245373C3

DE2245373C3 - Pneumatische Schlagmaschine

Info

Publication number: DE2245373C3
Application number: DE19722245373
Authority: DE
Inventors: Eduard A. Abramenkov; Julij M. Tomsk Baschlykov; Grigorij L. Charkow Fischbejn; Leonid A. Ganschin; Alberd A. Moskau Goppen; Nikolaj A. Kluschin; Anatolij A. Lipin; Leonid L. Lysenko; Petr A. Maslakov; Igor V. Moskau Nikolajev; Abram M. Okun; Anatolij M. Petrejev; Gennadij F. Timofejev; Michail B. Charkow Tschovnik; Eduard P. Warnello
Original assignee: Institut Gornogo dela Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk SSSR
Current assignee: Institut Gornogo dela Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk SSSR
Priority date: 1971-09-15
Filing date: 1972-09-15
Publication date: 1980-09-11
Also published as: DE2245373A1; FR2154023A5; GB1356905A; DE2245373B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine pneumatische Schlagmaschine, bestehend aus einem Gehäuse mit einem zylindrischen Innenraum, in welchem ein Schlagkopf angeordnet ist, der sich unter Drucklufteinwirkung hin- und herbewegt und am Ende des Arbeitshubes auf das am Vorderteil des Gehäuses angeordnete Werkzeug Schläge ausführt und den zylindrischen Innenraum des Gehäuses in zwei Kammern teilt, von denen die eine — die Arbeitshubkammer

— im hinteren Teil des Gehäuses angeordnet, durch das Gehäuse und den Schlagkopf begrenzt, mit der Druckluftquelle durch einen Zulaufkanal einer Einlaßvorrichtung dieser Kammer ständig verbunden und mit der Außenluft durch Auslaßkanäle periodisch verbunden ist und die andere Kammer — die Leerlaufkammer

— im Vorderteil des Gehäuses angeordnet, durch das Gehäuse, den Schlagkopf und das Werkzeug begrenzt, mit der Druckluftquelle ständig verbunden ist, die vom Kanal einer Einlaßvorrichtung der Leerlaufkammer gespeist wird und mit der Außert'uft durch die Auslaßkanäle periodisch verbunden ist

Eine pneumatische Schlagmaschine dieser Art, die im Bergbau, Maschinenbau, Bauwesen, und in der Metallurgie für Abbau-, Stemm- und Niethammer, Betonbrecher, Bohrhämmer und dergleichen verwendet werden kann, ist aus der SU-PS 2 47 179 bekannt Maschinen dieses Typs weisen gegenüber ventilgesteuerten Maschinen, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 5 74 249 bekannt sind, einen sehr viel einfacheren robusten Aufbau auf, da die ganze Ventilsteuerung entfallen kann, besitzen aber einen erheblich größeren Druckluftverbrauch. Es ist auch schon beispielsweise aus der DE-PS 1 81 097 eine ventillose Steuerung für Drucklufthammer bekannt, jedoch erfordert diese einen kompliziert mit öffnungen und Kanälen ausgebildeten sehr langen Schlagkolben, wobei der Schlagkolbenlauf um mehr als die Hälfte geringer als seine Länge ist, was geringe Leistungsfähigkeit bei großer Vibrationsgefahr ergibt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Beibehaltung des einfachen Aufbaus einer Schlagmaschine der eingangs erwähnten Art einen niedrigeren Druckluftverbrauch zu ermöglichen und ein zuverlässigeres stoßfreies Anlassen zu gewährleisten.

Dies wird bei einer Schlagmaschine diesert Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Einlaßvorrichtungen der Arbeitshubkammer und der Leerlaufkammer mindestens je einen Einlaufkanal aufweisen und derart ausgeführt sind, daß der äquivalente Querschnitt f. der Zulaufkanäle der Arbeitshubkammer und der äquivalente Querschnitt /9 der Zulaufkanäle der Leerlaufkammer der folgenden Beziehung genügen:

55

G₇

P₁

-1

υ. -> κ _ — ι κ

65

~ > 0,528,
"0

worin P\, Po der absolute Luftdruck an den Ein- bzw. Ausgangskanälen,
gdie Fallbeschleunigung,

γο das spezifische Gewicht der Druckluft am Eingang in den Kanal,

K= 1,4 der Adiabatenexponent,
Gi, Gg der Druckluftverbrauch über die Kanäle,
Wa, W5 der Rauminhalt der Arbeitshub- bzw. Leerlaufkammer bei abgestütztem Schlagkopf am Werkzeug, welches dabei an das Gehäuse der Maschine angedrückt wird, bedeuten und
Λ=0,15 bis 0,5 ein Proportionalitätsfaktor ist

Eine solche Ausgestaltung ermöglicht einen verringerten Druckluftverbrauch bei gleicher Maschinenleistung und gewährleistet eine Erhöhung der Zuverlässigkeit und Stoßfreiheit beim Anlassen der Maschine.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht dabei darin, daß die Einlaßvorrichtung zumindest einer der Kammern eine im Gehäuse angeordnete Hülse mit öffnungen in der Wandung hat, wobei die Zentralöffnung der Hülse den Zulaufkanal sowie einen in der Wandung des Gehäuses angeordneten Steuerkanal, wobei der Zulaufkanal der Hülse der Einlaßvorrichtung der Arbeitshubkammer durch die öffnungen in der Wandung der Hülse und durch den Steuerkanal dieser Einlaßvorrichtung mit der Leerlaufkammer verbunden ist und der Zulaufkanal der Hülse der Einlaßvorrichtung der Leerlaufkammer durch die öffnungen in der Wandung der Hülse und durch den Steuerkanal dieser Einlaßvorrichtung mit der Arbeitshubkammer verbunden ist Dadurch kann der spezifische Druckluftverbrauch noch zusätzlich verringert werden.

Dies kann auch nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung dadurch erreicht werden, daß die Einlaßvorrichtung zumindest einer der Kammern ein im Maschinengehäuse angeordnetes elastisches Ringelement, dessen Zentralöffnung den Zulaufkanal bildet, sowie einen in der Gehäusewandung angeordneten Steuerkanal besitzt, wobei zwischen der Außenfläche des elastischen Elements und dem Gehäuse der Maschine ein Hohlraum besteht, der bei der Einlaßvorrichtung der Arbeitshubkammer durch den Steuerkanal dieser Einlaßvorrichtung mit der Leerlaufkammer verbunden ist, und bei der Einlaßvorrichtung der Leerlaufkammer durch den Steuerkanal dieser Einlaßvorrichtung mit der Arbeitshubkammer verbunden ist.

Um zu verhindern, daß Fremdkörperteilchen in das Innere des Gehäuses gelangen und um den damit verbundenen Verschleiß der Maschine zu verringern, ist es vorteilhaft wenn die Einlaßvorrichtung zumindest einer der Kammern ein im Gehäuse angeordnetes poröses Element hat, dessen Poren die Zulaufkanäle sind.

Die Zuverlässigkeit und Stoßfreiheit beim Anlassen der Maschine wird zusätzlich erhöht wenn die Auslaßkanäle in der Gehäusewandung derart ausgeführt sind, daß bei jeder Stellung des Schlagkopfs mindestens eine der Kammern mit der Außenluft verbunden ist.

Mit einfachsten Mitteln kann dabei eine weitere Erhöhung der Zuverlässigkeit und Stoßfreiheit beim Anlassen der Maschine erreicht werden, wenn die Auslaßkanäle längs der Achse des zylindrischen

Hohlraums verteilt sind, wobei der Abstand zwischen den äußeren Punkten der Auslaßkanäle die Länge der Führungsfläche des zylindrischen Schlagkopfs übersteigt.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen pneumatischen Schlagmaschine im ι ο Längsschnitt,

F i g. 2 ein Schaubild der Abhängigkeit des relativen spezifischen Druckluftverbrauchs »q« vom Proportionalitätsfaktor »/7«,

Fig.3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen pneumatischen Schlagmaschine, in deren Einlaßvorrichtungen Hülsen vorhanden sind, im Längsschnitt,

Fig.4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen pneumatischen Schlagmaschine, bei der die Einlaßvorrichtungen der Maschine mit elastischen Elementen versehen sind,

Fig.5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen pneumatischen Schlagmaschine, bei der die Einlaßvorrichtungen der Maschine mit einem porösen Element versehen sind,

F i g. 6 die Verteilung der Auslaßkanäle der Maschine längs der Achse des Innenraums der Maschine.

Die in F i g. 1 dargestellte pneumatische Schlagmaschine hat ein Gehäuse 1 mit einem zylindrischen Innenraum, in welchem ein beweglicher Schlagkopf 2 angeordnet ist Im Vorderteil des Gehäuses 1 befindet sich das Werkzeug 3. Der Schlagkopf 2 trennt den zylindrischen Innenraum des Gehäuses 1 in eine Arbeitshubkammer 2 und eine Leerlaufkammer 5. Die 35 bei Arbeitshubkammer 4 liegt im hinteren Teil des Gehäuses 1 und ist durch das Gehäuse 1 und den Schlagkopf 2 begrenzt Die Leerlaufkammer 5 liegt im vorderen Teil des Gehäuses 1 und ist durch das Gehäuse 1, den Schlagkopf 2 und das Werkzeug 3 begrenzt

Der Rauminhalt beider Kammern ist veränderlich. In der auf F i g. 1 gezeigten Stellung, wenn der Schlagkopf 2 sich am Werkzeug 3 abstützt, das seinerseits an das Gehäuse 1 angedrückt ist, hat die Arbeitshubkammer 4 ihren maximalen Rauminhalt W₄, während der Rauminhalt W₅ der Leerlaufkammer 5 am kleinsten ist

Die Arbeitshubkammer 4 und die Leerlaufkammer 5 haben ihre eigene Einlaßvorrichtung. Die Arbeitshubkammer 4 hat eine Einlaßvorrichtung 6, enthaltend einen Zulaufkanal 7, durch welchen sie dauernd mit der Druckluftquelle (auf der Zeichnung nicht angegeben) verbunden ist Die Leerlaufkammer 5 hat eine Einlaßvorrichtung 8, enthaltend einen Zulaufkanal 9, durch welchen sie ebenfalls mit der DruckluftqueUe dauernd verbunden ist

Im Gehäusekörper 1 sind Auslaßkanäle 10 ausgeführt, die den zylindrischen Innenraum des Gehäuses 1 mit der Außenluft verbinden. Diese Kanäle 10 können je nach der jeweiligen Schlagkopfstellung geschlossen oder geöffnet sein. Bei geöffneten Auslaßkanälen 10 ist entweder die Arbeitshubkammer 4 oder die Leerlaufkammer mit der Außenluft verbunden.

Die Zulaufkanäle 7 und 9 sind durch entsprechende Gestaltung von Form, Länge und Querschnitt so ausgeführt, daß bei einem unter eins liegenden Wert dem Verhältnis des absoluten Drucks P\ am Ausgang zum absoluten Druck Po am Eingang der Zulaufkanäle, sich der äquivalente Querschnitt /7 des Zulaufkanals der Arbeitshubkammer 4 zum äquivalenten Querschnitt /9 des Zulaufkanals der Leerlaufkammer S entsprechend der Beziehung verhält:

x ⁼ " w_s<

wobei

/7=0,15 — 0,5 — einen Proportionalitätsfaktor bezeichnet.

Der äquivalente Querschnitt /des Zulaufkanals der Einlaßvorrichtung einer der Kammern wird nach der bekannten Formel von Saint-Venant und Wantzel durch die folgende Beziehung bestimmt:

-^- > 0,528,
"0

£ < 0,528,
"0

K = 1,4 — der Adiabatenexponent, g — die Erdbeschleunigung,

γ₀ = spezifisches Gewicht des Gases am Eingang in den Zulaufkanal.

Entsprechend der Formel (2) gilt für die Arbeitshubkammer 4:

G₇

/7 =

wobei

Gi — der Druckluftverbrauch durch den Zulaufkanal 7

ist

Für die Leerlaufkammer 5 gilt entsprechend:

G₉

/9 =

wobei

Ga — der Druckluftverbrauch durch den Zulaufkanal 9

ist Die Einlaßvorrichtung jeder der Kammern 4 und 5 kann jedoch nicht nur einen, sondern einige Zulaufkanäle, d. h. ein ganzes System von Zulaufkanälen enthalten. In diesem Falle muß der Beziehung (1) der äquivalente Querschnitt dieses gesamten Kanalsystems genügen,

und der Druckluftverbrauch G nach der Formel (2) entspricht dann dem Gesamtverbrauch durch das System der Zulaufkanäle der betreffenden Einlaßvorrichtung.

Die erfindungsgemäße Schlagmaschine arbeitet in folgender Weise, wobei als Ausgangsstellung die auf F i g. 1 und den folgenden Figuren dargestellte Stellung genommen wird, bei der der Schlagkopf 2 sich am Werkzeug 3 abstützt. Beim Einschalten der Maschine — die Einschaltvorrichtung ist nicht gezeigt und kann ι ο beliebig ausgeführt sein — wird Druckluft in der durch Pfeile angegebenen Richtung von der Druckluftquelle durch den Zulaufkanal 7 der Einlaßvorrichtung 6 in die Arbeitshubkammer 4 und gleichzeitig durch den Zulaufkanal 9 der Einlaßvorrichtung 8 in die Leerlaufkammer 5 zugeführt Da die Arbeitshubkammer 4 durch die Auslaßkanäle 10 mit der Außenluft verbunden ist, wird sich in ihr ein Druck einstellen, der dem Atmosphärendruck nahekommt In der Leerlaufkammer 5 steigt der Druck stark an, so daß der Schlagkopf 2 unter der Wirkung der Druckdifferenz in den Kammern 4 und 5 sich in der Richtung vom Werkzeug 3 weg (Leerlauf) zu bewegen beginnt Bei seiner Bewegung überdeckt der Schlagkopf 2 die Auslaßkanäle 10 und trennt die Arbeitshubkammer 4 von der Außenluft

Dabei erfolgt in der Kammer 4 eine Kompression der in ihr eingeschlossenen Luftmenge sowie der in diese Kammer durch den Zulaufkanal 7 der Einlaßvorrichtung 6 dauernd gelangenden Luft, während in der Leerlaufkammer 5 eine Ausdehnung der in ihr befindlichen Luft und derjenigen, weiche in diese Kammer 5 durch den Zulaufkanal 9 der Einlaßvorrichtung dauernd gelangt, stattfindet

Bei fortgesetzter Bewegung in dieser Richtung öffnet der Schlagkopf 2 die Auslaßkanäle 10, welche die Leerlaufkammer 5 mit der Außenluft verbinden. Aus der Kammer 5 wird die Luft in der durch den Pfeil angegebenen Richtung ausgelassen, so daß der Druck in dieser Kammer sich bis auf den Atmosphärendruck vermindert 4u

Nach dem Auslassen der Luft aus der Leerlaufkammer 5 setzt der Schlagkopf 2 seine Bewegung unter der Trägheitswirkung fort Durch den ansteigenden Druck in der Arbeitshubkammer 4 bleibt der Schlagkopf stehen und beginnt sich dann in entgegengesetzter Richtung, u. zw. zum Werkzeug 3 hin (Arbeitshub) zu bewegen.

Beim Arbeitshub überdeckt der Schlagkopf 2 mit seiner Seitenfläche die Auslaßkanäle 10, wodurch die Leerlaufkammer 5 von der Außenluft abgetrennt wird. Dabei wird in der Kammer 5 die in ihr befindliche Luft sowie die dauernd in diese Kammer durch den Zulaufkanal 9 der Einlaßvorrichtung 8 gelangende Luft komprimiert

Sobald der Schlagkopf 2 die Auslaßkanäle 10 geöffnet hat, welche die Arbeitskammer 4 mit der Außenluft verbinden, beginnt die Luft aus dieser Kammer 4 in die Außenluft hinauszuströmen. Indem der Schlagkopf 2 seine Bewegung unter der Trägheitswirkung fortsetzt, übt er einen Schlag auf das Werkzeug 3 aus. Nach erfolgtem Schlag beginnt sich der Schlagkopf 2 unter der Druckluftwirkung in der Leerlaufkammer 5 und teilweise infolge des Abpralls vom Werkzeug 3 in entgegengesetzter Richtung vom Werkzeug 3 weg zu bewegen. Auf diese Weise wird der Zyklus laufend wiederholt

Aus dieser Beschreibung folgt, daß die Zulaufkanäle 7 und 9 dauernd geöffnet sind und die Kammern 4 bzw. 5 bei beliebiger Stellung des Schlagkopfs 2 mit der Druckluftquelle verbinden; darum findet auf bestimmten Teilstrecken der Schlagkopfbewegung ein offenkundig unproduktiver Druckluftverbrauch statt. Der Hauptanteil dieses unproduktiven Druckluftverbrauchs entfällt auf die Bremsstrecken des Schlagkopfs bei dessen Leerlauf sowie auf die Anlaufstrecken bei seinem Arbeitshub. Diese Etappen dauern relativ am längsten. Zu dieser Zeit ist die Leerlaufkammer 5 durch die Auslaßkanäle 10 mit der Außenluft verbunden, so daß die in diese Kammer 5 durch den Zulaufkanal 9 gelangende Druckluft nutzlos verbraucht wird.

Der unproduktive Druckluftverbrauch bei der Verbindung der Arbeitshubkammer 4 mit der Außenluft ist wesentlich geringer, da der Zeitabschnitt bedeutend kürzer ist, während der der Schlagkopf 2, dessen Geschwindigkeit am Ende des Arbeitshubs und zu Beginn des Leerlaufs am größten ist, die Auslaßkanäle 10 für die Kammer 4 offen läßt

Selbstverständlich hängt der Wert des unproduktiven Druckluftverbrauchs vor allem von dem Durchlaßvermögen des Zulaufkanals 9 ab; folglich erscheint es zweckmäßig, für eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit einer solchen Maschine den äquivalenten Querschnitt /9 dieses Kanals zu verringern.

Das Durchlaßvermögen des Zulaufkanals 9 beeinflußt jedoch auch die Maschinenleistung. Bei ungenügendem äquivalentem Querschnitt /9 wird der Leerlauf des Schlagkopfs »träge«, seine Verstellung wird kürzer, und die Leistung der Maschine sinkt Darum ist die richtige Wahl der äquivalenten Querschnitte der Zulaufkanäle zur Herabsetzung des spezifischen Druckluftverbrauchs, d. h. zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit einer solchen Maschine, ohne ihre Leistung zu vermindern, von ausschlaggebender Bedeutung.

Wie Untersuchungen zeigten, sollte zur Verringerung des spezifischen Druckluftverbrauchs das Verhältnis filh der äquivalenten Querschnitte der Zulaufkanäle der Arbeitshub -und der Leerlaufkammer dem Verhältnis des Maximalvolumens W_t der Arbeithubkammer 4 zum Minimalvolumen Ws der Leerlaufkammer 5 proportional sein, wobei der Wert des Proportionalitätsfaktors »η« im Bereich von 0,15 bis 0,5 liegen muß. Der genannte Bereich des Proportionalitätsfaktors »Λ« bestimmt das Gebiet der möglichen Einstellvarianten der Maschine, in dessen Grenzen der spezifische Druckluftverbrauch hinreichend nahe an den Minimalwert herankommt Die Änderung des spezifischen Druckluftverbrauchs in Abhängigkeit vom Wert des Proportionalitätsfaktors »λ« zeigt das Schaubild auf F i g. 2, wo q — den Wert des spezifischen Druckluftverbrauchs, bezogen auf den minimalen spezifischen Verbrauch bei »m<=03, bezeichnet

Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß bei einer Änderung von »λ« im Bereich von 0,15 bis 0,5 der relative Wert »q« des spezifischen Druckluftverbrauchs sich im Minimalbereich in den Grenzen* ±10% vom Mittelwert 9=1,1 ändert

Nunmehr sei der Einfluß des gegenseitigen Verhältnisses der äquivalenten Querschnitte der Zulaufkanäle auf die Zuverlässigkeit und Stoßfreiheit des Anlassens erläutert

In den realen Betriebsbedingungen kann man die Maschine nicht nur in der auf F i g. 1 dargestellten Stellung des Schlagkopfs 2, sondern auch in dessen beliebigen Stellungen anlassen. Am ungünstigsten für den Anlaß ist die Stellung, wenn der Schlagkopf 2 mit seiner Seitenfläche die Auslaßkanäle 10 überdeckt, so

daß weder die Arbeitshubkammer 4, noch die Leerlaufkammer 5 mit der Außenluft verbunden ist. In diesem Falle, wenn das Verhältnis der äquivalenten Querschnitte der Kanäle 7 und 9 der Formel (1) nicht genügen, erfolgt der Druckanstieg in diesen Kammern derartig, daß beim Anlassen der Maschine auf den Schlagkopf 2 von beiden Seiten praktisch die gleichen Kräfte wirken, wodurch der Schlagkopf sich nicht verstellen kann, um die Auslaßkanäle 10 zu öffnen. Selbstverständlich kann die Maschine in diesem Falle nicht angelassen werden. Die erfindungsgemäße Ausführung der Zulaufkanäle entsprechend dem Verhältnis (1) gewährleistet einen ungleichen Druckanstieg in den Kammern 4,5 und erzeugt die erforderliche Druckdifferenz in den genannten Kammern während des Anlassens.

Die erfindungsgemäße Ausführung der pneumatischen Schlagmaschine ermöglicht eine Herabsetzung des spezifischen Druckluftverbrauchs bis auf 1,3 m³/min. PS im Vergleich zu 1,8 mVmin. PS in den bekannten Maschinen dieser Art und gewährleistet eine höhere Zuverlässigkeit und Stoßfreiheit beim Anlassen der Maschine im Betrieb.

In Fig.3 bis 6 sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1, jedoch zusätzlich mit Buchstaben-Index bezeichnet

So haben die Bezugszeichen in F i g. 3 den Index »a«, in F i g. 4 — den Index »Zx<, in F i g. 5 — Index »cx< und in F i g. 6 — den Index »cfa.

Die in Fig.3 dargestellte pneumatische Schlagmaschine unterscheidet sich von der in F i g. 1 dargestellten dadurch, daß die Einlaßvorrichtung 6a der Arbeitshubkammer 4a eine Hülse 11a besitzt, deren Zentralöffnung der Zulaufkanal Ta der Kammer 4a ist, der diese Kammer mit der Druckluftquelle dauernd verbindet In der Wandung der Hülse Ha sind öffnungen 12a ausgeführt, welche durch den Steuerkanal 13a im Maschinengehäuse mit der Leerlaufkammer 5a verbunden sind.

Die Einlaßvorrichtung 8a der Leerlaufkammer 5a hat eine Hülse 14a, deren Zentralöffnung 9a der Zulaufkanal der Kammer 5a ist, der diese Kammer mit der Druckluftquelle dauernd verbindet In der Wandung der Hülse 14a sind öffnungen 15a ausgeführt welche durch den Steuerkanal 16a im Maschinengehäuse la mit der Arbeitshubkammer 4a verbunden sind.

Die auf F i g. 3 dargestellte Schlagmaschine arbeitet folgenderweise. Beim Einschalten der Maschine wird die Druckluft durch den Zulaufkanal la der Einlaßvorrichtung 6a in die Arbeitshubkammer 4a und durch den Zulaufkanal 9a der Einlaßvorrichtung 8a in die Leerlaufkammer 5* zugeführt Beim Anlassen (wie auf Fig.3 gezeigt) wird die Arbeitshubkammer 4a durch die Auslaßkanäle 10a mit der Außenluft verbunden. Infolgedessen ist der Druck innerhalb der Kammer 4a praktisch gleich dem atmosphärischen, und der Luftdruck im Zulaufkanal 7a ist wesentlich herabgesetzt Zu dieser Zeit steigt der Luftdruck in der Kammer 5a schroff an, und der Schlagkopf 2a beginnt unter Einwirkung der Druckdifferenz zwischen den Kammern 4a und 5a sich in Richtung vom Werkzeug 3a weg zu bewegen. Gleichzeitig wird die Luft aus der Kammer 5a durch den Steuerkanal 13a im Gehäuse la den öffnungen 12a der Hülse 11 a zugeführt

Da der Luftdruck im Steuerkanal 13a höher ist als der Druck im Zulaufkanal 7a, beginnt die Luft durch die öffnungen 12a in den Zulaufkanal 7a auszuströmen.

Die dabei entstehenden gegenläufigen Luftströme bewirken im Kanal 7a die Bildung eines »Luftpolsters«, das den Luftstrom im Zulaufkanal 7a in die Kammer 4a hemmt und dadurch eine Verringerung des unproduktiven Druckluftverbrauchs durch die Kammer 4a und die

^r) Auslaßkanäle 10a gewährleistet.

Bei der Bewegung in der Richtung vom Werkzeug 3a weg überdeckt der Schlagkopf 2a mit seiner Seitenfläche die Auslaßkanäle 10a und isoliert damit die Arbeitshubkammer 4a von der Außenluft Dabei wird

ίο die in der Kammer 4a abgeschlossene Luft sowie die durch den Zulaufkanal 7a der Einlaßvorrichtung 6a dauernd in diese Kammer gelangende Luft komprimiert während in der Leerlaufkammer 5a eine Ausdehnung der in ihr befindlichen Luft sowie der in diese Kammer durch den Zulaufkanal 9a der Einlaßvorrichtung 8a dauernd in diese Kammer gelangenden Luft erfolgt

Bei fortgesetzter Bewegung in der Richtung vom Werkzeug 3a weg öffnet der Schlagkopf 2a die Auslaßkanäle 10a, welche die Leerlaufkammer 5a mit der Außenluft verbinden. Dabei wird die Luft aus der Kammer 5a ausgelassen, und der Druck in ihr fällt bis zum atmosphärischen Niveau. Gleichzeitig fällt der Druck im Zulaufkanal 9a und im Steuerkanal 13a. Infolgedessen wird die Luftzufuhr aus dem Steuerkanal

13a durch die öffnungen 12a in den Zulaufkanal 7a unterbrochen, und das Luftpolster im Zulaufkanal 7a verschwindet Die Druckluftzufuhr in die Kammer 4a wird größer, der Druck in dieser Kammer steigt weiter an. Der Luftdruck im Steuerkanal 16a und in den mit der Kammer 4a verbundenen öffnungen 15a steigt ebenfalls an und verursacht ein Ausströmen der Luft in den Zulaufkanal 9a. Die dabei entstehenden gegenläufigen Luftströme bewirken die Bildung eines Luftpolsters im Zulaufkanal 9a. Dadurch wird die unproduktive Druckluftzufuhr in die mit der Außenluft verbundene Leerlaufkammer 5a geringer.

Unter der Wirkung des ansteigenden Gegendrucks in der Arbeitshubkammer 4a bleibt der Schlagkopf 2a zunächst stehen und beginnt sich dann in der entgegengesetzten Richtung, d. h. zum Werkzeug 3 hin zu bewegen. Dabei überdeckt der Schlagkopf 2a mit seiner Seitenfläche die Auslaßkanäle 10a und trennt damit die Leerlaufkammer 5a von der Außenluft Hierbei wird die in der Kammer 5a eingeschlossene Luft sowie die in diese Kammer durch den Zulaufkanal 9a dauernd gelangende Luft komprimiert, so daß der Druck in der Kammer 5a und im Steuerkanal 13a ansteigt

Bei fortgesetzter Bewegung in der gleichen Richtung

so öffnet der Schlagkopf 2a die Auslaßkanäle 10a, welche die Arbeitshubkammer 4a mit der Außenluft verbinden. Dabei fällt der Druck in der Kammer 4a und entsprechend im Steuerkanal 16a, wodurch die Luftzufuhr durch den Kanal 16a und die öffnungen 15a in den Zulaufkanal 9a unterbrochen wird, und das Luftpolster im Kanal 9a verschwindet Die Druckluftzufuhr in die Leerlaufkammer 5a nimmt zu.

Gleichzeitig mit dem Druckabfall in der Kammer 4a beginnt die Luft, durch den Steuerkanal 13a und die

öffnungen 12a in den Zulaufkanal 7a auszuströmen. Die dabei entstehenden Gegenströme bewirken die Bildung eines Luftpolsters im Kanal 7a und dadurch — eine Verringerung des unproduktiven Druckluftverbrauchs durch die zu dieser Zeit mit der Außenluft verbundene Kammer 4a. Indem der Schlagkopf 2a den Gegendruck seitens der Leerlaufkammer 5a überwindet, übt er auf das Werkzeug 3a einen Schlag aus.

Nach erfolgtem Schlag unter der Druckluftwirkung in

der Leerlaufkammer 5a sowie infolge des Abpralls vom Werkzeug 3a beginnt der Schlagkopf 2a, sich in entgegengesetzter Richtung, d.h. vom Werkzeug 3a, weg zu bewegen. Auf diese Weise wird der Arbeitszyklus fortlaufend wiederholt

Eine derartige Ausführung der Maschine ermöglicht eine Verringerung des unproduktiven Druckluftverbrauchs zu den Zeitpunkten, wenn eine der Kammern 4a oder 5a durch die Auslaßkanäle 10a mit der Außenluft verbunden ist.

Die in Fig.4 dargestellte pneumatische Schlagmaschine unterscheidet sich von der in F i g. 1 gezeigten dadurch, daß in ihr die Einlaßvorrichtung 66 der Arbeitshubkammer 46 ein elastisches Ringelement 17b, und die Einlaßvorrichtung 86 der Leerlaufkammer 56 ein elastisches Ringelement 196 hat

Die Zentralöffnung des elastischen Elements 176 ist der Zulaufkanal 76 der Arbeitshubkammer 46. Zwischen der Außenfläche des elastischen Elements 176 und dem Gehäuse 16 ist ein Hohlraum 186, der durch den Steuerkanal 136 mit der Leerlaufkammer 56 verbunden ist.

Die Zentralöffnung des elastischen Elements 196 ist der Zulaufkanal 96 der Leerlaufkammer 56. Zwischen der Außenfläche des elastischen Elements 196 und dem Gehäuse 16 ist ein Hohlraum 206 gebildet, der durch den Steuerkanal 166 mit der Arbeitshubkammer 46 verbunden ist.

Die in Fig.4 dargestellte pneumatische Schlagmaschine arbeitet in folgender Weise. Beim Einschalten der Maschine gelangt die Druckluft in der durch Pfeile angegebenen Richtung durch den Zulaufkanal 76 der Einlaßvorrichtung 66 in die Arbeitshubkammer 46 und durch den Zulaufkanal 96 der Einlaßvorrichtung 86 in die Leerlaufkammer 56. Da die Kammer 46 durch die Auslaßkanäle 106 mit der Außenluft verbunden ist, ist in dieser Kammer der Druck praktisch gleich dem Atmosphärendruck. Dabei ist der Luftdruck im Zulaufkanal 76 im Vergleich zum Luftdruck in der Druckluftquelle ebenfalls vermindert In der Leerlaufkammer 56 steigt der Druck stark an. Aus der Leerlaufkammer 56 gelangt die Druckluft durch den Kanal 136 in den Hohlraum 186 zwischen dem elastischen Element 176 und dem Gehäuse 16. Da der Luftdruck im Hohlraum 186 den Druck im Zulaufkanal 76 übersteigt, so verformt sich das elastische Element 176 derart, daß der Querschnitt des Zulaufkanals 76 kleiner wird. Das gewährleistet eine Verminderung des unproduktiven Druckluftverbrauchs durch die Kammer 46, welche zu diesem Zeitpunkt durch die Auslaßkanäle 106 mit der Außenluft verbunden ist

Unter Einwirkung der Druckdifferenz in den Kammern 46 und 56 bewegt sich der Schlagkopf 26 in Richtung vom Werkzeug 36 weg. Dabei überdeckt der Schlagkopf 26 die Auslaßkanäle 106 und trennt die Arbeitshubkammer 46 von der Außenluft In der Kammer 46 wird dabei die in ihr abgeschlossene Luft sowie die in diese Kammer durch den Zulaufkanal 76 dauernd gelangende Luft komprimiert In der Kammer 56 erfolgt eine Ausdehnung der in ihr befindlichen Luft sowie der Luft, welche in diese Kammer durch den Zulaufkanal 96 dauernd gelangt

Bei fortgesetzter Bewegung in der gleichen Richtung vom Werkzeug 36 weg öffnet der Schlagkopf die Auslaßkanäle 106, welche die Leerlaufkammer 56 mit der Außenluft verbinden. Dabei strömt die Luft aus der Kammer 56 heraus, und der Druck fällt in ihr bis auf Atmosphärendruck. Gleichzeitig vermindert sich der Druck im Zulaufkanal 96 und im Steuerkanal 136. Dadurch sinkt der Druck im Hohlraum 186 zwischen dem Gehäuse 16 und dem elastischen Element 176. Das Element 176 nimmt seine ursprüngliche Form an, wodurch der Querschnitt des Zulaufkanals 76 sich bis zum Anfangswert vergrößert Die Druckluftzufuhr in der Kammer 46 nimmt zu, der Luftdruck in ihr steigt fortschreitend an. Der Luftdruck im Steuerkanal 166 und in der Kammer 206, die mit der Kammer 46

ίο verbunden sind, steigt gleichfalls an. Dabei verformt sich das elastische Element 196 derart, daß der Querschnitt des Zulaufkanals 96 kleiner wird. Der unproduktive Druckluftverbrauch durch die Leerlaufkammer 56, welche zu dieser Zeit durch die Auslaßkanäle 106 mit der Außenluft verbunden ist, verringert sich.

Unter Einwirkung des ansteigenden Gegendrucks in der Arbeitshubkammer 46 bleibt der Schlagkopf 26 zunächst stehen und beginnt dann, sich in der entgegengesetzten Richtung — zum Werkzeug 36 hin

zu bewegen. Während dieser Bewegung überdeckt der Schlagkopf 26 mit seiner Seitenfläche die Auslaßkanäle 106 und isoliert damit die Leerlaufkammer 56 von der Außenluft. Dabei wird die in der Kammer 56 abgeschlossene Luft sowie die in diese Kammer durch

den Zulaufkanal 96 dauernd gelangende Luft komprimiert, weshalb der Druck in der Kammer 56 und im Zulaufkanal 136 ansteigt

Bei fortgesetzter Bewegung in der gleichen Richtung öffnet der Schlagkopf 26 die Auslaßkanäle 106, welche

die Arbeitshubkammer 46 mit der Außenluft verbinden. Dabei fällt der Druck in der Kammer 46 und entsprechend auch im Steuerkanal 166 sowie im Hohlraum 206 zwischen dem Gehäuse 16 und dem elastischen Element 196 ab. Das elastische Element 196 nimmt seine ursprüngliche Form an, folglich vergrößert sich der Querschnitt des Zulaufkanals 96 bis zum Anfangsmaß. Die Druckluftzufuhr in die Leerlaufkammer 56 nimmt zu.
Gleichzeitig mit dem Druckabfall in der Kammer 46

gelangt die Druckluft durch den Steuerkanal 136 und den Hohlraum 186 zwischen dem Gehäuse 16 und dem elastischen Element 176. Das Element 176 verformt sich dabei derartig, daß der Querschnitt des Zulaufkanals 76 kleiner wird. Dadurch vermindert sich der unproduktive Druckluftverbrauch durch die Kammer 46, die durch die Auslaßkanäle 106 mit der Außenluft verbunden ist. Indem der Schlagkopf 26 den Gegendruck seitens der Kammer 56 überwindet, übt er auf das Werkzeug 36 einen Schlag aus.

Nach dem Schlag auf das Werkzeug beginnt der Schlagkopf 26 unter der Wirkung der Druckluft in der Leerlaufkammer 56 und infolge des Abpralls vom Werkzeug 36, sich in der Richtung vom Werkzeug 36 weg zu entfernen. Auf diese Weise wiederholt sich der Arbeitszyklus fortlaufend.

Eine derartige Ausführung der Maschine ermöglicht eine Verringerung des unproduktiven Druckluftverbrauchs in den Momenten, wenn eine der Kammern 46 bzw. 56 durch die Auslaßkanäle 106 mit der Außenluft verbunden ist

Die auf Fig.5 dargestellte pneumatische Schlagmaschine unterscheidet sich von der auf Fig. 1 dadurch, daß die Einlaßvorrichtung 6c der Arbeitshubkammer 4c und die Einlaßvorrichtung 8c der Leerlaufkammer 5c im

Gehäuse 1 c angeordnete poröse Elemente 21 c bzw. 22c haben, deren Poren ein System von Zulaufkanälen der Arbeitshubkammer 4c und der Leerlaufkammer 5c bilden. Die porösen Elemente 21c und 22c können aus

verschiedenen porösen Kunststoffen, poröser Metallkeramik, Drahtfiltern, perforierten Einsätzen u.dgl. ausgeführt werden.

Die Beschreibung der Arbeitsweise der Maschine nach F i g. 1 trifft auch für die Maschine nach F i g. 5 zu. Es ist lediglich zu beachten, daß in der Maschine nach Fig.5 die Druckluft in die Arbeitshubkammer nicht durch den Zulaufkanal 7, sondern durch ein System von Zulaufkanälen im porösen Element 21c — und in die Leerlaufkammer nicht durch den Zulaufkanal 9, sondern durch ein System von Zulaufkanälen im porösen Element 22cgeIangL

Eine derartige Ausführung der pneumatischen Schlagmaschine im Vergleich zu der auf F i g. 1 dargestellten verhindert außerdem, daß Fremdkörperteilchen in das Gehäuse Ic gelangen, wodurch natürlich die Lebensdauer der Maschine verlängert wird.

Die in Fig.6 dargestellte pneumatische Schlagmaschine unterscheidet sich von der auf F i g. 1 dargestellten dadurch, daß in der Wandung des Gehäuses td Auslaßkanäle 23c/ ausgeführt sind, die entlang der Längsachse der Maschine so verteilt sind, daß der Abstand /1 zwischen den äußeren Punkten der Auslaßkanäle 23dgrößer ist als die Länge I₂ der Führungsfläche des zylindrischen Schlagkopfs 2d.

Die Arbeit der auf Fig.6 dargestellten Maschine verläuft analog der der Maschine nach F i g. 1. Darum ist lediglich die Besonderheit des Anlassens dieser Maschine zu beachten. In der Maschine nach F i g. 6 sind die Auslaßkanäle 23t? derartig ausgeführt, daß bei beliebiger Stellung des Schlagkopfes 2d eine der Kammern Ad bzw. 5d immer mit der Außenluft verbunden ist Dadurch wird die Gefahr eines gleichen Druckanstiegs zu beiden Seiten des Schlagkopfs 2d beim Anlassen zusätzlich verringert

Eine derartige Ausführung der pneumatischen Schlagmaschine steigert noch den Effekt des zuvor empfohlenen Verhältnisses der äquivalenten Querschnitte der Zulaufkanäle im Sinne der Gewährleistung eines zuverlässigeren und stoßfreieren Anlassens.

Diese Ausführung der Auslaßkanäle kann bei den auf Fig. 1, 3, 4, 5 dargestellten Maschinen angewandt werden.

Die erfindungsgemäß ausgeführte pneumatische Schlagmaschine bewahrt sämtliche positiven Eigenschaften der bereits bekannten Maschinen diesen Art und weist außerdem wichtige Vorzüge, u.zw. eine erhöhte Wirtschaftlichkeit und einen zuverlässigen und stoßfreien Anlaß auf. Der spezifische Druckiuftverbrauch dieser Maschine beträgt weniger als 1,3 mVmin. PS, während dieser Kennwert für Ventilmaschinen 1,45m³/min. PS erreicht. Die erfindungsgemäße Maschine hat eine äußerst einfache Konstruktion, ist billig in der Herstellung, bedarf keiner besonderen Wartung und ist betriebssicher sogar bei staubiger Arbeit und bei Minus-Temperaturen. Außerdem vibriert sie weniger und braucht eine geringere Aufdrückkraft während der Arbeit

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pneumatische Schlagmaschine, bestehend aus einem Gehäuse mit einem zylindrischen Innenraum, in welchem ein Schlagkopf angeordnet ist, der sich unter Drucklufteinwirkung hin- und herbewegt und am Ende des Arbeitshubes auf das am Vorderteil des Gehäuses angeordnete Werkzeug Schläge ausführt und den zylindrischen Innenraum des Gehäuses in zwei Kammern teilt, von denen die eine — die Arbeitshubkammer — im hinteren Teil des Gehäuses angeordnet, durch das Gehäuse und den Schlagkopf begrenzt, mit der Druckluftquelle durch einen Zulaufkanal einer Einlaßvorrichtung dieser Kammer ständig verbunden und mit der Außenluft durch Auslaßkanäle periodisch verbunden ist und die andere Kammer — die I eerlaufkamnier — im Vorderteil des Gehäuses angeordnet, durch das Gehäuse, den Schlagkopf und das Werkzeug begrenzt, mit der Druckluftquelle ständig verbunden ist, die vom Kanal einer Einlaßvorrichtung der Leerlaufkammer gespeist wird und mit der Außenluft durch die Auslaßkanäle periodisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßvorrichtungen (6 bzw. 6a, 6b, 6c, 6c/und 8 bzw. 8a, 86, 8c; Sd) der Arbeitshubkammer (4 bzw. 4a, 4b, 4c, 4d) und der Leerlaufkammer (5 bzw. 5a, 5b, 5c, 5d) mindestens je einen Einlaufkanal (7 bzw. 7a, Tb, 7c, Td und 9 bzw. 9a, 9b, 9c, 9d) aufweisen und derart ausgeführt sind, daß der äquivalente .Querschnitt fr der Zulaufkanäle (7 bzw. 7a, Tb, Tc, Td) der Arbeitshubkammer (4 bzw. 4a, 4b, 4c, 4d) und der äquivalente Querschnitt /9 der Zulaufkanäle (9, bzw. 9a, 9b, 9c, 9d) der Leerlaufkammer (5 bzw. 5a, 5b, 5c, J5 5d)dtr folgenden Beziehung genügen:

/9

40

/7 =

²'* /p,\^K+l

G₉

"0

worin Pi, Po der absolute Luftdruck an den Ein- bzw. Ausgangskanälen (T bzw. 7a, Tb, Tc, Td und 9 bzw. 9a, wi 9b,9c,9d),

g die Fallbeschleunigung,

γο das spezifische Gewicht der Druckluft am Eingang in den Kanal (7 bzw. 7a, Tb, Tc, Td und 9 bzw. 9a, 9b,

9c,9d) b5

K= 1,4 der Adiabatenexponent,

Ci, G3 der Druckluftverbrauch über die Kanäle (7 bzw. Ta, Tb, Tc, Tdma 9 bzw. 9a, 96,9c, 9d),

Wh W₅ der Rauminhalt der Arbeitshub- (4 bzw. 4a, 4b, 4c, 4d) bzw. Leerlaufkammer (5 bzw. 5a, 5b, 5c, 5d) bei abgestütztem Schlagkopf (2 bzw. 2a, 2b, 2c, 2d) am Werkzeug (3 bzw. 3a, 3b, 3c; Zd), welches dabei an das Gehäuse (1 bzw. la, \b, ic, Id) der Maschine angedrückt wird, bedeuten und
fl=0,15 bis 0,5 ein Proportionalitätsfaktor ist

2. Pneumatische Schlagmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßvorrichtung (6a und/oder Sa) zumindest einer der Kammern (4a und/oder 5a) eine im Gehäuse (IaJ angeordnete Hülse (Ha bzw. t4a)mh Öffnungen (12a bzw. 15a; in der Wandung hat, wobei die Zentralöffnung der Hülse den Zulaufkanal (7a bzw. 9a) bildet, sowie einen in der Wandung des Gehäuses (\a)angeordneten Steuerkanal (13a bzw. 16ajl wobei der Zulaufkanal (Ta)der Hülse (Haider Einlaßvorrichtung (6a) der Arbeitshubkammer (4a) durch die öffnungen (12a;in der Wandung der Hülse (llajund durch den Steuerkanal (13a; dieser Einlaßvorriphtung (6a) mit der Leerlaufkammer (5a,) verbunden ist, und der Zulaufkanal (9a) der Hülse (\4a) der Einlaßvorrichtung (8a; der Leerlaufkammer (5a; durch die öffnungen (15a;in der Wandung der Hülse (14a;und durch den Steuerkanal (16a; dieser Einlaßvorrichtung (8a; mit der Arbeitshubkammer (4a; verbunden ist

3. Pneumatische Schlagmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßvorrichtung (6b und/oder Sb) zumindest einer der Kammern (4b und/oder 5b) ein im Maschinengehäuse (16; angeordnetes elastisches Ringelement (XTb bzw. 196Jl dessen Zentralöffnung den Zulaufkanal (Tb bzw. 9b) bildet, sowie einen in der Gehäusewandung (Ib) angeordneten Steuerkanal (136 bzw. 166; besitzt, wobei zwischen der Außenfläche des elastischen Elements (176 bzw. 196; und dem Gehäuse (16; der Maschine ein Hohlraum (186 bzw. 206; besteht, der bei der Einlaßvorrichtung (66; der Arbeitshubkammer (46; durch den Steuerkanal (136; dieser Einlaßvorrichtung (66; mit der Leerlaufkammer (56; verbunden ist, und bei der Einlaßvorrichtung (86; der Leerlaufkammer (56; durch den Steuerkanal (166; dieser Einlaßvorrichtung (86; mit der Arbeitshubkammer (46; verbunden ist.

4. Pneumatische Schlagmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßvorrichtung (6c und/oder 8c; zumindest einer der Kammern (4c und/oder 5c) ein im Gehäuse (Ic; angeordnetes poröses Element (21cbzw. 22c;hat, dessen Poren die Zulaufkanäle sind.

5. Pneumatische Schlagmaschine nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkanäle in der Gehäusewandung derart ausgeführt sind, daß bei jeder Stellung des Schlagkopfes mindestens eine der Kammern mit der Außenluft verbunden ist.

6. Pneumatische Schlagmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkanäle (10d und 23c/; längs der Achse des zylindrischen Hohlraums verteilt sind, wobei der Abstand ß) zwischen den äußeren Punkten der Auslaßkanäle (23c/; die Länge (h) der Führungsfläche des zylindrischen Schlagkopfs (2d) übersteigt.