DE2260342A1

DE2260342A1 - Steuervorrichtung fuer ein durch explosionen eines brennbaren gases angetriebenes schlagwerkzeug

Info

Publication number: DE2260342A1
Application number: DE2260342A
Authority: DE
Inventors: Eero Antero Erma; Stig Bertil Arthur Fredin; Karl Goesta Lindh; Leo Anders Timgren
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1971-12-13
Filing date: 1972-12-09
Publication date: 1973-06-20
Also published as: SE370258B; US3827410A; JPS4866268A

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. V. Beyer Dipl.-Wirtseh.-Ing. B. Jochem

6 Frankfurt am Main Preiherr-vom-Stein-Str.

Anm.: ^v

Atlas Copco Aktiebolag
Nacka / Schweden

Steuervorrichtung für ein durch Explosionen eines brennbaren Gases angetriebenes Schlagwerkzeug.

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein durch Explosionen eines brennbaren Gases in einem Zylinder über Kolben und Kolbenstange angetriebenes Schlagwerkzeug.

Derartige Werkzeuge werden zum Abbruch von Bauwerken, insbesondere aus armierten Beton, z.B. bei Häusern, Brücken, Fundamenten und Straßen gebraucht. Die Abbrucharbeiten sind regelmäßig sehr zeitraubend und schwierig. Eine Vereinfachung und Beschleunigung ließe sich mit Werkzeugen erreichen, die sehr energiereiche Schlage zu erzeugen in . der Lage sind. Bisher fehlte es aber an solchen hochwirksamen Werkzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der eingangs genannten Art mit zugehöriger Steuervorrichtung zu schaffen, womit sich außerordentlich starke Schläge erzeugen lassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kolben vor jedem Schlag in einer mittleren Stellung im Zylinder

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gehalten ist, in dieser Stellung die Zylinderräume vor und hinter dem Kolben unter Druck mit dem brennbaren Gas aufladbar sind, dann das Gas im vorderen Zylinderraum zündbar, dieser am Ende des dadurch ausgelösten Rückhubs des Kolbens entlüftbar und das komprimierte Gas im hinteren Zylinderraum zündbar ist.

Mit dem vorgeschlagenen Werkzeug lassen sich Schläge erzeugen, deren Energie ausreicht, um mit einem Schlag einen vollständigen Kaltschmiedevorgang auszuführen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, eines mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ausgebildeten Schlagwerkzeugs,

Fig. 2 einen Schaltplan der Steuervorrichtung,

Fig. 3 in größerem Maßstab als Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Dämpfungsvorrichtung des Schlagwerkzeugs.

Das Schlagwerkzeug nach Fig. 1 besteht aus einem Gehäuse oder Rahmen 1, einem Zylinder 2 und einer insgesamt mit 3 bezeichneten Kolbeneinheit. Die letztere umfasst einen Kolben 4-, eine Kolbenstange 5 und an deren vorderen Ende ein Werkzeug 6. Der Zylinder 2 und der Kolben 4 begrenzen einen hinteren Zylinderraum 7 und einen vorderen Zylinderraum 8, die beide mit Einlaßöffnungen 9 bzw. 1o versehen sind, über welche ein brennbares Gas in die Zylinderräume eingeleitet werden kann. An den letzteren sind weiterhin Zündkerzen 11 bzw. 12 angebracht. Mit den Einlaßöffnungen 9 und 1o sind Mischdüsen 14- und 15 verbunden. Die beiden

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Zylinderräume 7 und 8 haben eine Auslaßörfnung 16 zum Entlüften des Zylinders 2 gemeinsam. Am Rahmen 1 sind zwei Verriegelungsklauen 17 angebracht, die zwischen einer ,neutralen Stellung und einer Stellung, in welcher sie an einem Plansch 18 am Werkzeug 6 angreifen, verschwenkbar sind. Die Verriegelungsklauen 17 werden mittels pneumatischer Zylinder 19 in die Eingriffsstellung und durch Zugfedern 2o in die neutrale Stellung bewegt. '

Das Schlagwerkzeug ist mit einer hydraulischen Dämpfungsvorrichtung 22 versehen, die aus einem ringförmigen Kolben 23 und einer Zylinderkammer 24 besteht. Der Kolben 23 ist relativ zur Kolbenstange 5 axial frei beweglich und so angeordnet, daß der Kolben 4 am Ende eines Arbeitshubs dagegen stößt. Die Zylinderkammer 24- hat Anschluß an einen Driickspeicher 25 und eine pneumatisch betriebene hydraulische Pumpe 27· Die letztere ist mit einem Tank 21 verbunden.

In Fig. 2 ist der Schaltplan der Steuervorrichtung für die Brennstoffzufuhr und die Zündung gezeigt. Als brennbares Gas kann vorzugsweise auch ein Gemisch aus Druckluft und Benzin oder dergleichen dienen. Die Druckluftzufuhr wird mittels eines Elektromagnetventils 28 und die Zufuhr von Benzin durch ein ähnliches Ventil 29 gesteuert. Die Elektromagneten der beiden Ventile 28 und 29 sind mit J5o, 31 bzw. 32, 33 bezeichnet. Sie sind über einen gemeinsamen Schalter 3^ an eine Stromquelle angeschlossen. Das Ventil 28 erhält Druckluft durch eine Leitung 35. Dem Ventil 29 wird Benzin über eine Leitung 36 zugeführt. Der Druck des Benzins ist vorzugsweise ein wenig höher als der Druck der Luft. Die Auslaßseite des Druckluftventils 28 ist über Leitungen 37 und 38 mit den Mischdüsen 14 bzw. 15 verbunden. Vom Ventil 29 führen Treibstoffleitungen 39 und 4o zu den Mischdüsen. Zu der Steuervorrichtung des Schlagwerkszeugs gehört

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weiterhin ein■Druckschalter 41 ,welcher rm den Zylinderraura 7 angeschlossen ist. Der Druckschalter Ί1 unterbricht den Stromkreis mit den Betätigungsvorrichtungen der beiden Ventile 28, 29t wenn im Zylindergehäuse 2 ein vorbestimmter Druck erreicht ist. Dadurch wird die Zufuhr von Benzin und Druckluft zum Zylinder unterbrochen. Der Druckschalter 41 ist mit der Stromquelle über eine Leitung 42 und mit den elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen 33 void der Ventile 29 bzw. 28 über Leiter 43 und 44 verbunden.

Am Schlagwerkzeug ist eine Zündeinrichtung 45 vorgesehen, welche die Zündkerze 11 des hinteren Zylinderraums 7 mit einer hohen Stromspannung versorgt. Die Zündeinrichtung 45 ist wiederum über eine Leitung 46 und einen Schalter 47 an die Stromquelle angeschlossen. Der Schalter 47 wird durch einen Anschlag oder Nocken 48 am Werkzeug 6 betätigt.

Zur Steuervorrichtung gehört weiterhin eine Zündeinrichtung 49, die eine hohe Stromspannung an die Zündkerze 12 des vorderen Zylinderraums 8 liefert. Die Zündeinrichtung ist mit der Stromquelle über einen Leiter 5o und einen Druckschalter 5I verbunden. Der letztere kann über das Druckluftventil 28 mit der Druckluftquelle verbunden werden.

Zur Betätigung der Verriegelungsklauen I7 dienen pneumatische Zylinder 19· Diese haben über Leitungen 52» 53 und ein elektromagnetisch umschaltbares Ventil 54 Anschluß an die Druckluftquelle. Eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 55 am Ventil 54- wird über einen Leiter 56 und einen Schalter 57 von der Stromquelle mit Strom versorgt. Das Ventil 54- wird in einer Richtung durch die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 55 ^cL i-ⁿ der entgegengesetzten Richtung durch eine Feder 5® umgestellt.

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Das elektrische Steuersystem ist durch die Maschine geerdet, und es ist deshalb in Fig. 2 nur ein Pol gezeigt.

Die Zylinderkammer 24 der hydraulischen Dämpfungsvorrichtung 22 hat eine Anzahl 'Auslaßöffnungen 6o, 61, und 63, welche auf verschiedener Höhe angebracht sind. Während seiner Vorwärtsbewegung'fluchtet der Kolben 23 nacheinander mit den Auslaßöffnungen 6o bis 63, die alle mit der Leitung 26 verbunden sind. Der gesamte Auslaßquerschnitt der Zylinderkammer 24· wird zunehmend kleiner, ^ wenn-der Kolben nacheinander die Auslaßöffnungen 6o bis 63 Verschließt, wodurch eine verzögernde Kraft erzeugt wird.

Die beschriebene Vorrichtung funktioniert wie folgt:

Vor Beginn eines Arbeitszyklus wird die Kolbeneinheit 3 in der Ausgangsstellung (siehe Fig."1 und 2)gehalten. Die Kolbeneinheit 3 wird in dieser Stellung dadurch ver.r? riegelt, daß der Schalter 57 betätigt wird, so daß die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 55 das Ventil 54 gegen die Kraft der Feder 58 umstellt, nunmehr Druckluft durch das Ventil 54 zu den Zylindern 19 strömt und diese daraufhin entgegen der Kraft der Federn 2o die Verriegelungsklauen 17 in die Verriegelungsstellung verschwenken, in welcher sie am Flansch 18 des Werkzeugs 6 angreifen.Der Schalter 57, welcher durch eine Feder zur unterbrechenden Stellung hin vorbelastet ist, kann jetzt den elektrischen Stromkreis wieder unterbrechen. Dennoch werden die Verriegelungsklauen I7 weiterhin in der Verriegelungsstellung gehalten, weil die Kolbeneinheit mit ihrem gesamten Gewicht auf ihnen ruht.

Da die Kolbeneinheit 3 in ihrer Startposition gehalten ist, wird der Schalter 34 betätigt, so daß die elektro-

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magnetischen Betätigungsvorrichtungen 31 und 32 der Ventile 28, 29 elektrischen Strom erhalten. Dadurch werden die Ventile 28, 29 umgestellt, so daß Druckluft und Benzin über die Leitungen 37» 38 sowie 39» 4o den Mischdüsen 14 und 15 zugeführt werden.

Weil der Kolben 4 in der Ausgangsstellung nach Fig. 1 und 2 die Auslaßöffnung 16 verschließt, baut sich in beiden Zylinderräumen 7 und 8 ein Ladedruck auf. Wenn der volle Druck erreicht ist, spricht der Druckschalter 41 an, aktiviert die elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen 3o und 33 der Ventile 28 und 29» und diese werden dadurch in diejenige Stellung umgeschaltet, in welcher die Zufuhr von Druckluft und Treibstoff zum Zylinder 2 unterbrochen ist. Das Ventil 28 leitet vielmehr Druckluft? zum Druckschalter 511 welcher die Zündeinrichtung 4-9 mit der elektrischen Stromquelle verbindet. Die Zündeinrichtung 49 erzeugt an der Zündkerze 12 einen Funken, so daß das in dem vorderen Zylinderraum 8 enthaltene Treibstoff- Druckluftgemisch gezündet wird.

Infolge des Verbrennungsvorgängs im vorderen Zylinderraum 8 wird die Kolbeneinheit 3 nach rückwärts beschleunigt, und der Kolben 4 führt dabei seinen Verdichtungshub aus. Gleichzeitig ziehen die Federn 2o die Verriegelungskiauen 17 in ihre neutrale Stellung zurück. Daa Treibstoff-Druckluftgemisch in dem hinteren Zylinderraum 9 wird komprimiert. Wenn der KoIbon 4 in die Niiho iininor hinteren End nt el lung gelangt, Ö ffnot er die Aualaßöffnung 16, so daß der vordere Zylinderraum ß zur Außenatmoophäre entlüftet und drucklos wird. Wenn dann der Kolben 4 die hintere Endstellung erreicht, betätigt dor¹Anschlag oder Nocken 48 am Werkzeug 6 den Schalter 47» wodurch die Zündeinrichtung 43 mit elektrischem Strom

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versorgt wird. Her daraus resultierende Zündfunken an dor Zündkerze 11 zündet das sehr stark komprimierte Ga3 im hinteren Zylinderraum 7.

Aufgrund der Tatsache, daß der hintere Zylinderraum 7 unter Druck miir einem Treibst of f-Luftgeschiaisch aufgeladen, und dieses im Zündzeitpunkt sehr, stark komprimiert ist, ergibt sich für den folgenden Arbeitsimb eine ungewöhnlich starke Antriebskraft am Kolben 4-, Die Kolbeneinheit Jf wird in Vorwärtsrichtung beschleunigt und vollführt den Arbeitshub. Da sich die Verriegelungsklauen 17 durch den Zug der Federn 2o in der neutralen Stellung befinden, hat das Werkzeug 6 freie Fahrt. Wenn der Kolben 4 dann in die Nähe seiner vorderen Endstellung gelangt, gibt er wieder die Auslaßöffnung 16 frei» wodurch der hintere Zylinderraum 7 vom Druck entlastet wird.

Nach Vollendung dor benbnirihf;igten Arbeit, aber noch vor Erreif.hpn dor vorderen Endntollung trifft dor KoIbon Λ· -auf den Hingkolbon Pj5· Gognboimnfnllo kann liior/.u noch H eine weitere zeitweilige Entlüftung im vorderen Zylindor-

M ^l bereich angeordnet sein. Da der Druckspeicher 25 mit einem OjJ; Druck aufgeladen ist, welcher den höchsten in dem vorderen K N Zylinderraum 8 erreichten Druck übersteigt,, wird der fö I Kolben 23 auch während des Verdichtungshubs in seiner !j H hinteren Stellung gehalten. Der Druckspeicher 23 kann !· a. z.B. dirch Stickstoff unter 5o Atmosphären aufgeladen sein, ,f Wenn der Verzögerungs- oder Dämpfungskolben 23 vom Kolben 4 getroffen wird und dieser ihn vorwärts treibt, wird hydraulische Flüssigkeit durch die öffnungen 6o-63 und die Leitung 26 zum Druckspeicher25 hin verdrängt. Dadurch wiiJäer dort unter Druck stehende Stickstoff-Vorrat weiter komprimiert. Während seines Wegs in Vorwärtsrichtung fluehtet der Kolben 23 nacheinander mit den Auslaßöffnungen 6o-63,

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wobei sich der Gesamt-Auslaßquerschnitt der Zylinderkammer 24 zunehmend verkleinert. Dies bedeutet eine zunehmende Drosselung der hydraulischen Strömung aus der Zylinderkammer 24, so daß die kinetische Energie der Kolbcneinheit 3 absorbiert wird. Venn dadurch die Kolbeneinheit 3 schließlich zürn Halt gebracht worden ist, findet sofort ein Rückhub statt, der dadurch zustande kommt, daß der Druckspeicher 25 hydraulische Flüssigkeit in die Zylinderkammer 24 zurückdrückt.

Um den Stand der hydraulischen Flüssigkeit in der Zylinderkammer 24 aufrecht zu erhalten und eine Leckage auszugleichen, arbeitet die Pumpe 27 kontinuierlich. Diese .wird betrieben mit pulsierender Druckluft undkst mit &*y zwei Rückschlagventilen versehen, um die hydraulische r rtl flüssigkeit in Richtung vom Tank 21 zur Dämpfungsvor- ;■. ^ richtung 22 zu pumpen.

"^ \ Vor jedem weiteren Arbeitszyklus wird die Kolbeneinheit ί Κ 3 angehoben und in ihrer Ausgangsstellung verriegelt.

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■£ ο Das Anheben kann z.B. dadurch gesehen^ daß Druckluft ο ■■>
*: ■ in den vorderen Zylinderraum 8 eingeleitet wird. Dieser

\ J» Druck wird dann nach der Verriegelung wieder weggenommen, ^r ' bevor das Treibctoff-B-ftgeschmisch, wie oben beschrieben, zugeführt wird. Die pneumatischen Leitungen und Steuerorgane zur Beaufschlagung des vorderen Zylinderraums 8 mit Druckluft zum Anheben der Kolbeneinheit 3 sowie zur Aufrechterhaltung des drucklosen Zustands im vorderen Zylinderraum 8 während des Arbeitshubs sind zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung nicht mit eingezeichnet.

Ώα dop Arbnitr.'/.ylinder o/'findungßgomäß mit dem Troilwitof Γ-Luftgominr.h unter Druck ιηΓgeladen wird, und dann vor dem

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Arbeitshub eine öehrsbarke Kompression im hinteren Zylinderraum 7 stattfindet, wird eine bisher unerreichte Ochlagcnorcie erzielt. Dieselben Voraussetzungen gestatten o« auch, die Maße des Schlagwerkzeugs klein zu halten, so daß sich das letztere für vielerlei Anwendung in der Praxis eignet, z.B. auch auf einem Traktor montiert werden kann.

Bei einer praktischen Ausführung eines' Sehlagwerkzeugs gemäß der Erfindung wird in dem hinteren Zylinderraum 7 ein Antriebsdruck in der Größenordnung von ungefähr 1po Atmosphären erzeugt bei einem Gewicht der Kolbeneinheit von ungefähr 4oo kg. Die erzielte Energie pro Schlag beträgt ungefähr 5ooo kpm.'

Pat ent ansprüche

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Claims

Patentansprüche

[I.) Steuervorrichtung für ein durch Explosion eines brennbaren Gases in einem Zylinder über Kolben und Kolbenstange angetriebenes Schlagwerkzeug, dadurch gekenn ze ichnet, daß der Kolben (3> ²O vor jedem Schlag in einer mittleren Stellung im Zylinder (2) gehalten ist, in dieser Stellung die Zylinderräume (7» 8) vor und hinter dem Kolben (A-) unter Druck mit dem brennbaren Gas aufladbar sind, dann das Gas in vorderen Zylinderraum (8) zündbar, dieser am Ende des dadurch ausgelösten Hückhubs des Kolbens (3» 4·) entlüftbar und das komprimierte Gas im hinteren Zylinderraum (7) zündbar ist.

2· Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung im vorderen Zylinderraum (8) in Abhängigkeit von einem bestimmten Ladedruck und die Zündung im hinteren Zylinderraum (7) in Abhängigkeit von einer bestimmten Stellung des Kolbens (4-) relativ zum Zylinder (2) auslösbar ist.

3· Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,"daß das Zündsystem für den vorderen Zylinderraum (8) von Hand betätigbar ist.

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4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bin 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3, 4, 5₅6) durch eine mechanische Verriegelung (17) in der Ausgangsstellung gehalten ist.

5· Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zylinder (2) ein Gemisch aus Druckluft und flüssigem, Treibstoff zuführbar ist.

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß zur Verzögerung des Kolbens (3_S 4) vor der vorderen Endstellung eine kinetische Energie absorbierende Dämpfungsvorrichtung (22) vorgesehen ist..

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