DE2400554C2

DE2400554C2 - Verfahren und hydraulische Vorrichtung zum vibrierenden Bearbeiten von Materialien

Info

Publication number: DE2400554C2
Application number: DE19742400554
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 6200 Wiesbaden Sieke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-01-07
Filing date: 1974-01-07
Publication date: 1986-10-16
Also published as: DE2400554A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine hydraulische Vorrichtung zum vibrierenden Bearbeiten von Materialien, bei dem Werkzeuge oder Arbeitsmittel mit einer Kraft in ein Material eingetrieben werden und neben der Vorschubkraft eine Vibrationskraft in Form von Kraftinipulsen wirksam ist.

Verschiedenste Materialien werden vibrierend bearbeitet. Im Gleisbau wird Schotter durch vibrierende Vorschubkräfte unter die Gleisschwellen geschoben. Im Straßenbau wird Schotter vibrierend verdichtet. Bei Werkzeugmaschinen läßt sich mit Vorteil der Span mit einem vibrierenden Werkzeug abheben. Bleche lassen sich mit Vorteil vibrierend schneiden. So gibt es noch eine ganze Anzahl von weiteren Arbeitsvorgängen in den verschiedensten Gewerbebereichen, bei denen mit vibrierenden Kräften gearbeitet wird. Daneben gibt es aber auch vibrierende Kräfte beim Einbringen von Injektiünen in Gesteine zu deren Verfestigung und die ίο Anwendung von vibrierenden Kräften an Gießereiformen, um Lunkerbildungen zu vermeiden. Auch hier wirken die Vibrationen zu einer starken Verbesserung der erzielten Arbeitsergebnisse.

Durch die DE-AN H 4 128 ist es bekannt geworden, Vibrationen in Form von Sinusschwingungen zu verwenden, wobei diese Schwingungen mit zwei unterschiedlichen Schwingungserzeugern erzeugt werden, die zuerst mit voneinander abweichender Frequenz betrieben werden, so daß eine Schwebung entsteht und anschließend auf gleiche Frequenz, d. h. Resonanz, gebracht werden. Ein ähnliches Arbeiten mit zwei und vier Schwingungserzeugern ist durch die DE-AS 10 03 542 bekannt geworden, wo ebenfalls Sinusschwingungen erzeugt werden, die dann in Form von Schwebungen am Werkstück wirksam werden. Diese Schwebungen erzeugt man, um möglichst in Resonanz mit dem Werkstück zu kommen. Dieses Arbeiten mit Schwebungen ist wirksamer als das Arbeiten mit einem Schwingungserzeuger allein.

Wesentlich bessere Erfolge in der Bearbeitung vieler Materialien erhält man jedoch, wenn man Kräfte impulsförmig auf ein Werkstück einwirken läßt. Das eingangs genannte Verfahren ist in der Literaturstelle »Metal Treatment« 1958, S. 489, erläutert.

Durch das deutsche Patent 19 57 469 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verstellung eines Arbeitskolbens bekannt geworden, die sich erfolgreich benutzen lassen. Bei diesem bekannten Verfahren wird zur vibrierenden Verstellung eines Arbeitskolbens ständig ein wenig mehr Drucköl in den Arbeitszylinder hineingelassen als aus ihm wieder herausgelassen wird. Die hierbei auftretende Schwingungsform der Vibration ist in ihrer Folge gleichmäßig, wenn sich auch die Schwingungszahl und die Impulsbreite verändern läßt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte Verfahren und die eingangs genannte Vorrichtung in ihrer Wirkung zu verbessern.

Die Erfindung besteht darin, daß man die Vibrationskraft in Form einer Aufeinanderfolge ungleich langer

und ungleich starker Kraftimpulse wirksam werden läßt.

Neben einem verbesserten Arbeitsergebnis, das sich nicht nur in Form einer schnelleren Erzielung dieses Arbeitsergebnisses bemerkbar macht, sondern auch durch eine verbesserte Verdichtung beim Unterstopfen

von Gleisschwellen und beim Verdichten von Straßenschotter sowie einem verbesserten Spanabheben bemerkbar macht, wird hier auch eine geringere Werkzeugabnutzung festgestellt.
Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteran-Sprüchen zu entnehmen.

Als sehr wirkungsvoll hat es sich herausgestellt, wenn man in ständiger Folge einen kleinen langen Kraftimpuls auf einen großen kurzen Kraftimpuls folgen läßt. Erfolgt die Vibrierung durch eine hydraulisch arbeitende Vorrichtung, so ist es zweckmäßig, wenn an dem Steuerschieber mindestens zwei nacheinander wirksam werdende Öffnungen für den Durchlaß in einer Fließrichtung vorgesehen sind.

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Diese nacheinander wirksam werdenden Öffnungen für den Durchlaß in der einen Fließrichtung bewirken aann die ungleichen Impulse, die in stetiger Folge nacheinander an dem Arbeitsmittel oder Werkzeug wirksam werden.

Die Öffnungen können ungleiche Größe und ungleiche Durchlaßfähigkeit aufweisen. Sie können aber auch für zwei verschiedene Anschlüsse von verschiedenen Öldruckerzeugern vorgesehen sein.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß an die eine Öffnung ein Druckölspeicher angeschlossen ist, während an die andere öffnung der Druckerzeuger, eventuell unter Zwischenschaltung von weiteren Arbeitsmitteln, wie Blenden, Drosseln oder dergleichen, direkt angeschlossen ist, wobei dieser Druckerzeuger gleichzeitig zur Speisung des Druckölspeichers dient.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Folge ungleicher Impulse für die vibrierende Verstellung eines Arbeitskolbens,

F i g. 2 eine Vorrichtung zur vibrierenden Verstellung eines Arbeitskolbens mit einem schwingenden Steuerschieber,

F i g. 3 eine Vorrichtung zur vibrierenden Verstellung eines Arbeitskolbens mit einem rotierenden Steuerschieber,

F i g. 4 eine Abwicklung des rotierenden Kolbens des Steuerschiebers der F i g. 3.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Impulsfolge an einem Arbeitszylinder beispielsweise wirksam werden, wie sie in einem Beispiel in F i g. 1 dargestellt ist. Hier dient in ständiger Folge zur Beaufschlagung eines Arbeitszylinders jeweils ein kurzer Druckimpuls großer Amplitude 1 und ein langer Druckimpuls niedriger Amplitude 2. In der Richtung X des Koordinatennetzes ist der Druck aufgetragen, in der Richtung Y hingegen die Zeit. Man sieht durch das schräge Ansteigen der Linie I, daß der Arbeitsdruck im Zylinder langsam mit der Zeit wächst.

In F i g. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der sich ein gemäß F i g. 1 vibrierender Arbeitskolben steuern läßt. In einem Arbeitszylinder 4 befindet sich der Arbeitskolben 5, welcher ein Werkzeug 3 vibrierend vorwärtstreibt Gespeist wird der Zylinder 4 aus einer Druckölleitung 6, die aus dem Steuerschiebergehäuse 7 herausgeführt ist. In dem Steuerschiebergehäuse 7 befindet sich ein hin und her schwingender Steuerschiebe^rkolben 8, welcher auf der einen Seite durch die Kraft einer Feder 9 und auf der anderen Seite durch einen an sich bekannten Schwingungsantrieb 10 beaufschlagt ist. Das Steuerschiebergehäuse 7 weist eine vom Öldruckerzeuger 11 kommende Leitung 12 auf sowie eine zum Ölvorratsbehälter 13 führende Leitung 14. Der hin urd her schwingende Steuerschieberkolben 8 weist nun eine weite Ausnehmung 15 auf, zu der über die Drossel 16 der Kanal 17 führt, welcher aus der Druckleitung 12 gespeist wird. Von der Leitung 17 zweigt ein weiterer Kanal 18 ab, welcher zu der schmalen Ausnehmung 19 führt. Zwischen den beiden Ausnehmungen 15 und 19 ist eine Ausnehmung 20 vorgesehen, Welche in einen Käüäi 21 führt, der die Ausnehmung 20 mit der Rücklaufleitung 14 verbindet. Wenn sich die Ausnehmung 20 mit dem Kanal 6 deckt, fließt aus dem Arbeitszylinder 4 das Öl in die Rücklaufleitung 14. Deckt sich die Ausnehmung 15 mit dem zum Zylinder 4 führenden Kanal 6, so entsteht ein langer Impuls von niedrigem Druck in dem Arbeitszylinder 4. während dann, wenn sich die Ausnehmung 19 mit dem Zuführungskanal 6 deckt, ein kurzer Impuls 1 höheren Druckes entsteht.

Wird nun der Steuerkolben mit einem runden Querschnitt hergestellt, so besteht die Möglichkeit, die öffnungen im Steuerschieberzylinder oder die Ausnehmungen 15,19,20 im Steuerschieberkolben dreieckförmig oder trapezförmig am Umfang des Steuerschieberkolbens 8 auszubilden, so daß durch eine Drehung die wirksame Länge der Ausnehmungen verändert werden kann. Dabei sind Arbeitsmittel vorgesehen, um nach einer Verstellung des Winkels des Steuerschieberkolbens diesen gegen eine weitere Verdrehung zu sichern.

In Fig.3 ist eine andere Ausführung eines Steuerschiebers dargestellt. In einem Steuerschiebergehäuse 7 dreht sich ständig ein Steuerschieberkolben 8. Dieser weist verschiedene Ausnehmungen auf, mit denen die Druckleitung 12 und die Rücklaufleitung 14 mit der zum Arbeitszylinder 4 führenden Druckleitung 6 verbindbar ist. Hier sind zwei Rücklauf schlitze 23 vorgesehen, mit denen die zum Arbeitszylinder 4 führende Leitung 6 mit einem Ringschlitz 24 im Steuerschiebergehäuse 7 verbindbar ist. Der Ringschlitz 24 ist an die Rückleitung 14 angeschlossen. Der rotierende Steuerschieberkolben 22 weist zwei Ausnehmungen 25,26 auf. Die Ausnehmung 25 ist über den Kanal 27 an einen Druckspeicher 28 anschließbar, während die Ausnehmung 26 an die Druckölquelle Il über den Kanal 29, in welchem sich eine Drosselstelle 30 befindet, anschließbar ist. Hier wird nun der Arbeitskolben 5 abwechselnd mit den beiden Öldruckerzeugern, dem Druckölspeicher 28 und mit der Druckölquelle U, verbunden, so daß auch wieder die Druckfolge der F i g. 1 entsteht.

Es kann in vielen Fällen vorteilhaft sein, wenn der Steuerschieber zwei Anschlüsse für einen beidseitig beaufschlagten Arbeitszylinder aufweist.

Hierbei kann es unter Umständen zweckmäßig sein, daß zwei verschiedene, zu den beiden Anschlüssen für den beidseitig beaufschlagten Arbeitszylinder führende Systeme von Ausnehmungen im Steuerkolben und Öffnungen im Steuerschiebergehäuse vorgesehen sind, um z. B. zu erreichen, einen kleinen langen Kraftimpuls auf die eine Seite und einen großen kurzen Kraftimpuls auf die andere Seite zu geben.

Hierbei sollten Arbeitsmittel vorgesehen sein, um den Volumen-Druck-Zeitinhalt möglichst kontinuierlich ändern zu können, um die Vorrichtung den Arbeitsbedingungen auf den verschiedenen möglichen Anwendungsgebieten anpassen zu können. Beim Bearbeiten von bröckeligem Gestein kann es zweckmäßig sein, in Arbeitsrichtung mit einem kleinen langen Kraftimpuls zu arbeiten und das sich im Gestein festsetzende Werkzeug mit einem großen kurzen Kraftimpuls wieder freizusetzen, während bei der Bearbeitung von hartem Gestein eine umgekehrte Anwendung zweckmäßig sein kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

24 OO 554 Patentansprüche:

1. Verfahren zum vibrierenden Bearbeiten von Materialien, bei dem Werkzeuge oder Arbeitsmittel mit einer Kraft in ein Material eingetrieben werden und neben der Vorschubkraft eine Vibrationskraft in Form von Kraftimpulsen wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vibrationskraft in Form einer Aufeinanderfolge ungleich langer und ungleich starker Kraftimpulse wirksam werden läßt

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man in ständiger Folge einen kleinen langen Kraftimpuls auf einen großen kurzen Kraftimpuls folgen läßt

3. Hydraulische Vorrichtung zum vibrierenden Bearbeiten von Materialien, bei dem Werkzeuge oder Arbeitsmittel mit einer Kraft in ein Material eingetrieben werden und neben der Vorschubkraft eine Vibrationskraft in Form von Kraftimpulsen wirksam ist, mittels in einem Steuerschieber, in dem ein mit Schlitzen oder Kanälen versehener Steuerschieberkolben gegenüber seinem mit Schlitzen oder Kanälen versehenen Steuerschiebergehäuse bewegbar ist, erzeugter hydraulischer Vibrationskräfte, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerschieber mindestens zwei bei der Relativbewegung zwischen Steuerschiebergehäuse (7) und Steuerschieberkolben (8) nacheinander wirksam werdende öffnungen (9, 15; 25, 26) für den Durchlaß des Drucköls in einer Fließrichtung vorgesehen sind, wobei die öffnungen (9, 15) ungleiche Größe und ungleiche Durchlaßfähigkeit aufweisen.

4. Hydraulische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (25, 26) zwei Anschlüsse für verschiedene Öldruckerzeuger (11,28) mit dem Arbeitszylinder (4) verbinden.

5. Hydraulische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschluß (an öffnung 25) für das Anschließen an einen Druckölspeicher (28) eingerichtet ist, während der andere Anschluß (an öffnung 26) für den Anschluß an einen Druckerzeuger (11) eingerichtet ist, aus dem auch der Druckölspeicher (28) gespeist ist.

6. Hydraulische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber zwei Anschlüsse für einen beidseitig beaufschlagten Arbeitszylinder (4) aufweist.

7. Hydraulische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei verschiedene, zu den beiden Anschlüssen für den beidseitig beaufschlagten Arbeitszylinder (4) führende Systeme von Ausnehmungen im Steuerschieberkolben (8) und öffnungen im Steuerschiebergehäuse (7) vorgesehen sind.