DE2428128A1

DE2428128A1 - Schwingschlaghammer

Info

Publication number: DE2428128A1
Application number: DE19742428128
Authority: DE
Inventors: Bernard Amos Century
Original assignee: Allied Steel and Tractor Products Inc
Current assignee: Allied Steel and Tractor Products Inc
Priority date: 1973-06-11
Filing date: 1974-06-11
Publication date: 1975-01-02
Also published as: FR2232410A1; FR2232410B1; SE7407605L; SU1194288A3; JPS5815269B2; CH583341A5; US3866693A; CA1007143A; BR7404802D0; NL7407420A; ZA743256B; ES427181A1; GB1464618A; AR209071A1; IT1014888B; JPS5053961A; AU6941074A

Description

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ALLIED STEEL & TRACTOR PRODUCTS, INC., CLEVELAND/OHIO/USA

Schwingschlaghainmer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingschlaghammer mit einem Rahmen und einem Schwingantrieb. Sie bezieht sich insbesondere auf einen hydraulisch angetriebenen verbesserten Schwingschlaghammer, der ein sich drehendes Exzentergewicht zur Bier stellung der Schwingbewegung verwendet.

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Es sind Schwingschlaghämmer entwickelt worden, die nach, einer Vielzahl von Prinzipien arbeiten. Einige dieser Hämmer benutzten ein oder mehrere sich drehende Exzentergewichte, um eine nützliche Schwingung zu entwickeln, die zum Aufbrechen von Pflaster, zum verdichten von Erde, zum Bohren von Löchern und zur Durchführung anderer ähnlicher Aufgaben verwendet werden können. Die erfolgreicheren dieser Hämmer, welche von sich drehenden Exzentergewichten angetrieben wurden, verwendeten eine Vielzahl solcher Gewichte, die gezwungen wurden, sich in bezug aufeinander so zu drehen, dass die sich ergebende Zentrifugalkraft der Gewichte eine Schwingkraft ergab, die entlang einer einzigen Linie gerichtet war, die in einer Linie mit der Schlagbewegung des Schlägers lag. Die Anwendung eines solchen Systems von Gewichten vermeidet die Erzeugung von Schwingungen, die senkrecht zur gewünschten Schlagbewegung des Hammers verlaufen. Bei vorgeschlagenen, einen einzigenen Exzenter verwendenden Systemen, wie sie z.B. in den US-PS 1 386 329 und 1 410 010 beschrieben sind, wurden die senkrecht zur Schlagrichtung verlaufenden Schwingungen im allgemeinen unterdrückt oder durch die Verwendung starrer Führungen gesteuert, welche das Schlagteil zum Schwingen entlang einem einzelnen Weg antreiben. Bei solchen Vorrichtungen werden die durch das einzelne Exzentergewicht erzeugten senkrecht zur Schlagbewegung verlaufenden Kräfte auf den Rahmen übertragen und ergeben keine nützliche Schlagbewegung, sondern verursachen statt dessen unerwünschte Schwingungen. So lehren sogar die vorerwähnten Patente die Zweckmässigkeit, wenn nicht gar die Notwendigkeit, doppelte, gegenläufig rotierende, Exzentergewichte zu verwenden, um seitliche Schwingungen zu vermeiden.

Diese Schwingschlaghämmer, welche ein oder mehrere Exzenter-

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gewichte zum Antrieb des Schlagteils verwenden, verliessen sich auch im allgemeinen auf die während jeder Umdrehung für den folgenden Schlag erzeugten Energie. Dies führte dazu, dass die relative Grosse des unausgeglichenen Gewichtsystems gross sein musste, damit diese wesentliche Energie für jeden Schlag auf den Schläger übertragen werden kann. Darüber hinaus werden häufig Sekundärfederanordnungen bei dem Versuch verwendet, die Energie des rücklaufenden Schlägers zwischen den Hüben zu speichern und neu zu verteilen. Diese Sekundärfederanordnungen verursachen weitere Schwxngungsprobleme und arbeiten nicht wirksam, um die Energie in den Schläger zurückzuleiten. Aufgrund der obigen Entwurfsmerkmale sind Schwingschlaghämmer erfahrungsgemäss sehr laut, schwer zu halten und haben ein hohes Gewicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schwingschlaghammer der eingangs genannten Art zu schaffen, der die oben beschriebenen Nachteile vermeidet, mit vergleichsweise geringerer Lärmentwicklung arbeitet, leichter zu halten ist und auch ein geringeres Gewicht aufweist.

Diese. Aufgäbe wird· erf indungsgemäss dadurch«gelöst, dass mehrere Federelemente vorgesehen sind, dass jedes der Federelemente an einer Seite mit dem Rahmen und an einer zweiten Seite mit dem Schläger verbunden ist, dass der Schwingantrieb betriebsmässig am Schläger befestigt und so angeordnet ist, dass er dem Schläger an einer Stelle desselben eine geradlinige Bewegung mitteilt, und dass eine den Schlag übertragende Oberfläche am Schläger an dem Punkt vorgesehen ist, an welchem er die geradlinige Bewegung ausführt.

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Durch die Erfindung wird die Verwendung eines einzelnen Exzentergewichtes vorgeschlagen, das strategisch an einem Schläger zum Erzeugen nützlicher Schwingungsbewegung angeordnet ist, ohne dass wesentliche seitliche Beschränkungen erforderlich sind. Die in den Schläger durch das sich drehende Exzentergewicht iduzierte resultierende Bewegung umfasst im Schwerpunkt des Schlägers sowohl seitliche als auch Längsschwingungen, ist jedoch an der Schlagplatte des Schlägers auf Schwingungen in Längs- oder Schlagrichtung beschränkt. Ein zur Aufnahme der Schläge vom Schläger an der Schlagplatte angeordnetes Werkzeug ist keinen seitlichen Kräften und keiner seitlichen Bewegung des Schlägers ausgesetzt, die sonst zu hoher Abnutzung und Energieverlusten führen würden.

Die seitlichen Kraftkomponenten des sich drehenden Exzentergewichtes können im Schläger seitliche Schwingungen induzieren, die nur durch flexible Federelemente behindert werden. Die sich ergebende Bewegung sowohl in seitlichen als auch Längsrichtungen wirken so, dass sie dem Werkzeug an der Scb^Ίagplatte des Schlägers einen maximalen Längsschlag erteilen, ohne dass Antriebsmechanismen relativ grosser Kapazität erforderlich sind. Diese Bewegung des Schlägers wirkt mit der flexiblen federnden Befestigung zusammen, um die durch das Werkzeug nicht auf das Werkstück übertragene Abprallenergie zu speichern und den ständigen Eingang vom Exζentergewicht zur Abgabe an das Werkzeug bei folgenden Schlagen zu speiehern. Aufgrund dieses fortlaufenden Speicherns und Abgebens der Energie an das Werkzeug, benötigt der Antrieb keine ausreichende Kapazität, um die gesamte notwendige Kraft zur Erzeugung des bei diesem Zyklus erforderlichen Schlages in einem

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Zyklus zu induzieren. Statt dessen braucht der erforderliche zusätzliche Eingang in das System während jedes Zyklus nur ausreichend zum Ersetzen der durch das Werkzeug verbrauchten und durch die mechanischen Unzulänglichkeiten des Systems verlorenen Arbeit zu sein.

Der Schwingschlaghammer verwendet auch einen Schwingungsbereich in der Nähe der natürlichen Resonanz des Systems, um die Energieübertragung und Speicherung innerhalb des Systems zu fördern. Durch genau entsprechende Frequenzen beim unbehinderten Betrieb des Feder- und Schlägersystems, kann der Gesamtwirkungsgrad des Schwingschlaghammers auf ein Maximum gebracht werden. Darüber hinaus kann die relative Grosse des Exzentergewichtes in bezug auf die Grosse des Schlägers verringert werden, wodurch die Verwendung grösserer und leiser arbeitender Schläger möglich wird. Diese genaue Kombination,von Arbeitsund Auslegungsparametern führt auch zu geringeren Schwingungen des Trägerfahrzeuges und einer längeren Lebensdauer des Schwingschlaghammers..

Die vorliegende Erfindung umfasst auch strategisch angeordnete Zwangseinrichtungen, die zur Dämpfung unerwünschter harmonischer undjzufälliger Schwingungen wirken. Diese Zwangseinrichtungen behindern die normale Schwingbewegung des Schlägers nicht und beeinträchtigen weder den Wirkungsgrad noch die Vorteile des Systems.

So wird durch die, Erfindung ein Schwingschlaghammer geschaffen, der vorteilhaft seitliche Schwingbewegungen des Schlägers erlaubt und gleichzeitig eine lineare Schlagbewegung gegen ein Schlagwerkzeug ausgeübt.

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Ausserdem wird mit der Erfindung ein Schwingschlagharomer geschaffen, der nur ein einzelnes Exzentergewicht zum Antrieb eines Schlägers gegen ein Werkzeug verwendet, und wobei der Schläger frei senkrecht zur Schlagrichtung schwingen kann.

Ferner wird durch die Erfindung ein Schwingschlaghammer geschaffen, der die Resonanzbewegung des Schlagteiles zum vorteilhaften Speichern und übertragen von Energie verwendet.

Schliesslich wird die die Erfindung ein Schwingschlaghammer geschaffen, der einen Schläger mit relativ grosser Masse verwendet, die durch einen vergleichsweise kleinen Hub in Schwingung versetzt wird und trotzdem Schlagkräfte erzeugt, die mit denen herkömmlicher Vorrichtungen mit grossen Abmessungen, hohen Kosten oder hohem Energieverbrauch vergleichbar sind.

Ausserdem wird durch die Erfindung ein frei schwingender Schwingschlaghammer geschaffen, der Zwangseinrichtungen für die Richtung aufweist, um unerwünschte harmonische und zufällige Schwingbewegungen zu dämpfen.

So wird ein Schwingschlaghammer geschaffen, der die natürliche Schwingbewegung verwendet, um ein ruhiges, bequemes und wirksames System zu schaffen.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung klar, in der die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Schwingschlaghammers,

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Fig. 2 eine teilweise entlang der Linie 2-2 der Fig. 1 geschnittene Vorderansicht, welche den Schläger mit der freigelegten Anordnung des Exzentergewichts darstellt,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2,

welche den Schläger nach Abnahme einer Seitenplatte . darstellt,

Fig. 4 eine Unteransicht des Schwingschlaghammers, gesehen von der Linie 4-4 der Fig. 2 und mit geschnittenem Werkzeug,

Fig. 5 eine Unteransicht eines Querschnitts entlang der Linie 5-5 der Fig. 2, welche den Werkzeughalter und den Werkzeughaltestift darstellt,

Fig. 6 einen von unten gesehenen Schnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 2, welcher die Schlagplatte und den unteren Träger des Schlägers darstellt,

Fig- 7 eine Seitenansicht geschnitten entlang der Linie 7-7" der Fig. 2, welche die Schlägerführung darstellt,

Fig. 8 eine Vorderansicht, in der ein Teil des Schwingschlaghammers weggelassen ist, und welche den Ab— wärtsschlag mit in Eingriff befindlichem Werkzeug darstellt _r

Fig. 9 eine Vorderansicht des Schwingschlaghammers,in der

der Schläger beim Aufwärtsschalg in Eingriff mit ' dem Werkzeug dargestellt ist,

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Fig. 10 eine schematische Seitenansicht des Schwingschlaghammers, bei welchem eine erste Seitenplatte abgenommen ist, um die freie Bewegung des Schlägers zu veranschaulichen,

Fig. 11 ein Beispiel einer Schlagfrequenzansprechkurve bei einem linearen Feder-Masse-System mit Dämpfung,

Fig. 12 ein Beispiel einer Schlagfrequenzansprechkurve für ein nicht lineares Feder-Masse-System mit Dämpfung, und

Fig. 13 ein Beispiel einer Zeitverschiebungskurve für den erfindungsgemässen Schwingschlaghamraer bei nicht linearer Vorbelastung.

In der Zeichnung ist ein Rahmen 1O dargestellt, der aus zwei Seitenplatten 12 und 14 besteht. Die Seitenplatten 12 und 14 können zur leichteren Herstellung identisch sein und sind in parallelen Ebenen angeordnet. Zwischen den Seitenplatten 12 und 14 erstrecken sich Streben 16 und 18, um dem Rahmen 10 vollständige Steifigkeit zu geben. Die Seitenplatten 12 und 14 werden auch durch den unten beschriebenen Werkzeughalter mit Abstand zueinander parallel gehalten. Auslegerbolzen und 22 erstreckenen sich senkrecht durch die parallelen Seitenplatten 12 und 14 in der Nähe der Oberkante des wegragenden Befestigungsabschnittes 24 des Rahmens 1O. Die Auslegerbolzen 20 und 22 werden zur Befestigung des Schwingschlaghammers an einem Löffelbagger oder anderen gelenkigen Schwerlastarmen verwendet, um den Schwingschlaghammer zu tragen und zu placieren. Die Auslegerbolzen 20 und 22 sind ausreichend

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lang, so dass sie von beiden Seitenplatten 12 und 14 nach aussen ragen. Splinte 26 halten die Auslegerbolzen 20 und 22 gegen ein Herausziehen in einer ersten Richtung aus dem Rahmen 10, Sicherungsstifte 28 können verwendet werden, um ein Herausziehen der Auslegerbolzen 20 und 22 aus dem Rahmen 10 in einer zweiten Richtung zu verhindern. Die Sicherungsstifte 28 werden verwendet, damit die Auslegerbolzen 2O und 22 leicht herausgenommen und wieder in ihre Lage gebracht werden können. An die Seitenplatten 12 und 14 sind um die Auslegerzapfen Ringe 30 geschweisst, um dem Rahmen 10 zusätzliche Abnutzungsund Lager festigkeit zu geben, wenn der Schwingschlaghammer am Löffelbaggerausleger befestigt wird.

Zwischen den Seitenplatten 12 und 14 ist die Schlaganordnung 32 angeordnet. Die Schlaganordnung 32 enthält im allgemeinen einen federnd am Rahmen 10 befestigten Schläger 34 und ein angetriebenes Exzentergewicht 36, um dem Schläger 10 Schwingungen zu erteilen. Aufgrund der Tatsache, dass die bevorzugte Form des Schlägers 34 ziemlich unregelmässig ist, obwohl er grundsätzlich eine abgewandelte Form eines I-Trägers aufweist, wird er am besten aus Eisen oder Stahl, z.B. zähem Eisen, gegossen. Der Schläger 34 passt vollständig zwischen die Seitenplatten 12 und 14 und ist mit den seitlichen oder offenen Abschnitten· seiner I-Trägerform den Seitenplatten zugewandt. .

Als Beispiel eines typischein Ausführungsbeispiels der Erfindung kann die Schlaganordnung 32 zur Veranschaulichung und ohne Beschränkung- des Anwendungsbereiches der Erfindung einschliesslich aller mitgerissenen Bauteile, welche zur Bewegung mit dem Schläger gezwungen sind, wie z.B. das Exzentergewicht 36 und der Hydraulikmotor 163 kp (360 lbs) wiegen. Das

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Trägheitsmoment, um eine Achse parallel zur Achse des Exzentergewichtes 36/ welche durch den Schwerpunkt der Schlaganordnung 32 des vorliegenden Ausführungsbeispiels verläuft, be-

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trägt ungeführ 47000 kpcm (16000 lbs in }. Die Exzentrizität des Exzentergewichts 36 beträgt ungefähr 0,8 mkp (69 inch pounds). So ist zu erkennen, dass das Gewicht des Exzenters im Vergleich zum Gewicht der gesamten Schlägeranordnung die er zum Schwingen veranlasst, sehr klein ist.

Ein Gehäuse 38 für das Exzentergewicht ist im Schläger 34 oberhalb seines Schwerpunkts ausgebildet. Das Gehäuse 38 des Exzentergewichts umschliesst einen zylindrischen Hohlraum 4O zur Aufnahme des Exzentergewichts 36. Kreisförmige Flansche 42 und 44 erstrecken sich von der zylindrischen Innenwand des Gehäuses 38 zur Aufnahme von Lagerringen 46 und 48, nach innen. Die Lagerringe 46 und 48 sind zylindrisch und so bemessen, dass sie in die kreisförmigen Öffnungen in den Flanschen 42 und 44 hineinpassen. Schraubbolzen 50 und 52 können zum Befestigen der Lagerringe 46 und 48 an den Flanschen 42 und 44 des Gehäuses 38 des Exzentergewichts verwendet werden. Kreisförmige Ringe 54 und 58 erstrecken sich von den zylindrischen Lagerringen 46 und 48 nach aussen, um die kreisförmigen Flansche 42 und 44 zu erfassen, durch die die Schraubbolzen 50 und 52 geschraubt sind. Diese Anordnung der Lagerringe 46 und 48 legt die Achse des Exzentergewichts 3 6 relativ zum Schläger 34 fest. Die Entfernung vom Schwerpunkt zur Exzenterachse beträgt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ungefähr 82,5 mm (3 1/4") .

Das Exzentergewicht 36 ist kreisförmig ausgebildet, wie in Fig. 3 zu sehen ist,und wird um eine durch die Lager 58 und fjQ bestimmte Achse gedreht, die in den Lagerringen 46 und

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48 gehalten sind. Achsen 62 und 64 erstrecken sich von den Lagern 58 und 60 zum Eingriff mit dem Exzentergewicht 36 nach innen. Eine Bohrung 66 ist parallel zur Mittellängsachse des Exzentergewichtes durch eine Ecke desselben angebracht,. um die Achsen 62 und 64 aufzunehmen. Die Achsen 62 und 64 haben jeweils Kreisquerschnitt. Ein Ende jeder der Achsen 62 und. 64 wird von den Innenringen der Lager 58 und 60 aufgenommen. Die inneren Enden der Achsen 62 und 64 sind innerhalb je eines Endes der Bohrung* 66 im Exzentergewicht 3 6 angeordnet. Die Achsen 62 und 64 sind in die Bohrung 66 mit Pressitz eingepasst, damit das Drehmoment zum Antrieb des Exzentergewichts· 36 über die Achse 64 übertragen werden kann. In der Mitte jeder der Achsen 62 und 64 ist ein Bund 70 vorgesehen, der grosser als die Innenringe der Lager 58 und 60 und die Bohrung 66 des Exzentergewichts 36 ist. Die Bünde 70 zentrieren das Exzentergewicht zwischen den Lagern 58 und 60.

Ein Hydraulikmotor 72 ist am Lagerring 48 und dadurch am Gehäuse 38 des Exzentergewichtes mittels Schraubbolzen 52 befestigt. Der Hydraulikmotor 7 2 hat einen Strömungsmitteleinlass 74 und einen Strömungsmittelauslass 7 6 in Form flexibler Schläuche, die den Schwingungen des Schlägers 34,an welchem der Hydraulikmotor 72 befestigt ist, widerstehen können. Die Motorwelle 78 ist zur Übertragung des Drehmoments mit Kerbzähnen versehen, die mit Kerbzähnen 79 in einer Bohrung 80 in Eingriff stehen, welche durch die Achse 64 verläuft. Als Gewichtsausgleich für den Hydraulikmotor 72 ist ein Gegengewicht 82 an einem Ende des Gehäuses 38 des Exzentergewichtes gegenüber dem Hydraulikmotor 72 vorgesehen. Das Gegengewicht 82 ist am Gehäuse 38 durch die Lagerringe 46 mittels Schraubbolzen 50 befestigt. Wenn der Schläger 34 durch die Wirkung

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des sich drehenden Exzentergewichts 36 in Schwingungen versetzt wird, wirkt das Gegengewicht 82^m die unausgeglichene Belastung durch den Motor 72 aufzuheben. Dieses wird durchgeführt, indem ein Gegengewicht so ausgewählt wird, dass
der gemeinsame Schwerpunkt des Hydraulikmotors 72 und des
Gegengewichts 82 auf der Mittellängsachse des Schlägers 34
liegen. Halbkreisförmige Ausschnitte 84 sind in den Seitenplatten 12 und 14 angebracht, um sie an den Hydraulikmotor 72 und das Gegengewicht 82 anzupassen. Die Ausschnitte 84 sind erheblieh grosser als der Hydraulikmotor 72 und das Gegengewicht 82, damit die dem Schläger 34 mitgeteilte Schwingung weder den Hydraulikmotor 7 2 noch das Gegengewicht 82 an den Seitenplatten 12 und 14 anschlagen lässt.

Der Schläger 34 erstreckt sich vom Gehäuse 38 des Exzentergewichts zur Bildung einer Befestigungsplatte 86 nach oben. Die Befestigungsplatte 86 hat zwei flache Oberflächen 88 und 90,um Befestigungen daran anzubringen. Vom Gehäuse 38 des
Schlägers 34 erstreckt sich eine zweite Befestigungskonstruktion 92 nach unten. Die Befestigungskonstruktion 92 umfasst ebenfalls zwei Befestigungsflächen 94 und 9 6 zur Anbringungen von Befestigungen. Vier Rippen 98, 100, 102 und 104 erstrecken sich vom Gehäuse 38 des Exzentergewichts entlang jeder Seite der Befestigungskonstruktion 92 nach unten. Am untersten Ende des Schlägers 34 enden die Rippen 98, 100, 1O2 und 104 und die
Befestigungskonstruktion 92 in einem unteren Träger 106.

Die Lage der Achse des Exzentergewichts 36 am Schläger 34
ist so, dass ein Knotenpunkt in bezug auf die Horizontalbewegung des Schlägers 34 am unteren Ende des unteren Trägers 106 erzeugt wird. Eine aus gehärtetem Stahl hergestellte
Schlagplatte 107 ist unterhalb des Trägers 36 angeordnet,

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um eine Schlagfläche zum übertragen von Energie von dem schwingenden Schläger 34 auf ein den Schlag aufnehmendes Teil zu übertragen. Die Schlagplatte 107 ist mit Schraubbolzen 108 an vier Stellen an den unteren Träger 106 geschraubt. Weil die Schlagplatte 107 an einem horizontalen Knoten der.Schlaganordnung 32 angeordnet ist, tritt an diesem Punkt reine Vertikalbewegung auf. Die Vermeidung jeg-* licher Horizontalbewegung in der Mitte der Schlagplattenoberflache während des Aufpralls auf dem den Schlag aufnehmenden Teil, verhindert die Abnutzung der Schlagplatte 107 und des den Schlag aufnehmenden Teils und eliminiert seitliche Stossbelastungen der Schlaganordnung 32 und des -den Schlag aufnehmenden Teiles und erhöht die gesamte verfügbare Schlagenergie, die in Längsrichtung auf das den Schlag aufnehmende Teil gerichtet ist.

Um die genaue Lage der Schlagplatte 107 in bezug auf den Schwerpunkt vorzubestimmen, können folgende Massnahmen getroffen werden. Zuerst wird der Schwerpunkt der gesamten Schlaganordnung 32 festgestellt. Als nächstes wird das Trägheitsmoment um eine parallel zur Achse des Exzentergewichts durch den Schwerpunkt verlaufende Achse bestimmt. Schliesslieh wird die Entfernung d zwischen dem Schwerpunkt und der Schlagplatte 107 durch die Entfernung d_g, zwischen dem Schwerpunkt und der Achse des Exzentergewichts 36 folgendermassen ausgedrückt:

■"-■■■-■■ - d - ^T
> s wd
e

wobei I= Trägheitsmoment der Schlaganordnung 32 um eine Achse durch den Schwerpunkt und parallel zur Achse

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des Exzentergewichts 36 in kpcm (lbs in }

w = Gewicht der Schlaganordnung 32 in kp (lbs), d = Entfernung vom. Schwerpunkt der Schlaganordm 32 zur Exzenterachse 36 in cm (inch).

Dann gibt d_ die genaue Lage für die Schlagplatte 107 an. Das obige Verfahren zur Bestimmung des horizontalen Knotens berücksichtigt nicht die Summe der Kräfte der federnden Befestigung der Schlaganordnung 32 am Rahmen 10. Es hat sich herausgestellt, dass die Summe der Kräfte der federnden Befestigung die Lage des horizontalen Knotens aufgrund solcher Faktoren, wie der relativ weichen Art der Befestigungen, der Betätigung des Hammers weit oberhalb der natürlichen Frequenz der federnden Befestigungen und der wesentlich grösseren Flexibilität der am weitestens vom horizontalen Knoten entfernten Befestigungen gegenüber der am dichtesten am horizontalen Knoten befindlichen Befestigungen nicht stark beeinflussen.

Der Schläger 34 ist mittels federnder Befestigungen federnd am Rahmen 10 angebraucht, welche so ausgelegt sind, dass sie eine relativ freie Bewegung des Schlägers 34 in bezug auf den Rahmen 10 ermöglichen. Diese federnden Befestigungen können Federelemente 109 und 110 umfassen, welche der Befestigungsplatte 86 zugeordnet sind und Federelemente 112 und 114, welche der Befestigungskonstruktion 92 zugeordnet sind. Die Fed er elemente 109 und 110 sind identisch, um eine unausgeglichene Belastung der Schlaganordnung 32 zu verhindern. Die Federelemente 109 und 110 bestehen aus zylindrischen Gummiklötzen und sind an einem Ende an Platten 116 und 118 geklebt. Diese Platten können an den flachen Oberflächen 88 und SO

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der Befestigungsplatte 86 angeordnet und mit Schrauben 120 an dieselbe geschraubt sein. Die anderen Enden der Federelemente 1O9 und 110 sind an Platten 121 und 123 geklebt, die ihrerseits über Distanzstücke 122 bzw. 124 an die Seitenplatten 12 und 14 geschraubt sind. Die Federelemente 112 und 114 sind einander ebenfalls gleich und zylindrisch. Je ein Ende der Federelemente 112 und 114 ist an eine Befestigunsplatte 126 bzw. 128 geklebt. Je eine der Befestigungsplatten 126 und 128 ist dann an eine der Befestigungsflächen 94 und 96 der Befestigungskonstruktion 92 mittels Schrauben 130 befestigt. Die anderen Enden der Federelemente 112 und 114 sind an Platten 131 und 133 geklebt, die mit Schrauben 136 über Distanzstücke 132 und 134 an die Seitenplatten 12 und 14 geschraubt sind. .

Alle Federelemente 109, 110, 112 und 114 sind in bezug auf die Schlaganordnung 32 und die Seitenplatten 12 und 14 ausgerichtet, so dass sie sich unter- den von dem sich drehenden Exζentergewicht 36 induzierten Schwingungen in einer Scherbewebung elastisch verformen. Bei dem vorerwähnten typischen Ausführungsbeispiel betragen die elastischen Federkonstanten der oberen Federelemente 109 und 110 in dieser Scherrichtung jeweils 4O kp/cm (225 lbs/in.) und die unteren Federelemente 112 und-114 haben bei dieser Scherart Federkonstanten von jeweils 125 kp/cm (700 lbs./in.). Die Gesamtfederkonstante der Befestigungseinrichtungen, die durch Drücken der Schlaganordnnng 32 nach unten in Richtung des Endes des Schlägers 34 mit der Schlagplatte in bezug auf den Rahmen 1O gemessen wurde betrug 330 kp/cm (1850 lbs./in.). Die Federelemente 109, 110, 112 und 114 sind aus Gummiklötzen hergestellt. Gummi, das in Änwendungsfallen wie diesen benutzt wird, zeigt eine ändere wirksame Federkonstante in bezug auf dynamische

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Bewegung als die tatsächliche statische Federkonstante. Die totale dynamische Federkonstante bei der vorliegenden Befestigung bei Frequenzen, bei denen der Schwinghammer betrieben werden soll, wurden empirisch als bei ungefähr 490 kp/cm (2750 lbs./in.) liegend ermittelt.

Die Bewegung der Schlaganordnung 32 in bezug auf den Rahmen 10 ist schematisch in Fig. 10 dargestellt. Die schematisch dargestellte Bewegung begründet die ungehemmte Schwingung der Schlaganordnung 32, wenn sie in den Federelementen 109, 110, 112 und 114 angeordnet und durch das Exzentergewicht 36 angetrieben wird. Es braucht keine andere Führungseinrichtung vorhanden zu sein, um die dargestellte freie Bewegung zu erzielen. Als Ergebnis der zuvor diskutierten Trägheitsbetrachtungen und der federnden Befestigung beschreibt der Schwerpunkt der Schlaganordnung 32 einen kreisförmigen Weg 137. An der Schlagplatte 107 führt der horizontale Knoten zu einer reinen Längsbewegung der Schlaganordnung, wie durch die gerade Linie 138 dargestellt ist, welche der Ort eines Punktes in der Mitte der Schlagplatte während der Schwingung der Schlaganordnung ist. Der Durchmesser des kreisförmigen Wegs 137 im Schwerpunkt der Schlaganordnung 32 ist genauso gross wie die Länge des Weges auf der geraden Linie 138. Bei den unteren Federelementen 112 und 114 folgt der Schläger 34 einem elliptischen Weg 140, dessen grössere Achse entlang der Mittellinie des Schlägers 34 verläuft. Diese Hauptachse des elliptischen Weges 140 ist genauso gross wie der Durchmesser des kreisförmigen Weges 137 und die Länge der geraden Linie 138. Bei den oberen Federelementen 109 und 110 beschreibt der Schläger 34 einen elliptischen Weg 142, dessen grössere Achse senkrecht zur Mittellängsachse des Schlägers 34 verläuft. Die kleinere Achse des elliptischen Weges 142 ist gleich der Länge des geraden Weges 138.

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Die oben beschriebene Bewegung des Schlägers 34 folgt der Bewegung, die durch ausschliessliche Betrachtung der Trägheitscharakteristika der Schlaganordnung 32 vorbestimmt werden kann. Nur Trägheitsbetrachtungen werden verwendet,· um die genaue Lage für die Schlagplatte 107 vorzubestimmen damit sie mit einem horizontalen Knoten zusammenfällt. Der Einfluss der Federelememte 109, 110, 112 und 114 auf diese Bewegung wird aufgrund der relativen Federkonstanten der oberen Federelemente 109 und 110 und der unteren Federelemente 112 und 114 auf ein Minimum'verringert. Die oberen Federelememte 109 und 110 sind wesentlich flexibler als die unteren Federelemente und leisten der seitlichen Bewegung des Schlägers 34 folglich weniger Widerstand als die unteren Federelemente 112 und 114. So wirkt der Unterschied der Flexibilität und der Unterschied der Bewegung der zwei Sätze der Federelemente zusammen, um zu einem Kraftspeichersystem zu führen, das sich zur Schwingbewegung mit einem Knoten im horizontalen Schwingprofil in der Nähe der Schlagplatte 107 eignet. Dies führt dazu, dass die Trägheitsbetrachtungen beim Festlegen des horizontalen Knotens an der Schiagplatte 107 vorherrschen.

Die Schwingungen des Schlägers 34 _r welche aufgrund der Trägheit und Federcharakteristika des Schwingschlaghammers die oben beschriebene Bewegung ausführen, werden durch die Rotation des Exzentergewichts 36 induziert. Das.Exzentergewicht ist in bezug auf eine Ebene.parallel zu den Seitenplatten 12 und 14 körperlich symmetrisch und erzeugt ferner eine Antriebskraft, die in der parallelen Ebene angeordnet ist. Diese symmetrischen Charakteristika entlang der Symmetrieachse des gesamten Schwingschlaghammers führen zu einer Bewegung

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des Schlägers 34, die parallel zu den Seitenplatten 12 und 14 bleibt. Ferner haben die durch das rotierende Exzentergewicht 36 induzierten Schwingungen eine Arbeitsfrequenz, die der antreibenden Rotationsfreguenz des Exzentergewichts gleich ist. So bestimmen auch die Symmetrie und die Drehzahl des antreibenden Exzentergewichts 36 die Art und Geschwingigkeit der Schlägerbewegung.

Der Schlag oder die dynamische Verschiebung des Schlägers 34 während der freien Schwingung der Schlaganordnung 32 innerhalb des Rahmens 10 hängt von der Masse des Schlägers 34, der durch das rotierende Exζentergewicht 36 erzeugten Kraft, den Federelementen 1Ο9, 110, 112, 114 und der Frequenz des antreibenden Exzentergewichts 36 ab. Die Grosse und die Federcharakteristika des Systems werden bei der Herstellung festgelegt, jedoch kann die Frequenz während des Betriebes des Gerätes verändert werden. Die natürliche Frequenz des frei schwingenden Schlägers des vorliegenden Atisführungsbeispiels beträgt ungefähr 490 Zyklen/Minute. Diese Frequenz hat auf die Schlageigenschaften des Schwingschlagharnmers geringen Einfluss. Jedoch können grosse und möglicherweise zerstörende Schläge bei dieser natürlichen Frequenz ausgeführt werden, welche daher vermieden werden sollten. Der Schwingschlaghammer sollte bei mehr als dem Zweifachen seiner natürlichen Frequenz betrieben werden und nur schnell durch diesen Bereich hindurchgehen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die freie Schwingung des Schlägers auf 16OO Zyklen/Minute eingestellt, um einen massigen Schlag zu erreichen, der den Schläger oder die Federelemente nicht zerstört.

Um die freie Schwingungsfrequenz des Schlägers 34 zu steuern,

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ist ein Durchflussverteiler 144 vorgesehen. Die freie Schwingung des Schlägers 34 bei einer Frequenz von 1600 Zyklen/Minute, benötigt keinen grossen Energieanteil. Daher kann das rotierende Exzentergewicht 36 durch den Hydraulikmotor 72 ohne einen grossen Bedarf an Hydraulikflüssigkeit angetrieben werden. Unter diesen Umständen wird vom Hydraulikmotor 72 kein Hochdruck benötigt. Um den Schwingschlaghammer jedoch sowohl unter Belastung als auch ohne Belastung zu betreiben, muss eine hohe Durchfluss- und Druckkapazität vorgesehen werden. Folglich ist die mögliche Eingangsmenge an Hydraulikflüssigkeit grosser als sie zum Betreiben der freien Schwingung des Schlägers 34 notwendig ist, Der Durchflussverteiler 144 wird in den Strom der Hydraulikflüssigkeit eingesetzt,, die ungeachtet des Systemdrucks auf den Strömungsmitteleinlass 74 des Hydraulikmotors 72 verteilt werden kann. Bei dem vorliegenden System wird der Durchfluss durch den Durchflussverteiler 144 auf etwa 45 Liter/Min. (12 gallons/m) beschränkt. Zusätzlich zum Durchflussverteiler 144 ist ein Drucksteuergerät in Form eines Druckminderventils 145, in der Zuführleitung für die Hydraulikflüssigkeit zum Hydraulikmotor 72 vorgesehen. Bei diesem besonderen Äusführungsbeispiel hat sich eine Einstellung der Druckminderung auf

120 kp/cm (1700 psi) als zufriedenstellend erwiesen und jeder überschuss an Strömungsmittel, das zur Aufrechterhaltung dieses Druckes erforderlich ist, wird durch dieses Druckminderventil 145 in die Rückführleitung vom Motor geleitet. So verwendet der Hydraulikmotor bei aufgehängtem Schwingschlaghammer die gesamten 45 Liter/Min. (12 gpm) und der Druck fällt Stromab vom Durchflussverteiler 144 automatisch auf eine Höhe ab, die gerade ausreicht, um das Exzentergewicht 36 anzutreiben, welche weit unterhalb der Einstellung des Druckminderventiles 145 liegt. Die Durchflussteuerung anstelle der Drucksteuerung

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bietet bei unbelasteten Frequenzen einen weiteren Vorteil, indem das Moment des Hydrauliksystems auf einer Höhe gehalten wird, in der es arbeitet, wenn es belastet ist. Folglich ist keine Anfangsbeschleunigung des Systems erforderlich, wenn der Schläger 34 belastet wird. Dies erlaubt es dem Bedienungsmann auch, den Schwingschlaghammer in der frei aufgehängten Lage laufen zu lassen, während das Werkzeug wieder an einem neuen Punkt angeordnet wird oder sogar wenn das Löffelbaggerfahrzeug neu angeordnet wird, was bei vielen bekannten Vorrichtungen entweder unerwünscht oder unmöglich ist.

Um nutzbare Schlagenergie vom Schwingschlaghammer zu erhalten, muss ein Schläge aufnehmendes Teil innerhalb des Weges des frei schwingenden Schlägers 34 angeordnet werden. Auf diese Weise kann die Schwingungsenergie des Schlägers 34 während jeder Schwingung beim Schlagen auf das Schläge aufnehmende Teil übertragen werden. Natürlich ändern sich die Schwingungscharakter is tika des Schwingschlaghammers stark, wenn das Schläge aufnehmende Teil im freien Weg des Schlägers 34 angeordnet wird. Das Schläge aufnehmende Teil ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Werkzeug 146 dargestellt. Das Konzept und die Arbeitsmerkmale der vorliegenden Erfindung würden nicht gefährdet, wenn der Schläger 34 so ausgelegt wäre, dass er direkt auf das Material aufschlägt, welches schliesslich durch die Schlagkräfte des Schwingschlaghammers zu bearbeiten ist. Eine solche alternative Verwendung würde einen Stampffuss umfassen, der am horizontalen Knotenpunkt des Schlägers angeordnet wäre. Der Stampffuss könnte dann zum direkten Verdichten von Erde oder zur Durchführung anderer ähnlicher Arbeitsgänge verwendet werden.

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Das Werkzeug 146 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist lediglich ein tJbertragungsteil, über welches die Schlagenergie vom Schläger 34 auf das zu bearbeitende Material übertragen werden kann. Das Werkzeug 146 weist eine Ambossflache auf, welche die Schläge vom Schläger 34 aufnimmt. Ein im allgemeinen zylindrischer Körper 150-erstreckt sich von der Ambossoberfläche 148 nach unten. Ein Arbeitspunkt 152 ist in Fig. 1 am unteren Ende des Körpers 15O des Werkzeugs dargestellt.

Das Werkzeug 146 wird durch den Werkzeughalter 154 gezwungen sich in Längsrichtung in bezug auf den Rahmen 10 zu bewegen. Der Werkzeughalter 154 ist mit Befestigungselementen 156 starr zwischen den Seitenplatten 12 und 14 des Rahmens 10 befestigt. Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel sind acht solche Befestigungselemente 156 dargestellt. Der Werkzeughalter 154 besteht aus einem gegossenen Block mit einem Loch 158, das durch ihn zur Aufnahme des Werkzeugs hindurchgeht. Das durch den Werkzeughalter 154 hindurchgehende Loch 158 hat einen Durchmesser, der ausreichend grosser als der Durchmesser des Werkzeugs ist, so dass die Wände des Lochs 158 die Bewegung des Werkzeugs 146 nicht behindern. An jedem Ende des Lochs 158 ist dessen Durchmesser zur Aufnahme oberer und unterer Büchsen 160 bzw. 162 vergrössert. Die obere Büchse 160 und die untere Büchse 162 bieten einen Gleitsitz für den Körper 15O bzw. Schaft des Werkzeugs, der sich durch sie hindurcherstreckt. Die obere Büchse 160 wird innerhalb des Lochs 158 des Werkzeughalters 154 angeordnet, indem sie in das Loch 158 gepresst wird, bis sie innerhalb des Loches das Ende des Abschnittes mit vergrössertem Druckmesser erreicht. Dann wird eine Stellschraube 164 in den Werkzeughalter 154 geschraubt, um die obere Büchse 160 zu erfassen. Dadurch wird

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die obere Büchse 160 in ihrer Lage gehalten. Die untere Büchse 162 wird von unten in das Loch 158 im Werkzeughalter 154 eingesetzt. Die untere Büchse wird durch den verringerten Durchmesser in der Mitte des Lochs 158 an einer Bewegung nach oben gehindert. Die untere Büchse 162 wird an einer Bewegung nach unten und aus dem Werkzeughalter 154 heraus durch eine Werkzeuganschlagplatte 166 gehindert, die gegen die Unterseite des Werkzeughalters 154 geschraubt ist.

Das zylindrische Werkzeug 146 wird durch einen Werkzeughaltestift 168, der mit einer Kerbe 170 im Körper 150 des Werkzeugs zusammenwirkt, innerhalb des Werkzeughalters 154 gehalten. Der Werkzeughaltestift 168 erstreckt sich derart seitlich quer durch den Werkzeughalter 154, dass er teilweise durch das Loch 158 im Werkzeughalter 154 verläuft, wie am besten in Fig. 5 zu sehen ist. Fortsätze 172 und 174 ragen von den Enden des Werkzeughaltestifts 168 weg und stehen mit zwei Halteplatten 176 und 178 in Eingriff. Die Halteplatten sind auf beiden Seiten des Werkzeughalters 154 angeordnet und an demselben mit Schraubbolzen 180 befestigt. Die Kerbe erlaubt eine freie Bewegung des Werkzeugs 146 im Loch 158. über die Länge der Kerbe 170. Wenn der Schwingschlaghammer vom Werkstück abgehoben wird, fällt das Werkzeug 146 nach unten bis der Werkzeughaltestift 168 mit dem oberen Ende der Kerbe 170 zusammentrifft, die Kerbe 17O ist lang.genug, so, dass, das Werkzeug 146 vollständig aus dem Weg des schwingenden- Schlägers fallen kann. Der Werkzeughaltestift 168 ist nicht dazu ausgelegt das Werkzeug 146 zurückzuhalten, wenn es belastet ist. Die Kerbe 17O erstreckt sich am Körper 15O des Werkzeugs weit genug nach unten, so dass der Werkzeughaltestift 168 die Unterkante der Kerbe 170 nicht berührt, wenn das Werkzeug gegen den Schläger 34 nach oben getrieben wird. Um die Bewegung

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des Werkzeugs 146 in den Weg des Schlägers 34 zu begrenzen, ist ein Bund 182 am zylindrischen Körper 150 vorgesehen. Der Bund 182 ist so angeordnet, dass er die Werkzeuganschlagplatte 166 bei einer vorbestimmten Vorbelastungslage erfasst. Die normale Betätigung des Schwingschlaghammers wird mit nach oben gedrücktem Werkzeug 146 durchgeführt, wobei der Bund 182 mit der Werkzeuganschlagplatte 166 in Eingriff steht.

Die begrenzte Bewegung des Werkzeugs 146 erzeugt zwei vorteilhafte Bedingungen. Erstens wird das Werkzeug automatisch aus dem Schlageingriff mit dem Schläger 34 zurückgezogen, wenn der SChwingschlaghammer vom Werkstück abgehoben wird. Diese automatische Trennung des Werkzeugs verhindert eine eventuelle Zerstörung des Schwingschlaghammers, die durch Aufprall des Schlägers auf den Rahmen verursacht würde. Ziemlich oft werden bei anderen Schlaghämmern aufwendige Mechanismen verwendet um sicherzustellen, dass der Schläger den Rahmen nicht zerstört, wenn er in unbelasteter Lage angetrieben wird.

Die zweite vorteilhafte Bedingung . die durch den begrenzten Weg des Werkzeugs 146 geschaffen wird, ist die automatische Einstellung einer vorgewählten Vorbelastung des Schlägers, ungeachtet der Abwärtskraft, die vom Ausleger auf den Schwingschlaghammer ausgeübt wird. Der Ausleger kann betätigt werden, indem der Rahmen 10 gegen das Werkstück gedrückt wird bis sich das Werkzeug 146 weit genug bewegt, dass der Bund 182 mit der Werkzeuganschlagplatte 166 in Eingriff kommt. Jeder weitere Abwärtsdruck durch den Ausleger würde direkt auf das Werkstück übertragen,. weil der Bund 182 jede weitere Aufwärtsbewegung des Werkzeugs 146 behindert. So wird die Vorbelastungsstellung des Werkzeugs 146 durch die Lage des Bundes 182

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am Körper 150 des Werkzeugs bestimmt. Das Werkzeug 146 ist in Fig. 9 in der vorbelasteten Stellung gezeigt.

Die Vorbelastungsstellung des Werkzeugs 146 legt das Ausmass fest, bis zu welchem das Werkzeug den Weg des schwingenden Schlägers 34 behindert. Wenn die gewählte Vorbelastung übermässig gross wäre, könnte das Exzentergewicht 36 den Schläger 34 nicht vom Werkzeug abheben, um einen anschliessenden Schlag auszuführen. Diese Bedingung würde eintreten, wenn das rotierende Exζentergewicht 36 nicht in der Lage ist, die Abwärtskräfte der Federelemente 109, 110, 112 und 114 zu überwinden, die erzeugt werden, indem das Werkzeug 146 und der Schläger,34 relativ zum Rahmen 10 nach oben gedrückt werden. Wenn eine ungenügende Vorbelastung des Schwingschlaghammers festgelegt wird, beginnt der Schläger 34 Geschwindigkeit in Schlagrichtung zu verlieren, ehe die Schlagplatte 1O7 des Schlägers 34 die Ambossoberfläche 148 des Werkzeugs 146 berührt. Bei dieser Bedingung würde der maximal zur Verfügung stehende Schlag nicht verwirklicht.

Daher ist ein Bexeich von Vorbelastungen bei jeder spezifischen Schwingschlaghammerausbildung vorhanden. Hierfür wird lediglich eine Änderung der Entfernung vom Bund 182 zur Ambossoberfläche 148 benötigt. Indem das Werkzeug 146 in einer Lage angeordnet wird, in der die Federelemente am Aufschlagpunkt entspannt sind, wird die gesamte Schlagkraft in diesem Augenblick vom Moment des Schlägers 34 abgeleitet. Wenn das Werkzeug so angeordnet wird, dass die Federelemente am Schläger 34 beim Aufprall noch nach unten ziehen, wird die Abwärtskraft der Federelemente zur aus dem entwickelten Moment des Schlägers 34 resultierenden Kraft am Punkt des Schlages noch hinzugefügt.

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Wenn der Bund 182 am Werkzeug den Punkt des Schlages auf die entspannte Stellung der Federelemente 109, 110, .112 und 114 festlegt, wird ein im wesentlichen lineares Frequenzhubansprechen entwickelt. Ein solches Ansprechen ist in Fig. 11 dargestellt. Wenn eine wesentliche Vorlast an den Federelementen am Schlagpunkt zurückgehalten wird, ist ein nicht lineares Frequenzhubansprechen■zu erwarten. Eine solche nicht lineare Frequenzhubansprechkurve ist in Fig. dargestellt. Praktische Überlegungen müssen die Frequenzhubansprechkurve festlegen, die für die Bedingungen, unter welchen dör Schwingschlaghammer verwendet werden soll, am wünschenswertesten sind. Dieses Frequenzhubansprechverhältnis wird durch die Auswahl der erlaubten Werkzeugbewegung nach oben gegen den Schläger 34 gesteuert. Weil bei der Linearbedingung die Grosse des Hubes kritischer im Verhältnis zur Frequenz ist, sollten Schwingschlaghammer, die bei einer Vielzahl von Arbeiten verwendet werden sollen, für ein lineares Frequenzhubansprechen nicht vorbelastet werden. Statt dessen sollte die mehr stufenartige Hubänderung in bezug auf die Frequenz des nicht linearen Frequenzhubansprechsystems verwendet werden, weil es schwierig ist, eine konstante Frequenz aufrechtzuerhalten, wenn sich die Elastizität des Werkstücks ändert. Darüber hinaus ist eine grössere Lebensdauer der Teile zu erwarten, wenn der Hub nicht übermässig gross werden kann.

Die Schwingbewegung des Schlägers 34 wird erheblich durch die Lage des Werkzeugs 146 im Weg des schwingenden Schlägers geändert. Wenn ein wesentlicher Widerstand gegen Bewegung durch das am Werkstück angeordnete Werkzeug herbeigeführt wird, ändert sich die Zeitverschiebungskurve für die vertikalen Schwingungen des Schlägers 34 von einer sinusförmigen zu

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einer abgeschnittenen Wellenbewegung, ähnlich wie sie in Fig. 13 dargestellt ist. Wenn der Schlag des Schlägers 34 auf das Werkzeug 146 vollständig elastisch wäre und wenn das Werkzeug im Mittelpunkt der Vertikalbewegung des Schlägers angeordnet würde, ist anzunehmen, dass die natürliche Frequenz des Systems, welches unter linearen Bedingungen arbeitet, doppelt so gross wie die freie natürliche Frequenz des Schlägers 34 sein würde. Weil das vorliegende System eine nicht lineare Vorbelastung in Betracht zieht, liegt die natürliche Frequenz nicht bei dem Zweifachen der natür-· liehen Frequenz des sich frei bewegenden Schlägers 34. Das heisst, die natärliche Frequenz des Schlägers beim vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt nicht 98O Zyklen/Min., was das doppelte der freien natürlichen Frequenz des Schlägers 34, nämlich 490 Zyklen/Min, wäre. Statt dessen nähert sich das Ansprechen des Systems mehr der Form der Kurve in Fig. Die Arbeitsfrequenz kann daher in einem breiten Bereich oberhalb der. nicht linearen natürlichen Frequenz liegen. Beim vorliegenden System hat sich gezeigt, dass es unter Vorbelastung am besten 1150 und 1350 Zyklen/Min, arbeitet. Hierdurch wird der Arbeitsbereich des vorliegenden Systems entlang dem Abschnitt der nicht linearen Kurve 184 in Fig. 12 angeordnet. Wie bei der freien Schwingung des Systems,veranlasst die Symmetrie desselben, dass die Bewegung des Schlägers 34 in einer Ebene parallel zu den zwei Seitenplatten 12 und liegt.

Der Arbeitsfrequenzbereich des vorbelasteten Schwingschlaghammers hängt direkt von dem Eingangsdruck des Hydraulikmotors 72 und der Härte und Elastizität des Werkstücks ab. Der Schläger 34 wird mit derselben Frequenz angetrieben wie

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der Antrieb des Exzentergewichts 36. Das Druckminderventil 145 ist stromab des. Durchflussverteilers 144 angeordnet, so dass es als Steuerung für die Arbeitsfrequenz des Systems arbeitet. Wenn der Schläger 34 frei schwingt, wird der Eingang, wie oben beschrieben wurde, durch den maximalen Durchfluss durch den Durchflussverteiler geregelt. Der Druck stromab des Durchflussyerteilers 144 wird verringert, um die Energieerfordernisse des Hydraulikmotors 72 bei dieser unbelasteten Bedingung auszugleichen. Wenn das Werkzeug 146 in Schlageingriff mit dem Schläger 34 gebracht wird, wird ein erheblicher Energiebetrag benötigt, um das System schwingend zu halten. Folglich muss mehr Energie zum Exzentergewicht zugeführt werden. Weil das Exzentergewicht 3 6 für den Hydraulikmotor 27 einen immer grosseren Widerstand erzeugt, steigt der Druck am Strömungsmitteleinlass 74. Beim Steuersystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die Druckminderungseinstellung beim Ventil 145 erreicht, bevor im System Gleichgewicht eingestellt wird. Folglich wird der Durchfluss zum Hydraulikmotor 72 aufgrund des Verlustes des Strömungsmittels durch das Druckmindersystem verringert. Gleichgewicht wird eingestellt, wenn der Durchfluss des Hydraulikdrucks zum Strömuiigsmitteleinlass 74 unter den Betrag verringert wird, der durch den Durchflussverteiler 144 geschaffen wird. Der übrige Teil des Stromes durch den Durchflussverteiler 144 tritt durch das Druckmindersystem zum Auslass hindurch, um den vorbestimmten Druck am Strömungsmitteleinlass 74 aufrechtzuerhalten.

Beim Gleichgewicht wird die Frequenz erreicht, bei der das Exzentergewicht 36 bei einem vorbestimmten Hydraulikdruck gedreht werden kann. Verschiedene Abwandlungen der Vorrichtung und ihrer Steuereinrichtung können Änderungen in der

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Frequenz des belasteten Systems veranlassen, z.B. der Druckeinstellung des Druckminderventils 145, der Grosse der durch das Werkzeug 146 verursachten Vorverdichtung, sowie eine Durchflussmenge einer anderen Grössenordnung, um einen Betrieb in der Nähe einer anderen Art von Resonanzfrequenz zu verursachen und so weiter. Wenn alle übrigen Faktoren die gleichen bleiben kann das System durch Ändern der Druckeinstellung am Druckminderventil 145 zur natürlichen Frequenz des Systems oder weg von derselben getrieben werden. Auf diese Weise können die Frequenz und der entsprechende Hub durch Steuerung des Druckes der zum Hydraulikmotor 72 zugeführten Hydraulikflüssigkeit gesteuert werden. Die Druckeinstellung wurde für

2 das vorliegende Ausführungsbeispiel auf 120 kp/cm (1700 psi) festgelegt. Dieses ergibt bei unterschiedlichen Arbeitsbedingungen einen Arbeitsbereich von 1150 bis 1350 Zyklen/Min.. Unter solchen Bedingungen beträgt der Hub ungeführ 10 mm (0,4 "), Wie in Fig. 12 zu sehen ist, kann ein Punkt erreicht werden, an welchem die Frequenz so niedrig wird, dass das Hubansprechen des Systems von der oberen auf die untere Kurve springt. Xn einem solchen Fall ist der sich ergebende Hub erheblich geringer und das System wird unwirtschaftlich und unwirksam. Folglich ist es vorteilhaft, das Hubansprechen des Systems oberhalb der Diskontinuität in der nicht linearen Frequenzhubansprechkurve zu halten.

Die ungezwungene Bewegung des Schlägers 34 ergibt einen vorteilhaften Betrieb, wenn die Gesamtkraft des Auslegers direkt entlang der Mittellängsachse des Werkzeugs drückt. Jedoch können nicht immer solche Bedingungen erfüllt werden. Ferner ist es häufig wünschenswert, den Schwingschlaghammer so zu verwenden, dass er unter einem Winkel zur vertikalen

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arbeitet. Darüber hinaus können Änderungen im vom Werkzeug 146 angetroffenen Widerstand augenblickliche Belastungswechsel verursachem. Wenn irgendwelche dieser unausgeglichenen Bedingungen auf den Schwingschlagharamer aufgegeben werden, sind unerwünschte harmonische und Zufallsschwingungen zu erwarten. Solche Schwingungen sind unerwünscht, weil sie dazu neigen, die stetige Schwingung des Schlägers 34 zu unterbrechen und grosse Schwingungen erzeugen, welche die Federelemente zerstören können. Zwangseinrichtungen sind strategisch am Rahmen 10 angeordnet, um mit dem schwingenden Schläger 34 zusammenzuwirken, um solche unerwünschten harmonischen und Zufallsschwingungen zu dämpfen. Damit solche unerwünschten Schwingungen ohne Verringerung des Wirkungsgrades des normalen Schwingens des Schlägers 34 vermieden werden können, wirken die Zwangseinrichtungen mit dem schwingenden Schläger 34 in der Nähe seines horizontalen Knotens zusammen. Diese Zwangseinrichtungen können durch zwei Führungen 186 und 188 geschaffen werden, die am Rahmen 10 befestigt und an jeder Seite des schwingenden Schlägers 34 am horizontalen Knoten]angeordnet sind.

Die zwei Führungen 186 und 188 sind identisch und deshalb wird nur eine Führung 186 beschrieben. Die Führung 186 umfasst eine Grundplatte 190, die an der Seitenplatte 12 mittels Befestigungselementen 192 fixiert ist. Eine Nase 194 erstreckt sich in einen Schlitz 196, der am Werkzeughalter 154 vorgesehen ist, um sicherzustellen, dass sich die Führung 186 nicht aus ihrer Lage drehen kann. Die Grundplatte 190 hat eine vertikale Nut 198, die sich über die Höhe der Grundplatte 190 erstreckt. Flansche 200 sind auf jeder Seite der Grundplatte 190 entlang deren Innenfläche vorgesehen. Die

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Flansche 200 erstrecken sich nach innen, um zwei Lippen zu bilden, welche die Nut 198 überlagern. Die Nut 198 ist am unteren Ende offen. Am oberen Ende ist ein federnder Puffer 202 als Einrichtung zum federnden Verschliessen des oberen Endes der Nut 198 vorgesehen. Der federnde Puffer 202 ist an eine dünne Platte 204 geklebt, die sich vom Puffer 2O2 nach aussen erstreckt, um das obere Ende der Grundplatte 190 abzudecken. Ein Winkel 206 ist über der dünnen Platte 204 angeordnet, um den Puffer 202 fest zu stützen. Der Winkel hat einen Schenkel 208, der" sich nach unten erstreckt, um einen Teil der Nut 198 abzudecken und eine seitliche Ab-

Stützung des federnden Puffers 202 zu bilden. Zwei Befestigungselemente 21O halten den Winkel 206 starr an der Grundplatte 190.

Der untere Träger 106 enthält zwei Kulissenzapfen 212 und 214. Die Kulissenzapfen 212 und 214 sind zylindrisch, erstrecken sich vom unteren Träger 106 des Schlägers 34 nach aussen und sind auf jeder Seite der Schlagfläche der Schlagplatte 107 in der Mitte angeordnet. Aufgrund ihrer Anordnung relativ zur Schlagplatte 107, sind die Kulissenzapfen 212 und 214 am horizontalen Knoten des schwingenden Schlägers 34 angeordnet. Der Kulissenzapfen 212 erstreckt sich in die Führung 186 und der Kulissenzapfen 214 erstreckt sich in die Führung 188. Um jeden Kulissenzapfen ist ein Kulissenstein 216 bzw. 218 angeordnet. Die Kulissensteine 216 und sind ebenfalls identisch. Der Kulissenstein 216 ist im allgemeinen rechtwinklig und ist verschiebbar in die Nut 198 eingepasst. Der Kulissenstein 216 verhindert eine seitliche Bewegung des Kulissenzapfens 212 aufgrund seiner Anordnung innerhalb der Nut 198. Die der Grundplatte 190 zugeordneten Flansche

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200 erstrecken sich nach innen, um den Kulissenstein 216 innerhalb der Nut 198 zu halten. Ferner wird der Kulissenzapfen 212 an einer wesentlichen Aufwärtsbewegung durch die Berührung des Kulissensteins 216 mit dem federnden Puf-.fer 202 gehindert. Folglich werden die Kulissenzapfen 212 und 214 und notwendigerweise das untere Ende des Schlägers 34 an der Ausführung seitlicher Schwingungen gehindert. Darüber hinaus wird der Schläger 34 durch den Puffer 202 an vergrösserten Vertikalschwingungen gehindert, die zufällig auftreten können.

Die Anordnung der Führungen 186 und 188 im horizontalen Knoten des Schlägers 34 ermöglicht es, dass der Schläger 34 seine normalen Schwingungen ohne Behinderung durch die Führungen 186 und 188 ausführt. Folglich werden die Wirksamkeit und die vorteilhaften Bewegungen des Schlägers 34 nicht durch die Führungen behindert. Ferner arbeitet der Schläger 34 nicht,-um fortlaufend Kräfte gegen die Führungen 186 und 188 während des Schwingens des Schwingschlaghammers auszuüben.

So wird ein Schwingschlaghammer geschaffen, der durch ein einzelnes sich drehendes Exzentergewicht angetrieben wird und frei schwingen kann, um einen geradlinigen Schlag auf ein Werkzeug oder ein anderes Ziel zu bewirken. Er ist so ausgelegt, dass die Bauteile lange Lebensdauer haben, er leicht zu betreiben ist und eine hohe Systemwirksamkeit vorhanden ist.

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Claims

Patentansprüche

1.j Schwingschlaghammer mit einem Rahmen und einem Schwingantrieb, dadurch gekennzeichnet , - dass ein relativ frei schwingbeweglich federnd an dem Rahmen (10) angebrachter Schläger (34) und mehrere Federeleraente (109, 110, 112,114) vorgesehen sind, dass jedes der Federelemente an einer Seite mit dem Rahmen und an einer zweiten Seite mit dem Schläger verbunden ist, dass der Schwingantrieb (36) betriebsmässig am Schläger befestigt und so angeordnet ist, dass er dem Schläger an einer Stelle desselben eine geradlinige Bewegung mitteilt, und dass eine den Schlag übertragende Oberfläche (107)am Schläger an dem Punkt vorgesehen ist, an welchem er die geradlinige Bewegung ausführt.

2. Schwingschlaghammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingantrieb aus einem Motor (72) und einem einzelnen Exzentergewicht (36) besteht, das drehbar am Schläger (34) angebracht und durch den Motor antreibbar ist, um den Schläger schwingend anzutreiben,

3. Schwingschlaghammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass ein Werkzeug (146) verschiebbar an dem Rahmen (10) befestigt ist, welches in Schlagkontakt mit der den Schlag übertragenden Oberfläche (107) angeordnet ist.

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4. Schwingschlaghaminer nach Anspruch 2 oder 3₇ dadurch gekennzeichnet , dass der Motor ein Hydraulikmotor (72) ist, und dass eine Einrichtung (144) zum Steuern der maximalen volumetrischen Durchflussmenge der Hydraulikflüssigkeit zum Hydraulikmotor zur Steuerung des Schwingungstaktes vorgesehen ist.

5. Schwingschlaghammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass eine Einrichtung (145) zum Steuern des Maximaldruckes der zum Hydraulikmotor (72) strömenden Hydraulikflüssigkeit vorgesehen ist, um den Schwingungstakt in allen Bereichen der Belastung und Entlastung, wie sie durch den Schlag des Werkzeugs (146) verursacht werden, zu steuern.

6. Schwingschlaghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass vier Federelemente (109,110,112,114) vorgesehen sind, dass das erste Paar der Federelemente (112, 114)zwischen dem Schwerpunkt des Schlägers (34)und der Schläge übertragenden Oberfläche (107) angeordnet ist, und dass das zweite Paar der Federelemente (109, 110) an der anderen Seite des Schwerpunkts des Schlägers gegenüber dem ersten Paar der Federelemente angeordnet ist.

7. Schwingschlaghammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,, dass das erste Paar Federelemente (112, 114) wesentlich starrer als das zweite Paar Fe de re lenient e (109, 110) ist.

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8. Schwingschlaghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet _t dass die Federelemente (109,110,112,114) aus Blöcken flexiblen Materials bestehen.

9. Schwingschlaghammer nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass das Werkzeug (146) in eine Endlage in Richtung des Schlägers (34) bewegbar ist, über die sich das Werkzeug, ungeachtet der aufgebrachten Kraft, nicht in Richtung des Schlägers hinausbewegt, und dass die Federelemente (109, 110, 112, 114) in der Endlage des Werkzeugs durch Verschieben des Schlägers aus der natürlichen frei aufgehängten Lage vorgespannt sind.

10. Schwingschlaghammer nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass das Werkzeug (146) im Rahmen (10) in der Richtung verschiebbeweglich ausgerichtet ist, in der die geradlinige Bewegung des Punktes des Schlägers (34) erfolgt.

11. Schwingschlaghammer nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet , dass das Werkzeug

(146) selekt-iv vom Schläger (34) wegbewegbar ist, so dass eine freie Schwingung des Schlägers ohne Aufprall auf das Werkzeug ermöglicht ist.

12. Schwingschlaghammer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , dass Führungen (186, 188) zur Dämpfung zufälliger Schwingungsstörungen des Schlägers (34) am Rahmen (10) angebracht sind.

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13. Schwingschlaghammer nach Anspruch 12, dadurch g e ken η ζ e i c h η e t , dass die Führungen (186, 188) zum Zusammenwirken mit dem Schläger (34) angrenzend an die Schläge übertragende Oberfläche (107) angeordnet sind, um eine geradlinige Bewegung der die Schläge übertragenden Oberfläche sicherzustellen.

14. Schwingschlaghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass sich die Federelemente (109, 110, 112, 114) zwischen dem Rahmen (10) und dem Schläger (34) im wesentlichen senkrecht zur durch den Schwingantrieb induzierten Bewegung erstrecken, so dass während der Bewegung des Schlägers eine federnde Biegung der Federelemente in einer Scherrichtung erreichbar ist.

15. Schwinghammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Federelemente (109, 110, 112, 114) eine relativ freie Bewegung in einer einzigen Ebene ermöglichen.

16. Schwingschlaghammer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , dass der Rahmen (10) Einrichtungen (20, 22) zur starren Befestigung des Rahmens an einem gelenkigen Schwerlastausleger aufweist.

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