DE2949973C2

DE2949973C2 - Schlagmaschine

Info

Publication number: DE2949973C2
Application number: DE19792949973
Authority: DE
Inventors: Jury Pavlovi&ccaron; Chimki Moskovskaya oblast' &scaron;i&scaron;ulin; Vladimir Porfirievi&ccaron; Balandin; Boris Grigorievi&ccaron; Gold&scaron;tein; Jury Nikitovi&ccaron; Moskva Kolgan; Ivan Andreevi&ccaron; Ivanteevka Moskovskaya oblast' Prochorov
Priority date: 1979-12-12
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1984-08-30
Also published as: DE2949973A1

Description

Aus der L-E-PS 10 57 028 ist eine Schlagmaschine der eingangs definienen Art bekannt, bei der im oberen Totpunkt des Antriebskolbens ein Luftausgleich zwischen Luftpolster und dem Kaum zwischen Zylinder und

Gehäuse vorgenommen wird. Der Ausgangskanal besteht bei der bekannten Konstruktion aus Nuten, die im Kolben und in der Zylinderwand ausgebildet sind. Da die Qüerschnittsfläche des Ausgleichskanals, durch die die Größe des Druckdifferentials sowohl beim oberen

Verbindung steht, während in der Zone des unteren 2ü Totpunkt als auch beim unteren Totpunkt des Kolbens Totpunktes des Antriebskolbens (6) an der Innenflä- . bestimmt sowohl für den oberen Totpunkt als auch für ehe des feststehenden Zylinders (2) Segmentrillen ;; den unteren Totpunkt des Kolbens immer gleich ist und (13) vorgesehen sind, die das Luftpolster (9) mit dem ,"' durch die Querschnittsfläche der betreffenden Nuten zwischen dem feststehenden Zylinder (2) und dem 'festgelegt ist, ergeben sich Nachteile wie beispielsweise Gehäuse (1) liegenden Raum (3) über Bohrungen 25 'neben einer geringeren Zuverlässigkeit auch eine nied-(12) in den Wänden des Kolbens (6) verbinden. rigere energetische Ausnutzung, die durch die konstan

te Querschnittsfläche des genannten Ausgleichskanals iin Form der Nuten bedingt sind. Derartige Maschinen

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Bohrung in der Wand dem 0,14- bis 0,33fachen der Fläche der Antriebskolbenbohrungen beträgt.

zeigen eine relativ niedrige Stabilität des Schlagvor-3ö gangs bei niedriger Schlagenergie des Schlagorgans. Bei größerer Querschnittsfläche der genannten Nu-

ten am Antriebskolben verringert schnelles Füllen des

Luftpolsters mit Luft in der Zone des oberen Totpunktes des Antriebskolbens die Wirkungszeit des Vakuums

Die Erfindung betrifft eine Schlagmaschine, mit ei- 35 und vermindert die Hubhöhe des Schlagorgans, was zu , nem Gehäuse, in dem ein feststehender Zylinder unter- einer Reduzierung der Vorschlaggeschwindigkeit führt ■ gebracht ist, dessen Wände mit dem Gehäuse einen una im Endergebnis keine hohe Schlagenergie des "Raum bilden, wobei im Zylinder ein Schlagorgan und Schlagorgans erzielen läßt. Bei Verringerung der Queren hin- und hergehender Antriebskolben angeordnet schnittsfläche der genannten Nuten am Antriebskolben sind, die durch ein Luftpolster voneinander getrennt 40 ,gelingt es zudem nicht, das Luftvolumen des Luftpolsind, wobei zum Druckausgleich ein System vorgesehen ;sters, nachgefüllt bei der Lage des Antriebskolbens im ist, mit dem kurzzeitig das Luftpolster mit dem Raum oberen Totpunkt, während der Zeitspanne abzulassen, zwischen dem feststehenden Zylinder und dem Gehäuse während der sich der Antriebskolben im unteren Totverbindbar ist. punkt befindet. Infolgedessen findet die Nachschlagbe-

Derartige Schlagmaschinen, sogenannte elektrome- 45 wegung des Schlagorgans hinter dem Antriebskolben chanische Hammer oder Bohrhammer, werden auf dem
iJBausektor, in der Bergbauindustrie und bei geologischen Erkundungsarbeiten verwendet. Ein Nachteil derartiger Maschinen ist die Steigung der Vibration bei
hoher Rückprallgröße des Schlagorgans wegen der zu- 50
nehmenden Größe des Luftpolsters infolge des Luftausstoßens beim Durchlaufen des Antriebskolbens durch
den unteren Totpunkt. Die Verwendung von einem

Kommutatormotor bei derartigen Maschinen führt zur

Entstehung von Zusammenstößen von Schlagorgan und 55 ne aus dem Leerlaufzustand in den Arbeitszustand fest-Antriebskolben in Übergangszuständen. zustellen, insbesondere bei Maschinen mit einem Kom-

Dies geschieht deswegen, v/eil in den KommutatorjTiaschinen, die eine weiche Drehmomentkennlinie besitzen, der Unterschied zwischen der Leerlaufdrehzahl und den Arbeitsdrehzahlen relativ groß ist. Beim Überfahren der Maschine aus dem Leerlauf in fden Arbeitszustand arbeitet sie innerhalb einer geringen Zeitspanne im schlagenden Betrieb mit einer Drehzahl, die der Kurbelwellendrehzahl beim Leerlauf ent-

her im geschlossenen Luftpolster statt, wobei in diesem ein Überdruck entsteht, und zwar ein um so größerer, je geringer die genannte Querschnittsfläche am Antriebskolben ist. Der erwähnte Überdruck im Luftpolster bremst die Bewegung des Schlagorgans, wobei dessen Hubhöhe und Vorschlaggeschwindigkeit während des Arbeitsgänge vermindert werden, was letzten Endes die Schlagenergie des Schlagorgans herabsetzt. Im letzteren Fall ist auch ein schwereres Überführen der Maschi-

spricht.

Die erhöhten Geschwindigkeiten des Antriebskolbens führen dabei zu einem instabilen Arbeitszustand des Schlagwerks und zur Annäherung von Schlagorgan

mutatorantrieb, die eine weiche Drehmomentkennlinie besitzen.

Aus der DE-OS 2641 070 ist ein motorisch angetriebener Schlaghammer mit Luftfederung bekannt, bei dem in der Seitenwand eines feststehenden Zylinders Luftausgleichsbohrungen ausgebildet sind. Diese sind jedoch an einer solchen Stelle des feststehenden Zylin-' ders ausgebildet, daß sie die vorangehend geschilderten Nachteile der bekannten Maschinen nicht beseitigen können. Bei dieser bekannten Konstruktion müssen außerdem die Luftausgleichsbohrungen mit Hilfe eines Steuerkörpers gesteuert werden, d. h. es muß beispiels-

weise eine Luftausgleichsbohrung zeitweilig durch einen Steuerkörper verschlossen werden, wenn sich der Antriebskolben auf einen Schläger zu bewegt.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Schlagmaschine der eingangs definierten Art hinsichtlich des Systems zum Ein- und Ablassen der Luftpolsterluft deren auszubilden, daß ohne zusätzliche Verluste die Menge der in das Luftpolster in der Zone des oberen Totpunktes des Antriebskolbens eingelassenen Luft mit der Menge der aus dem Luftpolster in der Zone des unteren Totpunktes des Antriebskolbens abgelassenen Luft ausgeglichen werden kann.

Ausgehend von der Schlagmaschine der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Wand des feststehenden Zylinders unmittelbar unter der Stirnfläche des Antriebskolbens in der Zone des oberer; Totpunktes desselben eine Bohrung vorgesehen ist. die das Luftpolster mit dem zwischen dem feststehenden Zylinder und dem Gehäuse liegenden Raum in Verbindung setzt, während in der • Zone des unteren Totpunktes des Antriebskolbens an der Innenfläche des feststehenden Zylinders Segmen- -' trillen vorgesehen sind, die das Luftpolster mit dem zwischen dem feststehenden Zylinder und dem Gehäuse liegenden Raum über Bohrungen in den Wänden des « Kolbens verbinden.

Die Erfindung baut demnach auf der Erkenntnis auf, , daß all die vorangehend geschilderten Nachteile sich " "dann beseitigen lassen, wenn das System zum Abbauen des Luftpolsters zwischen Schlagorgan und Antriebskolben und das System zum Auffüllen des Luftpolsters ,voneinander unabhängig sind, so daß diese zwei Syste- ^ me voneinander getrennt optimal ausgelegt werden können.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird erreicht, daß das Luftpolster immer optimal abgebaut und optimal wieder aufgebaut wird, so daß mit Hilfe der ' Schlagmaschine nach der Erfindung auch ein höherer Wirkungsgrad realisiert werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin-■ dung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

" F i g. 1 eine Schlagmaschine im Schnitt, wobei die Lage des Antriebskolbens im unteren Totpunkt dargestellt - ist,

F i g. 2 die Schlagmaschine der F i g. 1, wobei die Lage des Antriebskolbens im oberen Totpunkt dargestellt ist,

F i g. 3 im Querschnitt den Antriebskolben, Zylinder und Gehäuse, wobei der Antriebskolben im unteren Totpunkt dargestellt ist,

Fig.4 ein kombiniertes Diagramm des Arbeitsschlagzyklus, in dem bedeutet:

Sp Bewegungsweg des Antriebskclbens;
. SÖ2 Bewegungsweg des Schlagorgans in der Maschine; " S6\ Bewegungsweg des Schlagorgans in der bekannten Maschine, und

F i g. 5 das Diagramm des Arbeitsschlagzyklus bei erhöhter Bewegungsfrequenz des Antriebskoibens. Es bedeutet:

Sp Bewegungsweg des Antriebskolbens;

Söi Bewegungsweg des Schlagorgans der bekannten

Maschine;
Sffi mit dem Antriebskolben vereinigte Bewegung des Schlagorgans der bekannten Maschine;

So« Bewegungsweg des Schlagorgans der Maschine mit Merkmalen nach der Erfindung.

San mit dem Antriebskolben vereinigte Bewegung des Schlagorgans der bekannten Maschine;

Ho Länge des Luftpolsters im Augenblick der Überführung de"· Maschine aus dem Leerlaufzusland in den Arbeitszustand;

R Halbmesser der Kurbel des für die Bewegungsum-Wandlung sorgenden Kurbdgeiriebes.

Die Schlagmaschine besitzt ein Gehäuse I. in dem ein feststehender Zylinder 2 uniergebracht ist. dessen Außenfläche mit der Innenfläche des Gehäuses 1 einen Raum 3 definiert. Der Raum 3 ist mit einem Raum 4 verbunden, der von einem Hohlraum gebildet ist. in dem sich ein umlaufendes Kurbelgetriebe 5 befindet. Der Raum 4 ist auf der Seite eines Antriebskolbens 6 durch dessen Innenfläche 7 begrenzt. Der Kolben 6 ist mit dem Kurbelgetriebe 5 verbunden und im Zylinder 2 unterge- :'*., bracht. Der Raum 3 ist mit einem Luftpolster gefüllt, das

·■£ im folgenden eingehend beschrieben werden soll. Im -Zylinder 2 ist ferner ein Schlagorgan 8 angeordnet, das vom Antriebskolben 6 durch ein Luftpolster 9 getrennt ist. Die Bemessung und die Wahl der Luftpolsterparameter (Länge Hc, und Querschnittsfläche F₁) in Abhängigkeit der erforderlichen Frequenz und Energie der

* [vom Schlagorgan ausgeführten Schläge sind derzeit voll ^ferforscht und bereiten keinerlei Schwierigkeiten.

· Das Schlagorgan 8 wirkt über eine Stirnfläche 10 auf

I_-. der dem Luftpolster 9 entgegengesetzten Seite mit einem Arbeitswerkzeug Ii zusammen. Das Oberströmen der Luft im unteren Totpunkt des Antriebskolbens erfolgt über Bohrungen 12 in den Wänden des Antriebskolbens 6 und über Segmentrillen 13. die an der Innenfläche des Zylinders 2 (F i g. 1 und 3) ausgebildet sind. ■Das Überströmen der Luft im oberen Totpunkt des Antriebskolbens erfolgt über eine Bohrung 14, die in der Wand des Zylinders 2 ausgeführt ist und unmittelbar

4p unter einer Stirnfläche 15 des Antriebskolbens 6 liegt.
Die Maschine arbeitet in folgender Weise:
Bei einer Bewegung des Antriebskolbens 6 aus der unteren Totpunktlage nach oben bewegt das im Luftpolster 9 zwischen dem Antriebskolben 6 und dem Schlagorgan 8 entstehende Vakuum das Schlagorgan 8 hinter dem Antriebskolben 6 her in Aufwärtsrichtung. ^?Beim Herannahen des Antriebskolbens 6 (Kurve Sp in ;F i g. 4) an die Lage des oberen Totpunktes beginnt sich die Bohrung 14 im Zylinder 2 zu öffnen. Hierdurch setzt

ein Überströmen der Luft aus dem Raum 3 in den Innenraum zum Luftpolsters 9 hin ein. Der Druck im Luftpolster beginnt damit zu steigen. Der Querschnitt der Bohrung 14 ist dabei so gewählt, daß der Druckanstieg im Luftpolster während der gesamten Zeit stattfindet, währjend wei. ner der Antriebskolben 6 die Bohrung 14 öffnet, und zwar von der Stelle a bis zur Stelle b auf der .Kurve Sp (siehe F i g. 4). Der Druck wird dem Druck im Raum 3 im Augenblick der Überdeckung der Bohrung 14 durch den Antriebskolben 6 gleich, und zwar an der

Stelle b auf der Kurve Sp (siehe F i g. 4). Dadurch, daß nach der Überdeckung der Bohrung 14 durch den Antriebskolben 6 das Luftpolster 9 eingeschlossen ist und das Schlagorgan 8 sich entgegen dem Antriebskolben 6 bewegt, setzt eine Druckzunahme im Luftpolster 9 ein.

Die Druckzunahme vermindert die Hubgeschwindigkeit des Schlagorgans 8 bis auf Null und kehrt dessen Bewegungsrichtung um (Kurve 5Λ in F i gA). wodurch dem Schlagorgan 8 bei dessen Herannaher ar das Ar-

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beitswerkzeug 11 eine bestimmte Vorschlaggeschwindigkeit und eine entsprechende Schiagenergie erteilt wird. Die maximale Zuverlässigkeit und eine Stabilisierung der Schlagenergie unter Sicherstellung von hohen energetischen Kennwerten erreicht die Maschine bei 5 einem Verhältnis der Fläche der Bohrung 14 im Zylinder 2 zur Fläche der Bohrung 12 im Antriebskolben 6 von 0,14 bis 0,33.

Ist das Verhältnis größer als 0,33, so steigt der Druck im Luftpolster 9 nach dem Öffnen der Bohrung 14 durch den Antriebskolben 6 in dessen oberem Totpunkt, Stelle a auf der Kurve Sp (siehe Fig.4), rasch an. Hierbei wirkt die meiste Zeit (in der das Öffnen der Bohrung 14 geschieht) auf das Schlagorgan 8 kein Unterdruck ein. Dies verringert die Hubhöhe des Schlagorgans 8, dessen Bewegungsbahn So, in Fig.4 dargestellt ist, und demzufolge auch seine Vorschlaggeschwindigkeit (infolge der geringeren Beschleunigungshöhe des Schlagorgans bei dessen Arbeitsgang), die dem Tangens des Steigungswinkels der Tangente /&/?proprotionaI ist, die entsprechend der Bewegungsbahn So\ des Schlagorgans 8 durch die Schlagstelle C (siehe F i g. 4) verläuft. Die Herabsetzung der Vorschlaggeschwindigkeit des Schlagorgans 8 führt zu einer geringeren Schlagenergie.

Ist das Verhältnis kleiner als 0,14, so stellen sich in den Übergangszuständen, beispielsweise beim Übergang vom Leerlaufzustand zum Arbeitszustand (Schlagbetrieb) Zusammenstöße von Schlagorgan 8 und Antriebskolben 6 ein. Dieser Nachteil tritt in Maschinen mit dem Kommutatorantrieb auf, die eine weiche Drehmomentkennlinie besitzen. Hierbei arbeitet die Maschine (indem sie im ersten Zeitmoment zum Schlagbetrieb übergeht) mit einer Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens 6. die seiner Frequenz beim Leerlauf der Maschine gleich ist, und die um das 1,5- bis 2fache größer als die Arbeitshubfrequenz sein kann. Wie aus der Berechnungstheorie bekannt ist, nimmt mit der zunehmenden Bewegungsfrequenz des Kolbens die Steilheit der Hubbewegung des Schlagorgans, d. h. Kurve Sa ₃ in F i g. 5, ab. Beim erwähnten Verhältnis, das kleiner als 0,14 (zur größeren Anschaulichkeit der Erläuterung wird die Fläche der Bohrung 14 gleich Null angenommen) ist, besteht während der meisten Zyklusdauer zwischen dem Schlagorgan 8 und dem Antriebskolben 6 ein Vakuum, und die Zone, in der sich ein Druck aufbaut, d. h. beginnend mit der Stelle i/in Fig. 5, tritt bereits beim Herannahen des Antriebskolbens 6 an den unteren Totpunkt (von der Stelle e bis zur Stelle /in F i g. 5) ein. Wenn der Innenraum mit dem Luftpolster 9 durch die Bohrung 12 im Antriebskolben 6 geöffnet wird, fällt der Druck im Innenraum bis auf den Druck im Raum 3 ab. Hierbei ist die Wirkungszeit des Druckes auf das Schlagorgan 8 gering. Das Schlagorgan 8 schafft es jedoch nicht, während der Abbremsung seine Bewegungsrichtung umzukehren. Nach der Überdeckung der Bohrungen 12 des Antriebskolbens 6 an der Stelle /(F i g. 5) bildet sich bei dessen Aufwärtsgang zwischen dem Schlagorgan 8 und dem Antriebskolben 6 ein Vakuum, mit dessen Hilfe das Schlagorgan 8 erneut seine Bewegung hinter dem Antriebskolben 6 her aufnimmt. Hierbei setzt die Bewegung des Schlagorgans 8 bereits bei einer Länge des Luftpolsters 9 ein, weiche nicht H₀, sondern H\ (siehe Fig.5) gleich ist, die kleiner als H₀ ist Also findet bei jedem Bewegungszyklus des Antriebskolbens 6 eine Abnahme der Länge des Luftpolsters 9 bis zur vollständigen Annäherung des Schlagorgans 8 an den Antriebskolben 6 in dessen unterem Totpunkt statt Dabei erfolgt diese Annäherung schlagend, was sich auf die Zu-

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50 verlässigkeit der Maschine insgesamt sehr nachteilig auswirkt.

Zusammenstöße des Schlagorgans 8 mit dem Antriebskolben 6 im Übergangszustand der Maschine werden vermieden, wenn das erwähnte Verhältnis größer als 0,14 ist.

Hierbei geht die Aufwärtsbewegung des Antriebskolbens mit dem Öffnen des Innenraums mit dem Luftpolsters 9 durch die Bohrung 14 einher. In diesem Fall steigt der Druck im Luftpolster 9 bis auf den Druck im Raum 3 im Augenblick der Überdeckung der Bohrung 14 (Stelle ib auf der Kurve Sp F ί g. 5) durch den Antriebskolben δ. Da der Antriebskolben 6 und das Schlagorgan 8 nach Durchlauf der Steile b in F i g. 5 sich gegenläufig bewegen, setzt eine Druckzunahme im Luftpolster 9 ein. Die Wirkungszeit dieses Druckes ist bis zum Augenblick des öffnens des Luftpolsters 9 durch die Bohrungen 12 des Antriebskolbens 6 in diesem Fall viel größer (von der Stelle b bis zur Stelle e der Kurve 5p, F i g. 5). Das Schlagorgan 8 kann es somit schaffen, seine Bewegungsrichtung (siehe die Bewegungsbahn So₄ in F i g. 5) umzukehren. Hierbei endet der Arbeitszyklus mit einem Schlag des Schlagorgans 8 gegen das Arbeitswerkzeug 11 an der Stelleg von Fig.5. Nach Zurückprallen beim nächsten Zyklus steigt das Schlagorgan 8, dem Antriebskolben 6 folgend, auf eine noch größere Höhe, wodurch eine größere Vorschlaggeschwindigkeit und dementsprechend eine größere Schiagenergie des Schlagorgans 8 gewährleistet wird. Mit der von einem Zyklus zum anderen zunehmenden Schlagenergie des Schlagorgans 8 und somit zunehmenden Belastung des Antriebes nimmt die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens ab. Dies dauert so lange an, bis die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens 6 und die Schlagenergie des Schlagorgans 8 ihre Nennwerte erreichen, die im stationären Betriebszustand auftreten. Hierbei erfolgen keine Zusammenstöße des Schlagorgans 8 und des Antriebskolbens 6 beim Anlassen der Maschine.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schlagmaschine, mit einem Gehäuse, in dem ein feststehender Zylinder untergebracht ist, dessen Wände mit dem Gehäuse einen Raum bilden, wobei im Zylinder ein Schlagorgan und ein hin- und hergehender Antriebskolben angeordnet sind, die durch ein Luftpolster voneinander getrennt sind, wobei zum Druckausgleich ein System vorgesehen ist, mit dem kurzzeitig das Luftpolster mit dem Raum zwischen dem feststehenden Zylinder und dem Gehäuse verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des feststehenden Zylinders (2) unmittelbar unter der Stirnfläche (15) des Antriebskoibens (6) in der Zone des oberen Totpunktes desselben eine Bohrung (14) vorgesehen ist, die das Luftpolster (9) mit dem zwischen dem feststehenden Zylinder (2) und dem Gehäuse (1) liegenden Rcum in

und Antriebskolben. Dies führt zu einem Zusammenstoß zwischen beiden Teilen, insbesondere in der Zone des Durchlaufs des Antriebskolbens durch den unteren Totpunkt, d. h. dann, wenn in einem Abschnitt des Hubs des Antriebskolbens durch die Kanäle in seinen Seitenwänden der Innenraum des Luftpolsters »aufgeschlossen« wird. AI! dies verringert die Zuverlässigkeit der Maschine und ist dadurch bedingt, daß das Ein- und Ablassen der Luftpolsterluft im unteren Totpunkt des

Antriebskolbens erfolgt.