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S C H L A G M A S C H I N E
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Bau- und Bergbautechnik, und
zwar Schlagmaschinen.
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Am zweckmäßigsten wird die vorliegende Erfindung in Maschinen zum
Eintreiben von Pfählen Rohren u.dgl. hns Erdreich verwendet.
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Die vorliegende Erfindung kann auch in Maschinen mit Eigenantrieb
zum Anlegen von Bohrungen in verdichtbaren Böden und auch in Maschinen zum Tiefverdiohten
von Böden eingesetzt werden.
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Es ist zweckmäßig, die vorliegende Erfindung in Hängemaschinen für
die Schlagzertrümmerung verschiedener Materialien zu verwenden.
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Die Erfindung kann in Handscblagmaschinen für verschiedene Zwecke,
in Rammen und in Vibratoren verwendet wer den.
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Weiter kann die Erfindung in Schlagmaschinen für verschiedene Arbeiten
in Schüttgütern und auch in flüssigem Medium, z.B. unter Wasser, benutzt, werden.
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Bekannt ist eine Schlagmaschine, die e in Schlagwerk und einen Druckpulsator
enthält. Das Schlagwerk hat ein mit einem Schlagwerkzeug ausgestattetes hohles Gehäuse,
in dem sich ein Schlagbolzen hin und her bewegen kann, der den Innenraum des Gehäuses
in zwei Kammern mit variablem Volumen teilt- in eine Vordere, durch das Schlagwerkzeug,
den Schlagbolzen und die Gehäusewände begrenzte, und eine hintere, die durch den
Schlagbolzen und die Gehäusewände gebildet wird. Die vordere Kammer steht durch
ein Fenster im Gehäuse ständig mit der Atif,enwelt in Verbindung.
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In der Seitenwarid des Gehäuses befindet sich eine in Ricntung zur
hinteren Kammer hin offene, mit einem Rückschlagventil ausgerüstete Auspufföffnung.
In Abhängigkeit von der Lage des Schlagbolzens ist die Auspufföffnung entweder durch
die Mantelfläche des Schlagbolzens geschlossen oder sie ist offen, wenn der Schlagbolzen
mit dem Schlagwerkzeug in berührung steht. Das Rückschlagventil hindert nicht den
Durchgang der Luft aus der hinteren
Kammer in die Atmosphäre, es
verhindert aber ein Eindringen von Luft aus der Atmosphäre in diese Kammer. Der
Druckpulsator hat ein hohles zylindrisches Gehäuse, in dessen Inneren eine Austreibevorrichtung
in Form eines Kolbens untergebracht ist, die im Gehäuse eine hin und hergehende
Zwangsbewegung ausfuhrt und zusammen mit. dem Gehäuse wandern eine Betriebskammer
mit variablem Volumen bildet die durch einen biegsamen Schlauch ständig mit der
hinteren Kammer des Schlagwerks in Verbindung steht. Das Gehäuse des Druckpulsators
hat eine Öffnung für die ZuführuDg von Luft aus der Atmosphäre in die Betriebskammer.
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In Abhangigkeit von der Lage der Astreibevorrichttrng bei deren hin-
und hergehender Zwangsbewegung ist diese Öffnung entweder durch die Mantelfläche
der Austreibevorrichtung verschlossen, oder sie ist offen. Die hin und hergehende
Zwangsbewegung der Austreibevorrichtung wird durch einen Motor und einen Zugstangenkurbelmechanismus
erzeugt.
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Die Maschine wird durch Einschalten des Motors in Betrieb gesetzt,
der über einen Zugstangenkurbelmechanismus die Austreibvorrichtung des Druckpulsators
in hin- und hergehende Bewegung versetzt, wodurch sich das Volumen der Betriebskammer
nach einem periodischen Gesetz andert, In der hinteren Kammer des Schlagwerks kommt
es dementsprechend abwechselnd zu einer Luftverdichtung und Luftverdünnung, da die
Luft durch einen biegsamen Schlauch ständig mit der Betriebskammer des Pulsators
in Verbindung steht. Der Druck in der vorderen Kammer des Schlagwerks ist immer
konstant und gleich dem Druck des umgebenden MediUms (der Atmosphäre), da diese
Kammer durch das Fenster ständig mit dem umgebenden Medium in Verbindung steht.
Die Bewegung des Schlagbolzens in Richtung zum Schlagwerkzeug d.h. der Arbeitsgang
wird durch den Uberdruck in der hinteren Kammer des Schlagwerks erzeugt. Bei der
Annäherung des Schlagbolzens an das Schlagwerkzeug, d.h. vor dem AuStreS-.
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fen des Schlagbolzens auf das Schlagwerkzeug, öffnet sich die Auspufföffnung,
wodurch der Druck in dieser Kammer sinkt. Nach dem Auftreffen des Schlagbolzens
auf das Schlagwerkzeug herrscht in der Betriebskammer des Pulsators ein Unterdruck
und -'olglich auch in der hinteren Kammer
des Schlagwerks. In diesem
Zeitabschnitt ist der Druck des umgebenden Mediums (der Atmosphärendruck) größer
als der Druck in der hinteren Kammer. Unter Einwirkung des Überdrucks der Atmosphäre
schließt sich das Rückschlagventi und der Schlagbolzen bewegt sich in entgegengesetzte
Richtung. Im weiteren verlangsamt sich durch den Druck in der hinteren Kammer, der
bei der folgenden Verdichtung der Luft ansteigt, die Rückbewegung des Schlagbolzens
bis zum Stillstand. Die Kompensation der nach Vollendung des Arbeitsgangs durch
die Auspuff Öffnung ausgestoßenen Luft geschieht durch eine Portion Frischluft,
die durch eine Öffnung im Gehäuse des Druckpulsators angesaugt wird. Der beschriebene
Zyklus wiederholt sich periodisch.
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Ein Nachteil dieser Maschine besteht in ihrer geringen spezifischen
Leistung, d.h. in der Leistung pro Binheit des Volumens, das die Maschine für sich
beansprucht.
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Das erklärt sich dadurch, daß das Druckgefälle zwischen der vorderen
und hinteren Kammer des Schlagwerks sehr gering ist. Rs genügt, hier zu erwä n.
daß das maximale Druckgefälle zwischen den beiden Kammern beim Rückgang des Schlagbolzens
0,03...0,04 3SIPa nicht übersteigt.
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Ein anderer wesentlicher Nachteil besteht darin, daß die vordere
Kammer des Schlagwerks ständig offen ist und Fremdkörper eindringen können, u.a.
auch abreibende Teilt chen. Das führt zu verstärktem Verschleiß der Teile und zur
Möglichkeit des Verklemmens des Schlagbolzens.
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Zu den Nachteilen gehört auch der durch den Auspuff der PreBluSt
aus der hinteren Kammer des Schlagwerks erzeugte Lärm.
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Ein Nachteil der Maschine, der ihren Wirkungsbereich einengt, besteht
darin, daß sie nur in Luft funktionieren kann. Der Betrieb der Maschine in einem
Schüttgut oder unter.Wasser ist prinzipiell nicht möglich.
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Außerdem kann die Maschine nicht für Arbeiten als selbstfahrende,
an den Ausgangsort zurückkehrende Maschine beim Anlegen von Bohrlöchern in verdichtbaren
Böden verwendet werden, da sie keine Vorrichtung für die Veränderung der Schlagrichtung
des Schlagbolzens hat.
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Der Erfindung liegt. die Aufgabe zugrunde, eine solche Schlagmaschine
zu schaffen, die infolge einer Vergrößerung der auf den Schlagbolzen einwirkenden
Druckkräfte eine erhöhte spezifische Leistung besitzt.
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Ein Ziel der Erfindung besteht in einer Erhöhung der spezifischen
Leistung der Maschine bei Erhaltung eines hohen Nut zle istungskoeffizienten.
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Ein weiteres Ziel besteht in der Gewährleistung der universellen
Anwendbarkeit der Maschine, der Möglichkeit des Betriebs der Maschine unter Wasser
und in einem schüttbaren Medium und der Möglichkeit des Reversierens für den Fall
der Anwendung der Maschine zur Tiefenverdichtung von Böden oder zum Anregen von
Blindbohrungen im Erdreich..
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Die BrSindung verfolgt auch das Ziel der Minderung des beim Betrieb
der Maschine entstehenden Larms.
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Ein weiteres Ziel ist die Erhöhung der Betriebssicherheit der Maschine.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, darin in der Schlagmaschine,
die ein Schlagwerk, das ein mit einam Schlagwerkzeug ausgestattetes hohles Gehäuse
hat, in dem sich ein Schlagbolzen hin- und herbewegen kann, der den Innenraum des
Gehäuses in zwei Kammern mit veränderlichem Volumen teilt, und einen Druckpulsator
enthält, der ein hohles Gehäuse hat, in dela eine Austreibevorrichtung untergebracht
ist, die mit den Wänden des Gehäuses eine Betriebskammer bildet, die abwechselnd
mit der Quelle eines gasförmigen Mediums und mit dem Innenraum des Schlagwerks in
Verbindung tritt, und die in dem erwähnten Gehäuse eine Zwangsbewegungmit periodischer
Veränderung- des Volumens der Betriebskammer ausfuhrt, zur Übertragung eines pulsierenden
Drucks, ,der die Hin- und Herbewegung des Schlagbolzens bewirkt, in die Kammern
des Schagwerks, bei der auf das Schlagwerkzeug Schlagimpulse übertragen werden,
entsprechend der Erfindung der Innenraum des Gehäuses des Schlagwerks von der Außenwelt
isoliert, die Betriebskammer des Pulsators wenigstens mit einer der Kammer des Schlagwerks
verbunden ist und die Kammern selbst
durch einen Drosselkanal ständig
miteinander in Verbindung stehen.
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Solch eine Ausführung der Vorrichtung ermöglicht die Schaffung eines
hohen Drucks, er den Druck der Atmosphäre in einer beliebigen Kammer des Schlag-werks
um ein Mehrfaches übersteigt. Mit anderen Worten, der notwendige Druck in beiden
Kammern ist durch die Parameter des Pulsators vorgegeben und nicht durch den Druck
des umgebenden Me-Mediums Es ist klar, dass bei Erhöhung des Drucks in den Kammern
des Schlagwerks die spesifische Schlagleistung der Maschine etwa proportional mit
dem Druck zunimmt.
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Ausserdem verhindert die Isolierung beider Kammern des Schlagwerks
von der Atmosphäre das Eindringen von Fremdkörpern, u.a. von abreibenden Teilchen,
aus dem das Schlagwerk umgebenden Medium. Das Schlagwerk kann somit in beliebigem
Medien arbeiten - in flüssigen, schüttbaren u.a.
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Ein wesentliches Ergebnis der Isolierung der Kammern des Schlagwerks
von der Atmosphäre ist der Wegfall des Ausputzes der PressluStt wodurch die aerodynamische
Komponente des von der arbeitenden Maschine erzeugten Lärms vollständig unterdrückt
wird.
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Der ständig die Kammern des Schlagwerks miteinander verbindende Kanal
kann im Körper des Schlagbolzens ausgeführt werden.
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Es ist auch möglich, den ständig die Kammern des Schlagwerks miteinander
verbindenden Kanal im Gehäuse des Schlagwerks auszubilden.
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Solch eine Ausführung des kanals garantiert dessen störungsfreie
Sunktion.
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Bs ist am zweckmässigsten, den ständig die Kammern des Schlagwerks
miteinander verbindenden Kanal in Form eines Zwischenraums zwischen dem Schlagbolzen
und den Wänden des Gehäuses auszubilden.
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Solch eine Ausführung des Kanals garantiert ebenfalls dessen störungsfreie
Punktion, ist am natürlichsten und erfordert keinen speziellen aufwand flfr die
Ausführung.
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Bs ist ratsam, die Betriebskammer des Pulsators mit
einem
Gasaufnahmegefäß zu verbinden, das die Form einer geschlossenen Kammer hat, deren
Volumen etwa dem Volumen der Betriebskammer entspricht und mit. einem Mechanismus
für das An- und Abstellen des Gesaufnahmegefäßes an die Betriebskammer ausgerüstet
ist.
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Solch eine Ausführung der maschine schafft die Möglichkeit, einen
der wichtigsten Parameter des Pulsators zu regulieren, und zwar das Volumen seiner
Betriebskammer. Vom Volumen dieser Kammer hängt wiederum die Größe des Drucks ab,
der bei der Verdichtung bzw. Ausdhnung' der Kammer erzeugt wird. Folglich kann man
durch Anschließen hzw. Trennen des Gasaufnahmegefäßes von der Betriebskammer nach
Wunsch des Bedienfungspersonals der Maschine eins der zwei möglichen Vorzeichen
der Druckänderung in den Kammern der arbeitenden Maschine vorgeben, die letztendlich
die Bewegung des Schlagbolzens bestimmen.
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Daduroh ist es möglich, eine der zwei Betriebsarten Schlagwerks einzustellen,
die sich durch die Schlagrichtung des Schlagbolzens bei seiner Bewegung unter Einwirkung
des Drucks in den Kammern unterscheiden.
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Es ist sehr ratsam, den Betriebsraum des Pulsators abwechselnd mit
der quelle eines gasförmigen Mediums mit erhöhtem Druck in Verbindung zu setzen.
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Solch eine Ausführung der Maschine ermöglicht eine zusätzliche Vergrößerung
der den Schlagbolzen des Schlagwerks bewegenden Kräfte. Die Größe dieser Kräfte
ist proportional dem Druck der Quelle des gasförmigen Mediums. Im Ergebnis wächst
bei gleichen übrigen Bedingungen (Abmessungen der Maschine, Anzahl der Zyklen pro
Zeiteinheit u.a.) die Energie jedes Schlags proportional mit dem Druck der Quelle
des gasförmigen Mediums, d .h. es wächst die spezifische Leistung der Maschine.
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Es ist angebracht, die Kammer des Pulsators mit der Quelle eines
gasförmigen Mediums über ein Rückschlagventil zu verbinden, das den Durchlaß des
gasförmigen Mediums ins Innere der Betriebskammer nur in einer Richtung zuläßt.
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Solch eine Au führung der Maschine gewährleistet
eine
Erhöhung des mittleren Drucks in den Kammern des Schlagwerks im Vergleich zum Druck
der Quelle des gasförmigen Mediums, was zu einer Erhöhung der spezifischen Leistung
der Maschine führt.
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Es ist zweckmäßig, wenigstens eine der Kammern des Schlagwerks mit
der Betriebskammer des Pulsators zu verbinden, die den Innenraum eines von zwei
Seiten abgeschlossenen Zylinders darstellt in dessen Innern eine Austreibevorrichtung
in Form eines Kolbens installiert ist, der den Innenraum des Zylinders in die eigentliche
Betriebsksamer und eine Entladekammer teilt, von denen jede mit der Quelle eines
gasförmigen Mediums mit erhöhtem Druck verbunden ist.
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Solch eine Ausführung der Maschine führt dazu, daß der von der Austreibevorrichtung
(vom Kolben) aufgenommene Druck in der Entladekammer des Pulsators die Resultierende
der Druckkräfte verkleinert, die auf die Austreibevorrichtung (auf den Kolben) einwirkt,
und somit die maximale Belastung des Antriebsmechanismus der Austreibevorrichtung
(des Kolbens)und des Motors verringert.
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Im folgenden wird diP Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 schematiscn eine Schlagmaschine entsprechend der
Erfindung; Fig. 2 schematisch eine Ausführungsvariante der Maschine, bei der die
vordere Kammer des Schlagwerks mit der Betriebskammer des Pulsators verbunden ist;
Fig. 3 eine Schlagmaschine, die erfindungsgemäß ein ;Gasaufnahmegefäß in Form einer
geschlossenen Kammer und einen Mechanismus zum Verbinden und Trennen"' des Gasaua
fwei' nahmegefäßes mit bzw. von der Betriebskammer des Pulsators 5 Fig. 4 eine Schlagmaschine,
die erfindungsgemäß eine Quelle eines gasförmigen Mediums mit erhöhtem Druck, die
mit der Betriebskammer und mit der Entladekammer des Pulsators verbunden ist, und
eine Regelvorrich tung für den Druck in der quelle des gasförmigen Mediums aufweist;
Fig.
5 eine Schlagmaschine mit einem Rückschlagventil, das den Durchlaß eines; gasförmigen
Mediums ins Innere der Betriebskanmer des Pulsators nw: in einer Richtung gewährleistet.
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Die in Fig. 1 abgebildete Schlagmaschine enthält entsprechend der
Erfindung ein Schlagwerk 1 und einen Druckpulsator 2. Das Schlagwerk 1 hat ein hohles
zylindrisches Gehäuse 3 mit einem Schlagwerkzeug 4 und einem im Innern des Gehäuses
untergebrachten Schlagbolzen 5, der sich hin-und herbewegen kann und der den Innenraum
des Gehäuses in zwei, eine vordere und eine hintere abgeschlossene Kammer 6 bzw.
7 mit veränderlichem Volumen teilt. Die Kammern 6, 7 stehen ständig über einen Drosselkanal
8 miteinander in Verbindung, der in Form eines Zwischenraums zwischen dem Schlagbolzen
5 und dem Gehäuse 3 ausgeführt ist. Der Druckpulsator 2 hat in einer konkreten Ausführungsvariante
ein hohles zylindrisches Gehäuse 9 und eine im Innern des Gehäuses untergebrachte
Austreibevorrichtung 10 in Form eines Kolbens, der hin- und hergehende Bewegungen
im Gehäuse 9 ausführen kann und der zusammen mit dem Gehäuse eine geschlossene Betriebskawmer
11 mit veränderlichem Volumen bildet.
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In der Seitenwand des Gehäuses 9 befindet sich eine Öffnung 12 für
die Zuleitung eines gasförmigen Mediums in die Betriebskammer 11, die je nach der
Lage der Austreibevorrichtung 10 entweder .zur umgebenden Atmosphäre offen oder
durch die Seitenfläche der Austreibevorriohtung 10 geschlossen ist.. Die Betriebskammer
11 steht ständig mit.
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der hinteren Kammer 7 des. Schlagwerks über einen biegsamen Schlauch
13 in Verbindung. Für die Zwangbewegung der Austreibevorrichtung 10 wird ein Motor
(Elektromotor, Verbrennungsmotor.1 Zapfwelle u.dgl.) mit einem.Antriebsmechanismus
(z.B. Zugstangenkurbelmechanismus, Koppelschle ife, Kurvengetriebe u.dgl.) benötigt.
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Es muß erwähnt werden, d das Gehäuse 9 des Pulsators 2 nicht unbedingt
zylindrisch und die Austreibevorrichtung die Form eines Kolbens haben muß. Der tuerachnitt
des Gehäuses 9 und der Austreibevorrichtung kann z.B. quadra-
tisch
oder von anderer Form sein.
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Der Druckpulsator 2 kann anders ausgeführt werden, z.B. in Form eines
linearen,Elektromotors. In dieser Variante kann der Anker des Motors die Rolle der
Austrtibe vorrichtung übernehmen, der die Möglichkeit einer Zwang -Hin- und Herbewegung
im Innern des hohlen Stators des Motors hat und der zusammen mit dem Stator eine
Betriebskammer mit veränderlichem Volumen bildet, die über einen biegsamen Schlauch
ständig'mit einer der Kammern des Schlagwerks 1 in Verbindung steht. Der Stator
des linearen Elektromotors muB ebenfalls eine seitliche Öffnung für die Zuführung
eines gasförmigen Mediums in die iBetriebskammer haben, die je nach der Lage des
Ankers zur.
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umgebenden Atmosphäre entweder offen oder durch die Settenfläche des
Ankers verschlossen ist.
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Es sind auch andere Ausführungsvarianten des Pulsators 2 möglich,
die den oben angeführten äquivalent sind.
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Der die Kammern 6 und 7 des Schlagwerks verbindende Drosselkanal
8 kann im Körper des Schlagbolzens 5 oder im Körper des Gehäuses 3 ausgeführt werden
kann. Das Funktionsprinzip der Maschine ändert sich dadurch nicht.
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Falls notwendig kann das Schlagwerkzeug 4 mit dem Gehäuse 3 des Schlagwerks
1 ein Ganzes bilden. In diesem Fall muß das Gehäuse 3 die Funktion des Schlagwerkzeugs
4 übernehmen. Solch eine Vereinigung des Schlagwerkzeugs 4 und des Gehäuses 3 wird
oft in selbstangetrie.benen Schlagmaschinen, beim Anlegen von Bohrlöchern in verdichtbaren
Böden praktiziert, wenn das Gehäuse der Maschine gleichzeitig. als Schlagwerkzeug
dient.
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Die schematisch in Fig. 1 abgebildete Schlagmaschine funktioniert
folgendermaßen.
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Bei eingeschaltetem Motor führt die Austreibevorrichtung 10 des Pulsators
2 eine nach einem periodischen Gesetz ablaufende hin- und hergehende Zwangsbewegung
aus. Dabei verändert sich der Luftdruck in der Betriebskammer 11 und folglich auch
in der ständig mit ihr durch den Schlauch 13 in Verbindung stehenden hinteren Kammer
7 des Schlag-
werks ebenfalls nach einem periodischen Gesetz, und
zwar mit der gleichen Periode, mit der sich die Austrelbevorrichtung 10 bewegt.
Weil die Kammern 6 und 7 des Schlagwerks über einen Drosselkanal 8 miteinander verbunden
sind, ist der Druck in diesen Kammern nicht gleich.
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Unter Einwirkung des sich periodisch ändernden Druckunterschieds in
den Kammern 6 und 7 des Schlagwerks führt der Schlagbolzen 5 eine periodische Hin-
und Herbewegung aus, wobe i er auf das Schlagwerkzeug Schläge ausführt. Das beim
3etrieb der Maschine unvermeidliche Entweichen von Luft aus der Betriebskammer 11
des Pulsators wird automatisch durch die Zufuhr neuer .Luft durch. die (lifnung
12 im Gehäuse 9 des Pulsators kompensiert.
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Die Maschine hat hohe Betriebskennwerte bei Einhaltung bestimmter
Größenverhältnisse der wichtigsten konstruktiven Parameter. Zu den wichtigsten Parametern
gehören folgende: - Masse und Querschnittsfläche des Schlagbolzens; - Fläche des
Durchlaßquerschnitts des Kanals 8, der die Kammern 6 und 7 des Schlagwerks verbindet;
- Volumen der Kammern 6 und 7 bei Endstellung des Schlagbolzens 5; - Länge und Durchlaßquerschnitt
des Innenkanals des Schlauchs 13; - Arbeitsfläche der Austreibevorrichtung 10; Amplitude
und Frequenz der Bewegung der Austreibe-Vorrichtung, 10; - Lage derÖffnung 12 in
der Seitenwand des Gehäuses 8 des Pulsators; - Druck des in die. .Betriebskammer
11 des Pulsators -zugeführten gasförmigen Mediums.
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Bei richtiger Auswahl der aufgezählten Parameter ist der mittlere
Druck in der vorderen Kammer 6 des Schlagwerks und auch in der hinteren Kammer 7
wesentlich höher als der Druck des umgebenden Mediums. Dabei übersteigt das Druckgefälle
zwischen diesen Kammern ebenfalls wesentlich (um ein Mehrfaches) den Druck des umgebenden
Mediums sowohl beim Arbeitsgang, als aucii beim Leerlauf des Schlagbolzens 5.
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Der Betrieb einer Maschine, deren Pulsator nicht zylindrisch ist
oder auf oben beschriebene Art die Form eines linearen Elektromotors hat,.ist durch
keine pri,nzipiellen Unterschiede gekennzeichnet.
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Die erfindungsgemäße Schlagmaschine enthält folgende, oben beschriebene,
organisch und untrennbar miteinander verbundene Mechanismen: ein Schlagwerk 1 und
einen Drukpulsator 2. Der Betrieb des entsprechend der Erfindung angefertigten Schlagwerks
1 ist undenkbar ohne die Teilnahme des Druckpulsators 2. Darum sind die im folgenden
beschriebenen Ausführungsvarianten einer Schlagmaschine nur deahalb möglich, weil
das Schlagwerk.l entsprechend der Erfindung -isoliert von der Umwelt ausgeführt
ist und die Kammern 6, 7 des Schlagwerks miteinander durch einen Drosselkanal verbunden
sind. Solch eine Ausführung einer Schlagmaschine vermeidet den Auspuff des verbrauchten
gasförmigen Mediums in die Atmosphäre und ermöglicht eine mehrfache Nutzung des
in die Maschine eingeschlossenen gasförmigen Mediums als Energieüberträgerbei Kompensierung
möglicher unbedeutender Verluste dieses Mediums in die Atmosphäre. Dabei ist der
Betrieb der Maschine bei erhöhtem Druck des gasförmigen Mediums mögsich. Das schafft
die Möglichkeit, nicht nur die spezifische Leistung-und die Effektivität des Betriebs
der Maschine zu erhöhen, sondern auch den Betrieb der Maschine unabhängig zu machen
von den Umweltsbedingungen. Die Maschine kann jetzt entsprechend. der Erfindung
in verschiedenen Medien eingesetzt werden, z.B. unter Wasser, in schüttbaren Medien
usw. Durch den We'gfatl des Auspuffs verringert sich die Lärmentwicklung beim Betrieb
der Maschine.
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in in Fig. 2 abgebildete Schlagmaschine unterschei-.
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det sich in ihrerKonstruktion von der in Fig. 1 abgebildeten Maschine
nur dadurch, daß die Betriebskammer 11 des Pulsators nicht ständig mit der hinteren
Kammer 7, sondern mit der vorderen Kammer 6 des Schlagwerks verbunden ist.
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Die Funktion dieser Maschine unterscheidet sich prinzipiell nicht
von der Funktion der in Fig. 1 abgebildeten Sahlagma.chine. Der Schlagbolzen 5 führt
ebenfalls unter
Einwirkung eines periodisoh sich ändernden Druakunterschiede
in den Kammern 6 und 7 des Schlagwerks 1 eine Hin-- und Herbewegung aus, bei der
er Schläge auf das Schlagwerkzeug 4 ausübt. Solch eine Ausführung der Maschine gewährleistet
eine Verringerung der Abmessungen des Pulsators 2.
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Die in Fig. 3 abgebildete erfindungsgemäße Schlagmasohine weist eine
Reihe Unterschiede zu der in Fig. 1 und 2 gezeigten Maschine auf. Zusätzlich hat
sie ein Gasaufnahmegefäß 14 in Form einer geschlossenen Kammer, deren.
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Volumen mit dem Volumen der Betriebskammer 11 des Pulsators 2 vergleichbar
ist, und einen Mechanismus 15 für das An- und Abstellen des Gasaufnahmegefäßes 14
von der Betriebskammer 11 des Pulsators 2. Der Mechanismus 15 kann in Form eines
Ventils, Kükenhans, Schiebers u.dgl. ausgeführt werden. Ein weiterer unterschied
besteht darin, daX das Gehäuse 3 des Schlagwerks 1 mit dem Schlagwerkzeug ein Ganzes,
bildet, d.h. es übernimmt selbst di'e Rolle des Schlagwerkzeugs.
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Wenn der Mechanismus 15 zum Verbinden und Trennen des Ga: aufnahmegefäßes
14 mit bzw. von der Betriebskammer 11 des Pul tora geschlossen ist, unterscheidet
sich die Funktion der Maschine prinzipiell nicht von der Funktion der in Fig. 1
abgebildeten Maschine. Da das Gehäuse 3 des Schlagwerks die Funktion des Sohlagwerkzeugs
übernommen hat, führt der Schlagbolzen 5 auf den vorderen Teil dieses Gehäuses Sohläge
aus. Unter Einwirkung der Schläge dringt das Ge häuse 3 des Schlagwerks in das Erdreich
ein und Läßt hinter sich einen Kanal mit verdichteten Wänden. Falls es notwendig
ist, das Schlagwerk 1 sich zurück bewegen zu lassen, genügt es, mit Hilfe des Mechanismus
15 das Gasaufnahmegefäß 14 an die Betriebskammer 11 des Pulators anzuschließen und
so einen der wichtigsten Parameter des Pulsators zu ändern, und zwar das Volumen
seiner Betriebskammer. In.dieaem Fall schlägt der Schlagbolzen 5 bei seiner Hin-
und Herbewegung auf die hintere Wand des ihäuses 3 in entgegengesetzter Richtung.
Unter Einwirkung dieser Schläge bewegt sich das Schlagwerk 1 zurück durch
den
beteits fertigen Kanal.
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Auf diese Weise kann man durch Veränderung nur eines Parameters des
Pulsators, und zwar des Volumens der Betriebskammer 11, die Richtung der Schläge,
ändern, die d6r Schlagbolzen 5 bei seiner Bewegung ausübt. Wie jedoch schon erwähnt
wurde, existieren mehrere, die Funktion der Maschine bestimmende Parameter, und
zwar mindestens Vier.
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Das bedeutet, das man die Richtung der vom Schlagbolzen 5 ausgeführten
Schläge auch durch Veränderung eines deren Parameters ändern kann, z.B. der Lage
der Öffnung 12 zur Zuführung eines gasförmigen Mediums in den Pulsator.
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Dafür braucht man nur im Gehäuse 9 des Pulsat.ors eine zusätzliche
Öffnung für die Zuleitung eines gasförmigen Mediums in die Kammer 11 anzulegen,
die relativ zur Öffnung 12 weiter vorn liegt, d.h. in der Richtung, in der sich
die Austreibevorriohtung 10 in der Periode der Luft verdichtung in der Betriebskammer
11 bewegt, und den Mechanismus als Ventil für das An- und Abstellen dieser Öffnung
an die Quelle des gasförmigen Mediums zu benutzen .
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Bei geschlossenem ventil führt der Schlagbolzen 5 die Schläge in einer
Richtung aus, bei offenem - in die entgegengesetzte Richtung.
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Die schematisch in Fig. 4 abgebildete erfindungsge-.
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mäße Maschine besitzt eine Quelle eines gasförmigen Mediums mit erhöhtem
Druck, die ein Gasaufnahmegefäß 16 darstellt, das durch eine Öffnung 12 im Gehäuse
9 mit. der .Betriebskammer 11 des Pulsators verbunden werden kann. Die Maschine
hat eine Pumpvorrichtung 17, um den, erhöhten Druck im.
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Gasaufnahmegefäß 16 konstant zu halten. Die Pumpvorrich-.tuag 17 besitzt
einen unbeweglich mit den Gehäuse 9. des Pulsators verbundenen Hohlzylinder 18,
in dessen Innern ein Preßkolben 19 untergebracht ist, der zusammen mit der Austreibevorrichtung
10 des Pulsators eine hin-und hergehende Zwangsbewegung ausführen kann und der mit
dem Zylinder 18 eine -Kammer 20 mit veränderlichem Volumen bildet.
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Die Kammer 20 ist über ein am Ausgang der Kammer 20 installiertes
Rückschlagventil 21 und einen Kanal 22 mit dem Gasaufnahmegefäß 16 verbunden. Das
Rückschlagventil 21
ermöglicht den Durchgang von Luft aus der Kammer
20 in das Gasaufnahmegefäß 16 und verhindert einen Luftstrom in entgegengesetzter
Richtung. In der Seitenwand des Zylinders 18 der Pumpvorrichtung befindet sich eine
durchgehende Öffnung 23, die je nach der Lage des Preßkolbens 19 entweder durch
die Seitenfläche dieses Preßkolbens verschlossen oder für den Zutritt der Luft aus
der Atmosphäre in die Kammer 20 geöffnet ist. Eine andere Besonderheit der in Fig.
4 abgebildeten Maschine stellt die Entladekammer 24 dar, die im Innern des hohlen,
in Form eines von zwei Seiten verschlossenen zylinders ausgeführten Gehäuses 9 gebildet
wird und die von der Betriebskammer 11 des Pulsators durch die Austreibevorrichtung
10 abgegrenzt wird. Die Entladekammer 24 steht dauernd mit dem Gasaufnahmegefäß
16 über einen Kanal 25 in Verbindung. Zur Übertragung einer hin-und hergehenden
Zwangbewegung auf die Austreibevorrichtung hat die Masohine eine mit der Austreibevorrichtung
verbundene Stange 26.
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Die Beschreibung der Pumpvorrichtung ist hier als Beispiel gegeben.
Natürlich kann die Pumpvorrichtung auch anders ausgeführt werden, z.B. in Form eines
kleinen Kompressors mit autonomem Antrieb oder einer mit einem Druckminderer versehenen
Preßluftflasche.
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Die in Fig. 4 abgebildete Maschine funktioniert -bei eingeschaltetem
bIotor, der die Austreibevorrichtung 10 des Pulsators in eine Hin- und Herbewegung
versetzt. Zusammen mit der Austreibevorrichtung 10 vollführt der mit ihr verbundene
Preßkolben 19 der. Pumpvorrichtung eine Hin- und Herbewegung. Wenn der Preßkolben
19 bei seiner Bewegung die in der Kammer. 20 befindliche Luft zusammendrückt, erhöht
sich der Druck in der Kammer. Unter Einwirkung des Ueberdrucks in der Kammer 20
öffnet sich das Rückschlagventil 21, die komprimierte Luft gelangt durch den Kanal
22 in das Gasaufnahmegefäß 16. Bei der rückläufigen Bewegung des Preßkolbens 19
verhindert das Rückschlagventil 21 ein Ausströmen der Luft aus dem Gasaufnahmegefäß
16 in die Kammer 20, weshalb in dieser Kammer 20 ein Vakuum entsteht. Im weiteren
legt der Preßkolben 19 die Öffnung 23
frei, wodurch eine frische
Portion Luft aus der Atmosphäre in die Kammer 20 gelangt, der Preßkolben 19. kommt
zum Stillstand und beginnt von neuem, die in die Kammer 20 eingeströmte Luft zu
verdichten. Der beschriebene Funktionszyklus der Pumpvorrichtung wiederholt sich.
Im GasaufnahmegefäB 16 entsteht ein Überdruck relativ zum Druck der Außenatmosphäre.
Sobald der Luftdruck im Gasaufnahmegefäßt 16 den vorgeschriebenen Wert erreicht,
wird die weitere Luftzufuhr unterbrochen. Die Größe des Drucks im Gasaufnehmegefäß
16 hängt vom Verdichtungsgrad der Luft in der Kammer 20 ab und wird durch konstruktive
Parameter der Pumpvorrichtung bestimmt.
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In den Ze,itabschnitten, in denen die Pumpvorrichtung 17 keine Luft
in das Gasaufnahmegeäß pumpt, verbraucht diese praktisch keine Energie.. Die zur
Verdichtung der Luft in der gauunar 20 verbrauchte Energie, leistet bei der Ausdehnung
nutzbare Arbeit (kehrt zurück)..Auf diese Weise dient die Pumpvorrichtung 17 der
Erhöhung des Drucks im Gasaufnahmegefäß 16 bis zum vorgegebenen Wert in der Anlaßperiode
der Maschine und für die Kompensierung möglicher Luftverluste, d.h. für die Konstanthaltung
des vorgegebenen Drucks.
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Die ständig mlt dem Gasaufnahmegefäß 16 verbundene Entladekammer
24 gewährleiste't eine Verringerung des Maximalwerts der Belastung des Antriebs
des Pulsators, da die an der Austreibevorrichtung angreifende resultierende Druckkraft
bei erhöhtem Druck in dieser Kammer kleiner ist als bei einem Druck, der dem Atmospharendruck
glei.cht.
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Im übrigen funktioniert die in Fig. 4 abgebildete Maschine $ebenso
wie die in Fig. 1 abgebildete. Der Unterschied besteht nur darin, daß die spezifische
Leistung dieser Maschine höher ist, da in ihre Kammern ein gasförmiges Medium (vorkomprimierte
Luft) mit erhöhtem Druck geleitet wird.
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Die Besonderheit der in Fig. 5 abgebildeten erfindungsgemäßen Maschine
besteht im Vorhandensein eines am Eingang in die Öffnung 12 für die Zuleitung eines
gasförmigen Mediums in die Betriebskammer 11 des Pulsators
installierten
Rückschlagventils 27. Das Rückschlagventil 27 ist so angebracht, daß das gasförmige
Medium nur in die Betriebskammer 11 einströmen kann und nicht in umgekehrter Richtung
.
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Die Besonderheit der Funktion solch einer Maschine besteht darin,
daß das Vorhandensein eines Rückschlagventils 27 eine Erhöhung des mittleren Drucks
in der--Betriebskammer 11 des Pulsators und folglich auch in den Kammern des Schlagwerks
gestattet. Wenn nämlich die Austreibevorrichtung 10 bei-ihrer Hin- und Herbewegung
die Öffnung 12 für die Zuleitung eines gasförmigen Mediums in die Betrieb kammer
11 des Pulsators freilegt, ist der Druck in dieser Kammer niedriger als der Druck
des umgebenden Mediums (der Atmosphäre). Deshalb strömt bei jedem Zyklus frische
Luft in die Kammer 11. Bei der folgenden Komprimierung der Luft in der Betriebskammer
11 ist ein Entweichen der Luft in umgekehrter Richtung nicht möglich, da des Rückschlagventil
27 den Ausgang aus der Kammer 11 verschließt. Weil die Luft nur in einer Richtung
in die Betriebskammer 11 strömen kann, ist der mittlere Druck in dieser Kammer bei
gleichen übrigen Bedingungen höher als in eben solcn einer Kammer der in Big. 1
abgebildeten Maschine. Die Erhöhung des Drucks in der Betriebskammer 11 des Pulsators
führt zu einer Erhöhung der epezifischen Leistung der Maschine. Im übrigen funktioniert
die Maschine ebenso wie die in Fig.. 1 abgebildete.
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Die oben beschriebenen Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen
Schlagmaschine weisen im Vergleich zu bekannten analogen Schlagmaschinen folgende
Vorteile auf: äußerst einfache Konstruktion, hähere spezifische Leistung, geringere
Lärmentwicklung bei Einhaltung eines hohen Nutzleistungskoeffizienten, breiteres
Anwendungsgebiet.