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Durch hydraulischen Leitungsdruckstoß angetriebenes Schlagbohrwerkzeug
u. dgl. In vielen Fällen, besonders hei Schlaghohrwerkzeugen, ist es notwendig,
eine hin und her schwingende :fasse zwischen Federn aufzuhängen, rlie so angeordnet
und eingestellt sind, #laß Resonanz zwischen den bewegten .fassen und den Federn
besteht. Bisher geschah dies in rler Weise, daß man die :Masse zwischen Metaliferlern
von geeigneter Form aufhin-. Es hat sich aber gezeigt, rlaß beispielsweise hei Bohrwerkzeugen,
hei welchen die Masse mit einer sehr großen Geschwindigi;eit hin und her bewegt
wird, die Federn häufig brechen.
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Versuche haben ergehen, 4aß es iniiglich ist, die .metallischen Fe,-lern
durch eine andere federnde Substanz, nämlich durch Flüssigkeitssäulen oder mit Flüssigkeit
gefüllte Hohlräume, zu ersetzen, und rlie gewünschte Resoi;anzkann dann durch richtige
Bemessung der betreffenden Querschnitte erreicht werden, auf welche die Flüssigkeit
einwirkt, und durch rlie Volumina der Hohlräume, so rlaß dann durch diese Flüssigkeitssäulen
alle Be-(li?igutigeti eines Resonators erfüllt werden.
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Gemäß rler vorliegenden Erfindung werden nun elie bisher verwendeten
metallischen Federn durch Flüssigkeitssäulen ersetzt. Demgemäß besteht die Erfindung
ini wesentlichen darin, die hin und her bewegte Nfasse -zwischen Flüssigkeitss;iulen
aufzuhängen. Es folgt hieraus, daß die Erfindung davon ahli@ingig .ist, daß die
Flüssigkeiten nicht unzusnininendrückbar, sondern elastisch sind.
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Obwohl die Erfinrhing auch für andere "/.wecke verwendbar ist, wo
es erforderlich ist, eine federnde Aufhängung für eine hin und her schwingende :fasse
vorzusehen, so wird sie doch vorzugsweise für Bohrwerkzeuge verwendet, welche durch
periodischen Druckschwankungen unterworfene Druclaiissigl;eit angetrieheii werden.
Die Art der Herstellung solcher Druckflüssigkeit ist heieits bekannt und in dein
englischen Patent ()o29 voni Jahre 1913 beschrieben. Bei rler praktischen
Ausführung der Erfindung müssen drei grundsätzliche Bedingungen beachtet werden.
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Erstens muß Resonanz zwischen der hin und her schwin,-enrlen '.Masse
und den mit Flüssigkeit gefüllten Hohlräumen (Kapazitäten) vorhanden sein, d. h.
die hin und her schwingende Masse und die Kapazitiiten inüssen die Gleichung erfüllen
I. # C # a2 - 1, wobei I. der Trägheitskoeffizient, C der Koeffizient der Kapazität
und a die Winkelgeschwindigkeit in Bogensekunden ist.
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Zweitens: Der mittlere Druck in der Leitung für rlie den periodischen
Druckschwankungen unterworfene Flüssigkeit muß ausgeglichen werden durch den höchsten
Druck der vorderen Flüssigkeitssäule, wenn die beiden Drucke auf die zugehörigen
Querschnitte des Werkzeuges einwirken. Diese zweite Bedingung trifft nur in .solchen
Fällen vollkommen zu, bei denen kein Anfangsdruck in deni Svstein vorhanden ist.
Wenn jedoch ein anfänglicher Druck vorliegt, wie gewöhnlich hei praktischen Ausführungen,
so muß dieser in Rechnung bezogen werden, und es :ist deswegen richtiger, die Bedingungen
so aufzustellen, rlaß die Kraft, welche bei mittlerem Druck in der Zuleitung auf
den zugehörigen Querschnitt der hin tind her schwingenden Jlasse ausgeübt wird,
zuzüglich der Irraft, welche durch den kleinsten Druck in der hinteren Flüssigkeitssäule
auf den zugehörigen Querschnitt der hin und her schwingenden Masse ausgeübt wird,
gleich sein muß -der Kraft, welche durch den größten Druck in der vorrleren Flüssigkeitssäule
auf den zugehörigen Querschnitt der hin und her schwitigenden :Masse entsteht.
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Drittens müssen die Querschnitte der hin und her schwingenden Masse
so ausgeführt sein, rlaß .die 'fasse nur in Resonanzen ist, wenn der mittlere Druck
in der Flüssigkeitszuleitung und der mittlere Druck der beiden Flüssigkeitssäulen
gleich sind. Die erste und zweite dieser Bedingungen stimmen finit den entsprechenden
Grundsätzen hei der Verwendung von metallischen Federn überein, und die Bedingungen
«erden auch in der gleichen Weise wie .dort erhalten. Die dritte Berlingung ist
aus folgenden @Grün.den erforderlich. Wenn die Querschnitte so angebracht werden,
daß Resonanz nur einträte, wenn die mittleren Drucke der beiden Flüssigkeitssäulen
mit dem mittleren Druck der Flüssigkeitszuleitung nicht übereinstimmte, so würde
infolge des Ausgleiches der mittleren Drucke durch Undichtheiten ein Zustand entstehen,
hei welchem die 'fasse nicht mehr in Resonanz wäre, infolgedessen würde sie dann
unwirksam werden.
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Die Zeichnung zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung.
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In der Zeichnung ist mit a die hin und her schwingende Masse bezeichnet.
b ist die Einlaßöffnung für die Druckflüssigkeit aus :der Druckleitung, in der sich
die den periodischen Druckschwankungen unterworfene Druckflüssigkeit befindet. b1
ist der Querschnitt <leg hin und her schwingenden Masse a, auf
welche
der Druck der durch die Uffnung zugeführten Druckflüssigkeit einwirkt. c- ist die
vordere Flüssigkeitssäule (Kapazität) und der Ringquerschnitt cl derjenige, auf
«-elchen der Druck dieser vorderen Kapazität wirkt. d ist die hintere Kapazität
und der Ringquerschnitt dl derjenige, auf welchen .der Druck dieser Kapazität wirkt.
Durch die Masse ,7 wird ein Schlag ausgeführt, welcher durch die Endfläche e erfolgt.
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Bei der praktischen Ausführung der Anordnung muß diese so getroffen
«-eulen, daß die von (lein höchsten Druck in der Kapazität d ausgeübte, auf den
Ringquerschnitt d' wirkende Kraft 57 Prozent derjenigen Kraft ist, welche
durch die Wirkung des höchsten Druckes der vorderen Kapazität c auf den Ringquerschnitt
c' ist.
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Die Wirkungsweise ist, gemeinverständlich ausgedrückt, die folgende.
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Bei b tritt eine Druckwelle ein. Der Druck steigt und fällt von Null
zu einem Hiichstwert entsprechend der Frequenz der Druckschwankungen in cler zugeführten
Druckflüssigkeit. Der Schlag erfolgt bzw. die Enerie wird von -der Masse a abgegeben,
wenn, diese ihre vorderste, in der Zeichnung in gestrichelten Linien angedeutete
Lage er-:-.eicht hat: Dieses tritt ein, wenn der Druck in der Leitung b von -Null
auf den mittleren Druck gestiegen ist. Der Schlag hält dann an, oder init anderen
Worten, die Energie wird noch «-eiter abgegeben, bis der Druck in der Leitung b
seinen Hciclistwert erreicht hat und dann wieder auf den mittleren Wert gefallen
ist. Die Bewegung ,der ---Tasse a in die gestrichelt gezeichnete Lage hat zur Folge,
daß gler Druck in der Kapazität c steigt, da ja die in ihr vorhandene Flüssigkeit
aus dein Raum nicht austreten kann, dagegen das in dein Raume befindliche Volumen
der Masse a zugenommen hat. Wenn nun der Druck in der Leitung h auf seinen Mittelwert
fällt, so übt der auf den Ringquerschnitt cl wirkende Druck der Kapazität c auf
die Masse a eine Kraft aus, welche gera:rle -die entgegenwirkende Kraft, die durch
den mittleren Druck in der Leitung b auf den Querschnitt b1 aus-Z, eiibt wird, zuzüglich
derjenigen Kraft, welche durch den Druck in der hinteren Kapazität d auf den Ringquerschnitt
dl ausgeübt wird, ausgleicht.
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Angenommen, es ist zu Beginn kein Druck in der Vorrichtung vorhanden,
dann würrle auch in diesem Augenblick in der Kapazität d kein Druck vorhanden sein;
nimmt man aber -in, daß in rler Vorrichtung ein Anfangsdruck vorhanden ist, so würde
der Druck in .der I-Zapazitit d nur diesem Anfangsdruck entsprechen, il. h. er würde
seinen geringsten Wert haben.
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Sobald der Druck in der Leitung b unter seinen -Mittelwert fällt,
so.iiberwindet die auf die hin und her schwingende Masse in der Rü ckwärtsrichtung
ausgeübte Kraft diejenige, welche auf die Masse in der Vorwärtsrichtung ausgeübt
wird. Die Masse wird sich infolgedessen wieder zuriickbewegen, bis der Druck in
der Ixitung _h bei der Wiederholung des Kreislaufes wieder steigt.
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Der beschriebene Vorgang entspricht der Wirkung einer Periode der
Druckflüssigkeit, und der Vorgang wiederholt sich entsprechend der Frequenz, (l.
h. nimmt man eine Wellenfrequenz von 2300 Perioden pro Minute an, wie sie
gewiihulich verwendet wird, so würde rler Vorgang 23oomal in der :\lintite wiederholt
werden. Die Anwendung der Erfindung auf Schlagbohrwerkzeuge ist demnach ohne weiteres
klar. Bei der Anwendung der Erfindung auf Niet- oder Schärfliäminer kann der Handgriff
dazu benutzt werden, m -n die Räume für die Flüssigkeitskapazitäten zu schaffen,
bei Gesteinbohrmaschinen kann das Gestell der Maschine dieseln Zweclc dienen.