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Verbindung zwischen Bär und Gestänge an Krafthämmern Es ist bei Fallhämmern
bekannt, zwischen Bär und Hubstange (Kolbenstange, Zahnstange, Brett u. dgl.) eine
Reibungsbremse zur Vernichtung der lebendigen Kraft der Hubstange einzuschalten
und diese Bremse so auszubilden, daß sie für den Aufgang und den Abgang des Gestänges
zwar verschieden große, aber während der einzelnen Verschiebung unveränderliche
Bremskräfte liefert, wobei die dem Aufgange der Hubstange entsprechende Bremskraft
klei-' ner sein muß als das Bärgewicht, weil die Mitnahme des Bären durch starre
Bauteile erfolgt. Es ist weiter bekannt, solche Bremsen mit Energiespeichern (Federn,
komprimierte Luft u. dgl.) zu verbinden. Endlich ist bekannt, bei Seilhämmern zwischen
Bär und Seil eine Feder einzuschalten, um die durch Schlappseilbildung bedingten
Stöße beim Anheben des Bären zu vermeiden.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird der Bär nicht durch starre Mitnehmer
gehoben, sondern durch eine Reibungsbremse, die so ausgebildet ist, daß ihre Bremskraft
sich nicht nur mit der Richtung der gegenseitigen Bewegung der gleitenden Teile,
sondern auch mit der Größe des zurückgelegten Weges des Hubgestänges gegen den Bär
ändert.
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Der Erfindungsgedanke gestattet zahlreiche Lösungen, von denen einige
typische an Hand der Abbildungen beschrieben werden sollen. Es zeigen die Abb. z,
3, 6 und 8 verschiedene Bauformen der Bremse und die Abb. 2, q., 7 und g die zugehörigen
Kraftwegdiagramme, während in. Abb. 5 eine Einzelheit herausgezeichnet ist.
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In Abb. i bedeutet = den Bären mit einer nach oben kegelig oder besser
pyramidenförmig verjüngten Bohrung. 2 ist die Hubstange mit einem Kopfe 3. Gegen
letzteren stützt sich der pyramidenförmig ausgebildete Ring q., der zusammen mit
dem gleichfalls pyramidenförmigen Ring 6 die Backen 5 nach außen gegen die Lochwand
preßt. Die Feder 7 hält die Vorrichtung unter Spannung. Federteller 8 und Mutter
g bilden das Widerlager der Feder.
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Die ganze Vorrichtung wirkt ähnlich wie ein Keil, setzt also dem Eintreten
oder Spannen (hier Hochgang des Bremskopfes gegen den Bären) einen erheblich größeren
Widerstand entgegen als dem Lüften (hier Niedergang des Bremskopfes gegen den Bären),
wie an Hand des Kraftwegdiagrammes Abb. 2 noch erörtert werden wird. Die zum Spannen
und Lüften nötigen Wege sind aber wegen der eingeschalteten Feder 7 erheblich größer
als bei einem gewöhnlichen Keil.
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Die in Abb. i dargestellte gegenseitige Stellung der Bremsenteile
entspricht dem Hochgange des Bären, dem Bärhube. Beim Fallen des Bären ändert sich
die Stellung der Bremsenteile in der Regel nicht, weil das System im
allgemeinen
selbsthemmend ist. Beim Aufschlage des Bären .aber wird der Bremskolben infolge
der lebendigen Kraft des Gestänges nicht gleichzeitig mit- dem Bären zur Ruhe kommen,
sondern sich gegen diesen nach unten verschieben. Hierbei können die Bremsbacken
5. nach außen nachgeben, Ring 6 rückt nach, die Feder entspannt sich, die Bremskraft
nimmt ab. Abb. 2 zeigt in der linken Hälfte das zugehörige Kraftwegdiagramm ; auf
der der Sinnfälligkeit halber lotrecht gewählten Abszissenachse ist der Weg des
Bremskopfes gegenüber dem Bären aufgetragen, während die den einzelnen Stellungen
des Bremskopfes entsprechenden Bremskräfte (wagerecht) als Ordinaten aufgetragen
sind. Die Werte links von der Abszissenachse bedeuten, wie erwähnt, die Bremskräfte
beim Abgange, die rechts jene beim Aufgange des Bremskopfes. Mit »Hub« ist der durch
die Bauart begrenzte größte Verschiebungsweg des Bremskopfes gegen den Bären bezeichnet.
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Bei einsetzendem Hube geht der Bremskolben hoch, die Backen werden
zurückgedrückt, die Bremskraft steigt in dem Maße, wie sich der Kolben gegen den
Bären nach oben verschiebt (Abb. 2, rechte Hälfte). Die Bremskräfte sind aber jetzt
erheblich größer als beim Abgang: i. wegen der Neigung der Bremsflächen, 2. w,il
die Reibung an den Berührungsflächen der Bremsbacken 5 mit den Anpreßpyramiden q.
und 6 beim Abgang die Anpreßkraft vermindert, beim Aufgange aber vermehrt und endlich
3. weil beim Abgange die zwischen i und 5 entstehende Reibung der Federkraft entgegenwirkt,
beim Aufgange hingegen sie unterstützt. Die Bremse ist so auszubilden, daß P (Abb.
2), die der höchsten zulässigen Stellung des Bremskolbens entsprechende Bremskraft,
reichlich größer ist als das Bärgewicht (z. B. ein Vielfaches des Bärgewichtes),
damit nicht nur eine sichere Mitnahme des Bären gewährleistet wird, sondern damit
der Bremskolben schon vor Erreichung der zulässigen Höchstlage zur Ruhe gegenüber
dem Bären gelangt und somit noch ein gewisser Bremsweg übrigbleibt.
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Die Bauart nach Abb. = genügt für Seilhämmer vollständig, auch dann,
wenn das Bremsensystem nicht selbsthemmend ist, weil die lebendige Kraft der Trommel
und des Seiles . in einer besonderen, an der Seiltrommel angreifenden Bremse vernichtet
werden muß. Für Stangenhämmer hingegen ist ein Energiespeicher nötig, weil infolge
der nach unten zu abnehmenden Bremskraft ein freier Energierest in der Hubstange
bleiben könnte, der eine Zertrümmerung der Vorrichtung zur Folge hätte. Der Energiespeicher
kann beim Antriebe des Hammers durch ein gasförmiges Treibmittel in bekannter Weise
in den -Hubzylinder gelegt werden (z. B. Kompression des Unterdampfes); bei mechanischem
Antriebe können Federn oder besser ein unter dem Bremskopf angeordneter Luftpuffer
oder auch eine Luft- oder Flüssigkeitsbremse verwendet werden.
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Eine Anordnung, die mit oder ohne Energiespeicher betrieben werden
kann, zeigt Abb. 3. Ihr., Hauptunterschied gegenüber der ersten Bauart ist die Hintereinanderschaltung
zweier Bremsen, einer mit gleichbleibender und einer mit veränderlicher Bremskraft.
Die obere Bremse (Teile 2 bis g) entspricht jener in Abb. i ; der ganze Unterschied
besteht darin, daß der Hub von 6 und damit die Querverschiebung der Backen 5 durch
eine Schulter von 2 begrenzt ist, so daß sich beim Niedergange die Backen 5 von
ihrer Bremsfläche an x' abheben, um erst beim Hochgange wieder zur Wirkung zu kommen.
Die obere Hälfte der Abb. q. zeigt das Kraftwegdiagramm dieser Bremse, nach den
gleichen Gesichtspunkten dargestellt, wie bei Abb. 2 erörtert. Der Wert von P1,
d. h. der Höchstwert der in der oberen Bremse beim Abgange auftretenden Reibung,
ist gering, während der Höchstwert der Reibung für den Aufgang ( dargestellt durch
P2) wieder ein Vielfaches des Bärgewichtes betragen soll.
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Die obere Bremse dient vornehmlich dem Heben des Bären, die untere
hingegen hat die Aufgabe, die Energie der Hubstange beim Schlage zu vernichten.
Sie wird so durchgebildet, daß sie dem Abgange einen tunlichst hohen Widerstand
entgegensetzt; ihre Bremskraft P3 (Abb. q. unten links) wird also größer als das
Bärgewicht Q gewählt werden, während die Bremse beim Aufgange nur mit einer Kraft
P, (Abb. q unten rechts) wirken darf, die kleiner ist als das Bärgewicht, um zu
vermeiden, daß der Bremskolben beim Hube des Bären in seiner tiefsten Lage gegenüber
dem Bären verharrt, was seine Zertrümmerung beim nächsten Schlage zur Folge haben
müßte. Das Verhältnis P3 : P4 läßt sich durch passende Wahl des Neigungswinkels
der Pyramidenflächen an io und 12 in weiten Grenzen ändern. Bei Verwendung eines
Energiespeichers lassen sich die Bremskräfte vermindern oder die Bremswege verkürzen.
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Die in den Abb. i und 3 angedeuteten schrägen Bremsflächen können
als Ebenen ausgeführt werden; dann erhält der betreffende Teil des Bären die Gestalt
einer hohlen Pyramide, die aber teuer herzustellen ist. Der einfache Kegel genügt
wegen seiner veränderlichen Flächenkrümmung nicht. Dagegen erhält man geometrisch
vollkommen zweckentsprechende und verhältnismäßig billig herzustellendeBremsflächen,
wenn man sie als Teile von Zylindermänteln herstellt, deren Achsen die Kanten einer
regelmäßigen Pyramide bilden. Beispielsweise ist in Abb. 5 die Ansicht von unten
des in den Bären eingekeilt zu denkenden Stückes i' der Abb. 3 herausgezeichnet,
aus der die Lage
der Zylinder und ihrer Achsen deutlich zu ersehen.
ist.
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Die Bauart nach Abb. 3 ergibt zwar ein sehr günstiges Kraftwegdiagramm,
hat aber den Nachteil, daß sich die Backen 5 von der Bremsfläche abheben müssen.
Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn man die Bremsflächen in ihrer Längsrichtung
krümmt. Wegen der Verschiebbarkeit der Bremsbacken muß die-Krümmung eine gleichmäßige
sein. In erster Linie kommt als Bremsfläche die Zylinderfläche mit wagerechter Achse
in Betracht, doch gestattet auch die Kugelfläche brauchbare Lösungen; weniger günstig
sind andere Umdrehungsflächen.
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Abb. 6 zeigt eine Bremsenbauart, bei der die Bremsfläche an die Wand
einer den Bären quer Buchsetzenden zylindrischen Bohrung verlegt ist. Der Bär ist
wieder mit i bezeichnet, die Hubstange mit 2. Auf der Hubstange sitzt fest die Nabe
15, an der die Stangen 16 angelenkt sind. Letztere tragen mittels der Bolzen 17
die Gleitschuhe 18 und die Bremsbacken ig. Gleitschuhe und Bremsbacken sind gegeneinander
und gegen die Stangen 16 und die Bolzen 17 frei drehbar, so daß die Gleit- und die
Bremsflächen sich an die bezüglichen Gegenflächen anschmiegen können. Um die Bremsbacken
an die Bohrungswand zu pressen, ist der Keil 21 vorgesehen, den die Feder 2o nach
unten drückt. Hierbei stützt sich die Feder gegen die Nabe 15 und der Keil gegen
die Gleitbacken 18. Letztere übertragen die auf sie wirkenden Kräfte mittels der
Bolzen 17 teils auf die Stangen 16 und teils über die Bremsbacken ig auf die Bohrungswand.
Dadurch entstehen zwischen den Backen ig und der Bohrungswand gegen den Bohrungsmittelpunkt
gerichtete Kräfte, die in der gezeichneten Lage des Gestänges wagerecht verlaufen.
Wird das Gestänge aber gegenüber dem Bären nach oben bewegt, so ergeben diese Kräfte
eine das Gestänge nach unten ziehende Resultierende, während eine Bewegung des Gestänges
nach unten eine nach oben gerichtete Resultierende der Normalkräfte zur Folge hat.
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Die: erwähnten Normalkräfte bedingen aber auch (tangential zur Barbohrung
verlaufende) Reibungskräfte. Deren Resultierende wirkt (abweichend von der Resultierenden
der Normalkräfte) immer der stattfindenden Verschiebung entgegen, also nach unten
beim Aufgange und nac4 oben beim Abgange des Gestänges. Reibungskräfte und Normalkräfte
setzen sich zu einer neuen Resultierenden derart zusammen, daß die Nornialkräfte
die Wirkung der Reibung verstärken, wenn sich das Gestänge aus der gezeichneten
Mittellage nach oben oder nach unten entfernt, sie aber vermindern, wenn sich das
Gestänge der Mittellage nähert.
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Bisher wurde die zwischen dem Keil 21 und den Gleitbacken 18 auftretende
Reibung nicht berücksichtigt. Diese Reibung hat zur Folge, daß zum Hochdrücken,
des Keiles die Bolzen 17 mit einer Kraft zusammengepreßt werden müssen, die wesentlich
größer ist als jene Kraft, mit der bei niedergehendem Keil die sich ausdehnende
Feder die Bolzen 17 auseinandertreibt. Da die auf die Bolzen 17 wirkenden Kräfte
zum größten Teile über die Bremsbacken ig auf die Wand der Barbohrung übertragen
werden, sind die zwischen Backen ig und Bohrungswand auftretenden Normal- und Reibungskräfte
erheblich größer, wenn durch eine Bewegung des Gestänges von der Mittellage weg
(nach oben oder nach unten) die Bolzen 17 einander genähert werden, als wenn sich
die Bolzen während der Rückkehr des Gestänges in seine gezeichnete Mittellage voneinander
entfernen. In der Mittellage- ändert sich also die zwischen Bär und Bremskopf auftretende
Kraft sprungweise. Sowohl beim Niedergange wie beim Aufgange des Bremskopfes steigt
die Gesamtresultierende der zwischen dem Bären und dem Gestänge auftretenden Normal-
und Reibungskräfte infolge des Richtungswechsels der zwischen dem Keil 21 und den
Backen 18 auftretenden Reibung plötzlich an, wenn der Bremskopf die gezeichnete
Mittelstellung durchläuft.
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Um die Wirkung der in Abb. 6 dargestellten Bauart deutlich zu zeigen,
wurde das zugehörige Kraftwegdiagramm (Abb. 7) maßstabrichtig entworfen. Die (lotrechten)
Abszissen bedeuten wieder den Weg des Bremskopfes gegen den Bären, die (wagerechten)
Ordinaten die Gesamtresultierende der zwischen Bremskopf und Bär auftretenden Normal-
und Reibungskräfte. Die Strecke a-b entspricht dem größtmöglichen Hub der Bremse.
Im laufenden Betriebe soll der Hub kleiner sein als a-b, damit an beiden Enden noch
ein gewisser Vorrat an Bremsweg verbleibt. Bei der Berechnung der Diagrammpunkte
wurde die Reibungszahl zwischen dem Keil 21 und den Backen 18 mit o,i und die Reibungszahl
zwischen den (mit einem Reibungsbelag versehenen) Bremsbacken =9 und dem Bär mit
0,3 angenommen und weiter vorausgesetzt, daß die Federspannung von 2o durch
das Hochdrücken des Keiles 21 bei größter Auslenkung der Bremse auf den doppelten
Wert jener Kraft steige, mit der die Feder in der gezeichneten Mittelstellung auf
den Keil 21 drückt. Die gestrichelte Kurve gilt für den Abgang des Bremskopfes aus
der höchst möglichen Lage a in die tiefst mögliche Lage b gegen den Bären; die voll
ausgezogene Kurve gilt für den Aufgang. Die obenerwähnte sprungweise Änderung der
Kräfte beim Durchgange des Bremskopfes durch die Mittellage wz ist an beiden Kurven
deutlich zu sehen.
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Die Kurven schneiden die Abszissenachse (in den Punkten c und d).
Daraus folgt, daß zu Beginn des Abganges (Weg a-c) und zu Beginn
des
Aufganges (Weg b-d) negative Kräfte auftreten, daß also in diesen Bereichen das
System nicht selbsthemmend ist.
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Im Kraftwegdiagramm bedeutet bekanntlich die von der Kurve, der Abszissenachse
und der jeweiligen Ordinate eingeschlossene Fläche die von der Kraft geleistete
Arbeit, im vorliegenden Falle also die von der Vorrichtung aufgenommene Arbeit.
Berücksichtigt man, daß die auf den Strecken a-c (beim Abgang) und b-d (beim Aufgang)
geleistete Arbeit negativ ist, so folgt aus Abb. 7, daß der Hauptteil der Bremswirkung
erst in der zweiten Hälfte des jeweiligen Hubes (ab oder auf) stattfindet. Das ist
erwünscht, weil dadurch sicher erreicht wird, daß der Bremskopf nach dem Bärhube
über der Mittellage m stehen bleibt, für den folgenden Schlag also ein genügend
langer Bremsweg zur Verfügung steht.
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Die Keilbauart nach Abb. 6 hat zwar den Vorteil der großen Stufe im
Kraftwegdiagramm, aber auch Nachteile, vor allem den starken Anstieg der Kräfte
bei größerem Ausschlage der Bremsbacken und die dem Staube ausgesetzten Gleitflächen.
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Diese Nachteile lassen sich durch die in Abb. 8 dargestellte Bauart
vermeiden. Hier erfolgt die Anpressung der Bremsbacken z9 durch Kniehebelwirkung
mittels der Laschen 22, die das Querstück 23 unter dem Druck der Feder 2o der Strecklage
zu nähern sucht. Durch passende Wahl der Verhältnisse kann das in Abb. 9 gezeichnete
Kraftwegdiagramm erreicht werden. Auch hier tritt im Diagramm bei der Mittelstellung
eine Stufe auf, denn die Zapfenreibung in den Gelenken der Laschen 22 wirkt in ähnlicher
Weise wie die Reibung der Gleitbacken 18 am Keil 21. Weil aber die Zapfenreibung
kleiner ist als die gleitende Reibung längs der Keilflächen, ist die Stufe niedriger
als im Diagramm Abb. 7.
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Um zu verhindern, daß bei stark abgenutztem Bremsbelag sich die Laschen
22 zu weit der Strecklage nähern (Gefahr der Selbsthemmung der Kniehebel), kann
einAnschlag 24 angebracht werden. Bremsen nach den Abb. 6 und 8 sind gleichfalls
für Seilhämmer verwendbar, allerdings wird hierbei hauptsächlich die obere Hälfte
des Kraftwegdiagramms zur Wirkung kommen, weil bei diesen Hämmern, wie bereits erwähnt,
die lebendige Kraft der Trommel und des Seiles an anderer Stelle vernichtet werden
muß.
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Die Bauarten nach Abb. 6 und 8 lassen sich mit gleichbleibender Bremskraft
vereinigen, ähnlich wie in Abb. 3 für die Konusbauart dargestellt.
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Die Vorrichtungen nach den Abb. 6 und 8 sind nicht nur auf Fallhämmer,
sondern bei entsprechend kräftiger Ausführung auch auf Dampf- und Lufthämmer anwendbar.