DE537685C - Antriebsvorrichtung fuer stossend wirkende Werkzeuge, deren Arbeitshub durch den statischen Druck des Antriebsmittels erfolgt - Google Patents

Description

. Hans Lembcke und

. Paul Schmidt in München

Die Erfindung bezieht sich auf den Antrieb von Werkzeugen mit schlagender oder stoßender Bewegung. Die Arbeitsbewegung des Werkzeuges wird durch die Energie einer Flüssigkeit bewirkt, wobei als Flüssigkeit sowohl Wasser wie auch Luft, Gas ο. dgl. verwendet werden kann. Der erfindungsgemäße Antrieb besteht darin, daß durch einen Schwingungskörper, der zugleich zur Übertragung der Arbeitsenergie auf das Werkzeug dient, in der einen Endlage Kanäle von einer solchen Weite und Form begrenzt werden, daß infolge des Druckabfalles der durch die Kanäle strömenden Flüssigkeit der Schwingungskörper in die entgegengesetzte Endlage getrieben wird, und daß der Körper in dieser Endlage die Strömung abdrosselt und dadurch die Druckunterschiede aufhebt und durch eine entgegengesetzt wirkende Kraft in die andere Endlage zurückgetrieben wird.

Es sind schon Einrichtungen bekannt, die

zum Antrieb schlagender oder stoßender Werkzeuge durch Flüssigkeitsdruck dienen, diese arbeiten aber lediglich unter der Stoß-

S5 wirkung einer Flüssigkeitssäule. Die Treibflüssigkeit wird dabei zunächst durch Ausströmen aus" Abflußöffnungen in Bewegung gesetzt, dann durch plötzlichen Abschluß dieser Öffnungen mittels Steuerventile o. dgl.

ein Arbeitskolben durch die Bewegungsenergie der abgeschlossenen Flüssigkeitssäule mit dem Werkzeug vorwärts bis zum Auftreffen auf den zu bearbeitenden Körper getrieben. Es ist bekannt, bei diesen Einrichtungen den plötzlichen Abschluß der Abflußöffnungen hydraulisch, d. h. durch die Strömung der Flüssigkeit selbst, zu bewirken. Die Rückwärtsbewegung des Arbeitskolbens wird eingeleitet durch das elastische Zurückprallen der Flüssigkeitssäule vom Arbeitskolben, wodurch die Abflußöffnungen wieder freigegeben werden, so daß sich das Spiel wiederholen kann. Es ist auch bekannt, die Rückwärtsbewegung des Arbeitskolbens durch Rückholfedern zu bewirken und zum Mildern der Wasserschläge federnde Zwischenglieder einzuschalten.

Ferner sind mechanisch angetriebene • Schlagbohrgeräte bekannt, bei denen der Bohrmeißel zum Erzeugen von Schwingungen federnd mit dem Gestänge verbunden ist.

Gegenüber diesen bekannten Einrichtungen wird gemäß der Erfindung ein Schwingungskörper verwendet, der gleichzeitig als Steuerorgan und als Energieträger dient, und dieser Schwingungskörper wird nur durch Druckunterschiede in der strömenden Flüssigkeit angetrieben. Der Arbeitshub ist durch die

Konstruktion des Schwingungskörpers und der begrenzenden Wandungen festgelegt, und die Bewegungsumkehr erfolgt am Ende des Hubes unter dem Einfluß einer entgegengesetzt wirkenden Kraft, ohne daß hierzu ein Zurückprallen der Wassersäule erforderlich ist.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, daß kein Wasserschlag benutzt ίο wird, so daß auch die damit verbundenen Beanspruchungen der Zuführungsleitung wegfallen. Ferner ist die Bewegung vollkommen zwangläufig, und die Schlagzahl kann wesentlich größer sein als bei den bekannten Vorrichtungen, da nur die kleine Masse des Schwingungskörpers hin und her bewegt wird.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Abb. 1 dargestellt. Durch ein Rohr 1 wird Druckflüssigkeit einem Behälter 2 zugeführt. Aus diesem Behälter strömt die Druckflüssigkeit in ein Rohr 3, das in eine Kugelpfanne 4 mündet. In dieser Kugelpfanne liegt eine Kugel 5, an der eine Stange 6 zur Übertragung der Bewegung auf das Schlagwerkzeug angebracht ist. Die Kugel 5 und die Stange 6 werden durch Lenker 7 und durch ein Lager 8 geführt. Die Flüssigkeit vermag zwischen der Wandung der Kugelpfanne 4 und der Oberfläche der Kugel 5 aufwärts zu strömen und fließt durch das Rohr 9 ab.

Der Vorgang verläuft nun folgendermaßen: Im Ruhezustand liegt die Kugel S vermöge ihres Eigengewichtes an der Mündung des Rohres 3 an der Kugelpfanne 4 auf und verschließt das Rohr 3. Der Druck der Druckflüssigkeit hebt sodann die Kugel 5, Stange 6 usw. an, und die Flüssigkeit setzt sich nach oben hin in Bewegung. Infolge dieser Bewegung sinkt der Druck in dem Rohr 3, vor allem aber in dem Spaltraum, der durch die Kugel 5 und die Kugelpfanne 4 gebildet wird. Da der Spaltraum sich nach oben hin erweitert, so tritt über der Kugel eine Druckerhöhung ein. Es ist damit an der Kugel ein nach unten wirkender Druckunterschied vorhanden, der zusammen mit dem Eigengewicht der beweglichen Teile die Kugel wieder nach unten drückt und die Zuströmungsöffnung des Rohres 3 verschließt. Damit setzt aber wieder die Wirkung des statischen Druckes der Druckflüssigkeit ein, in dem Maße, wie die Geschwindigkeit in dem Rohr 3 verringert wird, so daß das Spiel von neuem beginnt.

Versuche mit einer der Abb. 1 ähnlichen

Vorrichtung haben gezeigt, daß auf diese Weise ganz erhebliche Kraftwirkungen von der vibrierenden Kugel 5 ausgeübt werden können.

Zur Unterstützung des Schwingungsvorr ganges kann es dienlich sein, innerhalb der Zuführungsleitung der Flüssigkeit, zweckmäßig unmittelbar vor den Spalträumen oder Kanälen, periodische "Wirbelströmungen zu erzeugen. Solche Wirbelströmungen stellen sich bekanntlich bei der Umströmung ruhender Körper, z. B. bei Platten o. dgl., ohne weiteres ein (Karmansche Wirbelstraßen). Durch derartige periodische Wirbelströmungen wird somit der Schwingungsvorgang unterstützt.

Anderseits kann es vorteilhaft sein, zur Erzeugung von Resonanzschwingungen äußere Kräfte auf die schwingenden Teile wirken zu lassen. Diese äußeren Kräfte können durch besondere Federn oder auch allein durch das Eigengewicht der schwingenden Teile erzeugt werden.

Um dem Schlagwerkzeug eine besondere Eigenschwingung zu übermitteln, kann zwischen dem Schlagwerkzeug und den schwingenden Teilen, die durch die Strömung in Bewegung gesetzt werden, ein elastisches Übertragungsmittel eingeschaltet werden. Es ist bekannt, daß auf diese Weise der Hub des Werkzeuges unter Beachtung der Gesetze für die erzwungenen Schwingungen in weiten Grenzen geändert werden kann.

In vielen Fällen erweist sich die Anwen- go dung von Luft als Druckflüssigkeit besonders vorteilhaft. Dieser Vorteil ist im besonderen darin begründet, daß die Luft selbst ein elastisches Mittel darstellt, welches in zweckdienlicher Weise das Auftreten harter Schläge verhindert. Bei der Anwendung von Luft stellt sich bei Annäherung der Spaltbegrenzungsflächen eine Kompression des Betriebsmittels ein, die ein unmittelbares Aufeinanderschlagen der Flächen verhindert.

Eine besonders vorteilhafte ■ Anwendung findet die neue Vorrichtung in der Technik der Erdbohrung, wobei als Betriebsmittel die ohnehin für die Spülung der Sonde erforderliche Spülflüssigkeit benutzt werden kann.

Der Betrieb von Schlagwerkzeugen, wie z. B. Kronenmeißel, Fischschwanzmeißel u. dgl., verlangt eine dauernde, wenn auch nur geringfügige Drehung des Werkzeuges um seine Lenkachse, damit die Bohrung kreisförmig erhalten wird. Für diese Zwecke des Antriebs von Schlagwerkzeugen ist es dienlich, die Strömungsflüssigkeit zur Erzeugung einer gewissen Drehung des Schlagwerkzeuges auszunutzen, was mit bekannten Mitteln ohne weiteres durchführbar ist.

Als ein Mittel zur sicheren Vermeidung harter Schläge der Spaltflächen aufeinander ist die Anwendung von Druckluft als Betriebsflüssigkeit erwähnt. Eine weitere vorteilhafte Maßnahme, diese unerwünschte Erscheinung mit Sicherheit zu vermeiden, be-

steht nun darin, die die Spalträume begrenzenden Körper teilweise dämpfend nachgiebig zu lagern. Eine Ausführungsform, die eine derartige Lagerung zeigt, ist in Abb. 2 wiedergegeben. Bei dieser Anordnung tritt Druckflüssigkeit durch ein Rohr 10 in einen Spaltraum 11, dessen obere Begrenzung durch den schwingenden Körper 12 und dessen untere durch einen dämpfend nachgiebig gelagerten Körper 13 gebildet ist. Die Dämpfung wird dadurch erreicht, daß aus dem' Zuführungskanal der Druckflüssigkeit eine Bohrung 14 in dem Raum 15 bis zu einem gewissen Grade mit Flüssigkeit angefüllt wird.

Aus dem Raum 1S fließt die überschüssige Flüssigkeit durch Dichtungsspalten 16, 17 ab, der Körper wird durch eine Feder 18 in seiner Ruhelage gehalten.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. 3 dargestellt. In dieser wird Druckflüssigkeit durch ein Rohr 19 sich verjüngenden Spalträumen 20 und 21 zugeführt. Diese Spalträume werden gebildet durch einen scheibenförmigen Körper 22, der mit dem Schlagwerkzeug in Verbindung steht, und die Wandungen 23 und 24. Der schwingende Körper ist in seiner oberen Lage gezeichnet in dem Augenblick seiner Bewegungsumkehr. Die Druckflüssigkeit ist in dem Spalt 20 in relativer Ruhe und entwickelt einen starken, nach unten gehenden Druck. Durch den Spalt 21 strömt die Flüssigkeit unter entsprechender Druckverringerung ab. Die Wand 23 bildet mit der Scheibe 22 einen Spaltraum geringerer Ausdehnung, als sie der Spalt 20 aufweist, und zwar zu dem Zweck, die nach oben wirkende Kraft geringer zu halten als die nach unten wirkende, weil die Arbeitsrichtung des Schlag-Werkzeuges in der abgebildeten Vorrichtung abwärts gerichtet ist.

In der Abb. 4 ist eine weitere Ausführungsform wiedergegeben. Die Druckflüssigkeit tritt von oben durch ein Rohr 24 in einen ringförmigen Spaltraum 25 ein. Im Ruhezustand ist der schwingende Teller 26 durch eine Feder 27 angehoben, so daß die Flüssigkeit durch den Spalt 25 und die eingezeichneten Kanäle und das Rohr 28 abfließen kann.

Durch das Fließen der Druckflüssigkeit wird in dem Spalt 25 eine entsprechende Druckabsenkung hervorgerufen, so daß die durch die Druckflüssigkeit auf den Teller ausgeübten Kräfte eine große, nach unten gerichtete, resultierende Kraft ergeben. Diese Kraft ist weit größer als die nach aufwärts gerichtete Spannung der Feder 27, so daß der ^ Teller und damit das Schlagwerkzeug abwärts gedrückt wird. Bei Abschluß des Spaltes 25 durch den inneren Rand des Tellers 26 wird aber der weitere Zufluß an Druckflüssigkeit gehemmt, so daß sich der statische Druck der Flüssigkeit auch in dem Spaltraum unterhalb des Tellers einstellt und die Federspannung den Teller 26 nach oben treibt, worauf das Spiel von neuem beginnt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Durch Flüssigkeits- oder Luftdruck betriebene Antriebsvorrichtung für schlagend oder stoßend wirkende Werkzeuge, deren Arbeitshub durch den statischen Druck des Antriebsmittels erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zurückholen des Werkzeuges oder zur Unterstützung seines Arbeitshubes ein Schwingungskörper, der zugleich zur Energieübertragung auf das Werkzeug dient, in der einen Endlage Kanäle von einer solchen Weite und Form bildet, daß der Druckabfall der durch die Kanäle an der Oberfläche des Schwingungskörpers entlang strömenden Flüssigkeit den Schwingungskörper in die entgegengesetzte Endlage treibt, in der er die Strömung abdrosselt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Strömung hervorgerufenen Schwingungen go durch Einschaltung elastischer Übertragungsmittel zwischen Werkzeug und Schwingungskörper zur Erzeugung besonderer Eigenschwingungen des Schlagwerkzeuges benutzt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckflüssigkeit neben der Erzeugung schlagender oder stoßender Bewegungen zur Erzeugung einer Drehbewegung des Werkzeuges benutzt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spalträume der Kanäle bildenden Körper teils dämpfend nachgiebig gelagert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem schwingenden System verbundenes, den Spaltraum begrenzendes Organ durch eine äußere Kraft, z.B. eine Feder (27), von der Abflußöffnung, welche die Druckflüssigkeit abführt, abgehoben wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch gegenüberliegende, einen sich verjüngenden Spalt oder Kanal (11) bildende Flächen zweier getrennter Körper, wobei die Druckflüssigkeit auf der Seite des größten Spalt- oder Kanalquerschnittes zugeführt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht

zur Schwingungsrichtung liegenden Flächen eines mit dem Schlagwerkzeug verbundenen, gewölbten oder scheibenförmigen Körpers (22) mit den diesen Flächen gegenüberliegenden Flächen eines ruhenden Körpers sich verjüngende Spalträume oder Kanäle bilden, denen Druckflüssigkeit zugeführt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des schwingenden Organes durch Lenker (7) gehalten ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen