DE6602835U - Mit druckfluessigkeit betriebenes schlaggeraet - Google Patents

Description

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Als Energieträger zum Betrieb von schlagenden Werkzeugen wie Klopfer, Stampfer, Aufbruch- und Bohr-Hämmern wird, sofern es sich nicht um Geräte mit eingebautem Leistungsteil, wie z«B* Verbrennungs- oder Elektromotor oder Vibrator handelt- ausschliesslich Druckluft verwendet. Der Betrieb mit Druckluft hat jedoch zwei entscheidende Nachteile:

a) Sowohl das zum Betrieb notwendige Kompressor-Aggregat als auch die Auspuff-Öffnungen des Werkzeuges sind stark störende

Lärmquellen. ;

b) Die Werkzeuge sind derart konstruiert, dass der volle Luftdruck

bis zum Ende def Schlagkolbenhubes wirkt. Eine Luft-Expansion ;

im Werkzeug ist nicht möglich, da dann Vereisungsgefahr durch in der Luft enthaltene Feuchtigkeit besteht. Somit kann man die t

in der Druckluft enthaltene Energie nicht voll ausnutzen, wodurch

der Wirkungsgrad des Schlaggerätes entsprechend niedrig ist. ,

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein schlagendes Werkzeug j zu schaffen, welches die beschriebenen Mangel weitgehend beseitigt. Es

wird vorgeschlagen, anstelle der bisher verwendeten Druckluft eine Druckflüssigkeit zu verwenden.
Dies hat folgende Vorteile:

a) Sowohl die Pumpe als auch das schlagende Gerät entwickeln ein weit j

j geringeres Geräusch als das Luftkompressor-Aggregat und das I

Druckluft-Werkzeug. Lediglich das kaum zu vermeidende Aufschlag- j Geräusch des ScMagkolbens auf den Meissel ist noch vorhanden.

b) Da sich das Volumen einer unter Druck stehenden Flüssigkeit bei Entspannung praktisch nicht ausdehnt, wird bei dessen Expansion praktisch keine Arbeit frei, wodurch der Wirkungsgrad eines mit Flüssigkeit betriebenen Gerätes zweifellos höher ist als der eines mit Druckluft betriebenen.

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Gegenstand der Erfindung ist ein Schlaggerät, das aus einem mit entsprechenden Kanälen versehenen'Gehäuse besteht, in welchem ein Schlagkolben, ein Steuerschieber und ein Speicher zweckentsprechend angeordnet sind. Am unteren Ende des Gehäuses können in bekannter Weise Meissel, Dqpper, Spitzeisen usw. eingesetzt werden.

Pig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, aus der die Funktion des ·

Schlaggerät«- s hervorgeht.

Fig. 2 zeigt eino Weiterentwicklung des bereits in Fig. 1 dargestellten Speichers.

In Fig. 1 ist das Gehäuse, in dem sich der Schlagkolben 2 und der Steuerschieber 3 bewegen. Im oberen Teil des Gehäuses 1 ist eine aus elastischem Material bestehende Membrane 4 eingebaut, die mit einer metallischen Verstärkung 5 fest verbunden ist. Während in Raum 6 Druckgas, zweckmässigerweise Stickstoff enthalten ist, wird durch Kanal 7 Druckflüssigkeit zugeführt. Durch Kanal 8 wird die drucklose Flüssigkeit zum Tank des Hydraulik-Aggregates zurückgeschickt (zurückgeleitet). Der Schlagkolben 2 ist mit zwei Ausdrehungen 9 u. 10 versehen, die die Steuerkanten Π, 12, 13 und 14 bilden. Der Schaft 15 des Schlagkolbens 2 ist aus dem Gehäuse 1 herausgeführt. Der Steuerschieber 3 ist rohrförmig gestaltet. XJm die entsprechenden Steuerbewegungen ausführen zu können, besitzt er 3 verschieden grosse wirksame Ringflächen. Während die Ringfläche 16 stets mit Kanal 7 verbunden ist, also unter dessen Flüssigkeitsdruck steht, ist Ringfläche 17 stets mit Kanal 8 verbunden, während des Betriebes also mit einem geringeren Druck als Ringfläche 16. Ringfläche wird, gesteuert durch die Steuerkanten 12 und 13 des Schlagkolbens 2, wechselweise mit Zulauf- bzw. Ablaufdruck beaufschlagt.

Die einmalige Füllung des Raumes 6 mit Druckgas erfolgt durch Kanal 19, während die Schraube 20 um wenige Gewindegänge zurückgedreht ist, so dass die zum Raum 6 führende Bohrung 21 den Durchfluss des Druckgases ermöglicht.

Die Vorbereitung des Gerätes zur Arbeit geschieht in folgender Weise: Während die Kanäle 7 und 8 drucklos sind, wird durch Kanal 19 und Bohrung 21 Druckgas in Raum 6 eingeführt. Die elastische Membrane 4

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bewegt sich nach unten und legt sich mit der metallischen Verstärkung 5 ; . auf die öffnungen der Kanäle 7 und 22. Wenn bei ebener Membrane 4 das

Volumen in Raum 6 etwa gleichgross ist dem von Raum 23, wird der Gas-Fülldruck etwa halb so gross gewählt wie der später beabsichtigte Flüssig-

2 keitsdruck in Kanal 7. Ist beispielsweise ein Flüssigkeitsdruck von 20 Kp/cm

ο beabsichtigt, wird der Gssvoi-druck zu 10 Kp/esa gewählts Nachdem der Gasdruck 10 Kp/cm beträgt, wird Schraube 20 angezogen und somit die Bohrung 21 nach aucsen verschlossen.

Nach dem Anschliessen der Zulaufleitung.an Kanal 7 und der AblaufLeitung an Kanal 8 kann nun Druckflüssigkeit bei Kanal 7 zugeführt werden. Bei

einem Flüssigkeitsdruck von 20 Kp/cm wird Membran 4 die in Fig.l gezeichnete Stellung einnehmen. Steht nun Schlagkolben 2 und Steuerschieber in der in Fig. 1 gezeichneten Stellung, dann bewegt sich der Schlagkolben nach oben, weil die Kreisfläche 25 über die Kanäle 22 und 33 mit dem Zulaufkanal 7 verbunden ist, während die Kreisfläche 24 mit dem Ablaufkanal 8 verbunden ist. Der Schlagkolben 2 bewegt sich jetzt so lange nach oben, bis Steuerkante 13 den Kanal 27 überfährt, wodurch die Ringfläche 18 des Steuerschiebers 3 mit Druck beaufschlagt wird, worauf er angehoben wird und die Kreisfläche 24 über Bohrungen 29 mit dem unter Druck stehenden Kanal verbindet. Die auf Kreisfläche 24 wirkende Kraft ist nun grosser als die auf Ringfläche 25 wirkende, weshalb sich der Schlagkolben nun nach unten bewegt. Kurz vor dem Aufschlagen von Schlagkolben 2 auf das Einsteckwerkzeug 26 überfährt die Steuerkante 12 den Kanal 27, weshalb nun Ringfläche über Kanäle 27 und 28 mit dem Ablaufdruck in Kanal 8 verbunden wird und den Steuerschieber 3 sich nach unten bewegen lässt. Das beschriebene Arbeitsspiel wird sich wiederholen.

Zum Stillsetzen des Gerätes ist es nicht erforderlich, den Druckflüssigkeits-J, zufluss durch Kanal 7 abzusperren. Es genügt ein Anheben des Gerätes, so

j dass das Einsteckwerkzeug 26 an dem Anschlag 31 anliegt. Bei genügend

II! grosser kinetischer Energie von Schlagkolben 2 an seinem unteren Totpunkt

Ί j wird die. Steuer kante 11 die Öffnung von Kanal 28 schnell genug überfahren

Il ' können, so dass Kanal »27 mit Kanal 34 verbunden, wird und der Schlagkolben

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in seiner tieimöglichen, Stellung so lange verharrt, bis er durch das Aufschlagen des Einsteckwerkzeuges 26 auf den Boden soweit angehoben wird, dass er durch Verbinden von Kanal 27 mit Kanal 28 den Steuerschieber 3 zum Umsteuern veranlasst. Hierauf besinnt das Gerät wieder zu arbeiten.

: Die in dem Ausführungsbeispiel gewählte Steuerungsart ist nur eine aus

einer grossen Vielzahl von Möglichkeiten. So kann z. B. an Stelle des rohrförmigen Steuerschiebers ein massiver Steuerschieber verwendet wer-

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fällt. Auch eine Anordnung parallel und achsversetzt zum Schlagkolben oder in einem beliebigen Winkel zu diesen ist möglich. In dem Ausführungsbeispiel ist die Beaufschlagung des "Schlagkolbens derart gewählt, dass seine ^: kleinere (untere) wirksame Fläche 25 stets mit der unter Druck stehenden

; Flüssigkeit beaufschlagt wird, während die grössere obere Fläche 24 abwechselnd mit dem Flüssigkeitszu- und ablauf verbunden wird, wodurch die Schlagkolbenbewegung zustande kommt. Ebenso ist es möglich, die obere _;

wirksame Fläche 24 kleiner auszubilden als die untere Fläche 25, indem :

j ; ähnlich wie die untere Kolbenstange 15 auch oben die wirksame Fläche

ijj einer Kolbenstange, uj.e einen grösseren Durchmesser besitzt als Kolben- j

■|. stange 15, in einen Bereich konstant niedrigen Druckes gebracht wird«, ·

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H Jetzt kann die obere Fläche stets mit der Zulaufleitung verbunden sein, . >

f : · während die untere Fläche 25 abwechselnd mit dem Flüssigkeitszu- und \

ι ablauf verbunden wird. Eine weitere Steuerung ist derart möglich, dass |

beide Seiten von Schlagkolben und/oder Steuerschieber abwechselnd mit \

Flüssigkeitszu- und ablauf verbunden werden. Kombiniert man die sich an- i

bietenden Steuerungssysteme, Schlagkolben-und Steuerschieberformen mit- :

einander, erreicht man leicht über hundert mögliche verschiedene Anord- . nungen, weshalb hier auf entsprechende Darstellungen und Beschreibungen verzichtet werden muss.

Bei jedem Schlaggerät, dessen Schlagkolben direkt vom. Druckmittel beaufschlagt wird, erfolgt der Verbrauch und damit der Zulauf des Druckmittels, gleich ob Gas oder Flüssigkeit, nicht mit konstanter Geschwindig- ' keit in der Zulaufieitung. "Pm Falle des nxit Druckluft betriebenen Gerätes ist dieser Tatsache wenig Bedeutung beizumessen, da das Betriebsmittel • selbst kompressibel ist und die pulsierende Abnahme des Betriebsmittels

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von sich aus glättet. Wählt man jede ih eine praktisch inkompressible |

Flüssigkeit als Betriebsmittel, dann ist es zweckmässig, das Schlaggerät |

über eine Einrichtung zu speisen, die die Strömungsgeschwindigkeit in der |

Zulaufleitung weitestgehend konstant hält. Eine solche Einrichtung besteht f

zweckmässigerweise aus einem Raum, der mittels einer elastischen Mem- ;

brane als Trennwand in zwei Kammern unterteilt ist. Während sich in ]

Ker 6 ein kompressibles Gas befindet, ist Kammer 23 mit der jeweils I

gewählten Betriebsflüssigkeit gefüllt. Bewegt sich nun der Schlagkolben 2 §

I mit grosser Geschwindigkeit nach unten_? dann kann die hierfür erforderliche s Flüssigkeitsmenge weitergehend aus dem in Kammer 23 verfügbaren Flüssig- ff keitsvolumen gedeckt werden derart, dass sich das in Raum 6 befindliche Druckgas ausdehnt. Schlägt nun Schlagkolben 2 auf Einsteckwerkzeug 26 auf, dann wird im Zeitpunkt des Aufschiagens keine Betriebsflüssigkeit mehr abgenommen. Trotzdem kann jetzt aus der Zuleitung 7 Betriebsflüssigkeit in Raum 23 strömen und den Druck des in Raum 6 eingeschlossenen Gases wieder erhöhen. Die in Raum 23 einmündenden Flüssigkeitsleitungen werden zweckmässig derart dimensioniert, dass der Querschnitt von Kanal 7 wesentlich kleiner ist als der Querschnitt der Kanäle 22. Hierdurch wird erreicht, dass bei schneller Verdrängung der Betriebsflüssigkeit aus Raum 23 der Strömungswiderstand gering gehalten werden kann. Zur Unterstützung des gewünschten Verhaltens sind die Bohrungsränder 30 der Kanäle 22 zweckmässig gerundet, während der Bohrungsrand 32 von Kanal 7 scharfkantig bleibt. Auch kann der Flüssigkeitsaustritt 32, wie in Fig. 2 dargestellt, als Strömungsdrossel ausgebildet sein, wodurch der gewünschte Effekt in noch vollkommenerem Masse erreicht wird.

Es sind auch noch andere Speicherkonstruktionen denkbar, bei denen die Gasfeder durch eine Metall- oder Gummifeder ersetzt wird. Diese Bauarten haben jedoch, ebenso wie der Austausch der Membrane gegen einen fliegenden Kolben, den generellen Nachteil, dass die bewegten Massen zu gross sind, wodurch der Speicher träger auf Druckschwankungen reagiert als ein durch Gasfeder über Membran betätigter. Ein anderer, allerdings unzweckmässigerer Aufbau des Schlaggerätes ist noch derart möglich, dass der Speicher nicht im Gerät selbst, sondern getrennt in der Zulaufleitung ange-

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te* < ! - ' — fi — - j * · f · ordnet wird. Dann wird jedoch die zwischen Speicher-Austritt und Steuerschieber erforderliche Leitung von einer Flüssigkeit, der Strömungsgeschwindigkeit stark schwankt, durchflossen. Wie in Zuleitung 7 kann ebenso auch in Ablauf 8 ein gleich gearteter Speicher j angeordnet sein, der hier die pulsierende Strömung glättet. Wie jedoch Versuche gezeigt haben, ist der Einbau eines Speichers in der Ablaufleitung von wesentlich geringerer Bedeutung als in der Zulaufleitung. Es sind schlagende Druckluftwerkzeuge bekannt, die im Gestein steckengebliebene Ij Meissel oder Bohrer herausziehen derart, dass die Schlagrichtung in umgekehrter Weise erfolgt, wie s.B. beim Bohrhammer. Die beschriebene Em- ■ \ richtung lässt sich durch Umkehr ihrer Schlagrichtung auch für diesen Zweckl ■ verwenden. Es ist auch möglich, nach dem beschriebenen System hydrostatische Vibratoren zu bauen, die eine wesentlich höhere Leistung bei gleichem Gewicht ermöglichen als elektrische Vibratoren. Generell kann festgestellt werden, dass sich nach dem beschriebenen System die in einer mit konstanter Geschwindigkeit strömenden unter Druck stehenden Flüssigkeit enthaltene Leistung in schnelle, gradlinige Arbeitsbewegungen umwandeln lässt.

1. Schlaggerät, welches über eine beliebig lange Zuleitung- mit Druckmittel gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckmittel eine Flüssigkeit an Stelle eines Gases verwendet wird.

2. Schlaggerät nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät aus einem Gehäuse besteht, in dem Speicher, Steuerschieber und Arbeitskolben angeordnet sind.

3. Schlaggerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich Schlagkolben 2 und Steuerschieber 3 gegenseitig und wechselweise umsteuern.

4. Schlaggerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Glätten des pulsierenden Flüssigkeitsstromes in der Zuleitung ein Speicher eingebaut wird,

5,. Schlaggerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzächnet, dass zum Glätten des pulsierenden Flüssigkeits stromes in der Ableitung ein Speicher eingebaut wird.

6. Speicher nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Druckgas vorgespannter Membranspeicher verwendet wird.

7. Speicher nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch Metallfeder vorgespannter Kolbenspeicher verwendet wird.

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8. Speicher nach den Ansprüchen 4 und 5^ dadurch gekennzeichnet, dass ein durch Gummifeder vorgespannter Speicher verwendet wird,,

9. Speicher nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass

j als Flüs sigkeits eintritt ua'd Flüssigkeits austritt getrennte Kanäle 7 und

22 vorgesehen werden, so dass die Betriebsflüssigkeit vor dem Zutritt zu Steuerschieber 3 die Kammer 23 des Speichers passieren lanss.

10. Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Eintritts Öffnungen wesentlich kleiner ist als; der Querschnitt

^: der Austritts Öffnungen.

11. Speicher nach Anspruch 9_a dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungsränder 31 der Kanäle 22 strömungs günstig abgerundet sind, während der Bohrungsrand 32 von Kanal 7 scharfkantig ist,

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12. Speicher nach Anspruch LL, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrungs-

I rand 32 von Kanal 7, so wie in Fig. 2 dargestellt, als Strömungs-

i drossel ausgebildet ist.

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13. Schnelle, gradlinige Bewegungen ausführendes Gerät nach Anspruch 1,

I dadurch gekennzeichnet, daös es an beiden Arbeitskolbentotpunkten

I . dynamische Leistung abgibt und somit z.B. als Vibrator verwendet

β wird.

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14. Schnelle, gradlinige Bewegungen ausführendes Gerät nach Anspruch 1,

I dadurch gekennzeichnet, dass es zum Antrieb eines Mähmessers im

jp Landmaschinenbau verwendet wird.

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15. Schnelle^ gradlinige Bewegungen ausführendes Gerät nach Ansprcuh 1,

I dadurch gekennzeichnet, dass es zum Antrieb eines in Längsrichtung

I schwingenden Sägeblattes verwendet wird.

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