DE662833C - Elektromagnetisches Schlagwerkzeug - Google Patents

Description

Mit Gleichspannung betriebene elektromagnetische Schlagwerkzeuge, ζ. Β. solche, bei denen ein Magnetanker oder ein als solcher ausgebildeter Hammerbär durch wechselweise ein- und ausgeschaltete Magnetspulen in hin und her gehende Bewegung versetzt wird und bei denen die Ein- und Ausschaltung der Spulen beispielsweise durch eine vom Anker oder Hammerbär selbst betätigte Schaltvorrichtung erfolgt, haben sich bisher trotz der durch den einfachen mechanischen Aufbau bedingten Vorzüge nicht in die Praxis einführen können.

Der Grund hierfür ist — abgesehen von Schwierigkeiten an der Schaltvorrichtung, die jedoch als überwindbar vorausgesetzt sein sollen — in der Hauptsache in dem unbefriedigenden Wirkungsgrad als Folge prozentual zu hoher Stromwärmeverluste und damit in der im Verhältnis zum Baustoff- und Leistungsaufwand zu geringen Schlagleistung zu sehen.

Es wäre zwar an sich möglich, die Schlagleistung durch Steigerung der elektrisch zugeführten Leistung ebenfalls zu steigern; jedoch würde dann erfahrungsgemäß infolge der in mindestens gleichem Maße steigenden Stromwärmeverluste in den Magnetspulen die Erwärmung des ganzen Schlagwerkzeugs unzulässig hoch werden. Ebenso wäre eine Verminderung insbesondere der Stromwärmeverluste wohl durch Vergrößerung des Leiterquerschnittes der Spulen erreichbar, jedoch würde dies zu unwirtschaftlich großem Materialaufwand und außerdem zu einem die Handhabung erschwerenden hohen Gewicht führen. Mit den angeführten bekannten Mitteln ist also keine durchgreifende Verbesserung zu erzielen.

Zur Behebung der beschriebenen Schwie-, rigkeiten werden erfindungsgemäß Anordnungen vorgeschlagen, deren gemeinsames Ziel die Verminderung der prozentualen Stromwärmeverluste und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades sowie eine Steigerung der Schlagleistung ist und die sowohl jede für sich als auch mit besonderem Vorteil gemeinsam zur Anwendung gelangen können.

Die erste Anordnung nach der Erfindung besteht darin, die elektrischen und mechanischen Größen eines Schlag Werkzeugs der bezeichneten Art in der Weise aufeinander abzugleichen, daß die elektrische Zeitkonstante jeder Magnetspule zu ihrer Einschaltdauer, die wiederum durch die Hubzeit bzw. Hubzahl je Sekunde bestimmt wird, in ein bestimmtes Verhältnis gebracht wird.

Dieses Verhältnis ist dann am günstigsten, wenn das elektromagnetische Schlagwerkzeug erfindungsgemäß so ausgeführt wird, daß die elektrische Zeitkonstante einer jeden Magnetspule, bezogen auf die Stellung des Ankers bzw. Hammerbärs bei Beginn des der Spule zugeordneten Hubes, zur Einschaltdauer der Spule in einem Verhältnis steht, das mindestens = 0,5, nach Möglichkeit = 0,7 bis 1,0 ist. Eine Steigerung dieses Verhältnisses

über ι,ο hinaus bringt nur noch verhältnismäßig geringen weiteren Gewinn.

Die so bestimmte gegenseitige Angleichung der elektrischen Größen und der mechanisehen Bewegungsverhältnisse des Ankers, die ihrerseits die jeweilige Einschaltdauer'·; bestimmen, hat Gültigkeit für elektro¹' magnetische Schlagwerkzeuge jeder Art, also sowohl für solche mit nur einer Magnetspule,

ίο deren Anker bzw. Hammerbär schwingfähig, beispielsweise an einer Feder, aufgehängt ist, als auch für solche mit zwei Spulen, die wechselweise ein- und ausgeschaltet werden.

Für die praktische Einhaltung des Zeitkonstantenverhältnisses nach der Erfindung ist es notwendig, den absoluten Betrag der aufgenommenen elektrischen Leistung mit den Abmessungen, der Masse und der sekundlichen Hubzahl des Ankers in gegenseitigen Einklang zu bringen, da wie für andere elektrische Maschinen auch hier die Stromdichte in den Spulen gewisse erfahrungsmäßige Werte nicht überschreiten darf. Steller? sich beispielsweise die Stromwärmeverluste in einem ausgeführten Schlagwerkzeug als unzulässig hoch heraus, so ist ohne Änderung der Windungszahl und des Widerstandes der Magnetspulen Abhilfe möglich entweder durch Verkürzung der Hublänge oder durch Verringerung der Masse des Ankers, wodurch in beiden Fällen die sekundliche Schlagzahl steigt und die Einschaltdauer sinkt, oder durch Vergrößerung des Querschnitts des Ankers unter Beibehaltung seiner Masse oder schließlich, durch günstigere Formgebung der Luftspaltbegrenzungsfiächen, z. B. durch kegelförmige Ausbildung. Die letzteren beiden Maßnahmen bewirken eine Erhöhung der magnetischen

4.0 Leitfähigkeit und damit der elektrischen Zeitkonstante bei Hubbeginn. Allen diesen Maßnahmen gemeinsam ist eine Verminderung der aufgenommenen elektrischen Leistung und der Stromwärmeverluste, unter gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrades, ohne daß dabei die Schlagleistung herabgesetzt zu werden braucht.

Die Schlagleistung von Schlagwerkzeugen, bei denen der Anker bzw. Hammerbär durch eine Schlagspule und eine Rückhubspule angetrieben und gegen Ende des Rückhubes durch eine Rückprallfeder oder ein ähnliches elastisches Mittel aufgefangen und in umgekehrter Richtung wieder beschleunigt wird, läßt sich nun auch durch eine zweite erfindungsgemäße Anordnung bedeutend steigern, durch welche die prozentualen Stromwärmeverluste ebenfalls sinken, und zwar dadurch, daß Windungszahl und Leiterquerschnitt der beiden Spulen so verschieden bemessen werden, daß der Widerstand des Schlagspulenstromkreises nur ein Bruchteil desjenigen des Rückhubspulenkreises ist. Erfindungsgemäß liegt dieser Bruchteil in der Größenordnung von etwa ¹Z₂ bis ¹Z₆.

Durch diese Anordnung, die mit gleicher Wtfkung sowohl bei gleichstrom- als auch bei wechselstromgespeisten Schlagwerkzeugen anwendbar ist, wird erreicht, daß je Hub die geleistete Schlagarbeit der Schlagspule etwa ebenso groß oder größer wird als die der Rückhubspule, obwohl die Einschaltdauer der Schlagspule, d. h. also auch die für die Arbeitsleistung je Hub zur Verfügung stehende Zeit, nur ein Bruchteil — in der Größenordnung etwa ¹Z₂ bis -¹Z₄ — der Einschaltdauer der Rückhubspule ist. Die Verschiedenheit der Einschaltdauern folgt daraus, daß nach Vollendung des Schlaghubes der Anker oder Hammerbär infolge Umwandlung seiner Bewegungsenergie in Schlagarbeit beim Nieten, Meißeln u. ä. fast oder ganz zur Ruhe kommt, so daß seine Anfangsgeschwindigkeit im anschließenden Rückhub nur .gering ist, während er nach Vollendung des Rückhubes und nach Umkehrbeschleunigung durch die Rückprallfeder bereits mit erheblicher Anfangsgeschwindigkeit in den Schlaghub eintritt. Die dadurch bedingte Verschiedenheit der Dauer von Schlaghub und Rückhub' hat wegen des notwendigen Gleichlaufs der Spulenschaltungen mit den Bewegungen des Ankers bzw. Hammerbärs auch eine entsprechende Verschiedenheit der Einschaltdauern zur Folge. Das trifft auch dann zu, wenn aus' Gründen konstrukth'er Durchbildung der Schaltvorrichtung die Spulen schon etwas vor Beginn der zugeordneten Hubbewegung des Ankers eingeschaltet werden oder allgemein die Einschaltdauer nicht gleich der Hubzeit ist.

Während die erfindungsgemäße sehr verschiedene Ausführung der beiden Spulen bei Dauereinschaltung zur Folge haben würde, daß die Schlagspule ein Vielfaches der elekirischen Leistung der Rückhubspule aufnehmen und infolgedessen durch unzulässig hohe Stromwärme viel schneller zerstört, werden würde als die Rückhubspule, kann im arbeitenden Werkzeug wegen der viel kürzeren Einschaltdauer der Schlagspule etwa gleich hohe Erwärmung der beiden Spulen, also höchstmögliche Ausnutzung des Werkzeuges als Ganzem, erreicht werden.

Diese Anordnung hinsichtlich ihrer Windungszahl, ihres Widerstandes und ihrer Schlagzeit stark verschiedener Spulen bringt für Schlagwerkzeuge jeder Größe eine sprunghafte Steigerung der Schlagleistung mit sich, unabhängig davon, ob gleichzeitig das erstbesprochene Zeitkonstantenverhältnis eingehalten wird oder nicht.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung nach dem Zeitkonstantenverhältnis für Zweispulenwerkzeuge müssen wegen der großen Verschiedenheit der Einschaltdauern auch die Zeitkonstanten verschieden werden, also die der Rückhubspule erheblich größer als die der Schlagspule. Das kann bei der praktischen Ausführung, besonders von kleineren Schlagwerkzeugen, auf Schwierigkeiten stoßen, vor allem dann, wenn der für die Rückhubspule zur Verfügung stehende Wickelraum nicht oder nur unerheblich größer gemacht werden kann als der für die Schlagspule.

Da der Querschnitt des magnetischen Kreises in beiden Spulen wegen des in beiden Richtungen arbeitenden Ankers bzw. Hammerbärs aus Gründen einfacher Konstruktion meist der gleiche ist, wird erfindungsgemäß durch unterschiedliche Ausbildung der Luftspaltbegrenzungsflächen an den beiden Enden des Ankers bereits eine erhebliche Verschiedenheit der magnetischen Leitfähigkeiten und damit auch der Zeitkonstanten bei Hubbeginn erreicht. Zu dem Zweck werden die Luftspaltflächen in der Rückhubspule vorzugsweise in an sich bekannter Weise kegelförmig, die in der Schlagspule eben, senkrecht zur Bewegungsrichtung, ausgeführt, wie an einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt. Hierin ist α der gleichzeitig den Magnetanker bildende Hammerbär, der durch eine Schlagspule c und eine Rückhubspule d angetrieben wird. Der Bär α schlägt auf den Schaft e des Arbeitsansatzes (Meißel o. ä.) und wird durch eine Rückprallfeder f vermittels eines Stößels b nach Vollendung des Rückhubes elastisch aufgefangen und in umgekehrter Richtung wieder beschleunigt. Der Stößel b kann auch gleichzeitig zur Betätigung einer nicht gezeichneten Schaltvorrichtung für die Spulen verwendet werden. Die durch verschiedene magnetische Anfangsleitfähigkeiten bewirkte Verschiedenheit der Zeitkonslanten bei Hubbeginn kann in vielen Fällen zur Angleichung an die verschieden langen Einschaltdauern der beiden Spulen genügen. Reicht diese Maßnahme nicht aus, so kann man dadurch nachhelfen, daß für die Rückhubspule ein größerer Anteil des gesamt verfügbaren Wickelraumes vorgesehen wird als für die Schlagspule, wie beispielsweise in der Zeichnung dargestellt. Praktisch ausreichend ist es, wenn z. B. das Zeitkonstantenverhältnis für die Rückhubspule 0,6, für die Schlagspule 0,9 beträgt. Da das Verhältnis meist für die Schlagspule größer ist als für die Rückhubspule und in ersterer infolgedessen die prozentualen Stromwärmeverluste, die mit steigendem Zeitkonstantenverhältnis stark fallen, erheblich kleiner gehalten werden können als in der Rückhubspule, ist es umgekehrt möglich, bei gleicher Erwärmung der beiden Spulen die Schlagleistung der Schlagspule größer zu machen als die der Rückhubspule.

Für die Anwendung der allgemein gültigen erfindungsgemäßen Anpassung des elektrischen und mechanischen Größen, ausgedrückt durch das Zeitkonstantenverhältnis, sowie der erfindungsgemäßen verschiedenen Ausführung der elektrischen und magnetischen Kreise der Spulen eines Zweispuleuwerkzeugs ist es gleichgültig, ob die die Stromkreise steuernde Schaltvorrichtung vom Anker oder Hammerbär selbst, also mehr oder weniger zwangsweise betätigt wird oder ob eine vom Schlagwerkzeug getrennt angeordnete mechanisch unabhängige Schaltvorrichtung verwendet wird, da auch in letzterem Falle Ein- und Ausschaltung der Spulen und damit die Einschaltdauern in Einklang mit der jeweils zugeordneten Hubbewegung des Ankers stehen müssen.

Ferner tritt die beschriebene Erhöhung der Schlagleistung durch verschiedene Ausbildung der elektrischen Stromkreise der beiden Spulen nicht nur bei Schlagwerkzeugen ein, die mit Gleichspannung betrieben werden, sondern aus denselben Gründen auch bei mit Wechselstrom betriebenen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι . Anordnung zur Verminderungder Verluste in gleichstromgespeisten elektromagnetischen Schlagwerkzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß durch gegenseitige Anpassung der elektrischen und mechanischen ■ Größen des Schlagwerkzeugs die elektrische Zeitkonstante jeder Magnetspule ihrer der zugeordneten Hubbewegung des Magnetankers entsprechenden Einschaltdauer in der Weise angeglichen ist, daß das . Zeitkonstante bei Hubbesinn

   Verhältnis EinSitdauer"-" ^mm" ,05

   destens = o,5, möglichst jedoch — 0,7 bis 1,0 oder größer ist.
2. 2. Anordnung zur Verminderung der Verluste in elektromagnetischen Schlagwerkzeugen, vorzugsweise nach An- no Spruch i, die mit Schlag- und Rückhubspule sowie einem elastischen Mittel zur Umkehr der Bewegungsrichtung des Magnetankers nach dem Rückhub, beispielsweise einer Rückprallfeder oder einer Federaufhängung des Magnetankers, ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Windungszahlen und Leiterquerschnitte der Spulen so verschieden ausgeführt sind, daß der elektrische Widerstand des Schlagspulenstromkreises ein Bruchteil des A¥iderstandes des Rückhub-

   Spulenstromkreises, in der Größenordnung von etwa Y₂ bis ^a/₀> ist.
3. 3. Elektromagnetisches Schlagwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2 mit Schlag- und Rückhubspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspaltbegrenzungsflächen der beiden Enden des Magnetankers oder als solchen ausgebildeten Hammerbärs und ihre Gegenflächen auf der Schlag- und Rückhubspulenseite in einer solchen Weise verschieden ausgeführt sind, daß die bei Hubbeginn vorhandene magnetische Leitfähigkeit des magnetischen Kreises der Rückhubspule erheblich größer ist als die des magnetischen Kreises der Schlagspule.
4. 4. Elektromagnetisches Schlagwerkzeug nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Ausbildung des magnetischen Kreises an der Stelle des veränderlichen Luftweges, d. h. durch die Ausbildung der Luftspaltbegrenzungsflächen als kegelförmige Flächen auf der Rückhubspulenseite und als ebene, zur Bewegungsrichtung senkrecht stehende Flächen auf der Schlagspulenseite.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen