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Brennkraftschlaggerät Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftschlaggeräte
beliebiger Art, insbesondere Rammhämmer, Pfahlzieher, Tiefbohrgeräte u. dgl., wobei
entweder der Zylinder oder der Kolben des Gerätes als schlagender Teil dienen. Dabei
ist es gleichgültig, ob der Brennstoff in den Brennraum eingespritzt oder' in vergastem
Zustand in den Brennraum eingeführt wird. Auch ist die Erfindung nicht auf eine
besondere Anordnung und Ausbildung des Brennraumes und auch nicht auf eine besondere
Art der Spülung angewiesen.
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Mit der Erfindung wird das Ziel verfolgt, die Schlagleistung von Brennkraftschlaggeräten
zu steigern. Die Erfindung beruht auf der Erwägung, daß eine Erhöhung der Schlagleistung
praktisch nur durch Steigerung der Schlagzahl erreichbar ist, weil eine Erhöhung
des Bärgewichts notwendigerweise eine Verringerung der Schlagzahl und demgemäß keine
wesentliche Verbesserung der effektiven Leistung zur Folge haben kann. Eine Schlagzahlsteigerung
bei gegebenem Bärgewicht läßt sich nur durch Verkürzung des Hubes erreichen, mit
dessen Sicherstellung gleichzeitig der Vorteil verbunden ist, daß das Gerät in kurzer
gedrungener Bauart ausgeführt werden kann.
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Die bisher bekanntgewordenen Brennkraftschlaggeräte besitzen allgemein
nur geringe Schlagzahlen, da sie mit großen Hüben ausgeführt werden mußten, um die
gewünschte Schlagleistung zu erzielen. Es bestand wohl das Bestreben, die Leistung
durch'Steigerung
der Schlagzahl zu verbessern. Diese Leistungssteigerung
hat man dadurch zu erreichen versucht, daß man das Schlaggerät mit zwei entgegengesetzten
Brennräumen ausstattete, wobei also die Betätigung des schlagenden Teils sowohl
beim Schlaghub als auch beim Rückhub durch Brennkraft bewirkt wird. Eine nennenswerte
Leistungssteigerung läßt sich durch diese Doppelwirkung der Brennkraft nicht erreichen,
da beim ScIffiaghub die Brennkraft das Bestreben hat, den festen Geräteteil ruckartig
in rückwärtiger Richtung zu bewegen. Man kann dein zwar durch Vergrößerung des Gewichts
des festen Geräteteils in gewissem Ausmaß entgegenwirken; immerhin muß aber die
Größe der den Schlaghub bewirkenden Brennkraft in bestimmten Grenzen gehalten werden.
' Eine Leistungs- oder Schlagzalilsteigerung ließe sich auch dadurch erreichen.
daß man für die Ausbildung eines Luftpuffers Sorge trägt, welcher sich während des
Rückhubes bildet und den schlagenden Teil in der Schlagrichtung beschleunigt. Ein
solcher Luftpuffer würde jedoch kauen befriedigen. Es läßt sich vielleicht eine
geringe Steigerung der Schlagzahl erzielen, die aber keineswegs der erwünschten
raschen Schlagfolge entsprechen würde. Abgesehen davon- steht der geringen Schlagzahl-
und Leistungssteigerung auch hier der wesentliche Nachteil gegenüber, daß bei der
Ausbildung des Luftpuffers ein plötzlicher starker Druckanstieg erfolgt, welcher
eine ruckartige Bewegung des festen Geräteteils in rückwärtiger Richtung zur Folge
haben würde. wenn der letzte nicht besonders schwer ausgebildet wird.
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Die Erfindung lehnt sich an- Geräte der letztgenannten Art an, d.
h. also an Geräte, bei welchen der Rückhub des schlagenden Teils durch die Brennkraft
und der Schlaghub ausschließlich oder im wesentlichen durch ein elastisches Druckmittel
bewirkt werden. Bei solchen Geräten wird die Schlagzahlsteigerung erfindungsgemäß
dadurch gewährleistet, daß das den schlagenden Teil des Gerätes entgegen der Brennkraft
belastende elastische Druckmittel unter einer dauernden, zweckmäßig regelbaren Vorspannung
steht. Die Vorspannung kann durch eine Feder bewirkt werden, welche den schlagenden
Teil des Gerätes belastet. Vorteilhafter erscheint es jedoch, die Vorspannung durch
ein gasförmiges, den schlagenden Teil des Gerätes belastendes Druckmittel zu bewirken,
wobei es sich empfiehlt, den Druckmittelraum um ein Z"ielfaclies größer auszubilden
als den Raum, um welchen er durch den schlagenden Teil des Gerätes während des Verbrennungshubes
verkleinert wird. Wenn innerhalb des Gerätes für die Unterbringung des Druckmittelraumes
nicht genügend Volumen zur Verfügung steht @zder auf eine besonders gedrungene Bauart
des Gerätes Wert gelegt werden inuß, so kann (las günstigste Verhältnis zwischen
Druckinittelraum und Verdrängungsraum dadurch sichergestellt «-erden, daß der Druckmittelrauin
des Gerätes finit einem außerhalb des Gerätes befindlichen Druckmittelbehälter in
offene Verbindung gebracht wird.
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Die Aufladung des Druckinittelrauines kann durch Einleitung von Druckluft
oder eines beliebigen anderen Druckgases, z. B. durch Anzapfgas eines Verbrennungsmotors,
erfolgen. Darüber hinaus besteht aber auch die Möglichkeit, die Aufladung des Druckinittelrauines
durch Abbrennen von flüssigen oder festen gasbildenden Stoffen durchzuführen.
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Die durch L'ndichtigkeiten oder durch 1)ruckniittel\-erbrauch erforderliche
Nachladung des Druckmittelraumes kann in gleiclier Weise erfolgen wie die Aufladung.
Dazu empfiehlt es sich, das Gerät mit einem Verdichter oder mit einer Pumpe auszustatten.
Sofern diese Pumpe nur die Nachladung zu besorgen hat, ist es zweckmäßig, dieselbe
mit dem Gerät zu verbinden, derart, daß der Kolben am oder im festen und der Zvlinder
am oder im schlagenden Teil des Gerätes vorge-" sehen ist oder umgekehrt.
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Wegen der großen Steigerung der Schlagzahl und der entsprechend raschen
Folge der Verbrennungen muß eine sorgfältige Kühlung der Brennrauinwände und nach
Möglichkeit auch des Ambosses durchgeführt «-erden. Zweckmäßigerweise sind die Hohlräume
der Breinikammerwand und des Schlagambosses über biegsame Hin- und Rückleitungen
an einen außerhalb des Gerätes aufgestellten Rückkühler angeschlossen, der vorzugsweise
mit einem Ventilator und einer Kühlmittelunilaufpumpe ausgestattet ist. Fier den
Antrieb des Ventilators und der Urnlaufpunipe empfiehlt sich die Anordnung eines
gemeinsamen Antriebsmotors, an «-elchen gleichzeitig der Verdichter zur Aufladung
und Nachladung des Druckinittelraumes angeschlossen ist. Alle diese zusätzlichen
Einrichtungen sind vorzugsweise zu einem fahrbaren Aggregat zusammengebaut.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in Abb. i und 2 der Zeichnung in
zwei Ausführungsforinen dargestellt, und zwar in Form von 1Zaininhäminern, «-ober
im Interesse einer verdeutlichtenDarstellung die erfindungsgemäßen Merkmale teils
bei der einen und teils bei der anderen Ausführungsforen veranschaulicht sind. Abb.
3 zeigt das Schema eitler erfindungsgemäßen Gesamtanlage.
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Gemäß Abb. i und 2 besitzt das Hammergehä use i eine Brennkainmerbohrung
2, die
nach unten durch den Schlagamboßkolben 3 dicht abgeschlossen
ist. Am oberen Ende der Bohrung 2 sind die Auspuffschlitze 4 angeordnet. Der Schlagbär
ist als Stufenkolben ausgebildet. Er besteht aus dem Schlagkolben 5, dem Spülkolben
6 und dem Gegendruckkolben 7. Die einzelnen Kolben können natürlich auch hohl ausgebildet
sein, wie z. B. der Gegendruckkolben 7a in Abb. 2.
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Der Spülkolben 6 wirkt mit seiner oberen Kolbenfläche 8 als Spülpumpe,
die die Spülluft (oder auch das Brenngemisch eines Vergasers) über die Schlitze
9 in den Brennzylinder 2 drückt.
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Der Gegendruckkolben 7 ragt dicht anschließend in den Druckmittelraum
io, in welchem dauernd ein bestimmter Gasdruck herrscht. Die Größe dieses Druckes
und das Schlagbärge-,,vicht bestimmen die Schlagkraft des Gerätes. Durch Vergrößerung
oder Verkleinerung des Gasdruckes kann somit die Schlagkraft vergrößert oder verkleinert
werden.
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Die untere Kolbenfläche i i des Spülkol-
bens 6 wird zum Anlassen
des Schlaggerätes benutzt; sie ist größer als die Gegendruckfläche 7b ausgebildet,
um das Druckmittel aus dem Raum io für die Startung verwenden zu können. Dazu ist
seitlich ein Steuerzylinder 12 mit einem Steuerkolben 13 mit einer Eindrehung angeordnet.
Der Steuerzylinder ist über die Bohrung 15 mit dem Druckmittelraum io, über den
Kanal 16 mit dem Anlaßzylinderraum 17 und über den Kanal 18 mit der Außenluft verbunden.
Der Steuerkolben 13 hat eine zentrale Längsbohrung, in der eine Kolbenstange ig
sitzt, die durch beide Steuergehäusedeckel hindurchfuhrt. Der Kolben 13 kann mit
Hilfe eines Hebels 2o gegen die Wirkung einer Feder 21 hochgedrückt werden. Am oberen
Ende besitzt die Kolbenstange ig Einschnitte oder Bohrungen 2.4, die in der gezeichneten
unteren Stellung der Kolbenstangen den Raum 22 mit der Außenluft verbinden. In dem
Steuerkolben 13 ist eine Schnappkugel 23 gelagert, die in .eine Eindrehung der Kolbenstange
i9 eingreift und letzte mit dem Kolben kuppelt. Der Raum 22 steht über eine Bohrung
25 mit dem Spülzylinderraum26 in Verbindung. -An dem Spülkolben 6 ist das
Steuerrohr 27 befestigt, welches über die Bohrung 28 mit dem Druckmittelraum verbunden
ist und. in der Bohrung 29 des Gehäuses i geführt wird. An seinem unterenEnde ist
das Rohr 27 durch ein Ventil 30 geschlossen. Die durch den Hebel 31 einstellbare
Stoßstange 32 dient zum Anheben des Ventils 30 von seinem Sitz 33. Die Bohrung
29 ist über einen Kanal 34 mit einer Druckmittelkammer verbunden, in welcher der
Kolben 35 angeordnet ist, der die Einspritzpumpe 35 oder bei Gemischbetrieb eine
Zündeinrichtung betätigt. 29a ist eine Entlüftungsbohrung.
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Die Regelstange 37 der Einspritzpumpe 36 ist mit einem Kolben 38 verbunden,
der in lZichtung zur -Nullstellung durch die Feder 39 und in der entgegengesetzten
Richtung durch den über die Leitung 4o wirksamen Druck in dem Raum i i belastet
ist.
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Bei beiden Ausführungen ist das Gerät mit einer Naachladepumpe ausgestattet,
welche den Druck im Raum 1 5 selbsttätig aufrechterhält. Gemäß Abb. i besteht die
\ achladepumpe aus einem Kolben .41, der in eine entsprechende Bohrung 42 des Gegendruckkolbens
7 eingreift und dessen Bohrung .43 über die beiden Ventile .44. wechselweise mit
der Außenluft und dem Raum i o verbunden ist. Nach Abb. 2 besteht die \ achladepumpe
aus einem Kolben .45, der an dem Spülkolben 6 befestigt ist und in der Bohrung .46
des Gehäuses i gleitet. Der Kolben saugt Luft über eines der Ventile .48 an und
druckt die verdichtete Luft über das andere Ventil .f8 an und über die Leitung 47
in den Behälter io. Am oberen Ende des in Abb. 2 dargestellten Schlaggeräts ist
der Treibstoffbehälter 71 und der Schmierölbehälter 72 vorgesehen. Der Druckmittelbehälter
i o ist mit einer Füllöffnung versehen, die durch ein Rückschlagventil 4.9 abgeschlossen
ist.
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-Nach Abb. i ist der Zündraum 5o ringförmig und liegt außerhalb der
Schlagfläche; nach Abb. 2 wird der Zündraum 51 durch Ausnehmungen im Schlagkolben
5 _ und im Amboß 3 gebildet, so daß er innerhalb der Schlagfläche liegt.
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Die Kühlung des Schlaggeräts ist in Abb. i veranschaulicht. Der Brennzylinder
2 ist mit einem Kühlmantel 52 umgeben, und der Schlagamboßkolben 3 besitzt einen
Hohlraum 53, der durch die Öffnung 5.4 mit dem Kühlmantel 52 und durch die Öffnung
55 mit dem Kühlmittelzuflußstutzen 56 verbunden ist. Der Kühlmittelabfluß erfolgt
bei 58.
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Abb. 3 zeigt den LTmriß des Brennkraftschlaggeräts 6o mit dem Kühlmittelzufluß
56 und -abfluß 58. Die beiden Schlauchleitungen 61 und 62 führen zu dem Zellenkühler
63. Der Motor 6.4 treibt den Ventilator 65 und die Kühlmittelumlaufpumpe 66. Auf
dem Motorkurbelgehäuse ist ein V erdichterzylinder 67 aufgesetzt, der durch eine
Schlauchleitung mit dem Treibgasbehälter io verbunden ist. Das ganze Aggregat ist
auf einen Luftkessel 69
aufgebaut, der- mit dem Druckmittelraum io in offener
Verbindung steht und auf Rädern 7 o ruht.
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Die Bedienung und Wirkungsweise des Geräts sind wie folgt: Zunächst
wird der Raum io mit einem
gasförmigen Druckmittel, z. B. Druckluft.
aufgeladen, die durch das Füllventil d.9 zugeführt wird. Dann wird durch Niederdrücken
des Hebels 2o die Kolbenstange i9 mit Steuerkolben 13 in die Anlaßstellung geschoben,
so daß das aus dem Raum io über .die Kanäle 15 und 16 in den Zylinderraum 17 einströmende
Druckgas den Kolben 5, 6, 7 anhebt. Sobald die Unterkante des Spülkolbens 6 die
Mündung 25a des Kanals 25 freigibt, strömt das Druckmittel durch die Bohrung 25
in den Raum 22 oberhalb des Steuerkolbens 13 und drückt denselben in seine Ausgangsstellung
zurück. Der Kolben 13 kann sich dabei dank der Schnappkupplung auf der Kolbenstange
ig verschieben. Nach Loslassen des Hebels 20 wird die Kolbenstange i9 durch die
Feder 21 zurückgeführt. Der Zylinderraum 17 steht nunmehr über den Kanal 18 mit
der Außenluft in Verbindung, so daß der Schlagbär den ersten Schlaghub ausführen
kann. Das Gerät ist damit in Betrieb gesetzt.
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Durch den Verbrauch von Druckgas beim Anlassen sinkt der Druck im
Behälter io etwas; infolgedessen drückt die Feder 39 den Regelkolben 38 in Richtung
zur Schlußste1-lung, so daß die Treibölzufuhr ein wenig gedrosselt wird. Dadurch
wird verhindert, daß der Schlagbär beim Verbrennungshub wegen des geringeren Gegendrucks
im Behälter io zu hoch emporgesclileudert wird. Beim Wiederansteigen des Gasdrucks
verstärkt der Kolben 38 selbsttätig die Einspritzung. Eine zusätzliche Handregelung
kann zweckmäßig vorgesehen sein.
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Bevor der Schlagbär auf den Amboß 3 trifft oder gleichzeitig mit seinem
Auftreffen wird das Ventil 30 durch die Stoßstange 32 von seinem Sitz 33
abgehoben, so daß Druckgas über die Bohrung 28 und den Kanal 34. unter den.Kolben
35 gelangt und diesen nach oben drückt. Infolgedessen wird die Einspritzpumpe 36
betätigt, welche eine bestimmte Ölmenge in den Brennraum fördert. Bei der Verbrennung
bewegt sich der Schlagbär nach oben, und das Steuerrohr 27 gibt die Bohrung 29a
frei, wodurch der Kolben 35 entlastet wird und in seine Ausgangslage zurückkehrt.
In gleicher Weise können auch z. B. Schmierölpumpen betrieben werden, die zweckmäßig
ebenfalls an den Kolben 35 angeschlossen sind.
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Bei jeder Hubbewegung fördert die 'achladepumpe 41 oder 4.5 Luft in
den Behälter io. Die Pumpe ist so groß bemessen, daß der größte Luftbedarf gedeckt
wird. Überschüssige Luft kann über ein Überdruckventil abgeblasen werden.
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Gegebenenfalls und insbesondere bei sehr großen Brennkraftschlaggeräten
kann ein Hilfsaggregat gemäß Abb. 3 vorgesehen sein.
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Der Motor 64 treibt den Ventilator 65 und die Kühlinittelumlaufpumpe
66 des Kühlers 03, wodurch die Kühlung des Brennzylinders 6o bewirkt wird. Auch
das Füllen des ganzen Kühlsystems bei Arbeitsbeginn kann durch die Külilinittelumlaufpumpe
66 durch Anschluß <in einen Saugstutzen 66a besorgt werden.
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.Der Motor 64. ist mit einem Verdichter 67 zusammengebaut, der seine
Druckluft in den Luftkessel 69 fördert. Der Kessel 69 ist durch die Leitung 68 mit
dem Druckmittelraum io verbunden.
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Bei Verwendung eines Hilfsaggregates gein äß i Abb. 3 ist es natürlich
nicht erforderlich, das Gerät mit einer N achladepumpe auszustatten. Andererseits
läßt sich das Hilfsaggregat durch Wegfall des Verdichters 67 und gegebenenfalls
auch des Luftkessels 69 vereinfachen, wenn das Gerät eine Nachladepumpe besitzt
und andere Druckmittelquellen für die Aufladung des Gegendruckraumes io zur Verfügung
stehen.
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In den Fällen, wo ohnehin ein Antriebsmotor vorhanden ist, können
der Ventilator, die Umlaufkühlpumpe und der Verdichter für den Anschluß an diesen
Motor eingerichtet sein. Diese Möglichkeit besteht z. B. bei Rammanlagen, deren
Gerüst einen Motor zum Antrieb des Windwerks trägt. In diesem Falle können die Hilfsmaschinen
auf dem Gerüst angeordnet sein.