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Vorrichtung zum Antrieb eines stoßend wirkenden Werkzeugs, z. B. zum
selbsttätigen Gewinnen und Verladen von Kohle Zusatz zum Patent 882084 Gegenstand
des Patents 88.2 084 ist ein, stoßend wirkendes Werkzeug, z. B. eine Vorrichtung
zum selbsttätigen Gewinnen und Verladen von Kohle odersonstigen bergmännischen Produkten,
welches einmal durch eine elastische Kraft ständig in der gewollten Stoßrichtung
unter Spannung gehalten wird und welches im übrigen unter der Einwirkung einer in,der
Stoßrichtung hin und her schwingenden Masse entsteht, die eine ,gegenläufige Schwingbewegung
des Werkzeugs verursacht. Beidem Ausführungsbeispiel -des Hauptpatents sollte die
schwingende Masse gelenkig mit dem Werkzeug verbunden sein. Es sollten beispielsweise
Rotationskärper mit exzentrischer Schwerpunktlage in dem Werkzeugkörper gelagert
sein. Dabei sind aber stets Mittel vorzusehen, welche die Sch.wingungskomponenten
der rotierenden Massen unwirksam machen, die nicht in der Stoßrichtung des Werkzeugs
verlaufen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine andere Ausführungsmöglichkeit des
Erfindungsgedankens des Hauptpatents, wobei die schwingende Masse nicht mehr gelenkig,'
sondern nur elastisch mit dem Werkzeugkörper verbunden ist. Dite schwingende
Masse
besteht dabei in einem lediglich in. der gewollten Stoßrichtung hin und her schwingenden
Kolben oder sonstigen Wuchtkörper. Der Antrieb der schwingenden Masse kann durch
ein beliebiges Kraftmittel erfolgen. Besonders vorteilhaft erscheint die Verwendung
von Druckluft oder elektrischem Strom.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispieleder Erfindung dargestellt.
Es. zeigt' Fig. i einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Wuchtmotors
mit Preßluftantrieb, Fig. 2 eine andere Ausführungsmöglichkeit, ebenfalls für Preßlu
ft, Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel .mit senkrechter Stoßrichtung und elektrom@agnetischern
Antrieb.
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Bei der Ausführung entsprechend Fig. i bewegt sich indem Zylinder
io, ein Kolben i i. Der Zylinder io ist an beiden Enden durch Deckel 12 und 13 verschlossen.
An dem Zylinder io sind, U-Eisen 14 und 15 angeschweißt. Die so gebildeten Einführungskanäle
16 für die Druckluft stehen miteinander in Verbindung und sind an ihren Stirnenden
durch Bleche 17 abgedichtet. Die Preßluftzuführung erfolgt durch den Stutzen 18
über ein nicht dargestelltes Absperrventil oder sonstige Steuergeräte. Der Kolben
i i, der sich -in dem Zylinder io verschieben kann, isst zur besseren Dichthaltung
an beiden Enden mit Kolbenringen ig versehen. Ferner weist :der Kolben an beiden
Enden Rückschlag- oder Kompressionsventile 2o auf, die ein Zurückströmen der Preßluft
aus den Arbeitsräumen 21 und 22 durch den Kolben hindurch verhindern. Der Eintritt
der Preßluft in ,die Räume 21 und 22 erfolgt je nach der Stellung des Kolbens i
i durch die Bohrungen 23,24 bzw. 2:5, 26 an einem der Rückschlagventile 20 vorbei
in einender Arbeitsräume 21 oder 22. Die verbrauchte Druckluft strömt aus diesen
Arbeitsräumen 20, 21 durch im Zylinder io vorgesehene Öffnungen 27 ins Freie, -sobald
die Kolbenenden diese Bohrungen freilegen. In dem Zylinderdeckel 12 ist noch ein
Anlaßventil 28 vorgesehen, welches nur den Zweck hat, Aden Kolben i i vor der Einführung
der Frischluft bei 18 nach rechts, in der Bildebene gesehen, zu schieben. Im übrigen
ist der Zylinder i i an seinem linken Ende mit einer Iz-eilschneide 29 oder einem
sonstigen Werkzeug versehen. Von rechts wird das ganze Gerät durch eine elastische
Kraft in der gewollten Stoßrichtung nach links gedrückt. In der Zeichnung ist lediglich
eine Anpreßfeder 30 .dargestellt. Diese kann dem Fortschritt der Arbeitsleistung
entsprechend durch eine Vorschubeinrichtung, beispielsweise eine Winde, eine Schraubspin@del
oder ein; einzuholendes Zugseil, nachgestellt werden.
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Bei .der beschriebenen Einrichtung ergibt sich folgende Wirkungsweise:
Die Druckluftzuführung bei 18 bleibt zunächst verschlossen. Durch das Anlaßventi128
wird für einen kurzen Augenblick Preßluft in den Arbeitsraum 21 eingelassen, so
daß der Kolben i i nach rechts schwingt und die Austrittsöffnungen 27 für den Arbeitsraum
2i freigelegt werden. Gleichzeitig werden dadurch die Verbindungen zwischen den
Bohrungen 2s5 im Zylinder i i und 26 im Kolben durch das überlaufen des Kolbens
verschlossen. Im nächsten Augenblick wird die Druckluft durch -den Stutzen 18 eingelassen.
Damit der Lufteinlaß -bei 18 in der richtigen Reihenfolge nach vorheriger kurzer
Öffnung des Anlaßventils 28 erfolgt, können die beiden Absperreinrichtungen zwangsläufig
miteinander verbunden bzw. zu einem Absperrorgan vereinigt sein. Durch das Vorschieben
ides Kolbens i i nach rechts erfolgt zunächst in dem Raum 22 eine Kompression der
darin befindlichen Luft. Andererseits hat die Frischluft durch die Zylinderbohrung
23 und die Bohrung 24 des Kolbens i i und dem Rückschlagventil 2o vorbei freien
Eintritt in den Arbeitsraum 22. Dadurch wird der Kolben i i nach links getrieben.
Durch das überlaufen der Bohrungen 24 und 23 wird schließlich der weitere Lufteintritt
in den Arbeitsraum 22 verhindert. Ferner .kann die verbrauchte Arbeitsluft aus dem
Raum 22 durch die Auspufföffnungen 27 entweichen. Die gleichen Vorgänge spielen
sich anschließend auf der linken Seite des Kolbens ii im Arbeitsraum 2i ab. Die
mit der Druckluft dem Kolben ii zugeführte Energie steigert die Geschwindigkeit
desselben. Die Hubzahl wächst, bis durch eine Luftdrosselung oder sonstige Widerstände
das Höchstmaß der Hubzahl erreicht ist. Der Kompressionsdruck in den Arbeitsräumen
21 und 22 nimmt hierbei Werte an, die ein Vielfaches des Arbeitsdruckes ausmachen.
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Infolge der Schwingbewegungen des Kolbens i i wird, auch der frei
gelagerte Zylinder io mit den Werkzeugen 29 in der gewollten Stoßrichtung in Schwingungen
versetzt, während, wie schon. erwähnt wurde, die Werkzeuge andererseits sdurch die
Feder 30 ständig unter Spannung gehalten werden. Die Bewegung des Kolbens
ii entgegen der Stoßrichtung verursacht einen Rückstoß auf die Werkzeuge 29, die
ohnehin bereits -durch die Feder 30 mit erheblicher Kraft angepreß-t werden. Bewegt
sich der Kolben i i in der Stoßrichtung, so wird der Zylinder io mit den Werkzeugen
entgegen der Stoßrichtung und unter zusätzlicher Spannung der Feder So. etwas vom
Stoß abgehoben oder entlastet. Diese in der Feder 30 gespeicherte Energie wird bei
der nächsten Bewegungsphase des Kolbens i i durch eine Verstärkung des Anpreßdrucks
der Schneiden 2,9 voll wirksam.
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Bei .der beschriebenen Einrichtung ist es die Kompression der Luft
inden Arbeitsräum"en:2i und 22. also die Bildung elastischer Luftkissen, die bei
einer schwingenden Bewegung des Kolbens i i jeweils eine gegenläufige Schwingung
des Zylinders io und damit der Werkzeuge 29 hervorruft.
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Eine ähnliche Wirkung ergibt sich bei sder Ausführung des Wuchtkörpers
entsprechend Fig.2. Das eigentliche Werkzeug und die elastische Anpreßvorrichtung
für das gesamte Gerät sind hierbei fortgelassen. Der Zylinder 31 ist wiederum an
beiden Enden durch einen Deckel
32, 33 verschlossen. In dem Zylinder 31 bewegt
sich der Kolben 34. Die verjüngten Fortsätze 35 und
36 greifen kolbenartig
in die zylindrischen Ausnahmen 37 und
| 38 der Zylinderdeckel 2 und 33 ein. Auf diese |
| Weise werden die Kompressionsräume 39, und d.o |
| gebildet, während als Arbeitsräume nur die ring- |
| förmigen Räume4z und 42 dienen. Die Druckluft |
| gelangt aus dem Steuergehäuse 43 je nach der Stel- |
| lung des Kolbenschiebers 4.:I durch einen der Kanäle |
| q5 in einen dieser Ringräume 41 und d:2. Gleich- |
| zeitig ist der andere Raum durch den Kanal 45 mit |
| dem Auspuff verbunden. |
Der Antrieb des Steuerschiebers 4q. kannbeispielsweise .durch einen nicht dargestellten
Lamellenmotor erfolgen, auf dessen Kurbelzapfen ein Stein 47 angebracht ist, der
in eine quer zur Längsrichtung des Kolbenschiebers 44 vorgesehene Gle@itbahn eingreift.
Auf jeden Fall ist der Steuerschieber .LI vollkommen unabhängig von der Bewegung
-des Kolbens 3d., ebenso wie die Stellung dieses Kolbens 34 innerhalb (des Zylinders
31 für das Arbeiten des Steuerschiebers 44 . ohne Bedeutung ist.
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Die Kompressionsräume 39 und 40 stehen durch, die Kanäle 48 und 49
mit dem Steuergehäuse 43 in ständiger Verbindung. Dabei sind in den Zuführungskanälen
48 und 4:g Rückschlagventile angeordnet. Die Preßluft kann also mit ihrem normalen
Netzdruck in die Kompressionsräume 39 und d.o eintreten. Siekann abernicht wiederzurückströmen.
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Die beschriebene Einrichtung ergibt folgende Wirkungsweise: Der Einlaß
der Druckluft in das Steuergehäuse 43 wird freigegeben. Ebenso wird der Antrieb
des Steuerkolbens 44 neingeschaltet. Die Folge .davon ist, daß die Preßluft abwechselnd
durch einen der Kanäle 45 in einen der Ringräume 41 und 4.2 eintritt. Der Arbeitskolben
34 schwingt demgemäß in seiner Längsrichtung hin und her. Die Schwingungszahl wächst
mit -der Hubzahl des I-Colbenschiebers 4.q.. Mit dem Anwachsen der Sch.wingungszahl
des Kolbens 34 werden aber auch die Kompressionsdrücke in den Räumen 39 und 40,
die zunächst nur mit dem normalen Netzdruck gespeist waren, entsprechend höher.
Da bei jedem Hinundhergang des Kolbens 34 diesem neue Energie zugeführt wird, so
wird dieser in seiner Schwingungsphase dem Kolbenschieber 34 so weit voreilen, bis
die Einströmung :der Preßluft in die Arbeitsräume 41 und .I2 verspätet erfolgt.
In diesem Fall ist die Einströmung in die Arbeitsräume dann noch offen, wenn sich
der Kolben' 3d. wieder rückläufig bewegt. Es wird alsdann ein Teil der Einströmu.n:gsluft
wieder durch die Zuführungsleitung a.5 in das Netz zurückgeführt. Es wird also nur
so viel Druckluft verbraucht, wie zur Überwindung der Leerlaufarbeiterforderlich
ist. Erst bei der Arbeitsleistung des mit dem Zylinder 31 verbundenen Werkzeugs
nimmt der Luftverbrauch wieder zu.
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Im übrigen ist die Wirkungsweise der Einrichtun- entsprechend Fig.
2 die gleiche wie -bei der Ausführung nach Fig. r. Es wird durch die Schwingbewegungen
des Kolbens 34 jeweils über ein elastisches Luftkissen ein Rückstoß ,auf den Zylinder
3i ausgeübt, so daß dieser Zylinder mit dem ihm verbundenen Werkzeug Schwingungen
vollführt, die den Schwingbewegungen des Kolbens 34 jeweils entgegengerichtet sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 3 der Zeichnung wird der Wuchtmotor
elektrisch angetrieben. Der Weicheisenblechkern 5,0 ist mit den beiden Wicklungen
51 und 52 versehen, die derart hintereinander oder parallel geschaltet sind, .daß
die Enden 53 und 54 immer gleiche Polarität besitzen und der mittlere Pol 5o stets
die entgegengesetzte Polarität aufweist wie die Außenpole 54 und 53. Die Wicklungen.
können mit Wechselströmen gespeist werden. Mit dem ringförmigen Elektromagneten
sind die beiden Zylinder 55 und 5,6 durch Verschraubung verbunden. In diesen
Zylindern sind die beiden Hohlkolben 57 und 58 angeordnet, die fest miteinander
verbunden sind und in Verbindung miteinander stehen. In den Böden der Kolben 57
und 58 sind Rückschlagventile 59 angeordnet, die sich nach außen hin, also zum Innern
der Zylinder 55 und 56 öffnen können, ein Zurückströmen der Luft aus diesen Zylindern
in das Innere der Kolben 57, 58 aber verhindern. Mit dem Zylinder 55 ist ein hohler
Plunger 6o verbunden, (der in dem Zylinder 6 1 verschiebbar und gegen (dieAußenluftabgedichtet
ist. Der Zylinder 61 ist an seinem freien Ende verschlossen und stützt sich gegen
ein festes Wi@derlag-er 6@2 ab, welches gegebenenfalls mit einer nachstellbaren
Vorschubeinrichtung versehen sein kann. Zwischen Odem Raum 63 des Plungers 6,o und
dem Raum 64 ist ein Ventil 65 angeordnet, welches die Luft aus dem Raum 64 @in den
Raum 63 übertreten läßt, aber ein Zurückströmen verhindert. Am Kopf des unterem
Zylinders 56 ist ein Schlagwerkzeug 66, beispielsweise ein Rammkopf, angebracht,
der gegeibenenfalls dazu dienen kann, einen Pfahl 67 einzurammen. Die beiden hohlen
Kolben 57 ,und 58 tragen konzentrisch zu dem Ring magneten 5o einen permanenten
Stahlmagneten 618. Es kann: aber auch eine Wicklung, 69 vorgesehen sein,
die beispielsweise über einen Kupferoxydulgleichrichter kurz geschlossen ist, so
daß der Strom stets in der gleichen Richtung durchließt, die Pole also des Magneten
68 nicht wechseln.
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Bei der beschriebenen Einrichtung ergibt sich folgende Wirkungsweise:
Das obere Ende des Ringmagneten 68 sei immer als Nord- und .das untere Ende als
Südpol erregt. Sind in der gezeichneten Stellung die Enden des Elektromagneten 5!0,
Nordpole und ist der mittlere Pol ein Südpol, dann, bewegt sich derRingmagnet68
undi die fest damit verb.un,denen Hohlkolben 57 und 58, die Aden Wuchtkörper bilden,
von oben nach unten. Ist -der Wuchtkörper in der Nähe der unteren Endlage angelangt
und wechselt in diesem Augenblick auch die Stromrichtung in Aden Wicklungen 51 und
52, dann werden die Pole des Feldmagneten, wie in Klammern angegeben ist, umgepolt,
und die Bewegung des Wuchtkörpers 57, 58 erfolgt nach oben. Der Wuchtkörper wird
also im Rhythmus der Pol--wechsel des zugeführten Wechselstromes hin und her schwingen.
Nach Einschalten -des Wechselstromes ist die Schwingungsweite des Wuch.tkörpers
zunächst noch gering, weil die Beschleunigungs kräfte -des magnetischen Feldes verhältnismäßig
klein sind. Aber trotz der anfänglichen geringen
Schwingungsweite
treten Druckschwankungen in den Kompressionsräumnen 64 und 70 auf. Fällt hierbei
der Druck unter den Atmosphärendruck, dann tritt durch eines derRückschlagventile
59 zusätzlich Luft in die Kompressionsräume 64 und 7o!. Das hat ein Ansteigen des
Kompressionsdruckes zur Folge. Der -höhere Kompressionsdruck wirkt sich :dahin aus,
. daß sich die Schwingungsweite -des Wuchtkörpers vergrößert, weil durch den höheren
Kompressionsdruck auch .die auf den Wuchtkörper zur Einwirkung gelangenden Beschleunigungskräfte
größer geworden sind. Hierdurch wird wiederum ein weiteres Eintreten von Frischluft
in die Kompressionsraume verursacht. Das wiederum hat eine Vergrößerung der Schwingungsweite
des Wachtkörpers zur Folge. Es wird also auf diese Weise die Schwingungsweite. und
damit der Kompressionsdruck in gleicher Weise auch :die Beschleunigungskraft so
weit gesteigert, bis die Schwingungsweite ihr Maximum erreicht. Das ist dann der
Fall; wenn die eigene Schwingungszahl .des Wachtkörpers gleich der Periodenzahl
des Wechselstromes geworden ist. Eine weitere Zunahme des Kompressionsdruckes in
den Kompressionsräumen 64 und 7o kann dann nicht mehr stattfinden; weil die Schwingungszahl
größer als die Periodenzahl des Wechselstromes werden würde. Dann aber würde die
Einrichtung als Generator laufen. Die Anlaufperiode des Elektrowuchtmotors ist also
beendet und die Leerlaufpe-riode erreicht. Die Einrichtung nimmt nur noch so viel
Strom auf, daß die Leerlaufverluste gedeckt sind. Die Stromaufnahme steigt erst
dann wieder an, wenn von der Einrichtung Ar(bei-t verrichtet wird, wenn also beispielsweise,
der Rammkopf 66 auf -den Pfahl 67 schlägt. Infolge der Kompression in. dem Arbeitsraum
64 wird .durch die kleine Ventilbohrung 65 bei jedem Arbeitshub ein geringer Teil
dier komprimierten Luft in -den Plungerraum 63 eintreten, bis der Druck in diesem
Räum dem Höchstdruck -der Kompression im Raum 64 das Gleichgewicht hält. Der Elektromagnet
50 mit den damit verbundenen Zylindern 55 und 56, dem Planger 6o und dem Schlagwerkzeug
66. stellt den Werkzeugkörper dar, der durch den schwingenden Massenkörper 68,
69, 57 und 58 infolge ,der elastischen Verbindung durch die Luftpuffer 64
und 7o- in Schwingungen versetzt wird. Der Planger 6o mit dem Zylinder 6i, der sich
bei 62 abstützt, .ist die Vorschubeinrichtung und bildet bleichzeitig die elastische
Kraft, die die Vorrichtung in .der Stoßrichtung -des Werkzeugs 6.6 unter Spannung
hält.
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Es ist unverkennbar, daß ,die beiden Luftpuffer 64 und 70 gegebenenfalls
auch,durch Federn ersetzt werden können. Weiterhin ist zu beachten, daß bei dieser
Einrichtung die Verbindung zwischen der schwingendem Masse 68, 69,
57, 58 mit dem Werkzeugkörper 50, 55, 56, 66 nicht allein durch die elastische Wirkung
der Luftpuffer 64 und 70 gewonnen ist, sondern auch durch die magnetischen
Kräfte, die ebenfalls elastisch wirken.
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Die beschriebenen Einrichtungen können zum Antrieb beliebiger stoßend
wirkender Werkzeuge verwandt werden. Insbesondere kann der elektro-