NO148841B - Anordning ved med slagvirkning arbeidende verktoey og anordninger for meisling, hamring og liknende operasjoner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning ved med slagvirkning arbeidende verktøy og anordninger for meisling, hamring og liknende operasjoner, for forlengelse av det kraftpulsfor-løp som genereres i en anslagsmasse ved dennes anslag mot en arbeidsflate, bestående av et i sin helhet aksialt bevegelig slagorgan omfattende en drivmasse som er beregnet for å påvirkes av en fremdrivningskraft og i sin tur påvirker en i slagretningen sett foran drivmassen anordnet anslagsmasse via en mellom de nevnte masser anordnet, stiv fjæring ved hvis formidling massene er begrenset bevegelige i forhold til hverandre i aksialretningen.

På forskjellige arbeidsplasser, som for eksempel mekaniske verkteder m.m., foreligger problemer med forstyrrende og skadelig støy fra med slagvirkning arbeidende verk-tøy, såsom dels pneumatiske meiselhammere, slagghakker og liknende, og dels med håndkraft drevne verktøy, såsom hamme-re, slegger og liknende.

Ved kollisjon mellom to masser i luft oppstår en kraftpuls hvis forløp bestemmes av særlig effektomsetningen og de kolliderende massers stivhet. Effektomsetningen beror særlig på den motsatt rettede bevegelsesenergi hos massene, og kollisjonens tidsvarighet. Stivheten beror særlig på massenes og kollisjonspunktets materialegenskaper, kollisjonspunktets areal og kollisjonens varighet. Som tap opptrer vanligvis en luftbølge, temperaturøkning, stamme-lydvibra-sjoner og akustisk bølgeutbredelse. Uavhengig av hensikten med tilveiebringelsen av kollisjonen, dvs. uavhengig av om den tekniske anvendelse angår meisling, hamring etc, er kraftpulsen den primære faktor både nær det gjelder den tekniske effekt og støyfrembringelsen.

Et kraftpulsforløp som representerer en av et slagorgan avgitt mengde bevegelsesenergi, kan, slik det fremgår av den etterfølgende fig. 3, illustreres grafisk ved hjelp av et diagram med en vertikal kraftakse og en horisontal tids-akse. Kraftpulskurven stiger under samtidig bevegelse langs tidsaksen fra en nullstilling til et toppnivå, for på nytt å synke tilbake til null når hele energimengden er avgitt. Det areal som ligger innenfor kurvens begrensningslinjer, representerer den avgitte energimengde. De i diagrammet innlagte kurver 1 og 2 har i hovedsaken like stort areal, dvs. representerer samme energimengde. Kurve 1 viser et raskt kraft-pulsforløp der energiarealet har kort utstrekning i tid og følgelig utbrer seg mot et høyt maksimalt kraftnivå, mens kurve 2 viser et forløp med lengre utstrekning i tid og lavere maksimalt kraftnivå. Ved et slikt arbeid som fjerning av sveiseslagg fra stålplater med en meiselforsynt, pneumatisk, såkalt slagghakke av konvensjonell type uten kraftpulsfor-lengende anordning, får kraftpulskurven i prinsipp en form ifølge kurve 1. Det høye maksimale nivå er fordelaktig med hensyn til den tekniske effekt, dvs. verktøyets arbeids-effektivitet, men samtidig gir en sådan bratt stigende og fallende kurve med kort utstrekning langs tidsaksen et høyt støynivå som resultat. Det problem som skal løses, er altså å gi kraftpulskurven en sådan form at man dels oppnår et ak-septabelt maksimalt kraftnivå, og dels passende hellingsvink-ler på kurven i forhold til tidsaksen under forskjellige faser av kraftpulsforløpet, for å oppnå både en tilfredsstil-lende teknisk effekt og en støydempning.

Kraftpulsen er sammensatt av et stort antall sinus-svingninger som til sammen frembringer kraftpulsens utseende. Ved endring av kraftpulsen kan visse svingninger elimineres eller reduseres. Dersom visse svingninger ikke finnes i de kraftpulser under hvilke f.eks. en plate bearbeides av en slaggmeisel eller liknende, innebærer dette at disse svingninger ikke eksiteres i platen (den såkalte stammelyd), og videre at utstrålt, luftbåret støy er uten disse svingnings-komponenter. Hvilke svingninger som det er mest ønskelig å eliminere eller redusere, beror på det arbeid som utføres. Ved arbeid med en pneumatisk slagghakke er det vanligvis fre-kvensene fra 1000 Hz og opp til 4000 Hz som er de mest ube-hagelige. Ved slag med en slegge mot store plater domineres lydbildet av lavere frekvenser.

Formålet med oppfinnelsen er således på passende måte å endre kraftpulskurvens form og tilveiebringe et slagorgan som ved sitt arbeid tilveiebringer en støydempende kraftpulsforlengelse.

Ovennevnte formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av en anordning som er kjennetegnet ved de i patent-kravene angitte særtrekk.

I forbindelse med maskinelt utført pelenedslagning er det kjent ved hjelp av en ovenpå pelen .anbragt pelepute å endre den støtbølge eller kraftpuls som via rambukken og puten overføres til pelen, for å øke energiutbyttet ved pele-nedslagningen. Det er også blitt gjort forsøk med på i prinsipp liknende måte - ved plassering av en elastisk etter-givende masse, såsom polyuretangummi, mellom slagstempel og meiselskaft - å endre kraftpulsens form ved konvensjonelle typer av pneumatiske slagghakker i den hensikt å redusere støyfrembringelsen. Den tilsiktede type av slagghakke arbeider med en bevegelig masse i form av et stempel som slår mot skaftet på en i slagghakkens ene ende montert meisel som ansettes mot arbeidsstykket. Slagfrekvensen ligger vanligvis ved 70 - 100 slag pr. sekund. Kraftpulsen oppstår ved stempelets anslag mot meiselskaftet og forplanter seg frem til meiselspissen. Forløpet er en kompresjonsbølge opp i stempelet og en strekkbølge ned tilbake til meiselskaftet. Gjennom meiselen overføres bare en kompresjonsbølge hvis varighet bestemmes av stempelets lengde og utforming. Da pulsen forplanter seg i stål med en hastighet på ca. 5000 m/sek.,

og man av praktiske grunner ikke kan variere stempellengden mer enn høyst noen centimeter, kan man ikke i nevneverdig grad påvirke kraftpulsforløpet ved en lengdeøkning av stempelet. Med en fjæring i form av en anslagspute ovenpå meiselskaftet eller noen annen form for fjæring, som også kan tenkes innlagt i stempelet eller meiselen, forlenges kraftpulsens varighet. Imidlertid taper man samtidig en stor del av den av stempelet avgitte støtenergi, dvs. bare en mindre del av denne overføres til meiselspissen. Det oppstår også betydelige problemer med å få det fjærende materiale til å holde for stempelslagene. Da en slagghakke, slik som også andre liknende håndholdte verktøy, av håndteringsgrunner har en innenfor forholdsvis snevre grenser bestemt størrelse og tyngde, er det vanskelig, om i det hele tatt mulig, å endre verktøyets konstruksjon på en slik måte at dels den av stem-

pelet leverte støtenergi økes for å kompensere for de nevnte tap, og dels tilstrekkelig store anslagsflater oppnås for at det fjærende materiale skal holde. De utførte forsøk har derfor ikke ført til noe praktisk resultat i form av nye, støydempende verktøy, men problemet er blitt betraktet som mer eller mindre uløselig i praksis.

Ved den foreliggende oppfinnelse er problemet an-grepet på en annen måte, slik det nærmere skal beskrives i den etterfølgende beskrivelse under henvisning til tegninge-ne, der fig. 1 viser et delvis gjennomskåret sideriss av en utførelsesform av oppfinnelsen ved et trykkluftdrevet meisel-verktøy, fig. 2 viser et likeledes delvis gjennomskåret sideriss av en utførelsesform av oppfinnelsen ved en håndslegge, fig. 3 er et diagram som viser to forskjellige kraftpulsfor-løp, og fig. 4 viser et lydmålingsdiagram.

Den på fig. 1 som eksempel viste utførelse av oppfinnelsen viser den ene ende av et trykkluftdrevet meisel-verktøy 1, såsom en slagghakke. Verktøyet er forsynt med en drivmekanisme av den type som er nærmere beskrevet i de sven-ske patentsøknader 7503 970-1 og 7603252-3. Drivmekanismen omfatter et aksialt bevegelig slagstempel 2 som bakentil,

sett i slagretningen, er avsluttet av et utvidet, tallerken-formet endeparti 3 som i samvirke med en O-ring 4 avgrenser et drivkammer som er dannet mellom det tallerkenformede endeparti og et organ 5. Trykkluft innføres i drivkammeret via en ledning 6. Ved at 0-ringen 4 fungerer som en ventil som vekselvis tetter og åpner drivkammeret i radial retning, vil slagstempelet 2 vekselvis bli drevet fremover av lufttrykket og tilbake av en fjær 7.

Slagorganet ifølge oppfinnelsen er generelt beteg-net med henvisningstallet 8. Slagorganet består i det på

fig. 1 viste utførelseseksempel dels av slagstempelet 2, dels av en meiselenhet 9 som med sitt skaft 10 er innført i slagstempelet og fast forbundet med dette ved hjelp av en mutter 11. Foruten av skaftet 10 består meiselenheten 9 av et hus

12 i hvilket meiselen 13 er montert. I meiselen 13 er festet en meiselegg 14 av hardt metall. Meiselen 13 og huset 12 er begrenset bevegelige i forhold til hverandre i aksial retning ved formidling av en stiv fjæring 15 som på figuren er vist som et antall tallerkenfjærer.

Slagorganet 8 består på denne måte av to masser, en drivmasse 16 (bestående av slagstempelet 2, mutteren 11, meiselskaftet 10 og huset 12 som er stivt forbundet med hverandre) og en anslagsmasse 17 (bestående av meiselen 13 og meiseleggen 14 som er stivt forbundet med hverandre), hvilke masser er begrenset bevegelige i forhold til hverandre i aksial retning ved formidling av den stive fjæring 15.

Fjæringen 15 kan selvsagt utgjøres av en annen form for fjær enn den i utførelseseksemplet viste tallerkenfjærpakke, eksempelvis en gummifjær. En stiv stålfjær, som f.eks. en tallerkenfjærpakke, er imidlertid fordelaktig ved at den gir lite energitap i form av varmedannelse.

Den luft som forlater drivkammeret hver gang dette åpnes, ledes ut gjennom slagorganet 8 via kanaler 18a-e. Ved luftens passering gjennom meiselhus og meisel tilveiebringes en effektiv borttransport av varme som kan produseres ved fjæringens 15 arbeid. Dette er særlig fordelaktig dersom det benyttes en gummi- eller plastfjær.

Når meiseleggen 14 ansettes mot et arbeidsstykke mens slagghakkens drivmekanisme arbeider, vil dette bli be-arbeidet ved i rask rekkefølge gjentatte slag av den sammen med hele slagorganet 8 frem- og tilbakegående meiselegg. Arbeidsforløpet blir nærmere bestemt slik at hele slagorganet 8 først akselereres fremover mot arbeidsstykket. Når meiselen treffer dette, bremses først anslagsmassen 17 mens drivmassen 16 fortsetter å skyve på under kompresjon av fjæringen 15. Ved hjelp av denne opplagring av energi i fjæren forsinkes de to massers tilbakegangsbevegelse et kort øye-blikk.

Til forskjell fra hva som er tilfellet ved konvensjonelle slagghakker, som arbeider med et stempel som slår mot en meiselnakke eller et meiselskaft, utgår kraftpulsen ikke fra meiselskaftet og ned gjennom meiselen, men utgår fra meiseleggens kontakt med arbeidsstykket. Forløpet er en kom-presjonsbølge opp i meiselen (anslagsmassen 17) og en strekk-bølge ned tilbake til meiseleggen. Fremkomsten av strekk-

bølgen forsinkes da drivmassen 16 presser på via fjæren 15

og opprettholder anslagsmassens kompresjon. Forsinkelsen av strekkbølgen gir en forlenget støttid idet kraftpulsens varighet forlenges. Fjæren 15 gir et visst energitap som er neglisjerbart sammenliknet med at drivmassens bevegelsesenergi kan overføres til meiseleggen.

Forlengelsen av kraftpulsens varighet skjer på be-kostning av særlig et noe redusert maksimalt kraftnivå. Fjæ-rens stivhet og massenes relative størrelse og stilling av-gjør hvordan kraftpulsens form endres sammenliknet med om slagorganet 8 skulle bestå av en eneste stiv masse. Såvel ved forsøk med en håndslegge som med en slagghakke har det vist seg fordelaktig med en drivmasse som er vesentlig større enn anslagsmassen, og en plassering av fjæringen i en avstand fra anslagspunktet som er vesentlig kortere enn slagorganets totale lengde. Ved en slagghakke er et godt resultat blitt oppnådd med et i hovedsaken ifølge fig. 1 utført slagorgan ifølge oppfinnelsen på hvilket anslagsmassens'vekt utgjorde bare 15 - 20 % av slagorganets totalvekt, og på hvilket fjæringen var plassert på en avstand fra meiselspissen som utgjorde knapt en tredjedel av slagorganets totale lengde.

Når anslagsmassen 17 bringes til å treffe et arbeidsstykke, begynner anslagsmassen umiddelbart å bearbeide dette ved hjelp av sin egen bevegelsesenergi som tilføres til massen under den foregående akselerasjon av hele slagorganet 8. I umiddelbar rekkefølge skjer deretter en suksessiv over-føring av drivmassens energi ved formidling av fjæren 15. Fjæren 15 trenger i anslagsøyeblikket altså ikke å belastes med den del av bevegelsesenergien som anslagsmassen selv er bærer av. Videre er det en fordel at anslagsmassen allerede er i bevegelse i samme retning som fjæren 15 og drivmassen 16, og allerede har påbegynt inntrengningen i arbeidsstykkets overflate når overføringen av drivmassens energimengde begynner, da dette selvsagt gjør overførings forløpet mykere. Det har også en fordelaktig innvirkning på den tekniske effekt at overføring av en tilskuddsenergi setter inn når kraftpulskurven allerede har steget et stykke, og fortsetter å avgis for en hovedsakelig del under den fase da det maksimale kraftnivå nås, slik at dette nivå bibeholdes i et øket tidsrom på den måte som kurve 2 på fig. 3 viser. Energiutbyttet blir på denne måte godt.

Det innses lett hvilken forskjell både med hensyn til teknisk effekt og påkjenning på fjæren, som dette arbeids-forløp innebærer sammenliknet med et overføringsforløp via slagstempel - fjær - meiselskaft - meiselspiss på tidligere kjent måte. Meiselen står da i hovedsaken stille mot arbeidsstykket når forløpet innledes, og kan ikke påbegynne noen bearbeidelse av arbeidsstykket før en tilstrekkelig energimengde er blitt opplagret og overført for at meiselspissen skal kunne bryte arbeidsmaterialets motstand. Kraftpulskurven får på denne måte et med hensyn til den tekniske effekt ufordelaktig utseende, og som tidligere nevnt, blir såvel påkjenningene på fjæren som energitapene store.

Det ovenfor nevnte kraftpulsforløp ifølge kurve 2

på fig. 3 er oppnådd ved måling utført på en slagghakke forsynt med et slagorgan ifølge oppfinnelsen.

Fig. 4 viser sammenliknende lydmålinger utført med en pneumatisk slagghakke i arbeid mot en plan plate som var opplagt på et dempet underlag. Kurve 1 ble oppnådd når slagghakken arbeidet med et slagorgan uten dempende fjæring, og kurve 2 når den var utrustet med et slagorgan med fjæring i overensstemmelse med oppfinnelsen. Ved måling med A-filter representerer den oppnådde lyddempning ifølge kurve 2 en verdi på 13 dB(A).

I det foregående er angitt at man ved forandring

av kraftpulsen kan unngå at svingninger av visse frekvenser eksiteres i det bearbeidede arbeidsstykke. Arbeidsstykket selv - dets dimensjoner etc. - skulle altså ikke i noen av-gjørende grad være styrende i denne forbindelse. Dette er blitt godtgjort ved utførelse av prøver av samme type som ifølge fig. 4 på et antall arbeidsstykker av varierende dimensjoner og i form av såvel store plateflater som avstivede vinkelkonstruksjoner, samt fritt opplagt henholdsvis opplagt på dempende underlag. Kurvenes utseende ble i samtlige til-feller i prinsipp like med hensyn til dempningen av de forskjellige svingningsfrekvenser. Den oppnådde dempning i

dB(A) varierte ikke mer enn mellom 9 og 13 dB(A), med en middelverdi på ca. 11 dB(A). Det synes altså klart at man med et passende utformet slagorgan ifølge oppfinnelsen kan dempe visse bestemte frekvenser uten noen avgjørende innvirkning av arbeidsstykkets egenskaper.

En måte for ytterligere å bidra til en forlengelse av kraftpulsen og en forbedret bearbeidelsesevne hos verk-tøyet i forbindelse med meiselforsynte slagorganer ifølge oppfinnelsen, er å øke meiselens plastiske inntrengning i arbeidsstykket ved på den måte som er vist på fig. 1, å for-syne denne med en hardmetallegg 14. På denne måte oppnås et ikke uvesentlig bidrag til oppnåelse av hensikten med oppfinnelsen, nemlig med henblikk på dempning av forstyrrende lydfrekvenser å kunne bearbeide arbeidsstykkene - med tilfreds-stillende effekt - under anvendelse av et lavere maksimalt kraftnivå og et som helhet mykere kraftforløp enn ved konven-sjonelt utrustede meiselverktøy. En sådan hardmetallegg, utført i en forholdsvis seig steinbor-stålkvalitet, har vist seg å gå utmerket å benytte på et slagorgan ifølge oppfinnelsen uten at hardmetallet sprekker. Derimot kan en sådan egg vanskelig anvendes på en slagghakke eller meiselhammer som arbeider ifølge prinsippet slagstempel - meiselskaft, da strekkpåkjenningene blir så store at det er fare for sprekk-dannelse allerede når verktøyet arbeider på tomgang. Ytterligere en fordel med en hardmetallegg er at den ved sin store slitasjebestandighet kraftig øker meiselens levetid.

Fig. 2 viser et eksempel på anvendelse av oppfinnelsen ved et med håndkraft drevet verktøy i form av en slegge. Sleggen er forsynt med et skaft 19 på hvilket slagorganet 8 er montert. Slagorganet er forsynt med et skaftfeste 20 og består av en drivmasse 16 og en anslagsmasse 17. To slaghoder 21, 2. A er aksialt bevegelig montert i et hus 22 under mottrykk av en fjæring 15. Fjæringen er aksialt styrt av en tapp 23 på slaghodet 21. Når man slår med sleggen vendt slik 'at slaghodet 21 avgir slaget mot et arbeidsstykke, fungerer slaghodet 21 som anslagsmasse 17, og som drivmasse 16 fungerer skaftet 19, skaftfestet 20, huset 22 og slaghodet

24 som derved av fjæren 15 holdes presset mot sitt sete i huset 22 og medbringes av dette slik at slaghodet 24 fungerer som en med huset stivt forbundet enhet. Dersom man i stedet avgir slaget med sleggens andre ende, fungerer slaghodet 24 som anslagsmasse 17, og de øvrige deler som drivmasse 16.

Ved på den måte som er vist på fig. 2, å utforme det ene slaghode med en tapp 23 og det andre med en tilsvarende ut-boring, oppnår man forskjellige innbyrdes vektforhold mellom

driv- og anslagsmasse, avhengig av hvordan man vender sleggen. Dette kan utnyttes for dempning av forskjellige lydfrekvenser ved forskjellige typer av arbeider. Prøveslagning på en stor plate med en sleggeprototyp i hovedsaken ifølge fig. 2 viste at sleggen med hensyn til energiavgivelse til platen fungerte med ubetydelig energitap på grunn av fjæringen 15. Det viste seg også at sleggen frembragte et lydbilde dominert av høyere frekvenser enn hva som er tilfellet ved en konvensjonell slegge. Den "rungende", lavfrekvente lyd som ved slag mot store plater pleier å forårsake de største støyforstyrrelser

i store verkstedshaller og på skipsverft, ble altså ikke eksi-tert i platen. Fjæringen forårsaker at sleggen etter fullført slag gjør et mykt og høyt tilbakestøt. Dette er i det minste ved visse typer av arbeider en fordel ved at tilbakestøtet virker arbeidsbesparende. Det myke forløp på grunn av fjæringen gjør også at ingen støtbølge går inn i operatørens hender og armer. I tilfelle det skulle være ønskelig å dempe tilbakestøtet, er det mulig å gjøre dette ved på kjent måte å fylle ett eller annet parti av sleggen eller sleggeskaftets nedre del med blyhagl.

Claims (4)

1. Anordning ved med slagvirkning arbeidende verktøy og anordninger for meisling, hamring og liknende operasjoner, for forlengelse av det kraftpulsforløp som genereres i en anslagsmasse ved dennes anslag mot en arbeidsflate, bestående av et i sin helhet aksialt bevegelig slagorgan (8) omfattende en drivmasse (16) som er beregnet for å påvirkes av en fremdrivningskraft og i sin tur påvirker en i slagretningen sett foran drivmassen (16) anordnet anslagsmasse (17) via en mellom de nevnte masser anordnet, stiv fjær-ing (15) ved hvis formidling massene er begrenset bevegelige i forhold til hverandre i aksialretningen, karakterisert ved at fjæringen (15) påvirker den i slagretningen sett bakre del av anslagsmassen (17) og har en stivhet som er slik valgt at den ved anslagsmassens (17) anslag mot arbeidsflaten suksessivt overfører den av drivmassen (16) leverte bevegelsesenergi til anslagsmassen (17) før kraftpulsen har passert sitt maksimale kraftnivå, og at drivmassen (16) har minst dobbelt så stor vekt som anslagsmassen (17).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at fjæringen (15) er anordnet på en avstand fra anslagsmassens (17) i slagretningen sett fremre ende, som er mindre enn halvparten så stor som slagorganets (8) totale lengde, og fortrinnsvis omtrent en tredjedel av denne.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, beregnet for å drives med trykkluft eller et liknende trykkmedium, karakterisert ved at det i slagorganet (8) er anordnet kanaler (18a - e) for evakuering av trykkmediet gjennom disse, hvilke kanaler er slik anordnet at trykkmediet ved sin passering forårsaker en kjøling av fjæringen (15).

4. Anordning ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at anslagsmassen (17) omfatter en meisel (13) med en egg (14) av hardmetall.