EP0352327A1

EP0352327A1 - Pneumatisch betätigte schlaganordnung

Info

Publication number: EP0352327A1
Application number: EP88908419A
Authority: EP
Inventors: Konstantin Konstantinovich Tupitsin; Sergei Konstantinovich Tupitsin; Veniamin Viktorovich Kamensky; Nikolai Jurievich Kiselev
Original assignee: Institut Gornogo dela Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk SSSR
Current assignee: Institut Gornogo dela Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk SSSR
Priority date: 1987-09-02
Filing date: 1988-08-30
Publication date: 1990-01-31
Also published as: FI893122A0; SU1678100A1; WO1989002011A1; AU2424688A; CA1308314C; ES2010343A6; AU603015B2; FI893122L; EP0352327A4; HU885510D0; FI893122A7

Abstract

A pneumatically-operated percussion device comprises a casing (1) inside which is movably mounted a percussion piston dividing the hollow of the casing (1) into two chambers. One chamber (7) is alternately connected to a compressed air source and to the atmosphere by means of an air distributor (3) provided with a movable executing element (8) and mounted in the casing (1). Furthermore, the chamber (7) is connected, through a throttle channel (27), to the chamber (10) of the air distributor (3), the pressure in said chamber being maintained by the movement of the executing element (8) to one of the extreme positions.

ZUSAMMENFASSUNG

Die schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung enthält ein Gehäuse (1), in dessen Innerem ein Schlagkolben verschiebbar angeordnet ist, der den Hohlraum des Gehäuses (1) in zwei Kammern unterteilt. Die eine Kammer (7) ist mittels eines im Gehäuse (1) untergebrachten Luftverteilers (3) mit beweglichem Stellglied (8) abwechselnd mit der Druckluftquelle und mit der Umgebung in Verbindung gesetzt. Außerdem steht diese Kammer (7) mittels eines Drosselkanals (27) mit einem Hohlraum (10) des Luftverteilers (3) in Verbindung, in welchem Hohlraum der Druck die Verschiebung des Stellgliedes (8) in eine der Endstellungen gewährleistet.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bergbau und betrifft insbesondere eine schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung.
Diese Erfindung ist am zweckmäßigsten in pneumatischen Schlagmaschinen, beispielsweise in Druckluftdurchtreibern, anzuwenden, die zum Niederbringen von Bohrungen in Böden und Gesteinen bestimmt sind.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Allgemein bekannt sind schlagend arbeitende Druckluftvorrichtungen mit Luftverteilung durch Ventil bzw. Schieber sowie Druckluftvorrichtungen, bei denen die Luftverteilung durch einen Schlagkolben erfolgt. Für alle diese Vorrichtungen ist das Vorhandensein eines Systems von Kanalen charakteristisch, die entweder in den Gehäusewänden oder im Schlagkolben ausgeführt sind und zur Steuerung der Arbeit des Schiebers oder des Ventils sowie zur Zuführung der Druckluft in die Arbeitskammern dieser Vorrichtung und zum Auspuff der Abluft aus diesen Arbeitskammern erforderlich sind. Das Vorhandensein der genannten Kanale führt einerseits zur Verringerung der Nutzfläche des Schlagkolbens, was wiederum die spezifische Schlagleistung herabsetzt, und macht andererseits die Form des Schlagkolbens und des Gehäuses komplizierter, wodurch unnötige Spannungsanhäufungen entstehen, welche die Lebensdauer dieser Einzelteile in bedeutendem Maße begrenzen. In höchstem Grad tritt das in Tauchmaschinen in Erscheinung, beispielsweise in Druckluftdurchtreibern, bei denen der Durchmesser des Gehäuses und folglich des Schlagkolbens auch ohnehin durch den Bohrlochdurchmesser begrenzt ist, während die Schlagbeanspruchungen nicht nur vom Schlagkolben, sondern auch vom Gehäuse aufgenommen werden, welches unter anderem die Funktion des Arbeitsorgans erfüllt.
Es ist eine schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung bekannt (DE, C, 1132067), die einen ins Bohrloch einzulassenden Pfahlhammer und einen auf der Erdoberfläche befindlichen autonomen Luftverteiler enthält. Der Pfahlhammer stellt eine einfachste Schlagvorrichtung dar, die aus einem an zwei Enden geschlossenen rohrförmigen Gehäuse und einem in diesem längsverschiebbar angeordneten Schlagkolben besteht. Der Schlagkolben unterteilt den Innenhohlraum des rohrförmigen Gehäuses in zwei Kammern, die entweder durch einen Drosselkanal oder einen Kanal mit Rückschlagventil oder aber durch beide zugleich miteinander in Verbindung gesetzt sind. Mindestens eine dieser Kammern, die gesteuerte Kammer genannt wird, steht mit Hilfe eines Schlauchs mit einem auf der Erdoberfläche installierten Luftverteiler in Verbindung.
Der Luftverteiler stellt im allgemeinen Fall ein Schwingungssystem dar, das aus einem Schiebergehäuse und einem in diesem untergebrachten Stellglied besteht, welches in Form eines Schiebers oder eines Ventils ausgebildet und dazu vorgerichtet ist, schwingende Bewegungen entweder selbsttätig oder zwangsläufig mit Hilfe einer Antriebsvorrichtung, z.B. eines Kurvengetriebes, auszuführen. Der Selbstschwingungs-Schieber ist mit Hilfe von Hebeln und Gelenken mit einem Pendel verbunden, das ein regelbares Gewicht besitzt.
Um den Pfahlhammer in Tätigkeit zu setzen, versetzt man das Stellglied des Luftverteilers automatisch oder zwangsweise in schwingende Bewegungen. Wahrend der schwingenden Bewegung des Schiebers wird der die gesteuerte Kammer des Pfahlhammers mit dem Luftverteiler verbindende Schlauch in Abhängigkeit von der Stellung des Schiebers abwechselnd bald mit der Druckluftquelle, bald mit der Umgebung in Verbindung gesetzt, wodurch die gesteuerte Kammer des Pfahlhammers ebenfalls abwechselnd bald mit der Druckluftquelle, bald mit der Umgebung verbunden wird. Die Folge davon ist die Erzeugung eines pulsierenden Drucks in der gesteuerten Kammer. Da die beiden Kammern des Pfahlhammers nicht durch einen freien Durchgang, sondern durch einen Drosselkanal oder einen Kanal mit Rückschlagventil miteinander verbunden sind, ist der Druck in diesen Kammern stets verschieden. Unter der Wirkung der Druckdifferenz in diesen Kammern vollführt der Schlagkolben eine hin- und hergehende Bewegung, während welcher er Schläge auf das Arbeitswerkzeug oder in der entgegengesetzten Richtung auf das Gehäuse ausübt. Die geforderte Richtung der Schläge wird durch entsprechende Kombination der Parameter des Luftverteilers gewährleistet, die auf experimentellem Wege passend ausgewählt wird.
In einigen Ausführungsformen dieses Pfahlhammers fehlen vollends irgendwelche Kanäle im Schlagkolben und im Gehäuse. Dadurch unterscheidet sich die vorstehend beschriebene Vorrichtung vorteilhaft von den bekannten schlagend arbeitenden Vorrichtungen, die eine Luftverteilung durch Schieber oder Ventil aufweisen, welche ohne ein System von Kanälen unmöglich realisiert werden kann, die zur Steuerung des Ventils oder des Schiebers sowie zum Einlaß der Druckluft in die Kammern der Vorrichtung und zum Auspuff der Abluft aus diesen Kammern notwendig sind.
Das Vorhandensein des Schlauchs, der die gesteuerte Kammer mit dem Luftverteiler verbindet, welcher um einen beträchtlichen Abstand von dem Pfahlhammer entfernt ist, führt zur Vergrößerung des "Totvolumens" dieser Kammer um einen Betrag, der dem Volumen des Schlauchhohlraumes gleich ist. Die Vergrößerung des "Totvolumens" der Kammer führt wiederum zu einem zusätzlichen unproduktiven Luftverbrauch und folglich zur Verringerung des Wirkungsgrades. Überdies begrenzt die beträchtliche Schlauchlänge die Frequenz von Druckimpulsen, die in diese Kammer effektiv übertragen werden, d.h., sie beschränkt die Schlagleistung des Pfahlhammers. Im idealen Fall wird die Zahl von Druckimpulsen, die über den Schlauch in der Zeiteinheit effektiv übertragen werden, durch die Beziehung
ω< $\frac{V}{2L}$

bestimmt, worin bedeuten:
ω - Frequenz der übertragenen Impulse;
L - Schlauchlänge;
V - Schallgeschwindigkeit in der Luft,
Bei realen Vorrichtungen ist die erzielbare Frequenz der effektiven Übertragung von Druckimpulsen noch kleiner.
Es ist eine schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung bekannt (SU, A, 261319), die ein Gehäuse enthält, in dessen Innerem ein Schlagkolben verschiebbar angeordnet ist. Der Schlagkolben unterteilt den Hohlraum des Gehäuses in zwei Kammern.
Im vorderen Teil des Gehäuses ist ein Arbeitswerkzeug eingebaut. Im hinteren Teil des Gehäuses ist ein massiver Ausgleichkolben angeordnet, der in Form eines Schiebers ausgebildet ist, welcher eine selbstschwingende Bewegung bei der Druckluftzufuhr in diese Vorrichtung vollführen kann. Ein im Schieber ausgeführter Längskanal ist einerseits mit einer gesteuerten Kammer stets verbunden und kann andererseits in Abhängigkeit von der Stellung des Schiebers entweder mit der Druckluftquelle oder mit der Umgebung in Verbindung gesetzt werden. Dadurch, daß der autonome Luftverteiler im Vergleich mit der schlagend arbeitenden Druckluftvorrichtung, beschrieben in DE, C, 1132067, im Vorrichtungsgehäuse eingebaut ist, entfällt die Notwendigkeit der Verwendung eines Schlauchs zur Verbindung der gesteuerten Kammer mit dem Luftverteiler.
Bei der Druckluftzufuhr in diese Vorrichtung vollführt der im hinteren Teil des Gehäuses angeordnete Schieber eine selbstschwingende Bewegung relativ zum Gehäuse. In Abhängigkeit von der Stellung des Schiebers, die er bei seiner schwingenden Bewegung einnimmt, wird die gesteuerte Kammer über den Längskanal im Schieber abwechselnd bald mit der Druckluftquelle, bald mit der Umgebung in Verbindung gesetzt. Somit erfüllt der als Schieber ausgebildete Ausgleichkolben nicht nur die Funktionen eines ausgleichenden Trägheitselementes, sondern auch die Funktionen des autonomen Luftverteilers, der die gesteuerte Kammer der Vorrichtung abwechselnd bald mit der Druckluftquelle, bald mit der Umgebung in Verbindung setzt.
Unter der Wirkung des pulsierenden Drucks in der gesteuerten Kammer und des Drucks der in der anderen Kammer eingeschlossenen Luft vollführt der Schlagkolben innerhalb des Gehäuses eine hin- und hergehende Bewegung, während welcher er Schläge auf das Arbetiswerkzeug ausübt.
Aber in Anbetracht dessen, daß der Ausgleichkolben unter anderem auch die Funktion eines ausgleichenden Elementes erfüllt, besitzt er erhebliche Abmessungen, Masse und Schwingungsweite, weshalb die Abmessung und Masse der Vorrichtung im ganzen ebenfalls zunehmen, ohne daß hierbei die Schlagleistung erhöht wird. Die Folge davon ist eine Verminderung der spezifischen Leistung der Vorrichtung. Die Versuche, die Masse und Abmessungen der bekannten Vorrichtung durch Wahl eines rationellen Verhältnisses von Abmessungen, Masse und Schwingungsweite des Ausgleichkolbens sowie durch Verringerung seiner Schwingungsweite mit Hilfe von Begrenzungsanschlägen zu vermindern, führen zu keinem gewünschten Resultat. Beispielsweise hat eine Verminderung der Masse des Ausgleichkolbens zwecks Verminderung der Masse der Einrichtung im ganzen unvermeidlich eine Vergrößerung seiner Schwingungsweite zur Folge, wodurch die Länge des Vorrichtungsgehäuses ebenfalls zunimmt, so daß die erzielte Herabminderung der Masse der gesamten Vorrichtung durch Vergrößerung der Masse des Gehäuses zunichte gemacht wird. Eine Verringerung der Schwingungsweite des Ausgleichkolbens mit Hilfe von Anschlägen, wie dies in bekannten Druckluft-Schlagvorrichtungen mit durch Ventil erfolgender Luftverteilung zustandegebracht ist, bei denen das Ventil bald in der einen, bald in der anderen Position unbeweglich bleibt, ist ebenfalls unmöglich aus zwei Gründen. Erstens sind für eine zufriedenstellende Arbeit des Ausgleichkolbens dessen Stillsetzungen unzulässig. Zweitens kann dieser Kolben, der ein eine selbstschwingende Bewegung vollführendes Element ist, nach der Berührung mit dem Anschlag nicht unbeweglich bleiben, weil durch das eigentliche Prinzip seiner selbstschwingenden Bewegung die Entstehung einer Rückstellkraft vorgesehen ist, unter deren Wirkung der Ausgleichkolben nach der Stillsetzung momentan seine Bewegungsrichtung ändert. Als Ergebnis wird die Frequenz der schwingenden Bewegung des Ausgleichkolbens nur durch die sehr kurze Zeit seines Springens von einem Anschlag bis zum anderen und zurück bestimmt werden, so daß diese Frequenz unzulässig hoch wird und einen normalen Betrieb der Vorrichtung ausschließt.

Offenbarung des Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung mit einer solchen konstruktiven Ausführung des Luftverteilers zu schaffen, die es bei Beibehaltung der Vorteile von schlagend arbeitenden Druckluftvorrichtungen mit einer gesteuerten Kammer gestattet, die Außenabmessungen und die Masse der Vorrichtung im ganzen unter Aufrechterhaltung einer verhältnismäßig hohen Schlagleistung bedeutend zu verringern.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der schlagend arbeitenden Druckluftvorrichtung, die ein Gehäuse enthält, in dessen Innerem ein Schlagkolben verschiebbar angeordnet ist, der den Hohlraum des Gehäuses in zwei Kammern unterteilt, von denen die erste zwischen den Gehäusewänden und dem Schlagkolben und die zweite zwischen dem Schlagkolben und einem in Gehäuse untergebrachten Luftverteiler mit einem beweglichen Stellglied eingeschlossen ist, welches den Hohlraum des Luftverteilers in mindestens zwei Hohlräume aufteilt, wobei der Druck in dem ersten von ihnen die Verschiebung des Stellgliedes in eine der Endstellungen gewährleistet, während der zweite Hohlraum mit der zweiten Kammer stets verbunden und abwechselnd mit der Druckluftquelle und der Umgebung in Verbindung gesetzt ist, erfindungsgemäß der erste Hohlraum des Luftverteilers mittels eines Drosselkanals mit der zweiten Kammer in Verbindung steht. Das Vorhandensein eines Drosselkanals, der die erwähnte zweite Kammer und den erwähnten ersten Hohlraum verbindet, verhindert die momentane Entstehung einer Kraft, welche die Bewegungsrichtung des Stellgliedes nach dessen Stillsetzung in einer der Endstellungen ändert. Das Stellglied hat dadurch während seiner selbstschwingenden Bewegung zwischen zwei Anschlägen Stillstände in jeder der zwei Endstellungen, wobei ihre Dauer in der einen Position der Zeit der Füllung des erwähnten ersten Hohlraumes des Luftverteilers mit Druckluft über den Drosselkanal und in der zweiten Position der Zeit des Auslasses der Druckluft über denselben aus dem erwähnten ersten Hohlraum gleich ist. Das Gesetz der schwingenden Bewegung des Stellgliedes wird in diesem Fall durch die Parameter des Drosselkanals und des erwähnten ersten Hohlraumes des Luftverteilers bestimmt, hängt aber praktisch nicht von seinen Trägheitseigenschaften ab. Infolgedessen wird die Verwendung eines Stellgliedes möglich, dessen Abmessungen und Schwingungsweite auf eine Größe verringert werden können, die nicht nur zur Gewährleistung eines freien Einlasses und des Auspuffs der Luft ausreichend ist. Im Vergleich mit der in SU, A, 261319 beschriebenen Vorrichtung werden die Abmessungen und die Masse der erfindungsgemäßen Vorrichtung im ganzen ohne Verminderung ihrer Schlagleistung verringert, weshalb die spezifische Schlagleistung, das heißt die auf die Masse und das Volumen der Vorrichtung bezogene Leistung, ansteigt.
Es ist zweckmäßig, den ersten Hohlraum des Luftverteilers und die zweite Kammer im Gehäuse durch mindestens einen zusätzlichen Drosselkanal miteinander zu verbinden, dessen Austrittsquerschnitt auf der Seite des ersten Hohlraumes des Luftverteilers durch ein an der Wand des Luftverteilers befestigtes Rückschlagventil überdeckt ist.
Dies gewährleistet die Möglichkeit, eine optimale Dauer des Einlasses der Druckluft in die erwähnte zweite Kammer bei einer vorgegebenen Dauer des Auspuffs der Abluft aus derselben zu wählen.
Um die Wahl einer optimalen Dauer des Auspuffs der Druckluft aus der erwähnten zweiten Kammer bei einer vorgegebenen Dauer des Einlasses der Luft in dieselbe zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, den Hohlraum des Luft verteilers und die zweite Kammer im Gehäuse durch mindestens einen zusätzlichen Drosselkanal miteinander zu verbinden, dessen Austrittsquerschnitt auf der Seite der zweiten Kammer im Gehäuse durch ein an der Wand des Luftverteilers befestigtes Rückschlagventil überdeckt ist.
Um unkontrollierte Überströmungen der Luft aus der Druckluftleitung in den ersten Hohlraum des Luftverteilers und umgekehrt zu verhinden, ist es wünschenswert, an der den Druck der Druckluft im genannten ersten Hohlraum aufnehmenden Oberfläche des Stellgliedes eine Membran anzubringen, die an der Peripherie im Gehäuse des Luftverteilers befestigt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird durch eingehende Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Hinweisen auf beigefügte Zeichnungen erläutert;
es zeigt:

Fig. 1 die Gesamtansicht der schlagend arbeitenden Druckluftvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Luftverteilers, dessen Stellglied sich in einer Stellung befindet, die den Einlaß der Druckluft in eine der Kammern der Vorrichtung gewährleistet;
Fig. 3 dasselbe wie in Fig. 2, aber in der Stellung des Stellgliedes, die den Auspuff der Abluft aus der vorgenannten Kammer der Vorrichtung gewährleistet;
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des Luftverteilers mit Verwendung einer Feder, bei welchem das Stellglied sich in einer Stellung befindet, die den Einlaß der Druckluft in eine der Kammern der Vorrichtung gewährleistet;
Fig. 5 dasselbe wie in Fig. 4, aber in der Stellung des Stellgliedes, die den Auspuff der Abluft aus der vorgenannten Kammer der Vorrichtung gewährleistet;
Fig. 6 eine Ausführungsform des Luftverteilers mit zwei Drosselkanälen, welche den Einlaß der Druckluft nur in die Kammer der Vorrichtung gewährleisten;
Fig. 7 eine Ausführungsform des Luftverteilers mit zwei Drosselkanälen, welche den Einlaß der Druckluft nur in den Hohlraum des Luftverteilers mit Verwendung einer Membran gewährleisten.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Die schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung enthält ein z.B. rohrförmiges Gehäuse 1 (Fig. 1).
Auf der einen Stirnseite ist im Gehäuse ein Arbeitswerkzeug 2 befestigt, während auf der anderen Stirnseite ein Luftverteiler 3 mit Luftzuführungsschlauch 4 angeordnet ist. Im Inneren des Gehäuses 1 ist ein Schlagkolben 5 längsverschiebbar angeordnet. Der Schlagkolben 5 unterteilt den Hohlraum des Gehäuses in zwei Kammern 6, 7. Die erste Kammer 6 ist zwischen den Wänden des Gehäuses 1, dem Schlagkolben 5 und dem Arbeitswerkzeug 2 eingeschlossen. Die zweite Kammer 7 liegt zwischen den Wänden des Gehäuses 1, dem Schlagkolben 5 und dem Luftverteiler 3. Die erste und die zweite Kammer 6, 7 sind durch beliebige bekannte Mittel (nicht gezeigt) miteinander verbunden, welche die Überströmungen der Luft aus der zweiten Kammer 7 in die erste Kammer 6 limitieren. Ein bekanntes Mittel, das die Überströmungen der Luft zwischen der ersten und der zweiten Kammer 6 bzw. 7 limitiert, kann als Drosselkanal, dessen Funktion ein Ringspalt zwischen dem Schlagkolben 5 und dem Gehäuse 1 erfüllen kann, oder als Kanal mit Rückschlagventil, oder als beide zugleich ausgeführt werden.
Im Luftverteiler 3 ist ein bewegiches Stellglied 8 (Fig. 2) untergebracht, das den Hohlraum des Gehäuses 9 des Luftverteilers 3 in mindestens zwei Hohlräume, im konkreten Ausführungsbeispiel aber in drei Hohlräume 10, 11, 12 aufteilt, weil das verwendete Stellglied 8 in Form eines mehrstufigen Schiebers ausgebildet ist, der gleichachsig mit dem Schlagkolben 5 (Fig. 1) im Gehäuse 9 (Fig. 2) des Luftverteilers 3 hin- und herbewegbar zwischen Anschlägen 13 und 14 angeordnet ist, die im Inneren des Gehäuses 9 des Luftverteilers 3 ausgeführt sind. Der erste Hohlraum 10 ist durch die Wände des Gehäuses 9 des Luftverteilers 3 und die Stirnseite 15 des Stellgliedes 8 ge bildet. Der Druck im ersten Hohlraum 10 gewährleistet die Verschiebung des Stellgliedes 8 in eine der Endstellungen. Der zweite Hohlraum 11 ist zwischen den Wänden des Gehäuses 9 und den ringförmigen Stirnflächen 16 und 17 eingeschlossen. Der zweite Hohlraum 11 ist über einen Radialkanal 18 und einen Längskanal 19, die miteinander in Verbindung stehen, stets mit der zweiten Kammer 7 der Vorrichtung verbunden. Innerhalb des Stellgliedes 8 ist ein Hohlraum 20 in Form eines Topfes mit Boden 21 ausgebildet. Der Hohlraum 20 steht über einen Kanal 22 mit dem Luftzuführungsschlauch 4 und über einen Radialkanal 23 mit dem zweiten Hohlraum 11 in Verbindung, der zweite Hohlraum 11 ist in Abhängigkeit von der Stellung des Stellgliedes 8 abwechselnd entweder mit der Luftzuführungsleitung in einer Position über den Radialkanal 23 oder bei der Stellung des Stellgliedes 8 (Fig. 3) in der anderen Position über einen Radialkanal 24 mit der Umgebung verbunden. Der dritte Hohlraum 12, der zwischen der Stirnseite 25 und den Wänden des Gehäuses 9 des Luftverteilers eingeschlossen ist, ist über einen Radialkanal 26 (Fig. 2) mit der Umgebung stets verbunden. Der erste Hohlraum 10 ist mit der zweiten Kammer 7 über einen Drosselkanal 27 stets verbunden und erfüllt die Funktion eines Druckluftspeichers.
In Fig. 4, 5 ist ein Ausführungsbeispiel des Gehäuses 28 des Luftverteilers 3 und des Stellgliedes 29 einer anderen Konstruktion angeführt, in welcher der innerhalb des Stellgliedes 29 ausgeführte Hohlraum in Form eines Topfes fehlt. In diesem Fall steht ein erster Hohlraum 30, der zwischen den Wänden des Gehäuses 28 und der Stirnseite 31 des Stellgliedes 29 eingeschlossen ist, mittels eines Drosselkanals 32 mit der zweiten Kammer 7 der Vorrichtung in Verbindung und erfüllt die Funktion eines Druckluftspeichers. Ein zweiter Hohlraum 33, der zwischen der Wand des Gehäuses 28 und den ringförmigen Stirnflächen 34 und 35 eingeschlossen ist, ist mit der zweiten Kammer 7 über einen Radialkanal 36 und einen Längskanal 37, die mit einander in Verbindung stehen, stets verbunden. In Abhängigkeit von der Stellung des Stellgliedes 29 kann der zweite Hohlraum 33 entweder mit der Umgebung über einen Radialkanal 38 (in der Stellung in Fig. 4) oder über Kanäle 39 und 22 mit dem Hohlraum des Luftzuführungsschlauches 4 (in der in Fig. 5 gezeigten Stellung des Stellgliedes 29) in Verbindung stehen. Der zwischen der Wänden des Gehäuses 28 und der Stirnseite 41 des Stellglieds 29 eingeschlossene dritte Hohlraum 40 ist über den Kanal 22 mit dem Luftzuführungsschlauch 4 stets verbunden. Im ersten Hohlraum 30 ist zwischen der Wand des Gehäuses 28 und der Stirnseite 31 des Stellgliedes 29 eine Feder 42 angeordnet, durch deren Kraft das Stellglied 29 in die in Fig. 4 gezeigte Position gebracht wird, bei welcher die zweite Kammer 7 mit der Umgebung in Verbindung steht.
Zur Ermöglichung der Wahl einer optimalen Dauer des Auspuffs der Druckluft aus der zweiten Kammer 7 bei einer vorgegebenen Dauer des Lufteinlasses in dieselbe verbindet man den ersten Hohlraum 10 (Fig. 6) mit der zweiten Kammer 7 durch einen zusätzlichen Drosselkanal 43. Der Austrittsquerschnitt des Drosselkanals auf der Seite der zweiten Kammer 7 ist durch ein Rückschlagventil 44 überdeckt, das an der Wand des Gehäuses 9 des Luftverteilers 3 befestigt ist und den Luftdurchtritt nur in die zweite Kammer 7 gewährleistet.
Wenn es erforderlich ist, eine optimale Dauer des Einlasses der Druckluft in die zweite Kammer 7 bei einer vorgegebenen Dauer des Auspuffs der Abluft aus derselben zu wählen, so ist der Austrittsquerschnitt des zusätzlichen Drosselkanals 43 auf der Seite des ersten Hohlraumes 10 durch ein Rückschlagventil 45 überdeckt, das an der Wand des Gehäuses 9 des Luftverteilers 3 befestigt ist und den Luftdurchtritt nur in den ersten Hohlraum 10 gewährleistet.
In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel des Luftverteilers 3 ähnlich dem in Fig. 1 beschriebenen angeführt, aber mit einem eine andere konstruktive Ausführung aufweisenden Stellglied 46. Bei diesem Stellglied 46 dient als Stirn fläche, die den ersten Hohlraum 47 begrenzt, eine biegsame Membran 48, die an der Peripherie im Gehäuse 9 des Luftverteilers 3 befestigt ist.
Die Arbeit der erfindungsgemäßen schlagend arbeitenden Druckluft-Vorrichtung geht in folgender Weise vor sich.
Bei der Zuführung der Druckluft in die erfindungsgemäße Vorrichtung über den Luftzuführungsschlauch 7 (Fig.2) von der (nicht gezeigten) Druckluftquelle verschiebt sich das als mehrstufiger Schieber ausgebildete Stellglied 8 unter der Wirkung des Luftdrucks auf den Boden 21 des Topfes 24 bis zur Berührung mit dem Anschlag 13, d.h., es stellt sich in eine Position ein, bei der die über den Luftzuführungsschlauch 7 ankommende Druckluft über den Kanal 22, den Hohlraum 20, den Radialkanal 23 im Stellglied 8, den zweiten Hohlraum 11, den Radial- und den Längskanal 18 bzw. 19 im Gehäuse 9 des Luftverteilers 3 die zweite Kammer 7 im Gehäuse 1 füllt. Beim Einlaß der Druckluft in die zweite Kammer 7 wirkt auf das Stellglied 8 eine zusätzliche Kraft, die auf der Seite des zweiten Hohlraumes 11 an die Stirnfläche 16 angelegt ist und das Stellglied 8 an den Anschlag 13 andrückt. Gleichzeitig damit steigt der Druck im ersten Hohlraum 10 allmählich an, weil dessen Füllung mit Druckluft über den Drosselkanal 27 erfolgt, der diesen die Funktion eines Druckluftspeichers erfüllenden ersten Hohlraum 10 mit der zweiten Kammer 7 verbindet. Der Einlaß der Druckluft in die zweite Kammer 7 dauert so lange, bis der Luftdruck im ersten Hohlraum 10 im Prozeß der langsamen Füllung eine Größe erreicht, die zur Verlegung des Stellgliedes 8 in die andere Position ausreichend ist, d.h. bis zur Berührung mit dem Anschlag 14, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.
Bei der neuen Stellung des Stellgliedes 8 hört der Einlaß der Luft in die zweite Kammer 7 auf, weil der Radialkanal 23 überdeckt ist, und est findet der Auspuff der Abluft statt, d.h., bei dieser Stellung des Stellgliedes 8 steht die zweite Kammer 7 über den Längskanal 19 und den Radialkanal 18 im Gehäuse 9 des Luftverteilers 3, des sen zweiten Hohlraum 11 und den Radialkanal 24 mit der Umgebung in Verbindung. Während des Auslasses der Luft fällt der Luftdruck in der zweiten Kammer 7 schroff ab, während der Druck im ersten Hohlraum 10 ständig abnimmt, weil seine Entladung über den Drosselkanal 27 erfolgt. Das Stellglied 8 bleibt in dieser Position so lange, bis der Druck im ersten Hohlraum 10 auf eine Größe absinkt, bei welcher die Kraft des von der Stirnseite 15 des Stellgliedes 8 aufgenommenen Drucks kleiner als die Kraft des auf den Boden 21 wirkenden Leitungsdrucks im Hohlraum 20 wird. Im weiteren wird der beschriebene Prozeß der selbstschwingenden Bewegung des Stellgliedes 8 mit Stillsetzungen in den zwei Endstellungen periodisch wiederholt.
In Abhängigkeit davon, in welcher der zwei Positionen sich das Stellglied 8 befindet, ist die zweite Kammer 7 entweder mit der Druckluftquelle verbunden, aber von der Umgebung isoliert, oder sie ist mit der Umgebung verbunden, aber von der Druckluftquelle isoliert. Auf diese Weise wird in der zweiten Kammer 7 der Vorrichtung bei der Druckluftzufuhr über den Luftzuführungsschlauch 4 ein pulsierender Druck erzeugt. Da die erste Kammer 6 (Fig. 1) und die zweite Kammer 7 nicht durch einen freien Durchgang, sondern mit Hilfe eines beliebigen bekannten Mittels (nicht gezeigt), das den Luftdurchtritt aus der einen Kammer 7 (6) in die andere limitiert, miteinander verbunden sind, ist der Druck in der ersten und der zweiten Kammer 6, 7 verschieden. Unter der Wirkung der Druckdifferenz in der ersten und der zweiten Kammer 6, 7 der Vorrichtung vollführt der Schlagkolben 5 eine hin- und hergehende Bewegung innerhalb des Gehäuses 1. Auf experimentellem Wege gelingt es, eine solche Kombination der Parameter des Luftverteilers 3 zu wählen, bei der der Schlagkolben 5 während seiner hin- und hergehenden Bewegung innerhalb des Gehäuses 1 im Laufe eines jeden Arbeitszyklus des Luftverteilers 3 einen Schlag auf das Arbeitswerkzeug 2 ausübt.
Die Arbeit des Luftverteilers 3, dessen Ausführungsbeispiel in Fig. 4, 5 gezeigt ist, ist nach den zu er füllenden Funktionen dem in Fig. 2, 3 gezeigten Luftverteilers 3 gleichwertig.
Bei der Zuführung der Druckluft in die Vorrichtung über den Luftzuführungsschlauch 4 (Fig. 4) verschiebt sich das Stellglied 29 unter der Wirkung des Luftdrucks auf die Stirnseite 41 in die Stellung (Fig. 5), bei der die zweite Kammer 7 im Gehäuse 1 über die Kanäle 37,36, 39 und 22 mit der Druckluftquelle in Verbindung gesetzt wird, wodurch der Einlaß der Druckluft in diese zweite Kammer 7 geschieht. Während des Einlasses der Druckluft wirkt auf das Stellglied 29 eine zusätzliche Kraft, die gegen dei Wirkung der Feder 42 gerichtet und durch die Wirkung des Drucks auf die Stirnseite 34 bedingt ist. Der Prozeß des Einlasses dauert so lange, bis der Druck im ersten Hohlraum 30 während seiner Füllung mit Druckluft über den Drosselkanal 32 eine Größe erreicht, die zur Verlegung des Stellgliedes 29 in die Stellung ausreichend ist, bei der die zweite Kammer 7 (Fig. 4) über die Kanäle 37, 36 und 38 mit der Umgebung in Verbindung steht. Bei dieser Stellung des Stellgliedes 29 geschieht der Auspuff der Abluft aus der zweiten Kammer 7. Gleichzeitig mit dem Auspuff erfolgt die Entladung des die Funktion eines Druckluftspeichers erfüllenden ersten Hohlraumes 20 über den Drosselkanal 32, wodurch das Stellglied 29 erneut in die Stellung verlegt wird, welche den Einlaß der Druckluft in die zweite Kammer 7 gewährleistet. Im weiteren wiederholt sich der beschriebene Vorgang. Die Arbeit der Vorrichtung im ganzen hat keine Unterschiede von der Arbeit der Vorrichtung mit dem Luftverteiler, dessen konstruktive Ausführung in Fig. 2, 3 gezeigt ist.
Die Arbeit der erfindungsgemaßen Vorrichtung mit dem im Luftverteiler 3 verwendeten zusätzlichen Drosselkanal 43 (Fig. 7), dessen Austrittsquerschnitt durch das Rückschlagventil 45 überdeckt wird, unterscheidet sich von der obenbeschriebenen nur dadurch, daß die Füllung des ersten Hohlraumes 10 über den Drosselkanal 27 und den zusätzlichen Drosselkanal 43 und die Entladung lediglich über den Drosselkanal 27 allein geschieht.
Wenn der Austrittsquerschnitt des zusätzlichen Drosselkanals 43 durch das Rückschlagventil 44 (Fig. 6) überdeckt ist, so findet über den Drosselkanal 27 und den zu sätzlichen Drosselkanal 43 die Entladung des ersten Hohlraumes 10 statt.
Die Arbeit von Vorrichtung mit Verwendung der Membran 48 (Fig. 8) im Luftverteiler 3 kommt ähnlich wie in Fig. 2, 3 beschrieben zustande. Der Unterschied besteht darin, daß die Funktion der Stirnseite die Membran 48 erfüllt, die den ersten Hohlraum 47 begrenzt, welcher durch den Drosselkanal 49 mit der zweiten Kammer 7 in Verbindung steht.
Die Zahl der möglichen Ausführungsformen des Stellgliedes 8 des Luftverteilers 3 beschränkt sich nicht auf die zwei in Fig. 2, 3 und 4, 5 angeführte Varianten. Möglich ist die Verwendung von Luftverteilern mit unterschiedlicher konstruktiver Ausführung des Stellgliedes. Aber bei jeder Ausführungsform desselben ist das Vorhandensein mindestens eines Drosselkanals obligatorisch, der die Kammer im Gehäuse, die abwechselnd mit der Druckluftquelle und mit der Umgebung in Verbindung gesetzt wird, mit dem Hohlraum des Luftverteilers verbindet, in welchem der Druck die Verschiebung des Stellgliedes in eine der Endstellungen gewährleistet.
Im Vergleich mit dem bisherigen Stand der Technik besitzt die schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung gemäß der Erfindung einen Luftverteiler, dessen Abmessungen und Masse minimal sind. Dadurch wurde es möglich, bei der Aufrechterhaltung der Vorzüge von pneumatischen Schlagvorrichtungen mit einer gesteuerten Kammer die Abmessungen und Masse der Vorrichtungen im ganzen ohne Verminderung ihrer Schlagleistung zu verringern. Als Ergebnis davon ist die spezifische Schlagleistung, das heißt die auf die Masse und das Volumen der Einrichtung bezogene Leistung, gestiegen. Wenn die Abmessungen und die Masse der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf dem früheren Niveau belassen werden, so wächst bei der erhöhten spezifischen Leistung auch die absolute Leistung der Vorrichtung, was letzten Endes zur Steigerung der Arbeitsleistung bei ihrem Einsatz führt.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Die vorliegende Erfindung ist am effektivsten zum Niederbringen von Bohrungen anzuwenden, die beim Bau von unterirdisch verlegten Versorgungsleitungen verschiedener Zweckbestimmung im geschlossenen Verfahren verwendet werden.

Claims

1. Schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung, die ein Gehäuse (1) enthält, in dessen Innerem ein Schlagkolben (5) verschiebbar angeordnet ist, der den Hohlraum des Gehäuses (1) in zwei Kammern (6, 7) unterteilt, von denen die erste (6) zwischen den Wänden des Gehäuses (1) und dem Schlagkolben (5) und die zweite Kammer (7) zwischen dem Schlagkolben und einen im Gehäuse (1) untergebrachten Luftverteiler (3) mit einem beweglichen Stellglied (8, 29, 46) eingeschlossen ist, welches den Hohlraum des Luftverteilers (3) in mindestens zwei Hohlräume (10, 30, 47 und 11, 33, 11a) aufteilt, wobei der Druck in dem ersten (10, 30, 47) von ihnen die Verschiebung des Stellgliedes (8, 29, 46) in eine der Endstellungen gewährleistet, während der zweite Hohlraum (11, 33, 11a) mit der zweiten Kammer (7) stets verbunden und abwechselnd mit der Druckluftquelle und mit der Umgebung in Verbindung gesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum (10, 30, 47) des Luftverteilers (3) mittels eines Drosselkanals (27, 32, 49) mit der zweiten Kammer (7) in Verbindung steht.

2. Schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum (10, 30, 47) des Luftverteilers (3) und die zweite Kammer (7) im Gehause (1) durch mindestens einen zusätzlichen Drosselkanal (43) miteinander verbunden sind, dessen Austrittsquerschnitt auf der Seite des ersten Hohlraumes (10, 30, 47)*des Luftverteilers (3) durch ein an der Wand des Luftverteilers (3) befestigtes Rückschlagventil (44) überdeckt ist.
(* So die korrekte Übersetzung. Richtig: "auf der Seite der zweiten Kammer (7)")

3. Schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum (10, 30, 47) des Luftverteilers (3) und die zweite Kammer (7) im Gehause (1) durch mindestens einen zusatzlichen Drosselkanal (43) miteinander verbunden sind, dessen Austrittsquerschnitt auf der Seite des ersten Hohlraumes (10, 30, 47) des Luftverteilers (3) durch ein an der Wand des Luftverteilers (3) befestigtes Rück schlagventil (45) überdeckt ist.

4. Schlagend arbeitende Druckluftvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche des Stellgliedes (8), die den Druck der Druckluft im ersten Hohlraum (47) aufnimmt, eine Membran (48) angebracht ist, die an der Peripherie im Gehäuse (9) des Luftverteilers (3) befestigt ist.