DE1108474B - Vorrichtung zum Pruefen von Schlagwerkzeugen wie Bohrhaemmer, Abbauhaemmer od. dgl. - Google Patents

Description

Für die Prüfung von Schlagwerkzeugen (Bohrhämmern, Abbauhämmern) gibt es eine Reihe von Prüfvorrichtungen, die im wesentlichen den Zweck erfüllen, die Funktionsfähigkeit bestimmter Schlagwerkzeugtypen zu kontrollieren. Sie werden überwiegend auf Zechen und Gruben zur Überwachung schlagender Werkzeuge eingesetzt.

Die bisher bekanntgewordenen Prüfvorrichtungen (deutsche Patentschriften 396 475, 410 610 und820977) verwenden folgendes Prinzip: Der Kolben des zu xo prüfenden Schlagwerkzeuges schlägt auf einen zur Prüfvorrichtung gehörenden Kolben, der durch Federkraft oder Druckluft oder ein flüssiges Medium gegen die Anflugrichtung des Kolbens vorgespannt ist. Dabei ist der Weg, den der Kolben gegen die Kraft des zu prüfenden Schlagwerkzeuges ausführt, das Maß für die Auftreffenergie des Kolbens.

Folgende grundsätzlichen Nachteile haften diesen Vorrichtungen an:

a) Die Prüfung findet unter anderen Bedingungen statt, wie sie das zu prüfende Werkzeug im praktischen Gebrauch vorfindet, denn der Kolben eines Schlagwerkzeuges schlägt im Einsatz nicht auf eine konzentrierte Masse wie in den bisher bekannten Prüfgeräten, sondern auf Stangen, deren Querschnitt im Verhältnis zu ihrer Länge klein ist (F/l < < 1). Das bedeutet physikalisch, daß die Newtonschen Stoßgesetze nicht anwendbar sind, sondern die Gesetze der elastischen Stoßtheorie angewendet werden müssen.

b) Durch den Kolbenschlag wird das Stangenmaterial mehr oder weniger stark beansprucht. Spezielle theoretische Untersuchungen haben gezeigt, daß die Beanspruchung des Stangenmaterials nicht nur von der Auftreffenergie des Kolbens, sondern auch von dessen Form abhängt. Die Beanspruchung des Stangenmaterials wird bei den bisher bekannten Prüfeinrichtungen nicht gemessen.

c) Eine Dauerprüfung von Schlagwerkzeugen ist bei den bisher bekannten Prüfgeräten nicht möglich, weil die vom Schlagwerkzeug erzeugte Schlagenergie aus dem örtlich eng begrenzten Prüfgerät nicht abgeführt werden kann und deshalb leicht zu Zerstörungen oder Ausfällen der Prüfeinrichtung führt.

Der Erfindung liegt als Aufgabe die Erstellung einer Prüfvorrichtung für Schlagwerkzeuge zugrunde, die den physikalischen Gegebenheiten beim Einsatz von Schlagwerkzeugen Rechnung trägt und bei welcher der Schlagvorgang in seinen einzelnen Phasen sichtbar gemacht wird, so daß nicht wie bei den bekannten Vorrichtung zum Prüfen

von Schlagwerkzeugen wie Bohrhämmer,

Abbauhämmer od. dgl.

Anmelder:

Bergwerksverband G.m.b.H.,
Essen-Kray, Dortmunder Str. 151

Dr.-Ing. Friedrich-Karl Arndt, Essen-Rüttenscheid, ist als Erfinder genannt worden

Vorrichtungen nur die Wirkung des Schlages erkennbar ist.

Dazu erfolgt in einer Vorrichtung zur Prüfung von Schlagwerken aller Art, bei der die durch die Schlagwerke an einer Meßstange hervorgerufenen Impulse gemessen, insbesondere oszillographisch gemessen werden, erfindungsgemäß die Prüfung derart, daß die Meßstange hinter der Meßstelle reflektionsfrei gelagert wird.

Mit dieser Vorrichtung wird erreicht, daß die Meßstange wieder völlig in Ruhe ist, wenn der folgende Schlag die Stange trifft, d. h. für jeden folgenden Schlag liegen die gleichen Versuchs- und Prüfbedingungen vor, so daß eindeutig und reproduzierbare Meßergebnisse gewonnen werden.

Bei Schlagwerkzeugen, die gleichzeitig eine Drehbewegung auf die Bohrstange übertragen, empfiehlt es sich, den Schlagkolben nicht direkt auf die Meßstange, sondern über eine Zwischenstange auf die Meßstange einwirken zu lassen. Diese Zwischenstange hat die Aufgabe, die Drehbewegung des Hammers zu ermöglichen (die Meßstange ist nicht drehbar) und den Schlagimpuls möglichst unverf ormt auf die Meßstange zu übertragen.

Der vom Hammer erzeugte Drehimpuls kann von der Zwischenstange abgenommen und ebenfalls gemessen werden.

Das erfindungsgemäße Gerät gestattet eine ganze Reihe von für die Beurteilung von Schlagwerkzeugen wichtigen Werten zu messen. Es können z. B. bestimmt werden:

a) Der Schlagimpuls und die sich daraus ergebende Einzelschlagenergie des Kolbens.

b) Die Schlagzahl.

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c) Die maximale Beanspruchung des Stangen- Weiterhin ist eine Dauererprobung von Schlagwerkmaterials, zeugen und damit eine Bestimmung des Verschleiß-

d) Die Auftreffgeschwindigkeit des Kolbens. Verhaltens einzelner Konstruktionsteile möglich.

e) Bei zusätzlich drehenden Schlagwerkzeugen auch Die Vorrichtung sei an Hand der Abb. 1 der Zeichdas Drehmoment. 5 nung in seiner vorteilhaftesten Ausführungsform näher

erläutert.

^^{u a})·' Der Schlagkolben des Schlagwerkes 1 trifft auf die

Durch den Kolbenschlag pflanzt sich vom Stangen- (gegebenenfalls entbehrliche) Zwischenstange 2. Die ende eine Dehnungswelle in Richtung zum freien Zwischenstange trägt an ihrem Ende ein Übergangs-Stangenende fort. Diese Dehnungswelle ist örtlich io stück 3. Das Übergangsstück ermöglicht eine Drehung und zeitlich im wesentlichen begrenzt und kann der Zwischenstange und sorgt gleichzeitig für einen als »Energiepaket« aufgefaßt werden, das mit der möglichst reflexionsfreien Übergang des Schlag-Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Stange sich impulses von der Zwischenstange auf die eigentliche fortbewegt. Beim Passieren einer bestimmten Meßstange 4. Die Meßstange ruht fest in einer Stelle der Stange, also auch der Meßstelle, wird 15 Dämpfungsvorrichtung 5. Die Dämpfungsvorrichtung eine Deformation des Stangenmaterials hervorge- stellt die Nachbildung einer »unendlich langen« Stange rufen, die durch die in der Anmeldung skizzierte dar, d. h., der Schlagimpuls läuft vom Anfang der Meßeinrichtung sichtbar gemacht werden kann. Meßstange in die Dämpfungseinrichtung hinein und Man erhält so einen Abb. 4 entsprechenden söge- wird auf seinem Wege zerstreut. Die den Schlagnannten Schlagimpuls. Die zahlenmäßige Größe 20 impuls beinhaltende Schlagenergie wird dadurch volldieses Schlagimpulses ist durch die Formel ständig von der Dämpfungseinrichtung aufgenommen.

Somit kehrt kein Reflexionsimpuls an den Anfang der % = EF_ofe(t)dt Meßstange zurück.

1 Die Dämpfungseinrichtung 5 besteht aus einem fest

gegeben, worin 25 ün Grund verankerten Gehäuse und dem Dämpfungs-

£ __ £ Modul mittel für die Aufnahme der Meßstange. Die durch

F₀ = Stangenquerschnitt ^den Schlagimpuls hervorgerufene Bewegung an der

Oberfläche der Meßstange wird durch das Dämpfungs-

bedeutet. Das heißt, da E und F₀ bei einer ge- mittel abgebremst. Als Dämpfungsmittel kommen gebenen Meßeinrichtung Konstanten sind, ist der 30 Gummi, Pech, Schaumstoffe usw. in Frage. Die Wert des Integrals aus Abb. 4 durch numerische Dämpfung kann auch rein mechanisch, z. B. mittels oder grafische Integration zu ermitteln, und somit Bremsen erfolgen, die die Meßstange klauenartig urader Wert von G bestimmt. Die Schlagenergie ist fassen. Wichtig für die reflexionsarme Aufnahme des durch folgende Gleichung gegeben: Schlagimpulses ist die stetige Zunahme der Dämpfung

35 vom Schlagende her. Dies ist in Abb. 1 durch die L = EF₀ c fe²(t) dt dichter werdende Schraffur angedeutet.

τ Der Impuls läuft vom Schlagende über die Zwischen-

c = Schallgeschwindigkeit in Stahl ^stan§^{e und die} Meßstange mit der Schallgeschwindig

keit der Meßstange in die Dämpfungseinrichtung.

d. h. E, F₀, c sind wiederum für eine bestimmte 4° Bevor er in die Dämpfungseinrichtung eintritt, passiert Meßeinrichtung Konstanten. Damit läßt sich der er die eigentliche Meßstelle. Hier wird mittels Dehn-Wert von L aus dem gemessenen Schlagimpuls meßstreifen 7 die eigentliche Meßgröße für den Schlag- :e = ε (i) entsprechend Abb. 4 durch Quadrieren impuls, nämlich die durch den Schlag hervorgerufene

und anschließende Integration ermitteln. Dehnung, an der Oberfläche der Meßstange erfaßt und

_ , _s ,, j ο ti 1.1 45 in eine elektrische Größe umgewandelt. Über die

Zu b) Messung der Schlagzahl: elektrische Hilfseinrichtung 8 (Brückenschaltung,

Die Schlagzahl ergibt sich aus dem zeitlichen Stromversorgung für die Dehnmeßstreifen) wird das Abstand zweier Schlagimpulse entsprechend der Meßsignal einem Oszillographen 9 zugeführt und Abb. 3 oder aus einem entsprechend Abb. 1 sichtbar gemacht. Eine vor den Bildschirm des Oszillo-

nachgeschalteten Schlagzahlmesser 10. 50 graphen geschwenkte Kamera ermöglicht die Regi-

j . strierung der Meßgröße. Ein nachgeschalteter Zähler

^{u c}'' 10 dient der Messung der Schlagzahl bei Dauerver-

Die größte Höhe des Impulses entsprechend suchen. Das Schlagwerk erhält seine Vorschubkraft Abb. 4 ist auch gleichzeitig die maximale in der von der Druckluftstütze 11.

Stange auftretende Dehnung und damit die 55 Der vom Schlagwerkzeug ausgeübte Drehimpuls

maximale Beanspruchung der Stange. kann getrennt von dem beschriebenen Meßvorgang

„,, ,, , . ^ ~. ,.,.,. , über eine Bremsscheibe 6 abgenommen und gemessen

Zud)_Messung der Auftreffgeschwmdigkeit des _werden. Auch die Größe des Drehmoments wird nicht

Kolbens. durch Reflexionsimpulse beeinflußt, es wird also aus-

Die AuftrefFgeschwindigkeit des Kolbens ergibt 60 schließlich der durch die Druckluft im Schlagwerkzeug sich bei bekannter Größe der vom Kolben an die entwickelte Drehimpuls gemessen.

Stange abgegebene Energie Abb. 2 zeigt ein durch den Schlagkolben in einer

_m Bohrstange ohne Anwendung des Prinzips der Erfin-

^L — ~2~ ^y2 dung hervorgerufenes Schwingungsbild: Der durch

65 den Kolben hervorgerufene primäre Schlagimpuls A

^zu wird nicht an der Bohrschneide abgebaut, sondern hat

2£ eine Vielzahl von Reflexionen im Gefolge, die beim

m ' nachfolgenden Schlag B noch nicht abseklunsen sind

Eine eindeutige Messung des primären Schlagimpulses ist also nicht möglich, da die eigentliche Meßgröße nicht von den von dem letzten Schlag vorhandenen Störgrößen getrennt ist.

Demgegenüber zeigt Abb. 3 die erfindungsgemäße völlige Dämpfung der Refleximpulse und somit eine eindeutige Erfassung der einzelnen Schläge. Man erkennt aus dieser Kurve, daß nur der primäre Schlag die Meßstelle einmal passiert und nur ein verschwindend kleiner Refleximpuls zurückkehrt, so daß beim nächsten Schlag die Stange wieder völlig in Ruhe ist.

Abb. 4 zeigt schließlich einen Schlagimpuls gemäß Abb. 3, jedoch ist der Zeitmaßstab jetzt so vergrößert, daß die Nadelimpulse von Abb. 3 zu einer auswertbaren Impulskurve auseinandergezogen sind.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur Prüfung von Schlagwerken aller Art durch Messung, insbesondere oszillographische Messung, der durch die Schlagwerke an einer Meßstange hervorgerufenen Impulse, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstange (4) hinter der Meßstelle reflexionsfrei gelagert ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsfreie Lagerung der Meßstange (4) in einem Dämpfungsmittel (S) wie etwa Gummi, Pech oder Schaumstoff erfolgt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem reflexionsfreien Lager auf der Meßstange (4) ein Dehnmeßstreifen (7) angebracht und über elektrische Hilfseinrichtungen (8) mit einem Oszillographen (9) verbunden ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlagwerk (1) mit der Meßstange (4) über eine gegebenenfalls gegenüber der Meßstange (4) drehbar gelagerte Zwischenstange (2) verbunden ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine an der Zwischenstange (2) angebrachte Bremsscheibe (6) mit Hilfseinrichtungen zur Messung des Drehimpulses.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 396 475, 410 610, 977.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen