DE1108474B - Device for testing impact tools such as hammer drills, demolition hammers or the like. - 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.There are a number of tools for testing impact tools (rotary hammers, demolition hammers) Testing devices that essentially fulfill the purpose of determining the functionality of certain types of impact tools to control. They are mainly used in collieries and mines for surveillance striking tools used.

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.The previously known test devices (German patents 396 475, 410 610 and 820977) use the following principle: The piston of the percussion tool to be tested strikes at you Piston belonging to the test device, which is counteracted by spring force or compressed air or a liquid medium the approach direction of the piston is biased. This is the path that the piston takes against the force of the impact tool to be tested executes the measure for the impact energy of the piston.

Folgende grundsätzlichen Nachteile haften diesen Vorrichtungen an:These devices have the following basic disadvantages:

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.a) The test takes place under different conditions than those found by the tool to be tested in practical use, because the piston of an impact tool does not strike a concentrated mass in use as in the previously known test devices, but on rods whose cross-section is in proportion their length is small (F / l <<1). In physical terms, this means that Newton's laws of impact are not applicable, but that the laws of elastic impact theory must be applied.

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. b) The rod material becomes due to the piston stroke more or less stressed. Special theoretical investigations have shown that the stress on the bar material is not only dependent on the impact energy of the piston, but also depends on its shape. The strain on the bar material is at the previously known test equipment not measured.

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.c) An endurance test of impact tools is not possible with the previously known test devices, because the impact energy generated by the impact tool comes from the locally limited testing device can not be discharged and therefore easily lead to destruction or failure of the test device leads.

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 PrüfenThe object of the invention is to create a test device for impact tools which takes into account the physical conditions when using impact tools and for which the Impact process is made visible in its individual phases, so that not as with the known Device for testing

von Schlagwerkzeugen wie Bohrhämmer,of impact tools such as rotary hammers,

Abbauhämmer od. dgl.Pick-up hammers or the like.

Anmelder:Applicant:

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

Dr.-Ing. Friedrich-Karl Arndt, Essen-Rüttenscheid, ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Friedrich-Karl Arndt, Essen-Rüttenscheid, has been named as the inventor

Vorrichtungen nur die Wirkung des Schlages erkennbar ist.Devices only the effect of the blow can be seen.

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.This takes place in a device for testing Impact mechanisms of all kinds, in which the impulses caused by the impact mechanisms on a measuring rod measured, in particular measured oscillographically, according to the invention the test in such a way that the Measuring rod is stored behind the measuring point without reflection.

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.With this device it is achieved that the measuring rod is completely at rest again when the following Blow hits the bar, d. H. The test and test conditions are the same for each subsequent impact before, so that unambiguous and reproducible measurement results can be obtained.

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.It is recommended for impact tools that simultaneously transmit a rotary movement to the boring bar the percussion piston not directly on the measuring rod, but via an intermediate rod on the measuring rod let it take effect. This intermediate rod has the task of enabling the rotary movement of the hammer (the measuring rod cannot be rotated) and the impact pulse as unformed as possible on the measuring rod transferred to.

Der vom Hammer erzeugte Drehimpuls kann von der Zwischenstange abgenommen und ebenfalls gemessen werden. The angular momentum generated by the hammer can be taken from the intermediate rod and also measured.

Das erfindungsgemäße Gerät gestattet eine ganze Reihe von für die Beurteilung von Schlagwerkzeugen wichtigen Werten zu messen. Es können z. B. bestimmt werden:The device according to the invention allows a whole range of tools for assessing impact tools measure important values. It can e.g. B. can be determined:

a) Der Schlagimpuls und die sich daraus ergebende Einzelschlagenergie des Kolbens.a) The impact momentum and the resulting single impact energy of the piston.

b) Die Schlagzahl.b) The number of strokes.

109 610/221 "109 610/221 "

3 43 4

c) Die maximale Beanspruchung des Stangen- Weiterhin ist eine Dauererprobung von Schlagwerkmaterials, zeugen und damit eine Bestimmung des Verschleiß-c) The maximum stress on the rod is also a long-term test of impact mechanism material, and thus a determination of the wear and tear

d) Die Auftreffgeschwindigkeit des Kolbens. Verhaltens einzelner Konstruktionsteile möglich.d) The impact speed of the piston. Behavior of individual construction parts possible.

e) Bei zusätzlich drehenden Schlagwerkzeugen auch Die Vorrichtung sei an Hand der Abb. 1 der Zeichdas Drehmoment. 5 nung in seiner vorteilhaftesten Ausführungsform nähere) In the case of additionally rotating impact tools, the device is also shown in Fig. 1 of the drawing Torque. 5 tion in its most advantageous embodiment

erläutert.explained.

^^{u a})·' Der Schlagkolben des Schlagwerkes 1 trifft auf die^ ^ua ) · 'The percussion piston of the striking mechanism 1 hits the

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.As a result of the piston stroke, the rod (possibly dispensable) intermediate rod 2 is planted end of an expansion shaft in the direction of the free intermediate rod carries a transition rod end at its end away. This expansion shaft is locally io piece 3. The transition piece enables rotation and essentially limited in time and can the intermediate rod and provides at the same time for one to be understood as an "energy package", the one with the most reflection-free transition of the impact-propagation speed in the rod, impulse moves from the intermediate rod to the actual one. When passing a certain measuring rod 4. The measuring rod rests firmly in a Position of the rod, including the measuring point, is 15 damping device 5. The damping device a deformation of the bar material produces the replica of an "infinitely long" bar call, which is represented by the outlined in the application, d. that is, the stroke pulse runs from the beginning of the Measuring device can be made visible. Measuring rod into the damping device and One thus obtains a figure corresponding to Fig. 4 and is thus scattered on its way. The ones called the hit Impact pulse. The numerical magnitude of 20 impulses containing impact energy becomes full of this Impulse is constantly absorbed by the damping device due to the formula.

Somit kehrt kein Reflexionsimpuls an den Anfang der % = EF_ofe(t)dt Meßstange zurück.Thus no reflection pulse returns to the beginning of the % = EF _o fe (t) dt measuring rod.

1 Die Dämpfungseinrichtung 5 besteht aus einem fest 1 The damping device 5 consists of a fixed

gegeben, worin 25 ün Grund verankerten Gehäuse und dem Dämpfungs-given, in which 25 un ground anchored housing and the damping

£ __ £ Modul mittel für die Aufnahme der Meßstange. Die durch £ __ £ Medium module for holding the measuring rod. By

F₀ = Stangenquerschnitt ^den Schlagimpuls hervorgerufene Bewegung an der F ₀ = rod cross-section ^the movement caused by the impact pulse

Oberfläche der Meßstange wird durch das Dämpfungs-The surface of the measuring rod is affected by the damping

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 Dämpfungmeans. This means that E and F _{0 are} moderately braked at one. As damping means are given measuring device constants, rubber, pitch, foams, etc. are possible. The value of the integral from Fig. 4 by numerical damping can also be purely mechanical, e.g. B. to determine by means of or graphic integration, and thus brakes are carried out, which determines the measuring rod urader value of G in a claw-like manner. The impact energy is grasp. Important for the anechoic recording of the given by the following equation: Impact pulse is the steady increase in attenuation

35 vom Schlagende her. Dies ist in Abb. 1 durch die L = EF₀ c fe²(t) dt dichter werdende Schraffur angedeutet.35 from the end of the stroke. This is indicated in Fig. 1 by the hatching that becomes more dense L = EF ₀ c fe ² (t) dt.

τ Der Impuls läuft vom Schlagende über die Zwischen- τ The impulse runs from the end of the stroke over the intermediate

c = Schallgeschwindigkeit in Stahl ^stan§^{e und die} Meßstange mit der Schallgeschwindig c = speed of sound in steel ^stan § ^{e and the} measuring rod with the Sound Velocity

keit der Meßstange in die Dämpfungseinrichtung.speed of the measuring rod in the damping device.

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 hervorgerufeneie E, F ₀ , c are in turn for a certain 4 ° Before it enters the damping device, the measuring device passes constants. So that he can the actual measuring point. Here, by means of the elongation value of L from the measured impact pulse measuring strip 7, the actual measured variable for the impact : e = ε (i) according to Fig. 4 by squaring the pulse, namely the one caused by the impact

und anschließende Integration ermitteln. Dehnung, an der Oberfläche der Meßstange erfaßt undand determine the subsequent integration. Elongation, detected on the surface of the measuring rod and

_ , _s ,, j ο ti 1.1 45 in eine elektrische Größe umgewandelt. Über die_, _s ,, j ο ti 1.1 45 converted into an electrical quantity. About the

Zu b) Messung der Schlagzahl: elektrische Hilfseinrichtung 8 (Brückenschaltung,Regarding b) Measurement of the number of strokes: electrical auxiliary device 8 (bridge circuit,

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-The number of strokes results from the temporal power supply for the strain gauges Distance between two impact pulses is fed to an oscilloscope 9 and corresponding to the measurement signal Fig. 3 or made visible from one corresponding to Fig. 1. One in front of the oscilloscope screen

nachgeschalteten Schlagzahlmesser 10. 50 graphen geschwenkte Kamera ermöglicht die Regi-downstream stroke counter 10. 50 graphs panned camera enables the regi-

j . strierung der Meßgröße. Ein nachgeschalteter Zähler j . stration of the measurand. A downstream counter

^{u c}'' 10 dient der Messung der Schlagzahl bei Dauerver- ^{u c} '' 10 is used to measure the number of blows in continuous

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.Find the highest level of impulse accordingly. The striking mechanism receives its feed force Fig. 4 is also the maximum in that of the compressed air support 11.

Stange auftretende Dehnung und damit die 55 Der vom Schlagwerkzeug ausgeübte DrehimpulsElongation occurring in the rod and thus the 55 The angular momentum exerted by the striking tool

maximale Beanspruchung der Stange. kann getrennt von dem beschriebenen Meßvorgangmaximum stress on the rod. can be separated from the measurement process described

„,, ,, , . ^ ~. ,.,.,. , über eine Bremsscheibe 6 abgenommen und gemessen",, ,,,. ^ ~. ,.,.,. , removed via a brake disc 6 and measured

Zud)_Messung der Auftreffgeschwmdigkeit des _werden. Auch die Größe des Drehmoments wird nichtZud) _Measuring the speed of impact of the _be s. Also the size of the torque will not

Kolbens. durch Reflexionsimpulse beeinflußt, es wird also aus-Piston. influenced by reflection impulses, so it is

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.The speed of impact of the piston ultimately results in 60 that of the compressed air in the impact tool If the magnitude of the angular momentum developed by the piston is known, it is measured.

Stange abgegebene Energie Abb. 2 zeigt ein durch den Schlagkolben in einerEnergy given off by the rod Fig. 2 shows a through the percussion piston in a

_m Bohrstange ohne Anwendung des Prinzips der Erfin- _m boring bar without applying the principle of the invention

^L — ~2~ ^y2 dung hervorgerufenes Schwingungsbild: Der durch ^L - ~ 2 ~ ^y2 dung induced oscillation: The by

65 den Kolben hervorgerufene primäre Schlagimpuls A 65 primary impact pulse A produced by the piston

^zu wird nicht an der Bohrschneide abgebaut, sondern hat ^zu is not broken down at the cutting edge, but has

2£ eine Vielzahl von Reflexionen im Gefolge, die beim 2 pounds a multitude of reflections in the wake that at

m ' nachfolgenden Schlag B noch nicht abseklunsen sind The following beat B has not yet finished

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.An unambiguous measurement of the primary impact pulse is therefore not possible because the actual measured variable is not separated from the disturbance variables present from the last blow.

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.In contrast, Fig. 3 shows the inventive complete attenuation of the reflex pulses and thus a clear recording of the individual fields. It can be seen from this curve that only the primary beat passes the measuring point once and only a vanishingly small reflex pulse returns, so that the next stroke the rod is completely at rest again.

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.Finally, Fig. 4 shows a beating pulse according to Fig. 3, but the time scale is now so enlarged that that the needle pulses of Fig. 3 are pulled apart to form an evaluable pulse curve.

Claims (5)

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.PATENT CLAIMS: 1. Device for testing impact mechanisms of all kinds by measuring, in particular oscillographic measurement, of the pulses caused by the impact mechanisms on a measuring rod, characterized in that the measuring rod (4) is mounted without reflection behind the measuring point. 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.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the reflection-free mounting of the measuring rod (4) takes place in a damping means (S) such as rubber, pitch or foam. 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.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in front of the reflection-free bearing a strain gauge (7) is attached to the measuring rod (4) and electrical auxiliary equipment (8) is connected to an oscilloscope (9). 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.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the hammer mechanism (1) with the measuring rod (4) via an intermediate rod (2) which may be rotatably mounted with respect to the measuring rod (4) connected is. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine an der Zwischenstange (2) angebrachte Bremsscheibe (6) mit Hilfseinrichtungen zur Messung des Drehimpulses.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized by a brake disc (6) attached to the intermediate rod (2) with auxiliary devices for measuring the angular momentum. In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschriften Nr. 396 475, 410 610, 977.German Patent Nos. 396 475, 410 610, 977. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings