DE311417C

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Publication number: DE311417C
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Description

DEUTSCHES REICH

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REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 5 b. GRUPPE

AUGUST BERNER in NÜRNBERG.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. August 1913 ab.

Die bekannten Schräm- und Gesteinbohrmaschinen mit zwischen Schlagzylinder und Verdichter hin und her schwingenden Luftsäulen arbeiten mit konstanten Luftmengen, d.h. es wird jeder Luftaustritt möglichst vermieden und lediglich der bei jedem Hubwechsel unvermeidlich eintretende Luftverlust ersetzt. Hierdurch ist dem Wirkungsgrad eine obere Grenze gesetzt, da die Druckdifferenz zwischen den beiden Luftsäulen eine beschränkte ist, sofern nicht besondere Über leitungskanal o. dgl. komplizierte Hilfsmittel vorgesehen werden.

Eine Vergrößerung der Luftsäulen durch entsprechende Abmessungen des Verdichters ändert an der Druckdifferenz nichts, macht sogar den rechtzeitigen Übergang von der Druck- zur Saugspannung und umgekehrt unmöglich. Eine Vergrößerung lediglich der den Schlagkolben vortreibenden Luftsäule ist nur in beschränktem Maße angängig, da sonst ebenfalls kein rechtzeitiger Druckwechsel nach jedem Vorstoß und Rückzug des Schlagkolbens eintritt.

Demgegenüber bezweckt die Erfindung, die bei den bekannten Maschinen vorhandene obere Grenze des Wirkungsgrades zu beseitigen, d. h. größere Druckdifferenzen Und bessere Ausnutzung der Verdichterarbeit zu ermöglichen.

Das angestrebte Ziel wird durch die Anordnung eines Auspuffventils im Schlagzylinder erzielt, welches nach dem Vorschießen des Kolbens von seiner hinteren Vollfläche und nach dem Rückzug desselben von seiner vorderen Ringfiäche freigegeben wird. Nach jedem Hub des Schlagkolbens- entweicht also die Druckluft, so daß wieder Atmosphärenspannung herrscht und der Säughub des Verdichters sofort Unterdruck erzeugt. Insbesondere werden die Abmessungen von Verdichter und Schlagzylinder durch das Auspuffventil unabhängig voneinander. Es können beliebig hohe Druckspannungen durch entsprechend große Abmessungen des Verdichters erreicht werden.

Bei den Maschinen, welche mit zwei schwingenden Luftsäulen arbeiten, macht das Zusammenarbeiten der ungleichförmigen Geschwindigkeit des Schlagkolbens mit der gleichförmigen Kurbelgeschwindigkeit des Verdichters Schwierigkeiten. Die Schlaggeschwindigkeit des Schlagkolbens ist ungefähr doppelt so groß, wie seine Rückzuggeschwindigkeit. Der Schlagkolben trifft beim Schlagen mit seiner Ringfläche auf ein Luftpolster, da der eigentliche Schlag erst erfolgt, wenn der Verdichterkolben die Totlage überschritten hat.

Bei den bisherigen Maschinen, deren Verdichter aus den oben angegebenen Gründen ungefähr dieselben Abmessungen hat wie der Schlagzylinder, hemmt das Luftpolster die Schlagwirkung nur unwesentlich. Dagegen wirkt der Luftpuffer bei einem Verdichter, der wesentlich größer als der Schlagzylinder ist, äußerst störend, da die Luftverdichtung eine weit stärkere ist.

(2. Auflage, ausgegeben am 2. April

Die Beseitigung des Luftpuffers gelingt durch die an sich bekannte Anordnung zweier einfach wirkender Verdichter und durch Versetzung" der von derselben Welle angetriebenen Verdich'terkurbeln gegeneinander. Eilt nämlich der Verdichterkolben für die Schlagkolbenringfläche demjenigen für die Schlagkolbenvollfläche nach, so wird konstant gearbeitet. Während des Schiagens herrscht

ίο immer noch Saugspannung vor dem Schlagkolben, die erst im Augenblick des Aufschlagens auf Atmosphärenspannung steigt.

Auf der Zeichnung ist ein Ausfiihrungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in den Fig. ι und 2 schematisch dargestellt.

Der Verdichter besteht aus den beiden im Winkel zueinander stehenden, mit seitlichen Öffnungen 25,26 versehenen Zylindern 1 und 2, welche durch das Kurbelgehäuse 3 miteinander vereinigt sind. Der Antrieb der Verdichterkolben 4, 5 erfolgt durch die Treibstangen 6, 7 von der Kurbel 8 aus. Der Schlagzylinder 9 ist durch die Leitung 11 mit dem Zylinder 1 und durch die Leitung 12 mit dem Zylinder 2 verbunden.

Die Leitung 12 mündet in den Raum A vor dem Schlagkolben 13 in unmittelbarer Nähe des vorderen Zylinderdeckels 14, der eine Feder 19 aufnimmt, welche ein Gegenpauken des Schlagkolbens gegen den Deckel verhindert. Die Leitung 11 gabelt sich in die beiden Zweige 15, 16, von denen der Zweig 15 in einer Entfernung von dem hinteren Zylinderdeckel 17 mündet, welche kleiner ist, als die Mantellinie des Kolbens 13. Der Zweigkanal 16, in den ein sich nach dem Zylinderinnern mündendes Rückschlagventil 18 eingebaut ist, mündet in dem Z3dinderdeckel 17 parallel zur Achse des Zylinders 9. Etwa in der Mitte des Zylinders 9 ist ein Auspuffkanal 20 mit einem sich nach außen öffnenden Rückschlagventil 21 angeordnet, der durch einen Hahn 22 geschlossen werden kann.

Außer der Schlagbewegung erhält der Schlagkolben 13 die übliche Drehbewegung, damit die Aufschlagstelle der Werkzeugspifze ständig wechselt. Die Drehbewegung wird dem Schlagkolben in bekannter Weise durch eine von einem Sperrad 23 beeinflußte Gewindespindel 24 erteilt, die bei der Rückbewegung des Schlagkolbens aus dem Bohrloch feststeht und infolgedessen den Schlagkolben samt Werkzeug dreht. Während des Schlages kann sich das Sperrad dagegen frei drehen, so daß der Schlagkolben während dieser Bewegung keine Drehung ausführt.

Die Wirkungsweise der geschilderten Maschine ist folgende:

Der Schlag erfolgt während der Zeit, während welcher die Kurbel 8 den Bogen a-b-c durchläuft (Fig. 1). Würden die Achsen der Verdichterzylinder in derselben Geraden liegen, oder würde die Treibstange 7 an einer Kurbel angreifen, welche gegenüber der Kurbei 8 derart versetzt ist, daß die AVinkelstellung der beiden Zylinder 1, 2 gegeneinander ausgeglichen wird, so hätten beide Verdichterkolben gleichzeitig ihre Totlage erreicht. Die Treibstange 7 würde die Stellung c. schon einnehmen, wenn die Treibstange 6 erst die Stellung b erreicht hat. Der Kolben 5 würde die Luft vor dem Schlagkolben im Raum A-während der zweiten Hälfte des A^orschießens des Schlagkolbens verdichten, dieser also auf einen Luftpuffer treffen. Der Schlag würde vor seiner \^ollendung bereits gehemmt.

Infolge der Winkelstellung der Zylinder, 1,2 eilt der Kolben 5 dem Kolben 4 voraus, und zwar derart, daß der Kolben 5 seine Totlage erst erreicht, wenn der Schlagkolben 13 vorgeschossen ist. Es herrscht während der ganzen Schlagbewegung des Schlagkolbens im Raum A Unterdruck, welcher erst im Augenblick des Schiagens auf Atmosphärenspannung steigt. Der Übergang vom Unterdruck zur Atmosphärenspannung ist durch die Bewegung des Schlagkolbens bedingt, der ebenfalls Verdichterarbeit leistet. Das hemmende Luftpolster vor dem Schlagkolben ist völlig beseitigt.

Sobald der Schlagkolben den Kanal 20 freigegeben hat, entweicht die Druckluft aus dem Raum B₁ der Verdichterkolben'4 erzeugt sofort nach Beendigung des Schlages Unterdruck, braucht also keine Arbeit zu leisten, um den Überdruck auf Atmosphärenspannung zu reduzieren. Der Kolben 5 beginnt nach dem Vorschießen des Schlagkolbens sofort seine Verdichterarbeit. Trotz des Unterdrucks im Raum B und des Überdrucks im Raum A verbleibt der Schlagkolben zunächst in seiner vorderen Endstellung, da die Massen wirkung überwunden werden muß.

Erst wenn die Kurbel 8 die Stellung d erreicht hat, beginnt der Schlagkolben seine Rückbewegung. Bei der Kurbelstellung g ist der Rückzug des Schlagkolbens beendet (Fig. 2). Während des Kurbelweges d-e saugt der Kolben4, dagegen verdichtet der "° Kolben 5 während des Kurbelweges d-e-f. Auf dem Wege e-f-g verdichtet der Kolben 4, während der Kolben 5 auf dem Wege f-g saugt. Der Unterdruck im Raum B und der Überdruck im Raum A werden also gegen Ende des Rückzuges des Schlagkolbens verringert, so daß seine lebendige .Kraft allmählich vernichtet wird. Vor allen Dingen entweicht aber die noch vorhandene Druckluft durch das Ventil 21 aus dem Raum A, sobald der Kolben den Kanal 20 freigegeben ,hat. Nach Beendigung seiner Rückbewegung ver-

bleibt der Schlagkolben kurze Zeit in seiner hinteren Totlage, und zwar' während des Kurbelweges g-a.

Der Übergang vom Rückzug zum Vorschießen erfolgt sanft, ohne heftige Stöße und ohne zusätzliche Pumpenarbeit. Der Sicherheit wegen ist trotzdem eine besondere Einrichtung vorgesehen, welche ein Gegenpauken des Schlagkolbens gegen den hinteren

ίο Zylinderdeckel 17 völlig ausschließt. Durch die Gabelung der Leitung 11 und die besondere Anordnung der Mündungsstellen der Zweigkanäle 15, 16 bildet sich nämlich hinter dem Schlagkolben ein Luftpolster, wenn er bei seinem Rückzuge den Kanal 15 überschneidet. Der Eintritt der Druckluft er^ folgt, solange der Kanal 15 abgeschlossen ist, durch den Kanal 16 und das Ventil 18. Entsprechende Zweigkanäle können auch bei der Leitung 12 vorgesehen werden, wenn es sich als zweckmäßig erweisen sollte. Die erforderliche Frischluft wird vom Verdichter durch die Öffnungen 25, 26 angesaugt, welche im Bedarfsfalle durch sich nach außen öffnende Rückschlagventile abgeschlossen werden.

Durch die Anordnung des Kanals 20 und des Rückschlagventils 21 ist-gleichzeitig die Möglichkeit gegeben, die Maschine für schwere und leichte Schläge einzustellen.

Bei der geschilderten Arbeitsweise werden schwere Schläge ausgeführt. Soll die Maschineleicht schlagen, so wird der Kanal· 20 durch den Hahn 22. teilweise oder gänzlich, abgesperrt. Infolgedessen ist ein Entweichen

der Druckluft nach dem Vorschießen und nach dem Rückzug ausgeschlossen. Der Kolben trifft jedesmal auf ein Luftpolster, welches seine Bewegung hemmt; Die Maschine schlägt leicht.

Selbstverständlich ist es möglich, die Achsen der beiden Zylinder 1,2 nicht im Winkel zueinander, sondern, in einer Geraden anzuordnen, in- welchem Falle die Treibstangen naturgemäß besondere Kurbeln erhalten müssen, welche ihrerseits gegeneinander versetzt sind. Auch können anstatt des einen Auspuffventils im Schlagzylinder deren zwei angeordnet werden, falls die- Abmessungen des Zylinders oder sonstige Umstände dieses erforderlich machen sollten.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Schräm- und Gesteinbohrmaschine mit zwischen Schlagzylinder und Verdichter hin und her schwingenden Luftsäulen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagzylinder ein Auspuffventil besitzt, durch das die Druckluft nach jedem Vorstoß und Rückzug des Schlagkolbens entweichen kann;

2. Schräm- und Gesteinbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den von dem Auspuffventil abgeschlossenen Auspuffkanal ein Absperrorgan eingebaut ist zwecks Regelung der Schlagstärke.

3. Ausführungsform der Schräm-und .Gesteinbohrmaschine nach Anspruch 1 mit zwei einfach wirkenden Verdichtern, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben für die Schlagkolbenringfläche dem Verdichter kolben für die Schlagkolbenvollfläche nacheilt.

4. Ausführungsform der Schräm- und Gesteinbohrmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungszylinder um einen Voreilwinkel gegeneinander versetzt sind, die Treibstangen der Verdichterkolben aber an derselben Kurbel angreifen.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.