<Desc/Clms Page number 1>
Federhammer.
Federhämmer, die durch eine Kurbel od. dgl. angetrieben werden, und deren Schlagkolben mit dem Antriebsorgan ständig durch Federn verbunden ist, sind bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt. In der Regel ist bei diesen je eine Feder vor und hinter dem Sehlagkolben angeordnet. Vielfach wurden bisher solche Hämmer als ortsfeste Maschinen, z. B. als Schmiedehämmer, Nietmaschinen, Elektrodenstampfer usw., verwendet.
Man hat auch versucht, Handhämmer zur Ausführung von Niet-und Meisselarbeiten usw. nach dem gleichen Prinzip als Ersatz für Presslufthämmer zu bauen. Diese Versuche sind aber bisher gescheitert weil die beim Schlag erzeugten Erschütterungen so gross waren, dass wichtige Teile des Werkzeuges, wie Federn, Kurbel, Zahnräder usw., schon nach sehr kurzer Betriebsdauer brachen. Vor allem waren auch die Rückstösse auf die Hand des Arbeiters unerträglich.
Man hat zwar versucht, diese Rückstösse zu verringern oder zu beheben, u. zw. hauptsächlich durch folgende Mittel : systematische Änderung der Federkonstante, Anordnung von Pufferfedern, Regelung der Federvorspannung, Verwendung von Federn verschiedener Konstanten vor und hinter dem Schlagkolben, Zwischenschaltung eines elastischen Organs zwischen das Antriebsorgan und das Schwingungssystem usw. Aber alle diese Versuche haben zu einem zufriedenstellenden Ergebnis nicht geführt. Es hat sich vielmehr gezeigt, dass es nicht möglich ist, durch diese Mittel die Rückstosse auf das Hammergehäuse bei grosser Schlagleistung (bis zu mehreren Meterkilogramm bei jedem Einzelsehlag) und bei geringem Hammergewicht zu vermeiden.
Die auf das Hammergehäuse wirkenden Rückstösse haben zwei verschiedene Ursachen. Einerseits bewirken die Massen des Schlagkolben und der Antriebsorgane Schwingungen des Gehäuses, die soweit als möglich durch Verringerung des Gewichtes der bewegten Massen des Schwingungssystems und des Antriebsorgans durch Auswuchten der Antriebskurbel usw. vermindert werden können. Anderseits, und dies ist die Hauptursache-steht bei den bisher verwendeten Vorrichtungen das Federwerk im Augenblick des Schlages unter einer gewissen Spannung, welche die erwähnten heftigen Rückstösse verursacht.
Ausser diesen Erscheinungen, die sich bisher der Verwendung von Federhämmern als tragbare Werkzeuge entgegensetzten, ist folgendes von Wichtigkeit : Bei solchen Federhämmern muss dem Schlagkolben die gesamte kinetische Energie, die er in Schlagarbeit umwandeln soll, zunächst durch die Antriebsorgane und die Federn während der zwischen den aufeinaderfolgenden Schlägen befindlichen Zeiträume zugeführt werden. Während nun die Energiezufuhr verhältnismässig langsam erfolgt, soll der Schlagkolben diese gesamte Energie im Augenblicke des Aufschlages plötzlich abgeben. Die Kolbengeschwindigkeit muss daher in diesem Augenblicke von einem hohen Wert auf Null oder auf einen sehr geringen Wert vermindert werden.
Die plötzliche Vernichtung der gesamten Bewegungsenergie des Schlagkolbens erzeugt naturgemäss in allen seinen Teilen ausserordentlich hohe Spannungen, und bei grosser Energie des einzelnen Schlages, wie sie bei schweren Niet- und Meisselarbeiten erforderlich ist, werden die Spannungen im Schlagkolben beim Schlage so gross, dass ständig die Gefahr einer Zerstörung des Schlagkolbens besteht, wenn dieser nicht aus einem einzigen kompakten Stücke besteht, wie dies z. B. bei einem gewöhnlichen Vorschlaghammer der Fall ist. Diese Erscheinung hat auch bei Presslufthämmern zur Folge, dass der Schlagkolben ein Schmerzenskind der Konstrukteure und Betriebsleute ist.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Forderung nach mechanischer Festigkeit aller Teile des Schlagkolbens lässt sich aber nur schwer mit den andern konstruktiven Aufgaben, die an ihn beim Federhammer gesteckt werden, vereinigen.
Der Schlagkolben soll nämlich eine genaue Führung in seiner Längsrichtung haben, und man war deshalb gezwungen, ihn möglichst lang zu maehen, um ihn in den beiden Sehlittendeckeln führen zu können.
Dies bedingte eine komplizierte Form des Schlagkolbens bei hohem Eigengewicht, oft auch eine Zusammensetzung des Schlagkolbens aus mehreren Teilen, wodurch seine Festigkeit stark vermindert und die Auswechslung des Schlagkolbens erschwert wurde. Gerade die spielend leichte Auswechslung des Schlagkolbens und der Federn ist aber eine für den Betrieb sehr wichtige Forderung. Eine weitere Forderung ist möglichst geringes Eigengewicht des Schlagkolbens, wobei seine Bewegungsenergie durch hohe Geschwindigkeit erzielt werden soll. Schliesslich soll erreicht werden, dass der Schlagkolben die Hammer- öffnung für den Meissel- oder Döpperschaft möglichst gut abdichtet, um den Eintritt von Schmutz und Fremdkörpern durch diese Öffnung zu verhüten.
Die Erfindung besteht in einem allen diesen Anforderungen entsprechenden Federhammer, der hauptsächlich dadurch gekennzeichnet wird, dass die Konstmktionswerte des Antriebes und des Schwingungssystems (d. h. Hub und Frequenz der Bewegung des Antriebsorgans, Masse und Konstante des Federwerkes) sowie der Schlaghub des Schlagkolbens in Abhängigkeit von einem durch Versuche bestimmten Wert, der nachstehend als Rückprallkoeffizient"bezeichnet wird, derart bestimmt wird, dass das Federwerk im Augenblicke des Schlages stets"entspannt"ist. Weist der Hammer mehrere, in entgegengesetzten Richtungen auf den Kolben wirkende Federn auf, so wird unter "Entspannung" jener Zustand des Federwerkes verstanden, in dem der Schlagkolben eine Lage einnimmt,
in der sich die gegenseitigen Federspannungen ausgleichen : so dass zwischen Schlagkolben und Antrieb keine Kraftwirkung bestehen kann. Die Verwirklichung dieser Bedingung kann oszillographisch oder in ähnlicher Weise nachgeprüft werden.
Ist diese Bedingung erfüllt, so erweisen Theorie und Praxis, dass die Rückstösse in gleicher Weise verschwinden, wie sich dies bei der Entwicklung der Presslufthämmer durch Verbesserung der Steuerung gezeigt hat.
Gemäss einem anderen Erfindungsmerkmal erhält der Schlagkolbenbund, gegen den sich die Federn abstützen, Bohrungen oder Schlitze, durch welche die Laufflächen der Führungsbüchse geführt werden. Die Führungsbüchse anderseits erhält entsprechende Längsschlitze, so dass die stehenbleibenden Längsstege mit Spiel durch die Bohrungen des Sehlagkolbenbundes geführt werden können. Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.
In den Zeichnungen, welche lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellen. bedeuten : Fig. 1 einen Federhammer nach der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 2 ein Kolbenführungsorgan im Schnitt, Fig. 3 einen Schlagkolben im Aufriss, Fig. 4 denselben im Grundriss, Fig. 5 ein Kurbelhubdiagramm : Fig. 6 ein Schlagkolbenhubdiagramm für Leerlauf und Belastung und Fig. 7 ein Diagramm der Sehlagkolbengeschwindigkeiten.
EMI2.1
keit von einer Welle 4in Umlauf gesetzt wird, die irgendwie (z. B. durch eine biegsame Welle) angetrieben wird. Auf der Welle 1 ist die Kurbel 5 befestigt, die mittels einer Lenkstange 6 dem Schlitten 7 eine Hinund Herbewegung im vorderen Teile 8 des Hammergehäuses zwischen den Gleitflächen 9 erteilt. Der Gehäuseteil 8 ist mit dem Triebgehäuse 10 z.
B. durch die beiden Klammern 11 zwecks leichter Zerlegbarkeit verbunden. Der vordere Gehäuseteil 8 ist bei 12 nach innen umgebördelt und geht über in die
EMI2.2
Im Innern des Schlittens befinden sich die beiden Schraubenfedern 18 und 19, die zu beiden Seiten des Bundes 20 des mit diesem aus einem Stück hergestellten Schlagkolbens 21 (Fig. 1, 3, 4) angeordnet sind. Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, befinden sich in dem Schlagkolben vier konzentrisch angeordnete Schlitze, 2.'2, welche gleichmässig über den Umfang verteilt und voneinander durch die stehenbleibenden Stege 23 getrennt sind.
Die Führungsbüchse 13 erhält als Fortsätze vier Stege 24. welche die Schlitze 22 des Sehlagkolbenbundes durchqueren und so lange sind, dass der Schlagkolben 21 in der Führungsbüchse 13, 24 seinen ganzen Hub vollführen kann, ohne dass die Stege 2, 3 des Schlagkolben-
EMI2.3
schaft 21 sind zwei Wülste 29 od. dgl. vorgesehen, welche die Sehlagkolbenreibung in der Führungsbüchse 13, 24 auf ein Mindestmass herabsetzen und verhindern, dass der Kolbenbund 20 die Innenflächen des Schlittens 7 und die Stege 24 die Wandungen der Schlitze 22 des Bundes 20 berühren. Überdies verhindern diese Führungswülste 29 den Eintritt von Schmutz in das Innere des Hammers.
Die auf der Ober-und Unterseite des Schlagkolbenbundes 20 aufliegenden Federn 18, 19 begrenzen die Bewegung des Schlagkolbens nach beiden Richtungen und regeln den Aufschlag des Schlagkolbens auf den in der Büchse 13 auswechselbar angeordneten Döpper 27 oder Meissel 28. Die Schwingungen des Schlagkolben 21 beim Leerlauf (d. h. wenn kein Werkzeug in die Büchse 13 eingesetzt ist) des
<Desc/Clms Page number 3>
beschriebenen oder eines ähnlichen Hammers sind einzig und allein durch die Konstanten des Antriebes und des Federwerkes bestimmt, nämlich durch :
EMI3.1
<tb>
<tb> 1. <SEP> den <SEP> Halbmesser <SEP> der <SEP> Kurbe] <SEP> 5 <SEP> .........................................................r
<tb> 2. <SEP> die <SEP> Drehzahl <SEP> der <SEP> Kurbel <SEP> u
<tb> 3. <SEP> die'Winkelgeschwindigkeit <SEP> der <SEP> Kurbel <SEP> ............................... <SEP> 2 <SEP> #.u <SEP> = <SEP> ro
<tb> 4. <SEP> die <SEP> Eigenschwingungszahl <SEP> des <SEP> Federwerkes <SEP> Mi
<tb> 5. <SEP> die <SEP> Kreisfrequenz <SEP> des <SEP> Federwerkes <SEP> ........................................... <SEP> 2 <SEP> # <SEP> u1 <SEP> = <SEP> #
<tb> 6. <SEP> die <SEP> Federkonstante <SEP> oder <SEP> die <SEP> Summe <SEP> der <SEP> Konstanten <SEP> der <SEP> Einzelfedern......................... <SEP> K
<tb> 7. <SEP> die <SEP> wirksame <SEP> Masse <SEP> des <SEP> Schwingungssystems.............................................. <SEP> m
<tb>
8.
die Reibung des Schwingungssystems.
EMI3.2
EMI3.3
Aufschlag unterbrochen wird. Zur Erfassung der Vorgänge bei der Schlagarbeit müssen weiter die folgenden neuen Faktoren berücksichtigt werden :
EMI3.4
<tb>
<tb> 9. <SEP> der <SEP> Schlaghub, <SEP> d. <SEP> h. <SEP> der <SEP> konstruktiv <SEP> festzulegende <SEP> Abstand <SEP> zwischen <SEP> dem <SEP> Mittelpunkt <SEP> der <SEP> Leerlaufschwingungen <SEP> des <SEP> Schlagkolbenendes <SEP> (Fig. <SEP> 1, <SEP> Pos. <SEP> 21) <SEP> und <SEP> der <SEP> Aufschlagsfläche <SEP> des <SEP> Werkzeugschaftes <SEP> (Fig. <SEP> 1, <SEP> Pos. <SEP> 30) <SEP> ................................................ <SEP> xa
<tb> 10. <SEP> die <SEP> Endgeschwindigkeit <SEP> des <SEP> Schlagkolbens, <SEP> die <SEP> er <SEP> ereicht <SEP> hat, <SEP> wenn <SEP> er <SEP> den <SEP> Schlag <SEP> ausführt....... <SEP> v,
<tb> 11.
<SEP> die <SEP> Anfangsgeschwindigkeit <SEP> des <SEP> Schalgkolbens, <SEP> mit <SEP> der <SEP> er <SEP> vom <SEP> Werkzeugschaft <SEP> zurückschnellt <SEP> und
<tb> wieder <SEP> in <SEP> den <SEP> alleinigen <SEP> Wirkungsbereich <SEP> des <SEP> Federwerkes <SEP> zurücktritt <SEP> ° <SEP> * <SEP> Va
<tb>
Die Grössen und Va bestimmen die bei jedem Stoss abgegebene Schlagenergie L nach Gleichung :
EMI3.5
Bei dieser Energieabgabe ist der absolute Wert von Va stets kleiner als der von ve, wobei der
EMI3.6
EMI3.7
EMI3.8
Staucharbeiten usw. in einfacher Weise bestimmt werden.
Gegenstand der Erfindung ist die neue Erkenntnis, dass es zur Vermeidung von Rückwirkungen auf das Hammergehäuse im Augenblick des Schlages, d. h. zur Vermeidung des Rückstosses, erforderlich ist, dass alle die Schlagkolbenschwingung beeinflussenden Grössen in Abhängigkeit von dem Rückprallkoeffizienten gemäss einer besonderen Beziehung bestimmt sein müssen. Diese Beziehung, die zur Ausschaltung der Rückstösse im Federhammer erforderlieh und ausreichend ist, wird in erster Annäherung (d. h. ohne Berücksichtigung der Reibung und der unwesentlichen Schwingungen des Hammergehäuses sowie bei rein sinusförmigem Antrieb) durch die Gleichung
EMI3.9
gegeben.
Bei einem Antrieb, der infolge Zwischenschaltung einer Lenkstange an Stelle eines Kurbel- schleifengetriebes nicht rein sinusförmig ist, sind die mit Hilfe dieser Formel erhaltenen Werte entsprechend zu korrigieren, was rechnerisch mit hinreichender Annäherung leicht durchführbar ist.
Zwecks Konstruktion eines Hammers nach der Erfindung. bei dem also die Rückstösse behoben sind. schreitet man demnach in folgender Weise vor : Man bestimmt zunächst den Wert von b, zu welchem Zwecke beispielsweise der folgende Versuch gemacht wird : Auf ein Arbeitsstück (z. B. auf ein abzumeisselndes Stahlstück) wird das zu dem Hammer gehörige Werkzeug (z. B. der Meissel 28) aufgesetzt.
Dann lässt man ein Gewicht, das dem des Schlagkolbens 20 entspricht, auf dem Meissel aus hinreichender Höhe auffallen. Man misst die Fallhöhe he und die Rückprallhöhe ha ; nach einigen Versuchen kann man die Fallhöhe so wählen, dass die durch den Schlag freigewordene Energie der gewünschten Sehlagenergie L gleich wird. Nun leitet man ab :
EMI3.10
<Desc/Clms Page number 4>
Ist dieser Versuehswert # für die Art der erforderlichen Arbeit und für ein Werkzeug bekannter
Form und Abmessungen bekannt, so ist es mit Hilfe der obigen Formel leicht, die verschiedenen Kon- struktionsgrössen des Hammers zu bestimmen.
Dies wird sich in der Regel so gestalten, dass zunächst unter Zugrundelegung des experimentell annähernd bestimmten Wertes von Q für die Arbeitsart, welcher der Hammer dienen soll, die Konstruktions- grössen von r, 0), nach der Beziehungsgleichung für die gewünschte Schlagleistung L festgelegt werden.
Zwischen dem Sc. hlaghub Xa und der Winkelstellung 0) ta der Kurbel im Schlagmoment muss ferner die Beziehung
EMI4.1
bestehen, wenn, wie angenommen, das Federwerk im Schlagmoment entspannt sein soll. Es lässt sich daher jetzt schon Xa bzw. 0) ta aus der Gleichung
EMI4.2
errechnen.
Durch Umformung lässt sieh diese Gleichung auf die Form
EMI4.3
bringen, wobei
EMI4.4
EMI4.5
sprünglie, h angenommenen anpassen kann. Praktisch lässt sich dies leicht so durchführen, dass man Xa so lange um kleinste Werte ändert, bis die Federentspannung im Schlag moment bei oszillographischer oder stroboskopiseher Prüfung sich als einwandfrei erweist. Dies Verfahren ermöglicht es also, ursprüng- liche geringfügige Fehler bei der Bewertung von 0 durch nachträgliche Eichung zu korrigieren und so den wahren Wert von 8 für eine bestimmte Arbeitsart selbst noch nachträglich am fertigen Hammer zu ermitteln, für den die Hämmer dann serienmässig hergestellt werden können.
Die praktische Ermittlung der verschiedenen Werte erfolgt am besten mit Hilfe von Kurvenblättern in Abhängigkeit von der Schlagleistung. Bei richtiger Anwendung derartiger Kurvenblätter wird mit
Sicherheit vermieden, dass ein im Sinne der Erfindung rückstossfreier Hammer für eine praktische unzu- längliche Schlagleistung eingestellt wird, da sich für jeden Hammer ein Optimum der Schlagkolbengeschwindigkeit nur durch Konstruktion für 8 und Eichung nach S erzielen lässt, während es nicht genügt, dass die Geschwindigkeit des Schlagkolbens im Seblagmoment grösser ist als in irgendeinem vorher- gehenden Moment, da diese Bedingung allein noch nicht verhindert, dass sich dann ungenügende Schlag- leistungen ergeben.
EMI4.6
EMI4.7
und davon, ob der Schlagkolben nach jedem einzelnen Schläge die Schlagstelle durchschreiten darf oder nicht, was z. B. bei Lochmaschinen, aber nicht bei Meissel- oder Nietmaschinen mit sehr kleinem Vorschub pro Schlag zulässig ist.
Beim Hammer nach der Erfindung ist es natürlich, ebenso wie bei einem Presslufthammer, notwendig, dass er beim Arbeiten mit einer gewissen mittleren Kraft gegen das Werkstück gedrückt wird, um die auf das Hammergehäuse wirkenden Beschleunigungskräfte aufzunehmen. Diese Kraft hat indessen mit den heftigen Rückstössen im Augenblick des Aufschlages nichts zu tun. Sie kann sogar in gewissen Fällen geringer sein als das Eigengewicht des Hammers, so dass z. B. beim Arbeiten nach unten ein zusätzlicher Druck mit der Hand nicht ausgeübt zu werden braucht.
Fig. 5-7 stellen graphisch für einen willkürlichen Wert von a = 0-24 die rechnerisch ermittelten
EMI4.8
Aufschläge. Fig. 5 zeigt die sinusförmige Bewegung des Antriebes, die durch die Gröf3en r und CI) bestimmt ist ; die Ordinaten entsprechen hiebei den verschiedenen Neigungen der Kurbel 5 zur Längsachse des Werkzeuges. Die gestrichelte Kurve in Fig. 6 zeigt die Bewegung des Schlagkolbens beim Leerlauf, wobei x die grösste Amplitude des Kolbens bei bekanntem Verlauf dieser Bewegung ist. Die ausgezogene Kurve stellt die Kolbenbewegung bei der Schlagarbeit dar, wobei das Federwerk in Abhängigkeit von
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
der Hammer der obenangeführten Gleichung tatsächlich entspricht.
Die Kurve in Fig. 7 stellt die der ausgezogenen Kurve in Fig. 6 entsprechende periodische Änderung der Schlagkolbengesehwindigkeit dar. Man sieht deutlich, dass die Geschwindigkeit Va und die Ge-
EMI5.2
und dass die Geschwindigkeit Ve tatsächlich die Höchstgeschwindigkeit des Schlagkolben bei der Schlagarbeit ist.
Der Rückprallkoeffizient # kann natürlich im allgemeinen nicht absolut genau bestimmt werden ; er kann unter Umständen auch während der Arbeit schwanken, so z. B. beim Nieten, wenn das ursprünglich heisse Niet erkaltet. In der Praxis kann man sich aber bei der Konstruktion der Maschine mit einem mittleren Wert von 8 begnügen. Unter diesen Bedingungen ist zwar die oberwähnte Beziehung nicht ständig restlos eingehalten und die Spannung des Federwerkes im Augenblick des Aufschlages nicht immer völlig gleich Null. Wenn aber die Abweichung von 8 nicht zu gross ist, so wird die Brauchbarkeit der Maschine in der Praxis dadurch nicht merklich beeinträchtigt.
Ausser der Behebung der Rückstoss, die sich aus der angeführten, weitreichenden und auf alle Federhämmer auch anderer Konstruktion anwendbaren Beziehung ergibt, bietet die besondere Konstruktionsausführung noch weitere Vorzüge. die den verschiedenen Anforderungen entsprechen, die an derartige Hämmer gestellt werden. Die Auswechslung des Schlagkolbens und der Federn ist sehr einfach : Die Klammern 11 werden gelöst und das Gehäuse 8 mit Führungsbüchse 13 wird nach vorn herausgezogen. Nach Abnehmen des Deckels 15 vom Schlitten 7, welche meist durch einen Bajonettverschluss verbunden sind. fallen Federn und Schlagkolben lose heraus. Das Zusammensetzen ist ebenso einfach und erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
Der Schlagkolben, welcher nur aus einem einzigen Stück besteht, kann bei dieser Konstruktion leicht und gedrungen gehalten werden und ist damit allen Anforderungen an mechanische Festigkeit gewachsen. Seine Anfertigung ist billig, seine Auswechslung bequem und seine Führung genau, sicher und fast frei von Energieverlusten. Ausserdem sichert die Konstruktion eine genügende Abdichtung des Innern durch den Schlagkolben. Die Konstruktion von Federhämmern entsprechend der Erfindung ermöglicht es erstmalig, nach diesem Prinzip Handhämmer höchster Schlagleistung und grosser Lebensdauer zu bauen.
Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform, die nur als Beispiel gelten soll, sondern erstreckt sich auch auf andere Ausführungsformen, z. B. auf Stampfer oder auf ortsfeste Hämmer, wie z. B. Schmiedehämmer, bei denen die Behebung des Rückstosses ebenfalls von grösster Wichtigkeit ist. Bei derartigen Schmiedehämmern ändert sich natürlich je nach dem Zweck des betreffenden Hammers die Ausführungsform. In der Regel wird bei diesen Hämmern der Schlag vom Schlagkolben direkt auf das Werkstück ausgeführt, wodurch die Form und Führung des Schlagkolbens in anderer Weise als bei gewöhnlichen Handhämmern bedingt wird. Auch können an Stelle von Schraubenfedern andere Arten von Federn treten, z. B. Blattfedern.
Das Prinzip
EMI5.3
fällen eingehalten und durchgeführt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Federdammer, bei dem der Schlagkolben mit der Antriebskurbel oder einem ähnlichen Antriebsorgan durch Vermittlung eines elastischen Organs verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstruktionswerte des Kurbelradius r, des Schlaghubes Xa (gemessen vom freien Schwingungsmittelpunkt des Schlagkolbens bis zur Schlagstelle), der Winkelgeschwindigkeit o) der Kurbelwelle und der Kreisfrequenz < }) des elastischen Schwingungssystems derart in bezug aufeinander und auf den bei der jeweiligen Arbeitsart auftretenden praktischen Wert des Rückprallkoeffizienten S gewählt werden, dass zwischen diesen Grössen die Gleichung
EMI5.4
besteht.
so dass in den Schlagmomenten stets die Bedingung
EMI5.5
erfüllt ist, wobei o) denKdrbelwinkel beim Schlag bezeichnet.