DE2447773A1 - Einrichtung zur erzeugung sich wiederholender fluessigkeitsstoesse hoher geschwindigkeit - Google Patents

Description

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Augsburg, den 7. Oktober 1974

The Secretary of State for Energy in Her Britannic Majesty's. Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Thames House South, Millbank, London S»W,1, England

Einrichtung zur Erzeugung sich wiederholender Flüssigkeitsstöße hoher Geschwindigkeit

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung sich wiederholender Flüssigkeitsstöße hoher Geschwindigkeit, wobei die Flüssigkeit mittels eines in einem Zylinder verschiebbaren Kolbens durch eine Düse ausgestoßen wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Einrichtung so auszubilden, daß eine zum Brechen von Gestein ausreichende Geschwindigkeit der Flüssigkeitsimpulse erzielt werden kann, so daß die Einrichtung beispielsweise in Steinbrüchen und Bergwerken einsetzbar ist.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Einrichtung gemäß der Erfindung durch einen ersten Druckmittelkreis, über welchen die in Stoßrichtung vordere Kolbenseite beaufschlagt und der Kolben in seine hintere Stellung zurückgedrängt wird, weiter durch einen zweiten Druckmittelkreis, über welchen die Kolbenrückseite beaufschlagt wird, und durch eine Vorrichtung zur plötzlichen Druckminderung im ersten Druckmittelkreis zwecks Erzeugung eines schnellen Kolbenstoßes gekennzeichnet.

Der Ausdruck "Druckmittel" umfaßt hier sowohl Flüssigkeiten als auch Gase.

Zur Erzeugung von Flüssigkeitsimpulsen hoher Geschwindigkeit sind Druckmittelverstärker verwendbar, die mittels verdicheter Luft oder Hydraulikmittel betrieben werden. Eine geeignete Anordnung kann ein zweistufiges System sein, bei ■welchem zwei Verstärker mittels flexibler Hydraulikleitungen in Reihe geschaltet sind. Diese Verwendung zweier Verstärker

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ermöglicht die Erzielung eines hohen Druckes mittels einer kostengünstigen Vorrichtung und eine flexible Verbindung hat den Vorteil, daß eine mit der zweiten Verstärkerstufe eine Einheit bildende Düse" leicht beweglich ist, ohne daß dabei auch die erste Verstärkerstufe und der Verdichter bewegt werden müssen.

Eine plötzliche Kolbenbewegung im Verstärker der zweiten Stufe, wodurch der gewünschte Flüssigkeitsstoß erzeugt wird, läßt sich leicht dadurch erreichen, daß in den die beiden Verstärker verbindenden flexiblen Leitungen ein konstanter hoher Druck aufrechterhalten wird, der die in Stoßrichtung hintere Kolbenseite beaufschlagt, und indem intermittierend ein geringfügig höherer Druck in einem von den Verbindungleitungen unabhängigen, die in Kolbenstoßrichtung vordere Kolbenseite beaufschlagenden Druckmittelkreis erzeugt wird. Solange dieser letztere Druck wirksam wird, wird der Kolben in seine hintere Stellung zurückgedrängt. Eine plötzliche Minderung dieses Druckes durch öffnen eines Ventils in einem Auslaßkanal mit großem Querschnitt läßt den Kolben sich unter dem in den flexiblen Verbindungs leitungen herrschenden Druck schnell nach vorne bewegen.

Die aus der Düse auszustoßende Flüssigkeit befindet

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sich zweckmäßigerweise in einer mit der Ausgangsseite des zweiten Verstärkers in Verbindung stehenden Kammer, so daß der Kolben bei seiner Vorwärtsbewegung diese Flüssigkeit durch die Düse ausstößt.

Der Kolben kann durch Wiederaufbau des Druckes in dem genannten weiteren, unabhängigen Druckmittelkreis wieder zurückgeschoben werden. Die Flüssigkeitskammer kann dann wieder mit Flüssigkeit gefüllt werden, indem entweder die Flüssigkeit durch das Zurückschieben des Kolbens eingesaugt wird oder eine die Flüssigkeit kontinuierlich in die Kammer pumpende Pumpe Anwendung findet·

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beispielsweise beschrieben, welche ein Schaltschema einer Einrichtung nach der Erfindung mit zwei Verstärkerstufen zeigt«

Einem Luftbehälter 1 wird von einem dieselmotorgetriebenen Verdichter 2 Luft mit einem Druck von etwa 35 kp/cm über einen Filter J> zugeführt. Vom Behälter 1 gelangt die Luft durch eine Leitung 4 zum Eingang einer ersten Verstärkerstufe 5, deren Druck-

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Verhältnis 10 : 1 beträgt»

Der Ausgang der ersten Verstärkerstufe 5 ist über eine flexible, durch Hydraulikmittel enthaltende Hydraulikleitungen gebildete Verbindung 7 mit dem Eingang einer zweiten Verstärkerstufe 6 verbundene Bei einem Druck von etwa 35 kp/cm in der Luftleitung 4 erzeugt die erste Verstärkerstufe einen Druck von 350 kp/cm in den Leitungen 7·

Die zweite Verstärkerstufe 6 enthält einen Kolben 8, der in einem Zylinder verschiebbar ist und den Zylinder in eine hinter dem Kolben liegende, mit den Leitungen 7 verbundene Kammer und eine vor dem Kolben liegende Kammer unterteilt· Die Druckdifferenz zwischen den Leitungen 7 und der Kammer 9 steuert die Kolbenbewegung, Von der Kammer 9 aus verläuft eine in einer Düse 11 endigende, mit der Kammer 9 koaxiale Bohrung 10. In die Bohrung ragt ein, einen verminderten Durchmesser aufweisender Teil 8a des Kolbens 8 hinein und wirkt dort als Druckkolben, der die Bohrung 10 von der Kammer 9 trennte Aus einem Behälter 13 wird mittels einer Hydraulikpumpe 21 Arbeitsflüssigkeit mit einem Druck von etwa 7 kp/cm durch ein-Filter 22, ein Ventil 23 und ein Rückschlagventil 24 in die Bohrung 10 hineingepumpt, deren Volumen von der Bewegung des Kolbens 8 gesteuert wird und aus

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welcher die Arbeitsflüssigkeit bei der Vorwärtsbewegung des Kolbens ausgestoßen wird.

Das Ventil 23, das von einem Elektromagneten gesteuert und mittels Luft aus einer vom Filter 3 über ein Druckminderungsventil 17 führenden Luftleitung mit einem Druck

von 10,5 kp/cm betätigt wird, besitzt zwei Stellungen, in welchen Flüssigkeit aus der Pumpe 21 in die Bohrung 10 bzw« zurück in den Behälter 13 gepumpt wird«

Eine Hydraulikpumpe 12 fördert Flüssigkeit aus dem Behälter 13 unter Druck über ein Rückschlagventil 14 und eine Leitung 15 in die Kammer 9 hinein. Diese auch als Arbeite flüssigkeit dienende Flüssigkeit ist zweckmäßigerweise eine dreiprozentige Lösung eines lösbaren Öls in Wasser, so daß sie auch teilweise als Schmiermittel für bewegliche Teile in den Pumpen und im Verstärker dient. Die Hydraulikpumpen 12 und 21 sind elektromagnetgesteuert und werden mittels Luft aus der Luftleitung 16 betätigt· Die Pumpe 12 erzeugt, wenn sie eingeschaltet

P
ist, einen Druck von 422 kp/cm in der Leitung 15·

Eine Leitung 18 mit großem Querschnitt verbindet die Kammer 9 über ein Ventil 19 mit dem Behälter 13. Das Ventil 19 ist ebenfalls elektromagnet gesteuert und

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über die Luftleitung 16 betätigbar.

Ist das Ventil 19 geschlossen und die Pumpe 12 in

Betrieb, so steht über dem Kolben 8 eine Druckdifferenz

von 70 kp/cm , welche den Kolben in seine hintere Stellung drängt. Ist der Kolben vollständig zurückgeschoben, so verhindert ein hinter die Pumpe 12 geschaltetes überdruckventil 20 einen unzulässigen Druckaufbau im Kanal 15 und in der Kammer 9, Der Kolben 8 verbleibt daher in seiner hinteren Stellung, bis das Ventil 19 geöffnet wird. Dadurch, läßt der Druck in der Kammer 9 plötzlich nach, so daß der Kolben aufgrund der nunmehr alleinigen Wirkung des in den Leitungen 7 herrschenden Druckes von 350 kp/cm schnell nach vorne bewegt wird. Der zweite Verstärker besitzt ein Dr uck ve rhä It η is von ¹IO : 1, so daß bei der Vorwärtsbewegung des Kolben infolge der öffnung des Ventils 19 die in der Bohrung 10 befindliche Flüssigkeit mit einem Druck von 14 000 kp/cm durch die Düse 11 ausgestoßen wird.

Der Luftverdichter 2 wird kontinuierlich betrieben, weshalb in der Leitung 16 ein konstanter Druck zur Betätigung der Pumpen 12 und 21 und der Ventile 19 und herrscht, und in den Leitungen 7 ebenfalls ein konstanter

2
Druck von 350 kp/cm vorhanden ist. Bei Betätigung der

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ρ Pumpen 12 und 21 wird ein Druck von 420 kp/cm in der Kammer erzeugt, wodurch der Kolben 8 zurückgeschoben wird und sich die Bohrung 10 mit Arbeitsflüssigkeit füllt, da sich ihr Volumen während des Zurückschiebens des Kolbens vergrößert. Nachdem der Kolben in seiner hintersten Stellung steht, kann das Ventil 23 umgeschaltet werden, so daß es weitere geförderte Flüssigkeit in den Behälter 13 zurückleitet und durch die Düse 11 nicht kontinuierlich Flüssigkeit austritt. Weitere von der Pumpe 12 geförderte Flüssigkeit strömt über das überdruckventil 20 in den Behälter zurück. Alternativ kann im zweiten Verstärker ein Schalter vorgesehen sein, der die Pumpe 12 nach dem vollständigen Zurückschieben des Kolbens 8 automatisch abschaltet.

Zum Ausstoßen der in der Bohrung 10 befindlichen Arbeits flüssigkeit wird das Ventil 19 geöffnet, so daß der Kolben 8 mit einem Druck von 350 kp/cm nach vorne gedrückt wird. Infolge des sich ergebenden Druckes von I¹I 000 kp/cm wird die Flüssigkeit mit einer so hohen Geschwindigkeit ausgestoßen,daß an einer Fläche, auf welche der Flüssigkeitsstoß auftrifft, beträchtlicher Schaden hervorgerufen wird. Dadurch können beispielsweise Gestein oder Kohle abgebrochen werden, wenn die Einrichtung in Steinbrüchen oder Bergwerken Anwendung findet«

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Zur Erzeugung sich wiederholender Flüssigkeitsstöße wird das Ventil 19 nach dem Flüssigkeitsausstoß geschlossen, so daß der Druck des von der Pumpe 12 geförderten Hydraulikmittels den Kolben wieder zurückdrängt. Ggfs. kann durch Anordnung entsprechender Schalter im zweiten Verstärker eine automatische Wiederholung bewirkt werden, so daß ein Schalter bei Erreichen der hintersten Stellung durch den Kolben 8 das Ventil 19 öffnet und ein weiterer Schalter beim Erreichen der vordersten Stellung durch den Kolben dieses Ventil wieder schließt. Die Pumpen 12 und 21 können dann kontinuierlich arbeiten. Eine Sicherheitsvorrichtung weist ein Ventil 25 auf, durch welches im Behälter und in der Luftleitung 4 befindliche Luft in die Außenluft abgelassen werden kann.

Bei Beendigung des Betriebs der Einrichtung kann dieselbe mittels eines elektromagnetbetätigten Ablaßventils 26 entlüftet werden, das mit den Luftleitungen und 4 in Verbindung steht. Dieses Ventil kann derart mit dem Verdichter 2 zusammengeschaltet sein, daß die Einrichtung nach dem Abschalten des Verdichters automatisch entlüftet wird.

Die Verwendung von Hydraulikmittel und Luft als Arbeitsmedien macht die Einrichtung mechanisch flexibel

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und anpassungsfähig. Der Luft verdicht er kann in beträchtlicher Entfernung vom Luftbehälter und von der übrigen Einrichtung angeordnet sein· Die Einrichtung kann beispielsweise auf einem Fahrzeug montiert sein, wobei der zweite Verstärker und die Düse zweckmäßigerweise auf einem relativ zum Fahrzeug beweglichen Ausleger angeordnet sind«

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   ' 1. JEinrichtung zur Erzeugung sich wiederholender Flüssigkeitsstöße hoher Geschwindigkeit, wobei die Flüssigkeit mittels eines in einem Zylinder verschiebbaren Kolbens durch.eine Düse ausgestoßen wird, gekennzeichnet durch einen ersten Druckmittelkreis (9, 12, 13, 14» 15)» über welchen die in Stoßrichtung vordere Kolbenseite beaufschlagt und der Kolben (8) in seine hintere Stellung zurückgedrängt wird, weiter durch einen zweiten Druckmittelkreis (5» 6, 7)» über welchen die Kolbenrückseite beaufschlagt wird, und durch eine Vorrichtung (18, 19) zur plötzlichen Druckminderung im ersten Druckmittelkreis zwecks Erzeugung eines schnellen Kolbenstoßes,
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) und der Zylinder (6, 9) Teile eines Druckverstärkers (6, 8, 9, 10) bilden, dessen Ausgangsseite eine Kammer (10) bildet, welche die auszustoßende Flüssigkeit enthält und die genannte Düse (11) aufweist,
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Kammer (10) zylindrisch ausge-

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   bildet ist und daß der Kolben (8) einen axialen Ansatz (8a) aufweist, der in die Kammer hineinragt und einen in dieser verschieb Ii ehe η Druckstempel darstellt»
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsseite (6) des genannten Verstärkers mit der Ausgangsseite eines weiteren Verstärkers über eine flexible, Hydraulikmittel enthaltende Leitung (7) in Verbindung steht·
5. 5· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckmittelkreis eine Hydraulikpumpe (12) enthält, deren Saugseite mit einem Druckmittelbehälter (13) und deren Druckseite mit dem an der Vorderseite des Kolbens (8) liegenden Teil (9) des Zylinders (6, 9) in Verbindung steht, und daß diese Pumpe im ersten Druckmittelkreis einen Druck erzeugt, der größer als der im zweiten Druckmittelkreis herrschende Druck ist.
6. 6· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vorrichtung zur plötzlichen Druckminderung ein in den ersten Druckmittelkreis geschaltetes Ablaßventil (19) ist.

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7. 7· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßventil (19) in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens (8) gesteuert wird·
8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7» gekennzeichnet durch eine weitere Hydraulikpumpe (21), deren Saugseite mit einem Arbeitsflüssigkeitsbehälter (13) und deren Druckseite mit der die auszustoßende Flüssigkeit enthaltenden Kammer (10) in Verbindung steht·

   9β Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein von der Stellung des Kolbens (8) gesteuertes Ventil (23), welches, wenn sich der Kolben in seiner hintersten Stellung befindet, von der weiteren Hydraulikpumpe geförderte Flüssigkeit in den Behälter zurückleitet·

   10· Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Saugseiten der beiden genannten Hydraulikpumpen (12 und 21) mit dem gleichen Flüssigkeitsbehälter (13) in Verbindung stehen·

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