AT17702U1 - Fluidbetätigte bohrvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine fluidbetätigte Bohrvorrichtung (1) sowie eine Bohrvorrichtung zum Bohren eines Lochs (100), die genannte Bohrvorrichtung (1) umfasst einen Hammer (9) zum Erzeugen eines Lochs durch eine rotierende Schlagbewegung, eine Drehvorrichtung (50) zum Drehen des Hammers (9) und eine Bohrstange (46), welche die Drehvorrichtung (50) mit dem Hammer (9) verbindet und dem Hammer (9) die unter Druck stehende Bohrflüssigkeit zuführt, um die Schlagbewegung des Hammers (9) zu erzeugen. Der Hammer (9) weist einen Hubkolben (22) auf, der gleitend in einem Kolbengehäuse (20) montiert ist und zum Vorschub des Bohrers (24) der Bohreinheit (26) dient. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass besagter Kolben (22) einen unteren Teil (60) und einen oberen Teil (62) hat, die trennbar miteinander verbunden sind.

Description

Beschreibung

FLUIDBETÄTIGTE BOHRVORRICHTUNG

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine fluidbetätigte Bohrvorrichtung zum Bohren eines

Lochs. Die Bohrvorrichtung umfasst einen Hammer zum Erzeugen eines Lochs durch eine rotie-

rende Schlagbewegung, eine Drehvorrichtung zum Drehen des Hammers und eine Bohrstange,

welche die Drehvorrichtung mit dem Hammer verbindet und dem Hammer die unter Druck stehende Bohrflüssigkeit zuführt, um die Schlagbewegung des Hammers zu erzeugen. Der Hammer besteht aus

- einem rohrförmigen Hauptkörper mit einem hohlen Innenraum;

- einem hinteren Kopf zum Anschluss des Hammers an der Bohrstange, der am oberen Ende des Hauptkörpers angebracht und mit einem Kanal für die Fluiddruckversorgung versehen ist;

- einem zylindrischen Kolbengehäuse, das mit dem Hauptkörper verbunden ist;

- einem Hubkolben, der gleitend im Kolbengehäuse montiert ist und zum Vorschub des Bohrers der Bohreinheit dient, die sich am unteren Ende des Hauptkörpers befindet, wobei der Bohrer in Längsrichtung zum Hauptkörper bewegbar ist und der Kolben ein erstes Ende und ein zweites Ende hat, wobei das erste Ende näher zur Bohrstange liegt, einen Hohlraum, eine erste Verbindungsöffnung, die mit dem Hohlraum verbunden ist und ein ringförmiges Druckerzeugungsteil, das an der Außenoberfläche des Kolbenumfangs hervorsteht, wobei der Hohlraum geöffnet ist, damit die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit vom Kanal der Fluidversorgung direkt in den Hohlraum des Kolbens geleitet werden kann,

- einem Zwischenraum zwischen Kolben und Kolbengehäuse, in radialer Richtung des Kolbens durch das ringförmige Druckerzeugungsteil geteilt in einen ersten Raumteil zum Heben des Kolbens und einen zweiten Raumteil zum Anschlagen des Kolbens;

- eine Ventileinheit zur Kontrolle des Fluidaustritts aus dem zweiten Raumteil, wobei die Ventileinheit einen Ventilauslass für den Fluidaustritt aus dem zweiten Raumteil umfasst;

- einer Druckversorgungseinheit zur Bereitstellung von Hochdruckflüssigkeit, die zum Kanal der Fluiddruckversorgung am hinteren Kopf, zum ersten Raumteil und zum zweiten Raumteil geleitet wird;

- einem axialen Auslass zwischen dem Hauptkörper und dem Kolbengehäuse für den Austritt der Flüssigkeit außerhalb des Kolbengehäuses,

wobei die Drehvorrichtung die Bohreinheit mittels Bohrstange und Hauptkörper rotiert.

[0002] Ein nach dem Stand der Technik ausgelegter fluidbetätigter Schlaghammer wird mit einer Bohrstange rotiert, um mindestens die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit einer Schlageinheit zuzuführen, um eine Schlagbewegung zum Bohren eines Lochs in relativ harte Schichten oder einer Kombination aus harten und weichen Schichten zu erzeugen. Die gleiche Flüssigkeit führt im Hammer Bohrklein von der Bohrfläche mit sich und reinigt das Bohrloch zumindest teilweise. Die Bohrstange ist zum Erzeugen einer Drehbewegung am Schlaghammer vorgesehen, der einen Hubkolben enthält, der zum Vorschub des Bohrers dient, der am Schlaghammer befestigt ist, und durch den besagten Vorschub in Längsrichtung zum Körper des Schlaghammers bewegbar ist. Das Wasser oder die Bohrflüssigkeit kann Zusatzstoffe enthalten, um die Kapazität des Mediums zu erhöhen, Bohrklein aus dem Loch aufzunehmen oder um das Bohrloch zu stützen. Der Hammer umfasst einen rohrförmigen Hauptkörper mit einem hohlen Innenraum. Der Hammer hat einen hinteren Kopf, der mit einer Bohrstange verbunden ist, die über mindestens einen Kanal der Fluiddruckversorgung verfügt, um die unter Druck stehende Flüssigkeit dem Schlaghammer zuzuführen. Der Schlaghammer hat einen Schlagkolben, um den Schlagbohrer anzuschlagen und an seinem unteren Ende ein Loch zu bohren.

[0003] Vorbekannt sind solche Wasserhammer wie Wassara, die über ein Ventil sowie eine am Boden befindliche Druckrinne verfügen, welche den Kolben in seine Lastposition anhebt, und eine obere Zone, die den Kolben gegen den Bohrer bewegt, wobei der Zyklus durch das Ventilsystem im oberen Teil des Schlaghammers gesteuert wird.

[0004] Im Dokument nach dem Stand der Technik US 20070261869 A1 wird ein Wasserhammer

beschrieben, in dem sich das Ventilsystem primär im oberen Teil des Wasserhammers befindet. Der Wasserhammer besitzt ein Ventilglied, das den ersten, zweiten und dritten Raumteil bildet und dadurch die Schlagbewegung des besagten Wasserhammers erzeugt. Wird eine solche Konstruktion mit einer unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit eingesetzt, die hochviskos ist, wie beispielsweise Schlamm oder Ol, oder die Feststoffe enthält, tritt die unter Druck stehende Flüssigkeit durch Kanäle in die Raumteile ein. Diese Kanäle haben einen Durchmesser, der wesentlich kleiner ist als der Durchmesser am Einlauf des Kanals der Fluiddruckversorgung. Wenn die Flüssigkeit in die Kanäle durch die Öffnungen mit den kleineren Durchmessern tritt, erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Eine hochviskose oder feststoffhaltige Flüssigkeit, die mit hoher Geschwindigkeit strömt, verursacht erhebliche Reibung an den Kanalwänden und wirkt daher abrasiv auf die Wände. Diese Wirkung ist sogar noch stärker bei Flüssigkeiten mit Feststoffpartikeln, wie beispielsweise Schlamm. Die abrasive Wirkung verursacht rapiden Verschleiß der inneren Teile des Hammers und reduziert somit dessen Produktelebensdauer.

[0005] Darüber hinaus ist es beim Einsatz einer solchen Konstruktion und insbesondere eines Kolbens mit maximalem Durchmesser schwierig, die Spülung so auszulegen, dass die Komponenten innerhalb des Hammers sauber bleiben, da es innerhalb des hohlen Innenraums des rohrförmigen Hauptkörpers praktisch keine Spülung gibt. Ein großer Kolben bewegt zudem auch eine relativ hohe Wassermenge vor- und rückwärts, wodurch die Leistung sinkt und die Abdichtung des Hammers schwierig wird. Durch das Vor- und Rückwärtsbewegen von großen Wassermengen gelangen außerdem Bohrklein und feine Stein- und Sandpartikel in den Hammer. Die Konstruktion hat einen durchgehenden Hohlraum im Kolben, der von einem Ende des Kolbens zum anderen reicht. Dieser Hohlraum leitet die Betriebsflüssigkeit effizient aus der Schlageinheit und erschwert das Leiten der Flüssigkeit durch den Hammer, um andere Teile des Systems wirkungsvoll zu schmieren. Darüber hinaus hängen in einem solchen System beim Rotieren des Hammers alle Fremdpartikel innerhalb des Wasserhammers fest und können nicht an anderen Stellen austreten als an den abgedichteten Stellen, wobei besagte Dichtstellen beschädigt werden. Dieses Problem besteht auch, selbst wenn eine Konstruktion im unteren Teil des Wasserhammers mit einem beweglichen Druckschutz ausgestattet ist, um die Bewegung und Saugwirkung des besagten übergroßen Kolbens besser auszugleichen, wodurch auch eine Saugwirkung erzeugt wird und das Ansaugen von Fremdstoffen in besagtem Wasserhammers gefördert wird.

[0006] Zweck der Erfindung ist, eine fluidbetätigte Bohrvorrichtung zum Bohren eines Lochs zu entwickeln, die den inneren Verschleiß des Hammers beim Einsatz einer hochviskosen Betriebsflüssigkeit minimieren. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, eine fluidbetätigte Bohrvorrichtung zu entwickeln, die einfacher herzustellen ist als Bohrvorrichtungen nach dem Stand der Technik. Die charakteristischen Merkmale der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung sind in dem im Anhang beigefügten Anspruch 1 dargelegt.

[0007] Der Zweck der Erfindung kann mit einer fluidbetätigten Bohrvorrichtung zum Bohren eines Lochs erfüllt werden, wobei die Bohrvorrichtung einen Hammer zum Erzeugen eines Lochs durch eine rotierende Schlagbewegung umfasst, eine Drehvorrichtung zum Drehen des Hammers und eine Bohrstange, welche die Drehvorrichtung mit dem Hammer verbindet und dem Hammer die unter Druck stehende Bohrflüssigkeit zuführt, um die Schlagbewegung des Hammers zu erzeugen. Der Hammer umfasst einen rohrförmigen Hauptkörper mit einem hohlen Innenraum, einen hinteren Kopf zum Anschluss des Hammers an der Bohrstange, der am oberen Ende des Hauptkörpers angebracht und mit einem Kanal für die Fluiddruckversorgung versehen ist, und ein zylindrisches Kolbengehäuse, das mit dem Hauptkörper verbunden ist. Der Hammer umfasst weiterhin einen befindet, wobei der Bohrer in Längsrichtung zum Hauptkörper bewegbar ist und der Kolben ein erstes Ende und ein zweites Ende hat, wobei das erste Ende näher zur Bohrstange liegt, einen Hohlraum, eine erste Verbindungsöffnung, die mit dem Hohlraum verbunden ist, und ein ringförmiges Druckerzeugungsteil, das an der Außenoberfläche des Kolbenumfangs hervorsteht. Der Hohlraum des Kolbens ist geöffnet, damit die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit vom Kanal der Fluidversorgung direkt in den Hohlraum des Kolbens geleitet werden kann. Der Hammer besteht zudem aus einem Zwischenraum zwischen Kolben und Kolbengehäuse, in radialer Richtung des Kolbens durch das ringförmige Druckerzeugungsteil geteilt in einen ersten

Raumteil zum Heben des Kolbens und einen zweiten Raumteil zum Anschlagen des Kolbens, einer Ventileinheit zur Kontrolle des Fluidaustritts aus dem zweiten Raumteil, die Ventileinheit umfasst einen Ventilauslass für den Fluidaustritt aus dem zweiten Raumteil, und einer Druckversorgungseinheit zur Bereitstellung von Hochdruckflüssigkeit, die zum Kanal der Fluiddruckversorgung am hinteren Kopf, zum ersten Raumteil und zum zweiten Raumteil geleitet wird. Zum Hammer gehört weiterhin ein axialer Auslass zwischen dem Hauptkörper und dem Kolbengehäuse für den Austritt der Flüssigkeit außerhalb des Kolbengehäuses. Die Drehvorrichtung rotiert die Bohreinheit mittels Bohrstange und Hauptkörper. Der Kolben hat einen unteren Teil und einen oberen Teil, die trennbar miteinander verbunden sind.

[0008] In der Erfindung wird die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit von der Bohrstange durch den Kanal der Fluidversorgung am hinteren Kopf direkt in den Hohlraum des Kolbens geleitet. Somit wird die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit nicht zu einem Kanal mit einem wesentlich kleineren Durchmesser geleitet und die Strömungsgeschwindigkeit nimmt nicht genauso zu wie bei Bohrvorrichtungen nach dem Stand der Technik. Die Flüssigkeit tritt dann aus dem zweiten Raumteil durch den Ventilauslass der Ventileinheit aus und wird durch den axialen Auslass außerhalb des Kolbengehäuses geleitet. Da die hochviskose Flüssigkeit, die aus dem zweiten Raumteil durch den Ventilauslass und den axialen Auslass austritt, im zweiten Raumteil keine Ausgangsströmungsgeschwindigkeit hat, bleibt der Verschleiß in diesen Auslässen geringfügig.

[0009] Da der Kolben aus zwei separaten Teilen hergestellt wird, sind die Teile einfacher herzustellen und können separat gewartet werden. Es wäre schwierig, einen einheitlichen langen Kolben in den richtigen Maßen herzustellen sowie zu transportieren und zu warten. Da im oberen Teil des Kolbens der Großteil des komplexen Strömungskanals und der Ventilstrukturen liegt, ist dieser Teil Verschleiß durch die Betriebsflüssigkeit ausgesetzt. Der untere Teil, der eine einfachere Bauweise aufweist, ist dem Verschleiß weniger ausgesetzt und kann länger gebraucht werden, bevor er ausgewechselt werden muss. Durch den Einsatz von trennbaren oberen und unteren Teilen kann der obere Teil früher entsorgt werden, während der untere Teil länger in Gebrauch bleibt. Zusätzlich zu oben erwähntem Vorteil ist die Dichtung des Kolbens einfacher anzubringen, wenn der untere Teil, der einen größeren Durchmesser hat als die den oberen Kolbenteil umlaufende Kolbendichtung, vom oberen Teil für die Montage der Kolbendichtung abgenommen werden kann. Dies ermöglicht die Verwendung von durchgehend umlaufenden Dichtungen, die eine bessere Haltbarkeit aufweisen.

[0010] Der obere Teil des Kolbens und der untere Teil des Kolbens sind in der Längsrichtung des Kolbens nacheinander angeordnet. Dadurch kann der Kolben aus gekürzten Teilen gefertigt werden, die wiederum leichter zu den Bohrungsstandorten transportiert werden können.

[0011] Der obere Teil enthält vorzugsweise nach Möglichkeit den besagten Hohlraum, die erste Verbindungsöffnung und das ringförmige Druckerzeugungsteil, und der untere Teil des Kolbens enthält den zweiten Hohlraum und die ersten Verbindungskanäle, die mit dem zweiten Hohlraum verbunden sind, um die ausgetretene Flüssigkeit zwischen dem Kolben und dem Hauptkörper zurück ins Innere des Kolben zu leiten. Der untere Teil kann mit einem größeren Durchmesser gefertigt werden, womit mehr Vorschubkraft erzeugt werden kann.

[0012] Der obere Teil des Kolbens kann ein oder mehrere aufeinander folgende Teile, die den Hohlraum im oberen Teil bilden, die erste Verbindungsöffnung und das ringförmige Druckerzeugungsteil umfassen.

[0013] Der untere Teil des Kolbens kann ein oder mehrere aufeinander folgende Teile, die den zweiten Hohlraum im unteren Teil bilden, und die ersten Verbindungskanäle umfassen.

[0014] In dieser Anmeldung beziehen sich relative Begriffe wie „unten“, „obere“ und „untere“ auf die normalen Einsatzpositionen des Hammers auf einer ebenen Oberfläche. So bezieht sich beispielsweise „unten“ auf eine Position näher zum Bohrer.

[0015] Der Hammer besteht vorzugsweise weiterhin aus einem zweiten Raum im hohlen Innenraum des Hauptkörpers zwischen Kolben und Hauptkörper in radialer Richtung des Kolbens und

zwischen dem Kolbengehäuse und der Bohreinheit in axialer Richtung des Kolbens. Der zweite Raum dient dazu, die ausgegebene Flüssigkeit außerhalb des Kolbens zu leiten, um den Hammer zu schmieren und jegliche Reste aus dem Hammer zu spülen.

[0016] Der Kolben enthält vorzugsweise weiterhin erste Verbindungskanäle vom zweiten Raumteil zum zweiten Hohlraum des Kolbens, der sich an der zur Bohreinheit liegenden Seite des Kolbens befindet, um Flüssigkeit zwischen Kolben und Hauptkörper auszugeben. Zudem haben der unter Druck stehende erste Raumteil und der zweite Raumteil im Kolbengehäuse ein relativ kleines Volumen, wodurch das Volumen der unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit, die während der Schlagbewegung des Kolbens durchgeleitet wird, abnimmt. Die ausgetretene Flüssigkeit kann außerhalb des Kolbens das durch das Anheben des Kolbens entstehende Vakuum zwischen Kolben und Bohreinheit ausfüllen, so dass die Flüssigkeit nicht aus dem Bohrloch in den Hammer gesaugt wird. Dadurch wird die während des Bohrens in den Hammer eintretende Menge an Staub und Bohrklein reduziert, wodurch wiederum die Produktlebensdauer des Hammers verlängert wird. Selbst wenn eine geringfügige Menge an Staub und Bohrklein in den Hammer gelangt, wird dies durch die austretende Flüssigkeit wieder herausgespült.

[0017] Entsprechend der Ausführungsform der Erfindung beträgt die Länge des ersten Raumteils in Längsrichtung 10 - 30 %, vorzugsweise 20 - 25 % der Kolbenlänge. Deshalb ist der zweite Raumteil unter dem Kolbengehäuse relativ groß und nicht der unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit ausgesetzt, d. h. der größere Kolbendurchmesser kann zur Erhöhung der Masse des Kolbens eingesetzt werden.

[0018] Der Hammer enthält vorzugsweise eine Kolbendichtung zwischen dem Kolbengehäuse und dem oberen Teil des Kolbens, wobei die Kolbendichtung eine durchgehend umlaufende Dichtung ist. Die durchgehend umlaufende Dichtung kann angebracht werden, in dem der untere Teil des Kolbens vom oberen Teil abgenommen wird, wodurch die Dichtung nicht übermäßig gedehnt werden muss.

Der Kolben hat vorzugsweise einen ersten Durchmesser und einen zweiten Durchmesser zwischen dem Kolbengehäuse und der Bohreinheit außerhalb der Teillänge, dem Teil des Kolbens mit dem ersten Durchmesser, der mit dem Bohrer in Berührung kommt und der einen kleineren Durchmesser hat als der zweite Durchmesser. Der größere Durchmesser kann zwischen den Stützpunkten des Kolbens zum Einsatz kommen, um die Masse des Kolbens zu erhöhen.

[0019] Entsprechend der Ausführungsform können der untere Teil und der obere Teil des Kolbens über Gewinde miteinander verbunden werden. Die Gewinde verbinden den unteren Teil und den oberen Teil in Längsrichtung des Kolbens zu einer festen Struktur. Die Gewinde dehnen sich etwas beim Anziehen, wodurch eine feste Verbindung zwischen den Teilen hergestellt wird.

[0020] Entsprechend einer alternativen Ausführungsform können der untere Teil und der obere Teil des Kolbens mit einem Arretierstift miteinander verbunden werden. Der Arretierstift verbindet den unteren Teil und den oberen Teil in Längsrichtung des Kolbens zu einer festen Struktur.

[0021] Der erste Raumteil zum Heben des Kolbens und der zweite Raumteil zum Anschlagen des Kolbens bilden vorzugsweise die Hubvorrichtungen, die sich außerhalb der besagten Kolbenlänge befinden, die sich wiederum am zweiten Ende des Kolbens befindet. Aufgrund der Positionierung der Hubvorrichtungen des Kolbens oberhalb des zweiten Endes des Kolbens kann das Kolbengehäuse auch ziemlich kurz ausgelegt sein. Dadurch wird die Länge der Oberflächen reduziert, die gegen die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit abgedichtet werden müssen.

[0022] Entsprechend der Ausführungsform hat der Kolben einen zweiten Hohlraum zum Weiterleiten der ausgetretenen Flüssigkeit durch den Kolben zur Bohreinheit und aus dem Hammer und den ersten Verbindungskanälen zum Kolben, wobei der genannte zweite Raum mit dem zweiten Hohlraum verbunden ist, um die ausgetretene Flüssigkeit zwischen dem Kolben und dem Hauptkörper zurück ins Innere des Kolben in den zweiten Hohlraum zu leiten. Das heißt, dass die ausgetretene Flüssigkeit durch den Kolben geleitet wird, der zum Bohrer hin eine kleinere Oberfläche hat als einteilige Kolben nach dem Stand der Technik. Dadurch wird eingeschränkt, dass der Kolben während des Anhebens ein Vakuum bildet, das Staub und Bohrklein von außen in den

Hammer zurücksaugen würde.

[0023] Der Kolben kann einen männlichen Anschluss und einen weiblichen Anschluss haben, von denen einer zum unteren Teil des Kolbens und der andere zum oberen Teil des Kolbens gehört. Die Anschlüsse können zum Verbinden des oberen Teils des Kolbens mit dem unteren Teil des Kolbens verwendet werden.

[0024] Das Kolbengehäuse ist vorzugsweise ein durchgehendes Einzelteil. Aus diesem Grund ist die Dichtung zwischen Kolbengehäuse und Kolben einfacher auszuführen als bei einem Kolbengehäuse, das aus zwei oder mehreren separaten Teilen besteht, die alle einzeln abgedichtet werden müssen.

[0025] Entsprechend der Ausführungsform werden der untere Teil und der obere Teil des Kolbens aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt. Die Teile können unterschiedliche Verschleißeigenschaften voraussetzen.

[0026] Die ersten Verbindungskanäle liegen in axialer Richtung in einem Winkel zum zweiten Hohlraum, der Winkel beträgt 30 - 60 °, vorzugsweise 40 - 50 ° zur Längsrichtung des Kolbens. Diese Art der Ausführung reduziert die Druckverluste der Flüssigkeit.

[0027] Vorzugsweise umfasst der Hammer auch ein Kolbenlager in Verbindung mit der Bohreinheit, das zur Abstützung des Kolbens dient, sowie zweite Verbindungskanäle, die im Kolbenlager angeordnet sind, um den Bereich zwischen Kolben und Bohrer mit ausgetretener Flüssigkeit zu versorgen, zumindest wenn der Kolben angehoben ist. Die zweiten Verbindungskanäle bilden einen Hilfskanal, damit die ausgetretene Flüssigkeit zwischen den Kolben und den Bohrer gelangen kann um zu verhindern, dass Staub und Bohrklein von außen in den Bohrer eingesaugt wird.

[0028] Der zweite Raumteil wird vorzugsweise von der unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit abgegrenzt und ist nur für die ausgetretene Flüssigkeit zugänglich. Dies ermöglicht eine VergröBerung des Durchmessers des unteren Teils des Kolbens, ohne dass für die Schlagbewegung des Kolbens benötigte effektive Oberfläche verloren geht.

[0029] Der Großteil der Kolbenmasse befindet sich vorzugsweise in der Länge des Kolbens zwischen dem Kolbengehäuse und der Bohreinheit außerhalb der Teillänge. Da der zweite Raumteil nur für ausgetretene Flüssigkeit zugänglich ist, besteht weniger Widerstand gegen die Bewegung des schwereren Teils des Kolbens.

[0030] Der Bohrer enthält vorzugsweise Schultern oder Einsatzkörper, die im Bohrer für den während des Bohrens erfolgenden Aufschlag angeordnet sind. Dies ermöglicht, dass die Bohrvorrichtung zum effizienten Bohren von Felsgestein eingesetzt werden kann.

[0031] Der Hammer umfasst vorzugsweise eine Buchse aus hochfestem Metall, die unter dem Kolbengehäuse in der Arbeitsposition des Hammers positioniert ist und zur Abdichtung des Kolbengehäuses dient. Die Buchse kann als Ersatz für konventionelle Dichtungen zwischen Kolben und Kolbengehäuse verwendet werden. Die aus hochfestem Material gefertigte Buchse ist ausgesprochen verschleißfest und dient auch als Lager zwischen Kolben und Kolbengehäuse.

[0032] Der Kolben kann so ausgelegt sein, dass er in Wechselwirkung mit der Ventileinheit steht, damit die axiale Lage des Kolbens zur Ventileinheit angezeigt wird. Dadurch besteht kein Bedarf für Sensoren, welche die axiale Lage des Kolbens zur Ventileinheit anzeigen.

[0033] Der Hohlraum des Kolbens verläuft vorzugsweise mehrteilig durch den Kolben, und der Kolben enthält den Hohlraum und den zweiten Hohlraum, die durch ein festes Teil, das zum Kolben gehört, voneinander getrennt sind. Die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit kann direkt zum Hohlraum im Kolben geleitet werden, ohne dass die Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird, wie dies beim Leiten durch Kanäle mit einem kleineren Durchmesser der Fall wäre. Die ausgetretene Flüssigkeit spült dann den hohlen Innenraum des Hauptkörpers aus, um Staub und Bohrklein effizient aus dem Hammer zu entfernen.

[0034] Der zweite Hohlraum enthält die ersten Verbindungskanäle, um die ausgetretene Flüssigkeit vom hohlen Innenraum des Hauptkörpers zurück in den Kolben zum zweiten Hohlraum zu

leiten.

[0035] Die Länge des ersten Raumteils in Längsrichtung kann 10 - 30 %, vorzugsweise 20 25 % der Kolbenlänge betragen. Das heißt, dass der Zwischenraum zwischen Kolbengehäuse und Kolben ein relativ kleines Volumen hat, so dass eine ziemlich geringe Menge an unter Druck stehender Flüssigkeit während der Schlagbewegung des Kolbens durchgeleitet wird. Aufgrund der geringen Größe des ersten Raumteils wird der zweite Raumteil im hohlen Innenraum des Hauptkörpers unter dem Kolbengehäuse gebildet, und die austretende Flüssigkeit kann zum Spülen und Schmieren dieses Teils verwendet werden.

[0036] Das Kolbengehäuse reicht vorzugsweise nur über eine Teillänge des Kolbens und bildet so den zweiten Raumteil des hohlen Innenraums des Hauptkörpers. Somit kann der zweite Raumteil relativ groß sein und der Raum innerhalb des Kolbengehäuses relativ klein.

[0037] Der Durchmesser des Kolbens liegt zwischen 100 und 900 mm, vorzugsweise 140 und 300 mm. Die Hammerlänge beträgt 1,0 - 4,0 m, vorzugsweise 1,5 - 2,5 m. Die Länge des ersten Raumteils liegt zwischen 100 und 600 mm, vorzugsweise 150 und 200 mm.

[0038] Der axiale Auslass befindet sich vorzugsweise in axialer Richtung des Hammers zwischen dem unteren Ende des Kolbengehäuses und dem unteren Ende des hinteren Kopfes und in radialer Richtung zwischen Kolbengehäuse und Hauptkörper. Somit kann die Flüssigkeit außerhalb des Kolbengehäuses austreten, so dass die Flüssigkeit längs außerhalb des Kolbengehäuses den hohlen Innenraum des Hauptkörpers spült und Staub und Bohrklein aus dem Hauptkörper entfernt.

[0039] Der Hohlraum hat vorzugsweise einen Durchmesser von 80 - 120 % des Durchmesser des Kanals für die Fluiddruckversorgung. Das heißt, dass die Strömungsgeschwindigkeit der in den Hammer eintretenden und unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit so gut wie gleich bleibt ohne wesentliche Anstiege, wie dies in Bohrvorrichtungen nach dem Stand der Technik der Fall ist, in denen die Flüssigkeit zu einem Kanal mit einem viel kleineren Durchmesser geleitet wird. Da der Hohlraum mehrteilig ist, trifft die Flüssigkeit am unteren Ende des Hohlraums auf einen Teil, der ziemlich verschleißfest ist.

[0040] Der Durchmesser des Hohlraums ist vorzugsweise kleiner als der Durchmesser des Ventilauslasses, und der Durchmesser des Ventilauslasses ist kleiner als der Durchmesser des axialen Auslasses, um den durch den Hammer erzeugten Gegendruck zu reduzieren. Die Flüssigkeit strömt stets in einen größeren Bereich, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit sinkt und der Verschleiß des Hammers reduziert wird.

[0041] Der Hammer umfasst vorzugsweise ein oberes Ende mit einem zweiten Kanal für die Fluiddruckversorgung, der die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit in den Hohlraum des Kolbens leitet, und einen dritten Kanal für die Fluiddruckversorgung zur Weiterleitung der unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit in die Kammer hinter der Ventileinheit. Mittels der zum dritten Kanal der Fluiddruckversorgung geleiteten Flüssigkeit wird die Ventileinheit in geschlossener Position gehalten, bevor der Druck im zweiten Raumteil hoch genug ist, um das Ventil anzuheben und die Flüssigkeit aus dem Ventilauslass austreten zu lassen.

[0042] Entsprechend der Ausführungsform umfasst der Kolben auch eine hydraulische Bremsschulter, um am Ende des Bewegungsbereichs des Kolbens Widerstand gegen die Kolbenbewegung zu erzeugen, um einer Beschädigung des Kolbens vorzubeugen. Hierdurch wird auch die Bewegung des Kolbens gedämpft.

[0043] Der Hammer enthält einen Kolbenlagersitz, damit die Flüssigkeit zwischen dem Kolben und dem Bohrer durchströmen kann.

[0044] Der Bohrer hat vorzugsweise einen Bohrerauspuff, der parallel zur Drehachse der Bohrstange liegt. Somit kann die Betriebsflüssigkeit aus dem Hammer direkt durch den zweiten Hohlraum im unteren Teil des Kolbens und den dahinter liegenden Bohrerauspuff des Bohrers austreten.

[0045] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einem Verfahren zum Bohren eines Lochs

mithilfe einer fluidbetätigten Bohrvorrichtung eingesetzt werden, das Verfahren umfasst Schritte zum Druckaufschlag der Betriebsflüssigkeit mit einer Druckerzeugungseinheit, Rotieren der Bohrstange und des an der Bohrstange befestigten Schlaghammers mit einer Drehvorrichtung und Weiterleiten der unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit durch die Bohrstange zum Schlaghammer und direkt von einem hinteren Kopf in den Hohlraum des Kolbens. Das Verfahren umfasst ebenfalls den Einsatz von unter Druck stehender Betriebsflüssigkeit im Schlaghammer zum abwechselnden Heben und Vorschub des Schlagkolbens, durch Druckerzeugung im ersten Raumteil innerhalb des Kolbengehäuses zum Heben des Kolbens und im zweiten Raumteil innerhalb des Kolbengehäuses zum Anschlagen des Kolbens zur Erzeugung der Schlagbewegung des Bohrers, der axial beweglich am Kolben angebracht ist, und die Ausgabe der Flüssigkeit von dem ersten Raumteil und dem zweiten Raumteil außerhalb des Kolbengehäuses durch einen axialen Auslass zur Spülung und Schmierung des hohlen Innenraums des Hauptkörpers zwischen Kolben und Hauptkörper des Hammers außerhalb des Kolbengehäuses. Weiterhin wird die ausgetretene Flüssigkeit vom hohlen Innenraum durch die ersten Verbindungskanäle in den zweiten Hohlraum des Kolbens zurückgeleitet, um die ausgetretene Flüssigkeit außerhalb des Hammers durch die Bohreinheit zu leiten.

[0046] Indem die ausgetretene Flüssigkeit direkt durch den hinteren Kopf in den Hohlraum des Kolbens geleitet wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit relativ konstant gehalten werden. Dadurch wird beim Einsatz von abrasiven Flüssigkeiten, wie Schlamm oder Öl, der Verschleiß der innenliegenden Teile des Hammers reduziert. Die außerhalb des Kolbens unter dem Kolbengehäuse austretende Flüssigkeit spült Staub und Bohrklein in den hohlen Innenraum des Hauptkörpers des Hammers, und die ausgetretene Flüssigkeit wird weitergeleitet, um den Hohlraum zwischen Bohrer und Kolben auszufüllen, wenn der Kolben angehoben ist. Indem die Flüssigkeit durch den Kolben über den zweiten Hohlraum ausgegeben wird, kann die durch den Kolben beim Anheben erzeugte Saugwirkung reduziert werden, wodurch wiederum das Ansaugen von Staub und Bohrklein durch den Bohrer in den Hammer reduziert wird. Dementsprechend ermöglicht der Einsatz der Vorrichtung, dass sich im Inneren des Hammers kein Staub und Bohrklein ansammelt, wodurch wiederum die Produktlebensdauer des Hammers verlängert wird. Für die vorliegende Erfindung wird ebenfalls erwartet, dass der Druck im Tank der Betriebsflüssigkeit im Vergleich zu Vorrichtungen nach dem Stand der Technik gering ist.

[0047] Entsprechend der Ausführungsform enthält die Betriebsflüssigkeit Zusatzstoffe, mittels derer die Viskosität der Betriebsflüssigkeit über der Viskosität von Wasser liegt. Die abrasive Wirkung der Betriebsflüssigkeit wird durch den Einsatz von Zusatzstoffen erhöht, wodurch die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht werden, in dem die Betriebsflüssigkeit stets in einen größeren Raum geleitet wird, und damit die Geschwindigkeit der Betriebsflüssigkeit gesenkt wird.

[0048] Entsprechend einer zweiten Ausführungsform dient Öl als Betriebsflüssigkeit. Hammerverschleiß ist ein herkömmliches Problem beim Olbohren, was durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens gemindert werden kann.

[0049] Entsprechend der dritten Ausführungsform dient Schlamm als Betriebsflüssigkeit. Hammerverschleiß ist auch ein herkömmliches Problem beim Schlammbohren, was durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens gemindert werden kann.

[0050] Entsprechend einer vierten Ausführungsform hat die Betriebsflüssigkeit eine Viskosität von 0,01 - 20 Pas, vorzugsweise 0,05 - 3 Pas, bei einer Temperatur von 20 °C. Hammerverschleiß ist auch ein herkömmliches Problem beim Bohren mit jeder Art von hochviskosen Flüssigkeiten, was durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens gemindert werden kann.

[0051] Da die Flüssigkeit vorzugsweise nach Möglichkeit relativ unkomprimierbar ist, wird die Schlagbewegung des Schlaghammers durch die Ventileinheit gesteuert. Der Schlagkolben steht nach Möglichkeit in Wechselwirkung mit besagter Ventileinheit, wodurch die axiale Position des besagten Schlagkolbens zur Ventileinheit angezeigt wird.

[0052] Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ist es einfacher, eine Ventileinheit

aus hoch abrasionsbeständigem Material zu konstruieren, wodurch der Betrieb mit hochviskosen Flüssigkeiten ermöglicht wird, die abrasive Partikel, wie Bohrschlamm, enthalten. Mithilfe einer möglichen Konstruktionsweise der Erfindung besteht die Möglichkeit, einen fluid- oder schlammbetriebenen Schlagbohrer mit einem schweren Schlagkolben zu angemessenen Kosten und aus speziellen Werkstoffen und mit spezieller Materialbehandlung herzustellen, da die belastete Bohrspitze während des Herstellungsprozesses nicht fest mit der Ventileinheit verbunden wird, sondern später angebracht werden kann.

[0053] Die Erfindung ist unten detailliert beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen wird, die einige der Ausführungsformen der Erfindung darstellen, wobei

[0054] Abbildung 1 die Seitenansicht der Bohrvorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

[0055] Abbildung 2 den Querschnitt des Hammers entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt,

[0056] Abbildung 3a eine Vergrößerung des unteren Endes des Hammers aus Abbildung 2 zeigt,

[0057] Abbildung 3b eine Vergrößerung des oberen Endes des Hammers aus Abbildung 2 zeigt,

[0058] Abbildungen 4a - 4p Querschnitte des Hammers entsprechend der ersten Ausführungsform in unterschiedlichen Bohrphasen zeigt,

[0059] Abbildung 5a in der zweiten Ausführungsform eine Vergrößerung der Stelle des Hammers zeigt, die in Teil B-B der Abbildung 4d zu sehen ist,

[0060] Abbildung 5b einen Querschnitt von Teil B-B der zweiten Ausführungsform, die in Abbildung 5a angezeigt ist,

[0061] Abbildung 6a in der zweiten Ausführungsform eine Vergrößerung der Stelle des Hammers zeigt, die in Teil E-E der Abbildung 4d zu sehen ist,

[0062] Abbildung 6b einen Querschnitt von Teil E-E der zweiten Ausführungsform zeigt, die in Abbildung 6a zu sehen ist.

[0063] In den Zeichnungen werden die folgenden Referenznummern für die in den Zeichnungen dargestellten Teile verwendet

1 Bohrvorrichtung

9 Schlaghammer

10 Hauptkörper

12 hohler Innenraum

14 hinterer Kopf

16 oberes Ende des Hauptkörpers

18 Kanal für die Fluiddruckversorgung 20 Kolbengehäuse

21 Bremskammer

22 Kolben 23 zweiter Kanal für die Fluiddruckversorgung 24 Bohrer

25 dritter Kanal für die Fluiddruckversorgung 26 Bohreinheit

28 unteres Ende des Hauptkörpers 30 Hohlraum des Kolbens

32 ringförmiges Druckerzeugungsteil 33 Ventilauslass

34 erste Verbindungsöffnung

35 axialer Auslass

36 Außenoberfläche des Kolbenumfangs 37 zweiter Hohlraum des Kolbens 38 Raumteil

39 Kanal für Ventildruckversorgung 40 erster Raumteil

42 zweiter Raumteil

44 Druckversorgungseinheit

46 Bohrstange

48 erste Verbindungskanäle

50 Drehvorrichtung

52 zweite Verbindungskanäle

54 Bohrernut

56 männliches Kolbenanschlussteil 58 weibliches Kolbenanschlussteil 60 unterer Teil des Kolbens

62 oberer Teil des Kolbens

64 Lagersitz

66 oberes Kolbenende

68 Adapter

70 Ventilgehäuse

72 Hauptkammer der Ventileinheit 74 hydraulische Bremsschulter

76 Ventileinheit

77 Kammer

78 erstes Ende des Kolbens

79 zweites Ende des Kolbens

80 Mantelrohr

82 Arretierstift

84 zweiter Raumteil

86 Kolbenführung

88 Bohrerauspuff

90 festes Teil 92 dritter Verbindungskanal 94 Hubvorrichtungen

96 Gewinde

98 Kolbendichtung 100 Loch

102 Erde

[0064] Gemäß Abbildung 1 enthält die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 1 als Hauptteile einen Hammer 9 zum Erzeugen eines Lochs 100 in der Erde 102, eine fluidbetätigte Drehvorrichtung 50 zum Drehen des Hammers 9 und eine Bohrstange 46, welche die Drehvorrichtung 50 mit dem Hammer 9 verbindet. Der Flüssigkeitsdruck wird zum Schmieren der Hammerteile, zum Spülen des Lochs und zum Ausspülen von Staub und Bohrklein aus dem Hammerinneren eingesetzt. Die Drehvorrichtung kann durch einen Elektromotor oder durch Fluid betätigt werden. Normalerweise wird hinter der Bohrstange ein Einsatzrohr in das Loch eingelassen. In der Bohrvorrichtung 1 nach Abbildung 1 rotiert die Drehvorrichtung 50 die Bohrstange 46, die wiederum den Hauptkörper 10 des Hammers rotiert. Der Hauptkörper 10 rotiert dann den Bohrer, während der Kolben des Hammers auch die Hubbewegung des Bohrers 24 erzeugt.

[0065] Abbildung 2 zeigt eine Ausführungsform des Hammers 9, die in der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 1 verwendet werden kann. Der Hammer 9 enthält einen rohrförmigen Hauptkörper 10 mit einem hohlen Innenraum 12, einen hinteren Kopf 14, der am oberen Ende 16 des Hauptkörpers 10 angebracht und mit einem Kanal für die Fluiddruckversorgung 18 versehen ist, und ein zylindrisches Kolbengehäuse 20, das mit dem Hauptkörper 10 verbunden ist, nach Möglichkeit innerhalb des Hauptkörpers 10. Der Kanal für die Fluiddruckversorgung 18 verläuft direkt durch den hinteren Kopf 14, um die unter Druck stehende Flüssigkeit direkt durch das obere Kolbenende 66 in den Hohlraum 30 des Kolbens 22 zu leiten. Darüber hinaus umfasst der Hammer 9 einen Kolben 22, der im Kolbengehäuse 20 angebracht ist, und zum Anschlagen des Bohrers 24 der Bohreinheit 26 dient, die am unteren Ende 28 des Hauptkörpers 10 liegt. Der Kolben 22 wird nach Möglichkeit gleitend im Kolbengehäuse 20 montiert und gestützt. Der Kolben 22 hat einen Hohlraum 30, eine erste Verbindungsöffnung 34, die zum Hohlraum 30 führt, und ein ringförmiges Druckerzeugungsteil 32, das an der Außenoberfläche 36 des Kolbenumfangs hervorsteht. Der Hohlraum 30 ist in axialer Richtung des Kolbens 22 nicht durchgehend wie dies bei einem Hammer nach dem Stand der Technik der Fall ist, sondern weist separate Kanäle innerhalb des Kolbens auf, d. h. den Hohlraum 30 und den zweiten Hohlraum 37. Der Hohlraum 30 ist der unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit ausgesetzt, während der zweite Hohlraum 37 nur der ausgegebenen Flüssigkeit ausgesetzt ist.

[0066] Der Hammer 9 hat einen Zwischenraum 38 zwischen Kolben 22 und Kolbengehäuse 20, geteilt in einen ersten Raumteil 40 zum Heben des Kolbens 22 und einen zweiten Raumteil 42 zum Anschlagen des Kolbens 22 über die Länge des Kolbens 22, wobei der erste Raumteil 40 und der zweite Raumteil 42 nach Möglichkeit mit dem Hohlraum 30 des Kolbens 22 über die erste Verbindungsöffnung 34 verbunden sind. In der in den Abbildungen 2 - 4p gezeigten Ausführungsform gibt es zwei erste Verbindungsöffnungen 34. Die Hebe- und Vorschubbewegungen des Kolbens 22 werden durch die Bewegung des Kolbens 22 und die Lage des ringförmigen Druckerzeugungsteils 32 zum ersten Raumteil 40 und zweiten Raumteil 42 gelenkt.

[0067] Das Kolbengehäuse 20 reicht vorzugsweise nur über die Teillänge L1 des Kolbens 22.

Die axialen Auslässe 35 sind entlang des Außenumfangs des Kolbengehäuses 22 angeordnet, um die Flüssigkeit aus dem zweiten Raumteil 42 auszugeben. Der Kolben 22 enthält nach Möglichkeit auch erste Verbindungskanäle 48 zwischen dem zweiten Hohlraum 37 des Kolbens 22 und dem Hauptkörper 10 auf der Länge L2 des Kolbens 22 zwischen dem Kolbengehäuse 20 und der Bohreinheit 26 außerhalb der Teillänge L1, um die ausgetretene Flüssigkeit in den Kolben 22 zurückzuleiten. Die Erfindung kann auch ohne diese ersten Verbindungskanäle eingesetzt

werden. Die ersten Verbindungskanäle 48 liegen in axialer Richtung in einem Winkel a zur axialen Richtung des Kolbens 22, der Winkel beträgt 30 - 60 °, vorzugsweise 40 - 50 °, um Druckverluste zu reduzieren, die durch den Richtungswechsel der Strömung verursacht werden.

[0068] Der Hammer enthält auch eine Ventileinheit 76 für den Fluidaustritts aus dem zweiten Raumteil 42 und eine Druckversorgungseinheit 44, um unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit in den Hohlraum 30 des Kolbens 22 zu leiten und nach Möglichkeit auch hinter die Ventileinheit 76. Die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit wird von der Druckversorgungseinheit 44 durch die Bohrstange 46, den Kanal für die Fluiddruckversorgung 18 am hinteren Kopf 14 und durch den zweiten Kanal für die Fluiddruckversorgung 23 am oberen Ende 66 des Kolbens 22 direkt in den Hohlraum 30 des Kolbens 22 geleitet. Alternativ wird die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit durch einen dritten Kanal für die Fluiddruckversorgung 25 am oberen Kolbenende 66 zu einer Kammer 77 hinter der Ventileinheit 76 geleitet und von der Kammer 77 durch den Kanal für die Ventildruckversorgung 39 in eine Kammer hinter der Ventileinheit 76. In der Ausführungsform in Abbildung 3a ist der Kanal für die Ventildruckversorgung 39 unterschiedlich ausgebildet. Die Ventileinheit kann eine Ventileinheit nach dem Stand der Technik sein. In der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung wird nach Möglichkeit eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität verwendet, vorzugsweise Ol oder Schlamm. Es kann auch Wasser verwendet werden.

[0069] Der in Abbildung 2 abgebildete Kolben 22, auch als Schlagkolben bezeichnet, enthält in seinem oberen Teil 62 mindestens einen Teil des ersten Raumteils 40, der auch als Hebezone bezeichnet werden kann, und mindestens einen Teil des zweiten Raumteils 42, der auch als Anschlagzone bezeichnet werden kann. Das ringförmige Druckerzeugungsteil 32, auch als Zonenteilungsbereich bezeichnet, dient dazu, den ersten Raumteil 40 vom zweiten Raumteil 42 zu trennen. In der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung kann auch eine Ventileinheit 76 integriert werden, welche den in den Abbildungen 2, 3a und 4a - 4c abgebildeten ringförmigen Druckerzeugungsteil 32 verlängert, oder alternativ ein Druckregelelement, das an der Hauptventileinheit angeschlossen ist und axial die Hauptströmung des besagten Kolbens regelt durch Einfluss auf den besagten ersten Raumteil und zweiten Raumteil, um eine Schlagbewegung des besagten Schlagkolbens zu erzeugen. Der Kolben 22 kann zwei aufeinanderfolgende Teile enthalten, einen unteren Teil 60, vorzugsweise mit ersten Verbindungskanälen 48, und einen oberen Teil 62 mit dem ringförmigen Druckerzeugungsteil 32.

[0070] In der Erfindung ist die Größe des ersten Raumteils oder des zweiten Raumteils nicht begrenzt, da diese verlängert werden können. Der erste Raumteil kann zum Bohrer hin verlängert werden und der zweite Raumteil zum Hauptkörper hin. Das ringförmige Druckerzeugungsteil liegt jedoch im Wesentlichen am oberen Teil des Kolbens in der Arbeitshöhe des Kolbens.

[0071] Der zweite Durchmesser D2 im mittleren Teil des Kolbens 22 ermöglicht, dass der erste Raumteil 40 den Kolben 22 heben kann, da der Hebedurchmesser des ringförmigen Druckerzeugungsteils 32 größer ist als D2, durch diese Durchmesserdifferenz wird gemeinsam mit der unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit die Kraft erzeugt, die den Kolben 22 in seine Anschlagposition hebt. Entsprechend einer in Abbildung 2 dargestellten Ausführungsform enthält der Hammer 9 eine hydraulische Bremsschulter 74, die eine Bremswirkung am Kolben 22 erzeugt, wenn sich der Kolben 22 während der Vorschubbewegung vorwärts bewegt, und die hydraulische Bremsschulter 74 in einen Bereich des Kolbengehäuses 20 mit einem kleineren Durchmesser vordringt, d. h. die Bremskammer 21. Der kleinere Durchmesser des Kolbengehäuses reduziert wirkungsvoll die Hebekraft, die benötigt wird, wenn der Hammer aus seiner unteren Position angehoben wird, nachdem die Vorschubbewegung durchgeführt wurde. Die hydraulische Bremsschulter kann auch so im Kolben positioniert werden, dass die hydraulische Bremsschulter auch dann eine Bremswirkung erzeugt, wenn der Kolben gehoben wird, wodurch jeglicher Kontakt zwischen dem ringförmigen Druckerzeugungsteil und der Ventileinheit vermieden wird.

[0072] Der Kolben kann auch einen ersten Durchmesser D1 haben, der vorzugsweise größer ist als der zweite Durchmesser D2. Da der Kolben 22 nur am zweiten Durchmesser D2 gestützt ist, kann der Kolben 22 einen größeren ersten Durchmesser haben, wodurch die Masse des Kolbens vergrößert wird, und einen dritten Durchmesser D3, der genau so groß oder größer ist als der

zweite Durchmesser D2. Der Hohlraum 30 des Kolbens 22 hat einen Durchmesser D4, der 80 120 % des Durchmessers D5 des Kanals für die Fluiddruckversorgung 18 beträgt. Das heißt, dass die Strömungsgeschwindigkeit nicht wesentlich erhöht wird oder sogar abnimmt, wenn die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit in den Hohlraum 30 des Kolbens 22 eindringt. Auch wenn die Abbildungen 2 - 4p zeigen, dass der axiale Auslass 35 kleiner ist als der Ventilauslass 33 und dass der Ventilauslass 33 kleiner ist als der Durchmesser des Hohlraums 30, sollte verstanden werden, dass der Durchmesser des Hohlraums 30 kleiner ist als der Durchmesser des Ventilauslasses 33 und der Durchmesser des Ventilauslasses 33 kleiner ist als der Durchmesser des axialen Auslasses 35, um den durch den Hammer 9 erzeugten Gegendruck zu reduzieren.

[0073] Der Schlagkolben 22 ist so ausgelegt, dass er den Schlagbohrer 24 der Bohreinheit 26 anschlägt, wie in den Abbildungen 3a und 3b gezeigt. Die Bohreinheit 26 ist am Hauptkörper 10 des Hammers 9 befestigt, der wiederum mit der Bohrstange 46 über einen hinteren Kopf 14 am Hammer 9 verbunden ist. Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird durch die Bohrstange 46 und durch den Kanal der Fluiddruckversorgung 18 am hinteren Kopf 14 in den Hammer 9 geleitet, um Druck in der Flüssigkeit zu erzeugen und damit die Schlagbewegung des Schlagkolbens 22 gegen den Schlagbohrer 24. Wie Abbildungen 2 - 4c zu entnehmen ist, besteht der Kolben 22 aus dem unteren Teil 60, der für die Ubertragung der besagten Schlagkraft an den Bohrer 24 ausgelegt ist, und den oberen Teil 62, der für die Hubbewegung des Schlagkolbens 22 ausgelegt ist.

[0074] Der erste Raumteil 40 im Kolbengehäuse 20, auch als Hebezone bezeichnet, wird durch das Kolbengehäuse 20 begrenzt, das den Kolben 22 abdichtet und zentriert. Das Kolbengehäuse 20 grenzt den ersten Raumteil 40 wirkungsvoll gegenüber dem Bohrer 24 ab. Das Kolbengehäuse kann ein zweites Kolbenlager sowie ein Dichtungsteil enthalten. Die Flüssigkeit wird durch den Ventilauslass 33 ausgegeben, der in der Ventileinheit 76 liegt, und danach zu einem axialen Auslass 35 geleitet, der sich in radialer Richtung außerhalb des Kolbengehäuses 20 befindet. Die durch den axialen Auslass 35 ausgegebene Flüssigkeit wird dann zum Außendurchmesser des Kolbens 22 geleitet, d. h. in den zweiten Raumteil 84 des hohlen Innenraums 12 des Hauptkörpers 10. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Teil der ausgegebenen Flüssigkeit zumindest teilweise zurück in den Kolben 22 in den zweiten Hohlraum 37 geleitet oder zumindest teilweise durch den zweiten Verbindungskanal 52 der Kolbenführung 86, auch als Kolbenzentrierelement bezeichnet. Wenn der Kolben 22 nach der Vorschubbewegung nach hinten angehoben wird, füllt sich das durch den angehobenen Kolben 22 erzeugte Vakuum mit der ausgegebenen Flüssigkeit, indem die Flüssigkeit durch den zweiten Hohlraum 37 sowie durch die zweiten Verbindungskanäle 52 geleitet wird und dadurch der Saugeffekt des großen Kolbens 22 reduziert wird. Die zweiten Verbindungskanäle sind keine obligatorischen Bestandteile des Hammers, sondern präferierte Merkmale.

[0075] In der vorliegenden Erfindung liegt der unter Druck stehende Bereich mit der unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit nur zwischen dem Kolbengehäuse 20 und dem Ventilgehäuse 70, wie in Abbildung 3a in Längsrichtung des Kolbens 22 gezeigt, sowie im Hohlraum 30 des Kolbens 22. Dies ermöglicht die Verwendung von großen Kolbendurchmessern unter dem Kolbengehäuse, die sogar so groß sein können wie der Innendurchmesser des Hauptkörpers, wenn der Kolben in seiner axialen Richtung genutet ist. Die durch den Kolben erzeugte Vorschubkraft wird durch das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Kolbens im Kolbengehäuse und dem Durchmesser des Kolbens am ringförmigen Druckerzeugungsteil bestimmt. Der Hohlraum 30 des Kolbens 22 verläuft im Kolben 22 nicht durchgehend vom oberen Ende des Kolbens 22 bis zum unteren Ende, sondern ist durch ein festes Teil 90 in zwei separate Teile getrennt, d. h. den Hohlraum 30 und den zweiten Hohlraum 37.

[0076] Der Strömungsweg der Flüssigkeit ist in den Abbildungen 3a und 3b mit einer gestrichelten Linie angezeigt, wogegen Abbildungen 4a bis 4p unterschiedliche Phasen der Schlagbewegung des Hammers zeigen. Abbildung 4a zeigt den Hammer 9 mit dem Bohrer 24 in hängender Lage. In dieser Position gibt es keine resultierende Strömung, um den Kolben 22 aus Abbildung 4b nach oben zu treiben, also keine Bewegung des Kolbens 22. Entsprechend Abbildung 4c

berührt der Bohrer 24 die zu bohrende Oberfläche und bewegt sich nach oben. Im Gegenzug bewegt sich der in Abbildung 4d gezeigte Kolben 22 auch nach oben und der ringförmige Druckerzeugungsteil 32 des Kolbens 22 wird im eingekreisten Bereich zur Ventileinheit 76 bewegt. Die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit strömt durch den Kanal für die Fluiddruckversorgung 18 am hinteren Kopf 14 und durch den zweiten Kanal für die Fluiddruckversorgung 23 am oberen Ende 66 und dann in den Hohlraum 30 des Kolbens 22. Diese Flüssigkeit strömt aus den ersten Verbindungsöffnungen 34 in den Kolben 22 und füllt den ersten Raumteil 40. Nun wird hinter dem ringförmigen Druckerzeugungsteil 32 im ersten Raumteil 40 Druck aufgebaut. Auf der anderen Seite des ringförmigen Druckerzeugungsteils 32, innerhalb des zweiten Raumteils 42, kann die Flüssigkeit frei durch den Ventilauslass 33 zum axialen Auslass 35 strömen. Diese Druckdifferenz führt dazu, dass der Kolben 22 entgegen der Schwerkraft nach oben getrieben wird. Ein Rest der Flüssigkeit strömt auch durch den dritten Kanal für die Fluiddruckversorgung 25 am oberen Kolbenende 66 zur Ventileinheit 76 durch Kammer 77 und den Kanal für den Ventildruck 39. Diese Strömung dient dazu, die Ventileinheit 76 mithilfe der Schwerkraft in geschlossener Position zu halten.

[0077] In den Abbildungen 4e und 4f bewegt sich der Kolben 22 nach oben und weg vom Bohrer 24. Die Schulter 75 des Kolbens 22 beginnt, sich im eingekreisten Bereich in die kleinere Bohrung der Ventileinheit 76 zu bewegen, wodurch verhindert wird, dass die Flüssigkeit im zweiten Raumteil 42 zum Ventilauslass 33 durchströmen kann. Jetzt kann die Flüssigkeit im zweiten Raumteil 42 nirgendwohin ausweichen, was zu Druckaufbau führt. In den Abbildungen 4g und 4h zwingt die Kombination aus dem Druckaufbau in Ventileinheit 76 und im zweiten Raumteil 42 die Ventileinheit 76, sich mit dem Kolben 22 entgegen der Schwerkraft nach oben zu bewegen. In den Abbildungen 4i und 4j ermöglicht der nach oben gerichtete Schwung des Kolbens 22, dass das ringförmige Druckerzeugungsteil 32 in den zweiten Raumteil 42 gelangt. Dies mindert wiederum mithilfe der Schwerkraft den Druck im zweiten Raumteil 42, und der Kolben 22 wird langsamer. Die hydraulische Bremsschulter 74 am ersten Raumteil 40 dringt ebenfalls in die kleinere Bohrung des Kolbengehäuses 20 ein, wie im eingekreisten Bereich angezeigt, wodurch der Druck darunter reduziert wird und eine größere Druckdifferenz am oberen Ende erzeugt wird. Dadurch wird der Kolben 22 unter Einfluss der Schwerkraft nach unten bewegt.

[0078] In den Abbildungen 4k und 4I bewegt sich der Kolben 22 nach unten und zum Bohrer 24 hin. Das ringförmige Druckerzeugungsteil 32 des Kolbens 22 bewegt sich zurück in den eingekreisten Bereich der Ventileinheit 76. Durch den nach unten gerichteten Schwung des Kolbens 22 gelangt das ringförmige Druckerzeugungsteil 32 des Kolbens 22 aus der kleineren Bohrung der Ventileinheit 76, wodurch jegliche im zweiten Raumteil 42 befindliche Flüssigkeit zum Ventilauslass 33 strömen kann. In den Abbildungen 4m und 4n bewegt sich der Kolben 22 weiter nach unten und zum Bohrer 24 hin. Da die Flüssigkeit im zweiten Raumteil 42 nun zum Ventilauslass 33 strömen kann, bewegt sich die Ventileinheit 76 unter Einfluss der Schwerkraft gemeinsam mit dem Kolben 22 nach unten. Der Ventilauslass 33 und der dritte Kanal für die Fluiddruckversorgung 25 ermöglichen, dass die Flüssigkeit in Kammer 77 über der Ventileinheit 76 strömen kann, wodurch die Ventileinheit 76 wieder gesenkt werden kann. In den Abbildungen 40 und 4p bewegt sich die hydraulische Bremsschulter 74 im eingekreisten Bereich zum kleinen Durchmesser im ersten Raumteil 40 innerhalb des Kolbengehäuses 20. Diese Bewegung wirkt dämpfend und bremst den Kolben 22. Der Kolben 22 setzt seine Abwärtsbewegung durch den eigenen Schwung und unter Einfluss der Schwerkraft fort und schlägt am Bohrer 24 an.

[0079] Der Zyklus der Schlagbewegung wiederholt sich ab dem Schritt, an dem der Kolben so lange in Berührung mit dem Bohrer ist, bis der Hammer zurückgezogen wird, und danach kehrt der Bohrer in seine hängende Position zurück, wodurch die Flüssigkeit frei durch die erste Verbindungsöffnung in den Hohlraum des Kolbens strömen kann und das Pendeln gestoppt wird.

Claims (5)

Ansprüche

1. Fluidbetätigte Bohrvorrichtung (1) zum Bohren eines Lochs (100), die genannte Bohrvorrichtung (1) umfasst einen Hammer (9) zum Erzeugen eines Lochs durch eine rotierende Schlagbewegung, eine Drehvorrichtung (50) zum Drehen des Hammers (9) und eine Bohrstange (46), welche die Drehvorrichtung (50) mit dem Hammer (9) verbindet und dem Hammer (9) die unter Druck stehende Bohrflüssigkeit zuführt, um die Schlagbewegung des Hammers (9) zu erzeugen, der Hammer (9) besteht aus - einem rohrförmigen Hauptkörper (10) mit einem hohlen Innenraum (12);

- einem hinteren Kopf (14) zum Anschluss des Hammers (9) an der Bohrstange (46), der am oberen Ende (16) des Hauptkörpers (10) angebracht und mit einem Kanal für die Fluiddruckversorgung (18) versehen ist;

- einem zylindrischen Kolbengehäuse (20), das am Hauptkörper (10) angeschlossen ist;

- einem Hubkolben (22), der gleitend im Kolbengehäuse (20) montiert ist und zum Vorschub des Bohrers (24) der Bohreinheit (26) dient, die sich am unteren Ende (28) des Hauptkörpers (10) befindet, wobei der Bohrer (24) in Längsrichtung zum Hauptkörper (10) bewegbar ist und der Kolben (22) ein erstes Ende (78) und ein zweites Ende (79) hat, wobei das erste Ende (78) näher zur Bohrstange (46) liegt, einen Hohlraum (30), eine erste Verbindungsöffnung (34), die mit dem Hohlraum (30) verbunden ist und ein ringförmiges Druckerzeugungsteil (32), das an der Außenoberfläche (36) des Kolbenumfangs (22) hervorsteht, wobei der Hohlraum (30) geöffnet ist, damit die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit vom Kanal der Fluidversorgung (18) direkt in den Hohlraum (30) des Kolbens (22) geleitet werden kann,

- einem Zwischenraum (38) zwischen Kolben (22) und Kolbengehäuse (20), in radialer Richtung des Kolbens (22) durch das ringförmige Druckerzeugungsteil (32) geteilt in einen ersten Raumteil (40) zum Heben des Kolbens (22) und einen zweiten Raumteil (42) zum Anschlagen des Kolbens (22);

- einer Ventileinheit (76) zur Kontrolle des Fluidaustritts aus dem zweiten Raumteil (42), die Ventileinheit (76) umfasst einen Ventilauslass (33) für den Fluidaustritt aus dem zweiten Raumteil (42);

- einer Druckversorgungseinheit (44) zur Bereitstellung von Hochdruckflüssigkeit, die zum Kanal der Fluiddruckversorgung (18) am hinteren Kopf (14), zum ersten Raumteil (40) und zum zweiten Raumteil (42) geleitet wird;

- einem axialen Auslass (35) zwischen dem Hauptkörper (10) und dem Kolbengehäuse (20) für den Austritt der Flüssigkeit außerhalb des Kolbengehäuses (20),

wobei die Drehvorrichtung (50) die Bohreinheit (26) mittels Bohrstange (46) und Hauptkörper

(10) rotiert, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Kolben (22) einen unteren Teil (60)

und einen oberen Teil (62) hat, die trennbar miteinander verbunden sind.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hammer (9) weiterhin besteht aus einem zweiten Raum (84) im hohlen Innenraum (12) des Hauptkörpers (10) zwischen Kolben (22) und Hauptkörper (10) in radialer Richtung des Kolbens (22) und zwischen Kolbengehäuse (20) und Bohreinheit (26) in axialer Richtung des Kolbens (22).

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Kolben mindestens einen ersten Durchmesser (D1) hat auf der Länge (L2) des Kolbens (22) zwischen dem Kolbengehäuse (20) und der Bohreinheit (26) außerhalb der Teillänge (L1) des Kolbengehäuses (20) und der Kolben einen zweiten Durchmesser (D2) hat auf der Teillänge (L1), die den Zwischenraum (38) begrenzt, wobei der Teil des Kolbens (22) mit dem ersten Durchmesser (D1) größer ist als der zweite Durchmesser (D2).

4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Raumteil (40) zum Heben des Kolbens (22) und der zweite Raumteil (42) zum Anschlagen des Kolbens (22) die Hubvorrichtungen (94) bilden, die außerhalb der genannten Länge (L2) des Kolbens liegen, wobei sich die Länge (L2) am zweiten Ende (79) des Kolbens (22) befindet.

5. Bohrvorrichtung nach jedem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass genannter Kolben (22) einen zweiten Hohlraum (37) hat zum Weiterleiten der ausgegebenen Flüssigkeit durch den Kolben (22) zum Bohrer (24) und aus dem Hammer (9) und den ersten Verbindungskanälen (48) zum Kolben (22), wobei der zweite Raum (84) mit dem zweiten Hohlraum (37) verbunden ist, um die ausgegebene Flüssigkeit zwischen dem Kolben (22) und dem Hauptkörper (10) zurück in den zweiten Hohlraum (37) des Kolbens (22) zu leiten.

Hierzu 14 Blatt Zeichnungen