CH686899A5

CH686899A5 - Hydraulic Schlaggeraet for a drilling device.

Info

Publication number: CH686899A5
Application number: CH84593A
Authority: CH
Inventors: Emil Dipl-Ing Weber
Original assignee: Klemm Gunter
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1996-07-31
Also published as: DE4312171C1

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Schlaggerät für eine Bohrvorrichtung, mit dem Schläge auf einen Bohrstrang ausgeübt werden können, der in das Erdreich hinein vorgeschoben und dabei gedreht wird. The invention relates to a hydraulic impact device for a drilling device, with which impacts can be exerted on a drill string which is pushed into the ground and rotated in the process.

Aus DE-A 2 512 731 und DE-A 2 461 633 sind hydraulische Schlaggeräte bekannt, die einen in einem Arbeitszylinder bewegbaren Arbeitskolben und einen in einem Steuerzylinder bewegbaren Steuerkolben aufweisen. Der Arbeitskolben führt einen Arbeitshub aus, an dessen Ende er auf einen mit dem Bohrgestänge verbundenen Amboss schlägt, und anschliessend einen Rückhub. Die Arbeitshübe und Rückhübe des Arbeitskolbens werden von dem Steuerkolben gesteuert, der seinerseits in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Arbeitskolbens gesteuert wird. Der Steuerkolben weist verschiedene Arbeitsflächen auf, die dem Lieferdruck bzw. dem vom Arbeitszylinder kommenden Steuerdruck ausgesetzt sind und er steht ferner unter der Wirkung einer mechanischen Feder, die auf ihn eine Vorspannung ausübt. Hydraulic impact devices are known from DE-A 2 512 731 and DE-A 2 461 633, which have a working piston movable in a working cylinder and a control piston movable in a control cylinder. The working piston performs a working stroke, at the end of which it strikes an anvil connected to the drill pipe, and then a return stroke. The working strokes and back strokes of the working piston are controlled by the control piston, which in turn is controlled in dependence on the respective position of the working piston. The control piston has various working surfaces which are exposed to the delivery pressure or the control pressure coming from the working cylinder and it is furthermore under the action of a mechanical spring which exerts a prestress on it.

Bekannt sind ferner Schlaggeräte, die ein gesondertes Ventil aufweisen, das die Zufuhr des Lieferdrucks zu dem Steuerzylinder bzw. zu dem Arbeitszylinder erst dann ermöglicht, wenn der Lieferdruck einen bestimmten Grenzwert überstiegen hat. Damit soll erreicht werden, dass ein zu geringer Lieferdruck nicht bereits den Arbeitskolben in Bewegung setzt. Bei einem geringen Lieferdruck würde der Arbeitskolben sehr langsame Bewegungen ausführen und dabei einen Arbeitshub mit sehr geringer Schlagenergie auf den Amboss ausüben. Durch das zusätzliche Ventil, das den Lieferdruck erst dann wirksam werden lässt, wenn er einen vorgegebenen Grenzwert überstiegen hat, wird sichergestellt, dass der Arbeitskolben erst dann arbeitet, wenn der Lieferdruck die erforderliche Höhe hat, um Schläge mit einer bestimmten Mindestenergie auf den Amboss auszuüben. Impact devices are also known which have a separate valve which only enables the delivery pressure to be supplied to the control cylinder or to the working cylinder when the delivery pressure has exceeded a certain limit value. This is to ensure that too little delivery pressure does not already set the working piston in motion. With a low delivery pressure, the working piston would move very slowly and thereby exert a working stroke with very little impact energy on the anvil. The additional valve, which only allows the delivery pressure to take effect when it has exceeded a predetermined limit value, ensures that the working piston only works when the delivery pressure is at the level required to strike the anvil with a certain minimum energy .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Schlaggerät für eine Bohrvorrichtung zu schaffen, mit dem auf einfache Weise und ohne ein zusätzliches Drucksteuerventil sichergestellt wird, dass der Arbeitskolben erst bei Erreichen eines vorgegebenen Mindest-Lieferdrucks betätigt wird, wobei dieser Mindest-Lieferdruck während des Betriebes des Schlaggerätes auf einfache Weise variiert werden kann. The invention has for its object to provide a hydraulic impact device for a drilling device with which it is ensured in a simple manner and without an additional pressure control valve that the working piston is only actuated when a predetermined minimum delivery pressure is reached, this minimum delivery pressure during Operation of the impact device can be varied in a simple manner.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsge-mäss mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. This object is achieved according to the invention with the features specified in claim 1.

Bei dem erfindungsgemässen hydraulischen Schlaggerät weist die Vorspannvorrichtung, die den Steuerkolben in eine Vorzugslage treibt, eine fluid-betätigte Stelleinrichtung auf, welcher ein Steuerdruck zur Veränderung der Vorspannung zugeführt wird, um die Grösse der auf den Steuerkolben wirkenden Vorspannkraft in Abhängigkeit von dem Steuerdruck zu verändern. Der Steuerkolben weist unterschiedlich grosse Arbeitsflächen auf, die dem Lieferdruck ausgesetzt sind, wodurch auf den Steuerkolben eine Kraft wirkt, die von der Grösse des In the hydraulic impact device according to the invention, the pretensioning device, which drives the control piston into a preferred position, has a fluid-operated actuating device, to which a control pressure for changing the pretension is supplied in order to change the magnitude of the pretensioning force acting on the control piston as a function of the control pressure . The control piston has working surfaces of different sizes which are exposed to the delivery pressure, as a result of which a force acts on the control piston which is of the size of the

Lieferdrucks abhängig ist. Dieser Kraft wirkt die Vorspannung entgegen. Der Steuerkolben ist erst arbeitsfähig, wenn die durch den Lieferdruck erzeugte Kraft die Grösse der Vorspannkraft übersteigt. Da die eine dieser beiden Kräfte dem Lieferdruck proportional ist, die Vorspannkraft aber nicht, existiert ein Grenz-Lieferdruck, der überschritten werden muss, um die Grösse der Vorspannkraft zu überwinden. Unterhalb dieses Grenz-Lieferdrucks bleibt der Steuerkolben in derjenigen Position, in die er von der Vorspannkraft getrieben wird. Auf diese Weise wird der Steuerkolben inaktiv gehalten, solange der Lieferdruck unterhalb des Grenzwertes liegt. Solange der Steuerkolben inaktiv ist, kann auch der Arbeitskolben nicht bewegt werden, so dass das Schlaggerät stillsteht, wenn der Lieferdruck unterhalb des Grenzwertes liegt. Nach der Erfindung ist die Vorspannkraft durch eine druckbetätigte oder fluidbetätigte Stelleinrichtung verändert. Hierzu kann eine Steuerleitung vorgesehen sein, in der sich ein Drucksteuerventil befindet, mit dem der Steuerdruck manuell variiert werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Steuerdruck zur Veränderung der auf den Steuerkolben einwirkenden Vorspannung von dem Arbeitsdruck einer hydraulischen Antriebseinrichtung der Bohrvorrichtung abgeleitet. Diese Antriebseinrichtung kann beispielsweise ein Drehmotor zum Drehen eines Bohrstranges oder ein Vorschubmotor zum Vorschieben des Bohrstranges sein. Die Vorspannung des Steuerkolbens wird in Abhängigkeit vom Bohrwiderstand verändert. Dadurch wird erreicht, dass bei grossem Bohrwiderstand Schläge nur mit hoher Schlagenergie auf den Bohrstrang ausgeübt werden, während bei geringem Bohrwiderstand Schläge mit kleinerer Schlagenergie ausgeübt werden. Delivery pressure is dependent. The preload counteracts this force. The control piston is only operational when the force generated by the delivery pressure exceeds the magnitude of the preload force. Since one of these two forces is proportional to the delivery pressure, but the prestressing force is not, there is a limit delivery pressure that must be exceeded in order to overcome the magnitude of the prestressing force. Below this limit delivery pressure, the control piston remains in the position into which it is driven by the preload force. In this way, the control piston is kept inactive as long as the delivery pressure is below the limit. As long as the control piston is inactive, the working piston cannot be moved either, so that the impact device stops when the delivery pressure is below the limit value. According to the invention, the biasing force is changed by a pressure-actuated or fluid-actuated actuating device. For this purpose, a control line can be provided in which there is a pressure control valve with which the control pressure can be varied manually. In a preferred embodiment of the invention, the control pressure for changing the pretension acting on the control piston is derived from the working pressure of a hydraulic drive device of the drilling device. This drive device can be, for example, a rotary motor for rotating a drill string or a feed motor for advancing the drill string. The preload of the control piston is changed depending on the drilling resistance. This ensures that when the drilling resistance is high, impacts are only exerted on the drill string with high impact energy, whereas when the drilling resistance is low, impacts are exerted with less impact energy.

Die von dem erfindungsgemässen hydraulischen Schlaggerät erzeugte Schlagenergie ist unabhängig von der Lieferkapazität der hydraulischen Druckquelle, die den Lieferdruck erzeugt. Eine hydraulische Druckquelle, die einen Druck von beispielsweise 100 bar liefern kann, hat eine begrenzte Lieferkapazität, d.h. sie kann pro Zeiteinheit nur eine begrenzte Literzahl von Hydraulikflüssigkeit mit diesem Druck liefern. Verlangt der von der Druckquelle versorgte Verbraucher eine grössere Menge an Hydraulikflüssigkeit, so sinkt der Lieferdruck ab. Ein anderer Grund für das Absinken des Lieferdrucks besteht in der Drosselwirkung der von der Druckquelle zum Verbraucher führenden Leitungen. Bei grosser Liefermenge verursachen diese Leitungen grosse Druckverluste. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des hydraulischen Schlaggerätes wird erreicht, dass bei geringen Lieferraten die Schläge mit geringerer Schlagfrequenz ausgeführt werden, weil der Steuerkolben solange wartet, bis sich am Schlaggerät der benötigte Druck aufgebaut hat. Danach erfolgt die Durchführung des Arbeitshubes des Arbeitskolbens mit der dem Grenzdruck entsprechenden Schlagenergie. Die Einzelschläge werden also immer mit voller Schlagenergie ausgeführt, deren Grösse dem Grenzdruck entspricht, unabhängig von der Lieferkapazität der Druckquelle. The impact energy generated by the hydraulic impact device according to the invention is independent of the delivery capacity of the hydraulic pressure source which generates the delivery pressure. A hydraulic pressure source that can deliver a pressure of e.g. 100 bar has a limited delivery capacity, i.e. it can only deliver a limited number of liters of hydraulic fluid at this pressure per unit of time. If the consumer supplied by the pressure source demands a larger amount of hydraulic fluid, the delivery pressure drops. Another reason for the drop in delivery pressure is the throttling effect of the lines leading from the pressure source to the consumer. With a large delivery quantity, these lines cause large pressure losses. The design of the hydraulic impact device according to the invention ensures that, at low delivery rates, the strokes are carried out with a lower impact frequency because the control piston waits until the required pressure has built up on the impact device. Then the working stroke of the working piston is carried out with the impact energy corresponding to the limit pressure. The individual strikes are therefore always carried out with full impact energy, the size of which corresponds to the limit pressure, regardless of the delivery capacity of the pressure source.

Wenn die auf den Steuerkolben wirkende Vor- If the pre-acting on the control piston

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Spannung in Abhängigkeit von dem Bohrwiderstand verändert wird, werden bei geringem Bohrwiderstand die Schläge mit relativ geringer Schlagenergie und hoher Frequenz ausgeführt. Bei grossem Bohrwiderstand werden die Schläge dagegen mit hoher Schlagenergie und geringer Schlagfrequenz ausgeführt. Dadurch wird unter variierenden Bedingungen immer die grösstmögliche Bohrleistung erzielt. Voltage is changed depending on the drilling resistance, the blows are carried out with a relatively low impact energy and high frequency with low drilling resistance. If the drilling resistance is high, the blows are carried out with high impact energy and low impact frequency. As a result, the greatest possible drilling performance is always achieved under varying conditions.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine Bohrvorrichtung, die das hydraulische Schlaggerät nach der Erfindung enthält, 1 is a drilling device containing the hydraulic impact device according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des inneren Aufbaus des Schlaggerätes bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2 is a schematic representation of the internal structure of the impact device in a first embodiment of the invention and

Fig. 3 eine Darstellung des Steuerkolbens mit der Vorspannvorrichtung bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 is an illustration of the control piston with the biasing device in a second embodiment of the invention.

Die in Fig. 1 dargestellt Bohrvorrichtung weist ein Bohrgestänge 10 auf, das aus mehreren hinterein-andergeschraubten Bohrstangen besteht und am vorderen Ende mit einer Bohrkrone 11 versehen ist. Das rückwärtige Ende des Bohrgestänges 10 ist mit einem Bohrgerät 12 verbunden, das auf einem Schlitten 13 montiert ist. Der Schlitten 13 ist längsverschiebbar auf einer Lafette 14 geführt. Der Antrieb des Schlittens 13 erfolgt über einen Vorschubmotor 15, der über eine Kette 13a den Schlitten 13 entlang der Lafette 14 bewegt. Der Vorschubmotor 15 ist ein Hydraulikmotor. Er bewirkt, dass die Bohrkrone mit einer Vorspannkraft gegen die Bohrlochsohle gedrückt wird. Der Vorschubmotor 15 ist über eine Druckleitung 15a mit einer (nicht dargestellten) hydraulischen Druckquelle verbunden und über eine Rücklaufleitung 15b mit einem (nicht dargestellten) Tank. Der hydraulische Druck in der Druckleitung 15a vergrössert sich in Abhängigkeit von dem Vorschubwiderstand, den das Bohrloch der Bohrkrone 11 entgegensetzt. The drilling device shown in FIG. 1 has a drill pipe 10 which consists of a plurality of drill rods screwed one behind the other and is provided with a drill bit 11 at the front end. The rear end of the drill pipe 10 is connected to a drilling device 12 which is mounted on a carriage 13. The carriage 13 is guided in a longitudinally displaceable manner on a carriage 14. The carriage 13 is driven by a feed motor 15, which moves the carriage 13 along the carriage 14 via a chain 13a. The feed motor 15 is a hydraulic motor. It causes the core bit to be pressed against the bottom of the borehole with a prestressing force. The feed motor 15 is connected to a hydraulic pressure source (not shown) via a pressure line 15a and to a tank (not shown) via a return line 15b. The hydraulic pressure in the pressure line 15a increases depending on the feed resistance that the borehole of the drill bit 11 opposes.

Das Bohrgerät 12 weist ferner einen hydraulischen Drehmotor 16 zum Drehen des Bohrgestänges 10 auf. Der Drehmotor 16 ist mit einer hydraulischen Druckleitung 16a und mit einer hydraulischen Rücklaufleitung 16b verbunden. Wenn der Drehwiderstand des Bohrgestänges 10 steigt, erhöht sich der Druck in der Druckleitung 16a. The drilling device 12 also has a hydraulic rotary motor 16 for rotating the drill pipe 10. The rotary motor 16 is connected to a hydraulic pressure line 16a and to a hydraulic return line 16b. As the rotational resistance of the drill string 10 increases, the pressure in the pressure line 16a increases.

Auf das rückwärtige Ende des Bohrgestänges 10 wirkt das hydraulische Schlaggerät 17, das mit einer hydraulischen Druckleitung 17a und einer Rücklaufleitung 17b verbunden ist. The hydraulic impact device 17, which is connected to a hydraulic pressure line 17a and a return line 17b, acts on the rear end of the drill pipe 10.

Von den Druckleitungen 15a und 16a führen Steuerleitungen 18 und 19 zu dem Schlaggerät 17, was später noch erläutert wird. Control lines 18 and 19 lead from the pressure lines 15a and 16a to the impact device 17, which will be explained later.

Eine erste Ausführungsform des hydraulischen Schlaggeräts 17 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Schlaggerät 17 weist in einem Gehäuse 20 einen Arbeitszylinder 21 auf, in dem ein Arbeitskolben 22 geführt ist. Das vordere Ende des Arbeitskolbens 23 schlägt auf einen Amboss 24, der mit dem rückwärtigen Ende des Bohrgestänges 10 verbunden ist, so dass die Schläge auf das Bohrgestänge übertragen werden. A first embodiment of the hydraulic impact device 17 is shown in FIG. 2. The impact device 17 has a working cylinder 21 in a housing 20, in which a working piston 22 is guided. The front end of the working piston 23 strikes an anvil 24, which is connected to the rear end of the drill pipe 10, so that the blows are transmitted to the drill pipe.

Der Arbeitskolben 22 weist eine nach vorne gerichtete ringförmige Arbeitsfläche 25 auf, die den vorderen Zylinderraum 26 begrenzt. Dieser Zylinderraum 26 ist über eine Leitung 27 ständig mit der Druckleitung 17a verbunden. Die Arbeitsfläche 25 begrenzt einen verdickten Abschnitt 28 des Arbeitskolbens. Die andere Begrenzung des Abschnitts 28 wird von einer Arbeitsfläche 29 gebildet, an die sich ein dünnerer Abschnitt 30 anschliesst. Hinter dem dünneren Abschnitt 30 folgt wieder ein dickerer Abschnitt 31, dessen rückwärtiges Ende von einer Arbeitsfläche 32 gebildet wird. Die Arbeitsfläche 32 begrenzt den rückwärtigen Zylinderraum 33 des Arbeitszylinders 21. Die Arbeitsfläche 32 ist grösser als die Arbeitsfläche 25. The working piston 22 has a forward-facing annular working surface 25 which delimits the front cylinder space 26. This cylinder chamber 26 is permanently connected to the pressure line 17a via a line 27. The working surface 25 delimits a thickened section 28 of the working piston. The other boundary of the section 28 is formed by a working surface 29, which is followed by a thinner section 30. Behind the thinner section 30 there follows again a thicker section 31, the rear end of which is formed by a working surface 32. The working surface 32 delimits the rear cylinder space 33 of the working cylinder 21. The working surface 32 is larger than the working surface 25.

Die Arbeitsfläche 25 bewegt sich entlang einer Steuernut 34 im vorderen Zylinderraum 26. Die Arbeitsfläche 29 bewegt sich entlang einer Steuernut 35. Im Bereich des dünneren Abschnitts 30 des Arbeitskolbens mündet eine mit der Rücklaufleitung 17b verbundene Leitung 36 in den Arbeitszylinder 21. The working surface 25 moves along a control groove 34 in the front cylinder space 26. The working surface 29 moves along a control groove 35. In the region of the thinner section 30 of the working piston, a line 36 connected to the return line 17b opens into the working cylinder 21.

Die Steuernuten 34 und 35 sind an eine Steuerleitung 37 angeschlossen. Der rückwärtige Zylinderraum 33 des Arbeitszylinders ist an eine Betriebsleitung 38 angeschlossen. The control grooves 34 and 35 are connected to a control line 37. The rear cylinder space 33 of the working cylinder is connected to an operating line 38.

Die Steuerung des Arbeitskolbens 22 erfolgt durch den Steuerkolben 41, der in dem Steuerzylinder 40 bewegbar ist. Der Steuerkolben 41 ist als hohle Hülse ausgebildet. Da der Steuerzylinder 40 mit der Druckleitung 27 verbunden ist, herrscht im Innern des Steuerkolbens 41 stets der volle hydraulische Druck. The working piston 22 is controlled by the control piston 41, which is movable in the control cylinder 40. The control piston 41 is designed as a hollow sleeve. Since the control cylinder 40 is connected to the pressure line 27, the full hydraulic pressure always prevails inside the control piston 41.

Der Steuerkolben 41 weist an einem Ende eine erste Arbeitsfläche A1 auf, die ständig dem Druck ausgesetzt ist und radiale Rillen aufweist, so dass der Druck an ihr angreifen kann. Am entgegengesetzten Ende des Arbeitskolbens befindet sich eine zweite Arbeitsfläche A2, die kleiner ist als die Arbeitsfläche A1. Der Steuerkolben ist mit einem Ringkragen 42 versehen, der an einem Ende durch eine Steuerfläche A3 und am entgegengesetzten Ende durch eine Arbeitsfläche A4 begrenzt wird. Die Arbeitsfläche A4 ist mit der Rückleitung 17b verbunden und daher ständig drucklos. Die Steuerfläche A3 ist dem Druck der Steuerleitung 37 ausgesetzt. The control piston 41 has at one end a first working surface A1 which is constantly exposed to pressure and has radial grooves so that the pressure can act on it. At the opposite end of the working piston there is a second working surface A2, which is smaller than the working surface A1. The control piston is provided with an annular collar 42 which is delimited at one end by a control surface A3 and at the opposite end by a work surface A4. The work surface A4 is connected to the return line 17b and is therefore constantly depressurized. The control surface A3 is exposed to the pressure of the control line 37.

Der Steuerkolben 41 ist mit einer Ringnut 43 versehen, die in jeder Stellung des Arbeitskolbens mit der Rücklaufleitung 17b in Verbindung steht. The control piston 41 is provided with an annular groove 43 which is connected to the return line 17b in every position of the working piston.

An die Druckleitung 17a ist ein Gasdruckspeicher 45 angeschlossen, der einen Gasraum 46 und einen Hydraulikraum 47 enthält, die durch eine flexible Membram 48 voneinander getrennt sind. Der Druckgasspeicher 48 dient als Puffer zur Glättung des hydraulischen Drucks. A gas pressure accumulator 45 is connected to the pressure line 17a and contains a gas space 46 and a hydraulic space 47, which are separated from one another by a flexible membrane 48. The compressed gas accumulator 48 serves as a buffer for smoothing the hydraulic pressure.

Das bisher beschriebene Schlaggerät arbeitet wie folgt: In dem in Fig. 2 dargestellten Zustand ist die Betriebsleitung 38 über das Innere des Steuerkolbens 41 mit der Druckleitung 27 verbunden, so dass auf die Arbeitsfläche 32 der volle Druck wirkt. Da die Arbeitsfläche 32 grösser ist als die Arbeitsfläche 25, auf die ebenfalls der volle Druck wirkt, The impact device described so far works as follows: In the state shown in FIG. 2, the operating line 38 is connected to the pressure line 27 via the interior of the control piston 41, so that the full pressure acts on the working surface 32. Since the working surface 32 is larger than the working surface 25, on which the full pressure also acts,

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führt der Arbeitskolben 22 seinen Arbeitshub aus, an dessen Ende er auf den Amboss 24 schlägt. Sobald die Steuerfläche 25 die Steuernut 34 passiert hat, wird die Steuerleitung 37 von der Druckleitung 27 abgetrennt. Wenn die Steuerfläche 29 die Steuernut 35 passiert hat, wird die Steuerleitung 37 über die Nut 35 mit der Leitung 36 verbunden und dadurch drucklos. Somit wirkt auf die Steuerfläche A3 des Steuerkolbens 41 kein Druck mehr. Der Steuerkolben wird nach links bewegt, weil die Kraft, die auf die Arbeitsfläche A1 ausgeübt wird, die Kraft übersteigt, die von demselben Druck auf die Arbeitsfläche A2 ausgeübt wird. Wenn der Steuerkolben seine linke Endstellung erreicht hat, wird die Betriebsleitung 38 von dem Lieferdruck getrennt und über die Ringnut 43 mit der Rücklaufleitung 17b verbunden. Dadurch wird der Rückhub des Arbeitskolbens 22 bewirkt. Sobald beim Rückhub die Nut 35 von dem verdickten Kolbenteil 28 abgesperrt ist und die Nut 34 von der Arbeitsfläche 25 freigegeben wird, entsteht in der Steuerleitung 37 der volle Druck, der auf die Steuerfläche A3 wirkt und den Steuerkolben in die rechte Endstellung treibt. Die Summe der Steuerflächen A2 und A3 ist grösser als die Steuerfläche A1. the working piston 22 executes its working stroke, at the end of which it strikes the anvil 24. As soon as the control surface 25 has passed the control groove 34, the control line 37 is separated from the pressure line 27. When the control surface 29 has passed the control groove 35, the control line 37 is connected to the line 36 via the groove 35 and is therefore depressurized. Thus, pressure no longer acts on the control surface A3 of the control piston 41. The spool is moved to the left because the force exerted on work surface A1 exceeds the force exerted on work surface A2 by the same pressure. When the control piston has reached its left end position, the operating line 38 is separated from the delivery pressure and is connected to the return line 17b via the annular groove 43. This causes the return stroke of the working piston 22. As soon as the groove 35 is blocked off by the thickened piston part 28 on the return stroke and the groove 34 is released from the working surface 25, the full pressure is generated in the control line 37, which acts on the control surface A3 and drives the control piston into the right end position. The sum of the control areas A2 and A3 is greater than the control area A1.

Die bisher beschriebene Schlagvorrichtung arbeitet bei jeder Grösse des in der Druckleitung 17a herrschenden Lieferdrucks, also bereits bei sehr kleinen Lieferdrücken, da für die Funktion des Steuerkolbens die Grösse des Drucks unerheblich ist. The impact device described so far works at any size of the delivery pressure prevailing in the pressure line 17a, that is to say even at very low delivery pressures, since the size of the pressure is insignificant for the function of the control piston.

Der Steuerkolben 41 enthält in seinem Inneren einen Ringkragen 50, an dem eine Vorspanneinrichtung 51 angreift. Die Vorspanneinrichtung 51 weist eine schraubenförmige Feder 52 auf, die gegen den Ringkragen 50 drückt und an einem Teller 53 abgestützt ist. Der Teller 53 ist mit einem Kolben 54 verbunden, welcher in einem Zylinder 55 geführt ist. Die Kolbenzylindereinheit 54, 55 bildet eine druckbetätigte Stelleinrichtung 56 zur Veränderung der Vorspannung, die den Steuerkolben 41 in seine eine Endlage treibt. Der Zylinder 55 ist an eine Steuerleitung 57 angeschlossen, in der ein Steuerdruck zur Veränderung der Vorspannung herrscht. Diese Steuerleitung 57 ist entweder mit der Leitung 18 oder der Leitung 19 in Fig. 1 verbunden, so dass der Steuerdruck in Abhängigkeit von dem Druck des Vorschubmotors 15 oder in Abhängigkeit von dem Druck des Drehmotors 16 erzeugt wird. The control piston 41 contains in its interior an annular collar 50 on which a pretensioning device 51 engages. The biasing device 51 has a helical spring 52 which presses against the ring collar 50 and is supported on a plate 53. The plate 53 is connected to a piston 54 which is guided in a cylinder 55. The piston-cylinder unit 54, 55 forms a pressure-actuated actuating device 56 for changing the preload, which drives the control piston 41 into its one end position. The cylinder 55 is connected to a control line 57, in which there is a control pressure for changing the preload. This control line 57 is connected to either line 18 or line 19 in FIG. 1, so that the control pressure is generated as a function of the pressure of the feed motor 15 or as a function of the pressure of the rotary motor 16.

Die Grösse der von der Vorspannvorrichtung 51 erzeugten Vorspannkraft, die auf den Steuerkolben 41 ausgeübt wird, hängt ab von der Grösse des in der Steuerleitung 57 herrschenden Steuerdrucks. Dieser Steuerdruck steht in keiner proportionalen Beziehung zu dem in der Druckleitung 17a des Schlaggerätes 17 herrschenden Lieferdrucks. Die von dem Steuerdruck erzeugte Vorspannkraft, die auf den Steuerkolben 41 einwirkt und vom Lieferdruck der Druckleitung 17a unabhängig ist, bestimmt die Grösse desjenigen Lieferdrucks in der Druckleitung 17a, der überschritten werden muss, damit der Steuerkolben 41 sich bewegen kann. Wenn der Steuerdruck in Leitung 57 hoch ist, ist die auf den Steuerkolben einwirkende Vorspannkraft gross, so dass es eines grossen hydraulischen The size of the biasing force generated by the biasing device 51, which is exerted on the control piston 41, depends on the size of the control pressure prevailing in the control line 57. This control pressure is not proportional to the delivery pressure prevailing in the pressure line 17a of the impact device 17. The biasing force generated by the control pressure, which acts on the control piston 41 and is independent of the delivery pressure of the pressure line 17a, determines the magnitude of the delivery pressure in the pressure line 17a that must be exceeded so that the control piston 41 can move. If the control pressure in line 57 is high, the biasing force acting on the control piston is large, so that it is a large hydraulic one

Lieferdrucks in der Druckleitung 17a bedarf, um den Steuerkolben 41 zu bewegen. Ist der Steuerdruck dagegen klein, so genügt ein kleiner Lieferdruck in der Druckleitung 17a, um den Steuerkolben zu bewegen. Delivery pressure in the pressure line 17a is required to move the control piston 41. On the other hand, if the control pressure is low, a small delivery pressure in the pressure line 17a is sufficient to move the control piston.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel treibt die Vorspannvorrichtung den Steuerkolben 41 in die (linke) Endlage, in der der rückwärtige Zylinderraum 33 des Arbeitszylinders 21 drucklos ist. Folglich nimmt der Arbeitskolben bei geringem Lieferdruck, der nicht ausreicht, um den Steuerkolben in die andere Endstellung (nach rechts) zu bewegen, die Rückhubposition ein. Abweichend hiervon ist es auch möglich, die Vorspannvorrichtung in der entgegengesetzten Richtung wirken zu lassen, also gemäss Fig. 1 von links nach rechts. In diesem Fall würde die Vorspannvorrichtung den Steuerkolben in der in Fig. 1 dargestellten Lage festhalten, solange der Lieferdruck gering ist. Dies entspricht einer Stellung, bei der der Arbeitskolben den Amboss 24 berührt. In the exemplary embodiment described above, the pretensioning device drives the control piston 41 into the (left) end position, in which the rear cylinder space 33 of the working cylinder 21 is depressurized. As a result, the working piston assumes the return stroke position at a low delivery pressure which is not sufficient to move the control piston to the other end position (to the right). Deviating from this, it is also possible to have the pretensioning device act in the opposite direction, that is to say from left to right in accordance with FIG. 1. In this case, the pretensioning device would hold the control piston in the position shown in FIG. 1 as long as the delivery pressure is low. This corresponds to a position in which the working piston touches the anvil 24.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 weist die Vorspannvorrichtung 51 ebenfalls einen Kolben 54 auf, der in einem Zylinder 55 bewegbar ist. Der Kolben 54 drückt über ein Rohr 60 gegen den Flansch 50 des Steuerkolbens 41. Das Rohr 60 weist Öffnungen 61 auf, so dass der Druck in der Leitung 27 in das Innere des Rohres gelangen kann. Der Druckraum des Zylinders 55 ist an eine Gasfeder 62 angeschlossen, während der vordere Zylinderraum über eine Leitung 64 mit der Rücklaufleitung 17b verbunden ist. Die Gasfeder 62 besteht aus einem Gasdruckspeicher, der ähnlich ausgebildet ist wie der Gasdruckspeicher 45. In der Steuerleitung 57 befindet sich eine Drossel 63. In the embodiment of FIG. 3, the pretensioning device 51 also has a piston 54 which is movable in a cylinder 55. The piston 54 presses against the flange 50 of the control piston 41 via a pipe 60. The pipe 60 has openings 61 so that the pressure in the line 27 can reach the interior of the pipe. The pressure chamber of the cylinder 55 is connected to a gas spring 62, while the front cylinder chamber is connected to the return line 17b via a line 64. The gas spring 62 consists of a gas pressure accumulator, which is configured similarly to the gas pressure accumulator 45. A throttle 63 is located in the control line 57.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 hat die Gasdruckfeder 62 die Funktion, die bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 die mechanische Feder 52 hat. Die Federn erlauben, dass der Steuerkolben 41 sich entgegen der Wirkung der erzeugten Vorspannung bewegen kann, wenn die Summe der auf die Flächen A2 und A3 wirkenden Kräfte grösser ist als die Summe der Druckkraft, die auf die Fläche A1 wirkt und der Vorspannkraft. Die Vorspannkraft ist somit elastisch. In the embodiment of FIG. 3, the gas pressure spring 62 has the function that the mechanical spring 52 has in the embodiment of FIG. 1. The springs allow the control piston 41 to move against the effect of the preload generated if the sum of the forces acting on the surfaces A2 and A3 is greater than the sum of the compressive force acting on the surface A1 and the preload force. The preload is therefore elastic.

Der Steuerdruck, der in dem Zylinder 55 herrscht, ist ein Mass für die Grösse des Grenzdrucks der Druckleitung 17a, bei dem der Steuerkolben 41 zu arbeiten beginnt. The control pressure prevailing in the cylinder 55 is a measure of the size of the limit pressure of the pressure line 17a at which the control piston 41 begins to work.

Claims

1. Hydraulic impact device for a drilling device, with a working piston (22) movable in a working cylinder (21), a control piston (41) movable in a control cylinder (40), which has at least one control surface (A3), on which the depending the position of the working piston (22) changes the pressure of a control line (37) coming from the working cylinder (21), an operating line (38) leading from the control cylinder (40) into the working cylinder (21) which is used to carry out the working stroke and return stroke of the working piston ( 22) is alternately connected to pressure and return, and one of the control

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ben (41) in a final position, resiliently preloaded pretensioning device (51), characterized in that the pretensioning device (51) has a pressure-actuated actuating device (56), which is supplied with a control pressure for changing the preload by the size of the on the control piston (41) to change the acting preload force as a function of the control pressure.

2. Hydraulic impact device according to claim 1, characterized in that the control pressure for changing the bias acting on the control piston (41) is derived from the working pressure of a hydraulic drive device of the drilling device.

3. Hydraulic impact device according to claim 2, characterized in that the control pressure is derived from the working pressure of a rotary motor (16) for rotating a drill pipe (10).

4. Hydraulic impact device according to claim 2, characterized in that the control pressure is derived from the working pressure of a feed motor (15) for advancing a drill pipe (10).

5. Hydraulic impact device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the biasing device (51) has a spring (52), one end of which presses against the control piston (41) and the other end of which is acted upon by a piston-cylinder unit (with the control pressure) ( 54, 55) is supported.

6. Hydraulic impact device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pretensioning device (51) has a gas spring (62) pressing against the control piston (41).

7. Hydraulic impact device according to claim 6, characterized in that the pretensioning device (51) has a hydraulic piston-cylinder unit (54, 55), the cylinder (55) of which is connected to the gas spring (62) and connected to a control line (57) supplying the control pressure is.

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