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Die
Erfindung betrifft einen Bohrhammer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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Herkömmliche
Bohrgeräte
dieser Art sind pneumatisch angetrieben und haben am Fußteil einen
Bohrmeißel
mit Luftdurchlässen.
Sie hämmern im
ventilgesteuerten Aussetz- oder Dauerbetrieb, wobei die Druckluft
am Bohrlochgrund umgelenkt wird und losgeschlagenes Bohrklein nach
oben fördert.
Bei einer Bauweise z.B. gemäß
DE 27 05 191 A1 gleitet
ein Kolben in einem Gehäuse,
das innerhalb eines Außenrohres
befestigt ist, was aber problematisch und störungsanfällig sein kann. Ähnliches gilt
für so
genannte ventillose Bohrhämmer.
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Ein
aus
DE 92 02 336 U1 bekannter
Bohrhammer weist zur Blasluft-Dosierung
einen drehbar angetriebenen Rohrkörper und eine darin verschiebliche
Welle auf, die einen Zentraldurchlass hat und mit ihrem unteren
Ende am Rohrkörper
einen Absperrschieber bildet. Dadurch wird ein Luftumlenkraum nach
Bedarf freigegeben und teilweise oder ganz verschlossen. Relativ
schwache Querschnitte am Hals der mit dem Rohrkörper antriebsverbundenen Welle
können
bruchanfällig
sein, zumal die Bohrhammerlänge
mit großem
Hebelarm daran angreift. Auch ein sie führender Rohrkopf ist am Umfang durch
eine Anzahl Bohrungen geschwächt.
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Zur
Druckluftsteuerung ist gemäß
EP 0 837 214 A2 zwischen
einem Büchsenaufsatz
einer den Schlagkolben führenden
Oberluftbüchse
und einer darüber
befindlichen, mit dem Außenrohr
entlang einer Schweißzone
umfangsverschweißten
Gewindebüchse
ein Ringspalt vorhanden. Das obere Ende des Schlagkolbens bildet
ein mit einem Steuerteil zusammenwirkendes Schieberventil, so dass
von oben und unten kommende Luftströme aneinander vorbeigelenkt
werden. Trotz verringerter Bruchgefährdung und Wegfall eines Zentralrohrs
ist der Aufbau mit vielen Einzelteilen aufwendig und teuer in der
Herstellung. Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, diese und
weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen Bohrhammer
der vorgenannten Art so auszubilden, dass er kostengünstig zu
fertigen und bei erhöhter
Stabilität
mit gesteigerter Wirtschaftlichkeit dauerhaft einsetzbar ist. Der
Bohrhammer soll vibrations- und rückschlagarm sowie zuverlässig arbeiten,
selbst bei hohen Schlagfrequenzen mit niedrigem Druckluftverbrauch
auskommen und bei großer
Leistung lange Standzeiten erbringen.
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DE 298 13 825 U1 offenbart
einen Bohrhammer mit einer Kappe, die mit einem Außenrohr
verschraubbar ist und die an eine Druckluftquelle anschließbar ist,
wobei mit dem Außenrohr
eine Oberluftbüchse
fest verbunden ist, die in einem darin abgestützten Grundkörper einen
mit Luftdurchlässen versehenen
Steuerteil haltert. Die Oberluftbüchse und das Außenrohr
führen
einen Schlagkolben, der die Kopffläche einer am unteren Außenrohr-Ende
in einer Pufferbüchse
geführten
Bohrkrone beaufschlagt, wobei das obere Ende des eine Zentralbohrung
aufweisenden Schlagkolbens zusammen mit dem Steuerteil ein inneres
Schieberventil bildet. Der Schlagkolben ist allgemein zylindrisch
ausgebildet. Er hat oben eine nach außen offene Ringnut, von der über den
Umfang verteilte Axialbohrungen ausgehen, die in der Kopffläche des
Kolbens enden. Etwa in Höhe
der Zylinder-Längsmitte
ist unterhalb der oberen Ringnut eine weitere Ringnut mit einem
ebenfalls nach außen
offenen Querschnitt vorgesehen. Von dieser zusätzlichen Ringnut aus verlaufen über den
Umfang verteilte Axiaibohrungen bis in den Boden des Kolbens.
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Ein
aus
DE 296 18 066
U1 bekannter Bohrhammer hat ebenfalls einen Luftkanäle aufweisenden
Steuergehäusemantel,
dem ein Rückschlagventil
auf einem Sockel vorgeordnet ist. Der Schlagkolben ist in einer
Zylinderbüchse
geführt,
die mit einem Steuergehäuse-Unterteil
und dem Außenrohr
zu einer Einheit fest verbunden ist, wobei der Sockel einen als
Rohrkörper
ausgebildeten Steuerzapfen aufweist. Am oberen Ende des Schlagkolbens
ist zur Druckluftsteuerung ein mit dem Steuerzapfen zusammenwirkendes
Absperrorgan vorhanden, insbesondere ein Schieberventil.
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Die
von der unteren Ringnut aus nach unten führenden Axialbohrungen schwächen den
Querschnitt des Schlagkolbens genau in dem Bereich, der während des
Betriebes mit voller Wucht auf die Fläche der Bohrkorne ausschlägt. Dabei
können
Abplatzungen am Schlagkolben auftreten, was sich ungünstig auf
die Standzeiten des Bohrhammers auswirkt. Problematisch ist ferner,
dass die Axialbohrungen den Druckluftdurchsatz begrenzen, so dass
sich eine nur begrenzte Schlagfrequenz erreichen lässt.
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Hauptmerkmale
der Erfindung sind in Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind
Gegenstand der Ansprüche
2 bis 24.
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Bei
einem Bohrhammer
- • mit einer Kappe, in die ein
Rückschlagventil
ragt, die mit einem Außenrohr
verschraubbar ist und die an eine Druckluftquelle anschließbar ist,
- • wobei
mit dem Außenrohr
oben eine Oberluftbüchse
fest verbunden ist, die in einem darin abgestützten Grundkörper einen
mit Luftdurchlässen
versehenen Steuerteil haltert, entlang eines Hauptteils einen Ringverteilerraum
zum Außenrohr
hat und im unteren Bereich Kränze
von Radialbohrungen aufweist,
- • wobei
die Oberluftbüchse
und das Außenrohr
einen Schlagkolben führen,
der die Kopffläche
einer am unteren Außenrohr-Ende
in einer Pufferbüchse
geführten
Bohrkrone beaufschlagt,
- • wobei
das obere Ende des eine Zentralbohrung aufweisenden Schlagkolbens
zusammen mit dem Steuerteil, der einstückig mit einem von dem Grundkörper geführten Schaft
ist, ein inneres Schieberventil bildet, und
- • wobei
der Schlagkolben im oberen Außenbereich
eine offene Ringnut mit in Längsrichtung
daran anschließenden,
umfangsverteilten Ausnehmungen hat, die an der oberen Stirnseite
des Schlagkolbens enden,
sieht die Erfindung vor,
- • dass
der Schlagkolben als Differentialkolben ausgebildet ist, indem sein
Durchmesser in einem unteren Gleitbereich (größer als in einem oberen Gleitbereich
ist,
- • dass
das untere Ende des Schlagkolben eine einspringende Schulter hat
und in abgesenkter Kolbenposition einen den Bohrkronenkopf umgebenden
Ringspalt begrenzt, der im Betrieb mit dem Ringverteilerraum an
der Oberluftbüchse
in Strömungsverbindung
tritt,
- • dass
das Außenrohr
oberhalb der Pufferbüchse als
Luftführungs-Ringraum
einen Abschnitt vergrößerten Innendurchmessers
aufweist, und
- • dass
oberhalb eines Halterings für
den Bohrkronenkopf das Außenrohr
innen durch eine Stufe erweitert ist, der am Außenumfang der Pufferbüchse ein
gegengleicher Vorsprung gegenübersteht.
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Bohrhämmer dieser
Art besitzen sehr große Stabilität und eignen
sich daher auch für
hohe Betriebsdrücke,
beispielsweise bis 30 bar. Mit relativ niedrigem Luftverbrauch sind
Schlagzahlen über 3.000/min
möglich;
dank der ausgefeilten Konstruktion wird ein ungewöhnlich ruhiger
und daher verschleißarmer
Lauf erzielt. Sehr vorteilhaft ist die Ausbildung des Schlagkolbens
als Differentialkolben, wobei sein oberer Gleitbereich vorzugsweise
geringfügig
kleiner als sein unterer Gleitbereich ist, z.B. mit einem um nur
ca. 5 mm kleineren Außendurchmesser. Diese
geringe Durchmesserdifferenz bewirkt eine hohe Schlagfrequenz.
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Für den Betrieb
bei hohen Drücken
ist es zweckmäßig, dass
zumindest das Außenrohr
und die Oberluftbüchse
aus hochvergütetem
Stahl bestehen und dass bewegungsbeanspruchte Teile, namentlich die
Büchsen-
und Außenrohr-Laufflächen, verschleißschutz-beschichtet
sind. Dadurch hält
der Hammer den hohen Belastungen des Bohrbetriebs langzeitig stand.
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Eine
Ausgestaltung besteht darin, dass die Oberluftbüchse im Oberteil gegenüber den
mittleren und unteren Bereichen verjüngt und von unten in das Außenrohr
einschraubbar ist, wodurch nicht nur die Montage erleichtert wird,
sondern auch die Betriebseigenschaften verbessert werden. Dazu trägt auch eine
Gewindeverbindung zwischen Oberluftbüchse und Außenrohr bei, in die von außen zwei
oder mehr Sicherungselemente schräg einbringbar sind, bevorzugt
hochfeste Gewindestifte, die den Zusammenhalt auch bei hoher Belastung
gewährleisten.
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Indem
der Steuerteil z.B. mit drei nutgefaßten O-Ringen elastisch im
Grundkörper
aufgehängt ist,
der selbst auf einem flexiblen Ring gedämpft schwingend sitzt, erreicht
man eine gute Dämpfung und
außerdem
eine sichere Zentrierung zum Schaft. Zur Erleichterung des Steuerteil-Ausbaus
ist ein zusätzlicher
O-Ring am Schaft vorgesehen, der diesen bei Aufwärtsbewegung des Steuerteils
in einer Grundkörpernut
verklemmt.
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Die
Effizienz des Schlagkolben wird maßgeblich durch die Luftführung beeinflusst,
wozu er am Oberteil eine Ringnut mit einem Kranz von Radialbohrungen
aufweist, an die sich jeweils achsparallele, bis zum Kolbenkopf
führende
Bohrungen anschließen.
Hiermit werden während
der Bewegung des Kolbens abwechselnd Luftströme rasch freigegeben und gesperrt,
was die Umsteuerung an den Totpunkten des Hubs stark beschleunigt.
Außerdem kann
der Schlagkolben zur laminaren Luftführung nach unten an seinem
Oberteil außen
in Längsrichtung
verlaufende Taschen haben, die an einem Kolbenmittelteil bevorzugt
erweitert münden,
während oben
und unten zur Aufwärts-Luftverwirbelung
Außentaschen
vorhanden sind. Zwecks Optimierung der Strömungsverhältnisse können sich die Taschen von oben
nach unten verbreitern und/oder verflachen, wobei das Ausmaß der Verbreiterung
bzw. Verflachung auf den Kolbendurchmesser abgestimmt ist. Untere
Außentaschen
reichen insbesondere bis an einen unteren Gleitbereich des Schlagkolbens
heran, wo achsparallele Stichschlitze vorhanden sein können, bevorzugt
in solcher Umfangsverteilung, dass sie zu den unteren Außentaschen
jeweils auf Lücke sitzen.
Im Bereich der Pufferbüchse
und darüber
wird die Luftführung
noch dadurch erheblich verbessert, dass das Außenrohr einen Ringraum-Abschnitt
vergrößerten Innendurchmessers
aufweist und dass die Pufferbüchse
nahe ihrem oberen Rand eine Anzahl Radialöffnungen und in einem verengten
Mittelteil achsparallele Längsnuten
hat.
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Für die Kraftübertragung
ist es überaus günstig, dass
oberhalb des Halterings im Außenrohr eine
Verengung und an der Pufferbüchse
außen
wenigstens eine kraftaufnehmende Stufe oder Anlagekante vorhanden
ist, die in Bezug auf ihren kopfseitigen Durchmesser eine Erweiterung
darstellt, d.h. dass die Pufferbüchse
sich zu ihrem oberen Ende hin verjüngt, an ihrem Außenumfang
aber eine Abstufung hat. Diese entlastet den Haltering, auf den
die Bohrkronen-Aufhängung
im fortlaufenden Lastwechsel des Bohrbetriebs großen Druck
ausübt.
Um unerwünschter
Verformung, Rissbildung u.dgl. vorzubeugen, ist die Innenkontur
des Halterings erfindungsgemäß dem Rand
des Bohrkronenkopfs exakt formschlüssig angepasst, und zwar in
der Weise, dass der Bohrkronenschaft am Haltering freigeht. Zur
stabilen Aufhängung
kann der Bohrkronen-Kopf zum Schaft hin eine Schräge von z.B.
45° aufweisen,
die in einen Radius übergeht.
Alternativ können
mehrere Haltenasen vorhanden sein.
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Man
erkennt, dass der neuartige Bohrhammer eine besonders vorteilhafte
Luftführung
vorsieht, die von der Oberluftbüchse über den
Kolben sowie daran vorgesehene Nuten, Taschen und Bohrungen, ferner über den
Pufferbüchsen-Ringraum,
Ausfräsungen
im Haltering, einen Ringraum vor oder an der Haltekappe, über Profilteile
der Bohrkrone und außen
zurück
verläuft.
Dadurch ist gewährleistet,
dass die gesamte Bohrkrone freigeblasen wird, so dass sie auch in
lehmigem, sandigem oder schlammigem Untergrund beweglich bleibt
und der Bohrhammer immer leicht anspringen kann. In der Abstellposition
ist eine Strahlreinigung möglich,
wobei Luft durch einen Ringspalt zwischen dem Kolbenende und der
Pufferbüchse
abwärtsgerichtet
abströmbar
ist.
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Ein
wichtiges Merkmal der Erfindung besteht ferner darin, dass hochbeanspruchte
Stahlkomponenten wie die Bohrkrone wenigstens einen mindergehärteten Bereich
aufweisen, dessen Härte
unter 50 HRC, vorzugsweise ca. 44 HRC beträgt. In der Praxis kann man
so vorgehen, dass zur Herstellung der Bohrkrone in ihrem Profilbereich
zunächst
ein Übermaß vorgesehen,
der übrige
Körper
jedoch auf Sollmaß gedreht
wird, dass anschließend
an eine Aufkohlung des gesamten Bohrkronenkörpers auch der Profilbereich
auf Sollmaß maschinenbearbeitet, d.h.
gedreht und gefräst
wird und dass man den Bohrkronenkörper sodann insgesamt einsatzhärtet.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
dem Wortlaut der Ansprüche
sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 eine
Axialschnittansicht eines Bohrhammers ohne Schlagkolben und ohne
Bohrkrone,
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2 eine
vergrößerte Axialschnittansicht ähnlich 1,
jedoch mit einem Schlagkolben in teilangehobener und in teilabgesenkter
Position,
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2a eine
Axialschnittansicht entsprechend 2, jedoch
mit einem Schlagkolben in angehobener Position,
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2b eine
Axialschnittansicht entsprechend 2a, jedoch
in abgesenkter Position des Schlagkolbens,
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3a eine
Axialschnittansicht entsprechend 2a, jedoch
mit einem Schlagkolben von abgewandelter Bauform in angehobener
Position,
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3b eine
Axialschnittansicht entsprechend 3a, jedoch
in abgesenkter Position des Schlagkolbens,
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4 eine
Schrägansicht
einer Oberluftbüchse,
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5 eine
Seitenansicht eines Schlagkolbens der Bauart von 3b,
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6a eine
Schrägansicht,
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6b eine
Axialschnittansicht und
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6c eine
Seitenansicht einer Pufferbüchse,
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7a eine
Schrägansicht
eines Bohrkronenkopfteils mit Haltering,
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7b eine Querschnittsansicht eines Halterings
entsprechend 7a,
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8 eine
Axialschnittansicht einer Bohrkronenanordnung an einem Bohrhammer,
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9 eine
in zwei Abschnitte aufgeteilte Gesamt-Axialschnittansicht eines
Bohrhammers mit seitlich dargestelltem Strömungsverlauf für die Strahlreinigung
der Bohrkrone und
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10 eine
schematisierte Seitenansicht einer Bohrkrone.
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Ein
allgemein mit 10 bezeichneter Bohrhammer hat, wie man aus 1 bis 3b ersieht,
eine Schraubkappe 11 mit einem zentrischen Durchlass 12 und
einer Gewindeverbindung 13, die unter Zwischenlage eines
Dichtungsrings 14 zum Anschluss eines Haupt-Hammerkörpers dient.
Die Kappe 11 enthält
einen Siebeinsatz 16 zum Schutz vor Bohrrückständen oder
sonstigen Verunreinigungen.
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Der
Bohrhammer 10 hat ein Außenrohr 15, das mit
der Kappe 11 über
eine Gewindeverbindung 13 verschraubbar ist und in dem
eine kopfseitig eingeschraubte Oberluftbüchse 70 koaxial sitzt.
Deren Hauptteil hat zum Innenumfang des Außenrohrs 15 einen
geringen konzentrischen Abstand, so dass ein Luft-Verteilerraum 60 gebildet
ist, und das Außenrohr 15 führt im Inneren,
von einem Absatz 67 an abwärts, den oberen Teil eines
Schlagkolbens 75, der eine Zentralbohrung 82 aufweist
und im Bohrbetrieb eine am Außenrohr 15 unten
axialverschieblich gehalterte Bohrkrone 90 beaufschlagt.
Um den hohen Belastungen beim Betrieb unter Drücken bis zu 30 bar standzuhalten,
sind das Außenrohr 15 sowie
die Oberluftbüchse 70 hochvergütet und
ihre Laufflächen
verschleißschutz-beschichtet.
Die Oberluftbüchse 70 wird
mittels eines Feingewindes 13' in das Außenrohr 15 eingeschraubt.
Zwei oder mehr hochfeste, von außen schräg eingeschraubte Gewindestifte 34 sichern diese
Verbindung 13'.
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1 zeigt
den Haupt-Hammerkörper
des Bohrhammers 10 ohne Schlagkolben und ohne Bohrkrone,
um im Außenrohr 15 eine
obere Ausdrehung 22 mit Absatz 67, einen Mittelbereich 35 von
voller Wandstärke
und unten eine weitere Ausdrehung 49 zu veranschaulichen,
die von Absätzen 68 und 69 begrenzt
ist. Die Oberluftbüchse 70 endet
am oberen Absatz 67, dem sie mit unteren Durchlässen 72' in Form eines
Kranzes von Radialbohrungen gegenübersteht.
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Das
Außenrohr 15 ist
allgemein stabil ausgeführt
und weist im Bereich der Gewindeverbindung 13 über den
Umfang verteilt längsverlaufende
Außenrillen 17 auf,
die dem Ansatz eines Werkzeugs beim Ein- oder Ausschrauben des Außenrohrs 15 an der
Kappe 11 dienen. Ebensolche Rillen 17'' sind an der Haltekappe 93 für die Bohrkrone 90 vorgesehen. Die
Kappe 11 umschließt
ein nach oben gerichtetes Rückschlagventil 30,
das auf einem Schaft 28 geführt ist und zu einem Ventilsitz 18 am
Durchlass 12 hin von einer Ventilfeder 29 belastet
wird, die sich auf einer mit Axialdurchlässen 24 versehenen,
in das Außenrohr 15 oben
eingeschraubten Deckelplatte 26 abstützt.
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Die
Oberluftbüchse 70 ist
einstückig
gefertigt. Wie man aus 1 und 4 entnimmt,
ist sie im unteren und mittleren Bereich außen glattzylindrisch gestaltet,
während
oben mit verjüngtem Übergang 21 ein
etwas schmalerer, ebenfalls glattzylindrischer Kopfteil 20 anschließt. Dieser
enthält über den Umfang
verteilt eine Anzahl schräg
nach außen/unten
gerichteter Durchlässe 48,
die umfangsnah über eine
Verteilerkammer 56 an die Axialdurchlässe 24 der Deckelplatte 26 anschließen und
einen konzentrischen Kranz von z.B. acht Kanälen, Bogenschlitzen o.dgl.
bilden. Im oberen Bereich hat das Innere der Oberluftbüchse 70 mit
gerundeten Übergängen eine Kopfteil-Ausdrehung 57,
an die bei einer Bauform (3a, 3b, 9)
eine weitere Ausdrehung 71 anschließt. Am unteren Teil sind in
gleichförmiger Umfangsverteilung
zwei Reihen von Radialdurchlässen
bzw. Bohrungen 72, 72' vorhanden.
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An
die Deckelplatte 26 schließt ein Steuerteil 40 an,
welcher in einem Grundkörper 51 geführt ist und
einen Schaft 44 hat, der koaxial zu dem Außenrohr 15 sowie
der Oberluftbüchse 70 verläuft und
sich unter Zwischenlage eines flexiblen, z.B. aus Perbunan bestehenden
Rings 64 an einem inneren Bund 27 der Oberluftbüchse 70 abstützt. Wenn
sich der Schlagkolben 75 in angehobener Position befindet, ragt
der Schaft 44 in die Zentralbohrung 82 des Kolbens 75 hinein
und führt
ihn dadurch zentrisch. Das Schaftende 46 hat bzw. bildet
eine Steuerkante 39.
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2 zeigt
den Mittelteil des Hammerkörpers
von 1, jedoch mit eingesetztem Schlagkolben 75,
und zwar links in teilangehobener Position und rechts in teilabgesenkter
Position, wobei eine Schulter 88 auf den Rand 65 einer
Pufferbüchse 85 gekommen
ist und zur Aufschlagfläche 89 der
Bohrkrone 90 noch einen Spalt 96 einhält (vergl. 8). Der
Bohrkronenkopf 91 haltert ein Fußventil 97, dessen
Oberteil bei der in 2 dargestellten Phase in eine
untere Erweiterung 79 der Zentralbohrung 82 eintritt
(links) bzw. eingetreten ist (rechts).
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Im
Bohrhammer 10 sind unterschiedliche Schlagkolben 75 einsetzbar.
Eine in 2, 2a, 2b und 5 dargestellte
Bauform, zu der eine innen glattzylindrische Oberluftbüchse 70 gehört, hat am
Kolben-Oberteil 75' eine
nach außen
offene Ringnut 76 und von ihrem Nutengrund ausgehende Längsbohrungen 78,
die an der Kolbenoberseite 74 münden. Eine andere Kolbenvariante
ist in 3a, 3b und 9 gezeichnet,
wobei der Schlagkolben 75 sowohl am Oberteil 75' als auch am
Unterteil 75'' außen Längsausnehmungen
in Form oberer und unterer Taschen 61 bzw. 62 aufweist.
Die zugehörige Oberluftbüchse 70 hat
eine Ausdrehung 71, die zum aufsteigenden Kolbenoberteil 75' hin einen Ringspalt 73 freilässt (3a).
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Man
erkennt in der Position von 3a, dass
der Kopfteil 75' des
angehobenen Schlagkolbens 75 in die Oberluftbüchse 70 reicht,
die durch einen Ringverteilerraum 60 vom Außenrohr 15 getrennt
ist. Dieses ist in seinem Mittelbereich 35 zur Führung des
Kolbens 75 dickwandiger als im Bereich des Verteilerraums 60 und
der Oberluftbüchse 70,
wo der Schaft 44 oben von einer Kammer 83 umgeben ist.
In diese strömt,
wenn der Kolben 75 aufsteigt, Schlagluft durch einen Ringspalt 73 an
der Ausdrehung 71 der Oberluftbüchse 70 (3a und 9). Auch
bei der Kolben-Bauform gemäß 3b ist
eine den Schaft 44 umgebende Kammer 83 von variablem Volumen
vorhanden, die einen Kompressionsraum bildet, wenn der Schlagkolben 75 nach
oben geht.
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Der
Schlagkolben 75 hat eine zylindrische Grundgestalt mit
einem schlankeren Mittelbereich 75a (5)
und darüber,
im Anschluss an einen oberen zylindrischen Gleitbereich 77,
eine nach außen offene
Ringnut 76 von z.B. halbovalem oder halbkreisförmigem Querschnitt.
Man sieht, dass die Ringnut 76 obere und untere Steuerkanten 80 bzw. 81 hat,
die zusammen mit dem Absatz 67, der im Außenrohr 15 eine
korrespondierende Steuerkante bildet, das Öffnen bzw. Absperren der Luftströmung an den
Radialdurchlässen 72, 72' bewirken. Von
der Ringnut 76 gehen über
den Umfang verteilte achsparallele Bohrungen 78 aus, die
in der Kopffläche 74 des
Kolbens 75 enden.
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Etwa
bis zur Kolben-Längsmitte
oder darunter ist der Schlagkolben-Mittelbereich 75a verjüngt, so
dass im Außenrohr 15 ein
Ringraum 33 gebildet ist. Im gezeichneten Beispiel schließt nach
unten mit gerundetem Übergang
ein wiederum zylindrischer Gleitbereich 77' an, dessen Außendurchmesser größer als
derjenige des Kolbenkopfes 75' bzw. des oberen Gleitbereichs 77 ist.
In den unteren Gleitbereich 77' sind umfangsverteilt in Längsrichtung
verlaufende untere Taschen 62 eingearbeitet, die sich bevorzugt
von oben nach unten in Umfangsrichtung erweitern und oben tiefer
eingefräst
sind, also in Längsrichtung
flacher werden. Zur Bodenfläche 74' hin ist der
Kolben-Unterteil 75'' im Durchmesser
abgesetzt und mit z.B. fünf
Stichschlitzen 59 versehen.
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Die
Zentralbohrung 82 des insgesamt einstückigen Kolbens 75 kann
am unteren Ende angefast sein. Sie bildet unmittelbar darüber eine
untere Ventilfläche 79,
die mit dem Fußventil 97 im
Kopf 91 der Bohrkrone 90 in der Art eines Schieberventils
zusammenwirkt. Das Fußventil 97 ist
als im wesentlichen zylinderförmige
Hülse gestaltet,
deren Außendurchmesser
bis auf ein erforderliches Bewegungsspiel dem Innendurchmesser der
Zentralbohrung 82 entspricht und die mittels einer Rastverbindung 98 passgenau
im Kopf 91 der Bohrkrone 90 sitzt.
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Letztere
hat einen zentralen Durchlass 92 und wird von einer Haltekappe 93 gehalten,
die nach Einstecken von Kopf 91 und Schaft 95 der
Bohrkrone 90 unter Zwischenlage einer Pufferbüchse 85 und
eines Halterings 86 in das Außenrohr 15 eingeschraubt ist
(8). Die Härte
der Pufferbüchse 85 übersteigt die
des Außenrohrs 15 im
Anlagebereich. Oberhalb des Halterings 86 weist das Außenrohr 15 eine
innere Erweiterung oder Stufe 36 auf, der eine nach außen vorspringende
Durchmesserstufe 85a der Pufferbüchse 85 als Anlagekante
zur Kraftübertragung gegenübersteht.
Eine einspringende Schulter 91' am Kopf 91 verhindert
ein Herausrutschen der Bohrkrone 90 aus der Haltekappe 93.
Hebt man den Bohrhammer 10 z.B. beim Herausziehen aus einem
Bohrloch an, so legt sich der Kopf 91 mit der Schulter 91' an dem Haltering 86 an
und die Bohrkrone 90 ist dadurch nach unten gesichert.
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Die
Pufferbüchse 85 sitzt
passgenau im Außenrohr 15.
In einer Ringnut 45 am Außenumfang sind elastisch-nachgiebige
Ringkörper
z.B. aus Perbunan angeordnet, die bei einer Demontage das Herausrutschen
der Pufferbüchse 85 aus
dem Außenrohr 15 verhindern.
Fußseitig
ist die Pufferbüchse 85 innen
mit einer Umfangsnut 85' versehen,
von der z.B. vier über
den Umfang verteilte, vorzugsweise achsparallele Entlüftungsnuten 85'' ausgehen. Der Haltering 86 hat
wenigstens eine achsparallele Anfasung 87' und ist aus zwei sich gegeneinander
abstützenden
Ringhälften
zusammengesetzt (7a, 7b), in
deren Innenumfang wenigstens zwei, bevorzugt drei achsparallele
Entlüftungsnuten 87 eingebracht sind,
die mit der inneren Umfangsnut 85' in Strömungsverbindung stehen. Der
Hammer 10 kann über diese
Verbindung, die vom Profil 95' der Bohrkrone 90 fortgesetzt
wird, zusätzlich
nach unten ausblasen.
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Man
sieht insbesondere aus 3a und 3b, dass
der Innenumfang der oben erweiterten und vorzugsweise angefasten
Bohrung 82 eine obere Ventilfläche 37 bildet. Deren
Innendurchmesser entspricht – bis
auf erforderliches Bewegungsspiel – dem Außendurchmesser des Schafts 44.
Auf diese Weise ist im Zusammenwirken mit dem Schaft 44 des Steuerteils 40 ein
inneres Schieberventil 37/44 gebildet, durch das
die Schlaghubluft über
Steuerkanten 38 steuerbar ist. Gleitet der Schlagkolben 75 innerhalb
der Oberluftbüchse 70 nach
oben, so kann der Schaft 44 des Steuerteils 40 in
die Bohrung 82 einlaufen. Eine Durchmesserstufe 46 (2, 2a, 2b)
erleichtert, dass der daran sanft aufgleitende Schlagkolben 75 zugleich
am Schaft 44 zentriert wird.
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In
der Aufwärtsbewegung überfährt die
im oberen Bereich des Schlagkolbens 75 befindliche Ringnut 76 mit
ihrer Steuerkante 80 (5) die Bohrungen 72 der
Oberluftbüchse 70,
so dass dort anstehende Druckluft schlagartig durch die Axialbohrungen 78 des Kolbens 75 in
die Kammer 83 der Oberluftbüchse 70 strömt, wo sie
durch den zunächst
fortgesetzten Kolbenhub komprimiert wird und den Kolben 75 daher
abbremst. Ist die Steuerkante 81 der Ringnut 76 vorbeigefahren,
so kann keine Luft mehr entweichen. Das daher in der Kammer 83 entstandene
Luftpolster steuert den Kolben 75 am oberen Totpunkt rasch
um. Bei der folgenden Abwärtsbewegung
gelangt die Ringnut 76 wieder an die Bohrungen 72;
die nun durch die Axialbohrungen 78 einströmende Luft
geht in die Kammer 83 und zusammen mit im äußeren Ringraum 54 anstehender
Luft beschleunigt sie den Kolben 75 weiter nach unten.
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Man
erkennt, dass dank dieser von den Taschen 62 am Kolben 75 unterstützten Luftführung bei den
einzelnen Hüben
relativ wenig Luft verbraucht wird, nämlich bloß durch die Kammer 83 über der Kolben-Kopffläche 74 sowie
zwischen dem Kolben 75 und der Bohrkrone 90 zum
Be- und Entlüften
bei jedem Zyklus. Trotz hoher Schlagzahlen führt die pneumatische Dämpfung in
der Kammer 83 zu einem weichen, ruhigen Lauf des Bohrhammers 10,
so dass auf das Bohrgestänge
kaum Vibrationen übertragen werden.
Ein Teil der Schlagenergie wird beim Übergang in die Abstellposition
von der Schulter 65 der Pufferbüchse 85 absorbiert
und in die Schulter 91' der
Bohrkrone 90 geleitet, wodurch der Haltering 86 entlastet
wird.
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Die
Maße der
Bohrhammer-Komponenten sind z.T. eng aufeinander abgestimmt. Das
gilt insbesondere für
die Kolbenlaufflächen 77, 77' und den Übergang
zur Pufferbüchse 85,
die generell härter als
das Außenrohr 15 und
in ihrer Länge
wenigstens einmal abgestuft ist. Man sieht vor allem aus 6a und 6b,
dass oberhalb der Umfangsnut 45 der radiale Vorsprung 85a vorgesehen
ist, über
dem nahe am Rand 65 eine weitere Stufe 85b vorhanden sein
kann. Diese Absätze
fangen die zu übertragenden
Kräfte
z.T. ab, so dass Deformationen vermieden werden, die einen Kolbenwechsel
herkömmlich
stark behindern konnten.
-
Eine
zweite Stufe entfällt
namentlich bei einer gekürzten
Bauform der Pufferbüchse 85 (siehe 1 und 3b),
die für
niedrigere Betriebsdrücke genügt. Hierbei
kommt der Schlagkolben 75 in der Abstellposition direkt
auf die Bohrkrone 90, so dass randseitige Auflageflächen 65 und
Bohrungen 66 entfallen können. Zur Druckstrahlreinigung
der Bohrkrone 90 gelangt Luft unmittelbar aus den Stichschlitzen 59 zu
den Axialnuten 85''.
-
Für einwandfreien
Betrieb ist es wichtig, dass im Haltering 86 zum Bohrkronenschaft 95 hin
stets Spiel vorhanden ist. Der universell verwendbare Haltering 86 hat
ferner die Besonderheit, dass seine Innenkontur dem Verlauf der
Schulter 91' am
Bohrkronen-Kopf 91 zu dem Schaft 95 formschlüssig angepasst
ist, damit der Haltering 86 trotz großer Schlag- und Rückstoßenergien
unbeschädigt
bleibt. Unter schnellem Lastwechsel können vom Kolben 75 Prellschläge auf die
Bohrkrone 90 kommen, die u.U. nach unten keinen Widerstand
findet und dann regelrecht ins Leere katapultiert wird, ehe der
Haltering 86 sie auffängt.
Dessen Feingestalt wird im fortlaufenden Bohrbetrieb durch periodische
Kraftübertragung mehr
oder weniger nachgeschmiedet.
-
In
der Praxis muss eine gestörte
Bohrlochwand nicht selten dadurch geglättet werden, dass man den Bohrhammer 10 in
rascher Folge hochzieht, umsteuert und wieder nach unten fährt, um
geklemmte Steine zu entfernen. Die erfindungsgemäße Haltekonstruktion fängt diese
Belastungen auf. Bei der Langform der Pufferbüchse 85 wird dies
dadurch unterstützt,
dass der Schlagkolben 75 zunächst mit seiner Schulter 88 auf
den Pufferbüchsen-Rand 65 trifft und
der Kronenkopf 91 eine kurze Strecke, z.B. einige Millimeter,
später
an den Haltering 86 gelangt.
-
2a und 2b zeigen
zwei verschiedene Arbeitsstellungen des Bohrhammers 10.
In der linken 2a befindet sich der Schlagkolben 75 in
seiner obersten Position, wobei der Steuerteil 40 bzw. dessen
Schaft 44, die Oberluftbüchse 70 sowie die Kopffläche 74 des
Kolbens 75 die geschlossene Kompressionskammer 83 begrenzen.
Diese wird erst beim Abwärtsfahren über die
oberen Axialbohrungen 78 bzw. die obere Ringnut 76 im
Schlagkolben 75 und über
die oberen Durchlässe 72 in
der Oberluftbüchse 70 mit
dem Ringverteilerraum 60 strömungsverbunden, wobei das untere
Schieberventil 79/97 geöffnet ist. Die Gesamtlänge des
Kolbens 75 und die Länge
des Schafts 44 bzw. der Abstand zur Durchmesserstufe 46 sind
so bemessen, dass die obere Ventilfläche 37 in der angehobenen
Position des Schlagkolbens 75 die Kammer 83 zuverlässig dicht
abschließt,
während
in seiner unteren Schlagstellung die Kammer 83 stets bis
zum Durchlass 92 der Bohrkrone 90 hin offen ist
(vergl. 9).
-
In
der rechten 2b sieht man den Schlagkolben 75 in
seiner Aufschlagposition, in der seine untere Ventilfläche 79 das
Fußventil 97 einschließt und die
Bodenfläche 74' auf die Kopffläche 89 der Bohrkrone 90 gelangt
ist. Hierbei ist das untere Schieberventil 79, 97 geschlossen.
Zwischen dem unteren Ende des Kolbens 75 und der Pufferbüchse 85 ist
ein Ringspalt 96 vorhanden, dessen Volumen bei weiterer
Abwärtsbewegung
des Kolbens 75 komprimiert wird. Über einen Ringraum 94 im
unteren Teil der Pufferbüchse 85 am
Kopf 91 bzw. am Schaft 95 der Bohrkrone 90, über Axialnuten 85'' sowie den Ringspalt 96,
die Umfangsnut 63, die unteren Taschen 62 am Kolben 75,
den Ringraum 33 und die Durchlässe 72' der Oberluftbüchse 70 besteht kurzzeitig
eine Strömungsverbindung
mit dem Ringverteilerraum 60. In dieser Phase sind die
oberen Durchlässe 72 der
Oberluftbüchse 70 von
der Mantelfläche des
Kolben-Oberteils 75' dicht
verschlossen.
-
Die
im Betrieb erforderliche Strömungsverbindung
der unteren Durchlässe 72' mit dem Ringraum 94 einerseits
und der Kompressionskammer 83 andererseits kommt durch
den Abstand der Ringnut 76 zu den oberen und unteren Stirnflächen 74, 74' des Kolbens 75 zustande.
Die Dauer der Strömungsverbindung
und damit der Druckbeaufschlagung wird durch den Abstand der Steuerkanten 80 und 81 bestimmt.
-
In
der unteren Stellung des Kolbens 75 gelangt Druckluft vom
Durchlass 12 über
die Axialdurchlässe 24,
die Verteilerkammer 56, die schrägen Durchlässe 48, den Ringverteilerraum 60 und
die unteren Durchlässe 72' in den Ringraum 94.
Der darin kurzzeitig entstehende Druck hebt den Kolben 75 an, wobei
die innere Dichtfläche
des Kolbens 75 mit dem Schaft 44 des Steuerteils 40 in
Eingriff gelangt und so die Kompressionskammer 83 nach
unten hin abschließt. Überfährt nun
die obere Steuerkante 80 der Kolben-Ringnut 76 die
oberen Durchlässe 72 der Oberluftbüchse 70,
so werden diese freigegeben, wodurch die Kammer 83 über die
Axialbohrungen 78, die Ringnut 76, den Ringverteilerraum 60,
die schrägen
Durchlässe 48,
die Verteilerkammer 56 sowie über die Axialdurchlässe 24 kurzzeitig
mit dem Durchlass 12 verbunden und mit Schlagluft beaufschlagt
wird. Die Trägheit
des Kolbens 75 bewirkt jedoch eine Weiterbewegung nach
oben, so dass die Durchlässe 72 der
Oberluftbüchse 70 aufgrund
des relativ kurzen Abstandes der Steuerkanten 80, 81 der Ringnut 76 sofort
wieder verschlossen werden. Die Kammer 83 wird dabei immer
weiter verkleinert, während
die darin befindliche Luft relativ hoch komprimiert wird.
-
Sobald
der Kolben 75 den oberen Totpunkt erreicht hat, beginnt
der Schlaghub, d.h. das in der Kammer 83 komprimierte Luftpolster
leitet die Abwärtsbewegung
ein. Wenn die untere Steuerkante 81 der Ringnut 76 die
oberen Durchlässe 72 der
Oberluftbüchse 70 freigibt,
gelangt der weiterhin am Durchlass 12 anstehende volle
Druck in die Kammer 83. Der Kolben 75 wird dadurch
zusätzlich
nach unten beschleunigt, bis er mit voller Wucht unten aufschlägt. Während dieser
Abwärtsbewegung
wurden die oberen Durchlässe 72 schon
wieder verschlossen und das obere Schieberventil 37/44 geöffnet, so dass
die sich aus der Kammer 83 entspannende Luft über den
Durchlass 92 zum Ausblasen in die Bohrkrone 90 gelangt.
In der Abwärtsbewegung
steht zusätzlich über die
unteren Durchlässe 72' und den Ringraum 33 ständig Luft
am Differenzraum zwischen dem oberen Teil 75' des Schlagkolbens 75 und
seinem unteren Teil 75'' an.
-
Kurz
vor dem Auftreffen des Schlagkolbens 75 auf der Bohrkrone 90 schließt sich
das untere Schieberventil 79/97 und mithin der
Ringraum 94. Sobald der Kolben 75 trotz des sich
bildenden Gegendrucks hart auf die Aufschlagfläche 89 der Bohrkrone 90 auftrifft,
steht der Durchlass 12 u.a. über die unteren Durchlässe 72' mit dem Ringraum 94 in
Strömungsverbindung.
Der sich sofort in diesem Ringraum 94 aufbauende Druck
beschleunigt den bereits aufwärtsfedernden
Kolben 75 nach oben, wodurch der Zyklus von neuem beginnt.
-
Hochbeanspruchte
Stahlkomponenten des Bohrhammers 10 sind aus einsatzgehärtetem Stahl mit
einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,20% gefertigt. Bei den hohen Betriebsdrücken von
z.B. 25 bis 30 bar ist das wichtig, weil der Kolben 75 mit
jedem Schlag auf den Bohrkronenkopf 89/91 bzw.
dessen Schulter 91' auf
den Haltering 86 aufprallt. Das kann zu den Gegenprofilen
der Haltekappe 93 hin eine Verschiebung und/oder ein seitliches
Prellen mit der Folge höchst
unerwünschter
Deformationen oder sogar Teilchen-Ausbrüchen bewirken, die bei der
herkömmlichen
Stahlhärte
von z.B. 60 HRC schwere Schäden
auslösen
können,
so dass es zum Kolbenfresser kommt oder die Bohrkrone bricht. Die
Erfindung begegnet diesen Mängeln
dadurch, dass die hochbeanspruchten Stahlkomponenten wenigstens einen
mindergehärteten
Bereich von geringer Sprödigkeit
aufweisen. Im Falle der Bohrkrone 90 geht man so vor, dass
deren Körper
in einem Profilbereich 95' mit
den Rippen 99 zunächst
mit Übermaß hergestellt
wird, worauf man eine Aufkohlung des Bohrkronenkörpers vornimmt, den Profilbereich 95' auf Sollmaß nachbearbeitet
und schließlich
den gesamten Körper
einsatzhärtet.
Eine zu harte, störungsanfällige Schicht
ist daher im kritischen Profilbereich 95' nicht vorhanden, der vielmehr
Federkernhärte
besitzt.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern
vielfältig abwandelbar.
So lässt
sich ohne weiteres zwischen die Schraubkappe
11 und der
Deckelplatte
26 ein Adapter und/oder ein sog. Turbo-Vorsatz
einbauen, wie in
DE-U-9 202 336 ausführlich beschrieben.
Dazu kann zwischen der Anschlusskappe
11 und einem Adapter
eine Muffe sitzen, deren Außendurchmesser gleich
demjenigen des Außenrohrs
15 ist;
sie ist mit dem Adapter direkt oder über ein Schiebestück samt einer
darin geführten
kurzen Profilwelle antriebsverbindbar. Man erzielt so eine zusätzliche,
mechanisch geschützte
Steuerungsmöglichkeit
zur Luftstrom-Teilung, wobei einerseits Zentralluft bis in die Bohrkrone
90 gebracht
und andererseits Blasluft nach Bedarf abgezweigt wird. Bei Bedarf
kann eine definierte Menge Blasluft vom Durchlass
12 in
der Schraubkappe
11 zu dem Durchlass
92 im Bohrkronenkopf
91 geführt werden,
so dass das Bohrloch ständig
freigeblasen wird.
-
Die
Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern in vielfältiger
Weise abwandelbar. Man erkennt jedoch, dass der erfindungsgemäße Bohrhammer 10 eine
Anschlusskappe 11 für
eine Druckluftquelle und ein Außenrohr 15 hat,
das mit einer Oberluftbüchse 70 fest
verbunden ist. Auf einem vorzugsweise elastisch abgestützten Grundkörper 51 sitzt
ein Steuerteil 40, der mit einem Schaft 44 und
seinem verjüngten Endstück 47 berührungslos
in eine Zentralbohrung 82 eines Schlagkolbens 75 ragt,
wenn dieser in angehobene Position gelangt. Der Kolben 75 hat
am Umfang eine außen
offene Ringnut 76, die nach oben mittels Längsbohrungen 78 mit
einer Kompressionskammer 83 und nach unten über einen
Ringraum 33 mit einem den Bohrkronenkopf 91 umgebenden
Ringraum 96 in Strömungsverbindung
treten kann. Zur Aufwärts-Luftverwirbelung
können
obere und/oder untere Außentaschen 61 bzw. 62 am
Schlagkolben 75 vorhanden sein. Dieser ist oben in der
Oberluftbüchse 70 geführt, die
mit dem Außenrohr 15 durch eine
gesicherte Feingewindeverbindung 13' zentriert verbunden ist. Die Zentralbohrung 82 des
Kolbens 75 gleitet mit einer unteren Ventilfläche 79 auf
ein Fußventil 97 und
mit einer oberen Ventilfläche 37 auf
den Steuerteil-Schaft 44 auf, der hierzu eine mit gerundeten
oder gefasten Übergängen versehene
Durchmesserstufe 46 haben kann. Am unteren Kolbenende 75'' können enge, erweitert mündende Stichschlitze 59 zur
laminaren Luftführung
nach unten vorhanden sein. Ein sehr enger Ringspalt 54 am
unteren Ende der Oberluftbüchse 70 lässt nur
die Luft hindurch, die eine Druckstrahlreinigung der Bohrkrone 90 durch
die Stichschlitze 59 bewirkt. Diese sind klein genug bemessen,
um einen sonst zerstörerischen Dauerbetrieb
zu verhindern.
-
- 10
- Bohrhammer
- 11
- Schraubkappe
- 12
- Durchlass
- 13
- Gewindeverbindung
- 13'
- Feingewindeverbindung
- 14
- Dichtungsring
- 15
- Außenrohr
- 16
- Siebeinsatz
- 17
- Außenrillen
- 17'
- Außenrillen
- 17''
- Außenrillen
- 18
- Ventilsitz
- 20
- Kopfteil
- 21
- Übergang
- 22
- obere
Ausdrehung
- 24
- Axialdurchlässe
- 26
- Deckelplatte
- 27
- Bund
- 28
- Schaft
- 29
- Ventilfeder
- 30
- Rückschlagventil
- 31
- Sicherungsschrauben
- 32
- Profilteile
- 33
- Ringraum
- 34
- Gewindestifte
- 35
- Mittelbereich
- 36
- (Durchmesser-)Stufe
- 37
- obere
Ventilfläche
- 38
- innere
Steuerkante
- 39
- Steuerkante
(an 46)
- 40
- Steuerteil
- 41
- O-Ringe
- 42
- Nut
- 43
- O-Ring/Sicherung
- 44
- Schaft
- 45
- Ringnut
- 46
- Durchmesserstufe
- 47
- Endstück
- 48
- (schräge) Durchlässe
- 49
- untere
Ausdrehung
- 51
- Grundkörper
- 52
- Ringspalt
(von 75)
- 54
- Ringspalt
(von 70)
- 55
- Ringspalt
(von 85)
- 56
- Verteilerkammer
- 57
- Kopfteil-Ausdrehung
- 59
- Stichschlitze
- 60
- (Ring-)Verteilerraum
- 61
- obere
Taschen (an 75)
- 62
- untere
Taschen (an 75)
- 63
- Umfangsnut
- 64
- flexibler
Ring
- 65
- Rand
(von 85)
- 66
- Radialöffnungen
- 67
- Absatz
- 68
- Absatz
- 69
- Absatz
- 70
- Oberluftbüchse
- 71
- Ausdrehung
- 72
- obere
Durchlässe
- 72'
- untere
Durchlässe
- 73
- Ringspalt
- 74
- Kopffläche (von 75)
- 74'
- Bodenfläche (von 75)
- 75
- Differential-Schlagkolben
- 75'
- oberer
Teil (von 75)
- 75''
- unterer
Teil (von 75)
- 75a
- Kolben-Mittelteil
- 76
- Ringnut
- 77
- oberer
Gleitbereich
- 77'
- unterer
Gleitbereich
- 78
- Axialbohrungen
- 79
- Ventilfläche/Erweiterung
- 80
- obere
Steuerkante
- 81
- untere
Steuerkante
- 82
- Zentralbohrung
- 83
- Kompressionskammer
- 85
- Pufferbüchse
- 85'
- Umfangsnut
- 85''
- Axialnuten
- 85a
- Vorsprung
- 86
- Haltering
- 87
- Entlüftungsnut
- 87'
- Anfasung
- 88
- Schulter
- 89
- Aufschlagfläche
- 90
- Bohrkrone
- 91
- Kopf
- 91'
- Schulter
- 92
- Durchlass
- 93
- Haltekappe
- 93a
- Haltenasen
- 94
- Ringraum
- 95
- Schaft
- 95'
- Profilbereich
- 96
- Spalt/Kompressionsraum
- 97
- Fußventil
- 98
- Rastverbindung
- 99
- Rippen
- 100
- (Radial-)Übermaß