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Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Bohrhammer für die Anordnung an einem Trägergerät umfassend ein hydraulisches Drehwerk, ein hydraulisches Schlagwerk und einen Hydraulikkreis, der einen Fluideinlass sowie einen Fluidauslass aufweist und mit dem ein Vorlauf des Drehwerks und ein Vorlauf des Schlagwerks über einen Verteiler parallel geschaltet sind.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Bohrhammer, der üblicherweise ein Eigengewicht von zumindest 10 kg, insbesondere zwischen 20 kg bis 150 kg aufweist und an einem Trägergerät angeordnet ist. Derartige hydraulische Bohrhämmer können entweder auf speziell für das Bohren angepassten Trägergeräten oder auch als Vorsatzgeräte an einem Bagger montiert werden. Die Anordnung kann beispielsweise über eine den hydraulischen Bohrhammer aufnehmende Lafette erfolgen.
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Ein Bohrhammer mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus der
DE 7 114 676 U1 bekannt. Als Trägergerät ist ein Raupenfahrzeug vorgesehen, welches auch als Ankerbohrgerät bezeichnet wird.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, mehrere Bohrhämmer auf einem Trägergerät anzuordnen, beispielsweise um parallel mehrere Sprenglochbohrungen erzeugen zu können, oder um z. B. größere Gesteinsblöcke herauszubrechen.
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Der hydraulische Bohrhammer umfasst das hydraulisch angetriebene Drehwerk sowie das hydraulisch angetriebene Schlagwerk. Durch die Übertragung der Rotation des Drehwerks auf ein Bohrgestänge und eine Bohrkrone wird der Boden bzw. das Gestein im Bohrloch abgetragen. Je nach Härte und Gesteinsformation kann der Bohrfortschritt bzw. der Abtrag im Bohrloch durch ein überlagertes Schlagen auf das Gestänge und die Bohrkrone deutlich erhöht werden. Beide Funktionen, sowohl das Drehen als auch das Schlagen, werden in der Praxis getrennt gesteuert.
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Gemäß der
DE 7 114 676 U1 sind das Schlagwerk und das Drehwerk durch einen verstellbaren Verteiler hydraulisch parallel geschaltet. Um in der Praxis eine optimale Bohrleistung zu erreichen, ist eine situationsgerechte Ansteuerung von Drehwerk und Schlagwerk mit dem zur Verfügung stehenden Mengenstrom notwendig, wozu bei einer manuellen Steuerung der Benutzer über ein großes Maß an Erfahrung verfügen muss.
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Das Gleiche gilt, wenn das Trägergerät zwei getrennt voneinander steuerbare Hydraulikversorgungen umfasst, mit denen das Schlagwerk und das Drehwerk über einen jeweils zugeordneten Hydraulikkreis getrennt voneinander gesteuert werden können. Die für den Betrieb des Drehwerks sowie des Schlagwerks relevante Größe ist der jeweilige Volumenstrom, der bei dem Drehwerk die Drehzahl und bei dem Schlagwerk die Schlagfrequenz bestimmt.
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Insbesondere bei einfachen Trägergeräten wie einem Bagger steht häufig nur ein Hydraulikkreis zum Betrieb des Bohrhammers zur Verfügung, so dass eine getrennte Ansteuerung der Funktionen Schlagen und Drehen durch zwei separate Hydraulikversorgungen des Trägergerätes nicht möglich ist. Darüber hinaus besteht gerade bei älteren, einfachen Trägergeräten das Problem, dass aufgrund von Verschleiß oder mangels detaillierter technischer Daten die von dem Trägergerät zur Verfügung gestellte Menge an Hydrauliköl nicht genau bekannt ist.
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Aus der
EP 0 243 194 A2 sowie der
US 4 430 926 sind gattungsgemäße hydraulische Bohrhämmer für die Anordnung an einem Trägergerät bekannt, welche jeweils ein hydraulisches Drehwerk, ein hydraulisches Schlagwerk und einen Hydraulikkreis aufweisen, wobei der Hydraulikkreis einen Fluideinlass sowie einen Fluidauslass aufweist und mit dem ein Vorlauf des Drehwerks und ein Vorlauf des Schlagwerks über einen Verteiler parallel geschaltet sind. Gemäß dem Stand der Technik liegt die Priorität auf dem Drehantrieb, wobei gemäß der
US 4 430 926 zunächst auch eine Leerlaufbewegung des Schlagwerkes sichergestellt wird. Erst wenn davon ausgehend das Drehwerk mit einem vorgegebenen Volumenstrom versorgt ist, wird ein weiterer Fluidstrom zu dem Schlagwerk geleitet.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ausgestaltung eines hydraulischen Bohrhammers anzugeben, die auch mit einem einfachen Trägergerät einen effektiven Bohrbetrieb ermöglicht.
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Ausgehend von einem hydraulischen Bohrhammer mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verteiler dazu angerichtet ist, dem Vorlauf des Schlagwerks einen Soll-Volumenstrom und, wenn ein Eingangs-Volumenstrom durch den Fluideinlass den Soll-Volumenstrom übersteigt, dem Vorlauf des Drehwerks einen Differenz-Volumenstrom zuzuführen, der sich aus dem Eingangs-Volumenstrom abzüglich des Soll-Volumenstroms ergibt. Erfindungsgemäß wird damit dem Schlagwerk hinsichtlich der Hydraulikversorgung eine Priorität gegenüber dem Drehwerk zugeordnet. Der Soll-Volumenstrom ist so voreingestellt, dass dabei ein optimaler Betrieb des Schlagwerks möglich ist.
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Der hydraulische Bohrhammer wird im Rahmen der Erfindung üblicherweise so ausgelegt, dass in dem vorgesehenen Normalbetrieb sowohl der hydraulische Drehantrieb als auch der hydraulische Schlagantrieb bei einem jeweils optimalen Volumenstrom betrieben werden können. Insbesondere kann der Hydraulikkreis ein zwischen dem Fluideinlass und dem Verteiler angeordnetes Mengenregelventil aufweisen, welches die von dem Trägergerät zugeführte Menge an Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, auf einen Mengenstrom begrenzt, der dem Soll-Volumenstrom und einem für den Betrieb des Drehwerks optimalen Differenz-Volumenstrom entspricht. Wenn das Trägergerät dabei zumindest die Menge an Hydrauliköl bereitstellt, auf die das beschriebene Mengenregelventil eingestellt ist, erfolgt ein optimaler Betrieb von Schlagwerk und Drehwerk.
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Wenn allerdings der von dem Trägergerät zur Verfügung gestellte Volumenstrom nicht für einen optimalen Betrieb von Schlagwerk und Drehwerk ausreichend ist, wird mit erster Priorität das Schlagwerk versorgt, wobei grundsätzlich zwei Betriebszustände möglich sind. Solang der Eingangs-Volumenstrom den Soll-Volumenstrom übersteigt, resultiert stets auch ein Differenz-Volumenstrom zum Antrieb des Drehwerks. Während in diesem Betriebszustand eine optimale Schlagleistung durch das Schlagwerk gewährleistet ist, ist die Drehzahl des Drehwerks abhängig von dem Eingangs-Volumenstrom reduziert. Falls der Eingangs-Volumenstrom kleiner als der Soll-Volumenstrom ist, wird dem Drehwerk keine Hydraulikflüssigkeit zugeführt, so dass dieses nicht anlaufen kann.
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Die Priorität auf das Schlagwerk ist insbesondere im Bereich des Gesteinsbohrens zum Erzielen des besten Bohrfortschritts vorteilhaft. Selbst wenn der von dem Trägergerät zur Verfügung gestellte Eingangs-Volumenstrom keinen optimalen Betrieb von Drehwerk und Schlagwerk ermöglicht, wird weiterhin eine noch zufriedenstellende Bohrleistung erzielt, solange der Eingangs-Volumenstrom den Soll-Volumenstrom für den Betrieb des Schlagwerks übersteigt.
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Sofern selbst der Soll-Volumenstrom von dem Trägergerät nicht bereitgestellt werden kann, läuft das Drehwerk nicht an. Ein Benutzer erkennt dabei sofort, dass ein zufriedenstellender Betrieb aufgrund der nicht ausreichenden, vom Trägergerät zur Verfügung gestellten Menge an Hydraulikflüssigkeit nicht möglich ist.
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Das vorzugsweise vorgesehene Mengenregelventil kann beispielsweise auf einen Mengenstrom zwischen 50 und 120 l/min (Liter pro Minute) eingestellt werden, wobei der Soll-Volumenstrom für das hydraulische Schlagwerk beispielsweise zwischen 35 und 80 l/min betragen kann. Abhängig von den jeweils eingestellten Werten ergibt sich der Differenz-Volumenstrom, der beispielsweise zwischen 15 und 40 l/min beträgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Vorlauf des Schlagwerks einen parallel zu dem Schlagwerk angeordneten und an dem Fluidauslass angeschlossenen Bypass mit einem schaltbaren Bypassventil aufweist. Durch einen solchen Bypass-Pfad kann das hydraulische Schlagwerk an- und abgeschaltet werden. Wenn der Bypass geöffnet ist, fließt die Hydraulikflüssigkeit direkt von dem Vorlauf des Schlagwerks zu dem Fluidauslass, so dass das Schlagwerk nicht aktiv ist. Nach einem Umschalten des Bypassventils ist der Bypass gesperrt, so dass dann der in den Vorlauf des Schlagwerkes geleitete Soll-Volumenstrom durch das Schlagwerk geführt wird und so das Schlagwerk antreibt.
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Im Rahmen der Erfindung können grundsätzlich weitere hydraulische Elemente, insbesondere Ventile eingesetzt werden. So kann beispielsweise in dem Vorlauf des Drehwerks ein Druckregelventil angeordnet sein, welches an dem Eingang des Drehwerks einen unzulässigen Überdruck vermeidet. Darüber hinaus kann an dem Drehwerk auch ein 4/2-Wegeventil vorgesehen sein, um die Drehrichtung des Drehwerks verändern zu können. Auch wenn bei dem Schlagbohren in der Regel stets eine vorgegebene, auf die Ausgestaltung einer über ein Bohrgestänge an den Bohrhammer angeschlossenen Bohrkrone, angepasste Drehrichtung vorgesehen wird, kann eine Umkehrung der Drehrichtung beispielsweise für ein Herausfahren des Bohrwerkzeuges aus dem Bohrloch zweckmäßig sein.
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Die beschriebenen Ventile, insbesondere das vorzugsweise vorgesehene Mengenregelventil sowie das vorzugsweise als Verteiler vorgesehene 3-Wege-Stromregelventil können einstellbar sein, wozu beispielsweise eine das jeweilige Ventil abstützende Feder unterschiedlich stark vorgespannt werden kann. Eine solche Einstellung soll aber im Rahmen der Erfindung vorzugsweise nur ab Werk oder zu Wartungszwecken erfolgen. Die Verstellung der Schaltcharakteristik der Ventile während des Betriebs ist nicht vorgesehen. Der erfindungsgemäße Bohrhammer soll nämlich gerade ohne einen weiteren Benutzereingriff auch von fachlich nicht ausgebildetem Personal an ein Trägergerät adaptierbar und von dort bedienbar sein. Der erfindungsgemäße hydraulische Bohrhammer ist dann so eingerichtet, dass er lediglich an einem Trägergerät oder Baggeranbaulafette angeordnet und dann im Sinne einer ”Black Box” betrieben wird.
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Als Verstellmöglichkeiten des Bohrhammers ergeben sich für den Benutzer dann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nur die Möglichkeit, das Schlagwerk ein- und auszuschalten oder optional auch die Drehrichtung des Drehwerks umzukehren. Grundsätzlich sind dazu verschiedene Schaltungsmöglichkeiten denkbar. Neben einer mechanischen Umschaltung direkt an dem Bohrhammer kommen auch elektrisch und/oder hydraulisch schaltbare Ventile in Betracht.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anordnung mit dem beschriebenen hydraulischen Bohrhammer und einem Trägergerät, an welchem der Bohrhammer angeordnet ist, wobei das Trägergerät eine Hydraulikversorgung aufweist und wobei der Bohrhammer mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass an die Hydraulikversorgung angeschlossen ist. Bei dem Trägergerät kann es sich z. B. um einen einfachen Bagger handeln. Das Trägergerät weist üblicherweise einen Tank für die Hydraulikflüssigkeit, eine Hydraulikpumpe sowie ein Ventil zum Ein- und Ausschalten der Hydraulikversorgung auf.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch die Verwendung des beschriebenen hydraulischen Bohrhammers mit einem Bagger als Trägergerät zur Erzeugung von Sprenglochbohrungen und vielen kleineren Bohrungen in Reihe, um Gesteinsblöcke herauszutrennen. Gerade bei der Erzeugung von Sprenglochbohrungen im Gestein und den vielen kleineren Reihenbohrungen im Gestein, ist die Priorisierung des Schlagwerks gegenüber dem Drehwerk besonders vorteilhaft.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert.
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Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung die hydraulische Schaltung einer Anordnung mit einem hydraulischen Bohrhammer und einem Trägergerät.
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Die einzige Figur zeigt die hydraulischen Komponenten eines Bohrhammers 1, der an ein Trägergerät 2, beispielsweise einem Bagger, angeschlossen ist. Der hydraulische Bohrhammer 1 umfasst ein hydraulisches Drehwerk 3, ein hydraulisches Schlagwerk 4 sowie einen Hydraulikkreis 5, der einen Fluideinlass 6 sowie einen Fluidauslass 7 aufweist.
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Das Trägergerät 2 ist mit einer Hydraulikversorgung 8 ausgerüstet, die in einem offenen Kreislauf einen Tank 9 für Hydrauliköl, eine Hydraulikpumpe 10, eine Druckanzeige 11, ein Überdruckventil 12 sowie ein Schaltventil 13 aufweist. Das Schaltventil 13 ist dazu vorgesehen, die Hydraulikversorgung 8 des Bohrhammers ein- und auszuschalten. In der Schaltstellung ”AUS” wird das mit der Hydraulikpumpe 10 aus dem Tank 9 geförderte Hydrauliköl direkt wieder in den Tank 9 zurückgeleitet. Bei der Schaltstellung ”EIN” gelangt das aus dem Tank 9 geförderte Hydrauliköl zu dem Fluideinlass 6 des Bohrhammers 1. Die Hydraulikversorgung 8 weist schließlich noch in einem Rücklauf einen Kühler 14 für das zurückfließende Hydrauliköl auf.
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Unmittelbar hinter dem Fluideinlass 6 des Bohrhammers 1 ist zunächst ein Mengenregelventil 15 angeordnet, welches den Fluidstrom auf einen eingestellten Höchstwert begrenzt. Danach ist ein Verteiler 16 vorgesehen, mit dem ein Vorlauf 17 des Drehwerks 3 und ein Vorlauf 18 des Schlagwerks 4 parallel geschaltet sind.
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Erfindungsgemäß ist der Verteiler 16 dazu eingerichtet, dem Vorlauf 18 des Schlagwerks 4 einen Soll-Volumenstrom und, wenn ein Eingangs-Volumenstrom durch den Fluideinlass 6 den Soll-Volumenstrom gemäß dem vorgesehenen Normalbetrieb übersteigt, dem Vorlauf 17 des Drehwerks 3 einen Differenz-Volumenstrom zuzuführen, der sich aus dem Eingangs-Volumenstrom abzüglich des Soll-Volumenstroms ergibt. Wenn der von dem Trägergerät 2 maximal bereitgestellte Volumenstrom gleich oder größer als der von dem Mengenregelventil 15 festgelegte Volumenstrom ist, werden das Drehwerk 3 und das Schlagwerk 4 mit einer jeweils angepassten optimalen Menge an Hydrauliköl versorgt.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verteiler 16 als 3-Wege-Stromregelventil ausgestaltet.
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Um das Schlagwerk 4 separat Ein- und Ausschalten zu können, ist parallel zu dem Schlagwerk 4 ein Bypass 19 mit einem schaltbaren Bypassventil 20 vorgesehen, welcher dem Vorlauf 18 des Schlagwerks 4 mit dem Fluidauslass 7 verbindet. In der Stellung ”Schlagwerk AUS” gelangt die in den Vorlauf 18 des Schlagwerks 4 eingeleitete Hydraulikflüssigkeit direkt zu dem Fluidauslass 7, so dass dann das Schlagwerk 4 nicht aktiv ist. In der Schaltstellung ”Schlagwerk EIN” sperrt dagegen das Bypassventil 20 in dem Bypass 19.
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Durch die Priorisierung des Schlagwerks 4 kann auch ohne Benutzereingriff und ohne eine weitere Einstellung bei unterschiedlichen Betriebszuständen eine zufriedenstellende Bohrleistung erreicht werden.
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Gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel fördert die Hydraulikpumpe 10 der Hydraulikversorgung 8 des Trägergerätes 2 einen Volumenstrom zwischen 62 und 110 l/min. Schwankungen in dem angegebenen Bereich können sich beispielsweise durch einen Verschleiß des Trägergerätes 2 oder auch durch unterschiedliche Belastungszustände des Trägergerätes 2 ergeben.
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Gemäß der üblichen Ausgestaltung eines Hydraulikkreislaufes 8 kann das Überdruckventil 12 auf einen Höchstwert zwischen 180 und 210 bar eingestellt sein. Mit dem Schaltventil 13 wird die Hydraulikversorgung 8 ein- und ausgeschaltet.
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Bei der für die Hydraulikpumpe 10 angegebenen Schwankungsbreite der Förderleistung ist gemäß dem konkreten Ausführungsbeispiel das Mengenregelventil 15 auf einem Durchfluss von 75 l/min eingestellt. Der nachgelagerte Verteiler 16 leitet gemäß dem konkreten Ausführungsbeispiel einen Volumenstrom von 55 l/min zu dem Vorlauf 18 des Schlagwerks 4, wobei dann der Differenzvolumenstrom zu dem Vorlauf 17 des Drehwerks 3 geleitet wird.
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Wenn die Hydraulikpumpe ausgehend von dem angegebenen Bereich zwischen 62 bis 110 l/min zumindest einen Volumenstrom von 75 l/min bereitstellt, beträgt der Differenz-Volumenstrom stets 20 l/min, wobei dann ein optimaler Betrieb des Schlagwerks 4 und des Drehwerks 3 möglich ist. Wenn dagegen der von der Hydraulikversorgung 8 bereitgestellte Volumenstrom weniger als 75 l/min beträgt, ist der Differenz-Volumenstrom in den Vorlauf 17 des Drehwerks 3 reduziert, so dass entsprechend das Drehwerk 3 langsamer dreht. Das Schlagwerk 4 wird aber weiterhin mit einem Volumenstrom von 55 l/min versorgt.
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Wenn beispielsweise die Hydraulikversorgung 8 lediglich 62 l/min bereitstellen kann, ergibt sich für das Drehwerk 3 ein Differenz-Volumenstrom von 7 l/min, der zumindest noch für eine langsame Drehung des Drehwerks 3 ausreichend ist, während das Schlagwerk 4 bei der vollen Leistung arbeitet.
