DE1185553B

DE1185553B - Downhole hammer

Info

Publication number: DE1185553B
Application number: DEI8541A
Authority: DE
Inventors: William A Morrison
Original assignee: Ingersoll Rand Co
Current assignee: Ingersoll Rand Co
Priority date: 1954-04-20
Filing date: 1954-04-20
Publication date: 1965-01-21

Description

Tieflochbohrhammer Die Erfindung betrifft einen Tieflochbohrhammer mit schlagkolbengesteuertem Auspuff der Arbeitsluft auf die Bohrlochsohle zur Luftspülung.Deep-hole hammer The invention relates to a deep-hole hammer with impact piston-controlled exhaust of the working air to the bottom of the borehole for air purging.

Die Luftspülung bei Tieflochbohrhämmern ist bekannt. Es ist auch allgemein bei Bohrhämmern üblich, mit dem Kolben zusammenarbeitende AuslaßöfFnungen für die Abluft vorzusehen, aus denen die Abluft nach überfliegen durch den Kolben entweicht. Bekannt sind auch bei Tieflochbohrhämmern an jedem Ende der Kolbenkammer vorhandene Ventilvorrichtungen, die mit dem Kolben zusammenwirken, um abwechselnd Luft aus den Enden der Kammer zum Abluftkanal zu leiten.Air purging in deep-hole hammers is known. It's also general Common in rotary hammers, with the piston cooperating outlet openings for the Provide exhaust air from which the exhaust air escapes after flying over the piston. Are also known in deep-hole hammers at each end of the piston chamber Valve devices that cooperate with the piston to alternately extract air the ends of the chamber to the exhaust duct.

Gegenüber diesen bekannten Ausführungen wird nun der technische Fortschritt des neuen Tieflochbohrhammers in der Ausbildung des Kolbens gesehen, der, ohne weitere in der Seitenwand des Hammers Vorhandene Kanäle und ohne weitere in der Seitenwand des Hammers vorhandene Bohrungen, die Steuerung des Schlagkolbens ermöglicht. Hierdurch wird eine wesentliche Verstärkung des Hammers erreicht. Bekanntlich muß der Außendurchmesser des Bohrgehäuses kleiner sein als die Weite des Bohrloches. Müßten in dem Bohrergehäuse besondere Kanäle und Bohrungen vorgesehen werden, dann wäre eine solche Forderung nur mit einer Komplizierung des Gehäuses lösbar, was wiederum mit einer Schwächung der Gehäusewandung einhergeht.Compared to these known versions, the technical progress is now of the new downhole hammer in the formation of the piston seen, without further There are channels in the side wall of the hammer and no other channels in the side wall existing holes of the hammer, which enables the control of the percussion piston. Through this a substantial reinforcement of the hammer is achieved. As is known, the outer diameter must of the drill casing must be smaller than the width of the borehole. Should be in the drill case special channels and bores are provided, then such a requirement would be only solvable with a complication of the housing, which in turn leads to a weakening the housing wall.

Der eingangs erwähnte neue Tieflochbohrhammer kennzeichnet sich dadurch, daß der Kolben zum Auslassen der Abluft mit einer über den größten Teil des Kolbenweges verschlossenen, dem Abluftkanal koaxialen Bohrung versehen ist und an seinem vorderen Ende im Außendurchmesser abgesetzt ist.The new deep-hole hammer mentioned at the beginning is characterized by that the piston to discharge the exhaust air with one over the major part of the piston path closed, the exhaust duct is provided coaxial bore and at its front The end is offset in the outer diameter.

Dabei besteht die Verschließvorrichtung am hinteren Ende des Zylinders aus einem festen Bolzen, der so lang ist, daß er die Bohrung schließt, bis der Kolben sich in der Nähe seiner hinteren Endstellung befindet. In der Zeichnung ist F i g. 1 eine teilweise geschnittene Außenansicht des erfindungsgemäßen Tieflochbohrhammers, aus der die Lage der verschiedenen Bauteile sichtbar ist, und F i g. 2 ist ein Längsschnitt des Bohrergehäuses mit der Schlagvorrichtung und der Spülanordnung, durch die Druckluft der Bohrlochsohle zugeführt wird.The locking device is at the rear end of the cylinder from a solid bolt long enough to close the bore until the piston is near its rear end position. In the drawing, F i G. 1 shows a partially sectioned external view of the deep-hole hammer according to the invention, from which the position of the various components can be seen, and FIG. 2 is a longitudinal section the drill housing with the impact device and the flushing arrangement, by the compressed air is fed to the bottom of the borehole.

Die eine bevorzugte Ausführung des Tieflochbohrhammers darstellende F i g. 1 zeigt einen Umlaufmotor 10, der durch Zufuhr von über eine Leitung 12 zugeführte Druckluft angetrieben wird. Die Motorkraft wird über die Welle 14 und zwei Zahnräder 16 auf eine Spindel 18 übertragen. Das freie Ende 20 der Spindel 18 ist auf einen Stoßdämpfer 22 aufgeschraubt, der dazu dient, die bei dem Arbeiten des Bohrers auftretenden Gegendruckkräfte aufzunehmen. Der Stoßdämpfer 22 ist mit einer Gruppe von Bohrstangenabschnitten 24 durch Schraubgewinde verbunden, die mit einem Bohrhammergehäuse 26 in Verbindung stehen, das in das gebohrte Loch eingesetzt werden soll. Ein Bohrwerkzeug 28 ist gleitbar in das Bohrhammergehäuse 26 eingesetzt und überträgt beim Antrieb Hammerschläge auf das zu zerkleinernde Gestein. Im Motorgehäuse 30 befindet sich eine zweite Leitung 32, für Druckluft, die zur Spindel 18 und von dort über den Stoßdämpfer 22 und die Bohrstangenabschnitte 24 zum Bohrhammergehäuse 26 gelangt. Die Kanäle in den Bohrstangenabschnitten 24 führen die Druckluft einem entsprechenden Kanal 46 des Bohrhammergehäuses 26 zu, in dem eine Ventileinrichtung 80 die Enden des in dem Bohrhammergehäuse 26 befindlichen Zylinders 48 abwechselnd füllt. Aus dem Zylinder 48 strömt die ausgedehnte Druckluft durch einen Abluftkanal 50 in das Bohrwerkzeug 28, wo die Druckluft der Bohrlochsohle zugeführt wird.The one preferred embodiment of the downhole hammer showing FIG. 1 shows a rotary motor 10 which is driven by the supply of compressed air supplied via a line 12. The motor power is transmitted to a spindle 18 via the shaft 14 and two gears 16. The free end 20 of the spindle 18 is screwed onto a shock absorber 22, which serves to absorb the counter-pressure forces occurring when the drill is working. The shock absorber 22 is connected to a group of drill rod sections 24 by screw threads which communicate with a hammer drill housing 26 which is to be inserted into the drilled hole. A drilling tool 28 is slidably inserted into the hammer drill housing 26 and, when driven, transmits hammer blows to the rock to be crushed. In the motor housing 30 there is a second line 32 for compressed air, which reaches the spindle 18 and from there via the shock absorber 22 and the drill rod sections 24 to the hammer drill housing 26. The channels in the drill rod sections 24 lead the compressed air to a corresponding channel 46 of the hammer drill housing 26 , in which a valve device 80 alternately fills the ends of the cylinder 48 located in the hammer drill housing 26. The expanded compressed air flows from the cylinder 48 through an exhaust duct 50 into the drilling tool 28, where the compressed air is fed to the bottom of the borehole.

Das Bohrhammergehäuse 26 hat an seinem Vorderende eine Ausnehmung 64 zur Aufnahme des Bohrwerkzeuges 28. Diese Ausnehmung enthält eine Gruppe von Keilnuten 66, die in eine Gruppe von an der äußeren Umfangsfläche des Bohrwerkzeuges 28 vorgesehenen entsprechenden Keilnuten 68 verriegelt eingreifen, so daß die Drehung des Bohrhammergehäuses 26 auf das Bohrwerkzeug 28 übertragen wird.The hammer drill housing 26 has a recess at its front end 64 for receiving the drilling tool 28. This recess contains a group of Keyways 66 formed in a group of on the outer peripheral surface of the drilling tool 28 provided corresponding keyways 68 interlocked so that the rotation of the hammer drill housing 26 is transferred to the drilling tool 28.

Eine nähere Beschreibung der Stoßvorrichtung und der Einrichtung zum Zuführen von Druckluft zur Bohrlochsohle erfolgt an Hand der F i g. 2. Das Bohrhammergehäuse 26 enthält einen Zylinder 48; in dem ein Kolben 70 bei Ausdehnung der innerhalb der Kammer befindlichen Druckluft betätigt wird, um auf das in dem Bohrhammergehäuse gleitbar gelagerte Bohrwerkzeug 28 aufzuschlagen. Zwischen dem Zylinder 48 und der das Bohrwerkzeug aufnehmenden Ausnehmung 64 besteht über eine Ausnehmung 72 eine Verbindung, die -für gewöhnlich offen ist, wenn sich der Kolben 70 am hinteren Ende 74 des Zylinders 48 befindet, die aber geschlossen wird, wenn sich der Kolben im vorderen Ende 76 des Zylinders 48 befindet. Der Kolben 70 weist eine Bohrung 78 auf, die koaxial mit dem Abluftkanal 50 des Bohrwerkzeuges 28 verläuft, so daß das hintere Ende 74 des Zylinders 48 mit der Bohrlochsohle in Verbindung steht, wenn der Kolben 70 seine vordere Einstellung einnimmt. Die Bohrlochsohle steht demzufolge einmal mit dem vorderen Ende 76 des Zylinders 48 in Verbindung, wenn der Kolben 70 sich in seiner hinteren Endstellung befindet, zum anderen mit dem hinteren Ende 74 des Zylinders 48, wenn der Kolben 70 seine vordere Endstellung eingenommen hat.A more detailed description of the impact device and the device for supplying compressed air to the bottom of the borehole is given with reference to FIG. 2. The hammer drill housing 26 includes a cylinder 48; in which a piston 70 is actuated upon expansion of the compressed air located within the chamber in order to strike the drilling tool 28, which is slidably mounted in the hammer drill housing. Between the cylinder 48 and the recess 64 receiving the drilling tool there is a connection via a recess 72 which is usually open when the piston 70 is at the rear end 74 of the cylinder 48, but which is closed when the piston is in the front end 76 of cylinder 48 is located. The piston 70 has a bore 78 which is coaxial with the exhaust duct 50 of the drilling tool 28 so that the rear end 74 of the cylinder 48 is in communication with the bottom of the borehole when the piston 70 assumes its forward position. The bottom of the borehole is consequently connected to the front end 76 of the cylinder 48 when the piston 70 is in its rear end position and to the rear end 74 of the cylinder 48 when the piston 70 has assumed its front end position.

Eine Ventileinrichtung 80 im Bohrgehäuse 26 versorgt abwechselnd die Endabschnitte des Zylinders 48 mit Druckluft. Sie besteht aus zwei Teilen 82 und 84, deren Mittelbohrungen 86 einen zylindrischen Bolzen 88 aufnehmen können. Am hinteren Ende 90 dieses Bolzens befindet sich eine mit der Zuführleitung 46 in Verbindung stehende Ausnehmung 92, während er mit seinem vorderen Ende 94 über die Ventilvorrichtung hinaus in den Zylinder 48 hineinragt, und dadurch mit dem Kanal 78 des Kolbens 70 Verbindung besitzt. Der Ventilteil 82 weist seinerseits eine Ringkammer 96 auf, die mit dem Vorderende 76 des Zylinders 48 mittels eines Kanales 98 in Verbindung steht, der sich in der Wand 100 des BQhrhanunergehäuses 26 befindet. Außerdem steht diese Ringkammer mit der in dem Bolzen 88 befindlichen Ausnehmung 92 über die Kanäle 102 in Verbindung. Druckluft aus der Zuführleitung 46 wird daher aus der Ausnehmung 92 durch die Kanäle 102 hindurch zur Kammer 96 und von dort in den Kanal 98 zum Vorderende 76 des Zylinders 48 geleitet. Eine Ausnehmung 104 und ein Kanal 106 des Ventilteils 82 stellen eine Verbindung mit einer im Ventilteil 84 vorgesehenen Ringkammer 108 her. Da schließlich in diesem Ventilteil 84 noch ein zweiter Kanal 110 vorgesehen ist, steht die Ringkammer 108 auch mit dem hinteren Ende 74 des Zylinders 48 in Verbindung. Auf diese Weise wird Druckluft von der Vorratsleitung über den Kanal 106 zur Kammer 108 und von dort in dem Kanal 110 zum Zylinder 48 geleitet.A valve device 80 in the drill housing 26 alternately supplies the end sections of the cylinder 48 with compressed air. It consists of two parts 82 and 84, the central bores 86 of which can receive a cylindrical bolt 88. At the rear end 90 of this bolt there is a recess 92 which is in communication with the supply line 46, while its front end 94 projects beyond the valve device into the cylinder 48, and is thereby connected to the channel 78 of the piston 70 . The valve part 82 in turn has an annular chamber 96 which is in communication with the front end 76 of the cylinder 48 by means of a channel 98 which is located in the wall 100 of the tube housing 26. In addition, this annular chamber is connected to the recess 92 located in the bolt 88 via the channels 102 . Compressed air from the supply line 46 is therefore conducted from the recess 92 through the channels 102 to the chamber 96 and from there into the channel 98 to the front end 76 of the cylinder 48 . A recess 104 and a channel 106 of the valve part 82 establish a connection with an annular chamber 108 provided in the valve part 84. Finally, since a second channel 110 is also provided in this valve part 84 , the annular chamber 108 is also connected to the rear end 74 of the cylinder 48 . In this way, compressed air is conducted from the supply line via the channel 106 to the chamber 108 and from there in the channel 110 to the cylinder 48 .

Die Ventilteile 82 und 84 begrenzen gemeinsam eine Kammer 112, in der ein büchsenähnliches Ventil 114 verschiebbar angeordnet ist und den Zufluß der Druckluft zum Zylinder regelt. Der obere bzw. rückliegende Teil 116 des Ventiles 114 liegt zwischen dem Bolzen 88 und dem Ventilteil 82 und hält die Ver-Bindung,zwischen den in dem Bolzen 88 befindlichen Kanälen 102 und der in dem Ventilteil 82 vorgesehenen Ringkammer 96 aufrecht. Der untere bzw. vorn liegende Teil 118 dieses Ventiles liegt zwischen den Ventilteilen 82 und 84 und hält seinerseits eine Verbindung zwischen den in den Ventilteilen 82 und 84 angeordneten Kanälen 106 und 110 aufrecht.The valve parts 82 and 84 together delimit a chamber 112 in which a sleeve-like valve 114 is slidably arranged and regulates the flow of compressed air to the cylinder. The upper or rearward part 116 of the valve 114 lies between the bolt 88 and the valve part 82 and maintains the connection between the channels 102 located in the bolt 88 and the annular chamber 96 provided in the valve part 82. The lower or front part 118 of this valve lies between the valve parts 82 and 84 and in turn maintains a connection between the channels 106 and 110 arranged in the valve parts 82 and 84 .

Das erwähnte Ventil 114 wird von Druckluft beaufschlagt, die aus dem Zylinder 48 durch zwei in der Wand 124 des Bohrhammergehäuses 26 befindliche Kanäle 120 und 122 zugeführt wird. Gibt der Kolben 70 den Kanal 120 frei, dann gelangt die Druckluft aus dem vorderen Ende 76 des Zylinders 48 zur unteren Ventilfläche 126 des Ventiles 114 und schiebt es in seine obere Grenzstellung. Gibt aber der Kolben 70 den Kanal 122 frei, dann strömt die Druckluft aus dem hinteren Ende 74 des Zylinders 48 zur gegenüberliegenden oder oberen Ventilfläche 128 und verschiebt das Ventil 144 in seine untere Grenzstellung.The aforementioned valve 114 is acted upon by compressed air which is supplied from the cylinder 48 through two channels 120 and 122 located in the wall 124 of the hammer drill housing 26. If the piston 70 releases the channel 120, the compressed air then passes from the front end 76 of the cylinder 48 to the lower valve surface 126 of the valve 114 and pushes it into its upper limit position. If, however, the piston 70 releases the channel 122, then the compressed air flows from the rear end 74 of the cylinder 48 to the opposite or upper valve surface 128 and moves the valve 144 into its lower limit position.

Die Zeichnung stellt die Arbeitsphase dar, bei der der Kolben 70 gerade auf das Bohrwerkzeug 28 aufschlägt. Das verschiebbare Ventil 114 hat also seine untere Stellung erreicht, bei der eine Verbindung zwischen der in dem Bolzen 88 befindlichen Ausnehmung 92 und der in dem Ventilteil 82 befindlichen Kammer 96 besteht. Auf diese Weise wird dem Vorderende 76 des Zylinders 48 in dem Kanal 98 Druckluft zugeführt und der Kolben 70 nach oben zur Ventilvorrichtung 80 bewegt. In diesem Augenblick tritt der Bolzen 88 in die Mittelbohrung 78 des Kolbens 70 ein, die sich durch die gesamte Länge des Kolbens 70 erstreckt, so daß also keine Verbindung zwischen dem hinteren Ende 74 des Zylinders 48 und dem Bohrwerkzeug 28 besteht. Hat andererseits der Kolben 70 den im Bohrhammergehäuse 26 angeordneten Kanal 120 freigegeben, dann wird Druckluft aus dem Vorderende 76 des Zylinders 48 zur Unterseite 126 des verschiebbaren Ventiles 114 geleitet und verschiebt dieses in seine obere Stellung. Dabei hört der Zufluß von Druckluft zum Vorderende des Zylinders 48 allmählich auf und läßt diese Druckluft nunmehr über den Kanal 110 zum hinteren Ende 74 des Zylinders 48 strömen. Die am Vorderende 76 des Zylinders 48 vorhandene Druckluft wird über das Bohr-Werkzeug 28 zur Bohrlochsohle geleitet, weil der Kolben 70 völlig aus der zwischen dem Zylinder 48 und der Ausnehmung 64 für das Bohrwerkzeug 28 befindlichen Öffnung 72 zurückgezogen worden ist.The drawing shows the working phase in which the piston 70 is just striking the drilling tool 28. The displaceable valve 114 has thus reached its lower position, in which there is a connection between the recess 92 located in the bolt 88 and the chamber 96 located in the valve part 82. In this way, compressed air is supplied to the front end 76 of the cylinder 48 in the channel 98 and the piston 70 is moved upwards towards the valve device 80 . At this moment, the bolt 88 enters the central bore 78 of the piston 70, which extends through the entire length of the piston 70, so that there is no connection between the rear end 74 of the cylinder 48 and the drilling tool 28. If, on the other hand, the piston 70 has released the channel 120 arranged in the hammer drill housing 26 , then compressed air is passed from the front end 76 of the cylinder 48 to the underside 126 of the displaceable valve 114 and moves it into its upper position. The flow of compressed air to the front end of the cylinder 48 gradually ceases and this compressed air can now flow via the channel 110 to the rear end 74 of the cylinder 48. The compressed air present at the front end 76 of the cylinder 48 is conducted via the drilling tool 28 to the bottom of the borehole because the piston 70 has been completely withdrawn from the opening 72 located between the cylinder 48 and the recess 64 for the drilling tool 28 .

Ist genügend Druckluft dem hinteren Ende 74 des Zylinders 48 zugeführt worden, dann wird der Kolben 70 auf einem Arbeitshub nach unten gedrückt. Hierbei gibt er den in dem Bohrhammergehäuse 26 befindlichen Kanal 122 frei und ermöglicht den Druckluftzustrom zur oberen Seite 128 des verschiebbaren Ventiles 114, das nunmehr in seine untere Grenzstellung gelangen kann, wodurch die Druckluft in dem Kanal 98 zum Vorderende 76 des Zylinders 48 strömt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 70 gelangt der Bolzen 88 aus der Bohrung 78 heraus, wodurch das hintere Ende 74 des Zylinders 48 mit der Bohrlochsohle über den im Bohrwerkzeug 28 vorgesehenen Abluftkanal50 verbunden ist. Es kann somit die in dem Zylinder 48 befindliche Druckluft abwechselnd aus beiden Endabschnitten des Zylinders 48 zur Bohrlochsohle ausgestoßen werden.When sufficient compressed air has been supplied to the rear end 74 of the cylinder 48, the piston 70 is pushed down on one working stroke. In doing so, it releases the channel 122 located in the hammer drill housing 26 and enables the flow of compressed air to the upper side 128 of the displaceable valve 114, which can now reach its lower limit position, whereby the compressed air flows in the channel 98 to the front end 76 of the cylinder 48 . During the downward movement of the piston 70 , the bolt 88 comes out of the bore 78, as a result of which the rear end 74 of the cylinder 48 is connected to the bottom of the borehole via the exhaust duct 50 provided in the drilling tool 28. The compressed air located in the cylinder 48 can thus be ejected alternately from both end sections of the cylinder 48 to the bottom of the borehole.

Claims

Claims: 1. Deep-hole hammer with impact piston-controlled exhaust of the working air to the bottom of the borehole for air flushing, characterized in that the piston (70) for discharging the exhaust air with a coaxial bore (78) closed over most of the piston path, the exhaust duct (50) ) is provided and is offset at its front end in the outer diameter. 2. Deep hole hammer according to claim 1, characterized in that the closing device at the rear end (74) of the cylinder (48) consists of a fixed bolt (88) which is so long that it closes the bore (78) until the piston (70) is almost in its front end position. 3. Deep hole hammer according to claim 1, characterized in that the closing device for the exhaust duct (50) at the front end of the cylinder (48) consists of a recess (72) corresponding to the remote piston end, which is closed by the remote piston end until the piston (70) is in the vicinity of its rear end position. Considered publications: German Patent Nos. 201368, 403 372, 438 742, 440 946, 849 230, 885 685; US: Patent No. 1015 798, 1250 103, 2507585;. British Patent No. 328,629; "Erzmetall" magazine, 1953, pp. 494 to 496; Engineering and Chimestry Journal, 1951, p.93.