Hydraulisch betriebener Bohrhammer Die Arbeitsweise eines Bohrhammers
besteht darin, daß ein Schlagkolben seine kinetisch gespeicherte Energie schlagartig
an die Bohrstange abgibt, die die Schlagenergie bis zur Bohrschneide überträgt.
Die Bohrschneide dringt dadurch je nach Gesteinshärte und Größe der Schlagenergie
mehr oder weniger tief keilförmig in das Gestein ein. Würde die Bohrschneide in
ihrer Lage verharren, so würde sie unter den nachfolgenden Schlägen in die begonnene
Kerbe zwar noch etwas tiefer eindringen. Nach einigen Schlägen wären aber die zur
Berührung kommenden Flächen zwischen Gestein und Bohrschneideso groß geworden und
damit die spezifische Flächenbelastung so gering, daß die Schlagenergie wirkungslos
von der Bohrschneide refiektiert würde. Damit der nachfolgende Schlag eine möglichst
große Zerkleinerungswirkung auf der Bohrlochsohle zeigt, ist es also notwendig,
die Bohrschneide nach jedem Schlag um einen bestimmten Winkel zu versetzen. Der
Bohrhammer besitzt daher häufig außer dem Schlagwerk auch noch ein Drehwerk, das
auf die Bohrstange einwirkt und diese unabhängig von der Bewegung des Schlagkolbens
in Drehung versetzt. Die Drehung der Bohrschneide kann aber auch durch im Schlagkolben
vorgesehene Schräg- und Geradnuten erfolgen, derart, daß der Schlagkolben intermittierend
die Bohrstange beim Rück- oder Vorwärtshub um einen bestimmten Winkel dreht. Als
Antriebsmedium für Bohrhämmer eignen sich Preßluft sowie hydraulische und elektrische
Energie.Hydraulically operated hammer drill The way a hammer works is that a percussion piston suddenly transfers its kinetically stored energy to the drill rod, which transfers the impact energy to the drill bit. The cutting edge penetrates the rock more or less deeply in a wedge shape, depending on the hardness of the rock and the size of the impact energy. If the cutting edge remained in its position, it would penetrate the notch started a little deeper under the subsequent blows. After a few blows, however, the surfaces that come into contact between the rock and the cutting edge would have become so large and thus the specific surface loading so low that the impact energy would be ineffectively reflected by the cutting edge. So that the following blow shows the greatest possible crushing effect on the bottom of the borehole, it is necessary to move the cutting edge by a certain angle after each blow. In addition to the hammer mechanism, the rotary hammer therefore often also has a rotating mechanism which acts on the drill rod and sets it in rotation independently of the movement of the impact piston. The rotation of the cutting edge can, however, also take place by means of inclined and straight grooves provided in the percussion piston, in such a way that the percussion piston intermittently rotates the drill rod through a certain angle during the backward or forward stroke. Compressed air as well as hydraulic and electrical energy are suitable as drive media for rotary hammers.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulisch betriebenen Bohrhammer.
Derartige Bohrhämmer, bei denen die Drehung der Bohrschneide zweckmäßigerweise mittels
eines Drehwerkes erfolgt, haben in leicht bohrbarem Gestein, ohne Risse und Klüfte,
ein bestimmtes Drelunoment und eine bestimmte Drehzahl, die man als Nenngrößen bezeichnet,
aufzubringen. Unter schwierigen Gebirgsverhältnissen steigt das an der Bohrstange
benötigte Drehmoment etwa um den Faktor 10 des Nenndrehmomentes. Die Drehzahl
soll aber bei der Schwankung des Drehmomentes um den Faktor 10 annähernd
auf ± 20 1/o der Nenndrehzahl konstant bleiben. Wünschenswert ist weiterhin,
daß die Schlagenergie des Kolbens beim Bohren unter schwierigen Gebirgsverhältnissen
reduziert wird, um zu verhindern, daß die Bohrschneide in einer Kluft oder einem
Riß des Gebirges so festgehalten wird, daß das Drehmoment nicht mehr ausreicht,
die Bohrschneide zu lösen.The present invention relates to a hydraulically operated hammer drill. Such rotary hammers, in which the rotation of the cutting edge is expediently carried out by means of a rotating mechanism, have to apply a certain torque and a certain speed, which are referred to as nominal sizes, in easily drilled rock, without cracks and fissures. Under difficult rock conditions, the torque required on the drill rod increases by a factor of around 10 of the nominal torque. If the torque fluctuates by a factor of 10 , the speed should remain almost constant to ± 20 1 / o of the nominal speed. It is also desirable that the impact energy of the piston when drilling under difficult rock conditions is reduced in order to prevent the cutting edge from being held in a crevice or a crack in the rock so that the torque is no longer sufficient to loosen the cutting edge.
Die vorgenannten Forderungen werden erfindungsgemäß dadurch erfüllt,
daß bei einem hydraulisch betriebenen Bohrhammer mit getrenntem Schlag-und Drehwerk,
diese hydraulisch in Reihe geschaltet sind, wobei gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung zwischen hydraulischem Ein- und Auslaß des Drehwerkes, in Parallelschaltung
zu diesem, ein verstellbares Druckbegrenzungsventil vorgesehen ist, das sich bei
Erreichen eines einstellbaren überdruckes pa so weit öffnet, daß der Druck am Drehwerk
den Wert p. nicht überschreitet.The aforementioned requirements are met according to the invention in that, in the case of a hydraulically operated hammer drill with separate impact and rotating mechanism, these are hydraulically connected in series, according to a further feature of the invention between the hydraulic inlet and outlet of the rotating mechanism, in parallel with this adjustable pressure relief valve is provided which, when an adjustable overpressure pa is reached, opens so far that the pressure at the slewing gear reaches the value p. does not exceed.
Dadurch steht ein Drehmomentbereich zur Verfügung vom Nenndrehmoment
bis zum zehnfachen des Nenndrehmomentes, wobei die Drehzahl vom Leerlauf bis zum
höchsten Drehmoment nicht mehr als ±201/o von der Nenndrehzahl abweicht. Ferner
wird eine Verringerung der Schlagenergie mit wachsendem Drehmomentbedarf an der
Bohrstange erzielt.This means that a torque range from the nominal torque is available
up to ten times the nominal torque, with the speed from idling to
maximum torque does not deviate from the rated speed by more than ± 201 / o. Further
there is a reduction in the impact energy with increasing torque requirements at the
Achieved boring bar.
Es sind zwar schon hydraulisch betriebene Bohrhämmer mit getrenntem
Schlag- und Drehwerk bekannt. Bei diesen Bohrhämmern sind Schlag- und DrehwÜk jedoch
hydraulisch parallel geschaltet. Dadurch steigt beim Sinken des von der Bohrstange
benötigten Drehmoments die Drehzahl an. Das ist aber aus zwei Gründen unerwünscht.
Erstens verhindert eine zu schnelle Drehung der Bohrstange optimale Bohrbedingungen,
und zweitens würde der ölbedarf des Drehwerkes im Nennbetrieb unerträglich hoch
sein, da der ölbedarf proportional der Drehzahl ist. Eine Abhilfe wäre eine drehzahlabhängige
Reduzierung des Druckes vor dem Motor, und zwar so, daß ün Nennbetrieb dem Motor
nur noch der Druck. angeboten wird, der im Motor bei der Neundrehzahl gerade das
Nenndrehmoment erzeugt. Dadurch wird der Bohrhammer jedoch aufwendig und störanfällig.
Ferner bedeutet in der Hydraulik eine Druckdrosselung einen Energieverlust mit entsprechender
Erwärmung des Öles. Die bekannten
Bohrhämmer erfüllen auch nicht
die Forderung nach Verringerung der Schlagenergie bei steigendem Drehmoment.There are already hydraulically operated rotary hammers with separate
Known hammer and rotating mechanism. With these hammer drills, however, percussion and rotation are
hydraulically connected in parallel. This increases the sinking of the boring bar
required torque to the speed. However, this is undesirable for two reasons.
Firstly, rotating the boring bar too quickly prevents optimal drilling conditions,
and secondly, the oil requirement of the slewing gear in nominal operation would be unbearably high
because the oil requirement is proportional to the speed. One remedy would be a speed-dependent one
Reduction of the pressure in front of the engine in such a way that the engine is in nominal operation
just the pressure. is offered, which is just that in the engine at nine revs
Nominal torque generated. However, this makes the hammer drill complex and prone to failure.
Furthermore, in hydraulics, a pressure throttling means a loss of energy with a corresponding loss of energy
Heating the oil. The known
Rotary hammers do not meet either
the requirement to reduce the impact energy with increasing torque.
Der in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel der Erfmdung im Längsschnitt
dargestellte Bohrhammer besitzt einen Schlagkolben 1, der in einem Gehäuse
2 geführt ist. Der Schlagkolben 1 ist in der Stellung gezeichnet, in der
er seine kinetisch gespeicherte Energie an eine Bohrstange 3 abgibt. Durch
eine Leitung 4 gelangt ein Druckmittel in ein Drehwerk 5
und von dort über
eine Leitung 6 zum Schlagwerk 7.
Die Steuerung des Schlagwerkes
7 erfolgt in bekannter Weise über ein Ventil 8. Ein parallel zum Drehwerk
5 geschaltetes, verstellbares Druckbegrenzungsventil 9 verhindert,
daß bei einer Blockierung der Bohrstange 3 der gesamte Druck des Druckmittels
am Drehwerk 5 wirksam wird und so zu einer überbelastung führt. Ferner bewirkt
das über das Druckbegrenzungsventil 9 zum Schlagwerk 7 gelangende
Druckmittel ein vibrationsartiges Weiterarbeiten des Schlagkolbens 1. Die
dadurch erfolgenden leichten Schläge des Schlagkolbens 1 auf die Bohrstange
3
tragen wesentlich zum Lösen der blockierten Bohrstange 3 bei.The rotary hammer shown in the drawing as an exemplary embodiment of the invention in longitudinal section has a percussion piston 1 which is guided in a housing 2. The percussion piston 1 is shown in the position in which it transfers its kinetically stored energy to a drill rod 3 . A pressure medium passes through a line 4 into a rotating mechanism 5 and from there via a line 6 to the striking mechanism 7. The striking mechanism 7 is controlled in a known manner via a valve 8. An adjustable pressure relief valve 9 connected in parallel with the rotating mechanism 5 prevents that when a blockage of the boring bar 3, the entire pressure of the pressure medium on the rotating mechanism 5 becomes effective and thus leads to an overload. Further causes the reaching via the pressure limiting valve 9 to the percussion mechanism 7 pressure means is a vibration-like Next work of the percussion piston 1. The thus taking place flicks of the percussion piston 1 on the boring bar 3 contribute significantly to the release of the blocked boring bar. 3