DE1940836C3 - Hydraulische Schlag- oder Drehschlagbohrmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Schlag- oder Drehschlagbohrmaschine, die einen in einer Flutkammer des Maschinengehäuses längsbeweglichen Schläger, einen hydraulisch beaufschlagten Antriebskolben und ein Steuerventil aufweist, über welches dem Schlagantrieb Druckflüssigkeit zuführbar und zu dem hin die Druckflüssigkeit unter Drosselung und Druckerhöhung zurückleitbar ist.

Eine derartige Drehschlagbohrmaschine ist aus der US-PS 32 30 711 bekannt, zu der die vorliegende Erfindung eine Weiterentwicklung darstellt. Eine gewisse Drosselung und Druckerhöhung der von der Flutkammer zum Steuerventil beim Rückwärtshub von Schläger und Antriebskolben zurückgeleiteten Druckflüssigkeit erfolgt bei dieser bekannten Bauart beim Durchströmen mehrerer zwischen Flutkammer und Steuerventil angeordneter Kanäle und Ausnehmungen von im Vergleich zu den Zylinderkammern von Schläger und Antriebskolben verringertem Querschnitt. Eine in der Flutkammer angeordnete, den Schläger umgebende und ihn in seine Ausgangsposition drängende Feder wirkt dieser Drosselung jedoch entgegen und beschleunigt den Rückwärtshub, so daß durch den schnellen Hin- und Herlauf des Schlägers erhebliche Erschütterungen erzeugt werden, die sich besonders dann bemerkbar machen, wenn das Werkzeug frei läuft und der Schläger dann überschnell zu laufen beginnt.

Ein schwerwiegendes Problem stellt bei solchen hydraulisch betätigten Schlagwerkzeugen auch die in der Nähe des Schlagkolbens und der Ventile erfolgende Blasenbildung dar. Wenn beispielsweise der Schläger und der Schlagkolben am Ende des Rückstoßes plötzlich zum Stillstand kommen und das öl infolge seines Beharrungsvermögens aus der Kammer des Schlagkolbens weiterfließt, entsteht in der Nähe dieses Kolbens oft eine Dampfblase. Wenn dann das Ventil verstellt und

ίο unter hohem Druck stehendes Öl in die Kammer des Schlagkolbens eingelassen wird, zerschlägt dieses Öl die Dampfblasen, und hierbei können die umgebenden Metallteile schwer beschädigt werden. Dieser Zustand ist besonders dann vorherrschend, wenn in hartem Gestein gebohrt und dann die Rücklaufgeschwindigkeit des Schlägers naturgemäß höher ist; dann neigt das öl in steigendem Maße dazu, sich am Ende des Stoßes vom Kolben zu trennen, und dann wächst die Gefahr der Blasenbildung.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, die bekannte Bohrmaschine dahingehend zu verbessern, daß Erschütterungen weitgehend abgedämpft sind und sich keine Blasen bilden können.
Diese A.ufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der hinteren Begrenzungswand der Flutkammer eine diese Kammer mit dem Steuerventil verbindende axiale öffnung vorgesehen ist und der Schläger eine Verdickung in Form eines Kopfes aufweist, der in im wesentlichen axialer Verlängerung zur Öffnung mit einer hinteren Schrägfläche versehen ist.

Diese hintere Schrägfläche bewirkt zusammen mit der axialen öffnung in der hinteren Begrenzungswand der Flutkammer eine Drosselung der abfließenden Flüssigkeit.

In vorteilhafter Weise ist auch der Kopf vorderseitig mit einer Schrägfläche versehen, der gegenüber die vordere Begrenzungswand der Flutkammer eine Schrägfläche aufweist. Die vordere Schrägfläche bewirkt zusammen mit der vorderen Begrenzungswand

to eine Dämpfung der Schlagbewegung zum Werkzeug hin.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schläger einen durch eine hintere ringförmige Schulter axial begrenzten unteren Teil verkleinerten Durchmessers aufweisen, in dessen Bereich ein bis zum Ventilschieber geführter Durchflußkanal ausmündet.

Gemäß der Erfindung ausgebildete Bohrmaschinen sind in der Zeichnung in Ausführungsbeispielen dargestellt; in der Zeichnung ist

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine zum Gesteinsbohren üblicherweise verwendete Bohrmaschine,

F i g. 2 ein Längsschnitt gemäß der Linie 2-2 in F i g. 1 mit dem Schläger und dem Antriebskolben in einer Stellung am Ende des Rücklaufs etwa zu Beginn eines weiteren Vorstoßes,

Fig.3 ein der Fig.2 entsprechender Längsschnitt mit dem Schläger und dem Antriebskolben am Ende des Vorstoßes und etwa zu Beginn des Rücklaufes,
Fig.4 eine Ansicht der Bohrmaschine von hinten gesehen,

F i g. 5 ein Querschnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 2,
F i g. 6 ein Querschnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 2,
F i g. 7 ein Teil-Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführung für den Rücklauf des Schlägers.

''^r> Das die Antriebsteile und die für den Durchfluß der Druckflüssigkeit erforderlichen Kanäle umschließende Gehäuse der Bohrmaschine, allgemein mit 10 bezeichnet, setzt sich aus drei Abschnitten zusammen, aus dem

hinten gelegenen, den Antriebskolben umschließenden Gehäuseteil 12, einem zwischengelegenen, den Schläger umschließenden Teil 14 und einem Vorderteil 16, in dem der Bohrstahlträger aufgenommen ist. Diese Gehäuseteile 12,14,16 liegen zueinander in axialer Verlängerung und sind mit in axialer Verlängerung liegenden zylindrischen Bohrungen 18,20,22 versehen.

In der Bohrung 22 des vorderen Gehäuseteils 16 ist drehbar ein Bohrstahlträger 26 gelagert, in dem, mit diesem zusammen umlaufbar, diesem gegenüber aber axial verschiebbar, ein Bohrstahl 28 mit Bohrkopf 30 angeordnet ist. In der Bohrung 20 des mittleren Gehäuseteils 14 ist ein Schläger 32 angeordnet, dessen Vorderfläche 34 bei nach vorn erfolgenden Stoßen mit der hinteren Fläche 36 des Bohrstahls in Berührung kommen kann. Der Schläger 32 erhält die ihn vorwärts treibenden Stöße, die er kräftig auf den Bohrstahl überträgt, von einem hinter ihm angeordneten, hydraulisch beaufschlagten Antriebskolben 38, der in einer Hülse 40 gleitbar ist, die mit der Bohrung IS des hinteren Gehäuseteils 12 verbunden ist.

In diesem hinteren Gehäuseteil 12 ist ferner ein Steuerventil 44 angeordnet, das in Ausbildung als hin- und herbeweglicher Schieber in einer Hülse 46 gleitbar ist, die in einer das hintere Ende der Bohrung 18 schneidenden, quer verlaufenden Bohrung 48 befestigt ist Die gegenüberliegenden Enden dieser Querbohrung 48 sind durch Teile 50, 52 verschlossen, die je einen zur Betätigung des Ventils dienenden Kolbenstift 54, 56 tragen, die durch Druckflüssigkeit verschiebbar sind. Diese Druckflüssigkeit wird in Abhängigkeit von der Stellung des Antriebskolbens 38 zur Verstellung des Steuerventils 44 durch Kanäle 58,60 in den Teilen 50,52 zugeführt.

Das Gehäuseteil 12 ist hinten durch eine mittels Schrauben 66 befestigte Kappe 64 abgeschlossen. Das Innere dieser Kappe und der angrenzende hintere Teil des Gehäuseteils 12 sind ausgehöhlt und bilden eine Kammer 68. Diese Kammer ist in ihrem vorderen Teil durch eine Platte 70 abgedeckt, die eine mit öffnungen versehene Wand darstellt und im Zusammenwirken mit einer hinter ihr angeordneten Membran 72 einen Speicher bildet. Der rückseitig der Membran befindliche Raum ist durch ein verdichtbares Gas unter Druck gesetzt Der vor der Wandplatte 70 befindliche Kammerteil steht mit einem Einlaß 76 in Verbindung, durch den Druckflüssigkeit in den letzterwähnten Kammerteil eingelassen werden kann. Bei entsprechender Stellung de;; Steuerventils 44 kann die Druckflüssigkeit aus der Kammer 68 über Durchlaßöffnungen 78,80 in die das Steuerventil enthaltende Kammer gelangen.

Der Zufluß der Druckflüssigkeit durch die Einlaßöffnung 76 wird durch einen Bedienungsmann gesteuert. Die Verstellung des Steuerventils 44 in der Hülse 46 wird automatisch durch die Kolbenstifte 54, 56 gesteuert, die in Abhängigkeit von der Stellung des Antriebskolbens 38 betätigt werden. In der in Fig.2 wiedergegebenen Lage des Steuerventils 44 kann Druckflüssigkeit aus der Kammer 68 durch die Durchlässe 78,80 in den Innenteil des Ventils eintreten, das in seinem mittleren Bereich verjüngt ausgebildet ist, und durch eine öffnung 82 bis an die Rückseite des Antriebskolbens 38 gelangen. Dieser Kolben erhält dadurch einen kräftigen Stoß nach vorn, übertrag! diesen Stoß auf den Schläger 32, und dieser treibt den Bohrstahl beim Anstoß an dessen Rückfläche 36 mit kräftigem Stoß nach vorn in das Gestein hinein.

Das Steuerventil 44 wird wie folgt automatisch betätigt.

Von der Druckwelle her wird im Kanal 60 ein konstanter Druck aufrechterhalten, der auf den Kolbenstift 56 wirkt, welcher eine kleinere Querschnittsfläche hat als der Kolbenstift 54. Zu Beginn des Vorstoßes, in der Stellung gemäß Fig.2, steht der Kolbenstift 54 mit der größeren Querschnittsfläche über den Kanal 58 unter dem gleichen Druck wie der Kolben 38. Hierdurch wird das Steuerventil 44 in die

ίο dargestellte Lage gedruckt Wenn die gewünschte Beschleunigung erreicht ist, verbindet der Kolben 38 den Kanal 58 mit der Abflußleitung, wodurch der Kolbenstift 54 vom Druck entlastet wird. Dadurch verschiebt sich das Ventil 44 in seine andere, in Fig.3 gezeigte Endsteliung. Die Rückseite des Kolbens 38 erlangt dann Verbindung mit dem Auslaßdruck, um den Rückstoß abzuleiten. Der Schläger 32 wie auch der Antriebskolben 38 können natürlich in ihre Ausgangsstellung entweder durch eine Rückholfeder oder hydraulisch, wie hier dargestellt geführt werden. In Betrieb wird dieser Hin- und Rückstoß des Kolbens 38 laufend wiederholt, und in entsprechender Weise erteilt der Schläger 32 dem Bohrstahl 28 eine Aufeinanderfolge von Stoßen.

In Ergänzung zu dieser Schlagwirkung kann der Bohrstahl während seiner Arbeit auch gedreht werden. Für diesen Zweck ist der Bohrstahlträger 26 über Keilnuten mit einem Zahnradring 88 verbunden, der in Lagern 90, 92 abgestützt ist. Dieser Zahnradring steht mit einem Zahnrad 96 in Eingriff, das über ein aus den Zahnrädern 98, 100 bestehendes Vorgelege von einem Flüssigkeitsmotor 102 angetrieben wird. Somit kann der Motor 102 über diese doppelte Untersetzung den Bohrstahl 28 entweder unabhängig oder gleichzeitig mit der auf ihn ausgeübten Schlagwirkung antreiben.

Das bei dieser Drehschlagbohrmaschine zur Anwendung kommende hydraulische System ist ähnlich ausgebildet wie in vorbekannten Ausführungen, indem unter hohem Druck stehendes Öl aus dem Speicher 68 durch das Steuerventil 44 zum Antriebsko!ben 38 geleitet wird, der seinerseits den Schläger 32 vorwärtstreibt, der dem Bohrstahl Stöße erteilt, wonach der Schläger im vorliegenden Fall, statt mechanisch durch eine Feder, durch Druckflüssigkeit zurückgestoßen wird. Dies wird dadurch erreicht, daß über die Durchlaßöffnung 78 und einen Durchflußkanal 106 Flüssigkeit unter konstantem Druck bis zu einer in einer Wand 112 vorgesehenen ringförmigen Ausnehmung 110 geleitet wird, die über Durchlaßöffnungen 114 mit einer

5» ringförmigen Ausnehmung 116 in der Hülse 118 Verbindung erlangen kann, in der der Schläger 32 geführt ist. Druckflüssigkeit aus der Kammer 68, die sich in der Stellung des Steuerventils 44 gemäß F i g. 3 auf die Rückseite des Antriebskolbens 38 nicht auswirken kann, wird also dann über den Durchflußkanal 106 bis zur Vorderseite des Antriebskolbens gskitet, der als rückseitige Begrenzung eines Kolbenteils 108 verkleinerten Durchmessers eine ringförmige Schulter 120 aufweist, auf welche die bis zur Ausnehmung 116

wi geleitete Druckflüssigkeit dann einwirkt und dem Antriebskolben einen Rückstoß versetzt, der ihn bis in die in F i g. 2 dargestellte Ausgangslage zurückführt.

Gemäß der Erfindung ist eine den Schläger 32 umgebende Flutkammer 124 vorgesehen, die von der

^h> bt; Rückbewegung des Steuerventils in ^A\c in Fig. 3 gezeigte Lage in dessen irinenteil belindiichen Druck flußmenge angefüllt wird, die durch eine in der Ventilhülse 46 vorgesehene Öffnung 126, über einen

Durchflußkatial 128 und eine Durchflußöffnung 130 ihren Weg nimmt. Die öffnung 130 befindet sich in einer Wand 132. die das Gehäuseteil 12 vom Gehäuseteil 14 trennt. Wenn also der Schläger 32 und der Antriebskolben 38 in ihre Ausgangslagc zurückgekehrt sind und das Steuerventil 44 die in F ig. 3 dargestellte Lage eingenommen hat, kann öl aus der im Innern dieses Ventils befindlichen Kammer durch die dann freie öffnung 126 bis in die Flutkammer 124 fließen.

Zu Ende des Vorstoßes und zu Ende des Rückstoßes des Schlägers ist es erwünscht, das Öl zwischen diesem Schläger und der die Flutkammer begrenzenden Wand zu drosseln, um dadurch einen Dämpfungseffekt zu erreichen. Zu diesem Zweck ist das hintere Ende des Schlägers 32 mit einem Kopf 134 vergrößerten Durchmessers versehen, der rückseitig eine kegelstumpfförmige Schrägfläche 136 und vorderseitig ebenfalls eine kegelstumpfförmige Schrägfläche 138 aufweist. Die hintere Schrägfläche 136 ragt nach außen bis über die Durchflußöffnung 130 vor und wirkt mit der Wand 132 in dem Sinne zusammen, daß beim Rückstoß des Schlägers der Durchfluß durch die öffnung 130 eingedämmt wird, um so den Schläger während seines Rückstoßes zu dämpfen. Zugleich wird hierdurch auch der Abfluß des Öls von der Rückseite des Antriebskolbens 38 durch das Steuerventil 44, die öffnung 126, den Durchflußkanal 128 und die Öffnung 130 gehemmt. Auch beim Vorstoß des Schlägers tritt der gleiche Effekt auf, wobei die vordere Schrägfläche 138 mit einer ähnlich ausgebildeten Schrägfläche 140 an der Innenseite der Wand 112 zusammenwirkt.

Wenn die Flutkammer 124 in der zuvor beschriebenen Weise mit Flüssigkeit gefüllt ist, wird beim Vorwärtsstoß im Falle eines überschnellen Laufes des Schlägers eine gewisse Menge an öl zwischen den zusammenwirkenden Schrägflächen 138, 140 eingefangen. Überschüssiges öl wird aus der Flutkammer 124 durch eine Abflußöffnung 144 abgeleitet, und eine gewisse Ölmenge gelangt durch öffnungen 146, 148 bis zur Hülse 118 und dient zur Schmierung.

In F i g. 7 ist eine abgewandelte Ausführung für die hydraulische Durchführung des Rückstoßes des Schlägers in die in Fig.2 gezeigte Ausgangsstellung veranschaulicht. Der in diesem Beispiel mit 152 bezeichnete Schläger ist mit einer axialen Bohrung 154 versehen, in der gleitbar ein Kolben 156 aufgenommen ist, der bis über die Vorderfläche 174 hinaus bis zur Anlage an den Bohrstahl vorstoßen kann. Der Schläger ist seinerseits in einer Hülse 166 gleitbar. Die Bohrung 154 steht mit einem Kanal 158 über eine ringförmig! Ausnehmung 160 in der das Schlägergehäusc darstellen den Wand 162. eine Durchlaßöffnung 164 in der Hülst 166. eine innere ringförmige Ausnehmung 168 in dci

·> Hülse I6b und eine Querbohrung 170 in Verbindung Der Kolben 156 ist unabhängig von der Stellung de: Steuerventils 44 in der gleichen Weise einem konstantei Flüssigkeilsdruck ausgesetzt, wie dies in der vorherge henden Beschreibung für den Kolbenstift 56 beschrie bcn ist, der über den Kanal 158, die ringförmig! Ausnehmung 160, die Durchlässe 164, die Ausnehmung 168 und über die Querbohrung 170 in die hinter dem Kolben 156 befindliche, durch die Bohrung 154 gebildet* Kammer geleitet wird. Demzufolge wird der Kolber 156 bis vor die Vorderfläche 174 des Schlägers 15; vorgedrückt und in Kontakt mit der hinteren Fläche 3( des Bohrstahls gebracht. Somit werden mit dei Beschleunigungskraft gemäß F i g. 3 der Schläger um der Kolben in die in F i g. 7 gezeigte Ausgangslag« gedrückt. Da sich der Schläger 152 beim Vorstoß nacl vorn bewegt, wird innerhalb der Bohrung 154 eim rückwärts gerichtete Druckkomponente erzeugt, di< genügend groß ist, um den Schläger in die in Fig.: veranschaulichte Ausgangsstellung am Ende einer jeder Stroßbewegung zurückkehren zu lassen.

Durch das Anfüllen der Flutkammer 124 mit bein Rückstoß weggedrücktem bzw. abfließendem öl ir Verbindung mit dem durch die Schrägfläche 136 arr Kopf 134 des Schlägers erreichten Dämpfungseffek

und der hierauf zurückzuführenden Drosselung des öl·. in der Durchlaßöffnung 130 wird der Öldruck in der Ventilwegen und in der Kammer des Schlagkolben! erhöht und dadurch die am Ende des Rückstoßes zi befürchtende Neigung zur Blasenbildung in dieser

Bereichen vermieden oder zumindest verringert. Über dies werden durch die beidseitig des Schlägerkopfes 134 vorgesehenen Schrägflächen und durch die hierdurch erzeugten Dämpfungsbereiche die mit der Schlagwir kung einhergehenden Stöße wirkungsvoll absorbiert und durch die zusammenwirkenden Schrägflächen 138 140 wird der Schläger wirksam gedämpft, falls auf di< Stöße ein überschnelles Hin- und Herlaufen de; Bohrwerkzeuges eintreten sollte, wie es der Fall ist wenn der Bohrer leerläuft oder in weichem Gesteir arbeitet. Eine Besonderheit der beschriebenen Ausfüh rung besteht schließlich darin, daß der Rückstoß vor Schläger und Antriebskolben ausschließlich hydraulisch durchgeführt wird und dadurch mechanisch wirkend« Mittel, wie Federn, entbehrlich werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schlag- oder Drehschlagbohrmaschine, die einen in einer Flutkammer des Maschinengehäuses längsbeweglichen Schläger, einen hydraulisch beaufschlagten Antriebskolben und ein Steuerventil aufweist, über welches dem Schlagantrieb Druckflüssigkeit zuführbar und zu dem hin die Druckflüssigkeit unter Drosselung und Druckerhöhung zurückleitbarist, dadurch gekennzeichnet, daß in der hinteren Begrenzungswand (132) der Flutkammer (124) eine diese Kammer mit dem Steuerventil (44) verbindende axiale öffnung (130) vorgesehen ist und der Schläger (32) eine Verdikkung in Form eines Kopfes (134) aufweist, der in im wesentlichen axialer Verlängerung zur öffnung (130) mit einer hinteren Schrägfläche (136) versehen ist

2. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf auch vorderseitig mit einer Schrägfläche (138) versehen ist, der gegenüber die vordere Begrenzungswand (112) der Flutkammer (124) eine Schrägfläche (140) aufweist.

3. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur hydraulischen Rückführung des Schlägers (32) dieser einen durch eine hintere ringförmige Schulter (120) axial begrenzten vorderen Teil (108) verkleinerten Durchmessers aufweist, in dessen Bereich ein bis zum Steuerventil (44) geführter Durchflußkanal (106) ausmündet.

4. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schläger (152) zur hydraulischen Rückführung in seinem vorderen Bereich eine mit dem Steuerventil (44) in Verbindung stehende axiale Bohrung (154) enthält, in welcher ein mit der hinteren Fläche (36) eines Bohrstahls (28) verbundener Kolben (156) gleitend geführt ist.