DE19539412A1 - Umkehrbares pneumatisches Bodenstechwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft pneumatische Schlagwerkzeuge, insbesonde­ re umkehrbare, selbstvortreibende Bodenstechwerkzeuge.

Selbstvortreibende pneumatische Werkzeuge, um Löcher mit gerin­ gem Durchmesser durch den Boden zu erzeugen, sind wohlbekannt. Solche Werkzeuge werden verwendet, um Löcher für Leitungen oder Kabel unter Straßen zu bilden, ohne einen Graben quer über die Straße aufgraben zu müssen. Als Hauptkomponenten enthalten diese Werkzeuge einen torpedoförmigen Körper mit einer spitz zusammen­ laufenden Spitze und einem offenen hinteren Ende, einen Luftzu­ fuhrschlauch, der in das hintere Ende des Werkzeugs eintritt und es mit einem Luftkompressor verbindet, einen Kolben oder ein Schlagelement, das zu einer hin- und hergehenden Bewegung in­ nerhalb des Werkzeugs gelagert ist, und einen Luftverteilungs­ mechanismus, um eine schnelle hin- und hergehende Bewegung des Schlagelements zu bewirken. Das Schlagelement schlägt gegen die Vorderwand (Amboß) des Inneren des Werkzeugkörpers, was eine gewaltsame Vorwärtsbewegung des Werkzeugs im Boden bewirkt. Die Reibung zwischen der Außenfläche des Werkzeugkörpers und der umgebenden Erde hält das Werkzeug an Ort und Stelle, während sich das Schlagelement für einen weiteren Schlag nach hinten bewegt, was zu einer schrittweisen Vorwärtsbewegung durch den Boden führt. In dem Endaufbau des Werkzeugs sind Endlüftungs­ durchgänge vorgesehen, damit verbrauchte Druckluft in die Atmo­ sphäre austreten kann.

Die meisten Schlagbohrwerkzeuge dieser Art haben einen ventillo­ sen Luftverteilungsmechanismus, der einen abgestuften Lufteinlaß verwendet. Die Stufe des Lufteinlasses ist in gleitfähigem, abdichtenden Kontakt mit einem zylindrischen Hohlraum im hinte­ ren Teil des Schlagelements. Das Schlagelement hat radiale Lei­ tungen durch die zylindrische Wand, die diesen Hohlraum umgibt, und eine äußere Lagerfläche mit vergrößertem Durchmesser am hinteren Ende des Schlagelements. Diese Lagerfläche ist in An­ lage an der Innenfläche des Werkzeugkörpers.

In das Werkzeug eingespeiste Luft tritt in den Hohlraum in dem Schlagelement durch den Lufteinlaß ein und erzeugt einen kon­ stanten Druck, der das Schlagelement nach vorne drückt. Wenn das Schlagelement sich genügend weit nach vorne bewegt hat, so daß die radialen Leitungen das Vorderende der Stufe freigeben, tritt Druckluft in den Raum zwischen dem Schlagelement und dem Werk­ zeugkörper vor der Lagerfläche am hinteren Ende des Schlagele­ ments ein. Da die Querschnittsfläche des Vorderteils des Schlag­ elements größer ist als die Querschnittsfläche des hinteren Hohlraums, drückt die durch die Druckluft ausgeübte Nettokraft das Schlagelement nun nach hinten anstatt nach vorn. Dies ge­ schieht im allgemeinen gerade nachdem das Schlagelement einen Stoß auf den Amboß an der Vorderseite des Werkzeugs ausgeübt hat.

Während das Schlagelement sich zurückbewegt, passieren die ra­ dialen Öffnungen wieder die Stufe und isolieren die Vorderkammer des Werkzeugs von der Druckluftzufuhr. Die Trägheit des Schlag­ elements läßt es sich weiter nach hinten bewegen, bis die radia­ len Öffnungen vom hinteren Ende der Stufe freikommen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck aus der Vorderkammer abgelassen, weil die Luft darin durch die radialen Leitungen ausdringt und durch die Entlüftungsdurchgänge hinten am Werkzeug in die Atmosphäre austritt. Der Druck in der hinteren Kammer des Schlagelements, die zusammen mit dem gestuften Lufteinlaß eine Kammer mit kon­ stantem Druck definiert, bewirkt dann, daß das Schlagelement wieder nach vorne bewegt wird, worauf sich der Zyklus wieder­ holt.

In manchen herkömmlichen Werkzeugen enthält der Lufteinlaß eine separate Lufteinlaßleitung, die an dem Werkzeugkörper durch einen radialen Flansch mit hindurchgehenden Öffnungen befestigt ist, und eine abgestufte Buchse, die durch einen flexiblen Schlauch mit der Lufteinlaßleitung verbunden ist.

Diese Werkzeu­ ge wurden umkehrbar gemacht, indem eine Gewindeverbindung zwi­ schen der Lufteinlaßbuchse und der umgebenden Struktur vorgese­ hen wurde, die den Lufteinlaß konzentrisch in dem Werkzeugkörper hält, wie z. B. in US-Patent Nr. 3 756 328, US-Patent Nr. 5 025 868 und US-Patent Nr. 5 199 151 beschrieben. Die Gewindeverbin­ dung ermöglicht es dem Benutzer, den Luftzufuhrschlauch zu dre­ hen und dadurch den gestuften Lufteinlaß nach hinten relativ zu dem Schlagelement zu versetzen. Da der Hub des Schlagelements durch die Position der Stufe bestimmt wird, d. h. durch die Posi­ tionen, an denen die radialen Öffnungen freigegeben werden, bewirkt eine Verschiebung des gestuften Lufteinlasses nach hin­ ten, daß das Schlagelement gegen die Endmutter hinten am Werk­ zeug schlägt anstatt gegen den vorderen Amboß, wodurch das Werk­ zeug nach hinten aus dem Loch herausgetrieben wird. US-Patent Nr. 3 616 865 beschreibt ein Schraubumkehrwerkzeug, wobei die Abluft durch eine zentrale Leitung geführt wird, die parallel zu dem Drucklufteinlaß verläuft.

Schraubumkehrmechanismen haben offensichtliche Nachteile. Das Drehen des Schlauches kann schwierig werden, wenn das Werkzeug eine weite Strecke unterhalb des Bodens vorgetrieben ist, und auf keinen Fall kann das Werkzeug umgeschaltet werden, um eine schnelle Umkehr zu bewirken. Aus diesem Grund wurden verschie­ dene Umkehrmechanismen vorgeschlagen, die eine zweite Druckluft­ quelle verwenden, um ein Ventil in dem Werkzeug zu betätigen, um auf Umkehren umzuschalten, wie beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4 240 972, 5 226 487 und 5 172 771 beschrieben. Das in US- Patent Nr. 4 683 960 beschriebene Werkzeug weist eine zentrale Leitung in der Mitte der Stufe auf, um Luft früher als gewöhn­ lich abzugeben,. wenn das Ventil offen ist, und die Druckluft durch die zentrale Leitung abzuleiten, wenn das Ventil geschlos­ sen ist, aber das Ventil wird manuell durch Ziehen eines Kabels betätigt. Eine Feder drückt das Ventil in die geschlossene Posi­ tion.

Ein weiterer Umkehrmechanismus ist in US-Patent Nr. 5 311 950 beschrieben, der auf Absinken des Druckes der Druckluft hin umgekehrt wird. Das beschriebene Werkzeug fordert jedoch eine große Anzahl verschiedener Teile, die in komplizierter Weise zusammengesetzt sind.

Obwohl viele verschiedene Umkehrmechanismen zur Verfügung ste­ hen, bleibt ein Bedarf nach einem System bestehen, das einfach, leicht zu handhaben, zuverlässig ist und durch Fernsteuerung eher als durch Drehen eines Schlauches oder Ziehen eines Kabels zu betätigen ist. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pneumatisches Bodenstechwerkzeug zu schaffen, das diesen Bedarf befriedigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das pneumatische Bodenstechwerk­ zeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Aus­ führungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufge­ führt.

Die vorliegende Erfindung schafft ein pneumatisches Bodenstech­ werkzeug mit einem Umkehrmechanismus, der ferngesteuert betätigt werden kann, aber kein bewegliches Ventilteil innerhalb des Werkzeugs enthält, das verklemmen könnte, und der nicht erfor­ dert, den Betriebsdruck eines Luftkompressors zu verändern. Ein solches Werkzeug enthält als wesentliche Komponenten ein läng­ liches, zylindrisches Gehäuse mit einer hinteren Öffnung, einem Schlagelement, das zu hin- und hergehender Bewegung in einer Innenkammer des Gehäuses gelagert ist, um Schläge auf eine hin­ tere Schlagfläche des Ambosses auszuüben, um den Werkzeugkörper durch den Boden zu treiben, einen Luftverteilungsmechanismus zum Bewirken der Hin- und Herbewegung des Schlagelements, einen End­ aufbau, der in einer hinteren Endöffnung des Gehäuses montiert ist, welcher Endaufbau das Schlagelement und den Luftvertei­ lungsmechanismus in dem Gehäuse sichert, und einen Umkehrmecha­ nismus, der eine zusätzliche Luftleitung enthält, die Druckluft zum umgekehrten Betrieb zuführen kann. Die zusätzliche Luftlei­ tung ist mit einer radialen Leitung in dem Luftverteilungsmecha­ nismus verbunden. Das Öffnen der zusätzlichen Luftleitung zur Atmosphäre bewirkt einen vorwärts gerichteten Betriebsmodus mit kurzem Hub, der für Arbeiten geeignet ist, bei denen eine weni­ ger kräftige Schlagwirkung erwünscht ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein umkehrbares pneumatisches Bodenstechwerkzeug einen länglichen Werkzeugkörper mit einer hinteren Öffnung und einer vorderen Spitze einschließlich eines Amboß auf. Ein Schlagelement ist zur Hin- und Herbewegung innerhalb einer inneren Kammer des Gehäuses gelagert, um Schläge auf eine hintere Schlagfläche des Amboß auszuüben, um das Werkzeug durch den Boden zu treiben, wobei das Schlagelement eine hintere Lagerung in abdichtender, gleitfähi­ ger Anlage an einer Innenwand des Werkzeugkörpers hat.

Ein Luftverteilungsmechanismus bewegt das Schlagelement hin und her. Der Luftverteilungsmechanismus enthält eine nach hinten offene Ausnehmung in dem Schlagelement mit einer oder mehreren radialen Luftflußleitungen, die sich durch eine Wand der Aus­ nehmung erstrecken, und eine Buchse, die gleitfähig, in abdich­ tender Anlage an der Ausnehmungswand in der Ausnehmung angeord­ net ist, wobei die Buchse eine vordere Außenkante und eine hin­ tere Außenkante hat. Ein erster Luftflußdurchgang verläuft durch die Buchse von hinten nach vorne in Längsrichtung, und ein er­ ster Luftschlauch ist an dem ersten Luftflußdurchgang ange­ schlossen, um der Ausnehmung Druckluft zuzuführen, um das Schlagelement nach vorne zu stoßen, bis die radiale Leitung in der Ausnehmungswand die Vorderkante der Buchse passiert, zu welchem Zeitpunkt Druckluft in eine vordere Druckkammer vor dem hinteren dichtenden Lager des Schlagelements eintritt, wodurch ein Rückwärtshub des Schlagelements beginnt. Das Schlagelement bewegt sich weiter nach hinten, bis die radiale Leitung in der Ausnehmungswand über die hintere Kante der Buchse hinausläuft, wodurch in bekannter Weise aus der vorderen Druckkammer der Druck abgelassen wird.

Ein Endaufbau, welcher in einer Endöffnung des Gehäuses montiert ist, sichert das Schlagelement und den Luftverteilungsmechanis­ mus in dem Gehäuse und nimmt die nach hinten gerichteten Schläge des Schlagelements auf, wenn das Werkzeug umgekehrt arbeitet.

Der Umkehrmechanismus enthält einen zweiten Luftflußdurchgang, der von hinter der Buchse bis zu einer radialen Leitung zu einer Außenfläche der Buchse zwischen ihrer vorderen und hinteren Kante verläuft, und einen zweiten Luftschlauch, der an den zwei­ ten Luftflußdurchgang angeschlossen ist, um der radialen Leitung in der Buchse Druckluft zuzuführen. Dadurch wird die vordere Druckkammer unter Druck gesetzt, wenn sich die radiale Leitung in der Ausnehmungswand über die radiale Leitung in der Buchse bewegt, und dadurch beginnt ein Rückwärtshub eher, als wenn der radialen Leitung der Buchse keine Druckluft zugeführt würde.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben eines Schlagbohrwerkzeugs gemäß der Erfindung im Vorwärtsbetrieb und im umgekehrten Betrieb, indem mit jeder der Luftleitungen ver­ bundene Ventile selektiv geöffnet und geschlossen werden. Die Ventile können zur Vereinfachung der Bedienung an dem Luftkom­ pressor angeordnet werden.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der vorliegenden detaillierten Beschreibung deutlich werden. Es ist jedoch so zu verstehen, daß die detaillierte Beschreibung le­ diglich zur Illustration gegeben wird, da viele Abwandlungen und Modifikationen innerhalb der Erfindung möglich sind, die Fach­ leuten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich werden.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Ele­ mente bezeichnen und in denen:

Fig. 1 ein Längsschnitt eines Schlagwerkzeugs gemäß der Erfin­ dung entlang der Linie 1-1 aus Fig. 6 ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Längsschnitt-Teilansicht des hinteren Teils des Schlagwerkzeugs entlang der Linie 2-2 aus Fig. 6 ist;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 aus Fig. 2 ist;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 aus Fig. 2 ist;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 aus Fig. 2 ist;

Fig. 6 eine hintere Endansicht des Werkzeugs aus den Fig. 1 und 2 ist;

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Werkzeugs aus Fig. 1 verbunden mit einem Ventilsystem gemäß der Erfindung ist;

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Ventile aus Fig. 7 ist, die zum Vorwärtsbetrieb mit voller Kraft einge­ stellt sind;

Fig. 9 eine schematische Darstellung der Ventile aus Fig. 7 ist, die auf Vorwärtsbetrieb mit kurzem Hub eingestellt sind; und

Fig. 10 eine schematische Darstellung der Ventile aus Fig. 7 ist, die auf umgekehrten Betrieb eingestellt sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 enthält ein pneumati­ sches Bodenstechwerkzeug 10 gemäß der Erfindung als Hauptkom­ ponenten einen Werkzeugkörper 11, welcher ein zylindrisches Gehäuse 21 und ein Kopfteil 22 aufweist, das eine nach vorne zusammenlaufende Spitze bildet, ein Schlagelement 12 zum Stoßen gegen das Innere des Körpers 11, um das Werkzeug vorzutreiben, eine abgestufte Lufteinlaßleitung 13, die mit dem Schlagelement 12 zusammenwirkt, um einen Luftverteilungsmechanismus zur Zufuhr von Druckluft zu bilden, um das Schlagelement 12 hin- und herzu­ bewegen, einen Endaufbau 14, der den Austritt von Luft aus dem Werkzeug ermöglicht und die Leitung 13 am Körper 11 abschließt, und einen Umkehrmechanismus 16, der in die gestufte Leitung 13 eingebaut ist.

Der Werkzeugkörper 11 und das Schlagelement 12 sind im wesentli­ chen in der gleichen Weise, wie in der US-Patentanmeldung Se­ rien-Nummer 07/878 741, eingereicht am 5. Mai 1992, beschrieben aufgebaut. Das Schlagelement 12 ist zu einer gleitenden, hin- und hergehenden Bewegung innerhalb des Werkzeugkörpers 11 vor der Leitung 13 und dem Endaufbau 14 gelagert. Das Schlagelement 12 weist eine im wesentlichen zylindrische Stange 31 mit einem sich nach vorne bzw. nach hinten öffnenden Sackloch (Ausnehmung) 32 bzw. 33 auf. Paare von vorderen und hinteren Dichtungslager­ ringen 34, 36 aus Kunststoff sind in entsprechenden ringförmigen Nuten in der Außenfläche der Stange 31, um das Schlagelement 12 beweglich entlang der Innenfläche des Gehäuses 21 zu lagern, angeordnet. Eine ringförmige vordere Schlagfläche 39 schlägt gegen den Amboß 23, wenn das Werkzeug in Vorwärtsbetriebsart ist, und eine ringförmige hintere Schlagfläche 41 schlägt gegen das vordere Ende 45 des Endaufbaus 14, wenn das Werkzeug in der Rückwärtsbetriebsart ist.

Eine Mehrzahl von hinteren radialen Leitungen 42 erlaubt die Kommunikation zwischen der Ausnehmung 33 und einem ringförmigen Raum 43 zwischen dem Schlagelement 12 und dem Gehäuse 21, wel­ cher Raum durch die Dichtungsringe 34, 36 begrenzt wird. Ein zweiter Satz von vorderen radialen Leitungen 44 erlaubt Kommuni­ kation zwischen dem Raum 43 und der vorderen Ausnehmung 32. Der ringförmige Raum 43, die Leitungen 44, die vordere Ausnehmung 32 und der Innenraum des Körpers 11 vor den Ringen 34 bilden zu­ sammen die vordere Druckkammer 35 des Werkzeugs mit variablem Volumen.

Der Werkzeugkörper 11 weist ein zylindrisches, rohrförmiges Gehäuse 21 mit einem spitz zulaufenden Kopfaufbau 22 auf, der einen abnehmbaren Kopf enthalten kann. Der Kopfaufbau 22 enthält einen Amboß 23, der mechanisch in einer vorderen Öffnung 27 des Körpers, beispielsweise durch ein Außengewinde 28 in Eingriff mit einem Innengewinde 29 an der Innenfläche des Gehäuses 21 nahe der vorderen Öffnung, festgehalten ist. Der Amboß 23 weist eine sich nach vorne erstreckende zentrale Stange 24 auf, die in axialer Richtung des Werkzeugs verläuft. Der Amboß 23 weist vorzugsweise einen Stahlzylinder mit einer zentralen Öffnung 30 auf. Die Stange 24 hat einen hinteren Endbereich 15, der in der zentralen Öffnung 30 des Amboß 23 gehalten ist. Die zentrale Öffnung 30 läuft nach vorne zusammen, und der hintere Endbereich 15 der Stange 24 hat eine nach vorne zusammenlaufende Außenflä­ che, die genau in die zentrale Öffnung 30 paßt. Der Amboß 23 hat weiterhin einen vorderen, nach außen verlaufenden ringförmigen Flansch 40, der an einer an der Innenfläche der vorderen Endöff­ nung 27 des Gehäuses 21 gebildeten Stufe 46 anliegt. Der Flansch 40 liegt an der Stufe 46 an und wirkt dadurch als Stopper, um den Amboß gegen übermäßige Bewegung nach hinten zurückzuhalten.

Ein abnehmbarer Kopf 26 ist an der Stange 24 mittels einer zen­ tralen Öffnung 47 angebracht, durch die die Stange 24 verläuft. Die zentrale Öffnung 47 ist im Durchmesser etwas größer als die Stange 24 am vorderen Ende der zentralen Öffnung 47, um eine gleitende Bewegung des abnehmbaren Kopfes entlang der Stange 24 zu erleichtern. Ein innerer Vorsprung 48 am hinteren Ende des Kopfes 26, der gegenüber dem äußeren Umfang des Kopfes 26 leicht nach innen versetzt ist, paßt in die vordere Endöffnung 27 des Gehäuses 21, um dadurch die Befestigung des Kopfes 26 an dem Gehäuse 21 in der richtigen Position zu unterstützen.

Ein lösbarer Verschlußmechanismus 25 sichert den Kopf 26 an der vorderen Öffnung 27 des Gehäuses 21. Der lösbare Verschlußmecha­ nismus 25 enthält eine Ringmutter 67, die mit einem Gewinde an einem mit einem Gewinde versehenen Außenflächenbereich 68 der Stange 24 vor dem Kopf 26 liegend, befestigt ist, wodurch der Kopf 26 zwischen dem Gehäuse 21 und der Mutter 67 festgespannt ist. Der Mechanismus 25 enthält weiter geeignete Mittel zum Befestigen des Kopfes 26 an der Mutter 67, wie etwa einen oder mehrere Gewindebolzen 69, die durch Gewindebohrungen 70 in die Mutter 67 eingesetzt sind. Die Bohrungen 70 verlaufen parallel zur Längsachse des Werkzeugs und sind vorzugsweise in symmetri­ scher Anordnung um die zentrale Öffnung 47 der Mutter 67 ange­ ordnet.

Die Enden der Bolzen 69 liegen an einer ringförmigen Frontfläche des lösbaren Kopfes 26 an und drücken so den Kopf 26 gegen das Gehäuse 21, um dadurch an der Stange 24 zu ziehen, um den Ein­ spanneffekt zu erzielen. Der mittlere Bereich der Stange 24 innerhalb der Öffnung 47 hat einen geringfügig reduzierten Durchmesser, um Verformungen der Stange 24 während Zugbelastun­ gen aufnehmen zu können. Die Bolzen 69 sind vorzugsweise so weit angezogen, um eine Zugkraft auf die Stange 24 von wenigstens etwa 445 kN (100 000 pounds) auszuüben.

Bezugnehmend auf die Fig. 2 bis 6 enthält die gestufte Luft­ einlaßleitung 13 eine zylindrische Buchse 52 und ein Paar von flexiblen Schläuchen 53A und 53B. Die Schläuche 53A, 53B, die aus gewebeverstärktem Kunststoff hergestellt sein können, sind durch Kupplungen 55 mit den hinteren Endbereichen von zugeord­ neten Anschlußstücken 50 verbunden. Jedes Anschlußstück 50 ist durch ein Gewinde im hinteren Endbereich einer längsweisen Öff­ nung 60A, 60B im Körper der Buchse 52 befestigt, wodurch ein Paar von Luftflußdurchgängen gebildet wird, die Druckluft in die Ausnehmung 33 einleiten, um den Vorwärtshub des Werkzeugs in ähnlicher Weise wie bei bekannten Werkzeugen auszuführen.

Die zylindrische Außenfläche der Buchse 52 ist in gleitfähiger, abdichtender Anlage an der Wand der Ausnehmung 33 in diese ein­ gesetzt. Der Hohlraum 33 und der benachbarte Innenraum der ge­ stuften Leitung 13 bilden zusammen eine hintere Druckkammer, die durch die Leitungen 42 zeitweise mit der vorderen variablen Druckkammer kommuniziert. Die Buchse 52 kann, wenn erforderlich, vordere und hintere Kunststofflagerringe 57A, 57B aufweisen, die in ringförmigen Nuten am Umfang angeordnet sind, um ein Auslec­ ken von Luft zwischen der Buchse 52 und der Wand des Hohlraums 33 zu reduzieren. Die Buchse 52 kann aus einem leichten Material hergestellt sein, wie etwa Kunststoff.

Der Umkehrmechanismus 16 enthält einen dritten Schlauch 53C, der an eine dritte Öffnung 60C in der Buchse 52 angeschlossen ist. Eine Kupplung 55 befestigt den Schlauch 53C an einem hinteren Endbereich eines zugeordneten Anschlußstücks 50 in der gleichen Weise wie bei den Schläuchen 53A, 53B, mit Ausnahme der Tatsa­ che, daß der Schlauch 53C nicht mit der Ausnehmung 33 kommuni­ ziert. Statt dessen ist das Loch 53C, wie dargestellt, ein Sack­ loch, und eine radiale Leitung 61, die zwischen den vorderen und hinteren Dichtungslagern 57A, 57B angeordnet ist, kommuniziert mit dem Sackloch. Die Leitung 61 wird geöffnet und geschlossen durch die gleitende Bewegung des Schlagelements 12, wie später genauer beschrieben wird, und kann als ringförmige, nach außen offene Nut in der Buchse 52 ausgebildet werden, die über eine einzelne Leitung 62 mit der Längsöffnung 60C kommuniziert.

Wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt, sind die Schläuche 53A bis 53C gegen die Mittelachse des Werkzeugs versetzt und er­ strecken sich parallel zu der Werkzeugachse. Obwohl in der be­ vorzugten Ausführungsform drei Schläuche gezeigt sind, sind die Schläuche 53A und 53B im wesentlichen aus konstruktiven Gründen separiert und unterscheiden sich nicht in der Funktion. Ein einzelner Schlauch könnte anstelle des dargestellten Paars von Schläuchen verwendet werden. Jedoch erlaubt das Aufteilen des Hauptluftschlauches in zwei Schläuche wie dargestellt eine An­ ordnung der Schläuche in einer symmetrischen, dreieckigen Forma­ tion, was die Herstellung vereinfacht und für eine gleichmäßige­ re Verteilung des Gewichts des Werkzeuges sorgt.

Der Endaufbau 14 gemäß der Erfindung enthält eine Endmutter 71, die mit einem Gewinde in das Innere des Werkzeugkörpers 11 nahe dessen hinterer Endöffnung eingeschraubt ist, eine scheibenför­ mige Endkappe 72 und eine Verbindungsstange 74, welche die Buch­ se 52 an einer vorgegebenen Position innerhalb des Werkzeugkör­ pers sichert. Anders als bei herkömmlichen ähnlichen Werkzeugen kann die Endmutter 71 eine dünnwandige, zylindrische Buchse anstelle eines sonst üblichen zylindrischen Stahlvollkörpers mit einer kleinen zentralen Öffnung sein. Die Mutter 71 hat eine Anzahl von kleinen, nach hinten offenen Gewindebohrungen, die in kreisförmiger Anordnung verteilt sind und die mit entsprechenden Öffnungen in der Endkappe 72 ausgerichtet sind, so daß die End­ kappe 72 mittels Bolzen 73 an der Mutter 71 befestigt werden kann, sobald die Mutter 71 in den Werkzeugkörper 11 einge­ schraubt ist.

Die Stange 74 ist vorzugsweise aus Stahl hergestellt und ver­ jüngt sich nach vorne, so daß sie die Fähigkeit hat, sich unter den Erschütterungen der Schläge zu verformen. Ein vorderer End­ bereich der Verbindungsstange 74 sitzt im Preßsitz in einer Öffnung 75 in der Mitte der Buchse 52. Ein hinterer Endbereich mit Gewinde der Verbindungsstange 74 reicht durch ein Loch 76 in der Mitte der Kappe 72 und ist mit einer Unterlegscheibe und einer Mutter 77 befestigt.

Obwohl die Stange 74 direkt an der Endkappe 72 befestigt werden kann, ist es bevorzugt, einen erschütterungsdämpfenden Isolator 90 zwischen der Stange 74 und der Kappe 72 vorzusehen, um die Lebensdauer der Stange 74 zu erhöhen. Der Isolator 90 enthält ein Paar von vorderen und hinteren Kunststoffmuffen 92A, 92B (Delrin), die an der Außenseite der Stange 74 in Kontakt mit gegenüberliegenden Seiten der Kappe 72, wie dargestellt, ange­ bracht sind. Die hintere Muffe 92A ist zwischen einem an der Stange 74 gebildeten Flansch 93 und einer Rückfläche der Kappe 72 eingespannt. Die vordere Muffe 92B ist in ähnlicher Weise zwischen der Vorderfläche der Endkappe 72 und einer durch eine Mutter 95 in Position gehaltenen Dichtungsscheibe eingefaßt. Ein Paar von dünnen Metallhülsen 96A, 96B können außen um die Kunst­ stoffmuffen 92A, 92B angebracht werden, um die Muffen 92A, 92B zu schützen. Die hintere Muffe 92B kann, wenn gewünscht, fort­ gelassen werden, wenn die Stange 74 so verkürzt wird, daß die Mutter 95, mit oder ohne Dichtungsscheibe 94, gegen die Außen­ seite der Endkappe 72 anziehbar ist.

Es wurde gefunden, daß feste Kunststoffmuffen 92A, 92B in ef­ fektiver Weise gegen axiale Erschütterungen schützen, die durch den Werkzeugkörper übertragen werden, jedesmal wenn das Schlag­ element einen Vorwärts- oder Rückwärtsschlag ausführt. Herkömm­ liche Erschütterungsabsorber, die zum Schutz des Lufteinlasses gegen durch den Werkzeugkörper übertragene Erschütterungen ver­ wendet wurden, wie beispielsweise in US-Patent Nr. 3 756 328 und 5 025 868 dargestellt, sind aus Gummi oder einem ähnlichen Ela­ stomermaterial hergestellt. Überraschenderweise wurde gefunden, daß gemäß der Erfindung stärkere, festere, nicht-elastomere Muffen, hergestellt aus einem Hartkunststoff, als effektive Erschütterungsabsorber mit gesteigerter Haltbarkeit dienen können.

Bezugnehmend auf Fig. 7 ist eine Ventilanordnung 80 zum Bedie­ nen der Schläuche 53A bis 53C vorgesehen. Die Ventilanordnung 80 enthält ein Hauptabschaltventil 81, das die gesamte Zufuhr von dem Luftkompressor 82 unterbricht. Wenn das Ventil 81 geöffnet ist, fließt Druckluft durch eine Verzweigung 83 durch ein erstes Ventil 84 zu den beiden Schläuchen 53A, 53B, die über eine Ver­ zweigung 86 an das Ventil 84 angeschlossen sein können. Ein zweites Ventil 87 steuert den Luftstrom durch den anderen Zweig der Verzweigung 83. Wenn das Ventil 87 offen ist, tritt Druck­ luft in eine weitere Verzweigung 88 ein, an die der Schlauch 53C angeschlossen ist, und tritt dadurch in den Schlauch 53C ein. Ein drittes Ventil 89 an dem anderen Zweig der Verzweigung 88, trennt die Verzweigung 88 von einem Abluftschalldämpfer 91.

Bezugnehmend auf die Fig. 8 bis 10 kann das Werkzeug 10 der Erfindung in drei verschiedenen Betriebsweisen, abhängig von dem Zustand jeder der Luftschläuche, betrieben werden. Die Schläuche können entweder unter Druck gesetzt, abgedichtet, aber nicht unter Druck gesetzt, oder offen und ohne Druckversorgung sein, wie im folgenden beschrieben. In der gewöhnlichen Betriebsweise in Vorwärtsrichtung sind, wie in Fig. 8 gezeigt, die Ventile 81 und 84 offen und die Ventile 87 und 89 geschlossen. Die Schläu­ che 53A, 53B stehen unter Druck, um das Schlagelement 12 nach vorne zu treiben, so daß es in bekannter Weise gegen den Amboß 23 schlägt, um das Werkzeug durch den Boden vorwärts zu treiben. Der Schlauch 53C ist durch die Ventile 87, 89 isoliert und bleibt abgedichtet und ohne Druckversorgung. Auf diese Weise hat die offene Leitung 61 keine Wirkung auf den Betrieb des Werk­ zeugs, auch wenn die radialen Leitungen 42 die Leitung 61 wäh­ rend der zyklischen Bewegung des Schlagelements 12 passieren.

Fig. 9 illustriert die zweite Betriebsweise, nämlich die Be­ triebsweise in Vorwärtsrichtung mit kurzem Hub. Die Konfigura­ tion ist die gleiche wie in Fig. 8 dargestellt, außer daß das Ventil 89 nun offen ist. Wenn das Schlagelement 12 sich nach einem Schlag gegen den Amboß 23 in der normalen Betriebsweise in Vorwärtsrichtung wieder nach hinten bewegt, findet die Entlüf­ tung des Raumes 43 normalerweise nicht statt, bis die Anschlüsse 42 die hintere Kante der Buchse 52 passieren. Dann fließt Druck­ luft innerhalb des Werkzeugkörpers nach hinten und tritt durch die Abluftöffnungen 76 in der Endkappe 72 an Positionen versetzt gegenüber den Öffnungen 78 aus, durch die die Schläuche 53A bis 53C verlaufen. Bei der Betriebsweise in Vorwärtsrichtung mit kurzem Hub tritt die Entlüftung vorzeitig auf, da der Schlauch 53C offen zur Atmosphäre ist und der Impuls des Schlagelements in Rückwärtsrichtung daher vermindert ist, was den Gesamthub verkürzt.

Die Reduzierung der Hublänge vermindert die Kraft des Vorwärts­ schlages. Dies ist sehr nützlich während Startphasen oder ande­ ren Situationen, in denen ein Betrieb mit niedriger Leistung er­ forderlich ist, z. B. wenn der Kopf des Werkzeugs in einen Rohr­ schiebering eingeführt werden soll. Bei einem Schlag mit voller Leistung, könnte der Ring oder ein andersartiger Adapter an dem Werkzeugkopf verklemmen oder könnte beschädigt werden. Das Um­ schalten zwischen den Betriebsweisen kann in einfacher Weise ausgeführt werden, indem das Ventil 89 geöffnet und geschlossen wird, ohne daß die Notwendigkeit besteht, die Einstellung des Luftkompressors zu verändern. Außerdem kann, wenn das Ventil 89 von der Art ist, die eine kontinuierliche Einstellung zwischen offen und geschlossen erlaubt, der Bediener das Ventil 89 dazu verwenden, um die Vorwärtsgeschwindigkeit des Werkzeugs beliebig auswählbar zwischen maximaler Geschwindigkeit (Ventil geschlos­ sen) und Vorwärtsbewegung mit kurzem Hub (Ventil offen) einzu­ stellen.

Fig. 10 illustriert die Ventilkonfiguration für umgekehrte Be­ triebsweise. Die Ventile 84 und 89 sind geschlossen, während die Ventile 81 und 87 offen sind. Der Schlauch 53C wird daher unter Druck gesetzt, während die Schläuche 53A, 53B abgedichtet und ohne Druckversorgung bleiben. In diesem Zustand ist der Punkt, bei dem die vordere Kammer zur Zurückbewegung unter Druck ge­ setzt wird, um eine Strecke von der Leitung 61 zur vorderen Kante der Buchse 52 nach hinten versetzt, was bewirkt, daß das Schlagelement 12 den umgekehrten Hub eher beginnt. Während des umgekehrten Hubs werden die radialen Leitungen 42 durch die Buchse 52 überdeckt und ermöglichen keine Kommunikation mehr zwischen der Ausnehmung 33 und dem äußeren ringförmigen Raum 43. Da die Schläuche 53A, 53B abgedichtet sind, baut sich Luft­ druck in der Ausnehmung 33 mit abnehmendem Volumen der Ausneh­ mung 33 aufgrund der Rückwärtsbewegung des Schlagelements auf. Wenn die Anschlüsse 42 die hintere Kante der Buchse 52 passieren und eine Entlüftung eintritt, fällt der Druck vor dem Schlag­ element 12 ab und die durch den Druck in der Ausnehmung 33 be­ wirkte Kraft drückt das Schlagelement wieder nach vorne. Die zeitweilige Kompression der Luft innerhalb der Ausnehmung 33 und der Schläuche 53A, 53B schafft ein Luftkissen, das für einen schwachen Vorwärtshub des Schlagelements sorgt. Wenn erforder­ lich, könnte in der Ausnehmung 33 aus einem ähnlichen Grund auch eine mechanische Spiralfeder mit ihren Enden eingefaßt durch das vordere Ende der Ausnehmung 33 und das vordere Ende der Buchse 52 vorgesehen werden. Wenn das Werkzeug in der in Fig. 1 ge­ zeigten Position abgeschaltet wird, so daß die Leitung 61 durch das hintere Ende des Schlagelements 12 bedeckt ist, ist es not­ wendig, das Werkzeug in einer der Betriebsweisen in Vorwärts­ richtung zu starten, bevor es in umgekehrte Richtung umgeschal­ tet werden kann.

Das Werkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn es in Kom­ bination mit der beschriebenen Ventilanordnung verwendet wird, schafft eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Umkehr­ mechanismen. Das Umschalten zwischen Betriebsweisen in Vorwärts- und in Rückwärtsrichtung ist einfach erreichbar, indem Ventile an dem Kompressor geöffnet und geschlossen werden, ohne daß das Werkzeug angehalten werden muß und manuelle Schaltvorgänge aus­ geführt werden müssen, wie in der herkömmlichen Schraubumkehr. Größere Zuverlässigkeit und Einfachheit werden dadurch erreicht, daß bewegliche Ventilteile und andere bewegliche Teile in dem Werkzeugkörper, in dem diese Teile während des Betriebs den Schlägen und Erschütterungen ausgesetzt wären, vermieden werden. Das Schlagelement bleibt das einzige bewegliche Teil in dem Werkzeug selbst, die Position der Buchse 52 ändert sich nicht. Ferner kann, wie oben bemerkt, der Umkehrmechanismus der Erfin­ dung auch eine dritte Betriebsweise in Vorwärtsrichtung mit verkürztem Hub bereitstellen.

Die vorhergehende Beschreibung zeigt die bevorzugten beispiel­ haften Ausführungsformen der Erfindung, die Erfindung ist aber nicht auf die speziellen gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Es können Modifikationen ausgeführt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen ausgedrückt ist, abzuweichen.

Claims (12)

1. Umkehrbares pneumatisches Bodenstechwerkzeug, mit:
einem länglichen Werkzeugkörper (11) mit einem Gehäuse (21) mit einer hinteren Öffnung und einer vorderen Spitze einschließlich eines Amboß (23);
einem Schlagelement (12), das zur Hin- und Herbewegung innerhalb einer inneren Kammer des Gehäuses gelagert ist, um Schläge auf eine hintere Schlagfläche des Amboß (23) auszu­ üben, um das Werkzeug nach vorne durch den Boden vorzutrei­ ben, wobei das Schlagelement (12) eine hintere Lagerung (36) in abgedichteter, gleitfähiger Anlage an einer Innenwand des Werkzeugkörpers hat;
einem Luftverteilungsmechanismus, um die Hin- und Herbe­ wegung des Schlagelements (12) zu bewirken, einschließlich einer nach hinten offenen Ausnehmung (33) in dem Schlagele­ ment (12) mit einer radialen Luftdurchflußleitung (42), welche durch eine Wand der Ausnehmung (33) verläuft, einer Buchse (52), die gleitfähig in der Ausnehmung (33) in abge­ dichteter Anlage an der Ausnehmungswand angeordnet ist, wobei die Buchse (52) eine vordere Außenkante und eine hin­ tere Außenkante und einen ersten Luftdurchflußdurchgang (60A) aufweist, welcher sich durch die Buchse von hinten nach vorne in Längsrichtung erstreckt und an welchen ein erster Luftschlauch (53A) zur Zufuhr von Druckluft in die Ausnehmung (33) angeschlossen ist, um das Schlagelement (12) nach vorne zu schieben, bis die radiale Leitung (42) in der Ausnehmungswand die Vorderkante der Buchse passiert, zu welchem Zeitpunkt Druckluft in eine vordere Druckkammer (35) vor dem hinteren Dichtungslager (36) des Schlagelements eintritt, wodurch ein Rückwärtshub des Schlagelements ge­ startet wird, wobei die Bewegung des Schlagelements in Rück­ wärtsrichtung fortfährt, bis sich die radiale Leitung (42) in der Ausnehmungswand über die hintere Kante der Buchse (52) hinausbewegt, wodurch der Druck aus der vorderen Druck­ kammer abgelassen wird;
einem Endaufbau (14), der an einer hinteren Endöffnung des Gehäuses (21) montiert ist und der das Schlagelement (12) und den Luftverteilungsmechanismus in dem Gehäuse si­ chert und der Schläge von dem Schlagelement in Rückwärts­ richtung aufnimmt, wenn das Werkzeug umgekehrt betrieben wird; und
einem Umkehrmechanismus, der einen zweiten Luftflußdurch­ gang (60C), welcher sich von der Rückseite der Buchse (52) zu einer radialen Leitung (61) zu einer Außenfläche der Buchse zwischen ihren vorderen und hinteren Außenkanten erstreckt, und einen zweiten Luftschlauch (53C) aufweist, der an den zweiten Luftflußdurchgang zur Zufuhr von Druck­ luft zu der radialen Leitung (61) in der Buchse angeschlos­ sen ist, um die vordere Druckkammer unter Druck zu setzen, wenn die radiale Leitung (42) in der Ausnehmungswand über die radialen Leitung (61) in der Buchse bewegt wird, wodurch ein Hub des Schlagelements (12) nach hinten eher beginnt, als wenn der radialen Leitung (61) der Buchse keine Druck­ luft zugeführt wird.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, das weiter ein erstes Ventil (84), welches an dem ersten Luftschlauch (53A) an einer Position entfernt von dem Werkzeugkörper angeschlossen ist, um den ersten Schlauch (53A) mit einem Luftkompressor (82) zu ver­ binden oder davon zu trennen, und ein zweites Ventil (87) aufweist, das an den zweiten Luftschlauch (53C) an einer Position entfernt von dem Werkzeugkörper angeschlossen ist, um den zweiten Schlauch (53c) mit dem Luftkompressor (82) zu verbinden oder davon zu trennen.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, das weiter eine Verzweigungslei­ tung (83) aufweist, an die das erste (84) und zweite Ventil (87) angeschlossen sind, wodurch die ersten und zweiten Ventile (84, 87) gemeinsam mit einem Luftkompressor (82) verbunden werden können.

4. Werkzeug nach Anspruch 2, das weiter ein drittes Ventil (89) aufweist, welches mit dem zweiten Schlauch (53C) verbunden ist, um den zweiten Schlauch (53C) mit der Atmosphäre zu verbinden oder davon zu trennen.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, das weiter einen Schalldämpfer (91) aufweist, der so angeschlossen ist, um Abluft aus dem zweiten Luftschlauch (53c) aufzunehmen, wenn das zweite Ventil (87) geschlossen und das dritte Ventil (89) geöffnet ist und um die Abluft an die Atmosphäre abzugeben.

6. Werkzeug nach Anspruch 4, wobei der Endaufbau (14) aufweist:
eine Endmutter (71) mit einem Außengewinde, die in ein an der Innenfläche des Werkzeugkörpers nahe der hinteren Öff­ nung ausgebildetes Innengewinde eingeschraubt ist;
eine Endkappe (72), die die hintere Öffnung des Werkzeug­ körpers abdeckt und die Öffnungen aufweist, durch die die ersten und zweiten Schläuche (53A, 53C) verlaufen;
Mittel (73) zum Befestigen der Endkappe (72) an der End­ mutter (71); und
eine Stange (74), die die Buchse (52) mit der Endkappe (72) verbindet.

7. Werkzeug nach Anspruch 6, wobei die Stange (74) koaxial mit der Längsachse des Werkzeugkörpers liegt und die ersten und zweiten Schläuche (53A, 53C) parallel und radial nach außen versetzt gegenüber der Stange (74) verlaufen.

8. Werkzeug nach Anspruch 7, das weiter Mittel (75, 95) zum lösbaren Befestigen des vorderen bzw. hinteren Endes der Stange (74) an der Buchse (52) bzw. an der Endkappe (72) aufweist.

9. Werkzeug nach Anspruch 7, wobei der Luftverteilungsmechanis­ mus zum Bewirken der hin- und hergehenden Bewegung des Schlagelements einen dritten Luftflußdurchgang (60B), der sich durch die Buchse (52) von hinten nach vorne in Längs­ richtung erstreckt, und einen dritten Luftschlauch (53B) aufweist, der mit dem dritten Luftflußdurchgang (60B) ver­ bunden ist, um der Ausnehmung (33) Druckluft zuzuführen, wodurch die Druckluftzufuhr durch den ersten Schlauch (53A) unterstützt wird, wobei der erste, zweite und dritte Luft­ flußdurchgang (60A, 60B, 60C) und der erste, zweite und dritte Schlauch (53A, 53B, 53C) in dreieckiger Anordnung in bezug auf die Stange (74) angeordnet sind.

10. Werkzeug nach Anspruch 6, wobei die Endkappe (72) Abluftöff­ nungen (76) darin aufweist und die Endmutter (71) eine dünn­ wandige Hülse aufweist, die vom äußeren Umfang der ersten und zweiten Luftschläuche (53A, 53C) beabstandet ist, wobei die Luftschläuche (53A, 53C) frei von einer Befestigung an dem Endaufbau sind.

11. Verfahren zum Betreiben eines umkehrbaren Werkzeugs nach Anspruch 2, wobei das Verfahren aufweist:
Betreiben des Werkzeugs in Vorwärtsbetriebsart, indem das erste Ventil (84) geöffnet und dem ersten Luftschlauch (53A) Druckluft zugeführt wird, während das zweite Ventil (87) geschlossen ist, so daß der zweite Schlauch (53C) im wesent­ lichen abgedichtet ist; und
Betreiben des Werkzeugs in einer Rückwärtsbetriebsart, indem das zweite Ventil (87) geöffnet und dem zweiten Luft­ schlauch (53C) Druckluft zugeführt wird, während das erste Ventil (84) geschlossen wird, so daß der erste Schlauch (53A) im wesentlichen abgedichtet ist.

12. Verfahren zum Betreiben eines umkehrbaren Schlagwerkzeugs nach Anspruch 4, wobei das erste (84), das zweite (87) und das dritte (89) Ventil nahe dem Luftkompressor (82) an den Enden der Schläuche (53A, 53C) entfernt von dem Werkzeug angeordnet sind, wobei das Verfahren aufweist:
Betreiben des Werkzeugs in einer Vorwärtsbetriebsart, indem das erste Ventil (84) geöffnet und dem ersten Luft­ schlauch (53A) Druckluft zugeführt wird, während das zweite (87) und das dritte (89) Ventil geschlossen sind, so daß der zweite Luftschlauch (53C) im wesentlichen abgedichtet ist;
Betreiben des Werkzeugs in einer Rückwärtsbetriebsart, indem das zweite Ventil (87) geöffnet und das dritte Ventil (89) geschlossen sind, um dem zweiten Luftschlauch (53C) Druckluft zuzuführen, während das erste Ventil (84) ge­ schlossen wird, so daß der erste Luftschlauch (53A) im we­ sentlichen abgedichtet ist; und
Betreiben des Werkzeugs in einer Vorwärtsbetriebsart mit verkürztem Hub, indem das dritte Ventil (89) geöffnet und das zweite Ventil (87) geschlossen sind, um zu gestatten, daß Abluft aus der vorderen Druckkammer (35) durch den zwei­ ten Luftschlauch (53c) in die Atmosphäre austritt, während das erste Ventil (84) geöffnet ist und dem ersten Luftschlauch (53a) Druckluft zugeführt wird.