DE2022490C3

DE2022490C3 - Hydraulisch betätigbare Schlagvorrichtungen

Info

Publication number: DE2022490C3
Application number: DE2022490A
Authority: DE
Inventors: Eugene Lawrence Princeton N.J. Krasnoff (V.St.A.)
Original assignee: Ingersoll Rand Co
Current assignee: Ingersoll Rand Co
Priority date: 1969-05-22
Filing date: 1970-05-08
Publication date: 1974-01-10
Also published as: FR2048623A5; US3620312A; SE363474B; CA922208A; ZA702286B; DE2022490B2; JPS4932401B1; GB1302759A; DE2022490A1

Description

5 ^ 6

cesialteten hydraulisch bctäiigbaren Schlagvorneh- Fig. 3 ist ein vergrößerter Teilschnitt längs der

•uhr die ebenfalls einen von einem Gehäuse um- Linie 3-3 in Fig. 2, der den Hammer des Gestems-

R."l)cnen 7ylindcr und in dem Zylinder einen zwi- bohrers am Beginn seines Arbeitshubs zeigt;

sehen zwei Einstellungen hin und her bewegbaren F i g. 4 ist ein Teilschnitt längs der Linie 4-4 in

Kolben aufweist, der jedoch zwei Arbeitsflächen als 5 Fig. 3;

verschiebbare Begrenzungsfläehcn einer unteren und F i g. 5 zeigt in einem Teilschnitt eine weitere Aus-

einer oberen Druckkammer aufweist und dessen flihriingsform der Krfindung.

Mantelfläche bei der Hin- und Herbewegung eben- In Fig. 1 erkennt man einen verschiebbar Befalls als Steuerorgan zum Offnen bzw. Verschließen lagerten, insgesamt mit 1 !»zeichneten Gestcmseiner DruckflUssigkeitseinlaß- bzw. -auslaßöHnung io bohrer, der auf einer Tragkonstruktion 2 belicbigei am Zylinder dient, dadurch gekennzeichnet, daß bekannter Art angeordnet ist. jeder Druckkammer ein separater Druckflüssig- Der Gesteinsbohrer bzw. die Bohrvorrichtung I keits-Pufferspeicher und eine separate DiuckflUssig- umfaßt ein Gehäuse 4 mit einem mittleren Abkeits-EinlaßöfTnung am Zylinder zugeordnet sind, schnitt 5, durch den sich ein Längskanal 6 erstreckt, daß eine den Druckkammern gemeinsame Drink- 15 in dem eine Buchse 7 angeordnet ist, die zusammen HUssigkeits-Auslaßöffnung am Zylinder vorgesehen mit dem Gehäuse 4 einen Zylinder 8 abgrenzt. In ist und daß die Steuerung der die Druckkammern zur dem Zylinder 8 ist ein Hammer oder Kolben 10 hin-Auf- und Abbewegung des Kolbens beaufschlagen- und herbewegbar gelagert. Der Hammer 10 iimlaßt den Druckflüssigkeit über am Kolbenmantel ausge- einen Abschnitt 11 von größerem Durchmesser, der bildeten Aussparungen im Verlauf der Bewegung des _ao den Zylinder 8 in zwei Kammern 8 α und 8/) unter-Kolbens so erfolgt, daß in der unteren Endslcllung teilt. Ein hinterer Kopf 9 verschließt das eine Ende und während eines ersten Teilstuckes des Aufwärts- des Zylinders«, und ein vorderer Kopf 12 ist auf bewegens des Kolben» nur die der unteren Druck dem vorderen Hnde der Bohrvorrichtung angeordnet, kammer zugeordnete Druckflüssigkeits-Einlaßöffnung Zwischen dem vorderen Kopf 12 und dem Gehäuse 4 geöffnet und über einige Aussparungen mit der unleren 45 ist ein Abstandshalter 13 vorgesehen. Der hinteie Druckkammer und dem zugeordneten Pufferspeicher Kopf 9 und der vordere Kopf 12 sind mit dem (ίο-verbunden ist, daß während der weiteren Aufwärts- hiiuse 4 durch Zuganker 14 verbunden, bewegung beide Druckflüssigkeits Einlaßöffnungen Ein Bohrstahl 15, der gemäß Fig. 1 an seinem durch den Kolben verschlossen sind, wobei nur noch , freien Ende einen Bohrmeißel 16 trägt, ist in (Um die in der unteren Druckkammer gespeicherte Druck- 30 vorderen Kopf 12 gelagert und ragt in das voulm energie an der unteren Arbeitsfläche des Kolbens Ende des Zylinders 8 hinein, wo der sich hin- und ansteht, daß die untere Druckkammer und der zu- herbewegende Hammer 10 Schläge auf das bennch geordnete Pufferspeicher kurz vor oder bei Erreichen harte Ende des Bohrstahls ausführen kann 1 in des oberen Totpunktes des Kolbenweges über weitere Zentrierarm 17 ist gemäß Fig. 1 auf der Tragkon Aussparungen mit der TJiuckflüssigkeits-Auslaß- 35 struktion 2 gelagert, um den Bohrstahl 15 zu fiihien öffnung verbunden sind, und gleichzeitig oder unmit- Ferner ist eine Einrichtung zum Drehen des BdIu telbar darauf von den Druckflüssigkeits-Einlaß- Stahls 15 vorgesehen, die einen eine Drehbewepuin öffnungen nur die der oberen Druckkammer züge- erzeugenden, auf der Bohrvorrichtung 1 angeordn.· ordnete Druckflüssigkeits-Einlaßöffnung geöffnet und ten Motor 20 umfaßt. Die Antriebswelle 21 i!> > über weitere Aussparungen mit der oberen Druck- 40 Motors 20 treibt ein im vorderen Kopf 12 der Hol'¹ kammer und dem zugeordneten Pufferspeicher ver- vorrichtung gelagertes Sürnzahnrad 22, das nvt bunden ist, wobei während der weiteren nun erfol- einem Stirnzahnrad 23 kämmt, welches ein weite! > genden Abwärtsbewegung des Kolbens wieder alle Stirnzahnrad 24 antreibt, das seinerseits mit ein: 1 Druckflüssigkeits-Einlaß- und -AuslaßöfFnungen Außenverzahnung 25 eines Futters 27 kämmt P'is durch den Kolben verschlossen sind und nur noch 45 Futter 27 steht in Antriebsverbindung mit ι·ίη■> die in der oberen Druckkammer gespeicherte Druck- Futterbacke 29, die mit Innenkeilbahnen verselu" energie an der oberen Arbeitsfläche des Kolbens ist, welche Längsteile 30 auf der Außenseite ι!· ansteht, und daß schließlich kurz vor oder bei Wie Bohrstahls 15 aufnehmen. Wenn das Futter 27 nit dererrei'chen des unteren Totpunktes des Kolben der Backe 29 in Drehung versetzt wird, dreht si. h weges die obere Druckkammer mit dem zugeordne 50 somit auch der Bohrstahl 15. Ferner ist ein Haltet' il ten Pufferspeicher über noch weitere Aussparungen 32 vorgesehen, durch das die Futterbacke 29 im·! mit der Druckflüssigkeits-Auslaßöffnung verbunden der Bohrstahl 15 im vorderen Kopf 12 der Vorrich ist und gleichzeitig oder unmittelbar darauf wie- lung festgehalten werden. Außerdem ist ein Kappenderum nur die untere Druckkammer mit zugeord- teil bzw. eine Überwurfmutter 33 auf das freie En.!«¹ netem Pufferspeicher über die einigen Aussparungen 55 des vorderen Kopfes 12 aufgeschraubt, um das HaIn in Verbindung mit der zugeordneten Druckflüssig- teil 32 in seiner Lage zu halten. keits-Einlaßöffnung gelangt, wobei der Kolben wie- Im vorderen Kopf 12 der Vorrichtung sind Luft der über die Arbeitsfläche nach oben beaufschlagt kanäle ausgebildet, damit Druckluft zum Boden de« wird. gebohrten Lochs geleitet werden kann, um das Bohr

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im 60 mehl aus dem Bohrloch herauszublasen. Die Druck

folgenden an Hand von Zeichnungen beschrieben. luft wird von einer Zuleitung 35 aus einem Kanal 3fi

Fig. 1 zeigt perspektivisch in einem kleinen Maß- im vorderen Kopf 12 der Vorrichtung zugeführt. Dei

stab eine AusfUhrungsform eines Gesteinsbohrers mit Kanal 36 führt zu einem Ringraum 38 im vorderer

Merkmalen nach der Erfindung; Kopf der Vorrichtung. In dem Halteten 32 siiu¹

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch einen Teil eines 6_S mehrere radiale Kanäle 39 ausgebildet, die zu einen'

Gesteinsbohrers mit erfindungsgemäßen Merkmalen, den Bohrstahl 15 umgebenden Ringkanal 40 führen wobei sich der Hammer in seiner Schlagstellung Der Bohrstahl 15 weist einen Längskanal 41 \m<^:

befindet; einen radialen Kanal 42 auf, in den die Druckluft

7 8

der _aus dem Rjngkanal 40 einströinl, um durch den des Hammers 10 geleitet wird. In dem Behälter 101 ^e'^ns- Kanal 41 zum Boden des Bohrlochs geleitet zu ist ein einzige Rohrleitung 121 angeordnet, die dazu werden. dient, das verbrauchte Druckmittel aus den beiden in Der mittlere Teil 5 des Gehäuses 4 ist mit mehre- Kammern auf den voneinander abgewandten Seiten ren Ringkanälen versehen, die vom hinteren Ende 5 der Verdickung 11 des Hammers 10 liegenden Kam- ^us- (j_er Vorrichtung aus in Richlung auf ihr vorderes mern abzuführen. Der Auslaßbchältcr 101 ist mit Ende fortlaufend mit 50,51,52,53,54 und 55 be- einer Leitung 104 versehen, die das hydraulische g*-¹- zeichnet sind. Die Buchse 7 weist zu den verschiede- Medium zu der Druckquelle zuriickleitet. ins- neu Ringkanälen in dem Gehäuseteil 5 führende Die Antriebskraft, durch die der Hammer 10 nach '8^ei radiale Kanäle auf, die vom hinteren Ende der Vor- io vorn getrieben wird, um einen Schlag auf den Bohrrichtung aus in Richtung auf ihr vorderes Ende fort- stahl 15 auszuüben, wird der in dem Akkumulator 'g 1 laufend mit 70, 71, 72, 73, 74 und 75 bezeichnet sind. 91 gespeicherten Energie und dem Strom des hydrau- \b- Die Kanäle 72, 73, 74 und 75 münden jeweils in lischen Druckmittels entnommen, der durch die Zukt. einem von nehreren Ringräumen 60, 61, 62 und 63. leitung 103, den Druckwellcn-Filtcrbehälter 100 und 'en In der ersten Buchse 7 ist im hinteren Teil der Vor- 15 das Rohr 110 strömt. Die Antriebskraft zum Zurückin richtung eine zweite Buchse 78 angeordnet, die so ziehen des Hammers 10 wird der in dem Akkumuin- bemessen ist, daß sie einen Teil des Hammers 10 lator 90 gespeicherten Energie und dem Strom des 'ßt aufnehmen kann. Die Buchse 7 trägt an ihrem vor- Druckmittels entnommen, der durch die Zuleitung ler deren Ende gemäß Fig. 3 einen Abschnitt 79 von 103, den Druckwcllcn-Fillerbehältcr 100 und das -^ar- größerer Wandstärke, der so bemessen ist, daß er ao Eintrittsrohr 111 strömt.

de den vorderen Teil des Hammers 10 aufnehmen kann. Zur Beschreibung der Wirkungsweise der Bohr-

uf Die Buchse 78 weist in einem Ringraum 82 mün- vorrichtung sei angenommen, daß sich der Hammer

-'· dende radiale Kanäle 80 sowie in einem Ringraum 10 anfänglich in der in Fig. 2 gezeigten Stellung

83 mündende radialt Kanäle 81 auf, und die Kanäle befindet, bei der er einen Schlag auf den Bohrstahl

re 80 und 81 stehen in Verbindung mit den radialen »5 15 ausübt. Das hydraulische Druckmittel, z. B. unter

e- Kanälen 70 und 71 in der Buchse 7 sowie mit den in Druck stehendes öl, wird über die Zuleitung 103

dem Gehäuseteil 5 ausgebildeten Ringkanälen 50 dem Behälter 100 zugeführt. Das Drucköl strömt

und 51. durch das in ' - · -

τ· Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, umfaßt das 111 und eine

d St⁸¹"*, ⁷T ^{aUf Seiner Außenseite} angeordnete 30 dem Ringkanal55. Von dem RingTanal55 aus s.fönu

Akkumula.orkammern 90 und 91 als Druckflüssig- die Druckflüssigkeit durch die radialenöffnen«75

keits-Puffcrspcichcr, die an ihren Enden mit Hilfe und den Ringraum 63 der Buchse 7"u der mi J«

von Gewindestopfen 95 und 96 verschlossen sind. bezeichneten Reihe von Schlitzen des Harn™ , in

D«e Akkumulatorkammer 90 steht mit dem ZvIm- Über die Schlitze 68 eelarmidaTlWi, .TT I

der 8 über eine öffnung 94, den Ringkanal 54 und ₃₅ auf der Vorderseite £^ ver'dickTe^Abseiiu U £

den radialen Kanal 74 in Verbindung. Der zweite Hammers liegenden Kammer 8« imH JI L.t

! Akkumulator 91 ist mit dem Zylinder 8 durch eine auf eine durch die VerSnVn „ tu c Γ', °'

öffnung«, den Ringkanal 52* und den radialen Ha₁ so daß de^H^m Äftntn dTm

Kanal 72 verbunden Richtung auf den hinteren Kopf9 Set wird

An verschiedenen, über seine Länge verleilten 40 Gleichzeitig steht der Akkumulator OO m * η v

Punkten is, der Hammer 10 mit Reihen von in Um- mer 8 α über die öffnun Ϊ „„? d£ κίηίΐ?£'?4

fangsabständen verteilten als Längsschlitze ausgebii- und 62 in Verbindung Das DrucknliL ,Ξ, '

deten Aussparungen versehen; diese Schlitzreihen zu dem Akkumulator 90 dcrrnUD ,S h r m™

sind vom hinteren Ende des Hammers 10 aus in wird, so daß Energ eη dem AkSu₁H? Qn ^&

Richtung auf sein χ ordere Ende fortlaufend mit 64, 45 speichert wird. Akkumulator 90 ge-

65, 66, 67 und 68 bezeichnet. Zwar zeigen die Zeich- In diesem Zeitpunkt ist der durch ,1^ R₁I im

nungen Schlitze, doch könnte man diese Schlitzt- die öffnung 116 und die Kanäle 51 71«? η «i

auch durch einen kleineren Durchmesser aufweisende gebildete Einlaßkanal durch den oberen TeH nV,

Hammerabschnitte ersetzen, die sich über den gan- Hammers 10 verschlossen und der A,«, ακ ύ·.

zen Umfang des Hammers erstrecken. Ob man die ₅o 101 steh, mi, der Kammer \b übtdieÄ IM

dargestellten Schlitze oder aber Abschnitte von klei- 53 und 73 sowie die SchliiJ«? ^ u '

nerem Durchmesser wählt, richtet sich nach der Wenn sich der Hammer ietzSch nh™ κ ϊ·"^

Gesamtkonstruktion der Vorrichtung und dem ge- die Schulter 11 bZolliH^PnHf η ν ?'T' '^aßt

wünschten Strömungsverlauf. des Hammer*110 zutj Dm ΐΐ ' / "^S "

Ferner ist die Bohrvorrichtung mit Druckwellen- 55 Kammer 8 b über die Schlitze 6(i ΪΤ$* τ>™^$ ^

Filterbehältern 100 und 101 ausgerüstet. Der eine 61 und den Kanälen 73 und 53 zu dem K^m«

Behälter 100 ist in Fig. 2 deutlich zu erkennen. dem Rohr 121 und dem AustrimbehSter im ?'

Gemäß Fig. 1 ist der zweite Behälter 101 in der weichen. Das Druckmittel SrfimtS I.¹ T'

gleichen Größe und Form ausgebildet wie der Be- halter 101 dunTSr^uSSSÜZ Ά /'

halter 100 und neben diesem angeordnet. An den 60 Druckmittelquelle bzw dem Rehä ιΓ* » ι ^Ζ« ί^Γ

Einlaßbehäl.er 100 is, eine Leitung 103 angcschlos- dem sich der Hammer« SnS einer S^l^

sen, über die dem Inneren des Behälters 100 ein Strecke bewegt hat wird die fTi!«-T ST

hydraulisches Druckmittel z. B. von einem Behälter schlossen, und die Verbindung zwischen^⁸ ς? &~

oder einer Pumpe (nicht dargestellt) aus zugeführt zen 66 und dem Ringraum 61 Ξ "„. κ , werden kann, ,η dem Behälter 100 sind zwei Rohre 6₅ Die vorher in cfcmTkta^toVgSScS

110 und 111 angeordnet, durch die das hydraulische Energie wird freigegeben so daß *L in ,^ges?j^:lcnertc

Druckmittel aus dem Behälter 100 zu den voneinan- 8« verfügbar wird um auf den hU ^Kammer

der abgewandten Seiten der zentralen Verdickung 11 ken und ihn zu t'JZ^L "Δ* »ZiS^uTL'

guiig fortzusetzen. Hei dieser weiteren Rückwärtsbewegung des Hammers wird die in der Kammer 8 b enthaltene Flüssigkeit zusammengedrückt. Da die Kammer 8 Λ mil dem Akkumulator'.)! über die Öffnung 92, den Ringkanal 52, die öffnung 72 und den Ringraum 60 in Verbindung stellt, wird die den Akkumulator ^f>l lullende hydraulische Flüssigkeit zusammengedrückt. Während der Hammer fortfährt, sich nach hinten zu bewegen, wird somit Energie in dem Akkumulator 91 gespeichert. Wenn der Hammer seine Aufwärtsbewegung in Richtung auf seine in Fig. λ gezeigte obere Totpunktslellung fortsetzt, kommen die Schlitze 65 in Huchiuiig mit dem Ringraum 83. so daß die Einlaßöffnung 71 freigelegt wird. Im gleichen Zeitpunkt kommen die Schlitze 67 in Flüchtling mit dem Ringraum 6!. so daß die Kam merit« mit der AiistriUsöff'nung 73 verbunden wird. Die Massenträgheit veranlaßt den Hammer, sich weiter nach oben bzw. nach hinten in Richtung auf seine Toipunkistclluiig nach Fig. 3 zu bewegen Die Einlaßöffnung 71 und die Auslnßöffnung 73 werden geöffnet, bevor der Hammer seine obere Totpunkt stellung erreicht, da die Kammer 8/> nicht sofort unter Druck gesetzt wird, wenn der Einlaß geöffnet wird, und die Kammer 8« wird nicht sofort entleert, wenn sich die AustriHsöffnuni; öffnet. Der Hammer 10 benötigt eine gewisse Zeil, um seine Bewegungsrichtung umzukehren. Das Öffnen der Einlad- und Auslaßöffnungen vor dem Zeitpunkt, in dem der Hammer seine obere Toipiinklstellung erreicht, gewährleiste! ein /weckmäßiges, wirtschaftliches und stabiles Arbeiten der Vorrichtung.

Die Druckflüssigkeit strömt jetzt aus dem Behälter

100 durch das Rohr 110, die Öffnung 116. den Ringkanal 51. die Kanäle 71. den Ringraum 83 und die Sehlitze 65. so daß sie auf die Schultern/) wirkt. Nunmehr kehrt der Hammer 10 seine Bewegungsrichtung um und wird durch den in der Kammer 8 />' herrschenden Druck vorwärtsgetrieben, so daß er einen Schlag auf den Bohrstahl 15 ausübt. Da der Akkumulator 91 mit der Kammer 8 b über die Schlitze 66. den Ringraum 60, die Öffnung 72, den Kanal 52 und die Öffnung 92 in Verbindung steht, bewirkt der in dem Einlaßbehälter 100 herrschende Druck, daß der Druck in dem Akkumulatoren weiter erhöht wird, so daß die in diesem Akkumulator gespeicherte Energiemenge weiter vergrößert wird. In diesem Zeitpunkt wird die Kammer 8 α über die Schlitze 67. den Ringraum 61. die Öffnung 73 und den Kanal 53 zum Zweck des Enticerens mit der Auslaßöffnung 122 verbunden, die zu dem Rohr 121 führt, das in dem Druekwcllen-Filterbehältcr 101 auf tier Austrittsseile angeordnet ist. Aus dem Behälter

101 wird das Druckmittel über die Austrit'sl.eilung 104 abgeführt.

Wenn sich der Hammer 10 nach vorn bewegt, werden die Einkißöffnung 71 und die Auslaßöffming 73 der Kammer 8 α geschlossen. Der Akkumulator '.'1 bleibt in Verbindung mit der Kammer 8 b, und die vorher in diesem Akkumulator gespeicherte Fneigie wird jetzt dem Hammer 10 zugeführt. um die Krall zu vergrößern, mit d'-r der Hammer gegen den Bohrsiahl 15 stößt. Während der Akkumulator «)| die in ihm gespeicherte Energie an die Kammer Hh abgibt, sind der Akkumulator 90 und die Kam-HK¹I Hi.¹ geschlossen, so daß die Vorwärtsbewegung des I l.iminers 10 bewirkt, daß der Akkumulator 90 mit ciiKiii Druck beaufschlagt wird, wodurch die in diesem Akkumulator vorher gespeicherte Energiemenge vergrößert wird.

Die weitere Vorwärtsbewegung des Hammers 10 führt dazu, daß die Einlaßöffnung 75 und der Aiis-S lal.ikanal der Kammer 8 /> geöffnet werden, und daß der Hammer einen Schlag auf den Bohrstahl ausübt. Die Einlaßöffnung 75 und die Auslaßöffnung der Kammer 8/> (".linen sich vor dem Zeilpunkt des Er-/eiigens eines Schlages aus dem gleichen Grund, aus

in welchem der Einlaß 71 und die Auslaßöffnuni; tier Kammer Hα geöffnet werden, bevor der obere Totpunkt erreicht wird, d. h. um ein einwandfreies und stabiles Arbeiten der Vorrichtung zu gewährleisten Arbeitsspiele der beschriebenen Art wiederholen

•>5 sich in schneller Folge, so daß auf das Werkstück Schläge in einer entsprechenden Anzahl ausgeübt werden.

Die Anordnung und die Länge der Schlitze der Reihen 64, 65. 66, 67 und 68 sowie tue gegenseitige Lage und die Größe der Öffnungen 70. 71. 72. 73 und 75 ist von besonderer Bedeutung. Die Einlaßöffnungen 71 und die Verbindung zwischen ; ι Kammer 8 α und der Auslaßöffnung 73 über die ^.ehlilze 67 müssen nahezu genau im gleichen Zeitpunkt gcöffnet bzw. geschlossen werden. Auch die Einlaßöffnung 75 und die durch die Schulze 66 hergestellte Verbindung zwischen der Kammer 8/) und der Aus laßöffnung 73 müssen ebenfalls nahezu gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden. Die Verbindung zwischen der Kammer 8 α und dem Auslaß 73 wird geschlossen, bevor der Einlaß 75 geöffnet wird, so daß Energie in dem Akkumulator90 gespeichert weiden kann, und die Verbindung zwischen der Kämme; 8/) und dem Auslaß 73 wird geschlossen, bevor der Einlaß 71 geöffnet wird, so daß in dem Akkumulato; 91 I-.nergie gespeichert wird.

Um die Schlagkraft des Hammers IO weiter /;■ steigern, ist ein Abschnitt oder eine Kammer 131 de.-. Zylinclers 8 über dem hinteren Ende des Hammel

4" 10 als Druckpolsier mit Luft oder einem hydr.ui lischen Medium gefüllt. Ein Kanal 130 zum Zuführen des betreffenden Mediums zu der Kammer 131 is! geöffnet, während auf das Werkstück ein Schlag augeübt wird, so daß die Kammer 131 auch dann stei< mit dem betreffenden Medium gefüllt ist. wenn Leck Verluste auftreten sollten. Wenn sich der Hamm,; nach hinten bewegt, wird der Kanal 130 verschlosen. Eine weitere Rückwärtsbewegung des Hammc;-10 bewirkt, daß das in der Kammer 131 enthalten·.

Medium verdichtet wird. Wenn der Hammer beginn; seine Vorwärtsbewegung auszuführen, wird die i· der Kammer 131 gespeicherte Energie an den Harn mer abgegeben, um die Stoßkraft zu vergrößern, mn der der Hammer auf das Werkstück auftrifft.

Ganz allgemein werden zu große Bewegungen d.--Hammers dadurch verhindert, daß sich der Hanink' gegen einen hydraulischen Puffer bewegt. In Ergä'n zung des Erfindungsgedankens ist zusätzlich au-Sicherheitsgrünuen eine Einrichtung vorgesehen, du-

ein Auftreffen des Hammers 10 auf wichtige Flächen. z.B. die Schultern 133 und 134, verhindert. Die-.· Einrichtung ist so.ausgebildet. daß sie einen Teil de-. auf den Hammer wirkenden Druckmittels während des Arbeitsluibs des Hammers zu dem Akkumulator 91 leitet um so den auf der Arbeitsseile des Hammeis herrschenden Druck wegen der Gefahr von Kavitation nur wenig gegenüber dem Druck zu verringern. der den Riickhub des Hammers bewirkt. Wenn dei

I lanimer eine zu grölte Bewegung ausführt, stellen die Schlitze 64 eine Verbindung zwischen der Einlaßölfnung 81 und der Öffnung 80 her. Das Druckmittel strömt dann durch die radiale Ölimmg 70 und den Ringkanal 50 zu einem Kanal 135, der zu dem Akkumulator 91 führt. Die Länge und der Durchmesser des Kanals 135 stellen wichtige Faktoren dar, da sie so gewählt sein müssen, dall zu große Bewegungen des Hammers, Druckscliwankungeii und das Auftreten von Kavitationen vermieden werden.

Statt die beschriebenen Akkumulatorkamniern 90 und 91 zu verwenden, kann man bei einer abgeänderten Ausl'ührungsl'orm der Erfindung einen in Fig. 5 dargestellten Druckverstärker verwenden. Bei dieser Anordnung ist eine Kammer 150 vorgesehen, die mit dem hydraulischen Medium gefüllt ist. Ferner ist ein Verslärkerkolben 151 vorgesehen, der einen ersten Abschnitt 152 mit einem bestimmten Durchmesser und einen zweiten Abschnitt 153 von größerem Durchmesser umfaßt. DerZylinder. in dem der dickere Teil 153 des Kolbens 151 arbeitet, steht mit dem Zylinder 8 über einen Kanal 154 in Verbindung. Wenn der Kanal 154 mit dem Ringkanal 54 verbunden ist, während sich der Hammer 10 nach vorn bewegt, wirkt das Druckmittel auf den Kolbenabschnitl 153, so daß der Kolbcnabschniü 152 nach unten bewegt und in der Kammer 150 ein Druck erzeugt werden. Die in der Kammer 150 gespeicherte Energie wird dem ZylinderS zugeführt, da der Druck in der Kammer 150 auf den dünneren Kolbenabschnitt 152 wirkt, so daß der Kolben 151 nach oben bewegt wird. Ferner kann man eine NachfüllöiTnung 155 vorsehen, damit die durch Leckverluste verringerte Flüssigkeitsmenge in der Kammer 150 ergänzt werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung eine Bohrvorrichtung vorsieht, die der erwähnten Aufgabenstellung entspricht. Genauer

ίο gesagt sieht die Erlinciung ein neuartiges Schlagwerkzeug vor, das ausschließlich mit Hilfe eines hydraulischen Druckmittels betrieben werden kann. Hierbei wird die Zusammendrückbarkeil des hydraulischen Mediums ausgenutzt, um die Wirkung eines Gesteins bohrers zu erhöhen. Die Antriebsenergie wird sowohl einem Druckmittelstrom, der durch eine äußere Quelle, z. B. eine Pumpe, erzeugt wird, als auch in den Akkumulatoren 90 und 91 gespeicherter Energie entnommen. Die Länge der Einlaßrohre 110 und

so 111, die den Filierbehälter 100 mit dem Arbeitszylinder 8 verbinden, und die Länge der Austritts leitung 121. die den Arbeitszylinder 8 mit dem Aus trittsbehälter 101 verbindet, müssen auf die Abmessungen des Bohrers und der Behälter 100 und 101 sowie den Betriebsdruck der Bohrvorrichtung abgestimmt sein. Druckschwankungen und Kavitation werden gemäß der Erfindung dadurch ausgeschaltet, daß Druckwcllen-Filierbehälter 100 und 101 von großen Abmessungen vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulisch betätigbare Schlagvorrichtung mit einem einen Zylinder umgebenden Gehäuse und einem in dem Zylinder zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegbaren Kolben, der wenigstens eine Arbeitsfläche als verschiebbare Begrenzungsfläche einer Druckkammer aufweist und dessen Mantelfläche bei der Hin- und Herbewegung als Steuerorgan zum Öffnen bzw. Verschließen einer Druckflüssigkeits-Einlaß- bzw. -Auslaßöffnung am Zylinder dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (8 α bzw. 8 b) mit einem Druckflüssigkeits-Pufferspeicher (90 bzw. 91) verbunden ist, daß von einer Endstellung des Kolbens (10) aus während eines ersten Teilstückes des Kolbenweges die Druckflüssigkeits-Einlaßöffnung (115 bzw. 116) über Aussparungen (68 bzw. 65) am Kolben (10) ao mit der Druckkammer (8 α bzw. 8 b) ufid mit dem Druckflüssigkeits-Pufferspeicher (90 bzw. 91) verbunden ist, während des weiteren Kolbenweges die Druckflüssigkeits-Einlaßöffnung(115 bzw. 116) durch den Kolben (10) verschlossen wird und nur noch die in der Druckkammer (8 α bzw. 8 b) gespeicherte Druckenergie an der Arbeitsfläche (11 a bzw. 116) des Kolbens (10) ansteht und die Druckkammer (8 α bzw. 8 f>) und der Pufferspeicher (90 bzw. 91) kurz vor oder bei Erreichen der anderen Endstellung des Kolbens (10) über weitere Aussparungen (67 bzw. 66) am Kolben (10) mit der Druckflüssigkeits-Aus'aßöffnung (122) verbunden sind.

2. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche (11 α bzw. Wb) am Kolben (10) durch eine umlau; fende, abgesetzte Schulter und die Aussparungen (68 bzw. 65; 67 bzw. 66) durch in Längsrichtung auf festgelegten Abstand angeordnete Reihen von über den Kolbenumfang verteilten schlitzartigen Vertiefungen gebildet sind.

3. Hydraulisch betätigbare Schlagvorrichtung mit einem einen Zylinder umgebenden Gehäuse und einem in dem Zylinder zwischen zwei End-Stellungen hin- und herbewegbaren Kolben, der zwei Arbeitsflächen als verschiebbare Begrenzungsflächen einer unteren und einer oberen Druckkammer aufweist und dessen Mantelfläche bei der Hin- und Herbewegung als Steuerorgan zum öffnen bzw. Verschließen einer Druckflüssigkeits-Einlaß- bzw. -Auslaßöffnung am Zylinder dient, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Druckkammer (8 a, 8 b) ein separater Druckflüssigkeus-Pufferspeicher (90, 91) und eine separate Druckflüssigkeits-Einlaßöffnung (115, 116) am Zylinder (8) zugeordnet sind, daß eine den Druckkammern gemeinsame Druckflüssigkeits-Auslaßöffnung (122) am Zylinder (8) vorgesehen ist und daß die Steuerung der die Druckkammern zur Auf- und Abbewegung des Kolbens (10) beaufschlagenden Druckflüssigkeit über am Kolbenmantel ausgebildeten Aussparungen (65 bis 68) im Verlauf der Bewegung des Kolbens (10) so erfolgt, daß in der unteren Endstcllung und während eines ersten Teilstückes des Aufwärtsbewegens des Kolbens (10) nur die der unteren Diuckkammer zugeordnete Druckflüssigkeits-Einlaßöffnung(115) geöffnet und über einige Aussparungen (68) mit der unteren Druckkammer (8 a) und dem zugeordneten Puffei speicher (90) verbunden ist, daß während der weiteren Aufwärtsbewegung beide Druckflüssigkeits-Einlaßöffnungen (115,116) durch den Kolben (10) verschlossen sind, wobei nur noch die in der unteren Druckkammer (8 α) gespeicherte Druckenergie an der unteren Arbeitsfläche (Ha) des Kolbens (10) ansteht, daß die untere Druckkammer (8 a) und der zugeordnete Pufferspeicher (90) kurz vor oder bei Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbenweges über weitere Aussparungen (67) mit der Druckflüssigkeits-Auslaßöffnung (122) verbunden sind, und gleichzeitig oder unmittelbar darauf von den Druckflüssigkeits-Einlaßöffnungen nur die der oberen Druckkammer (8 b) zugeordnete Druckflüssigkeits-Einlaßöffnung (116) geöffnet und über weitere Aussparungen (65) mit der oberen Druckkammer (8 b) und dem zugeordneten Pufferspeicher (91) verbunden ist, wobei während der weiteren nun erfolgenden Abwärtsbewegung des Kolbens wieder alle Druckflüssigkeits-Ein- und -Auslaßöffnungen durch den Kolben verschlossen sind und nur noch die in der oberen Druckkammer (8 b) gespeicherte Druckenergie an der oberen Arbeitsfläche (11 b) des Kolbens (10) ansteht, und daß schließlich kurz vor oder bei Wiedererreichen des unteren Totpunktes des Kolbenweges die obere Druckkammer (8 b) mit dem zugeordneten Pufferspeicher (91) über noch weitere Aussparungen (66) mit der Druckflüssigkeits-Auslaßöffnung (122) ver-. bunden ist und gleichzeitig oder unmittelbar darauf wiederum nur die untere Druckkammer (8 a) mit zugeordnetem Pufferspeicher (90) über die einigen Aussparungen (68) in Verbindung mit der zugeordneten Druckflüssigkeits-Einlaßöffnung (115) gelangt, wobei der Kolben (10) wieder über die Arbeitsfläche (8 a) nach oben beaufschlagt wird.

4. Schlagvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) mit einer Endfläche, vorzugsweise mit der oberen Stirnfläche, gegen ein Druckpolster (131) arbeitet, das beim Arbeitshub die Kolbenkraft verstärkt und beim Rückholhub komprimiert wird.

5. Schlagvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung des Aufschiagens des Kolbens (10) gegen eine Begrenzungskante (133) oder -fläche und von Kavitation eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die bei Erreichen einer bestimmten Kolbenstellung ein zu großer Druckunterschied zwischen der Arbeitsfläche und der Rückhubfläche des Kolbens verhindert wird.

6. Schlagvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr und die Abführung von Druckflüssigkeil zu und von den Druckkammern (8 a, 8 b) bzw. den Pufferspeichern (90,91) über an der Zylinderinnenfläche ausgebidete Ringnuten (82, 83, 61, 63) erfolgt und daß die Druckkammern ebenfalls durch · eine oder mehrere umlaufende Aussparungen an der Zylinderinnenfläche gebildet sind.

7. Schlagvorrichtung nach Anspruch 6, da-

'2.

durch gekennzeichnet, 'laß die Ringnuten bzw. gehende Bewe^uni· eines Bauteils vorzugsweise eines

die Druckkammern über in einer eingesetzten Kolbens hervorgerufen wird. Die Verwendung eines

Buchse (7) ausgebildete RadiJkanäle (70 bis 75) solchen Ventils führt jedoch zu einer ziemlich kom-

mit weiteren, auf der an die Außenfläche der plizierten Konstruktion. So beschreibt etwa die deut-

Buchse angrenzenden Innenfläche des Gehäu- 5 sehen Auslegeschrift 1 243 949 einen hydraulisch

ses (4) ausgebildeten Ringkanälen (50 bis 55) betätigbaren Oberdruckkammer, der über eine sepa-

kommunizieren. rate Ventilsteuereinheij. betätigt wird und dem zur

8. Schlagvorrichtung nach Anspruch 7, da- Steuerung des Rückholhubs in Abhängigkeit von der durch gekennzeichnet, daß die Druckflüssigkeits- Stärke des Arbeitshubs eine besondere Dämpferein-Ein- und -Auslaßöffnungen (115, 116 bzw. 122) to heit zugeordnet ist. Wird das Druckmittel durch ein sowie die mit den Druckkammern (8 a, 8 b) ver- Ventil gesteuert, so besteht aber die Gefahr, daß in bundenen Pufferspeicher (90, 91) jeweils in einen den Eintritts- und Austrittsleitungen Druckwellen solchen Ringkanal münden. auftreten. Solche Druckwellen können zu uner-

9. Schlagvorrichtung nach einem der vorste- wünschten Instabilitäten im Bewegungsablauf des henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 15 Ventilorgans und des Hammers sowie zu Energieverzur Verhinderung von Instabilität durch Druck- lusten und zu Kavitation in den Einlaß- und Auspulsationen in der Druckflüssigkeit die Zufuhr trittsleitungen wie auch im Arbeitszylinder führen, bzw. auch die Abfuhr der Druckflüssigkeit zu Diese Schwierigkeiten werden gewöhnlich auf die den Druckeinlaßöffnungen und von der Druck- geringe Zusammendrückbarkeit des Arbeitsmittels auslaßöffnung über einen Druckpufferspeicher 20 zurückgeführt.

(100 bzw. 101) von einer Druckflüssigkeits-Zu- Es wurden bereits Versuche unternommen, die

leitung (103) bzw. zu einer Druckflüssigkeits- Zusammendrückbarksit von Flüssigkeiten dazu aus-

Abführleitung (104) erfolgt. zunutzer., in einer Bohrvorrichtung die gewünschte

10. Schlagvorrichtung nach einem der vorste- Bewegung eines Bauteils herbeizuführen. Bei solchen henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 25 Vorrichtungen benutzt man häufig eine Einrichtung, die Druckflüssigkeits-Pufferspeicher (90, 91) mit die dazu dient, den Hammer, der z. B. einen Beeinem Druckverstärker, insbesondere einem Dif- standteil eines Gesteinsbohrers bildet, in eine mit ferentialkolben (151), ausgerüstet sind. einer Flüssigkeit gefüllte Kammer hineinzubewegen,

wodurch die Flüssigkeit in der Kammer unter Druck 30 gesetzt wird. Dann wird der Hammer freigegeben,

woraufhin er durch die in der Kammer gespeicherte

Energie vorwärtsgetrieben wird. Derartige Anordnungen haben sich jedoch bis jetzt nicht in jeder

Die Erfindung betrifft zum einen eine hydraulisch Beziehung bewährt, da vor allem der Wirkungsgrad betätigbare Schlagvorrichtung mit einem einen Zylin- 35 _zu klein ist.

der umgebenden Gehäuse und einem in dem Zylinder Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde,

zwischen zwei Endstellungen hin und her beweg- mit Hilfe einer Druckflüssigkeit zu betreibende baren Kolben, der wenigstens eine Arbeitsfläche als Schlagwerkzeuge zu schaffen, die im Vergleich mit verschiebbare Begrenzungsfläche einer Druckkammer den bis jetzt bekannten Schlagwerkzeugen dieser aufweist und dessen Mantelfläche bei der Hin- und 4° Gattung mit höherem Wirkungsgrad arbeiten und bei Herbewegung als Steuerorgan zum öffnen bzw. Ver- denen geringere Druckschwankungen in den Eintrittsschließen einer Druckflüssigkeits-Einlaß- bzw. -Aus- _un(j Austrittsleitungen auftreten. Insbesondere sollen laßöffnung am Zylinder dient. mit einem hydraulischen Druckmittel betreibbare

Bei den bis jetzt bekannten Schlagwerkzeugen der Gesteinsbohrer geschaffen werden, bei denen keine Art, auf die sich die Erfindung bezieht, wird nur eine 45 komplizierten Ventile in den Eintritts- und Austrittseinzige Energiequelle benutzt. Die Ijenötigte Energie leitungen und/oder separate Ventilsteuercinheiten wird entweder in Form eines Druckmittelstroms zu- benötigt werden, so daß sich das zu schaffende Gerät geführt, der z. B. durch eine Pumpe oder einen Ver- besonders für mobilen Einsatz gut verwenden läßt, dichter erzeugt wird, oder die Energie ist in einem Die Erfindung ist bei einer hydraulisch betätig-

Akkumulator oder Sammler gespeichert, dem sie 50 baren Schlagvorrichtung der eingangs genannten nach Bedarf entnommen wird. Bei diesen beiden be- Gattung dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkannten Anordnungen ist die Kraft begrenzt, mit der kammer mit einem Druckflüssigkeits-Pufferspeicher der Kolben über den Hammer des Werkzeugs Stöße verbunden ist, daß von einer Endstellung des Kolauf ein Werkstück ausüben kann. bens aus während eines ersten Teilstückes des KoI-Wird als Antriebsmittel eine Druckflüssigkeit ver- 55 benweges die Druckflüssigkeits-Eirilaßöffnung über wendet, so arbeitet ein solches Schlagwerkzeug mit Aussparungen am Kolben mit der Druckkammer und einem höheren Wirkungsgrad. Im Vergleich zu pneu- mit dem Druckflüssigkeits-Pufferspeicher verbunden matischen Werkzeugen läßt sich bei hydraulischen ist, während des weiteren Kolbenweges die Druck-Werkzeugen bei der Zuführung der gleichen Ein- flüssigkeits-Einlaßöffnung durch den Kolben vergangsleistung eine höhere Ausgangsleistung erzielen. Co schlossen wird, und nur noch die in der Druckkam-Jedoch erweist es sich bis jetzt als schwierig, eine mer gespeicherte Druckenergie an der Arbeitsfläche Flüssigkeit als Antriebsmittel zu verwenden. Bei den des Kolbens ansteht und die Druckkammer und der bis jetzt bekannten, mit einem hydraulischen Druck- Pufferspeicher kurz vor oder bei Erreichen der andemittel betätigbaren Schlagbohrern und anderen ren Endstellung des Kolbens über weitere Ausspa-Schlagwerkzeugen wird ein Ventil verwendet, z. B. 65 rungen am Kolben mit der Druckflüssigkeits-Auslaßein Kolbenschieberventil, durch das die unter einem öffnung verbunden sind.

hohen Druck stehende Flüssigkeit so gesteuert wird, Eine alternative Lösung des der Erfindung zu-

daß in der Schlagvorrichtung eine hin und her- gründe liegenden Problems ist bei einer etwas anders