DE2437892A1

DE2437892A1 - ROCK DRILLS

Info

Publication number: DE2437892A1
Application number: DE2437892A
Authority: DE
Inventors: Edward Adams Bailey; Walter Daniel Fish
Original assignee: Joy Manufacturing Co
Current assignee: Joy Manufacturing Co
Priority date: 1973-08-07
Filing date: 1974-08-06
Publication date: 1975-02-20
Also published as: AU7195874A; ZA744874B; SE7410006L; CA1037325A; SE419610B; FR2240085A1; GB1478638A; JPS5075904A

Description

ATENTANWALTEATENT AGENCIES

MANITZ. FINSTHRWALD & C RAM KOW MANITZ. FINSTHRWALD & C RAM KOW

München, den p J 200$Munich, p J $ 200

JOl MANUFACTURING COMPAWY
Oliver Building, Pittsburgh, Pennsylv. U.S.A.JOl MANUFACTURING COMPAWY
Oliver Building, Pittsburgh, Pennsylvania. United States

GesteinsbohrerRock drill

Auf dem Gebiet der Gesteinsbohrerherstellung ist es bekannt, einen hin- und hergehenden Kolben mit einem Schaftteil vorzusehen, welcher Durchgänge aufweist, um einen ventillosen Betrieb zu ermöglichen, indem das Schaftteil des Kolbens anstatt einer getrennten Ventileinrichtung verwendet wird. Bei einem derartigen Kolbentyp ist es üblich, ein Kolbenkopfteil vorzusehen, welches in axialer Richtung dick genug ist, um gegenüber den Zyiinderwänden eine ausreichende Lagerfläche zu schaffen, damit ^uerbelastungen auf den Kolben absorbiert werden können, während das Schaftteil verhältnismäßig locker in einer Pufferbuchse aufgenommen ist, wobei der Abstand zwischen dem Schaftteil innerhalb der Pufferbu^hse dadurch gesteuert ist, daß die Luftleckverluste bei dem Ventilbetrieb auf ein Minimum gebracht werden sollen.In the field of rock drill manufacture, it is known to provide a reciprocating piston with a stem portion, which has passages to allow valveless operation by the stem portion of the piston instead a separate valve device is used. With such a type of piston, it is common to have a piston head portion provide which is thick enough in the axial direction to provide a sufficient bearing surface with respect to the cylinder walls to create so that ^ stresses absorbed on the piston can be while the shaft part is relatively loosely received in a buffer bushing, the distance between the shaft part within the buffer sleeve is controlled that the air leakage should be minimized in the valve operation.

I. C. MANlTZ ' DIPL.-INC. M. FINSTERWALD DIFL. -INC. W. ORAMKOWI. C. MANITZ 'DIPL.-INC. M. FINSTERWALD DIFL. -INC. W. ORAMKOW MÜNCHEN J9. ROStHT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTOART SO (BAD CANNoTATT IMUNICH J9. ROStHT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTOART SO (BAD CANNoTATT I

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Wenn auch derartige bekannte Einrichtungen grundsätzlich zufriedenstellend gearbeitet haben, ist es g -'äß der Εΐ·ί'ίη-dung gelungen, dadurch einen technischen Fortschritt zu erreichen, daß der Kolben leichter ausgebildet wird, was zu dem Vorteil führt, daß die Frequenz erhöht werden konnte, mit welcher der Kolben im normalen Betrieb hin- und herbewegt wird. Da das Hauptgewicht des Kolbens im Kopfteil liegt, und zwar wegen des verhältnismäßig großen Durchmessers dieses Teils, wurde gemäß der Erfindung die Dicke dieses Kopf teilet? (in axialer Hichtung) unter die Dicke des entsprechenden Teiles bei bekannten haschinen im Verhältnis zu dem Kopfdurchmesser vermindert, wodurch sich sofort die Frage der Lagerfläche oder des Lagerbereiches auf der Seite des Kolbens erhebt, welche vorhanden ist, um eine ^uerbelastung auf den Kolben aufzunehmen. Durch die Erfindung wird jedoch die Notwendigkeit für ein bestimmtes Maß an La^erfläche auf der Seite des Kolbens dadurch eliminiert, daß die seitliche Belastung auf den Kolbenkopf dadurch ausgeschaltet wird, dali das Schaftteil enger in die Pufferbuchse eingepaßt wird, welche jetzt zu einer Führungsbuchse für den Kolben wird, und es wird weiterhin gemäß der Erfindung der Kolbenkopf selbst derart dimensioniert, daß ein Abstand zwischen diesem und der Zylinderwand zu allen Zeiten vorhanden ist. Es ist natürlich möglich, daß dann, wenn die Führungsbuchse sich abgenutzt hat, oder auch unter anderen Betriebsbedingungen der Kolben zu verschiedenen Zeiten die Zylinderwand berühren Kann, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen ist;.Even if such known devices have basically worked satisfactorily, it is g -'as the Εΐ · ί'ίη-dung succeeded in achieving a technical advance in that the piston is made lighter, which is to leads to the advantage that the frequency with which the piston moves back and forth during normal operation could be increased will. Since the main weight of the piston is in the head part, because of the relatively large diameter of this Partly, according to the invention, was the thickness of this head divided? (in axial direction) below the thickness of the corresponding Part in known hashines reduced in relation to the head diameter, which immediately raises the question of Raises the bearing surface or the bearing area on the side of the piston, which is present, in order to put a ^ overstress on the To pick up the piston. The invention, however, eliminates the need for a certain amount of storage space on the page of the piston is eliminated by the fact that the lateral load on the piston head is switched off because the shaft part is fitted more closely into the buffer bushing, which now becomes a guide bushing for the piston, and it will furthermore, according to the invention, the piston head itself is dimensioned in such a way that a distance between it and the cylinder wall is present at all times. It is of course possible that when the guide bush has worn out, or also under different operating conditions the piston becomes different Times can touch the cylinder wall without departing from the scope of the invention.

Bei bekannten haschinen der verschiedenen Hersteller sind Verhältnisse von Kolbenkopfdicke zu Kolbendurchmesser in der Größenordnung von 0,40 bis 0,48 verwendet worden, wobei das kleinste bisher bekannte Verhältnis dasjenige eines Kolbens ist, wie er in der DS-PS J 666 024 beschrieben ist, wo das oben genannte Verhältnis im Bereich von 0,25 liegt, während ein ähnlicher Bohrer, der von aer Anmelderin gebaut wurde,With known haschines from different manufacturers, ratios of piston head thickness to piston diameter are in the The order of magnitude of 0.40 to 0.48 has been used, the smallest ratio known to date being that of a piston is as described in DS-PS J 666 024, where the above ratio is in the range of 0.25, while a similar drill made by the applicant,

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ein Vorhältria £5 von etw& C,22 aufweist. Im Unterschied :··.υ solchen Werten beträft dan Verhältnis von Kolbendicke »u holbendurcl'.n.essor gemäß der Erfindung zwischen etwa 0,17 und etwa 0,02 odei· noch etwas darunter, was von den Erfordernissen ces einzelnen Anwendungsfal3es abhängt.has a hold of £ 5 of sth & C.22. In the difference : ·· .υ of such values is the ratio of the piston thickness »U holbendurcl'.n.essor according to the invention between about 0.17 and about 0.02 or a little less than what is required depends on the individual application.

Land der Erfindung ir.t ein Gesteinsbohrer mit einem ι Jn- und hergenenden Kolben, bei welchem die yuerbelastung auf der. kolben durch ein Schaftteil des Kolbens aufgenommen wird, welches ?.u diesem Zweck mit einer Führungsbuchse zusammenwirkt. Country of the invention ir.t a rock drill with a ι JN and hergen piston, wherein the yuerbelastung on. piston is received by a shaft part of the piston, which ?. For this purpose cooperates with a guide bush.

Die Vorteile err erfindunf;sgemäßen Vorrichtung im Vergleich ■/,\i deji bekannten Anordnungen liegen vor allem in einer verringerten Kop<dicke, wodurch das Gewicht des Kolbens vermindert wird, so daß der Kolben mit höherer Frequenz hin— und herbewegt werden kann, wodurch dem öor.rsTani mehr Energie zugeiührt werden kann, so daß damit auch zugleich dem Gestein bzw. dem Fels mehr Energie zugeführt werden kann, was zu einer erhöhten üchmeidrate führt (mit einer Zunahme von 2400 pro Minute bis 3000 pro ManjteJ. Bei dieser Ausführungsform wird die Schlagkraft auf einem Pegel gehalten, welcher von dem Stahlsystem unter dem Bohrer aufgenommen v/erden kann und im allgemeinen bei bekannton Einrichtungen ebenso wie beim Erfindungsgegenlitanci gleich ist. Die Aufschlagkraft (FOB) ist im allgemeinen durch die folgende Formel gegeben; FOB ■ PAL, wobei P der effektive Druck auf den Kolben ist, wobei A die effektive Flüche der Bohrseite des Kolbens ist und wobei L die Länge de« Jiubes ist. Eine I'iassenveräiiderung beeinträchtigt die Aufpchl η {/,-kraft nicht nennenswert, wie aus der obigen Formel her— vorgeht. Die Gescnwindigkeit des Kolbenzyklus ist durcii F « Ma t;et;eben, wobei F nie Kraft auf den Kolben ist, wobei M die hasse des Kolbens ist. und wobei a die Kolbenbeschi^unifsung ist.The advantages err erfindunf; sgemäßen device compared ■ / \ i deji known arrangements are primarily in a reduced Kop <thick, whereby the weight of the piston is reduced so that the piston back at a higher frequency and can be moved, whereby more energy can be supplied to the Öor.rsTani, so that more energy can also be supplied to the rock or rock at the same time, which leads to an increased conversion rate (with an increase from 2400 per minute to 3000 per man. In this embodiment the impact force is kept at a level which can be absorbed by the steel system under the drill bit and is generally the same in known devices as well as in the counter-litanci of the invention. The impact force (FOB) is generally given by the following formula; FOB ■ PAL, where P is the effective pressure on the piston, where A is the effective area of the bore side of the piston and where L is the length of the jubes Avoidance of sen- sence does not affect the force of attention noticeably, as can be seen from the above formula. The speed of the piston cycle is by F «Ma t; et; just, where F is never the force on the piston, where M is the force of the piston. and where a is the piston coating.

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Die Kraft auf den Kolben folgt der folgenden Beziehung: F ■ PA, wobei F die Kraft auf den Kolben ist, P der Druck auf den Kolben ist und A die Fläche des Kolbens ist. Da diese Parameter bei der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber bekannten Anordnungen unverändert ist, ist F festgelegt. Wenn somit H vermindert wird, nimmt somit a (die Beschleunigung,) zu. Diese Beschleunigungszunahme ermöglicht es dem Kolben, den Zyklus öfter zu durchlaufen, und es wird somit die Frequenz erhöht, ohne daß sich die Aufschlagkraft nennenswert ändert.The force on the piston follows the relationship: F ■ PA, where F is the force on the piston, P is the pressure is on the piston and A is the area of the piston. Since these parameters are compared with the arrangement according to the invention known arrangements is unchanged, F is fixed. Thus, if H is decreased, then a (the acceleration,) to. This increase in acceleration allows the piston to cycle more often, and so will the frequency increases without the impact force changing significantly.

Weiterhin ist ersichtlich, daß eine Verminderung in der Kolbenkopfstärke eine Verminderung in der Zylinderlänge ermöglicht, was vorteilhaft dahin ausgenutzt werden kann, daß die Gesamtlänge des Bohrers vermindert werden kann, wodurch wiederum ein kürzerer Führungsrahmen für eine bestimmte Füll-Länge ermöglicht wird, wobei alle diese Maßnahmen dazu beitragen, das Gewicht-, den Raumbedarf und die Gesamtabmessungen der Vorrichtung zu vermindern. It can also be seen that a decrease in piston head thickness is a decrease in cylinder length allows, which can be used to advantage that the total length of the drill can be reduced, which in turn creates a shorter lead frame for a given Fill-length is made possible, with all of these measures being added help to reduce the weight, space requirements and overall dimensions of the device.

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Uio Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, in welcher die einzige Figur einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen üesteinbohrers darstellt.Uio invention is described below, for example, on the basis of Description of the drawing, in which the single figure shows a partial section of a rock drill according to the invention.

In der Figur ist bei 10 ein Gesteinsbohrer vom ventillosen Typ dargestellt, der im Aufbau und in seiner Funktion dem Gesteinsbohrer sehr ähnlich ist, wie er in der oben genannten US-PS 3 666 024 beschrieben ist, auf welche hinsichtlich der Beschreibung des Aufbaues und der Arbeitsweise des erfindungsgerr.äßen Gesteinsbohrers bezug genommen wird. Der Gesteinsbohrer 10 weist eine Zylinderfläche 11 auf, innerhalb von welcher ein hin- und herbewegbarer Kolben 12 angeordnet ist, der ein Kopfteil 14- aufweist, welches dicht in der zylindrischen Fläche 11 angeordnet ist_> jedoch derart dimensioniert ist, daß zwischen dem Kopfteil 14 und der zylindrischen Fläche 11 bei 1J? ein Abstand, gebildet ist, der auch von dem Schaft 1b des Kolbens 12 beibehalten ist, der in eine hohlzylindrische Führungsbuchse 18 aus Aluminium oder Bonze oder aus einem anderen geeigneten Material dicht eingepaßt ist, welches in Berührung mit d^m Material des Kolbens 12 einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist. Die Buchse 18 ist in einen Pufferring 20 eingesetzt und wird von demselben gehalten, wobei der Pufferring 20 von üblicher Bauart ist, die in dem vorderen Endbereich der zylindrischen Fläche 11 angebracht ist, wobei der Pufferring 20 die üblichen Durchgänge aufweist, welche über Rillen 22 in dem Kolbenschaft 16 mit) den Durchgängen und auch solchen Durchgängen in Verbindung stehen, die zwischen dem Zylinderkörper 24 und einer Zylinderauskleidung 26 vorhanden sind, um Druckluft oder ein anderes unter Druck stehendes Fluid abwechselnd den gegenüberliegenden Kolbenflächen des Kolbenkopfes 14 in an sich bekannter Weise zuzuführen, um den ventillosen Gesteinsbohrer in Betrieb zu setzen. Um einen derartigen Betrieb herbeizuführen, wird DruckluftIn the figure, a valveless type rock drill is shown at 10 which is very similar in structure and function to the rock drill as described in the above-mentioned US Pat Operation of the rock drill according to the invention is referred to. The rock drill 10 has a cylindrical surface 11, is arranged inside of which a reciprocable piston 12 having a head portion 14 which is arranged close to the cylindrical surface _11> however, is so dimensioned that between the head portion 14 and of the cylindrical surface 11 at 1J? a distance, is formed, which is also maintained by the shaft 1b of the piston 12, which is tightly fitted into a hollow cylindrical guide bushing 18 made of aluminum or bonze or some other suitable material, which is in contact with the material of the piston 12 a has a low coefficient of friction. The bushing 18 is inserted into and held by a buffer ring 20, the buffer ring 20 being of conventional design which is mounted in the front end region of the cylindrical surface 11, the buffer ring 20 having the usual passages which, via grooves 22 in FIG the piston skirt 16 with) the passages and also those passages that are present between the cylinder body 24 and a cylinder liner 26 in order to alternately supply compressed air or another pressurized fluid to the opposite piston surfaces of the piston head 14 in a manner known per se, to put the valveless rock drill into operation. To bring about such an operation, compressed air is used

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oder ein anderes Druckfluid durch eine flexible Leitung oder ein Rohr 28 geführt, welches mit einem rückwärtigen Kopf 30 des Gesteinsbohrers 10 verbunden ist und über darin angeordnete und zum Teil bei 32 dargestellte Durchgänge mit den Durchgängen in dem oben genannten Pufferring und schließlich, mit Zylinderteilen auf den gegenüberliegenden Seiten des Kolbenkopfteiles 14 in Vei^bindung steht.or another pressurized fluid through a flexible conduit or a pipe 28 which is connected to a rear head 30 of the rock drill 10 and over therein arranged and partially shown at 32 passages with the passages in the above buffer ring and finally, with cylinder parts on the opposite one Pages of the piston head part 14 is in Vei ^ bond.

In dieser Stellung des Kolbens, die in der Figur dargestellt ist, wird Druckluft, welche durch das Rohr 28 und geeignete Durchführungen zugeführt wird, durch die Kolbendurchführungen 22 dem Teil der Zylinderfläche 11 zugeführt, welcher gemäß der Figur auf der rechten Seite angeordnet ist und nachfolgend als Rückzugskammer 3^ bezeichnet wird, damit der Kolben nach links gebrückt werden kann. Wenn sich der Kolben um eine ausreichende Entfernung nach links bewegt hat, wird das Druckfluid durch die Kolbendurchgänge 22 mit dem Abschnitt des Zylinders 11 vom Kolbenkopf verbunden, (wie es aus der Figur ersichtlich ist), der nachfolgend als Druckkammer 36 bezeichnet wird, wobei die Rückzugskammer 3^ zugleich mit dem Auslaß über Öffnungen 38 verbunden ist, was grundsätzlich bekannt ist. Es ist zu bemerken, daß, obwohl gemäß der Darstellung der Kolben 12 einen Abstand 1p in bezug auf den Zylinder 11 aufweist, dieser Abstand zweckmäßigerweise nur wenige Zehntel Millimeter beträgt, was zu dem Ergebnis führt, daß die geringe Breite des Durchganges 15 eine sogenannte Raumpackung darstellt, um nennenwerte Leckverluste an Druckluft aus der Kammer 3^ zur Kammer 36 und umgekehrt zu vermeiden, die während der Aufschlagabschnitte der Kolbenhübe auftreten könnten.In this position of the piston shown in the figure is, pressurized air supplied through tube 28 and suitable passages is passed through the piston passages 22 fed to the part of the cylinder surface 11, which is arranged according to the figure on the right side and subsequently is referred to as the retraction chamber 3 ^ so that the piston after can be bridged on the left. When the piston is around a sufficient Distance to the left has moved, the pressurized fluid is through the piston passages 22 with the portion of the Cylinder 11 connected by the piston head (as can be seen from the figure), which is hereinafter referred to as pressure chamber 36 is, with the retraction chamber 3 ^ at the same time as the outlet is connected via openings 38, which is known in principle is. It should be noted that although the pistons 12 are shown at a distance 1p with respect to the cylinder 11 has, this distance is expediently only a few tenths of a millimeter, which leads to the result that the small Width of the passage 15 represents a so-called space packing, around noteworthy leakage losses of compressed air from the chamber 3 ^ for Chamber 36 and vice versa to avoid being exposed during the impact sections of the piston strokes could occur.

Gemäß der Zeichnung ist der Durchmesser des Kolbenkopfteiles (,der nominell etwa 165 mm (,6 1/2 ") beträgt), zu der Dicke des Kopfteiles 14 (,welches nominell etwa 19 mm (3/^¹¹) beträgt), in Beziehung geeetzt, wobei das Verhältnis von Kopfdicke zuReferring to the drawing, the diameter of the piston head portion (which is nominally about 165 mm (.6 1/2 ") is ^{related to the thickness of the head portion 14 (which is nominally about 19 mm (3 / ^ 11} )) geeetzt, the ratio of head thickness to

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Kopfdurchmesser etwa 0,12 beträgt. Im Vergleich zu nach dem Stand der -Technik bekannten Verhältnissen in der Größenordnung von 0,25 bis 0,48 wird gemäß der Erfindung ein, wesentlich leichterer Kolben erreicht, und es wird der Schaftteil in der Buchse 18 dazu verwendet, eine führung zu schaffen und die Kolbenquerbelastung in einer Art aufzunehmen, welche der bekannten Art der Belastung auf dem Hand des Kolbenkopfes überlegen ist, wobei weiterhin der zusätzliche Vorteil erreicht wird, eine Auswahl des Materials für die Zylinderkörperauskleidung 26 auf der Basis der erforderlichen Festigkeit und der Bearbeitbarkeit zu ermöglichen, ohne die Notwendigkeit, in bezug auf den Kolbenkopf 14 geringe Reibungseigenschaften vorzusehen. Natürlich kann die Buchse 18 aus einem beliebigen geeigneten Material mit Eigenschaften hergestellt sein, so daß die Buchse gegenüber dem Kolben3chaft 16 eine geringe Heibung aufweist. Es ist weiterhin darauf hinzuweisen, daß die Buchse 18 eine viel längere Lagerfläche aufweist, als dies bei einem bekannten Kolben vom Schafttyp möglich wäre, die von der Kolbenkopf-Seitenfläche für den Lagerbereich abhängig war.Head diameter is about 0.12. Compared to after the prior art known ratios in the order of magnitude from 0.25 to 0.48, a significantly lighter piston is achieved according to the invention, and it becomes the shaft part used in the bushing 18 to provide a guide and to absorb the piston transverse load in a manner that which is superior to the known type of load on the hand of the piston head, with the additional Advantage is achieved a selection of the material for the cylinder body liner 26 on the basis of the required To allow strength and machinability without the need to provide low frictional properties with respect to the piston head 14. Of course, the socket 18 can be made from be made of any suitable material with properties so that the bushing opposite the piston shaft 16 has a low heat. It's still on it should be noted that the sleeve 18 has a much longer bearing surface than is the case with a known stem-type piston would be possible, which was dependent on the piston head side surface for the bearing area.

Somit schafft die Erfindung eine Einrichtung mit besseren Verschleißeigenschaften, leichterem Kolben mit höherer Frequenz, was zu einer rascheren Schneidrate führt, was weiterhin zu einer kürzeren Körperlänge für einen vorgegebenen Hub und zu geringerem Gewicht führt, und zwar wegen der verminderten Körperlänge, wobei sich diese Vorteile aus der Überführung der Querkolbenbelastung von dem Kolbenteil des Kolbens auf dessen Schaftteil ergeben, wodurch ein geringeres Verhältnis von Kolbenkopfdicke zu Kolbendurchmesser möglich wird, als es bisher bei einer derartigen Anordnung verwendet wurde.Thus, the invention provides a device with better wear properties, lighter piston with higher Frequency, which results in a faster cutting rate, which further results in a shorter body length for a given Lift and leads to lower weight, due to the reduced body length, these advantages deriving from the transfer the transverse piston load from the piston part of the piston on its skirt part, resulting in a lower ratio of piston head thickness to piston diameter becomes possible than it is has heretofore been used in such an arrangement.

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Während eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäiien Prinzipien beschrieben und veranschaulicht wurde, sei darauf hingewiesen, daß verschiedene Abwandlungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.While a preferred embodiment of the invention Principles described and illustrated, it should be noted that various modifications are possible without to leave the scope of the invention.

- Patentansprüche -- patent claims -

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Claims

1. i'luidbe he works rock drill with a reciprocating Piston, characterized in that a graduated cylinder is present, that furthermore a graduated one a cylindrical piston is provided which is reciprocable in the cylinder; and designed in such a way is that it strikes a striking rod that furthermore a shaft part on the piston slidable in one Part of the cylinder with a reduced diameter is arranged that continues a head part of the piston in the cylinder is recorded and that the ratio of the thickness of the head part to the diameter of the head part in the range between is about 0.17 and about 0.02.

2. Rock drill according to claim 1, characterized in that the shank part on the piston in a tight sliding fit is received in the part of the cylinder with reduced diameter and that the head part and the part with the larger diameter of the cylinder are formed such that there is a circumferential distance therebetween, which such is dimensioned that the head part is arranged at a distance from the part with larger diameter, while the head part is moved back and forth.

3 «Rock drill according to claim 1 or 2, characterized in that the weight of the piston in relation to its diameter is sufficiently low to produce a frequency of reciprocating movement of at least 3000 cycles per minute when the drill pressurized fluid is in the range from about 6.68 kg / cm ² to 8.79 kg / cm ² (95 to 125 pounds per square inch).

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- ίο -

4. Rock drill according to claim 3 »dadu.ch marked., that the frequency is in the range of about ^ 000 to 500C cycles per minute.

b · Rock drill according to claim 3 »characterized in that that the frequency is about 3OCC cycles per minute.

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