DE2449023A1

DE2449023A1 - Hydraulisch betaetigte schlagbohrvorrichtung

Info

Publication number: DE2449023A1
Application number: DE19742449023
Authority: DE
Inventors: Jacob Edward Feucht
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1973-10-29
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1975-04-30
Also published as: US3955478A; FI294074A; FI60512C; ZA745604B; FR2248912A1; DE2449023C3; AU7315974A; JPS5074275A; FI60512B; CA1005729A; SE7413332L; DE2449023B2; FR2248912B1; GB1473158A

Description

Meissner & Meissner 2 A 4 9 O 2 3

PATE NTANWALTS BÜRO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den · ·= «*«»· «7*

LW/st - Mü-22 Fall 257-LR-73-2

Dresser Industries, Inc.
Republic National Bank Building
Dallas, Texas 75 221/USA

Hydraulisch betätigte Schlagbohrvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigte Schlagbohrvorrichtung, insbesondere eine Schlagbohrvorrichtung, die bei leerlaufendem Bohrer, d_o h. wenn der hin- und herbewegte Stoßkolben nicht mit dem Bohrstahl zusammenwirkt, sich nicht festläuft.

Die Erfindung geht aus von der US-PS 3 701 386. Die hier beschriebene hydraulisch betätigte Schlagbohrvorrichtung oder hydraulische Hammerbohrmaschine arbeitet in zufriedenstellender Weise, mit der Ausnahme, daß es wünschenswert wäre, den Stoßkolben innerhalb des Gehäuses hin- und herbewegen zu können, um den Bohrstahl zum

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BORO MÖNCHEN: TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO:

MÖNCHEN 22 . INVENTION BERLIN BERLINER BANK AG. W. MEISSNER, BLN-W

ST. ANNASTR. 11 BERLIN 030/B85 60 37 BERLIN 31 122 82-109

030/886 23 82 3595716000

Vibrieren zu bringen, wenn der Stoßkolben nicht gerade mit dem Bohrstahl in Wirkverbindung steht. Bei der in dieser Druckschrift beschriebenen Vorrichtung setzt sich der Stoßkolben gelegentlich in der untersten Stellung fest, wenn der Bohrer leerläuft. Es ist häufig erwünscht, daß die Vibrationen auf das Gehäuse übertragen werden, wenn der Bohrer zum Wechsel der Bohrstähle zurückgezogen wird, bei Entfernung festsitzender Bohrstähle aus dem zu bohrenden Loch und beim Einsetzen oder Entfernen der Bohrstahlsätze.

Es ist Ziel und Zweck der Erfindung, eine hydraulisch betätigte Schlagbohrvorrichtung zu schaffen, die das Gehäuse zum Vibrieren bringt, wenn der Bohrer leerläuft. Außerdem soll die zu schaffende Vorrichtung eine Übersteuerungsschutzvorrichtung aufweisen, die die Bohrvorrichtung vor Schaden bewahren soll.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den beigefügten Ansprüchen. Dabei schafft die Erfindung eine hydraulisch betätigte Schlagbohrvorrichtung, die ein Gehäuse und einen im Gehäuse angeordneten, sich hin- und herbewegenden Stoßkolben aufweist, wobei Kolben und Gehäuse eine erste und eine zweite Kammer umgrenzen. Ein Ende des Kolbens ist dabei in der zweiten Kammer angeordnet. Ein Kolbenflansch ist in der ersten Kammer angeordnet. Ein Übersteuerungsbereich der ersten Kammer ist derart ausgebildet, daß er mit sehr kleinem Spiel den Kolbenflansch aufnehmen kann, um die Kolbenbewegung hydraulisch zum Stillstand zu bringen. Der Erfindungsgegenstand weist eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung des hydraulischen Druckes im Übersteuerungsbereich auf, der im wesentlichen genauso hoch ist wie der Druck in der ersten Kammer, wenn der Flansch im Übersteuerungslaereich angeordnet ist. Damit soll ein Druckunterschied über den Flansch in einer Richtung vermieden werden, welcher den Kolben festsetzen würde.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

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der Erfindung sowie aus beigefügter Zeichnung.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine hydraulisch betätigte Schlagbohrvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Teilquerschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Wie bereits erwähnt, stellt der Erfindungsgegenstand eine Weiterentwicklung des in der US-PS 3 701 386 beschriebenen

wird Gegenstandes dar. Aus diesem Grund/auf die Beschreibung von Bauart und Betriebsweise der Vorrichtung in nachfolgenden Erläuterungen verzichtet.

Gemäß Fig. 1 der beigefügten Zeichnung weist eine hydraulisch betätigte Schlagbohrvorrichtung 10 gemäß der Erfindung ein Gehäuse 11, einen (hier nicht dargestellten) Erzeuger hydraulischer Druckflüssigkeit und einen (hier nicht dargestellten) Erzeuger von Druckluft auf. Innerhalb des Gehäuses 11 sind einwärts gerichtete Lagerteile 12 und vorgesehen, die in Abstand voneinander angeordnet sind und einem Stoßkolben 16 als Lagerung dienen, der relativ zum Gehäuse 11 hin- und herbewegt werden kann.

Am unteren Ende des Gehäuses 11 ist eine Bohrdrehanordnung 18 angebracht, die einen sowohl drehbaren als auch axial hin- und herbewegbaren Bohrstahl 20 haltert. An der Bohrdrehanordnung 18 ist ein Motor 22 angebracht, der mit einer ein Antriebsritzel 24 tragenden Abtriebswelle versehen ist. Das Ritzel 24 kämmt mit einem Zahnrad 26, um den Bohrstahl 20 in Drehung zu versetzen.

Das einwärts gerichtete Lagerteil 12 des Gehäuses 11 weist eine Bohrung 28 auf, in der mit geringer Toleranz ein Ende des Kolbens 16 gelagert ist. Ein einwärts gerichtetes Lagerteil 14 des Gehäuses 11 weist eine Bohrung 30 auf,

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in der das andere Endstück des Kolbens 16 gelagert ist. Das Lagerteil 12 weist ferner eine Gegenbohrung 32 auf, deren Durchmesser nur geringfügig größer ausgebildet ist, als der Außendurchmesser eines am Stoßkolben 16 ausgebildeten Flansches 34. Der Durchmesser der Bohrung 28 und der Außendurchmesser des dieselbe durchsetzenden Teils des Stoßkolbens 16 ist ein wenig kleiner ausgebildet als der Durchmesser der Bohrung 30 im Lagerteil 14. In der Bohrung ist das Endteil des Kolbens 16 angeordnet.

Die Anordnung des Gehäuses 11, die Lagerteile 12 und 14 sowie der Stoßkolben 16 bilden im Gehäuse 11 eine erste Kammer 36 und eine zweite Kammer 38. Die Gegenbohrung im Lagerteil 12 umgrenzt einen am einen Ende der ersten Kammer 36 angeordneten Übersteuerungsbereich 40.

Die Bohrvorrichtung 10 weist ferner eine Kontrollventilanordnung 42 auf, die derart konstruiert ist, daß sie die Kammer 36 entweder mit konstantem Druck oder mit alternierendem Druck beaufschlagen kann, um den Kolben 16 im Gehäuse 11 hin- und her zu bewegen. Eine genauere Beschreibung von Bauart und Betriebsweise der Kontrollventilanordnung 42 sowie das Verfahren, mit Hilfe dessen die Kammern 36 und 38 druckbeaufschlagt werden, ist aus der erwähnten US-PS 3 701 386 zu ersehen.

Einzelheiten und Bauweise des Stoßkolbens 16 und des Lagerteils 12 des Gehäuses 11 sind in der vergrößerten Teilansicht gemäß Fig. 2 deutlicher zu ersehen. Man sieht, daß zwischen dem Außendurchmesser des am Kolben 16 angeordneten Flansches 34 und dem Innenumfang der den Übersteuerungsbereich 40 der Kammer 36 bildenden Gegenbohrung 32 ein Spalt vorhanden ist. Der Spalt ist so ausgebildet, daß, wenn der Kolben 16 in den Übersteuerungsbereich 40 hingeschoben wird, die in der Gegenbohrung 32 enthaltene Hydraulikflüssigkeit vom Übersteuerungsbereich 40 in die Kammer 36 hinübergeleitet wird. Die Viskosität der Druckflüssigkeit kann jedoch ausreichend hoch sein, so daß die

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Hydraulikflüssigkeit aus dem Übersteuerungsbereich 40 in einen im Gehäuse 11 ausgebildeten Niederdruck-Rückkehrdurchlaß 44 herausgeleitet werden kann. Wenn dies geschieht, besteht ein Druckunterschied zwischen der Kammer 36 und dem Übersteueuungsbereich 40 über den Flansch 34, was zur Folge hat, daß der Kolben 16 im Übersteuerungsbereich 40 mit dem in der Gegenbohrung 32 angeordneten Flansch 34 festsitzt.

Um die Neigung des Kolbens 16, sich im Übersteuerungsbereich 40 festzusetzen, zu vermeiden, ist im Lagerteil 12 in der Nähe des Kolbens 16 eine Ringnut 46 mit mehreren Durchlässen 48 ausgebildet, welch letztere durch das Lagerteil 12 hindurch eine Verbindung mit der Kammer 36 herstellen. Mit Hilfe der Durchlässe 48 und der Ringnut 46 wird der Druck im Übersteuerungsbereich 40 im wesentlichen in der gleichen Druckhöhe gehalten, wie sie in der Kammer 36 herrscht.

Da der Durchmesser des Kolbens 16 im Lagerteil 12 kleiner ist als im Lagerteil 14, weist der Flansch 34 an seinen beiden Seiten eine unterschiedliche Fläche auf, so daß die Druckflüssigkeit in Kammer 36 den Kolben 16, wie Fig. 2 zeigt, nach rechts verschiebt, d. h. in die Rückkehrstellung des Kolbens 16.

Im Folgenden wird die Betriebsweise der bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Fig. 1 zeigt den Bohrstahl 20 in äußerster Linksstellung, wo er vom Stoßkolben 16 nicht berührt werden kann. Dies ist die Stellung des Bohrstahls 20, wenn die Vorrichtung 10 von der zu bohrenden Stelle wegbewegt wird. In dieser Stellung und ohne die Durchlässe 48 kann sich der Kolben 16 im Übersteuerungsbereich 40 festsetzen und folglich keine oszillierenden Bewegungen, mehr ausführen, um den Bohrstahl 20 zum Vibrieren zu bringen, um diesen zu lockern, wenn er von dem zu bohrenden Loch entfernt wird. Wenn der Kolben 16 den Bohrstahl 20 berührt, etwa während des Bohrens des Loches, verhindert der Rückstoß des Kolbens 16 normalerweise ein Festsetzen des Kolbens 16

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in de« Übersteuerungsbereich 40.

Mit Hilfe der verschiedenen Komponenten in der in Fig. 1 dargestellten Stellung wird, die Kammer 38 druckbeaufschlagt, wobei der Kolben 16 gemäß Fig. 1 nach links beweg wird und der am Kolben 16 angeordnete Flansch 34 in die Übersteuerungskammer 40 eintritt. Die Verzögerung des Kolbens 16, wenn Flansch 34 in die Übersteuerungskammer 40 eintritt, wird gesteuert von der Formgebung des Flansches 34, dem Abstand zwischen dem Außendurchmesser des Flansches 34 und dem Innenumfang der Gegenbohrung 32 sowie der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit. Es ist natürlich wesentlich, daß die Bewegung des Kolbens 16 vollständig zum Stillstand gekommen ist, bevor der Flansch 34 am Lagerteil 12 des Gehäuses 11 anschlägt. Ein derartiger Schlag könnte letztlich die Zerstörung der Vorrichtung 10 zur Folge haben.

Infolge der Anordnung der Durchlässe 48 und der Ringnut 46, die eine Verbindung zwischen der Kammer 36 und dem Übersteuerungsbereich 40 herstellen, bleibt der Druck im wesentlichen ausgeglichen, ungeachtet des schnellen Eintritts des Flansches 34 in den Übersteuerungsbereich 40. Infolge der im wesentlichen gleichen Drücke hat die zusätzliche Fläche, die durch den verminderten Durchmesser des in der Bohrung 28 angeordneten Teils des Kolbens 16 geschaffen wird, zur Folge, daß der Kolben 16 sich gemäß Fig. 1 nach rechts bewegt, womit ein Festsetzen des Kolbens 16 vermieden wird.

Da die Kammer 36 mit konstantem Druck beaufschlagt ist, gelangt das Druckfluidum durch die Durchlässe 48, die Ringnut 46 in die Übersteuerungskammer 40, wobei sie den Druck über den Flansch 34 im wesentlichen gleichhoch hält, so daß der Kolben 16 tatsächlich nach rechts bewegt wird, wie in Fig. 1 zu ersehen ist. Mit der beschriebenen baulichen Anordnung bewegt sich der Kolben 16 während des "Leerlauf"-Betriebs der Vorrichtung 10 schnell hin und her, wobei er das Gehäuse 11 und den Bohrstahl 20

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zum Vibrieren bringt und die Entfernung des Bohrstahls 20 aus dem zu bohrenden Loch unterstützt.

Nachfolgend wird die Ausführungsform gemäß Fig. 3 beschrieben. Der Teilquerschnitt gemäß Fig. 3 in vergrößerter Darstellung zeigt eine Abwandlung der vorstehend beschriebenen Bauweise, die ebenso effektiv ein Festsetzen des Kolbens verhindert. Angesichts der relativ geringfügigen baulichen Veränderungen werden alle Komponenten der Vorrichtung 10 mit den gleichen Bezugsziffern versehen, wie vorher, mit Ausnahme jener Komponenten, die tatsächlich verändert wurden.

Die wesentliche Abwandlung gegenüber der oben beschriebenen Ausführungsform besteht in einer Veränderung des nach innen gerichteten Lagerteils 12, das in Fig. 3 mit der Bezugsziffer 112 bezeichnet wird. Das Lagerteil 112 weist eine sie durchsetzende Bohrung 128 auf, in der der Kolben 16 gleitbar gelagert ist. In der Bohrung 128 des Lagerteils 112 ist eine Gegenbohrung 132 vorgesehen, welche den Übersteuerungsbereich 40 der Kammer 36 bildet. Wie vorstehend erwähnt, weist die Gegenbohrung 132 aus den vorstehend erwähnten Gründen einen etwas größeren Durchmesser auf, als der am Kolben 16 angeordnete Flansch 34.

Im Lagerteil 112 ist nahe des Teils des Kolbens 16 mit geringerem Durchmesser eine Ringnut 146 ausgebildet. In der Ringnut 146 ist eine mit dem Kolben 16 und dem Lagerteil 112 eine flüssigkeitsdichte Abdichtung schaffende Dichtung 148 angeordnet. Die Dichtung 148 ist zwischen der Übersteuerungskammer 40 und einer Dichtung 150 angeordnet, die in einer mit dem Niederdruck-Rückkehrdurchlaß 44 verbundenen zweiten Ringnut 152 vorgesehen ist.

Mit der in Fig. 3 dargestellten Anordnung wird das Druckmittel (Fluidum) durch die Dichtung 148 wirksam daran gehindert., aus der Übersteuerungskammer 40 auszutreten,

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wenn der Flansch 34 in die Kammer eintritt. Da das Druckmittel nicht aus der Übersteuerungskammer 40 entweichen kann, bleibt der Druck somit in der Übersteuerungskammer 40 und in der Kammer 36 im wesentlichen ausgeglichen. Es sei daran erinnert, daß der Teil des Kolbens 16 nahe des Lagerteils 112 einen kleineren Durchmesser aufweist, als jener im Lagerteil 14 angeordnete Teil des Kolbens Somit werden die auf die unterschiedlichen Flächen des Flansches 34 des Kolbens 16 wirkenden Druckkräfte wirksam, um den Kolben 16 gemäß Fig. 3 und gemäß der in Fig. 2 vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung nach rechts zu verschieben.

Aus vorstehenden Erläuterungen der Vorrichtung 10 und aus der in Fig. 3 dargestellten Abwandlung des Erfindungsgegenstandes wird ersichtlich, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche ein Festsetzen des Kolbens 16 in der Schlagbohrvorrichtung 10 wirksam verhindern, wenn der Schlagbohrer "leerläuft", d. h. wenn der Stoßkolben 16 nicht mit dem Bohrstahl 20 in Wirkverbindung steht. Demgemäß ist es möglich, die Vorrichtung 10 in "Leerlauf"-Zustand zu betreiben, um den Bohrstahl 20 zum Vibrieren zu bringen, was zur Loslösung des Bohrstahls 20 wirksam beiträgt, wenn dieser in dem zu bohrenden Loch festsitzt.

Zusammengefaßt betrifft vorstehend beschriebener Erfindungsgegenstand eine Schlagbohrvorrichtung, bei der ein darin angeordneter Stoßkolben hin- und herbewegt wird, unabhängig davon, ob der Kolben den Bohrstahl erfaßt oder nicht, wobei die Vibration auf den Bohrstahl übertragen wird. Der Bohrstahl weist einen mit dem Stoßkolben zusammenwirkenden Übersteuerungsbereich auf, der eine Metall-auf-Metall-Berührung von Stoßkolben und Gehäuse während des Schlagbohrens verhindert. Es sind Einrichtungen vorgesehen, die den Verlust von Flüssigkeit aus dem Übersteuerungsbereich verhindern, wobei der Stoßkolben zum oberen Ende seines Hubes hin bewegt wird und nicht in dem Übersteuerungsbereich festsitzt.

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Claims

"9" um im Patentansprüche

1. Hydraulisch betätigte Schlagbohrvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11),

durch einen im Gehäuse (11) angeordneten, sich hin- und herbewegenden Stoßkolben (16),

durch eine vom Kolben (16) und Gehäuse (11) umgrenzte erste und zweite Kammer (36, 38), wobei ein Kolbenende in der zweiten Kammer (38) angeordnet ist, durch einen in der ersten Kammer (36) angeordneten Kolbenflansch (34),

durch einen in der ersten Kammer (36) vorgesehenen, den Flansch (34) eng umschließenden Übersteuerungsbereich (40) zur Beendigung der hydraulisch bewirkten Kolbenbewegung, durch eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung des im Übersteuerungsbereich (40) herrschenden hydraulischen Druckes, der bei Anordnung des Flansches (34) im Übersteuerungsbereich (40) in bezug auf den Druck in der ersten Kammer (36) gleichgroß gehalten wird und damit einen Druckunterschied über den Flansch (34) in einer Richtung verhindert und den Kolben (16) mit dem Flansch (34) im Übersteuerungsbereich (40) zum Stillstand bringt.

2. Schlagbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des hydraulischen Druckes im Übersteuerungsbereich (40) auf einer dem Druck in der ersten Kammer (36) entsprechenden Höhe eine Ringnut (46) aufweist, die zwischen dem Gehäuse (11) und dem Kolben (16) eine flüssigkeitsdichte Abdichtung bildet und ein Austreten von Flüssigkeit aus dem Übersteuerungsbereich (40) der ersten Kammer (36) verhindert.

3. Schlagbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des hydraulischen Druckes im Übersteuerungsbereich (40) auf einer dem Druck in der ersten Kammer (36) entsprechenden Höhe einem im Gehäuse (11) ausgebildeten Durchlaß (48) aufweist, der eine Verbindung

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zwischen dem Übersteuerungsbereich (40) und der ersten Kammer (36) herstellt und den Flansch (34) umgeht, wenn dieser im Übersteuerungsbereich (40) angeordnet ist.

4. Hydraulisch angetriebener Schlagbohrer, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11) mit einer ersten und einer zweiten Kammer (36, 38), die wahlweise druckbeaufschlagt sind, wobei die erste Kammer (36) einen Übersteuerungsbereich (40) mit vermindertem Durchmesser aufweist, durch einen im Gehäuse (11) angeordneten, sich hin- und herbewegenden Stoßkolben (16) mit einem ringförmigen Flansch (34), dessen Außendurchmesser nur geringfügig kleiner ausgebildet ist als der Innendurchmesser des Übersteuerungsbereichs (40) und der den Kolben (16) in ein teilweise in der ersten Kammer (36) angeordnetes erstes Endstück und ein teilweise in der ersten Kammer (36) angeordnetes und sich in die zweite Kammer (38) erstreckendes zweites Endstück unterteilt, wobei das erste Endstück einen kleineren Durchmeseer aufweist als das zweite Endstück, und durch eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Druckes in der ersten Kammer (36) und im Übersteuerungsbereich (40) auf im wesentlichen gleicher Druckhöhe, wenn der Flansch (34) im Übersteuerungsbereich (40) angeordnet ist, um einen Druckunterschied über den Flansch (34) in einer Richtung zu vermeiden und den Kolben (16) mit dem Flansch (34) im Übersteuerungsbereich (40) zum Stillstand zu bringen.

5. Schlagbohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Druckes eine Abdichteinrichtung (148) zwischen dem ersten Endstück und dem Gehäuse (11) zur Vermeidung eines Flüssigkeitsaustritts aus dem Übersteuerungsbereich (40) aus dem Gehäuse (11) heraus und einen im Gehäuse (11) ausgebildeten Durchlaß (48) aufweist, der eine Verbindung zwischen dem Bereich des ersten Endstücks des Kolbens (16) von einer Stelle zwischen der Abdichteinrichtung (148) und dem Übersttuerungsbereich (40) einerseits und der ersten Kammer (36) andererseits herstellt.

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6. Schlagbohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Druckes zur Vermeidung eines Flüssigkeitsaustritts aus dem Übersteuerungsbereich (40) zum Gehäuseäußeren hin eine Abdichteinrichtung zwischen dem ersten Endstück und dem Gehäuse (11) aufweist.

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