DE2512784A1

DE2512784A1 - Tieflochbohrhammer

Info

Publication number: DE2512784A1
Application number: DE19752512784
Authority: DE
Inventors: Hans-Philipp Walter
Original assignee: Walter Co H P GmbH
Current assignee: Walter Co H P GmbH
Priority date: 1975-03-22
Filing date: 1975-03-22
Publication date: 1976-09-23
Also published as: US4043409A; GB1542139A; SE7603423L; ATA188976A; BE839878A; DE2512784B2; AT345759B; SE404831B

Description

H₀P. Walter KG, Drucklufttechnik, 3570 Stadt Allendorf 1

TiefIochbohrhammer

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen zum Anschluß an ein Bohrgestänge vorgesehenen Tieflochbohrharnmer, v/elcher am unteren Ende einen Spülbohrungen, Vertiefungen und Hartmetall-Einsätze aufweisenden Bohrmeißel trägt und in welchem ein mit einem Durchgangsloch versehener Schlagkolben unter pneumatischem Antrieb mit vorgegebenem Maximalhub zwischen der zylindrischen Außenwand und einem Innenrohr gesteuert auf und ab bewegbar ist.

Derartige Tieflochbohrhämmer sind beispielsweise aus der DT-PS 1 000 310 bekannt. Dabei steht die Druckmittelzufuhr ständig mit dem Schlagkolben ungesteuert in Verbindung. Der Auspuff des Druckmittels erfolgt am Ende des Rückhubs und arn Anfang des Schlaghubs, der unter dem Eigengewicht des Schlagkolbens und unter dem Druck des eingeleiteten Druckmittels abläuft, das in einem Ringraum zwischen Kolben und Außenrohr expandiert und so einen Rückhub bewirkt. Die Bemessung dieses Ringraums ist kritisch für die Wirkungsweise des Hammers, welche im übrigen auch von dem Durchmesser der

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Kolbenstange maßgeblich beeinflußt wird, die den Schlagkolben mit großem Radialspiel führt. Dadurch wird die nutzbare Kolbenfläche stark verringert. Überdies ist der Schlagkolben selbst schwer und lang, so daß seine Massenträgheit eine rasche Schlagfolge verhindert. Ein ungelöstes Problem bleibt ferner die gleichmäßige Abfuhr des erzeugten Bohrkleins. Außerdem läßt nicht nur die sichere Steuerung des Bohrhammerbetriebs zu wünschen übrig, sondern auch seine Wirtschaftlichkeit.

Andere Tieflochbohrhämmer sind z.B. in den US-PS 2 837 317, 2 887 989 und 3 568 783 sowie in den OT-PS 1 186 816,- 1 238 864 und 1 408 666 beschrieben. Bei diesen untereinander recht verschiedenen Ausführungsformen ist der Schlagkolben stets im Inneren eines eigenen Zylinders geführt, was eine besondere Herstellungsgenauigkeit verlangt und darüber hinaus die Zufuhr des Druckmittels erschwert, das über zum Teil sehr enge und verwinkelte Kanäle in den Arbeitsraum eingebracht werden muß. Dadurch wird der Aufbau solcher Bohrhammer kompliziert, und ihr Betrieb ist entsprechend störanfällig.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik mit einfachen Mitteln zu überwinden und Tieflochbohrhämmer zu schaffen, die bei übersichtlichem Aufbau und wirtschaftlicher Herstellung einen zuverlässigen, kostensparenden Hochleistungsbetrieb auch unter ungünstigen Arbeitsbedingungen ermöglichen. Insbesondere soll die sichere Funktion in ganz verschiedenem Gestein ebenso gewährleistet sein wie Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung sowie einfache Handhabung und Wartung.

Bei einem Tieflochbohrhammer der eingangs erwähnten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zumindest die kraftübertragenden axialbeweglichen Teile des Hammers Polygonprofil aufweisen. Hierdurch wird mit geringem Aufwand und auf überraschend einfache Weise sichergestellt, daß die bewegten Teile — jedenfalls soweit sie zum Antrieb bzw. zur Kraftoder Drehmomentübertragung dienen - nicht nur axial frei verschieblich sind, sondern auch jeder Drehbewegung zwangsschlüssig folgen. Die so erzielte zügige Gleitführung und

einwandfreie Abdichtung trägt wesentlich dazu bei, den pneumatischen Antrieb verlustarm zu gestalten. Gleichzeitig· ergibt sich auch eine besonders günstige Nutzung der verfügbaren Querschnitte, die gegenüber den herkömmlichen Tieflochbohrhämmern stark vergrößert sind, so daß im praktischen Einsatz Leistungssteigerungen von über 40 % realisiert werden könnten.

Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, da:E das im Schlagkolben zentrisch und formschlüssig sitzende Innenrohr Polygonprofil hat, namentlich disharmonisches PC4-Profil. Vor allem der Schlagkolben selbst gleitet also auf einem Polygon-Innenrohr, das außer der Auf- und Abbewegung die Übertragung von Drehmomenten zuläßt. Die Normbezeichnung PC4 deutet ein Polygonwellen-Profil an, das einem Vierkant ähnelt, wobei die Kanten mit der Krümmung des Außenradius gerundet und die dazwischen befindlichen Polygonflächen nach Art einer flachen Zykloide gekrümmt sind. Die Erfindung ist nicht auf disharmonische Polygonprofile beschränkt, an deren Kantenübergang ein Krümmungssprung stattfindet; grundsätzlich kommen auch harmonische Polygonprofile (mit gleitendem Krümmungsübergang), Keilwellenprofile nach DIN 5480 ο.dgl. in Betracht.

Zweckmäßig weist das Innenrohr Luftdurchlässe auf, die je nach der Stellung des Schlagkolbens von diesem versperrt bzw. freigegeben werden, wodurch die Steuerung des Bohrhammers stark vereinfacht wird. Insbesondere können die Luftdurchlässe von zwei achsparallelen Bohrungen des Innenrohrs mit seitlichen Mündungen gebildet sein, wovon wenigstens eine mit einer korrespondierenden Aussparung im Schlagkolben zusammenwirkt. Vorteilhaft sind solche Bohrungen nahe gegenüberliegenden Polygonkanten bzw. auf einem Hauptdurchmesser des Innenrohrs angeordnete

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Eine Ausgestaltung eier Erfindung besteht darin, daß der Schlarkolben voneinander getrennte Axial- und Radialdurchlasse besitzt, mittels deren je nach der Stellun" des Schlapkolbens StronunrsverbindunFen zu korrespondierenden Ausnehmungen am Innen- und Außenrohr des Hammers herstellbar .; sind/ Diese Konstruktion gewährleistet, daß vielfältigen Anv/endirngsv/ünschen mit wenigen Grundtypen Rechnung getragen werden kann.

Zur Erzielung hoher Leistungen bei betriebssicherer

Steuerung sieht die Erfindung ferner vor, daß das Innenrohr ■'■rait den Antriebsteilen des Hammers in Strömungsverbindung

steht oder direkt in Strörnungsverbindung gebracht werden . kann, insbesondere mittels Durchlässen einerseits mit einem am oberen Ende angeordneten Dampfunfskolben und anderervseits mit dew Bohrmeißel. ;■ ■

Eine weitere Leistungssteigerung läßt sich dadurch erreichen, daß erfindungsgemäß der Bohrmeißelschaft als Bohrkrone einen auswechselbaren, zumindest in. Axialrichtung elastisch gepufferten Verschleißschuh irleitbevreglich trägt. Dadurch ;w9rdeii V/erkzeug und Gestänge geschont, da die Pufferung ol\ne nennensvierten Verbrauch an Schlagenergie auftretende

^Erschütterungen dämpft bzvr. unterbindet. Außerdem ergibt sich eine beträchtliche Verbilligung im Gebrauch, weil bei

.Vstumpf gevrordenem Werkzeug zunächst nur der gepufferte Verschleißschuh ausgewechselt wird, wogegen der als Zv/ische>iamboß dienende Bohrmeißelschaft dank seiner viel größeren Standzeit erst später ausgetauscht werden muß. .'■:,'. '.,...

Zur Verlängerung der Nutzungsdauer trägt ferner bei,.daß ■ der Verschleißschuh nach der Erfindung wenigstens einen .Polygoneinsatz aufweist, dessen Außenteil am Umfang abge- : setzt und durch Dämpfungseinlagen in Umfangsrichtung abgepolstert ist. Man erhält so eine Bohrkrone von großer ; : Standzeit, die dem Bohrhammer ein schnelles und kräftiges ^

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Vordringen vor· allem ία mittelhartem Gestein ermöglicht» aber' auch in hartem Gestein beachtliche Bohrgeschwindigkeiten zu erzielen gestattet.

'i'"ar die Führung des Druckmittels, aas bevorzugt von Druckluft gebildet j st, sieht eine V/eiterbilduru, der Erfindung vor, daß der Dämpfungskolben einen·zentralen Durchlaß und an seinem unteren Ende radiale Auslässe aufweist. Der Dämpfungskolben kann ferner auf einen Ringpuffer wirken, der sich axial an einem rohrförmigen Gehäuse abstützt, das mit der Außenwand des Hammers verschraubt ist und in dem ein Führungsband für Leichtgängigkeit sorgt.

Die Handhabung eines Bohrhammers nach der Erfindung wird wesentlich erleichtert, wenn der Gestänge-Anschlußteil des Hammers ein Konusgewinde mit Umfangsaussparungen aufweist, die mit . einem Gegenprofil an den Außenenden der Gestängerohre formschlüssig zusammenpassen. Derartige Greifprofile können bei Fang- und Brechvorrichtungen vorgesehen sein, die wahlweise oder zusätzlich Backen bzw. Segmente besitzen, welche in eine Umfangsnut des Konusgewindes eingreifen und dadurch den Bohrhammer haltern und tragen können.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Jnnenrohr fest mit. einem Haltekörper verbunden ist, in den ejn koaxialer Steuerzylinder ragt, der einen Ventilsitz für einen in dem Haltekörper gleitbeweglich geführten Steuerkörper trägt. Insbesondere kann das Innenrohr mit dem Haltekörper erfiMvungsgemäß einstückig sein. Vorzugsweise ist der Haltekorper in einem mit der Außenwand verschraubten, den Steuerzylinder führenden rohrförmigen Gehäuse fest angebracht. Durch Austausch des Haltekörpers und/oder des Schlagkolbens erzielt man mit einfachsten Mitteln verschiedene Charakteristiken oder Kenndaten des Bohrhammers.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß der Haltekur^er einen seitlichen Einlaß hat, der neben dem Innenrohr· mündet, dessen eine Bohrung mit dem Steuerrohr in Verbindung steht, während die andere Bohrung im Haltekorper einen unter den Steuerkörper führenden Seitenkanal aufweist. Im oberen stirnseitigen Abschluß des Steuerrohi is kann eine auswechselbare Düse angeordnet sein. V/ahlweise oder zusätzlich kann sich im Außenteil des Steuerkörpers, z.B. am Außenumfang eines sonst abdichtenden Stütz

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vii\_Lx:c_f oder dcG Littuc-rzyiiriders bine ausv/echsel- oder versch'.lio':-- bare :-)eitendüse beiinaen. Diese Γ'.a.'-nahmen tragen dazu bei, die Steuerung des Bohrhammerbetriebs 2U vereinfachen und zu verbessern. Auch kann rasch und billig in Verbindung mit der) vorgesehenen Düsen durch Verändern oder Austauschen einzelner Steuci um: β L.eil e oder auch der ganzen Jteuerungsanordnung die Betriebsweise und Leistung des Bohrhammers nach Bedarf eingestellt und verändert werden, wie es das Gestein vor Ort und der verfügbare Verdichter erfordern.

Gemäß einer wichtigen Ausgestaltung der Erfindung hat der Steuerkörper die Form einer Tellerbüchse mit einer Anzahl von Umfangsaussparungen, die bei Anliegen des Steuerkörpers an' einem axialen Ventilsitz eine äußere Strömungsverbindung ermöglichen. Wird der Steuerkörper beispielsweise am Ende der Schlagkolben-Abwärtsbewegung durch den momentanen Rückstau des Druckmittels angehoben und an den darüber befindlichen Ventilsitz gepreßt, so wird die Druckmittelzufuhr auf dem direkten Weg unterbrochen. Gleichzeitig fließt auf einem Nebenweg gedrosselt einströmendes Druckmittel an den Umfangsaussparungen vorbei, wodurch der Schlagkolben von unten belastet und in die Ausgangstellung angehoben wird. Dann kann ein neuer Arbeitstakt beginnen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat der Steuerzylinder ein inneres, oben Querbohrungen aufweisendes Steuerrohr, auf dem ein federbelasteter Steuerkolben gleitbar ist, der unten korrespondierende Querbohrungen besitzt und dessen Stirnfläche mit dem Dämpfungskolben zusammenwirkt. Diese Steuerungsteile besitzen eine einfache Form; sie lassen sich kostengünstig fertigen und bequem montieren sowie warten. Wird der Dämfpungskolben zurückgezogen, etwa wenn der Bohrmeißel keinen großen Widerstand vorfindet und unter seinem Eigengewicht einen schnelleren als den am Bohrgerät gerade eingestellten Vorschub erfährt, so bewirkt die Federbelastung des Steuerkolbens dessen Anhebung, bis die einander zugeordneten Querbohrungen in Strömungsverbindung stehen. Dann erfolgt durch die Querbohrungen eine verstärkte Zufuhr von Druckmittel in das Steuerrohr, so daß der Spülbetrieb unter vollem Druck stattfinden kann. Gleichzeitig läuft der Teillast- oder Leerlauf-Schlagbetrieb des Bohrhammers über die Seitendüse weiter.

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Claims

Patentansprüche

1. Zum Anschluß an ein Bohrgestänge vorgesehener Tieflochbohrhammer, welcher am unteren Ende einen Spülbohrungen, Vertiefungen und Kartmetall-Einsätze aufweisenden Bohrmeißel trägt und in welchem ein mit einem Durchgangsloch versehener Schlagkolben unter pneumatischem Antrieb mit vorgegebenem Maximalhub zwischen der zylindrischen Außenwand und einem Innenrohr gesteuert auf und ab bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die kraftübertragenden axialbeweglichen Teile des Hammers (1) Polygonprofil aufweisen.

2. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Schlagkolben (50) zentrisch und formschlüssig sitzende Innenrohr (41) Polygonprofil hat, namentlich disharmonisches PC4-Profil.

3. Bohrhammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (41) Luftdurchlässe (42, 43) auf v/eist, die je nach der Stellung des Schlagkolbens (50) von diesen versperrt bzw. freigegeben werden.

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4. Bohrhammer nach Anspruch 3, dadurch 5·; e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Luftdurchlässe von zwei achsparallelen Bohrungen (42,43) des Innenrohrs (41) mit seitlichen Mündungen (45,46) gebildet sind, wovon wenigstens eine (45) mit einer■korrespondierenden Aussparung (52) im Schlagkolben (50) zusammenwirkt.

5. Bohrhammer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Bohrungen (42,.43) nahe gegenüberliegenden Polygonkanten bzw. auf einem Hauptdurchmesser des Innenrohrs (41) angeordnet sind.

6. Bohrhammer nach wenigsten einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch g e k e η η ze i c hn et, daß der Schlagkolben (95) voneinander getrennte Axial- und Radialdurchlässe (96,97) besitzt, mittels deren je nach der Stellung des Schlagkolbens (95) Strömungsverbindungen zu korrespondierenden Ausnehmungen (94,99) am Innen- und Außenrohr (93,98) des Hammers (1) herstellbar sind.

7. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (41) mit den Antriebsteilen des Hammers (1) in Strömungsverbindung steht, insbesondere mittels Durchlässen (32,8; 51,60,67) einerseits mit einem am oberen Ende angeordneten Dämpfungskolben (7) und andererseits mit dein Bohrmeißel (58,61).

8. Bohrhammer nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Bohrmeißelschaft (58) als Bohrkrone einen auswechselbaren, zumindest in Axialrichtung elastisch gepufferten Verschleißschuh (61) gleitbeweglich trägt.

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9. Bohrhammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschleißschuh (61) wenigstens einen Polygoneinsatz (62) aufweist, dessen Außenteil am Umfang abgesetzt und durch Dämpfungseinlagen (70) in Umfangsrichtung abgepolstert ist.

10. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Dämpfungskolben (7) einen zentralen Durchlaß (8) und an seinem unteren Ende radiale Auslässe (10) aufweist. . -

11. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (7) auf einen Ringpuffer (16) wirkt, der sich axial an einem rohrförmigen Gehäuse (17) abstützt, das mit der Außenwand (48) des Hammers (1) verschraubt ist.

12. Bohrhammer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (7) in einem mit dem rohrförmigen Gehäuse (17) verschraubten Zylinder (13) durch ein Führungsband (12) leichtgängig geführt ist.

13. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gestänge-Anschlußteil des Hammers (1) ein Konusgewinde (90) mit Umfangsaussparungen (91,92) aufweist.

14. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (41) fest mit einem Haltekörper (39) verbunden ist, in den ein koaxialer Steuerzylinder (20) ragt, der einen Ventilsitz (35) für einen in dem Haltekörper (39) gleitbeweglich geführten Steuerkörper (36) trägt.

15. Bohrhammer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (36) nach Art einer Tellerbüchse gestaltet und/oder am Außenrand mit Umfangsaussparungen (76) versehen ist.

16. Bohrhammer nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Haltekörper (39) in einem mit der Außenwand (48) verschraubten, den Steuerzylinder (20) führenden rohrförmigen Gehäuse (17) fest angebracht ist.

17. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerzylinder (20) ein inneres, oben Querbohrungen (33) aufweisendes Steuerrohr (32) hat, auf dem ein federbelasteter Steuerkolben (28) gleitbar ist, der unten korrespondierende Querbohrungen (29) besitzt und dessen Stirnfläche (30) mit dem Dämpfungskolben (7) zusammenwirkt.

18. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (28) einen Stützring (27) aufweist, der einen Ringraum (31) des Steuerzylinders (20) im wesentlichen abdichtet, wenn der Dämpfungskolben (7) hochgezogen ist.

19. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (39) einen seitlichen Einlaß (44) hat, der neben dem Innenrohr (41) mündet, dessen eine Bohrung (43) mit dem Steuerrohr (32) in Verbindung steht, während die andere Bohrung (42) im Haltekörper (39) einen unter den Steuerkörper (36) führenden Seitenkanal (40) aufweist.

20. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen stirnseitigen Abschluß des Steuerrohrs (32) eine auswechsel- und/oder teilweise oder ganz verschließbare Düse (34) angeordnet ist.

21. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Außenteil (21)

des Steuerzylinders (20) und/oder im Außenteil (27) des Steuerkolbens (28) eine ausweclisel- und/oder teilweise oder ganz verschließbare Seitendüse (22) befindet.

22. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch ge k e η η ζ e i c h η e t, daß zwischen dem Kopf des Schlagkolbens (50) und einer Schulter (49) des ihn führenden Außenrohrs (48) ein Dämpfungsraum (48a) vorhanden ist.

23. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopf (57) des Bohrmeißels (4) und einer Schulter (56) der ihn führenden Haltekappe (55) ein Dämpfungsraum (77) vorhanden ist.

24. Bohrhammer nach Anspruch 22 oder 23, dadurch g e k e η η zeichnet, daß in wenigstens einem Dämpfungsraum (48a,77) und/oder zwischen axialbeweglichen, kraftübertragenden Teilen (z.B. 5, 6) eine elastisch-nachgiebige Einlage angeordnet ist.