DE2541837C3

DE2541837C3 - Druckgasbetriebener Tief lochbohrhammer

Info

Publication number: DE2541837C3
Application number: DE752541837A
Authority: DE
Inventors: Grey San Antonio Tex. Bassinger (V.St.A.)
Original assignee: Reed Tool Co
Current assignee: Reed Tool Co
Priority date: 1974-09-20
Filing date: 1975-09-19
Publication date: 1979-03-01
Also published as: IT1055611B; CA1032841A; AU8486475A; GB1498487A; DE2541837B2; ES441104A1; JPS5156702A; JPS5331443B2; SE7510287L; FR2285509B3; DE2541837A1; US3964551A; FR2285509A1

Description

Die Erfindung betrifft einen druckgasbetriebenen Tieflochboh; hammer, bestehend aus einem an ein Bohrrohr anschließbaren Gehäuse einem in diesem verschieblich angeordneten, einen Bohrkopf tragenden und eine zentrale Spülbohrung aufweisenden Amboß, einem zwischen Arbeitskammern hin- und hergehenden Hammerkolben, einer zentral durch den Hammerkolben geführten, im hinteren Teil des Gehäuses befestigten Druckgasversorgungseinrichlung zur Bewegung des Hammerkolbens, die mit durch den Hammerkolben zu öffnenden und verschließbaren, ventilartigen Gasführungen versehen ist, und aus einer in der zentralen Spülbohrung des Ambosses angeordneten, von der Versorgungseinrichtung getrennten Auslaßeinrichtung zum Abführen von aus der vorderen Arbeitskammer abströmendem Druckgas.

Um einen hin- und hergehenden, in einem druckgasbetätigten Tieflochbohrgerät befindlichen Hammer zu betreiben, werden mehrere Ventile benötigt. In den Fällen, in denen mit Druckverlust gerechnet werden muß, wird ein Rückschlagventil benötigt, um den Gasrückfluß zu verhindern, da sonst Bohrspäne in die beweglichen Teile des Gerätes hineingesogen werden können. Außerdem muß ein Ventilmechanismus vorgesehen werden, um mit dem Druckgas eine Kraft auf den Hammerboden auszuüben, damit der Hammer über dem Amboß angehoben wird.

Weitere Ventile werden benötigt, um das den Hammer anhebende Druckgas hinauszulassen und um weiteres Druckgas in das Gerät einzuführen, um den Hammer gegen den Amboß zu treiben. Das über dem Hammer befindliche Druckgas muß danach, vor Beginn des nächsten Arbeitsspieles, wieder abgeführt werden.

Es ist ein druckmittelbetriebener Versenkbohrhammer bekannt, der Auslaßöffnungen von der Druckkammer zu einem Spülkanal im Bohrmeißel aufweist, welche durch den Hammerkolben unter Ausströmen des Druckmittels aus der rückwärtigen Druckkammer in der vorgeschobenen Position des Kolbens und Ausströmen des Druckmittels aus der vorderen Kammer in zurückgeschobener Position des Kolbens steuerbar sind (z.B. DE-AS 20 62 690).

Außerdem ist es bekannt, bei druckgasbetriebenen rieflochbohrhämmern Auslaßeinrichtungen zu verwen-Jen, mittels derer Abluft aus der vorderen Arbeitskammer über einen die Druckgasversorgung vom Auslaß zeitweilig trennenden Raum in die zentrale Spülbohrung des Ambosses abführbar ist (z. B. US-PS 38 26 316).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Eindringgeschwindigkeit beim Bohren zu erhöhen und somit eine größtmögliche Schlagkraft und Schlagtiefe für einen gegebenen Gerätedurchmesser zu erzielen.

Die erfinciungsgemäße Aufgabe wird bei einem Tief lochbohrhammer der eingangs näher beschriebenen Art dadurch gelöst, daß sich die Auslaßeinrichtung über die rückwärtige Stirnfläche des Ambosses hinaus in den von dem Hammerkolben überstrichenen Bereich hinein erstreckt, wobei während der Arbeitsspiele des Hammerkolbeiis zeitweilig Druckgas aus der vorderen Arbeitskammer über einen die Druckgasversorgungseinrichtung von der Auslaßeinrichtung trennenden Freiraum in die zentrale Spülbohrung des Ambosses abführbar ist.

Bei den druckgasbetriebenen Tieflochbohrhämmern ist die Eindringgeschwindigkeit eines »Normal-Bohrkopfes« bei Benutzung von Druckgas unter einem »Normal-Druck« ein Maß für die Wirksamkeit des Werkzeuges. Augenscheinlich kann jedoch die Eindringgeschwindigkeit nicht über einen gewissen Punkt gesteigert werden, da sonst der Bohrkopf zerstört würde.

Es wurde nun festgestellt, daß die Eindringgeschwindigkeit sehr gesteigert werden kann, wenn eine' »Standard-Niederhaltekraft« (das in eine gleichbleibende, abwärts gerichtete Kraft) auf den Bohrkopf ausgeübt wird und ihr noch eine Schlagkraft überlagert wird. Es wurde außerdem festgestellt, daß die Eindringgeschwindigkeit ohne Schaden für die Bohrausrüstung gesteigert werden kann, wenn die Schlagkraft gesteigert und die Niederhaltekraft verkleinert wird. Da der Gasdruck üblicherweise gleichbleibend ist, ist die auf den Hammer nach unten gerichtete Kraft abhängig von der durch das Druckgas beaufschlagten Oberfläche, dem Schlagweg des Hammers und der Zeit, die für die Zuführung und Abführung des Druckgases benötigt wird.

Wenn es auch bekannt ist, bei einer zentralen Druckgasversorgung eine Auslaßeinrichtung zu verwenden, die durch eine besondere Ausbildung der Rückseite der Zentralbohrung des Ambosses gebildet ist, die von der Versorgungseinrichtung gesteuert wird (»The Oil and Gas Journal«. 10, Febr. 1964, S. 120-123) bzw. die Abluft der vorderen Arbeitskammer im Normalbetrieb nicht durch die Zentralbohrung der Auslaßeinrichtung, sondern zwischen dieser und der Amboßbohrung abgeleitet wird (GB-PS 12%924), so konnte der Fachmann daraus keine Anregung für die erfindungsgemäße Lösung, insbesondere die spezielle Ausbildung der Auslaßeinrichtung entnehmen.

Mit dem erfindungsgemäßen Tieflochbohrhammer ist der Vorteil verbunden, daß die Druckgasführung von der Mitte her eine größere Oberfläche ergibt, auf die das Druckgas zum Niedertreiben des Hammers wirken kann. Außerdem bedeutet die Verwendung einer mittig angeordneten, den Hammer durchsetzenden Druckgasversorgung einen geringeren Verlust an wirksamer Fläche als bei der bekannten Druckgasversorgung vom Gehäuse her, ganz abgesehen von der damit verbundenen wesentlichen Schwächung des Gehäuses. Die sehr wichtige schnelle Druckgaszufuhr und -abfuhr zur Sicherung einer hohen Schlaganzahl wird bei einem erfindungsgemäßen Gerät dadurch erzielt, daß Einschnitte im Hammer und Ringführungen in der Versorgungseinrichtung ein sehr großes Fließvolumen zulassen, sobald die Verbindung hergestellt wird.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen; in der nachfolgenden Beschreibung und den schematischen Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele ausführlich erläutert und dargestellt. Es zeigen

Fig. la und Ib Vertikalschnitte entlang der Längsachse eines erfindungsgemäßen Tieflochbohrhammers,

F i g. 2 bis 6 Horizontalschnitte entlang der Linien 2-2, 3-3,4-4,5-5 bzw. 6-6 in den F i g. 1 a und 1 b,

Fig. 7 bis 10 vereinfachte Vertikalschnitte ähnlich den Fig. la und Ib, um die verschiedenen Arbeitstakte des Arbeitsspieles eines erfindungsgemäßen Tieflochbohrhammrs zu zeigen,

F i g. 11 einen teilweisen Vertikalschnitt durch den oberen Teil einer Abwandlung des in den F i g. 1 bis 10 gezeigten Tieflochbohrhammers, um eine andere Art eines Rückschlagventils darzustellen.

Die F i g. 1 a und 1 b zeigen einen Vertikaischnitt durch einen erfindungsgemäßen, pneumatisch betätigten Tieflochbohrhammer S2. Das Gerät hat ein Gehäusehinterteil 14, mit welchem es mittels einer Verschraubung 16 an einem (nicht gezeigten) Bohrrohr angebracht werden kann, ein Gehäusemittelteil 20, das an dem unleren Teil IS des Hinterteils 14 mit Hilfe einer Verschraubung 22 angebracht werden kann und einem Grhäusevorderteil 24, das an dem vorderen Ende des Mittelteils 20 mit Hilfe einer Verschraubung 26 angebracht werden kann. Innerhalb des Gehäusevorderteils 24 ist ein Amboß 28 untergebracht, der mit einem Bohrkopf 30 einstückig ist.

Im Gehäuse 20 ist ein Rückschlagventil 32 eingebaut, das einen Gasfluß vom Bohrrohr durch den Tieflochbohrhammer 12 bis zum Bohrkopf 30, aber nicht in umgekehrter Richtung, zuläßt. Auf diese Weise wird verhindert, daß Bohrklein vom Bohrkopf 30 in das Bohrgerät hineingesogen wird. Unmittelbar vor dem Rückschlagventil 32 ist eine Druck-Gas-Versorgungseinrichtung 34 angeordnet, die viele der Ventilspiele des Bohrgerätes steuern kann. Um die Versorgungseinrichtung 34 herum ist ein in axialer Richtung gleitbarer Hammerkolben 36 angeordnet, der während des Betriebes des Bohrgeräts in dauernder Wiederholung auf den Kopf eines Ambosses 28 auftrifft. Außerdem befindet sich zwischen dem Hammerkolben 36 und dem Amboß 28 eine Gas-Auslaßeinrichtung 38, mit der der Gasauslaß aus dem Bohrgerät gesteuert wird. Der Amboß 28 wird von einem Amboßführungsring 40 und einem Halte-Spaltring 42 im Gehäuse 20 gehalten.

Zum Rückschlagventil 32 gehört eine zusammendrückbare Kugel 44, die zwischen einem Ventilsitz 46 und einer großen, in dem unteren Teil 18 des Gehäuseteils 14 eingeformten öffnung 48, angeordnet ist. Die in einer Kammer 50 befindliche, zusammendrückbare Kugel 44 ist hohl und unter Einwirkung von entsprechend hohem Druck zusammendrückbar. Die Kugel 44 ist aus einem faserverstärkten Urethan-Werkstoff hergestellt, damit .bei den rauhen Betriebsbedingungen eine möglichst hohe Lebensdauer gesichert ist. Zum Ventilsitz 46 führen eine Reihe von schräg angeordneten Durchgängen 52, die einen Gasfluß aus der Kammer 50 zu einer Zentralbohl ung 54 in der Versorgungseinrichtung 34 ermöglichen. Die Form des Ventilsitzes 46 ist am besten in F i g. 2 erkennbar.

Der Ventilsitz 46 wird zwischen einem Distanzring 58

und einem Halter 60 für die Versorgungseinrichtung 34 festgehalten. Der Distanzring 58 besteht aus einem ölbeständigen Elastomer, wodurch ein gewisser Grad von Beweglichkeit in der Lage des Ventilsitzes 46 ermöglicht wird. Um die Außenflächen eines Flansche;. 56 herum iäufl ein Ririgraum, der in Verbindung mit der losen zwischen dem Halter 60 und dem Ventilsitz -16 eine begrenzte seitliche Einstellung zulabt. Der halter 60 ruht mit einer Schulter 66 auf dem Gehäuse 20, wodurch der Halter 60 in seiner Lage festgehalten wird, wenn das hintere Gehäuseteil 14 mittels der Verschraubung 22 an dem Gehäusemittelteil befestigt wird. Am vorderen Teil der Halterung 60 ist ein nach innen gerichteter Flansch 68 vorgesehen, der mit einem nach außen gerichteten Flansch 70 an der Versorgungseinrichtung 34 zusammenpaßt. Dieser Flansch 70 ist etwas kleiner im Durchmesser als der Innendurchmesser der Halterung 60, wodurch eine gewisse seitliche Beweglichkeit ermöglicht wird. Oben auf dem Flansch 70 ist eine O-Ring-Dichtung 72 angebracht, um einen Gasverlust um die Versorgungseinrichtung 34 außen herum zu verhindern. Auf diese Weise stellen Ringe 58 und die Dichtung 72 sicher, das alles Gas, das sich unterhalb der Halterung 60 befindet, durch die Zentralbohrung 54 hindurch treten muß.

An der Versorgungseinrichtung 34, dem Hammerkolben 36 und dem Amboß 28 sind eine Reihe von ölnuten angeordnet, wobei diese an der Versorgungseinrichtung mit 74 bezeichnet sind. Diese Ölnuten vermindern die Abnutzung zwischen den aufeinander gleitenden Oberflächen des Geräts und stellen sicher, daß das öl, das innerhalb des Geräts in der Form des üblichen ölnebels benutzt wird, für die notwendige Schmierung sorgi, die für einen guten Betrieb und eine gute Abdichtung nötig ist.

Von der Zentralbohrung 54 erstrecken sich Querbohrungen 76 zur Verbindung mit einem Ringraum 78, wie am besten aus der F i g. 3 zu ersehen. Der Durchmesser der Bohrung 54 vermindert sich im mittleren Teil der Versorgungseinrichtung an einer Schulter 80. Außerdem ist in dem mittleren Teil der Versorgungseinrichtung 34 ein länglicher Ringraum 82- eingeschnitten, dessen vorderer Teil den äußeren Teil axial gerichteter Bohrungen 84 anschneidet, was am besten aus F i g. 4 zu ersehen ist. Die Axial-Bohrungen 84 erstrecken sich parallel zur Achse der Versorgungseinrichtung 34 und verbinden den Ringraum 82 ständig mit dem vorderen Teil der Versorgungseinrichtung. Die zentrale Bohrung 54 verengt sich außerdem noch an einer zweiten Schulter 86, so daß der vordere Teil dieser Bohrung nahezu denselben Durchmesser aufweist wie die Axialbohrung 84. Am vorderen Ende der Bohrung 54 ist eine verengte öffnung 88, die einen ständigen kleinen Gasdurchfluß durch die Versorgungseinrichtung 34 zuläßt. Die Öffnung 88 kann die für den normalen Bohrbetrieb erforderlichen, großen Gasvolumina nicht durchlassen, sondern sie ist hauptsächlich dazu bestimmt, um die Leistung des Gas-Kompressors auszunutzen.

Unmittelbar hinter der verengten öffnung 88 ist eine Reihe von Querschlitzen 90 angeordnet, die sich in radialer Richtung von der Zentralbohrung 54 nach außen erstrecken, was aus F i g. 5 zu entnehmen ist. Es ist sehr wichtig, daß keiner von den Querschlitzen 90 die axial gerichteten Bohrungen 84 anschneidet, wie ebenfalls aus F i g. 5 ersichtlich.

Die Versorgungseinrichtung 34 ist in der Längsachse des Bohrgeräts angeordnet, wobei der äußere Durchmesser ihres hinteren Teiles, nut Ausnahme des Flansches 70, im wesentlichen derselbe is; wie der äußere Durchmesser ihres vorderen Teiles. In einer be.orzugien Ausführungsform ist die Vt?rsorj7iiiigseiii richtung 34 aus Aluminium mit einem Überzug aus Polytetrafluorethylen zur Verringerung der Abnutzung auf ihrer äußeren Oberfläche.

Der Haiiiiiierkolben 36 ist langgestrecki und ringförmig und füllt den Raum zwischen der Versorgungseinrichtunjj 34 und dem Gehäuseteil 20 aus. Er ist mit einer axialen Zentralbohmng 92 versehen, in der die Vcjjorgungseinrichtung 34 gleitbar aufgenommen ist, jiid bildet mit dieser eine Metall-auf-Metall-Abdichtung. Die ölnuten 74 und das in ihnen enthaltene öl unterstützen dic.se Metall-auf-Metall-Abdichtung. Auf ähnliche Weise bildet die äußere Fläche des Hammerkolbens 36, in die ölnuten 94 eingeschnitten sind, eine Mciaii-auf-Mctall-Abdichtung mit der inneren Oberfläche des Gehäuseteiles 20.

Von der rückwärtigen Stirnfläche des Hammerkolbens 36 erstrecken sich Bohrungen 96 unter einem Winkel von weniger als 15° zur Achse des Hammerkolbens 36 zu einem Einschnitt 98. Der Einschnitt 98 schneidet den innersten, vorderen Teil der Schrägbohrung 96 an, wie aus Fi g. 3 zu "rsehen ist.

Wie aus Fig.4 entnommen werden kann, ist der Ringkörper, der den mittleren Teil des Hammerkolbens bildet, massiv bis auf einen sehr schmalen länglichen Ringraum 100, der sich an einer Stelle zwischen dem Gehäuseteil 20 und dem Hammerkolben 36 befindet, an dem der Durchmesser des Kolbens etwas geringer ist. Durch den Ringraum 100 wird verhindert, daß der Kolben 36 unter der Wirkung von auf das Bohrgerät ausgeübten Seitenkräften innerhalb des Gehäuses 20 hängenbleibt. Von der vorderen Stirnfläche des Hammerkolbens 36 erstrecken sich geneigte Bohrungen 102 unter einem Winkel kleiner als 15° zu der Achse des Geräts nach rückwärts zu einem Einschnitt 104 im Kolben 36, wie aus F i g. 5 zu sehen.

Der Kolben 36 kann umgedreht eingesetzt werden, da der vordere und der hintere Teil miteinander identisch sind. Um Ermüdungsbrüche im Kolben 36 bei seinen ständigen Schlägen auf den Amboß 28 zu verhindern, müssen alle scharfen Kanten am Kolben 36 vermieden werden. Daher ist jede der Bohrungen % und 102 geglättet, um abgerundete Enden zu erzielen. Ebenso sind alle Kanten der Einschnitte 98 und 104 abgerundet. Die Kanten der vorderen und hinteren Stirnfläche des Hammerkolbens 36 sind ebenfalls abgerundet, um kleine Radien zu erhalten, während die geneigten Bohrungen 96 und 102 gebrochene Kanten aufweisen.

Innerhalb des Ambosses 28 ist eine mittlere Bohrung 106 angeordnet, die einen hinteren, an einer Schulter 108 endenden Teil 110 mit einem größeren Durchmesser aufweist. Innerhalb des hinteren Teils 110 ist die Auslaßeinrichtung 38 angeordnet, die gleitbar gegen die innere Oberfläche der Bohrung 92 im Kolben abgedichtet ist und aus einem Plastik-Werkstoff besteht (obwohl auch Aluminium oder andere Werkstoffe benutzt werden können). Ein konischer Abschnitt 112 beschleunigt den Gasdurchfluß durch die Bohrung 114 in der Auslaßeinrichtung 38.

Der vordere Teil der Auslaßeinrichtung 38, der in den Amboß 28 eingepaßt ist, hat einen Einschnitt 116, während ein dazu passender Einschnitt 118 mit dem Amboß 28 vorgesehen ist. Der Einschnitt 118 ist mit einer Mehrzahl von sich nach innen erstreckenden Ringen 120 versehen, und der Raum zwischen den

Einschnitten 116 und 1IS ist mit einem elastischen Material 122, vorzugsweise einem Werkstoff snt Gummibasis, ausgefüllt. Wenn die Auslaßeinrichtung 38 in den Amboß 28 hineingcHeix-n wird, dehnt sich das elastische Material 122 aus, wodurch der Raum /wischen den Einschnitten il6 und 118 so weit ausgefüllt wird, daß die Auslaßeinrichtung 38 in ihrer Lagv festgehalten wird. Der Amboß 28 weist Ölnuten 124 auf, ähnlich den ölnulen 74 und 94. Vorwärts einer Schlagflache 126 aul dem Amboß 28, die von einer Schlagfläche 128 an dem Hammerkolben 36 getroffen wird, ist ein Einschnitt 130, der während des normalen Betriebs des Gerätes einen Ringraum zwischen dem Amboß 28 und dem Amboßführungsring 40 bildet. Der Amboßführungsring 40 hat einen kleinen Absatz 132, der an den Haltespaltring 42 anstößt. Dieser Ring 42. der aus zwei gleichen Hälften gebildet wird, wird in seiner Lage von einem O-Ring 134 festgehalten und wird dazu benutzt, um den Zusammenbau des Bohrgeräts zu erleichtern; außerdem bildet er einen vorderen Anschlag für den Amboß 28. Der vordere Teil des Ringes 42 stößt an ein Teil 136 an, das aus einem elastischen Werkstoff auf Gummibasis besteht und das als Einschnappring wirkt, so daß der Amboßführungsring 40 an seinem Platz festgehalten' und der Hammerkolben 36 am Herausfallen aus dem Gehäuseteil 20 gehindert wird, wenn der Amboß 28 und der mit ihm einstückige Bohrkopf 30 ausgewechselt werden müssen.

Vorwärts des Halteringes 42 dient der untere Gehäuseteil 24, der auch gewöhnlich als Antriebsgehäuse be/.cichnci wird, dazu, die Rin^cje 42 und 40 und damit den Amboß 28 an seinem Platz in dem Gehäuseteil 20 festzuhalten. Wie in den F i g. 6 und Ib dargestellt, kann der Amboß 28 in dem vorderen Gehäuseteil 24 gleiten. Nuten 138 in dem vorderen Gehäuseteil 24 nehmen an dem Amboß angeformte Keile 140 auf, während Nuten 142 an dem Amboß 28 Keile 144 am vorderen Gehäuseteil 24 aufnehmen. Die ineinander passenden Nuten 138,142 und Keile 140,144 lassen wohl eine freie axiale Bewegung, aber keine radiale Bewegung zwischen dem Amboß 28 und dem vorderen Gehäuseteil 24 zu.

Beim Bohren stößt das vordere Ende des vorderen Gehäuseteiles 24 an einen auswärts gerichteten Flansch 146 am Amboß 28 an, wodurch der Amboß 28 mit dem Bohrkopf 30 nach vorn gezwungen wird. Die Bohrung 106 im Amboß 28 endet in zwei geneigten Durchgängen 148, die zu dem Schneidteil 150 des Bohrkopfes 30 führen. An dem Teil 150 sind Schneideinsätze 152, z. B. aus Wolframkarbid, angebracht. Der Schneidteil 150 des Bohrkopfes hat einen nach außen gerichteten Teil 154, um sicherzustellen, daß das Bohrloch einen größeren Durchmesser als das Gehäuse 20 und das Bohrrohr aufweist.

Obwohl ein massiver Bohrkopf dargestellt ist, könne r. auch andere übliche Bohrköpfe an dem erfindungsgemäßen Tieflochbohrhammer angebracht sein. Bei sorgfältiger Einstellung der Schlagstärke kann sogar ein Rollkonuswerkzeug benutzt werden.

Der Betrieb des Bohrgerätes wird im folgenden anhand der F i g. 7 bis 10 besprochen.

Wenn das Druckgas durch das Bohrrohr zu fließen beginnt, ist die große öffnung 48 einem hohen Druck ausgesetzt, und infolgedessen wird die Kugel 44 nach innen in Richtung des Ventilsitzes 46 zusammengedrückt, wodurch das Druckgas, wie in F i g. 7 gezeigt, um die Kugel 44 herum, durch den Ventilsitz 46 und in die Bohrung 54 der Versorgungseinrichtung 34 fließen kann. Am vorderen Ende der Bohrung 54 fließt eine geringe Gasmcngc ständig durch die verengte Öffnung 88, aber die Haupimenge des Druckgases fließt nach "> außen von der Bohrung 54 durch die Querschlitze 90, den Einschnitt 104 und die geneigten Bohrungen 102 zur Vorderseite des i lammerkolbens 36. Auf diese Weise bewirkt das vor dem Hammerkolben 36 eingeführte Druckgas eine rückwärts gerichtete Kraft auf diesen, so

i^(l daß sich der Kolben nach rückwärts zu bewegen beginnt, wie in F i g. 8 dargestellt.

Wenn sich der Kolben 36 nach rückwärts bewegt, wird der Durchfluß durch die Querschlitze 90 beendet, sobald der Einschnitt 104 den rückwärtigen äußeren Teil

!^r> der Querschlitze 90 passiert. Jedoch fährt das vor dem Kolben 36 zwischen der Alislaßeinrichtung 38 und dem Gehäuseteil 20 eingeschlossene Druckgas fort, den Kolben rückwärts zu treiben, und der Einschnitt 98 kommt infolge dieser fortgesetzten Rückwärtsbewegung in Verbindung mit dem über die Querschlitze 76 zu der Bohrung 54 führenden Ringraum 78. (F i g. 8 zeigt die Lage gerade dann, wenn der Einschnitt 98 mit dem Ringraum 78 in Verbindung kommt.) Die Verwendung eines Einschnittes und eines

^2r> Ringraumes lassen einen sehr schnellen Druckaufbau zu, da der »Crescent«-Effekt, de. auftritt, wenn eine kreisförmige Bohrung mit einem Ringraum in Verbindung kommt, und der sich dadurch ergebende, kleine anfängliche Durchfluß vermieden werden. Die unter

ⁱ⁽⁾ dem Kolben 36 eingeschlossenen, sich ausdehnenden Druckgase fahren fort, ihn aufwärts zu treiben, bis der Druck der Gase, die durch die Querbohrun·» 76, den Ringraum 78, den Einschnitt 98 und die geneigten Bohrungen 96 eintreten, überwiegt oder bis das sich

^r> ausdehnende Gas, wie unten beschrieben, abgeführt ist.

In Fig.9 hat der Kolben 36 seine höchste Stellung erreicht. Der ansteigende Druck rückwärts des Kolbens 36 hat die nach rückwärts gerichtete, durch den Gasdruck vorwärts des Kolbens bewirkte Rückwärtsbe-

⁴⁽¹ wegung aufgehalten, und das Gas vorwärts des Kolbens 36 wird nun über die Auslaßeinrichtung 38, die durch den vorderen Teil des Kolbens 36 nicht mehr abgedeckt ist, abgeführt. Der hohe Druck rückwärts des Kolbens 36 und der sehr niedrige Druck vorwärts des Kolbens

⁴⁾ verursachen eine sehr große, nach vorn gerichtete Kraft, die den Hammerkolben 36 sehr kräftig nach vorn treibt.

Fi g. 10 zeigt den Hammerkolben 36, wie er sich sehr schnell nach vorn bewegt, unmittelbar vor seinem

^s() Auftreffen auf den Amboß 28. Die Abführung des Druckgases rückwärts des Hammerkolbens 36 beginnt unmittelbar vor dem Auftreffen auf den Ambqß, sobald der Einschnitt 98 mit dem Ringraum 82 verbunden ist, worauf das Gas über die Axialbohrungen 84 durch die

^5> Auslaßeinrichtung 38 abgeführt wird. (In Fi g. 10 ist die Versorgungseinrichtung 34 um 45° gedreht worden, damit die Axialbohrungen 84 besser zu erkennen sind.) Das Zusammentreffen des Einschnittes 98 und des Ringraumes 82 stellen eine sehr rasche Abfuhr des

^b() rückwärts des Hammerkolbens 36 befindlichen Druckgases sicher. Unmittelbar vor dem Schlag auf den Amboß beginnt das Druckgas vorwärts des Hammerkolbens 36 über die Querschlitze 90 und den Einschnitt 104 wieder einzutreten, wodurch das Arbeitsspiel von

^bl neuem beginnt.

Die Größe der nach vorn gerichteten Kraft des Hammerkolbens 36 wird bestimmt durch:

den in dem Ringraum rückwärts des Kolbens 36

entwickelten Druck χ der Größe der rückwärtigen Stirnfläche des Kolbens χ der Länge des Kolbenweges.

Der Überdruck vor dem Kolben ist im wesentlichen zu Null geworden in der Zeit, wo der Kolben seine hinterste Stellung erreicht. Weil der Druckanstieg vorwärts des Kolbens erst einen Bruchteil einer Sekunde vor dem Auftreffen des Kolbens auf den Amboß beginnt, ist der Überdruck vor dem Kolben beim Aufschlag vernachlässigbar, aber der rasche Druckanstieg danach sorgt sofort für die Rückwärtsbewegung des Kolbens. Der nach vorn gerichtete Schlag des Kolbens 36 wird durch den Amboß 28 auf den Bohrkopf 30 übertragen.

Bei der Benutzung eines erfindungsgemäßen, druckgasbetätigten Tieflochbohrhammers wird ein geringerer Andruck beim Bohren benötigt und die Abnutzung des Bohrkopfes vermindert. Ein erfindungsgemäöcs, druckgasbetätigtes Bohrgerät erhöht daher die Eindringgeschwindigkeit beim Bohren wesentlich. Ein erfindungsgemäfies Bohrgerät weii; eine größtmögliche Schlagkraft und Schlaggeschwindigkeit für einen gegebenen Gerätedurchmesser auf. Die Gaszufuhr von der Mitte her hat eine größere Wirkungsfläche für das Druckgas zur Folge, um den Hammer nach vorn zu treiben. Wenn das Druckgas mitten durch den Kolben geführt wird, tritt ein geringerer Verlust an druckwirksamer Oberfläche auf, als wenn das Druckgas durch das Gehäuse zugeführt wird, ganz abgesehen von der durch die GeIi.: .sezuführungen verursachten, wesentlichen Schwächung des Gehäuses. Um eine hohe Schlaggeschwindigkeit zu erhalten, ist es wichtig, den Druck über der Oberfläche des Kolbens schnell auf- oder abzubauen. Bei der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes erlaubt das Zusammentreffen des Einschnittes 98 und des Ringraumes 82 ein sehr großes Durchflußvolumen, sobald die Verbindung hergestellt ist. Dasselbe gilt für die Gasabfuhr von rückwärts des Kolbens, weil das größtmögliche Auslaßvermögen durch den Ringraum 82 und die Bohrungen 84 vorgesehen wird, die das Gas über die geneigten Bohrungen 96 und den Einschnitt 98 aufnehmen. Trotz des sehr schnellen Druckauf- und -abbaues rückwärts des Kolbens ist in dem Raum vorwärts des Kolbens ebenfalls ein sehr schneller Wechsel zwischen Druckauf- und -abbau möglich. Der Einschnitt 104 läßt den größtmöglichen Druckgasdurchfluß durch die Querschlitze 90 zur Rückwärtsbewegung des Kolbens 36 zu, während die Auslaßeinrichtung 38 beinahe sofort alle noch vor dem Kolben verbleibende Druckgasmenge abführt.

Die verengte öffnung 88 zusammen mit dem konischen Abschnitt 112 der Auslaßeinrichtung 38 wirkt wie ein Stahlrohr zur Vakuumerzeugung, wodurch die Gasabfuhr von vorwärts und rückwärts des Kolbens unterstützt wird. Wenn zusammen mit dem Druckgas auch noch Wasser eingespritzt wird, fließt das Wasser ebenfalls durch die öffnung 88 aus, wodurch dank der

■> größeren Dichte des Wassers die Venturi-Wirkung npchmals vergrößert wird. Dieser Venturi-Effekt verringert die Auslaßzeit und erhöht auf diese Weise die Schlagzahl des Geräts.

Wenn der Bohrkopf 30 aus dem Bohrloch entfernt

ι» wird, muß gewöhnlich der Bohrbetrieb eingestellt werden, damit das Gerät nicht beschädigt wird. Bei einem erfindungsgemäßen Bohrgerät beispielsweise fällt jedoch der Amboß beim Anheben des Gerätes bis zu der Schulter iJi und bleibt auf dem Haltering 42 liegen. Der Kolben 36 folgt dem Amboß 28 in der Abwärtsbewegung, wodurch der Ringraum 78 und die Quersr'ilitze 76 aufgedeckt werden; die Querschlitze 90 werden dagegen abgedeckt wodurch ein Druckanstieg vor dem Kolben verhindert wird. Dementsprechend bläst das Druckgas durch die Mittelbohrung 54. die Querschlitze 76, den Ringraum 78, die geneigten Bohrungen 96, den Einschnitt 98, den Ringraum 82 und die Axialbohrungen 84 hindurch und aus der Auslaßeinrichtung 38 heraus. Auf diese Weise wird außerdem Druckgas durch die geneigten Durchgänge 148 zu dem Bohrkopf 30 ausgeblasen, so daß die Kolbenschläge aufhören, wodurch das Aultreten eines Schadens vermieden wird.

Beim Bohren durch ¹^o Formationen ist ein frei

)ii ausblasendes Gerät vorzuziehen, weil auf diese Weise die beste Gewähr datui gegeben ist, daß das Bohrklein an die Oberfläche befördert wird.

F i g. 11 zeigt eine andere Ausführungsform eines Rückschlagventils, durch welches das in Fig. la

J5 gezeigte Rückschlagventil 32 ersetzt werden kann. Ein Rückschlagventil 156 hat eine Ventilspindel 158 und einen Ventilsitz 160, wobei dieser eine Bohrung 162 aufweist, um die Ventilspindel 158 gleitbar aufzunehmen. Innerhalb der Ventilspindel 158 ist eine Feder 164

■»■■> vorgesehen, die die Spindel 158 vom Sitz 160 abdrucken kann. Der äußere, hintere Teil der Ventilspindel 158 ist mit einer Auflage 166 aus einem elastischen Material versehen, um die öffnung 48 zu verschließen, wodurch ein Rückfluß von Druckgas innerhalb des Gerätes verhindert wird. Bereits ein geringer Überdruck in dem Bohrrohr bringt die Ventilspindel 158 nach vorn in Richtung gegen den Ventilsitz 160, so daß ein Durchfluß durch die geneigten Durchgänge 52 ermöglicht wird. Wenn es während des Bohrbetriebs erforderlich sein

so sollte, das Ventil 32 durch ein anderes Ventil zu ersetzen, kann das Ventil 156 eingebaut werden, ohne irgendwelche Änderungen an den übrigen Teilen des Gerätes vornehmen zu müssen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. DruckgasbetriebenerTieflochbohrhammer, bestehend aus einem an ein Bohrrohr anschließbaren Gehäuse, einem in diesem verschieblich angeordneten, einen Bohrkopf tragenden und eine zentrale Spülbohrung aufweisenden Amboß, einem zwischen Arbeilskammern hin- und herbeweglichen Hammerkolben, einer zentral durch den Hammerkolben geführten, im hinteren Teil des Gehäuses befestigten Druckgasversorgungseinrichtung zur Bewegung des Hammerkolbens, die mit durch den Hammerkolben zu öffnenden und verschließbaren, ventilartigen Gasführungen versehen ist, und aus einer in der zentralen Spülbohrung des Ambosses angeordneten, von der Versorgungseinrichtung getrennten Auslaßeinrichtung zum Abführen von aus der vorderen Arbeitskammer abströmendem Druckgas, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auslaßeinrichtung (38) über die rückwärtige Stirnfläche des Ambosses (28) hinaus in den von dem Hammerkolben (36) überstrichenen Bereich hinein erstreckt, wobei während der Arbeitsspiele des Hammerkolbens (36) zeitweilig Druckgas aus der vorderen Arbeitskammer über einen die Druckgasversorgungseinrichtung (34) von der Auslaßeinrichtung (38) trennenden Freiraum in die zentrale Spülbohrung (106) des Ambosses (28) abfuhrbar ist.

2. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasführungen an der Versorgungseinrichtung (34) eine axiale Zentralbohrung (54) und einen Ringraum (78) sowie am Kolben (36) einen ersten Einschnitt (98) umfassen, wobei die rückwärtige Arbeitskammer während der Arbeitsspiele des Kolbens (36) bei Verbindung des Einschnittes (98) mit dem Ringraum (78) unter Druck setzbar ist.

3. Bohrhammer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß d:e Gasführungen in der Versorgungseinrichtung (34) einen zweiten Ringraum (82) umfassen, der mit einer Bohrung (84, 92) verbindbar ist, die zur Druckentlastung der hinteren Arbeitskammer bei den Arbeitsspielen axial durch den Kolben (36) geführt ist.

4. Bohrhammer nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführungen in der Versorgungseinrichtung (34) mit der zentralen Bohrung (54) verbundene Querschlitze (90) umfassen, die mit einem zweiten Einschnitt (104) in dem Kolben (36) verbindbar sind, wobei der Hammerkolben (36) wenigstens eine geneigte Bohrung (102) aufweist, die sich von dem zweiten Einschnitt (104) zu der vorderen Arbeitskammer hin erstreckt, wobei durch die Querschlitze (90) und den Schnitt (104) während der Arbeitsspiele des Kolbens (36) Druckgas in die vordere Arbeitskammer einführbar ist.

5. Bohrhammer nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (36) aufwärts gerichtete, mit dem erten Einschnitt (98) verbundene Bohrungen (96) aufweist, mittels welcher die rückwärtige Arbeitskammer unter Druck setzbar bzw. vom Gasdruck entlastbar ist.

6. Bohrhammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten, die aufwärts- und die abwärtsgerichteten Bohrungen (96, 102) und die Einschnitte (98, 104) des Hammerkolbens (36) ab- bzw. ausgerundet sind.

7. Bohrhammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasversorgung (34) ein zwischen ihrem rückwärtigen Teil und dem vorderen Teil (18) des Gehäusehinterteils (14) angeordnetes Rückschlagventil (32, 156) umfaßt, durch welches die Versorgungseinrichtung (34) begrenzt radial ausrichtbar ist.

8. Bohrhammer nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Versorgungseinrichtung (34) Querbohrungen eingeformt sind, die über schräge Durchgänge (52), eine Kammer (50) und eine Öffnung (48) mit dem Bohrrohr in Verbindung stehen.

9. Bohrhammer nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am vorderen Ende der axialen Zentralbohrung (54) der Versorgungseinrichtung (34) eine verengte Auslaßöffnung (88) vorgesehen und das rückwärtige Ende der Auslaßeinrichtung (38) als konischer, zur Öffnung (88) gleichachsig angeordneter Durchgangsabschnitt (112) ausgebildet ist, die zusammen ein Stahlrohr zur Erzeugung von Unterdruck bilden.