DE2635191C3

DE2635191C3 - Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine

Info

Publication number: DE2635191C3
Application number: DE2635191A
Authority: DE
Inventors: Dieter K. Denver Col. Palauro
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1975-10-14
Filing date: 1976-08-05
Publication date: 1981-07-16
Also published as: SE7606798L; DE2635191A1; FR2328100A1; MX4040E; GB1541315A; CA1035245A; US3995700A; GB1541314A; AU1342476A; SE458018B; AU498071B2; JPS5249903A; FR2328100B1; ZA762418B; SE428713B; DE2635191B2; JPS5638758B2

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine mit einem in der Zylinderbohrung verschiebbar gelagerten Schlagkolben, der eine Steuernut aufweist, welche die Hubbewegung des Schlagkolben in Verbindung mit einem Verteilerventil steuert, das über einen Flie3weg mit der Zylinderbohrung des Schlagkolbens in Verbindung steht, über den dem Verteilerventil von einer Hydraulikpumpe geliefertes Druckmittel zur Umkehr der Bewegung des Schlagkolbens zuföhrbar ist, wobei die Frequenz und die Schlagencrgie des Schlagkolbens durch ein Ventilglied variierbar sind, mittels welchem die Bewegungen des Verteilerventils und der Druckmitteldruck im die Zylinderbohrung des Schlagkolbens mit dem Verteilerventil verbindenden Fließweg steuerbar sind.

Es ist festgestellt worden, daß eine Gesteinsformation einer bestimmten Härte oder einer bestimmten Festigkeit mit einer hydraulischen Gesteins-Schlagbohrmaschine am wirkungsvollsten durchbohrt werden kann, d. h. mit der größten Bohrgeschwindigkeit für einen bestimmten Energieaufwand, wenn die Schlagcnergie einen besiimmtcn Wert hat. Ein Bohrschlag mil zu geringer Energie verformt die Gestcinsformation. bewirki jedoch kein wesentliches Aufbrechen des

Gesteins, Das Arbeiten einer Geste'ms-Sehlagbohrmaschine mit zu geringer Schlagenergie führt zu einem sehr langsamen Eindringen und zu einem vorzeitigen Ausfallen von Bohrgestängeteilen sowie zu einem erheblichen Verlust der Energie, die für den Betrieb der Gesteins-Schlagbohrmaschine verbraucht wird.

Ist hingegen die Schlagenergie zu hoch, wird zwar ein Eindringen der Bohrmeißels bzw. ein Aufbrechen des Gesteins erfolgen, jedoch kann durch eine gewisse elastische Druckverformung des Bohrgestänges und des Bohrmeißels, die durch den Schlag des Schlagkolbens bewirkt wird, nicht die gesamte Energie auf das Gestein übertragen werden, nachdem das erste Aufbrechen erfolgt ist, weil der Bohrmeißel nicht in fester Anlage an dem ungebrochenen Gestein bleibt. Anstelle der Übertragung der gesamten Schlagenergie auf das Gestein wird ein zyklisches Zusammenpressen und Ausdehnen des Bohrgestänges bewirkt 1st die Schlagenergie zu hoch, wird auch ein frühzeitiges Ermüden der Bohrgestängeteile und des Bohrmeißels eintreten und Energie vergeudet

Es ist ferner beobachtet worden, daß -^in Gestein einer bestimmten Druckfestigkeit eine bestimmte Energiemenge erforderlich macht, um ein Einheitsvolumen Gestein durch Schlagbohren aufzubrechen. Es folgt daraus, daß es beim Schlagbohren von Löchern runden Querschnitts mit Bohrmeißeln, die ein festes Verhältnis zwischen Schnittkantenlänge zu Meißeldurchmesser haben, erwünscht ist, einen festen Wert von Schlagenergie pro Einheit Meißeldurchmesser zum Bohren von Löchern verschiedener Größen in einer bestimmten Gesteinsart beizubehalten. In Abhängigkeit von dtr Lochgröße muß dementsprechend die gesamte Schlagenergie, die vom Schlagkolben auf den Bohrmeißel übertragen wird, so eingestellt werden, daß für eine bestimmte Lochgröße die erforderliche Schlagenergie zur Verfugung steht, die den besten Wirkungsgrad hat bzw. zur größten Eindringgeschwindigkeit führt.

Eine Gesteins-Schlagbohrmaschine der vorbeschriebenen Art kann daher nicht nur zum Bohren von Löchern eines weiten Größenbereiches, sondern auch zum Bohren in verschiedenen Gesteinsarten vorteilhaft eingesetzt werden. Bekannte Gestein-Bohrmaschinen umfassen Regelvorrichtungen, die einen direkten Zugang zur Gesteins-Schlagbohrmaschine selbst erforderlich inachen, um einen Wechsel der Hublänge und der Schlagfrequenz für eine vorgegebene Anzahl νυη Werten zu bewirken. Die bekannten Vorrichtungen erzeugen nur eine vorbestimmte Zahl von verschiedenen Frequenzen und Hublängen, von denen unter Umständen keine zum wirkungsvollen Bohren einer bestimmten Gesteinsart geeignet ist.

Ferner gestatten bei bekannten Gesteins-Bohrmaschinen, die hydraulisch wirken, die Änderungen in der Durchflußmenge und im Zuleitungsdruck, die durch Änderungen der Schlagkolben-Hublänge oder der Schlagfrequenz hervorgerufen werden, kein Arbeiten der Bohrmaschine mit einer im wesentlichen konstanten Menge der hydraulischen Leistungszuführung zur Bohrmaschine selbst Dadurch werden Verbesserungen der Eindringtiefe für eine bestimmte CssteinSart bzw. eine bestimmte Lochgröße, die bei Anpnssung der Schlagenergie erreicht werden könnte, nicht verwirklicht, weil die erforderlichen Änderungen im DruckmittelzufluD und im Druckmitteldruck niehl erreicht werden können. Bei einem bekannten hydraulischen Schlagwerk dieser Art. (DE-AS 21 28 363) ist ein von Hand stufenweise verstellbares Ventilglied vorgesehen, mit dem der Druck im Fließweg zwischen der Kolbenbohrung des Zylinders und dem Verteilerventil sowie die Bewegung des Verteilerventils steuerbar sind. Das Ventilglied des bekannten Schlagwerkzeuges ist durch

einen Schieberstift gebildet, der jeweils eine von fünf Zweigleitungen freigibt Die Frequenz und die Schlagenergie des Schlagkolbens dieses bekannten Schlagwerkzeuges sind daher nur in fünf Stufen verstellbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

ίο hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine zu schaffen, bei der die Frequenz und die Schlagenergie des Schlagkolbens auf im wesentlichen jeden Wert innerhalb der Betriebsgrenzen der Bohrmaschine einstellbar sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Ventilglied in einem die Zylinderbohrung mit der Niederdruckleitung der Hydraulikpumpe verbindenden Fließweg angeordnet und zur Steuerung des Druckmitteldruckes in diesem Fließweg vorgesehen ist sowie einen das Ventilglied in die Schließstellung drückenden Steuerkolben uns einen einstellbaren Druckregler aufweist der zwischen wie Hydraulikleitung der Hydraulikpumpe und die den Steuerkolben lagernde Bohrung geschaltet und durch den der Steuerkolben mit Druck beaufschlagbar ist

UiJJ der hydraulischen Gesteins-Schlagbohrmaschine eine im wesentlichen konstante Energiemenge in Form von hydraulischem Druckmittel veränderlichen Druckes und veränderlicher Durchflußmenge zuzuführen, ist.

nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, die Hydraulikpumpe eine Pumpe veränderlicher Verdrängung. Über die genannten Merkmale hinausgehende Einzelheiten zur Weiterbildung der hydraulischen Gesteins-Schlagbohrmaschine ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen hydraulischen Gesteins-Schlagbohrmaschine sind in der Zeichnung dargestellt In der Zeichnung zeigt
Fig. I eine Seitenansicht einer verfahrbarün erfindungsgemäßen hydraulischen Gesteins-Schlagbohrmaschine;

Fig.2 einen Längsschnitt durch die hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine gemäß der Erfindung,
Fig.3 eine schematische Darstellung, die den Regelkreis des Gestein-Bohrsystems gemäß der Erfindung zeigt,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Grundleistungscharakteristik der Hydraulikpumpe nach F i g. 3 und

Fig.5 und 6 Darstellungen eines anderen Ausführungsbeispiels das Mechanismus zur Änderung der Hublänge des Bohrmaschinen-Kolbenhammers.

Das Gestein-Bohriystem gemäß der Erfindung läßt sie!» für verschiedene Ausführungen von Bohrvorrichtungen einrichten. Eine typische Bohrvorrichtung, die zur Verwendung mit dem verbesserten Gestein-Bohrsystem geeignet ist, ist in F i g. 1 dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet Die Bohrvorrichtung 10 weist ein selbstfahrendcs Räder-Fahrgestell 12 auf, auf dem cm beweglicher Ausleger bzw. eine Lafette 14 gelagert ist Ein Geslein-BohrmasGhinen-Vorschubsupport 16 ist am entfernten Ende der L?fetle 14 angelunkt. F.in geeigneter Mechanismus wie einige Stellglieder 18, 30 und 22 in Hydraulikzylindcraiisführung sind betätigbar,

*5 um die Position ''es Vorschubsiipports zu bestimmen, so daß Löcher in verschiedene Richtungen gebohrt werden können. Eine hydraulische Gcstcin-.Schlagbohrmusrhine 24 sitzt verschiebbar auf dem Vorschubsupport Ifi

und ist mit einem geeigneten Mechanismus (nicht dargestell) verbunden, um ein Schlagbohrgestänge 26 und einen Bohrmeißel 28 in bezug auf den Vorschubsupport vorzufahren und zurückzufahren. Das Bohrgestänge 26 kann aus einer oder mehreren langen Hohlstangen oder Rohren zusammengesetzt sein und ist in geeigneter Weise mit einem Glied gekuppelt, das in der Bohrmaschine 24 sitzt und das in der Lage ist. auf das Bohrgestänge Schläge zu übertragen. Der Bohrmeißel 28, der mit dem Bohrgestänge 26 gekuppelt ist, kann in herkömmlicher Schlagmeißclausführung vorgesehen sein und mit mehreren Hartmetalleinsätzen bestückt sein, die keilförmig sind, um Schnittkanten zu bilden, die auf die Gesteinsfläche schlagen. Geeignete Führungen 30 und 32 sind am Vorschubsupport 16 zum Führen des Bohrgestänges 26 in bekannter Weise vorgesehen.

Hydraulikflüssigkeit wird zu der und von der Bohrmaschine 24 durch flexible Leitungen oder Schläuche gclciici, uic ii'i einem KrEiS iTiii "cgclvcruilcfi und anderen Hilfsvorrichtungen geschaltet sind, zu dem ein am Fahrgestell 12 sitzender Speicher gehört. Die Schläuche sind in geeigneter Weise durch einen flexiblen Schuh 34 abgestützt. Hydraulikflüssigkeit mit veränderlichem Druck und mit veränderlicher Durchflußrate wird zum Antreiben der Bohrmaschine 24 durch eine Pumpe 36 geliefert, die von einem Elektromotor 38 angetrieben wird, der auf dem Fahrgestell 12 sitzt. Der Motor 38 ist ferner treibend mit einer zweiten Pumpe 40 verbunden, um Hydraulikflüssigkeit für die Betätigung der Stellglieder 18, 20 und 22 und des Vorschubmechanismus für die Bohrmaschine 24 zu liefern. Der Betrieb der Bohrvorrichtung 10 mit der Bohrmaschine 24 wird durch eine Bedienungsperson von einer Station 42 aus auf dem Fahrgestell 12 gesteuert.

In Fig. 2 ist die Bohrmaschine 24 im Längsschnitt dargestellt, um Einzelheiten des Schlagmechanismus darzustellen. Die Bohrmaschine 24 sitzt auf einem Schlitten 44. der gleitend auf dem Vorschubsupport 16 sitzt

Die Bohrmaschine 24 ist durch ein Hauptgehäuse bestimmt, das in zwei trennbaren Teilen 46 und 48 gebildet ist. die in der vorgesehenen Lage zwischen Endkappen 50 und 52 durch geeignete lange Schrauben 54 gehalten sind, von denen eine gezeigt ist. Der Gehäuseteil 48 lagert drehbar ein schlagaufnehmendes Glied 56. das mit dem in F i g. 1 gezeigten Bohrgestänge in bekannter Weise gekuppelt ist. Das Glied 56 weist eine Querfläche 58 auf. die so sitzt, daß wiederholte Schläge von einem langen Kolbenhammer 66 aufgenommen werden, der nachstehend zu beschreiben sein wird. Ein Rotationsmotor 60. der an der Endkappe 52 sitzt, ist treibend mit dem Glied 56 durch einen langen Antnebeschaft 62 und ein geeignetes Drehzahluntersetzungsgetriebe verbunden, das im Gehäuseteil 48 sitzt. Das Glied 56 wird vom Motor 60 in Drehung versetzt, um das Bohrgestänge und den Bohrmeißel in Drehung zu versetzen.

Der Gehäuseteil 46 weist eine zylindrische Längsbohrung 64 auf. in der der Kolbenhammcr 66 hubbewegbar sitzt. Der Hammer 66 hat zwei entgegengesetzt zeigende querliegende Druckflächen 68 und 70 und eine Ringnut 72. die auch in Fig. 3 gezeigt ist. Die Ouerschnittsfläche der Druckfläche 70 ist größer als die Querschnittsfläche der Fläche 68. Der Hammer 66 ist durch z«e! im Abstand angeordnete I-aeer 74 und 76 gelagert, die im Gehäusetei! 46 sitzen und geeignete Enddichtungen aufweisen.

Die Bohrmaschine weist ferner zwei gasgcfülltc Akkumulatoren 78 und 80 in einer Ausführung mit flexibler Membrane auf. Der Akkumulator 78 weist eine Kammer 82 auf, die mit einer Quelle Hydraulikflüssigkeil unter hohem Druck durch geeignete Fließwege innerhalb des Gehäuseteils 46 verbunden ist. Der Akkumulator 80 weist eine Kammer 84 auf, die mit einer Nicderdruck-Rückleitung 88 in Verbindung steht, welche schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Die

ίο Positionen der Akkumulatoren 78 und 80 in bezug auf den Hydraulikkreis der Bohrmaschine sind ebenfalls in F i g. J gezeigt.

Der Gehäuseteil 46 weist im Absland angeordnete Ringnuten 90,92,94,96 und 98 auf, die in die Bohrung 64

is öffnen. Ein Kanal 100 führt von der Akkumulatorkammer 82 zur Nut 90 und leitet unter hohem Druck stehendes Hydraulikmedium in die Bohrung 64, um ständig die Druckfläche 68 zu beaufschlagen, wenn die Bohrmaschine !s'jft. Wenn sich d?^r H^mmprfifi in Ηργ in Fig. 2 gezeigten Schlagposition befindet, steht die Ringnut 72 im Hammer auch mit der Nut 92 in Verbindung, um Hochdruckflüssigkeit dorthin zu leiten.

Die Bohrmaschine 24 weist ferner ein druckmittelbc-

tätigtes Mediumverteilerventil 102 auf, das in einer

>5 Querbohrung 104 im Gehäuseteil 46 zwischen den Akkumulatoren 78 und 80 sitzt. Das Ventil 102 weist einen liohlzylindrischen Steuerkolben auf, der so angeord^rl°t ist, daß er hydraulisch verstellt werden kann, um Medium zu der und aus der Nut 98 und der

jo Partie der Bohrung 64 zu leiten, die damit in Verbindung steht, und dabei besteht auch eine Verbindung mit der Druckfläche 70. Wenn Hochdruckmedium der Nut 98 zugeleitet wird, bewirkt eine auf die Fläche 70 wirkende Druckkraft eine Beschleunigung des Hammers 66, um

is einen Schlag auf das Glied 56 auszuüben. Wenn die Nut 98 zur Niederdruck-Rückleitung 88 durch das Ventil 102 entlastet wird, führt der auf die Fläche 68 wirkende Mediumdruck den Hammer in eine Position zurück, in der Hochdruckmedium erneut der Nut 98 bei Verstellung des Ventils zugeleitet wird.

Die Arbeitsweise des Ventils 102 und des Hammers 66 zusammen mit Mitteln zur Änderung der Schlagenergie. aie von Hammer aui ua> Giicii 35 üüciirögcr. Wird, wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Obgleich das Ventil 102 in der Bohrmaschine 24 zur Bewegung in Richtung quer zur Lage und Bewegung des Hammers angeordnet ist. ist das Ventil in Fig. 3 schematisch im Längsschnitt dargestellt, um ein Verständnis seiner Funktion zu

so erleichtern. Fig. 3 zeigt auch den Mechanismus zur Änderung des Arbeitshubs und der Schlagenergie des Hammers 66. und dieser Mechanismus sitzt in einer Partie 106 des Gehäuseteils 46. die auch in Fig. 2 gezeigt ist.

Das Ventil 102 weist querüegende Druckflächen 108 und 110 auf. die von Hochdnickmedium beaufschlagt werden können, um das Ventil in die in F i g. 3 gezeigte Position zu bewegen. Die gesamte Querschnittsfläche der Flächen 10* und 110 ist größer als die Querschnittsfläche einer entgegengesetzt gerichteten Druckfläche 112. Die Querschnittsfläche der Druckfläche 112 ist jedoch größer als die Querschnittsfläche der Druckfläche 110. Hochdruckmedium unter dem Zuleitungsdruck zur Bohrmaschine wird zum Ventil durch eine Leitung b5 114 und durch Kanäle 116 und das hohle Innere 118 geleitet, um ständig die Flächen 110 und 112 zu beaufschlagen Demgemäß wird das Ventil 102 in eine Position bewegt in der Bohrung 104. die der in Fip. 3

gezeigten Position entgegengesetzt ist, wenn die Fläche 108 von einem nicht ausreichenden Druck beaufschlagt wird, der zusammen mit dem Druck, der die Fläche 110 beaufschlagt, die Kraft überwinden kann, die durch Druck auf die Fläche 112 bewirkt wird. Umfangsnuten 120 und 122 wirken mit einer Ringausnehmung 124 am Ventil ») zusammen, um Druckmittel von der Zuleitung 1 i4 zur Nut 98 zu leiten, um die Fläche 70 zu beaufschlagen, wenn das Ventil in die Position entgegengesetzt zu der verschoben wird, die in F i g. 3 gezeigt ist. In der in Fig. 3 gezeigten Position des Ventils 102 werden die Nuten 122 und 126 in der Bohrung 104 miteinander durch die Ausnehmung 124 in Verbindung gesetzt, und Druckmedium wird aus der Kammer abgeleitet, die durch die Nut 98 gebildet ist. und zwar zur Niederdruckrückleitung 88. Die Nut 90 in der Bohrung 64 steht ständig mit Hochdruckmedium in Verbindung. da« durch die Nut 120 zugeleitet wird, die das Ventil 102 umgibt, und die Nut 96 in der Bohrung 64 steht ständig mit der Niederdruck-Rückleitung 88 durch die Nut 126 in Verbindung.

Wie in Fi g. 3 dargestellt ist. weist die Partie 106 des Gehäuseteils 46 eine Bohrung 130 auf, in der Mittel zur Steuerung der Verschiebung des Ventils 102 aus der dargestellten Position sitzen, in der Druckmittel der Nut 98 zugeleitet wird. Die Steuerung des Verschieben des Ventils 102 zum Einleiten von Druckmittel in die Nut 98 hat den Effekt, den Schlaghub des Hammers 66 und auch die Schlaggeschwindigkeit zu verändern. Demgemäß kann dr Schlagenergie dadurch geregelt werden, daß die Hammerhublänge mit der Bohrmaschine 24 in Kombination mit dem in Fig.3 gezeigten Bohrsystem geändert wird.

Die Bohrung 130 enthält einen zweiteiligen Stöpsel 132 mit einem Kanal 134 in Verbindung mit der Nut 94 durch einen Fließweg 95. Ein Sitz ist an einem Ende des Kanals 134 gebildet, gegen den sich ein bewegliches Ventil- bzw. Verschlußglied 136 legt, das eine querliegende Druckfläche 138 hat. Die Nut 96 im Gehäuseteil 46 steht mit einer vergrößerten Bohrung 140 in Verbindung, in der das Verschlußglied sitzt. Die Bohrung 140

Clllliatt IClIfVI llux.ii twiis«-·, ■ -·*. ut,u «....« _u~..._

144 zwischen dem Kolben und dem Verschlußglied 136. Hydraulikflüssigkeit wird durch einen Fließweg 146 zugeleitet, um den Kolben 142 zu beaufschlagen, damit das Verschlußglied in die in F i g. 3 gezeigte Sitz- bzw. Schließposition gedruckt wird.

Der Druck des Mediums, das dem Kolben 142 zugeleitet wird, kann durch einen Druckregler 150 geändert werden, der ein Betätigungsglied in der Form eines Druckeinstellhebels 152 hat. Der Druckregler 150 erhält Hochdruckmedium von der Ableitung 114 der Hydraulikpumpe 36. die auch Hydraulikflüssigkeit liefert, um den Hammer 66 in Hubbewegung zu versetzen. Der Druckregler 150 sitzt vorteilhafterweise an der Bedienungsstelle 42 zum wahlweisen Einstellen durch die Bedienungsperson der Bohrmaschine. Der Regler 150 ist in bekannter Ausführung vorgesehen und sorgt für einen reduzierten Druck mit einem konstanten Wert der von der Einstellung des Einstellhebels 152 abhängt.

Die Grundarbeitsweise des Bohrsystems gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme sowohl auf F i g. 2 als auch auf F i g. 3 beschrieben. Wenn der Hammer 66 die in F i g. 2 gezeigte Schlagposition erreicht, wird die Nut 92 durch die Nut 72 im Hammer mit der Nut 90 in Verbindung gesetzt und Hochdruckmedium wird zu einer Kammer 154 geleitet um die Druckfläche 108 zu beaufschlagen, wodurch das Ventil 102 in die in F i g. 3 gezeigte Position verschoben wird. In der in F i g. 3 gezeigten Position wirkt auf die Druckfläche 70 am Hammer 66 der Niederdruck in der Rückleitung 88 ein. Demgemäß bewegt das Hochdruckmedium, das ständig auf die Fläche 68 einwirkt, den Hammer gemäß der Darstellung in F i g. 2 und 3 nach rechts. Mit dem Wandern des Hammers 66 durch den Rückhub wird das Ventil 102 in der in F i g. 3 gezeigten Position durch Druckmedium gehalten, das in der Kammer 154 und im Fließweg 158 eingeschlossen wird, während sich die Nut 72 des Hammers außer Verbindung mit der Nut 90 bewegt.

Mit der weiteren Bewegung des Hammers 66 nach rechts während des Rückhubs bewegt sich die Nut 72 in eine Verbindung mit der Nut 94. und der Druck des Mediums in der Kammer 154 und im Fließweg 158 wird zum Beaufschlagen der Fläche 138 des Verschlußglieds 136 übertragen. Der die Fläche 112 des Ventils 102 beaufschlagende Mediumdruck bewirkt, daß das Ventil mit einer Verlagerung nach links gemäß der Darstellung in F i g. 3 beginnt, wenn der die Fläche 138 beaufschlagende Mediumdruck ausreichend hoch wird, um das Verschlußglied 136 zu öffnen. Wenn sich das Ventil 102 verschoben hat, um die Hochdruckleitung 114 mit der Nut 98 in Verbindung zu setzen, beaufschlagt Hochdruckmedium die Fläche 70, um zu bewirken, daß der Hammer zur Ruhe kommt und dann in die entgegengesetzte Richtung (nach links) im Schlaghub beschleunigt wird. Unmittelbar vor dem Schlagen gegen das Glied 56 gelangt die Nut 72 in Verbindung mit der Nut 90, und Hochdruckmedium wird erneut der Kammer 154 zugeleitet, um zu bewirken, daß sich das Ventil 102 in die in F i g. 3 gezeigte Position verschiebt.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann durch Regulierung des Mediumdrucks, mit dem der Kolben 142 beaufschlagt wird, und dadurch wird die Kompression der Feder 144 bestimmt die Bewegung des Verschlußglieds 136, um den Druck in der Kammer 154 zu reduzieren, geregelt werden, und damit kann eine Verschiebung des Ventils 102 geändert werden, und zvtzT in bczü" 2"f di* Poiitiofi d¹?' H?¹*¹"¹**¹"* '•^* Wpnn der Druck, mit dem der Kolben 142 beaufschlagt wird, auf den Zufuhrdruck erhöht wird, öffnet sich das Verschlußglied 136 nicht und das Ventil 102 wird nur verschoben, nachdem die Nut 72 im Hammer die Nuten 92 und 96 in Verbindung miteinander setzt, und das Ergebnis ist eine maximale Hammerhublänge und eine größere Geschwindigkeit beim Schlag. Entsprechend kann eine im wesentlichen stufenlose Regelung der Hublänge und der Schlagenergie, die vom Hammer geliefert wird, durch die Zeitregelung der Verschiebung des Ventils 102 erreicht werden. Wenn das Ventil 102 sehr kurz nach dem Beginn der Verbindung der Nut 92 mit der Nut 94 verschoben wird, ist die Hammerhublänge kurz, und die Hammergeschwindigkeit beim Schlag wird verringert Deshalb ist auch die Schlagenergie relativ gering. Wenn der Hammerhub kurz ist ist die Gesamtzeit zum Durchlaufen eines Schwingtakts gering, und die Schwingfrequenz und der Aufprall können erhöht werden. Wenn umgekehrt der Hammerhub relativ groß ist nimmt die Schlagfrequenz ab. Die Gesamtenergierate, die auf das Bohrgestänge und den Meißel übertragen wird, kann jedoch im wesentlichen konstant bleiben, und die Schlagenergie pro Schlag des Hammers 66 kann geregelt werdea um für die größte Eindringrate entsprechend der Gesteinsart und dem Bohrmeißel zu sorgen.

Es ist bei hydraulisch betriebenen Schlagbohrmaschinen der hier beschriebenen allgemeinen Art festgestellt worden, die insbesondere auch durch ein verschiebbares Ventil zum Bewirken eines Schwingens des Kolbenhammers bestimmt sind, daß dann, wenn die Bohrmaschine mit progressiv kleiner werdenden Hammerhublängen betrieben wird, der Widersland gegen ein Fließen des Arbeitsmediums durch die Bohrmaschine relativ zu den Strömung; Verhältnissen bei dem Arbeiten mit größeren Hublängen zunimmt. Das führt zu einen höheren Betriebsdruck für eine bestimmte Eingangsfließrate des Arbeitsmediums. Um für einen Betrieb der Bohrmaschine mit maximal zulässiger Leistung zu sorgen und zu verhindern, daß in die Bohrmaschine eine zu hohe Eingangsleistung eingegeben wird, ist es deshalb wünschenswert, den Durchfluß und den Druck des hydraulischen Arbeitsmediums so zu regulieren, daß eine konstante Rate des Mediumenergieeingangs zur ßorhmaschine aufrechterhalten wird.

Es ist im Rahmen der Erfindung festgestellt worden, daß die von einer Bedienungsperson vorgenommene Regulierung der Mediumzuflußrate zur Bohrmaschine bei der Änderung der Hammerhublänge schwierig ist und sehr viel Zeit erfordert und häufig nicht zu verbesserten Bohrraten führt. Das ist der Fall, veil es bei der Änderung der Hublänge erforderlich ist, nach der Kombination von Mediumdruck und Durchflußrate zu suchen, die den gewünschten Leistungseingang zur Bohrmaschine erbringt, welche zur schnelleren Bohrrate führt, nach der gestrebt wird, indem die Hammerschlagenergie geändert wird. Entsprechend ist es sehr erwünscht, eine Druckmittelquelle zu haben, die automatisch geregelt wird, um einen konstanten Mediumleistungseingang zur Bohrmaschine liefern zu können, unabhängig von der Änderung in der Hammerhublänge.

Bei dem Gesteinbohrsystem nach F i g. 3 wird die Eingangsmediumleistung zur Bohrmaschine so reguliert, daß sie im wesentlichen konstant ist, und zwar durch eine besondere Art von Hydraulikpumpe mit veränderlicher Verdrängung. Diese Pumpe weist Rege lungen auf, die die Durchflußrate automatisch entsprechend Änderungen im Abgabedruck regulieren, der

mers eingestellt wird. Obgleich verschiedene Arten von Pumpen und Regelungen dafür eingerichtet werden können, um automatisch Medium unter einer im wesentlichen konstanten Leistung zuzuleiten, handelt es sich bei der in Fig.3 gezeigten Pumpe um eine Ausführung, die mit einer Konstantleistungs-Steuereinlichtung ausgenistet ist, die an der Pumpe sitzt und durch die Bezugszahl 37 gekennzeichnet ist.

Die in F i g. 4 gezeigte graphische Darstellung zeigt die Grundleistungscharakteristik der Pumpe 36 an. Die Abszisse der Kurve ist mit V bezeichnet und stellt den größer werdenden Ausgangsmediumvolumenfluß der Pumpe 36 dar. Die Ordinate ist mit P bezeichnet und stellt einen größer werdenden Abgabemediumdruck dar. Die Linie 168 gibt eine Linie im wesentlichen konstanter Mediumleistung wieder, die von der Pumpe 36 abgegeben wird. Die Pumpe 36 kann an irgendeinem Punkt an der linie zwischen dem Punkt 170 der maximalen Volumenverdrängung und dem Punkt 172 maximalen Drucks arbeiten, wie das durch die eingebaute Steuereinrichtung 37 bestimmt wird, die für die betreffende Pumpe vorgesehen ist. die hier beschrieben worden ist.

In dem schematischen Regelkreis nach F i g. 3 sind die

herkömmlichen Bauteile wie Wärmeaustauscher, der Pumpenauffüllkreis und Ableitungen von der Pumpe 36 und das Regelventil ISO weggelassen worden, um die Dinge klarer und übersichtlicher zu machen. Druckmedium wird nus der Pumpe 36 durch den Fließweg 114 abgeleitet, der die Bohrmaschine 24 und das Regelventil 150 versorgt. Aus der Bohrmaschine 24 abgegebenes Medium wird durch die Rückleitung 88 zur Pumpe zurückgeleitet, und diese Leitung wird in bezug auf den Abgabedruck der Pumpe auf einem niedrigen Druck gehalten.

Eine Alternativausführung des Mechanismus zur Regelung der Bewegung des Mediumverteilerventils 102 ist in Fig. 5 und 6 gezeigt. Fig. 6 ist ein Längsschnitt im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Ansicht der in F i g. 3 gezeigten Bohrmaschine. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 weist einen Gehäuseteil 174 auf, der dem Gehäuseteil 46 entspricht, und zwar im wesentlichen in jeder Hinsicht, außei- was besonders angegeben ist. Der Gehäuseteil 174 weist mehrere Kanäle 175 auf, die in die Bohrung 64 zwischen den Ringnuten 92 und 96 öffnen. Die Kanäle 175 sind in gestaffelter Weise in bezug auf die Längsachse der Bohrung 64 angeordnet.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 und 6 weist außerdem einen Gehäuseteil 178 auf, der abnehmbar am Gehäuseteil 174 befestigt ist und eine abgestufte Bohrung 180 aufweist, die an gegenüberliegenden Enden durch Gewindestöpsel 181 und 184 verschlossen ist. Der abnehmbare Gehäuseteil 178 weist ferner mehrere Kanäle 176 auf, die in die Bohrung 180 öffnen und die mit den betreffenden Kanälen 175 in einer Flucht liegen. In Fig.5 sind bestimmte Einzelteile weggelassen worden, und ein Teil des Gehäuseteils 178 ist weggebrochen, um die gestaffelte Anordnung der Kanäle 175, 176 zu zeigen. Wie in F i g. 5 und 6 gezeigt ist, steht die Nut 96 mit der Bohrung 180 und den Kanälen 175,176 in Verbindung. Ein abgestufter Kolben 182 sitzt in der Bohrung 180 und ist in die in Fig. 6 gezeigte Position durch eine Schraubenfeder 185 gespannt. Der Kolben 182 weist an dem einen Ende einen einstückigen Vorsprung 183 auf, der die Bewegung des Kolbens zum Stöpsel ti.'l hin begrenzt u~d die Feder !S3 führt. De- K"!^kep 1S2 **"*■?! f?""?·· zum anderen Ende eine querliegende Fläche 186 auf. Der Fließweg 146, der vom Regler 150 kommt, ist so angeschlossen, daß Druckmedium geleitet wird, um die Kolbenfläche 186 zu beaufschlagen. Mit dem Einleiten von Druckmedium zum Beaufschlagen der Kolbenfläehe 186 unter veränderlichem Druck, wie das durch den Druckregler 150 bestimmt wird, kann der Kolben 182 so bewegt werden, daß einer oder mehrere der Kanäle 175, 176 bedeckt werden, um damit die Verbindung von Druckmedium in der Kammer 154 und im Fließweg 158 zur Nut 96 entsprechend der Position der Regelkante 73 am Kolbenhammer 66 zu bestimmen. Die Kanäle 175, 176 befinden sich in einer solchen Anordnung, daß das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 und 6 auch für eine im wesentlichen stufenlose Regelung der Hammerhublänge und der Schlagenergie sorgt. Der Vorteil des Ausführungsbeispiels nach F i g. 5 und 6 zur Regelung der Bewegung des Ventils 102 besteht darin, daß der Beginn der Bewegung des Ventils verzögert wird und die Gesamtzeit zum Verschieben des Ventils, nachdem die Bewegung einmal eingeleitet ist, etwas schneller als bei der Ausführung nach Fig.3 ist. Eine schnellere Bewegung des Ventils 102 neigt dazu, ein Lecken von Hochdruckmedium aus der Nut 120 über die Nut 122 zur

N'iCrJerdrucK.iut 126 im Ventil zu verhindern. Ferner karin auch ein schnelleres Verschieben des Ventils 102 aus der in F i g. 3 gezeigten Position dazu neigen, die im Akkumulator 78 gespeicherte Energie zu erhöhen, die während der Phase der Arretierung der Bewegung des "· Hammers 66 während seines Rückhubs absorbiert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine mit einem in der Zylinderbohrung verschiebbar gelagerten Schlagkolben, der eine Steuernut aufweist, s welche die Hubbewegung des Schlagkolbens in Verbindung mit einem Verteilerventil steuert, das über einen Fließweg mit der Zylinderbohrung des Schlagkolbens in Verbindung steht, über den dem Verteilerventil von einer Hydraulikpumpe geliefertes Druckmittel zur Umkehr der Bewegung des Schlagkolbens zuführbar ist, wobei die Frequenz und die Schlagenergie des Schlagkolbens durch ein Ventilglied variierbar sind, mittels welchem die Bewegungen des Verteilerventils und der Druckmittel- -s druck im die Zylinderbohrung des Schlagkolbens mit dem Verteilerventil verbindenden Fließweg steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (136) in einem die Zylinderbohrung (64) mit der Niederdruckleitung (88) der Hydraulikpumpe (36) verbindenden Fließweg angeordnet und zur Steuerung des Druckmitteldruckes in diesem Fließweg vorgesehen ist sowie einen das Ventilglied (136) in die Schließstellung drückenden Steuerkolben (142; 182) und einen einstellbaren Druckregler (150) aufweist, der zwischen die Hochdruckleitung (114) der Hydraulikpumpe (36) und die den Steuerkolben (142; 182) lagernde Bohrung (140; 180) geschaltet und durch den der Steuerkolben (142; 182) mit Druck beaufschlag- Jo bar ist.

2. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, zur Verwendung bei einer fahrbaren Bohranlage, die ein Fahrgestell mit einer Vorschubführung für die hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine und eine Steuerstation für eine Bedienungsperson umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (150) einen Einstellhebel (152) aufweist, der zur Fernbedienung des Verteilerventils (102) über das Ventilglied (136) in der Steuerstation (42) auf dem Fahrgestell (12) vorgesehen und durch den die vom Schlagkolben (66) ausgeübte Schlagenergie veränderbar ist

3. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikpumpe (36) eine Pumpe veränderlicher Verdrängung ist.

4. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikpumpe (36) eine Steuereinrichtung (37> so umfaßt, durch die der Gesteins-Schlagbohrmaschine Druckmittel mit im wesentlichen konstanter Leistungzuführbarist.

5. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Ventilglied (Π6) und dem Steuerkol* ben (142) zur Beschleunigung der Rückbewegung des Ventilgliedes (136) durch das auf dieses einwirkende Druckmittel angeordnete Feder (144).

6. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, Fließwege bildende Kanäle (175,176) längs der Zylinderbohrung (64) des Schlagkolbens (66) und in diese einmündend vorgesehen sind und daß das Ventilglied (136) durch den Steuerkniben (182) « gebildet ist, der durch den Druckregler (IiM)) einstellbar ist, wobei zumindest leilweiso einer oder mehrere der Kanüle (175, 176) zur Steuerung des das Verteilerventil (102) beaufschlagenden Druckmitteldruckes durch den Steuerkolben (182) blockierbar sind.

7. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerventil (102) mindestens zwei entgegengesetzt gerichtete Kolbenflächen (108, 112) aufweist, die vom Druckmitteldruck zur Bewegung des Ventils beaufschlagbar sind, wobei eine (108) der Kolbenflächen (108, 1i|2) in einer Kammer (154) liegt, die mit dem FlieClweg (158) zur Zylinderbohrung (64) des Schlagkolbens (66) in Verbindung setzbar ist, und daß die Steuernut (72) des Schlagkolbens (66) so angeordnet ist, daß dieser Fließweg (158) beim Rückhub des Schlagkolbens (66) mit dem Fließweg zwischen der Zylinderbohrung (64) des Schlagkolbens (66) und dem Ventilglied (136) in Verbindung gebracht wird.

8. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkolben (66) eine ständig vom Druckmitteldruck beaufschlagte, ihn nach rückwärts drückende Kolbenfläche (86) und eine zweite Kolbenfläche (70) aufweist, durch die der Schlagkolben (66) mittels des vom Verteilerventil gesteuerten Druckmitteldrucks periodisch nach vorwärts beaufschlagbar ist, wobei die Bewegung des Verteilerventils (102) zur Vorwärtsbewegung des Schlagkolbens (66) über eine Druckminderung in der Kammer (154) des Verteilerventils (102) steuerbar ist.

9. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagbohrmaschine (24) mittels der Steuereinrichtung (37) Druckmittel mit veränderlichen Drücken und Fließmengen in Abhängigkeit von den Änderungen der Schlagenergie des Schlagkolbens (66) unter im wesentlichen konstanter Druckmittelleistung am Eingang der Schlagbohrmaschine (24) zuführbar ist.