DE2923229A1

DE2923229A1 - Hydraulisches schlagbohrgeraet

Info

Publication number: DE2923229A1
Application number: DE19792923229
Authority: DE
Inventors: Raymond Jean Perraud
Original assignee: SECOMA
Current assignee: SECOMA
Priority date: 1978-06-20
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1980-01-03
Also published as: DE2923229C2; SE7900897L; FR2429320A1; FR2429320B1; GB2023054B; US4291771A; JPS6231160B2; AU4492279A; AU522252B2; GB2023054A; SE437231B; CH627522A5; ZA791054B; JPS554489A

Description

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SOCIETE D¹ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE MACHINES POUR TOUTES INDUSTRIES SECOMA, Avenue De Lattre de Tassigny - Zone Industrielle, Meyzieu (Rhone), Frankreich

Hydraulisches Schlagbohrgerät

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Schlagbohrgerät, das für die Steuerung der Schlagbewe— gung einen Schlagkolben hat, der gleitend im Inneren eines Zylinders angeordnet ist, der, um den Schlagkolben herum, eine erste Ringkammer begrenzt, die über eine Hochdruckleitung mit einem Rückschlagventil verbunden ist, das in Form einer unter Federkraft stehenden Hülse ausgebildet ist, die gleitend im Inneren einer Kammer angeordnet ist, die ihrerseits mit einem Membranspeicher verbunden ist und in die eine Einlaßleitung für die Hydraulikflüssigkeit mündet, wobei der Zylinder auch eine zweite ringförmige Kammer definiert, die mit einem Steuerventil verbunden ist, das einen Schieber mit unterschiedlichen Querschnitten aufweist, mit dem die zweite Kammer alternativ in leitende Verbindung mit der Hochdruckleitung und einer Rücklaufleitung zu setzen ist, wobei die Steuerbewegung des Ventils über eine Leitung hervorgerufen wird, die in leitender Verbindung mit dem Zylinder steht.

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Derartige hydraulische Schlagbohrgeräte sind insbesondere in den französischen Patentanmeldungen Nr. 2 274 (entsprechend deutscher Patentanmeldung P 24 38 326.8) und Nr. 2 274 405 (entsprechend deutscher Patentanmeldung P 24 61 633.9) beschrieben. Das allgemeine Funktionsprinzip der dort beschriebenen Geräte basiert auf der Tatsache, daß die zweite ringförmige Kammer, die alternativ mit der Eingangsleitung für die Hydraulikflüssigkeit und der Rücklaufleitung verbunden wird, und zwar über das Steuerventil, das seinerseits selbst durch die Bewegungen des Kolbens gesteuert wird, einen Wirkquerschnitt hat, der größer ist als derjenige der ersten ringförmigen Kammer, die dauernd mit der Eingangsleitung für die Hydraulikflüssigkeit verbunden ist, wenn die Verbindung mit letzterer durch das Rückschlagventil hergestellt ist. Dieses Rückschlagventil, das auch in Art eines Schiebers mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet ist und das eine Kompensationsfeder hat, ist so ausgelegt, daß im Stillstand des Gerätes und so lange, wie der Druck auf der Einlaßseite unterhalb einer vorbestimmten Schwelle bleibt, die Feder entspannt ist und das Ventil den Zugang zur Hochdruckleitung sowie den Zugang zum Speicher verschließt. Übersteigt der Druck dann die vorgegebene Schwelle, verlagert sich der Schieber, wobei die Feder zusammengedrückt wird₊ und die Mündungsöffnungen der Hochdruckleitung und der zum Speicher führenden Leitung freigegeben werden.

Diese hydraulische Einrichtung ist bezüglich der Steuerung der Schlagbewegung durchaus befriedigend, ist jedoch nicht in besonderer Weise an ein Schlagbohrgerät angepaßt, bei dem der Bohrer nicht nur geschlagen wird, sondern auch in Drehung angetrieben wird. Selbstverständlich ist es jederzeit möglich, das Werkzeug durch einen vollständig

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vom Schlagmechanismus unabhängigen Mechanismus anzutreiben, was auch den Vorteil einer hohen Funktionsanpassungsfähigkeit hat, was aber den Einsatz zweier Pumpen und zweier getrennter Speisekreise erfordert. Man hat auch schon daran gedacht, den Schlagmechanismus und den Drehmechanismus sozusagen hydraulisch in Reihe zu schalten (s. z.B. FR-PS 1 454 735 und 2 129 276) Es ist dann möglich, mit einer einzigen Pumpe auszukommen und auch die hydraulischen Kreise zu vereinfachen.

Das Gerät baut dadurch relativ einfach und arbeitet auch zuverlässig. Hierdurch wird jedoch die Drehbewegung für das Werkzeug vollständig abhängig von der Schlagbewegung, und es ist insbesondere nicht möglich, das Bohrwerkzeug, indem man es zurücklaufen läßt, zu drehen, also ohne Betätigung des Schlagwerkes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend geschilderten Nachteile der bekannten Geräte eine Ausgestaltung zu schaffen, mit der bei denkbar einfachem Aufbau der hydraulischen Kreise die Drehbewegung und die Schlagbewegung unabhängig voneinander gehalten werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches.

Durch die dort gekennzeichneten Maßnahmen befindet sich somit der Drehantriebsmotor nach Lage und Speisung in Reihe mit dem Schlagmechanismus, wobei trotz des denkbar einfachen Aufbaus der Hydraulik die Drehung des Bohrwerkzeuges ohne Ingangsetzung des Schlagmechanismus möglich ist, indem man in denkbar einfacher Weise die Speisemenge der Hydraulikflüssigkeit variiert. Liegt die Speisemenge unter einem vorbestimmten Wert, wird das Rückschlagventil nicht gegen die Wirkung seiner Feder

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verlagert, so daß es auch nicht die Speisung des Schlagmechanismus ermöglicht, jedoch andererseits den Durchlaß der Hydraulikflüssigkeit, so daß ausschließlich der Motor für die Drehbewegung arbeiten kann» Wird die Speiseraenge über den vorbestimmten Wert hinaus gesteigert, wird das Rückschlagventil unter Zusammendrückung seiner Feder derart verlagert, daß die Hydraulikflüssigkeit nicht mehr durch den zusätzlichen Auslaß des Rückschlagventils strömen kann, sondern durch den Schlagmechanismus geleitet wird, der dann gleichzeitig mit dem Motor für die Drehbewegung arbeitet»

Der außerordentlich einfache Aufbau der Vorrichtung resultiert daraus, daß nichts weiter geschehen Ist als das einfache Hinzufügen eines einfachen Auslasses zu einem Rückschlagventil der bekannten Hydraulikkreise der vorbekannten Geräte» Selbstverständlich muß das Rückschlagventil im Hinblick auf seine neue Funktion entsprechend austariert werden, derart, daß die gleichzeitige Betriebsweise der Drehbewegung und des Schiagens ausgehend von einer Speisemenge erreicht wird, die einem vorgegebenen Druck entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen

Fig. 1 die HydraulikJcreise eines Gerätes gemäß der Erfindung mit dem Rückschlagventil in einer Stellung, die ausschließlich die Drehbewegung des Bohrers ermöglicht,

Flg« 2 die Darstellung nach Fig» 1, jetzt mit dem Rückschlagventil in einer Stellung, die das

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gleichzeitige Drehen und Schlagen des Bohrers ermöglicht,

Fig. 3
bis 6 Schemadarstellungen des Funktionszyklus des

hydraulischen Schlagbohrgerätes.

Das dargestellte hydraulische Schlagbohrgerät weist einen Schlagkolben 1 auf, der gleitend im Inneren eines Zylinders 2 gelagert ist. Der Schlagkolben schlägt periodisch auf eine Bohrersteckhülse 3, die ihrerseits mit einem Bohrwerkzeug (nicht dargestellt) verbunden ist.

Die Hydraulikkreise beinhalten eine Speiseleitung 4, die die Versorgung des Gerätes mit Hydraulikflüssigkeit ermöglicht, wobei der diesbezügliche Druck und die Speisemenge von einer nicht dargestellten Pumpe vorgegeben werden. Die Speiseleitung 4 mündet in eine Kammer 5, in der ein Rückschlagventil 6 angeordnet ist. Die Kammer 5 ist über eine Hochdruckleitung 7 mit einer von dem Zylinder 2 gebildeten ringförmigen Kammer 8 verbunden, die den Kolben 1 auf der der Bohrereinsteckhülse 3 benachbarten Seite umgibt.

Auf der anderen Seite des Kolbens begrenzt der Zylinder 2 um den Kolben 1 herum eine weitere ringförmige Kammer 9, die über eine Leitung 10 mit einem Steuerventil 11 verbunden ist. Dieses Ventil ist einerseits mit einer Rücklaufleitung 12 und andererseits mit der Hochdruckleitung 7, und zwar über eine Verbindungsleitung 13, verbunden.

Das Steuerventil 11 wird aus einem Schieber 14 in Form einer Buchse gebildet, der unterschiedliche Querschnitte

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hat und der im Inneren einer Kammer 15 verlagerbar ist. Der buchsenförmige Schieber weist dabei einen vorstehenden Bund 16 auf, der die Steuerbewegung des Ventils ermöglicht. Eine Steuerleitung 17 verbindet den auf der einen Seite des Bundes 16 liegenden Abschnitt der Kammer 15 mit dem Zylinder 2. Die Steuerleitung unterteilt sich in mehrere parallele Kanäle 18, die in den Zylinder hinter der ringförmigen Kammer 8 münden. Gewisse dieser Kanäle sind ganz oder teilweise durch Stangen 19 verschlossen. Eine weitere Leitung 20 verbindet den auf der anderen Seite des Bundes 16 liegenden Teil der Kammer 15 mit der Rücklaufleitung 12.

Es ist hervorzuheben, daß die Rücklaufleitung 12 ferner mit der Kammer 5 für das Rückschlagventil 6 über eine Leitung 21 verbunden ist, ferner mit der Vorderseite des Zylinders 2 über eine Leitung 22, mit dem mittleren Bereich des Zylinders 2 über eine Leitung 23, die gegenüberliegend dem im Querschnitt verringerten Bereich des Kolbens 1 mündet, der zwischen seinen beiden Führungsabschnitten liegt. Der vordere Bereich des Zylinders 2 ist ferner über eine Leitung 24 mit der Hochdruckleitung 7 verbunden.

Die Kammer 5 ist mit einem Membranspeicher 25 verbunden. Das im Inneren der Kammer 5 liegende Rückschlagventil 6 ist in Form einer gleitenden Hülse ausgebildet, die unter der Wirkung einer Feder 26 steht. Das hülsenförmige Rückschlagventil 6 hat dabei einen ersten seitlichen Auslaß 27, der den Durchgang der Hydraulikflüssigkeit zur Hochdruckleitung 7 gewährleistet.

Die das Rückschlagventil bildende Hülse 6 weist nun noch einen zweiten seitlichen Auslaß 28 auf, der den

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direkten Durchlaß von Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 21 durch die Rücklaufleitung 12 hindurch ermöglicht, dieses in Verbindung mit einem Hydraulikmotor 29 für den Drehantrieb, der in die Speiseleitung 4 eingeschaltet ist.

Die Funktionsweise des Gerätes sei im Zusammenhang beschrieben. Die Feder 26 drückt das Rückschlagventil 6 gegen das eine Ende der Kammer 5 derart, daß in Abwesenheit jeder anderen Kraft das Rückschlagventil es über den zusätzlichen weiteren Auslaß 28 ermöglicht, daß Hydraulikflüssigkeit, die aus der Speiseleitung 4 kommt, durch die Leitung 21 zur Rücklaufleitung 12 strömt, wobei aber gleichseitig der Durchlaß zur Hochdruckleitung 7 und zum Membranspeicher 25 für die Hydraulikflüssigkeit versperrt ist.

Wenn die Speisemenge c unterhalb einer bestimmten Schwelle c > verbleibt, ist der durch das Abströmen der Hydraulikflüssigkeit durch den Auslaß 28 hervorgerufene Chargenverlust nicht ausreichend, um eine Verlagerung des Rückschlagventils 6 gegen den Druck der Feder zu erreichen. Überträgt sich dieser Chargenverlust durch einen Druck P stromaufwärts des Auslasses, gleich dem Druck in der Rücklaufleitung 12, vergrößert um den betroffenen Chargenverlust. Dieser Druck P, der mit dem differentiellen Querschnitt S des Rückschlagventils 6 zu multiplizieren ist, ruft eine Kraft hervor, die der Druckkraft der Feder 26 entgegengesetzt ist und die unterhalb dieser Druckkraft bleibt, und rvar im absoluten Wert, solange die Speisezange unterhalb der Schwelle q„ bleibt.

Das Rückschlagventil <5 hä.,t Eich also in einer Lage, in der die Hündung der Hccnöruckleitung 7 verschlossen ist. Die gesamte Sc ei ρ essence strömt somit direkt

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von der Kammer 5 zur Rücklaufleitung 12. Der Motor 29 für die Drehbewegung wird somit angetrieben und dreht den Bohrer, v/ährend der Schlagmechanismus nicht gespeist wird. Diese Stellung ist in Fig. 1 gezeigt.

Wenn die Speisemenge q der Hydraulikflüssigkeit die Schwelle q_Q übersteigt, wird der vorstehend beschriebene Druck P ebenfalls größer als ein vorgegebener Wert P_Q und die daraus resultierende Kraft PxS ist dann ausreichend, das Rückschlagventil 6 gegen den Druck der Feder 26 zu verlagern, wobei die Feder zusammengedrückt wird. Die zum anderen Ende der Kammer 5 gedrückte Hülse des Rückschlagventils 6 verschließt dann den direkten Durchgang zur Rücklaufleitung 12, indem es die Leitung 21 verschließt, wobei sie aber den Durchlaß zum Membranspeicher 25 und zur Hochdruckleitung öffnet, und zwar über den Auslaß 27. In diesem Fall speist die Hydraulikflüssigkeit jetzt einerseits den Hydraulikmotor 29 für die Drehbewegung und andererseits den Schlagmechanismus, wobei diese beiden Systeme sozusagen in Serie angeordnet sind und gleichzeitig arbeiten können, wie sich aus der Darstellung nach Fig. 2 ergibt.

Der Funktionszyklus des Schlagmechanismus, für sich genommen bekannt, wird der Vollständigkeit halber nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 6 beschrieben.

Die Ringkammer 8 steht dank der Hochdruckleitung 7 immer unter Druck. Die Ringkammer 9 kann alternativ, vermittels der Steuerleitung 10 und des Steuerventils 11, einerseits mit der Hochdruckleitung 7 und andererseits mit der Rücklaufleitung 12 verbunden werden. Der mittlere Bereich des Zylinders 2, in den die Leitung

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mündet, ist dauernd in leitender Verbindung mit der Rücklaufleitung 12 und bildet eine Rückströmkammer für Leckverluste. Diesem Zweck dient auch die Leitung 22. Die in der Ringkammer 8 vorhandene Hydraulikflüssigkeit übt ihren Druck auf eine Fläche Sl des Kolbens

I aus, die kleiner ist als die Fläche S2, auf die der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Ringkammer 9 einwirkt.

In einer ersten Phase des Zyklus, als Kolbenrücklauf und Energiespeicherung zu bezeichnen, befindet sich die Ringkammer 8 unter Druck, während die Ringkammer in leitender Verbindung mit der Rücklaufleitung 12 steht, wobei sich der Schieber 14 des Steuerventils

II in seiner oberen Stellung befindet. Der Kolben 1 läuft zurück, wobei gleichzeitig der Membranspeicher 25 unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit speichert (s. Fig. 3).

In einer zweiten Phase des Zyklus, als Ende des Kolbenrücklaufes und Steuerung des Steuerventils zu bezeichnen, gibt der Kolben 1 die Öffnungen frei, mit denen die Kanäle 18 in den Zylinder 2 münden. Der aus der Ringkammer 8 kommende Druck gelangt dann in die Steuerleitung 17 und verlagert den Schieber 14 des Steuerventils 11 in seine untere Stellung. Die Kammer 9 wird somit in leitende Verbindung mit der Hochdruckleitung 7 gebracht (s. Fig. 4).

In der nachfolgenden Betriebsphase, als Arbeitsphase zu bezeichnen, sind die beiden Ringkammern 8 und 9 in leitender Verbindung mit der Hochdruckleitung 7 und werden gleichzeitig durch die Pumpe über die Speiseleitung und durch den Speicher 25 gespeist. Da der Wirkquerschnitt S2 der Ringkammer 9 größer ist als der

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Wirkquerschnitt Sl der Ringkammer 8, wird der Kolben nach vorn getrieben. Der Hydraulikflüssigkeit der Ringkammer 8 wird dabei zur Kammer 9 getrieben (s. Fig. 5).

Die letzte Betriebsphase, als Stoßphase zu bezeichnen, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben 1, nachdem er seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, auf die Bohrerexnsteckhulse 3 schlägt. Der entsprechende tragende Abschnitt des Kolbens 1 gibt die Öffnungen der Kanäle 18 in den Zylinder 2 frei. Die Steuerleitung 17 befindet sich mittels der Leitung in leitender Verbindung mit der Rücklaufleitung Der Schieber 14 des Steuerventils 11 wird in seine ursprüngliche obere Stellung zurückgeführt und die Ringkammer 9 wird wieder in leitende Verbindung mit der Rücklaufleitung 12 gesetzt (s. Fig. 6).

Ausgehend von dieser Stellung läuft der Kolben erneut zurück und der gleiche Zyklus wiederholt sich so lange, wie der Speisedruck ausreichend ist. Wird die Speisemenge an Hydraulikflüssigkeit wieder unter die Schwelle q_n reduziert, wird das Rückschlagventil 6 von der Feder 26 in seine Stellung entsprechend Fig. 1 zurückgeführt. Der Durchtritt zu der Ringkammer 8, dem Steuerventil 11 und dem Speicher 25 wird gesperrt und letzterer entlädt sich langsam durch die internen Schwundverluste des Gerätes.

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Claims

Patentanwälte

Dr. O. Loesenbeck Dipl.-Ing. Stracke

Dip!.~!ng. L -senbeck 48 Bielefeld, Heriouier Strebe iP

Paten tanspruch

Hydraulisches Schlagbohrgerät, mit einem gleitend im Inneren eines Zylinders geführten Schlagzylinder, der, um den Kolben herum, eine erste Ringkammer definiert, die über eine Hochdruckleitung mit einem hülsenförmigen, unter der Wirkung einer Feder stehenden Rückschlagventil verbunden ist, das gleitend im Inneren einer Kammer angeordnet ist, die mit einem Speicher verbunden ist und in die eine Speiseleitung für die Hydraulikflüssigkeit mündet, wobei der Zylinder eine zweite Ringkammer definiert, die mit einem Steuerventil, das einen Schieber mit unterschiedlichen Querschnitten hat, verbunden ist, das die zweite Ringkammer alternativ in leitende Verbindung mit der Hochdruckleitung und einer Rücklaufleitung setzt, wobei die Steuerung des Steuerventils über eine Leitung geschieht, die in leitender Verbindung mit dem Zylinder steht, dadurch gekennzeichnet, daß die das Rückschlagventil bildende Hülse (6) einen seitlichen Auslaß (28) aufweist, mit dem ein direkter Durchlaß der Hydraulikflüssigkeit zur Rücklaufleitung (12) zu bilden ist, wenn sich das Rückschlagventil in einer den Durchlaß zur Hochdruckleitung (7) sperrenden Stellung befindet, wobei ein hydraulischer Motor (29) für den Drehantrieb in die Speiseleitung (4) eingeschaltet ist.

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