DE3037033C2

DE3037033C2 - Vorrichtung zum Bohren und zum Auflockern von festem Gestein

Info

Publication number: DE3037033C2
Application number: DE3037033A
Authority: DE
Inventors: Aubrey C. Carnegie Pa. Briggs
Original assignee: Dravo Corp
Current assignee: Dravo Corp
Priority date: 1979-10-19
Filing date: 1980-10-01
Publication date: 1984-06-07
Also published as: DE3037033A1; JPS596994B2; AU6269780A; US4290496A; GB2060738A; FR2472660A1; FR2472660B1; GB2060738B; CA1136118A; AU525829B2; JPS57116892A

Description

reich des Gehäuses 7 befindet sich eine Kammer 9, die durch die Kappe 10 abgedeckt wird, wobei in die Mitte der Kappe 10 der Stößel 5 gleitend eingepaßt ist Die Kappe 10 weist einen nach unten gerichteten Vorsprung auf, der die relative Aufwärtsbewegung des Stößels 5 und der Manschette 6 innerhalb der Kammer 9 nach oben begrenzt Die Kappe 10 ist z. B. auf die Kammer 9 aufgeschraubt oder andersartig befestigt. Die Kammer 9 weist eine zentrale Bohrung 11 auf, die von ihrem Boden in Richtung auf eine untere Druckkammer 12 verläuft

Ein Ventilteil 13 ist gleitend in diese Bohrung 11 eingepaßt Ein Vollteil 14 des Ventilteils 13 bewegt sich gleitend in der Druckkammer IZ Darüber befindet sich ein verbindendes Teil 15 mit reduziertem Duithmesser. oberhalb dessen sich wiederum ein ausgekehltes, mittleres Teil 16 befindet, das ebenfalls gleitbar in die Bohrung eingepaßt ist. Oberhalb des Teiles 16 weist das Ventilteil 13 ein Verlängerungsstück 17 mit durchgehend reduziertem Durchmesser auf, das nach oben gerichtet ist und im unteren Abschnitt der Manschette 6 gleitet Dieser oberste Abschnitt des Ventilteils 13 weist an seinem Umfang eine axial ausgedehnte Kerbe 18 auf. Das Ende eines radialen Haltestiftes 19 in der Manschette 6 dringt derart in diese Kerbe 18, daß eine Verbindung mit begrenztem Totgang zwischen dem unteren Ende der Antriebseinheit 3, d. h. dem Stößel 5, und dem oberen Ende des Ventilteils 13 hergestellt wird, wobei eine relative Axialbewegung zueinander iTiöglich ist Sowohl die Antriebseinheit 3 als auch das Ventilteil 13 haben eine begrenzte axiale Bewegungsmöglichkeit in bezug auf die Meißeleinheit 2. Ein axialer Kanal 20 mit relativ geringem Durchmesser erstreckt sich zwischen den Enden des Ventilteils 13. Der Oberteil des Ventilteils 13 liegt dem unteren Ende des Stößels 5 der Antriebseinheit 3 gegenüber. Bei der durch die Kerbung 18 und die Haltestifte 19 ermöglichten, gleichgerichteten Bewegung des Ventilteils 13 und der Manschette 6 liegen diese gegenüberliegenden Rächen eng aneinander, so daß eine ventilartige Anordnung zum Schließen des oberen Endes des Kanals 20 geschaffen wird. Bei Bewegung in entgegengesetzter Richtung wird der Abstandsraum 13a zwischen den Flächen gebildet, so daß ein freier Durchgang zu einer Leitung 21 in der Manschette 6 gebildet und damit eine Verbindung zwischen der Kammer 9 und der Druckkammer 12 hergestellt wird. Andererseits wird das obere Ende der Leitung 21 geschlossen, wenn durch die Relativbewegung dei Antriebs- und Meißeleinheiten das obere Ende der Leitung 21 fest an das untere Ende der Kappe 10 angedrückt wird, was während der StoRbewegung der Antriebseinheit 3 der Fall ist.

Im zylinderförmigen Gehäuse 7 der Meißeleinheit 2 ist ein Kanal 22 vorgesehen, dessen untere Durchlaßöffnung 23 in die Druckkammer 12 mündet, während eins obere Durchlaßöffnung 24 etwa auf halbem Wege zwischen der Druckkammer 12 und dem oberen Reservoir 9 in die Bohrung 11 führt. Das Vollteil 14 ist so lang, daß es in seiner obersten Stellung die obere Durchlaßöffnung 24 vollständig verschließt (siehe F i g. 3), wobei die untere Durchlaßöffnung 23 vollständig geöffnet ist. während in der unteren Stellung des Vollteils 14 die untere Durchlaßöffnung 23 blockiert, aber die obere Durchlaßöffnung 24 geöffnet ist (siehe F i g. 5). In einer mittleren Stellung des Vollteiles 14 (siehe F i g. 4) öffnet sich die untere DurchlaRöffnung 23 in der Druckkammer 12 und die obere Durchlaßöffnung 24 führt in den ringförmigen Raum 25_k der im Ventiiteil 13 oberhalb des Kolbens 14 und unterhalb des Führungsteiües 16 Ausgebildet ist Das Führungsteil 16 weist axiale Kanäle bzw. Auskehiungen 26 auf, die vom oberen Ende des Führungstciles 16 am unteren Ende des Verlängerungsstükkes 17 zu dem ringförmigen Raum 25 führen.

Im oberen Bereich der Seitenwand des zylinderförmigen Gehäuses 7 befindet sich eine öffnung 27 zum Einlaß von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit in das Reservoir 9 und ein entsprechender Auslaß 28. Ein Luft-Schlitz 29 in der Kappe 10 sorgt dafür, daß in dem Reservoir 9 im Normalfall Atmosphärendruck herrscht.

In F i g. 2 ist ein von der Meißeleinheit 2 abnehmbarer

Meißel 8 gezeigt, der etwa die Form eines Keiles oder eines umgekehrten Konus annimmt, wobei abgeflachte Seiten 8a in einer Schneidkante 8b enden. Zumindest eine, vorzugsweise aber eine Vielzahl (F i g. 2 zeigt drei) von Leitungen 8c mit kleinem Durchmesser führen aus dem Boden der Druckkammer 12 durch den Meißel 8 und enden in gegenüberliegenden Entladungs-Öffnungen Sd in den Seitenflächen der Schneidkante 86 des Bohr-fvieißels. Wie in Fig. 1 gezeigt iii. schließen sich an den oberen Enden der Leitungen 8c passende Leitungen 12c im Boden der Druckkammer 12 an.

Fig.3 zeigt einen Betriebszustand des Werkzeugs, bei dem sich die Antriebseinheit 3 zwischen der unteren und der oberen Begrenzung aufwärts bewegt. Dabei befindet sich der Haltestift 19 am oberen Anschlag in der Kerbe 18, und mittels des Stößels 5 bzw. der Manschette 6 wird das Ventilteil 13 angehoben. In diesem Zustand fließt Flüssigkeit aus dem Reservoi r 9 durch die Leitung 21 in den Freiraum 13a und durch den axialen Kanal 20 in die Druckkammer 12, die gefüllt bleibt so daß ein Ansaugen von Luft durch die Leitungen 8c ausgeschlossen ist.

Am oberen Anschlag der Bewegung (nicht gezeigt) wird die Leitung 21 durch die Kappe 10 geschlossen, so daß die Flüssigkeitsfüllung in der Druckkammer 12 verbleibt.
Stößt der Meißel 8 bei einer Abwärtsbewegung der Meißeleinheit 2 gegen die Gesteinsfläche, so werden der StöDel 5 und die daran befestigte Manschette 6 aufgrund ihres Trägheitsmoments sich weiter in Richtung auf die Gesteinsfläche bewegen, wobei die Abwärtsbewegung des Ventilteils 13 durch die Flüssigkeit so lange verhindert wird, bis das untere Ende des Stößels 5 gegen das Oberteil des Verlängerungsstückes 17 anstößt, der Abstandsraum 13a verschwindet und die obere öffnung des axialen Kanales 20 geschlossen ist. Sobald das Vollteil 14 die obere Durchlaßöffnung 24 freigibt, fließt Flüssigkeit aus der Druckkammer 12 durch den Kanal 22 in das obere Reservoir 9, während gleichzeitig eine Entladung aus den öffnungen -3d im Meißel 8 stattfindet, die allerdi.ig'. in diesem Betriebszustand nur einen relativ geringen Strahldruck aufweist. Zweck dieser Anordnung ist es, den Zeitpunkt des Schließen!) der Druckkammer 12, bei dem der Hochdruck entsteht, so lange hinauszuzögern, bis die Schneidkante 8b des Meißels 8 so weit in das Gestein eingedrungen ist. daß die öffnungen 8c/durch Gestein abgedeckt sind, um zu gewährlci-

bo sten, daß die Hochdruck-Entladung höchst wirkungsvoll direkt auf eine Gesteinsfläche auftrifft.

Nähert sich die Manschette 6 der Antriebseinheit 3 dem unteren Ende des Reservoirs 9, um der Meißeleinheit 2 den maximalen Impuls zu erteilen., schließt das Vollteil 14 die untere Durchlaßöffnung 23 (siehe F i g. 5). In diesem Augenblick verharrt die in den Felsen eingedrungene Meißeleinhcit 2 fast bewegungsfrei, während die träge Masse des Stößels 5 und des Gewichts-Ab-

Schnitts 4 dafür sorgt, daß der Stößel mit großer Kraft gegen das Ventilteil 13 stößt, so daß Wasser aus der Druckkammer 12 unter Hochdruck durch die Leitungen 8c und die öffnungen Sd zum wirkungsvollsten Zeitpunkt, nämlich bei in den Felsen eingedrungenem Meißel, entladen wird. Danach beginnt die Antriebseinheit 3 ihre Aufwärtsbewegung, um den Zyklus zu wiederholen (siehe Fig.6). Da sich in diesem Betriebszustand der Stößel 5 in bezug auf die Kerbe 18 aufwärtsbewegt, ist die axiale Leitung 20 wieder frei, so daß die Druckkammer 12 nachgefüllt wird und jedwede Ansaugung von Wasser oder kleinen Teilchen durch die öffnungen 8d ausgeschlossen ist.

Bei der Fortsetzung der Aufwärtsbewegung der Antriebseinheit 3 wird zunächst eine moderate Flüssig- r, keitsströmungausdem Reservoir 9 durch die Leitung 21 und den axialen Kanal 20 in die Druckkammer 12 stattfinden. Sobald der obere Bcwegungsanschlag erreicht ist. bedeckt das Voiiteii 14 die uucic DürcniäSöffnung 24. und die Passage 21, 20 stellt die einzige offene Ver- μ bindung zwischen dem Reservoir 9 und der Druckkammer 12 dar (siehe F i g. 3). Bewegt sich das Ventilteil 13 nach unten, öffnet sich die obere Durchlaßöffnung 24. und Flüssigkeit aus dem Reservoir 9 umströmt das ausgekehite Führungsteil 16 und gelangt durch den Raum 25 in die Druckkammer 12, um während der Bewegung des Kolbens entlang der Durchlaßöffnung 23 unter zunehmendem Druck entladen zu werden. Sobald die Durchlaßöffnung 23 geschlossen ist. wird der Zustrom von Wasser oder Luft unterbunden, und das sich in der Druckkammer 12 befindende Wasser ist eingeschlossen. Gerade zu diesem Zeitpunkt weist der Meißel 8 einen maximalen Stoß-Impuls auf, und die Hochdruck-Entladung des Wassers aus den öffnungen 8c/ erfolgt genau zum richtigen Zeitpunkt.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Werkzeuges liegen auf der Hand: es ist relativ einfach, klein und ihm brauchen keine weiteren Gewichtsteile hinzugefügt zu werden. Auch entstehen keine Schwierigkeiten mit externen Pumpen oder Verteilungssystemen. da bei jedem 2 wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

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Patentansprüche:

!. Vorrichtung zum Bohren und zum Auflockern von festem Gestein, mit einer Meißeleinheit, die eine zylindrische Druckkammer aufweist in die maschinenseitig ein Kolben einer axial in bezug auf die Meißeleinheit hin- und herbeweglichen Antriebseinheit eintaucht und der durch den Kolben verschließbare Leitungen periodisch Flüssigkeit zuführbar ist die periodisch aus der Druckkammer in werkzeugseitig in der Meißeleinheit ausgebildete, in entsprechende Kanäle einer Meißelschneide mündende Spülungskanäle ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben der Antriebseinheit (3) masehinenseitig mit begrenzt axialem Spiel an einen werkzeugseitigen Stößel (5) der Antriebseinheit (3) angeschlossen und als Ventilteil (13) ausgebildet ist über das eine erste Verbindung (20, 13a, 21) zwischen der Druckkammer (12) und einem Flüssigkeitsreser^oir (9) in der Meißeleinheit (2) gesteuert ist die beim Arbeitshub des Kolbens verschlossen und beim Rückhub geöffnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Verbindung (26, 11, 22) zwischen der Druckkammer (12) und dem Flüssigkeitsreservoir (9) vorgesehen ist, die über das Ventilteil (13) so gesteuert ist, daß sie während eines ersten Abschnittes des Arbeitshubes des Kolbens offen und während eines zweiten Abschnittes geschlossen ist
3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Verbindung zwischen der Druckkammer (13) und .^Jem Flüssigkeitsreservoir (9) eine Leitung (2i) in einer die Verbindungsstelle des Stößels (5) mit dem V-ntilkolben (13) übergreifenden, fest am Stößel (5) angebrachten Manscheue (6), der Raum (13a,) zwischen dem Stößel (5) und dem von diesem beabstandeten Ventilkolben (13) sowie ein axialer, den Abstandsraum (Via) mit der Druckkammer (12) verbindender Kanal (20) im Ventilkolben (13) vorgesehen ist
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die zweite Verbindung zwischen de.ti Flüssigkeitsreservoir (9) und der Druckkammer (12) ein mit Auskehlungen (26) versehenes Teil (16) des Ventilkolbens (13), ein ringförmiges, im Querschnitt reduziertes Teil (15) des Ventilkolbens und einen einen werkzeugseitigen Vollteil (14) des Ventilkolbens umgehenden, im Meißelteil (2) ausgebildeten Kanal (22) umfaßt, dessen eine Öffnung (23) in die Druckkammer (12) mündet und während des zweiten Abschnittes des Arbeitshubes des Ventilkolbens (13) durch das Vollteil (14) desselben geschlossen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Beweglichkeit der Antriebs- gegenüber der Meißeleinheit (3; 2) durch die Manschette (6) und die Ausbildung des Gehäuses (7) der Meißeleinheit (2) auf ein Maß begrenzt ist, das geringer ist als die Hublänge der Antriebseinheit (3).
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden bo Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fliissigkeitsreservoir (9) masehinenseitig durch eine Kappe (10) abgedeckt ist, durch die der Stößel (5) gleitend geführt ist und die als den Hub des Meißels gegenüber der Antriebseinheit (2; 3) begrenzender M Anschlag für die Manschette (6) ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bohren und zum Auflockern von festem Gestein gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem aus der US-PS 39 27 723 bekannten Steinmeißel dieser Art wird eine Flüssigkeit aus einer Quelle über eine Leitung in eine Druckkammer geleitet Ein Kolben bewegt sich gleitend in der Meißeleinheit hirt und her und komprimiert bei seiner Vorwärtsbewegung die in der Kammer befindliche Flüssigkeit, sobald der Kolben mit seiner Stirnfläche die Öffnung der Leitung in die Kammer passiert hat Das in der Kammer komprimierte Wasser wird über Kanäle zu einer Meißelschneide geführt, wo es über Öffnungen entladen wird. Bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens entsteht ein Saugefiekt, so daß Schmutz- und Staubteile in die Öffnungen gelangen können, was die Funktionstüchtigkeit des Meißels beeinträchtigt

Aus der US-PS 16 98 343 ist ein Werkzeug bekannt, mit dem Luft beim Schlag auf einen Kolben komprimiert wird und sodann einen durch eine Feder in eine Öffnung gedrückten Bali wegdrückt, so daß ein plötzlicher Luftstoß das gemeißelte Loch von Staub reinigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus der US-PS 39 27 723 bekannte Vorrichtung derart weiterzubilden, daß ein Eindringen von feinkörnigen Gesteinsteilchen in die Hochdruck-Kanäle bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen; in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Werkzeug, dessen Achse vertikal ausgerichtet ist;

F i g. 2 einen Aufriß einer Schneide, die in bezug auf F i g. 1 um 90° gedreht ist;

F i g. 3 einen vergrößerter. Ausschnitt aus F i g. 1, bei dem die Meißeleinheit sich in einer mittleren Stellung befindet, d. h. die Antriebseinheit nähert sich etwa auf halbem Wege ihrem oberen Anschlag;

F i g. 4 eine ähnliche Darstellung wie F i g. 3. bei der der Meißel beginnt, sich in Richtung des Steines zu bewegen;

F i g. 5 eine entsprechende Abbildung, bei der die Meißeleinheit sich weiter nach unten bewegt hat; und

Fig.6 eine entsprechende Darstellung, bei der die Teile an der unteren Begrenzung ihrer Abwärtsbewegung angelangt sind.

Das Werkzeug weist zwei Hauptteile, nämlich eine ivleißeleinheit 2 und eine Antriebseinheit 3 auf, die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Beide Teile sind derart miteinander verbunden, daß eine begrenzte Relativ-Bewegung in Längsrichtung möglich ist, wobei die Meißeleinheit sich am unteren Ende der Antriebseinheit befindet.

Beim Antrieb kann es sich um ein herkömmliches Aggregat zum Betreiben von mit Stoßwirkung arbeitenden Steinbohrern handeln. Der Antrieb ist hier einfach durch den unteren Gewichts-Abschnitt 4 mit dem hernusragenden Stößel 5 dargestellt. Am unteren Ende des Stößels 5 ist eine Manschette 6 angebracht, wobei ein Stift 6' andeutet, daß die Manschette 6 in bezug auf den Stößel 5 fest und unverrückbar montiert ist.

Die Meißeleinheit 2 weist ein im wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse 7 auf. an dessen unterem Ende ein z. B. keilförmiger Meißel 8 befestigt ist. Im oberen Be-