DE3518892C1 - Hydraulic hammer drill - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schlagbohr vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a hydraulic hammer drill Device according to the preamble of claim 1.
Beim Schlagbohren ist der Widerstand, den das Gestein der Bohrvorrichtung entgegensetzt, unterschiedlich. Dieser Widerstand hängt von zahlreichen Faktoren, wie der Art des Gesteins, der Tiefe des Bohrlochs und der Krafteinwirkung der Bohrlochwand auf den Bohrstrang, ab. Bei geringem Bohrwiderstand wird der Bohrhammer mit hoher Schlagzahl pro Minute und mit relativ geringer Schlagenergie pro Einzelschlag betrieben. Bei hohem Bohrwiderstand ist eine niedrige Schlagzahl bei hoher Einzelschlagenergie zweckmäßig.Impact drilling is the resistance that the rock opposed to the drilling device, different. This resistance depends on numerous factors such as the type of rock, the depth of the borehole and the Force of the borehole wall on the drill string, from. If the drilling resistance is low, the rotary hammer is also used high number of strokes per minute and relatively low Impact energy operated per single impact. At high Drilling resistance is a low impact rate with a high one Single impact energy useful.
Eine bekannte Schlagbohrvorrichtung der eingangs genannten Art (DE-OS 31 15 361) verändert die Schlag frequenz und somit auch die Einzelschlagenergie in Ab hängigkeit von dem Belastungszustand des Bohrstrangs bzw. in Abhängigkeit von dem zur Verfügung stehenden Druck automatisch. Hierzu wird der dem Bohrhammer zuge führte Steuerdruck entweder von dem Druck einer auf den Bohrstrang einwirkenden Vorschubeinrichtung abgeleitet. Bei hohem Bohrwiderstand steigt der Druck der Vorschub vorrichtung und somit auch der Steuerdruck. Dadurch wird automatisch die Schlagzahl des Bohrhammers ver ringert und die Einzelschlagenergie erhöht. Bei einer anderen Variante der bekannten Schlagbohrvorrichtung wird der Steuerdruck in Abhängigkeit von dem Druck bzw. der Belastung des Drehmotors erzeugt. In jedem Fall ist der Steuerdruck ausschließlich von einem einzigen Para meter (entweder von dem Druck der Vorschubvorrichtung oder von demjenigen des Drehmotors) abhängig.A known percussion drilling device at the beginning mentioned type (DE-OS 31 15 361) changes the blow frequency and thus also the single impact energy in Ab depending on the load condition of the drill string or depending on what is available Print automatically. For this, the hammer drill is pulled led control pressure either from the pressure of one to the Drill string acting feed device derived. With a high drilling resistance, the pressure of the feed increases device and thus also the control pressure. Thereby the stroke rate of the hammer drill is automatically ver wrestles and increases the single impact energy. At a another variant of the known impact drilling device the control pressure is dependent on the pressure or the load on the rotary motor. In any case the control pressure from a single para only meter (either from the pressure of the feed device or that of the rotary motor).
Bekannt ist ferner eine Schlagbohrvorrichtung (DE-OS 26 31 307), bei der der Bohrhammer und der Drehmotor hydraulisch in Reihe geschaltet sind. An diese Reihen schaltung kann über ein Ventil der hydraulische Vor schubmotor in Reihe angeschaltet werden. Durch die Rei henschaltung wird erreicht, daß dem Bohrhammer nur soviel Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird, wie der Drehmotor und der Vorschubmotor infolge ihrer jewei ligen Belastung durchlassen. Bei hohem Bohrwiderstand wird somit der Betriebsdruck des Bohrhammers ver ringert. Bei einer Erhöhung des Vorschubwiderstandes wird auch der Betriebsdruck des Drehmotors verringert. Dies führt dazu, daß der jeweils am meisten belastete Motor den beiden anderen Motoren Energie entzieht, so daß in ungünstigen Belastungsfällen die Bohrleistung sehr gering werden kann. Der Bohrhammer weist keine Steuerleitung auf, deren Druck unabhängig von dem Be triebsdruck veränderbar ist. A percussion drilling device (DE-OS 26 31 307), in which the rotary hammer and the rotary motor are hydraulically connected in series. To these ranks circuit can be operated via a valve of the hydraulic pre thrust motor can be switched on in series. Through the Rei circuit is achieved that the hammer drill only as much hydraulic fluid is supplied as the Rotary motor and the feed motor as a result of their jewei Let the load through. With high drilling resistance the operating pressure of the rotary hammer is thus ver wrestles. When the feed resistance is increased the operating pressure of the rotary motor is also reduced. This leads to the fact that the most burdened Motor draws energy from the other two motors, see above that in unfavorable load cases the drilling performance can become very small. The hammer drill has none Control line, the pressure of which regardless of the Be drive pressure is changeable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlag bohrvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei Verwendung unterschiedlicher Hydraulikkreise die Schlagzahl unabhängig davon verändert, ob ein er höhter Bohrwiderstand sich auf den Bohrvorschub oder auf den Drehantrieb auswirkt.The invention has for its object a blow to provide drilling device of the type mentioned, when using different hydraulic circuits the number of strokes changed regardless of whether a he increased drilling resistance on the drilling feed or affects the rotary drive.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. This object is achieved with the invention the features of claim 1.
Das Wechselventil läßt jeweils den größeren von zwei an stehenden Drücken durch, so daß der Steuerdruck, der die Schlagzahl des Bohrhammers verändert, durch den größten der dem Wechselventil zugeführten Drücke bestimmt wird. Beim Schlagbohren gibt es Situationen, in denen der Dreh widerstand ansteigt, ohne daß der Vorschubwiderstand ent sprechend ansteigt. Dies ist beispielsweise beim Bohren in zähen Böden und bei einem langen Bohrstrang mit ent sprechend hoher Reibung der Fall. In einer solchen Situa tion steigt die Last des Drehmotors an, so daß der er höhte Druck des Drehmotors die Steuerung der Schlagzahl übernimmt. Andererseits kann es in felsigen Böden vor kommen, daß der Vorschubwiderstand ansteigt, ohne daß der Drehwiderstand ebenfalls ansteigt. In solchen Fällen übernimmt der Druck der Vorschubvorrichtung selbsttätig die Steuerung der Schlagzahl des Bohrhammers.The shuttle valve leaves the larger of two on standing pressures so that the control pressure that the Hammer rate changed by the largest the pressures supplied to the shuttle valve is determined. When hammer drilling there are situations where the turning resistance increases without the feed resistance ent speaking increases. This is for example when drilling in tough soils and with a long drill string with ent speaking of high friction the case. In such a situation tion increases the load of the rotary motor, so that he increased pressure of the rotary motor controlling the stroke rate takes over. On the other hand, it can occur in rocky soils come that the feed resistance increases without the Rotary resistance also increases. In such cases the pressure of the feed device takes over automatically the control of the hammer rate.
Die erfindungsgemäße hydraulische Schlagbohrvorrichtung stellt sich von selbst auf die Art des Bohrwiderstandes ein. Die Führung bei der Steuerung der Schlagzahl erfolgt durch denjenigen Antrieb, der der größten Belastung aus gesetzt ist.The hydraulic percussion drilling device according to the invention automatically adjusts itself to the type of drilling resistance a. The guidance in the control of the beat number takes place by the drive that is the most stressful is set.
Wenn die Vorschubvorrichtung und der Drehmotor mit etwa gleichen Drücken beaufschlagt werden, können diese Drücke dem als Vergleicher wirkenden Wechselventil unmittelbar zugeführt werden. Häufig ist diese Voraussetzung aber nicht gegeben, denn in der Regel ist der Druck, mit dem der Drehmotor betrieben wird, niedriger als der Druck, mit dem die Vorschubvorrichtung betrieben wird. Derartig ungleiche Drücke können nicht miteinander verglichen wer den. Um auch in einem solchen Fall den Steuerdruck von dem jeweils am meisten belasteten Antriebsaggregat zu beeinflussen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß einer der Einlaßdrücke von einer an ein Druckbegrenzungsventil angeschlossenen Hilfsdruckquelle geliefert wird und daß der Begrenzungs wert des Druckbegrenzungsventils von dem Druck des Dreh motors oder der Vorschubvorrichtung gesteuert ist. Hier bei wird der eine Einlaßdruck des Wechselventils von der Hilfsdruckquelle geliefert, die in Abhängigkeit von dem Druck des einen Aggregats durch das Druckbegrenzungs ventil gesteuert ist. Das Druckbegrenzungsventil kann den Druck entweder in linearer Abhängigkeit vom Druck des be treffenden Antriebsaggregates einstellen. In diesem Fall folgt der Druck, der von der Hilfsdruckquelle zur Ver fügung gestellt wird und der größer ist als der Druck des steuernden Antriebsaggregates, dem Druck dieses An triebsaggregates im wesentlichen linear. Eine solche Linearität ist aber nicht unbedingt erforderlich. Es besteht auch die Möglichkeit, das Druckbegrenzungsventil zwischen einem unteren Wert und einem oberen Wert umzu schalten, so daß der betreffende Einlaßdruck des Wechsel ventils entweder auf dem unteren oder auf dem oberen Wert liegt.If the feed device and the rotary motor with about same pressures can be applied, these pressures the shuttle valve acting as a comparator immediately are fed. But this is often a requirement not given, because usually the pressure with which the rotary motor is operated, lower than the pressure, with which the feed device is operated. Such unequal pressures cannot be compared with each other the. In order to control the control pressure of the most heavily loaded drive unit influence, is according to a preferred training the invention provided that one of the inlet pressures of one connected to a pressure relief valve Auxiliary pressure source is supplied and that the limitation value of the pressure relief valve from the pressure of the rotation motors or the feed device is controlled. Here at an inlet pressure of the shuttle valve from the Auxiliary pressure source supplied depending on the Pressure of one aggregate through the pressure limitation valve is controlled. The pressure relief valve can Pressure either linearly depending on the pressure of the be adjust the relevant drive unit. In this case follows the pressure from the auxiliary pressure source to the ver is made and which is greater than the pressure the controlling drive unit, the pressure of this drive unit essentially linear. Such However, linearity is not absolutely necessary. It there is also the possibility of the pressure relief valve between a lower value and an upper value switch so that the relevant inlet pressure of the change valve on either the lower or the upper Value.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigtThe following is with reference to the drawings an embodiment of the invention explained in more detail. It shows
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Bohr hammer, Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through the hammer drilling,
Fig. 2 das Hydraulikschaltbild eines ersten Ausführungs beispiels, bei dem ein direkter Druckvergleich zwischen den Drücken von Vorschubvorrichtung und Drehmotor erfolgt, Fig. 2 shows the hydraulic diagram of a first execution example in which takes place a direct pressure comparison between the pressures of feed device and turning motor,
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Hydraulikschaltung nach Fig. 2, Fig. 3 is a diagram for explaining the operation of the hydraulic circuit of Fig. 2,
Fig. 4 ein Hydraulikschaltbild einer zweiten Ausführungs form mit Hilfsdruckquelle und Druckbegrenzungs ventil, und Fig. 4 is a hydraulic circuit diagram of a second embodiment form with auxiliary pressure source and pressure relief valve, and
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Funktion der Hy draulikschaltung nach Fig. 4 bei steigendem Bohr widerstand. Fig. 5 is a graphical representation of the function of the hydraulic circuit according to Fig. 4 with increasing drilling resistance.
Der in Fig. 1 dargestellte Bohrhammer 10 weist einen Arbeitszylinder auf, in dem der Arbeitskolben 12 längs verschiebbar angeordnet ist. Der Arbeitskolben 12 schlägt mit seinem vorderen Ende periodisch auf den Amboß 13, bei dem es sich um ein mit einem (nicht dargestellten) Bohr strang verbundenes Einsteckende handelt. The rotary hammer 10 shown in FIG. 1 has a working cylinder in which the working piston 12 is arranged to be longitudinally displaceable. The working piston 12 strikes periodically with its front end on the anvil 13 , which is a plug-in end connected to a drill string (not shown).
Die Druckleitung 15, durch die dem Bohrhammer 10 die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zuge führt wird, ist ständig an die vordere Kammer 16 des Arbeitszylinders 11 angeschlossen, so daß der Hydraulik druck stets auf die die Kammer 16 begrenzende Steuer kante 17 des Arbeitskolbens 12 wirkt. In dem vor der Steuerkante 17 liegenden Bereich 18, hat der Arbeits kolben 12 einen kleineren Durchmesser als der Arbeits zylinder 11, während in dem hinter der Steuerkante 17 liegenden Bereich 19 der Durchmesser des Arbeits kolbens dem Durchmesser der Bohrung des Arbeitszylinders 11 entspricht. An den Bereich 19 schließt sich ein Bereich 20 kleineren Durchmessers an und an diesen wiederum ein Bereich größeren Durchmessers 21.The pressure line 15 through which the rotary hammer 10, the pressurized hydraulic fluid is supplied, is constantly connected the working cylinder 11 to the front chamber 16, so that the hydraulic pressure constantly to the chamber 16 limiting control edge 17 of the working piston 12 acts. In the area 18 in front of the control edge 17 , the working piston 12 has a smaller diameter than the working cylinder 11 , while in the area 19 behind the control edge 17 the diameter of the working piston corresponds to the diameter of the bore of the working cylinder 11 . A region 20 of a smaller diameter adjoins the region 19 and this region is in turn followed by a region of a larger diameter 21 .
Der Abschnitt 21 des Arbeitskolbens 12 begrenzt die rückwärtige Kammer 22 des Arbeitszylinders nach vorne hin. Die Kammer 22 ist über eine Leitung 23 mit dem Steuerzylinder 24 verbunden, in welchem der als Hülse oder Hohlkolben ausgebildete Steuerkolben 25 zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist. Der Innenkanal des Steuerkolbens 25 steht in ständiger Verbindung mit der Druckleitung 15. Der Steuerkolben 25 weist außerdem eine äußere Ringnut 26 auf, die in der (nicht dargestellten) einen Endstellung des Steuerkolbens 25 die Leitung 23 mit einer Rücklaufleitung 27 verbindet und in der (in Fig. 1 dargestellten) Stellung des Steuerkolbens 25 blockiert ist. Durch den Steuerkolben 25 wird die Leitung 23 abwechselnd mit der Druckleitung 15 und mit der Rücklaufleitung 27 verbunden. The section 21 of the working piston 12 delimits the rear chamber 22 of the working cylinder towards the front. The chamber 22 is connected via a line 23 to the control cylinder 24 , in which the control piston 25 , which is designed as a sleeve or hollow piston, can be displaced between two end positions. The inner channel of the control piston 25 is in constant communication with the pressure line 15 . The control piston 25 also has an outer annular groove 26 which, in the (not shown) one end position of the control piston 25, connects the line 23 to a return line 27 and is blocked in the (shown in FIG. 1) position of the control piston 25 . The control piston 25 connects the line 23 alternately to the pressure line 15 and to the return line 27 .
Die vordere Stirnseite 28 des Steuerkolbens 25 ist ständig dem Druck der Druckleitung 15 ausgesetzt. Da die Fläche der vorderen Stirnseite 28 größer ist als diejenige der rückwärtigen Stirnseite 29, erhält der Steuerkolben 25 eine hydraulische Vorspannung in Richtung auf die (nicht dargestellte) gemäß Fig. 1 linke Endlage. Der Steuerkolben 25 weist außerdem einen Umfangsring 30 auf, dessen rückwärtige Begrenzung eine Steuerfläche 31 und dessen vordere Begrenzung eine Entlastungsfläche 32 bildet. Die Steuerfläche 31 ist flächenmäßig größer als die Entlastungsfläche 32. Der Umfangsring 30 ist in einer Nut 33 des Steuerzylinders 24 längsverschiebbar. In den rückwärtigen Teil dieser Nut führt die Steuerleitung 34 hinein, deren Druck auf die Steuerfläche 31 einwirkt. Der vordere Bereich der Nut 33 steht über eine Leitung 35 mit der Rücklauf leitung 27 in Verbindung.The front face 28 of the control piston 25 is constantly exposed to the pressure of the pressure line 15 . Since the area of the front end face 28 is larger than that of the rear end face 29 , the control piston 25 receives a hydraulic preload in the direction of the left end position (not shown) according to FIG. 1. The control piston 25 also has a circumferential ring 30 whose rear boundary forms a control surface 31 and whose front boundary forms a relief surface 32 . The control surface 31 is larger in area than the relief surface 32 . The circumferential ring 30 is longitudinally displaceable in a groove 33 of the control cylinder 24 . The control line 34 leads into the rear part of this groove, the pressure of which acts on the control surface 31 . The front region of the groove 33 is connected via a line 35 to the return line 27 .
In der in Fig. 1 dargestellten Position des Steuer kolbens 25 sind die Flächen 29 und 31 und die vordere Stirnseite 28 des Steuerkolbens jeweils mit dem gleichen Druck beaufschlagt. Da die Summe der Flächen 29 und 31 größer ist als die Fläche der Stirnseite 28, wird der Steuerkolben 25 in seiner (vorderen) rechten Endlage gehalten. In dieser Lage gelangt der Druck durch die Leitung 23 in die rückwärtige Kammer 22 des Arbeits zylinders 11. Der Arbeitskolben 12 wird somit in Richtung auf den Amboß 13 beschleunigt, so daß ein Schlag ausgeführt wird. In the position of the control piston 25 shown in FIG. 1, the surfaces 29 and 31 and the front end face 28 of the control piston are each subjected to the same pressure. Since the sum of the areas 29 and 31 is larger than the area of the end face 28 , the control piston 25 is held in its (front) right end position. In this position, the pressure passes through line 23 into the rear chamber 22 of the working cylinder 11 . The working piston 12 is thus accelerated in the direction of the anvil 13 , so that a blow is carried out.
Die Steuerleitung 34 ist mit mehreren Zweigleitun gen 340 bis 346 verbunden, die umfangsmäßig ver teilt und axial gestaffelt an unter schiedlichen Stellen in den Arbeitszylinder 11 ein münden. Die Mündungsöffnungen sind mit 36 bezeichnet. Wenn die Öffnungen 36 aller Zweigleitungen durch den Abschnitt 19 des Arbeitskolbens 12 verschlossen sind, kann der Druck der vorderen Kammer 16 nicht mehr in die Steuerleitung 34 gelangen, so daß sich der auf die Steuerfläche 31 des Steuerkolbens 25 einwirkende Druck verringert. Der Steuerkolben 25 wird dadurch gemäß Fig. 1 nach links bewegt. Dabei wird durch die Ringnut 26 die Leitung 23 mit der Rücklaufleitung 27 verbunden, so daß die rückwärtige Kammer 22 des Arbeitszylinders 11 drucklos wird. Der auf die Steuerkante 17 einwirkende Druck bewirkt nunmehr den Rückhub des Arbeitskolbens 12. Während des Rückhubes werden die Öffnungen 36 der Zweigleitungen 340 bis 346 nacheinander freigelegt.The control line 34 is connected to a plurality of Zweigleitun conditions 340 to 346 , the circumferentially ver shares and axially staggered at different locations in the cylinder 11 open. The mouth openings are denoted by 36 . If the openings 36 of all branch lines are closed by the section 19 of the working piston 12 , the pressure of the front chamber 16 can no longer get into the control line 34 , so that the pressure acting on the control surface 31 of the control piston 25 is reduced. The control piston 25 is thereby moved to the left according to FIG. 1. The line 23 is connected to the return line 27 through the annular groove 26 , so that the rear chamber 22 of the working cylinder 11 is depressurized. The pressure acting on the control edge 17 now brings about the return stroke of the working piston 12 . During the return stroke, the openings 36 of the branch lines 340 to 346 are exposed one after the other.
Die Zweigleitungen 340 bis 346 sind Querbohrungen, die in einen weiteren Zylinder 37 einmünden, in dem ein Kolben 38 verschiebbar ist. Der Kolben 38 hat zwei mit gegenseitigem Abstand angeordnete Kolbenteile 381 und 382, deren Durchmesser dem Durchmesser der Bohrung des Zylinders 37 entspricht. Die Kolbenteile 381 und 382 sind durch eine Stange 383 mit kleinerem Durch messer voneinander getrennt. Die Länge des Kolbenteiles 381 entspricht etwa der Länge desjenigen Bereichs, in dem die Zweigleitungen 340 bis 346 in Längsrichtung ge staffelt in den Zylinder 37 einmünden. Der Zylinder 37 ist jedoch so lang, daß das Kolbenteil 381 voll aus dem Bereich der Zweigleitungen 340 bis 346 herausgeschoben werden kann. In diesem Falle sind sämtliche Zweigleitungen durch den die Stange 383 umgebenden Bereich des Kolbens 38 im Inneren des Zylinders 37 untereinander verbunden.The branch lines 340 to 346 are transverse bores which open into a further cylinder 37 in which a piston 38 can be displaced. The piston 38 has two piston parts 381 and 382 which are arranged at a mutual spacing and whose diameter corresponds to the diameter of the bore of the cylinder 37 . The piston parts 381 and 382 are separated from each other by a rod 383 with a smaller diameter. The length of the piston part 381 corresponds approximately to the length of the area in which the branch lines 340 to 346 open in the longitudinal direction ge staggered into the cylinder 37 . However, the cylinder 37 is so long that the piston part 381 can be pushed fully out of the region of the branch lines 340 to 346 . In this case, all branch lines are interconnected by the area of the piston 38 surrounding the rod 383 inside the cylinder 37 .
Der Kolben 38 wird von einer Feder 39 in seine vordere Endstellung gedrückt, in der er die Zweig leitungen 340 bis 346 untereinander verbindet. Die Feder 39 ist an ihrem rückwärtigen Ende an einem Justierschieber 40 abgestützt. Der Justierschieber 40 ist mit einem Gewindebolzen 41 versehen, der durch eine stirnseitige Gewindebohrung des Gehäuses hindurchragt und von außen gedreht werden kann. Der Gewindebolzen 41 ist durch eine Kontermutter 42 gegen unbeabsichtigtes Drehen gesichert.The piston 38 is pressed by a spring 39 into its front end position, in which it connects the branch lines 340 to 346 to one another. The spring 39 is supported at its rear end on an adjusting slide 40 . The adjusting slide 40 is provided with a threaded bolt 41 which projects through an end threaded hole in the housing and can be rotated from the outside. The threaded bolt 41 is secured against inadvertent rotation by a lock nut 42 .
Durch Drehen des Gewindebolzens 41 kann die axiale Lage des Justierschiebers 40 und somit auch die Vorspannung der Feder 39 verändert werden.By turning the threaded bolt 41 , the axial position of the adjusting slide 40 and thus the pretension of the spring 39 can be changed.
An dem der Feder 39 abgewandten Ende des Kolbens 38 führt eine Steuerleitung 43 in den Zylinder 37 hinein. Der Druck in der Steuerleitung 43 wirkt also dem Druck der Feder 39 entgegen. Der Kolben 38 stellt sich auf eine Stellung ein, in der ein Gleichgewicht zwischen der Kraft der Feder 39 und dem Druck der Steuerleitung 43 besteht. Je größer der Druck in der Steuerleitung 43 ist, um so mehr Zweigleitungen 340 bis 346 werden von dem Kolbenteil 381 des Kolbens 38 abgesperrt. Die Absperrung beginnt an der in Schlagrichtung des Arbeitskolbens 12 am weitesten vorne liegenden Zweigleitung 346 und endet an der am weitesten zurückliegenden Zweigleitung 340.At the end of the piston 38 remote from the spring 39 , a control line 43 leads into the cylinder 37 . The pressure in the control line 43 thus counteracts the pressure of the spring 39 . The piston 38 adjusts to a position in which there is a balance between the force of the spring 39 and the pressure of the control line 43 . The greater the pressure in the control line 43 , the more branch lines 340 to 346 are blocked by the piston part 381 of the piston 38 . The shutoff begins at the branch line 346, which is the most forward in the impact direction of the working piston 12, and ends at the most distant branch line 340 .
Bei einem Rückhub des Arbeitskolbens 12 (gemäß Fig. 1 nach links) gelangt der in der Kammer 16 herrschende volle Druck über den Zylinder 37 erst dann in die Steuerleitung 34 des Steuerzylinders 25, wenn die Steuerkante 17 in den Bereich der ersten Zweigleitung 340 bis 346 gelangt ist, die durch das Kolbenteil 381 nicht abgeschlossen ist. Dies bedeutet, daß der Rückhub des Arbeitskolbens 12 um so größer wird, je mehr Zweigleitungen 340 bis 346 (beginnend mit der vordersten Zweigleitung 346) abgesperrt sind. Wenn die Steuerkante 17 die erste geöffnete Zweigleitung erreicht hat, wird über die Steuerleitung 34 der Steuerkolben 25 in die in Fig. 1 dargestellte Position gebracht, in der die rückwärtige Kammer 22 des Arbeitszylinders 11 mit dem Druck der Druckleitung 15 beaufschlagt werden kann, wodurch die nach vorne gerichtete Schlagbewegung des Arbeitskolbens erfolgt. During a return stroke of the working piston 12 (to the left according to FIG. 1), the full pressure prevailing in the chamber 16 reaches the control line 34 of the control cylinder 25 via the cylinder 37 only when the control edge 17 reaches the area of the first branch line 340 to 346 has reached, which is not completed by the piston part 381 . This means that the return stroke of the working piston 12 becomes larger the more branch lines 340 to 346 (starting with the foremost branch line 346 ) are blocked. When the control edge 17 has reached the first opened branch line, the control piston 25 is brought via the control line 34 into the position shown in Fig. 1, in which the rear chamber 22 of the working cylinder 11 can be pressurized by the pressure line 15 , whereby the forward movement of the working piston occurs.
In Fig. 1 sind ferner einige Leck- und Rück führungsleitungen 44 dargestellt, die sämtlich mit der Rücklaufleitung 27 verbunden sind. Diese Leitungen 44 haben die Aufgabe, Hydraulikflüssigkeit, die durch Leckage in verschiedene drucklose Bereiche der Schlag vorrichtung gelangt sind, wieder in den Tank zurück zuführen.In Fig. 1 some leakage and return lines 44 are also shown, which are all connected to the return line 27 . These lines 44 have the task of returning hydraulic fluid, which has leaked into various unpressurized areas of the impact device, back into the tank.
Schließlich ist ein durch das Gehäuse und durch Bohrungen in dem Arbeitskolben 12 und dem Amboß 13 hindurchgehendes Spülrohr 45 vorgesehen, das zur Ein leitung von Spülflüssigkeit in den Bohrstrang dient.Finally, a flushing pipe 45 is provided through the housing and through bores in the working piston 12 and the anvil 13 , which serves for the introduction of flushing liquid into the drill string.
Der beschriebene Bohrhammer 10 ist gemäß Fig. 2 Be standteil einer Schlagbohrvorrichtung 46, die einen hydraulischen Drehmotor 47 enthält. Der Drehmotor 47 treibt ein Zahnrad 48 an, welches mit einem Zahnrad 49 kämmt, das drehfest mit dem Bohrstrang 50 verbunden ist. Auf dem Bohrstrang 50 werden von dem Bohrhammer 10 Schläge ausgeübt, während der Drehmotor 47 den Bohr strang 50 dreht. Die Schlagbohrvorrichtung 46 wird von der Vorschubvorrichtung 51, bei der es sich um eine Kolben-Zylinder-Einheit handelt, in Richtung auf das Bohrloch unter ständigem Druck vorgeschoben. Die Vor schubvorrichtung 51 ist an einem ortsfesten Widerlager abgestützt.The described hammer drill 10 is shown in FIG. 2 Be part of an impact drill 46 , which includes a hydraulic rotary motor 47 . The rotary motor 47 drives a gearwheel 48 which meshes with a gearwheel 49 which is connected to the drill string 50 in a rotationally fixed manner. On the drill string 50 10 strokes are exerted by the hammer drill while the rotary motor 47 rotates the drill string 50 . The percussion drilling device 46 is advanced by the feed device 51 , which is a piston-cylinder unit, in the direction of the borehole under constant pressure. Before the push device 51 is supported on a stationary abutment.
In den Zylinder der Vorschubvorrichtung 51 führt eine Druckleitung 52, die über einen Steuerblock 53 von einer Pumpe 54 mit Druck beaufschlagt wird. Der Steuerblock 53 ist ein manuell betätigbares Umschalt ventil, über das entweder die Druckleitung 52 oder die Druckleitung 55 an die Pumpe 54 angeschlossen wird, um die Schlagbohrvorrichtung 46 vorzudrücken oder zu rückzuziehen. Die Druckleitung 52 für den Bohrvorschub ist an dem einen Einlaß 56 des Wechselventils 57 ange schlossen. Der andere Einlaß 58 des Wechselventils 57 ist über das weitere Wechselventil 61 mit den hydrau lischen Versorgungsleitungen 59, 60 des Drehmotors 47 verbunden. Der Auslaß des Wechselventils 57 ist an die Steuerleitung 43 des Bohrhammers 10 angeschlossen. Das Wechselventil 57 läßt den größten der Drücke seiner beiden Einlässe 56 und 58 zur Steuerleitung 43 durch.A pressure line 52 leads into the cylinder of the feed device 51 and is pressurized by a pump 54 via a control block 53 . The control block 53 is a manually operable switch valve, via which either the pressure line 52 or the pressure line 55 is connected to the pump 54 in order to advance or withdraw the hammer drill 46 . The pressure line 52 for the drilling feed is closed at one inlet 56 of the shuttle valve 57 . The other inlet 58 of the shuttle valve 57 is connected via the further shuttle valve 61 with the hy metallic supply lines 59, 60 of the rotary motor 47 . The outlet of the shuttle valve 57 is connected to the control line 43 of the hammer drill 10 . The shuttle valve 57 passes the greatest of the pressures of its two inlets 56 and 58 to the control line 43 .
Das Wechselventil 61, dessen Eingänge an die Leitungen 59 und 60 angeschlossen sind, hat die Aufgabe, den je weils größeren Druck, der in einer dieser Leitungen herrscht, an den Einlaß 58 zu übertragen. Der Zweck des Wechselventils 61 besteht darin, den Arbeitsdruck des Drehmotors 47 sowohl bei Rechtsdrehung als auch bei Linksdrehung des reversiblen Drehmotors zum Wechsel ventil 57 zu übertragen. Die Leitungen 59, 60 sind über einen Steuerblock 62 zum manuellen Umschalten der Dreh richtung des Drehmotors mit einer Pumpe 63 verbunden.The shuttle valve 61 , the inputs of which are connected to the lines 59 and 60 , has the task of transferring the ever greater pressure which prevails in one of these lines to the inlet 58 . The purpose of the shuttle valve 61 is to transmit the working pressure of the rotary motor 47 to the shuttle valve 57 both when turning clockwise and when turning the reversible rotary motor counterclockwise. The lines 59, 60 are connected via a control block 62 for manually switching the direction of rotation of the rotary motor with a pump 63 .
Es sei angenommen, daß bei normalem Bohrbetrieb der Druck in der Druckleitung 52 bei etwa 100 bar liegt. Bei höherem Bohrwiderstand kann der Druck bis auf den maximalen Lieferdruck der Pumpe 54 ansteigen, z. B. auf 250 bar. Der Druck des Drehmotors 47 beträgt bei normalem Bohrwiderstand etwa 80 bar und bei erhöhtem Bohrwiderstand kann dieser Druck bis auf den maximalen Lieferdruck der Pumpe 63 ansteigen, z. B. auf 175 bar. It is assumed that the pressure in the pressure line 52 is approximately 100 bar during normal drilling operations. At higher drilling resistance, the pressure can rise to the maximum delivery pressure of the pump 54 , e.g. B. to 250 bar. The pressure of the rotary motor 47 is about 80 bar with normal drilling resistance and with increased drilling resistance this pressure can rise to the maximum delivery pressure of pump 63 , e.g. B. to 175 bar.
Die Feder 39 (Fig. 1) des Kolbens 38 ist so eingestellt, daß die Freigabe der Zweigleitungen 340 bis 346 durch den Kolben 38 dann erfolgt, wenn der Druck der Steuer leitung 43 120 bar übersteigt.The spring 39 ( Fig. 1) of the piston 38 is set so that the release of the branch lines 340 to 346 is carried out by the piston 38 when the pressure of the control line 43 exceeds 120 bar.
Das Diagramm der Fig. 3 zeigt den Verlauf des Steuer drucks P der Steuerleitung 43 bei zunehmendem Druck P D des Drehantriebs 47 und zunehmendem Druck P V der Vor schubvorrichtung 51. Bis zum Zeitpunkt t 1 haben die Drücke P D und P V normale Werte, d. h. die Vorrichtung zur Veränderung der Schlagzahl braucht nicht anzuspre chen. Im Zeitpunkt t 1 steigt zunächst der Drehwider stand, so daß der Druck P D sich erhöht. Sobald dieser Druck den Ansprechdruck des Kolbens 38 (hier: 120 bar) erreicht hat, beginnt er, den Kolben 38 zu verschieben und dadurch die Schlagzahl des Bohrhammers 10 zu ver ringern. Dieser Regelbereich ist in Fig. 3 durch die dickere Linie dargestellt. In dem Diagramm wird an genommen, daß zum Zeitpunkt t 2 sich auch der Vorschub widerstand erhöht, so daß der Druck P V ansteigt. So bald der Druck P V den Maximalwert von P D (hier: 175 bar) übersteigt, übernimmt er die Regelung des Steuerdrucks P an Steuerleitung 43, wodurch der Kolben 38 noch weiter verschoben und die Schlagzahl noch weiter verringert wird. Man erkennt, daß der jeweils größere der beiden Drücke P D und P V die Verschiebung des Kolbens 38 und damit die Veränderung der Schlagzahl bestimmt.The diagram of Fig. 3 shows the profile of the control pressure P of the control line 43 with increasing pressure P D of the rotary actuator 47 and increasing pressure P V of the pre thrust device 51. Up to the time t 1 , the pressures P D and P V have normal values, ie the device for changing the number of strokes need not respond. At time t 1 , the rotational resistance initially rises, so that the pressure P D increases. As soon as this pressure has reached the response pressure of the piston 38 (here: 120 bar), it begins to move the piston 38 and thereby reduce the number of strokes of the rotary hammer 10 . This control range is shown in Fig. 3 by the thick line. In the diagram it is assumed that at time t 2 the feed resistance also increases, so that the pressure P V increases. As soon as the pressure P V exceeds the maximum value of P D (here: 175 bar), it takes over the control of the control pressure P on the control line 43 , as a result of which the piston 38 is displaced even further and the number of strokes is reduced even further. It can be seen that the larger of the two pressures P D and P V determines the displacement of the piston 38 and thus the change in the number of strokes.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 entspricht weitgehend demjenigen der Fig. 2, so daß die nachfolgende Be schreibung auf die Unterschiede beschränkt werden kann. The embodiment of FIG. 4 largely corresponds to that of FIG. 2, so that the following description can be limited to the differences.
Die Pumpe 63 gemäß Fig. 4 hat einen Lieferdruck von maximal 120 bar. Dieser Lieferdruck ist so niedrig, daß er als Ansprechdruck für den Kolben 38 des Bohrhammers 10 nicht ausreicht bzw. jedenfalls für eine spürbare Verstellung der Schlagzahl unzureichend ist. Daher ist die Auslaßleitung 64 des Wechselventils 61 nicht direkt an den Einlaß 58 des Wechselventils 57 angeschlossen, sondern an den Steuereingang des Druckbegrenzungsventils 65, das eine Hilfsdruckquelle 66 (Pumpe) mit dem Tank verbindet. Der maximale Lieferdruck der Hilfsdruckquelle 66 liegt über demjenigen der Pumpe 63. Der dem Einlaß 58 des Wechselventils 57 zugeführte Druck wird durch das Druckbegrenzungsventil 65 bestimmt. Dieser Druck beträgt 50 bar, wenn der Steuerdruck an Leitung 64 niedrig ist, und 150 bar, wenn der Steuerdruck an Leitung 64 hoch ist. Die Umschaltung von 50 bar auf 150 bar findet statt, wenn der Steuerdruck an Leitung 64 einen Wert (z. B. 80 bar) erreicht, bei dem der Drehantrieb 47 bereits einer hohen Belastung unterliegt, der jedoch nicht ausreicht, um die Verstellung der Schlagzahl am Bohrhammer 10 zu bewirken. Der durch das Druckbegrenzungsventil 65 je weils eingestellte Druck wird dem Einlaß 58 zugeführt. Wenn dieser Druck den Druck am Einlaß 56 übersteigt und so groß ist, daß er über der Ansprechschwelle der Schlagzahlregelung liegt, bewirkt er eine Verringerung der Schlagzahl.The pump 63 according to FIG. 4 has a maximum delivery pressure of 120 bar. This delivery pressure is so low that it is not sufficient as a response pressure for the piston 38 of the hammer drill 10 or is in any case insufficient for a noticeable adjustment of the number of strokes. Therefore, the outlet line 64 of the shuttle valve 61 is not directly connected to the inlet 58 of the shuttle valve 57 , but to the control input of the pressure relief valve 65 , which connects an auxiliary pressure source 66 (pump) to the tank. The maximum delivery pressure of the auxiliary pressure source 66 is above that of the pump 63 . The pressure supplied to the inlet 58 of the shuttle valve 57 is determined by the pressure relief valve 65 . This pressure is 50 bar when the control pressure on line 64 is low and 150 bar when the control pressure on line 64 is high. The switchover from 50 bar to 150 bar takes place when the control pressure on line 64 reaches a value (e.g. 80 bar) at which the rotary drive 47 is already subjected to a high load, but which is not sufficient to adjust the stroke rate to effect on the hammer drill 10 . The pressure set by the pressure relief valve 65 each is supplied to the inlet 58 . If this pressure exceeds the pressure at inlet 56 and is so high that it exceeds the response threshold of the stroke rate control, it causes a reduction in the stroke rate.
In Fig. 5 ist das Ansteigen des Drucks P D des Drehan triebs 47 dargestellt. Dieser Druck nimmt maximal den Wert von 120 bar an, der für eine wirksame Regelung der Schlagzahl nicht ausreicht. P H bezeichnet den Hilfsdruck, der von dem Druckbegrenzungsventil 165 er zeugt wird. Sobald der Druck P D den Umschaltwert des Druckbegrenzungsventils 65 (hier: 80 bar) übersteigt, geht der Hilfsdruck P H von 50 bar auf 150 bar. Dieser Wert liegt über der Ansprechschwelle der Schlagzahl regelung (hier: 120 bar), so daß die Schlagzahlregelung einsetzt und die Schlagzahl vermindert wird. Steigt an schließend der Vorschubwiderstand, so übersteigt der Druck P V den Hilfsdruck P H , so daß er oberhalb des Druckes von 150 bar die weitere Schlagzahlverminderung übernimmt.In Fig. 5 the increase in the pressure P D of the rotary drive 47 is shown. This pressure assumes a maximum value of 120 bar, which is not sufficient for effective control of the stroke rate. P H denotes the auxiliary pressure that it generates from the pressure relief valve 165 . As soon as the pressure P D exceeds the changeover value of the pressure relief valve 65 (here: 80 bar), the auxiliary pressure P H goes from 50 bar to 150 bar. This value lies above the response threshold of the stroke rate control (here: 120 bar), so that the stroke rate control starts and the stroke rate is reduced. If the feed resistance then increases, the pressure P V exceeds the auxiliary pressure P H , so that it takes over the further reduction in the stroke rate above the pressure of 150 bar.
Das Überdruckventil 65 wirkt als eine Art Verstärker - bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Zwei punktverhalten. Es erzeugt in Abhängigkeit von dem Druck der Leitung 64 einen Hilfsdruck P H , der größer ist als der Steuerdruck und der die Schlagzahlregelung über nimmt. Die Hilfsdruckquelle 66 muß zwar imstande sein einen relativ hohen Druck zu liefern, sie kann aber eine kleine Förderleistung haben, da sie mit Ausnahme der Energie zur Verstellung des Kolbens 38 (Fig. 1) keine Antriebsenergie aufbringen muß.The pressure relief valve 65 acts as a kind of amplifier - in the present embodiment with two point behavior. Depending on the pressure of the line 64, it generates an auxiliary pressure P H that is greater than the control pressure and that takes over the stroke rate control. The auxiliary pressure source 66 must be able to deliver a relatively high pressure, but it can have a small delivery rate since, with the exception of the energy for adjusting the piston 38 ( FIG. 1), it does not have to apply any drive energy.
Der von der Hilfsdruckquelle 66 und dem steuerbaren Druckbegrenzungsventil 65 gebildete Verstärker wirkt bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 nicht linear, nämlich als Zweipunktverstärker. Zur Verbesserung der Regelung kann es zweckmäßig sein, ein Druckbegrenzungs ventil zu verwenden, das den Hilfsdruck P H in Abhängig keit von dem Druck der Leitung 64 kontinuierlich, vorzugsweise linear, verändert.The amplifier formed by the auxiliary pressure source 66 and the controllable pressure relief valve 65 does not act linearly in the exemplary embodiment in FIG. 4, namely as a two-point amplifier. To improve the control, it may be advisable to use a pressure relief valve which changes the auxiliary pressure P H continuously, preferably linearly, depending on the pressure of the line 64 .
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