DE4134918C1 - Deep-hole hammer for use in drilling - includes control edges on movable sliders which move so edge is in pressurised cylinder chamber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tieflochhammer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei Erdbohrungen, bei denen ein Bohrwerkzeug schlagend und drehend in den Erdboden hinein vorgetrieben wird, können die Schläge entweder durch einen am rückwärtigen Ende des Bohrstranges angebrachten Außenhammer aufge­ bracht werden oder durch einen Tieflochhammer, der im Zuge des Bohrstranges angeordnet ist. Der Vorteil von Tieflochhammern besteht darin, daß sie ein richtungs­ genaues Bohren ermöglichen, weil die Schläge unmittel­ bar auf das Bohrwerkzeug ausgeübt werden und nicht über einen langen Rohrstrang, der der Gefahr von Durch­ biegungen ausgesetzt ist. Ferner wird bei einem Tief­ lochhammer die Schlagenergie besser genutzt, weil keine Energie in einem schlagübertragenden Rohrstrang ver­ lorengeht.

Tieflochhämmer werden üblicherweise mit Druckluft be­ trieben, die dem Tieflochhammer durch den Rohrstrang hindurch zugeführt wird. Die aus dem Tieflochhammer abströmende entspannte Luft wird am Bohrwerkzeug abge­ blasen und kann zum Zurückspülen des gelösten Bohrgutes benutzt werden. Es ist aber auch möglich, Tiefloch­ hammer mit einem hydraulischen Druckmedium zu be­ treiben.

Bei den bekannten Tieflochhämmern führt ein Kolben ab­ wechselnd einen Arbeitshub und einen Rückhub aus. Die Umsteuerung erfolgt z. B. durch Löcher oder Nuten, die im Zylinder vorgesehen sind, in Abhängigkeit von dem Kolbenweg, bzw. derjenigen Stellung, die der Kolben im Zylinder einnimmt. Am Kolben oder am Zylinder sind Steuerkanten vorhanden, die mit entsprechenden Elementen am Kolben oder am Zylinder zusammenwirken und bewirken, daß entweder die dem Bohrwerkzeug zugewandte vordere Zylinderkammer oder die rückwärtige Zylinder­ kammer mit Druck beaufschlagt wird, während die jeweils andere Zylinderkammer drucklos wird. Beim Arbeitshub, bei dem der Kolben gegen das Bohrwerkzeug bewegt wird, wird zunächst die rückwärtige Zylinderkammer mit Druck beaufschlagt und die vordere Zylinderkammer wird druck­ los gemacht. Dadurch wird in einer Antriebsphase der Kolben beschleunigt. Wenn der Kolben einen Teil seines Weges zurückgelegt hat, wird die vordere Zylinderkammer abgeschlossen, so daß aus ihr die Luft nicht mehr in die Abströmleitung entweichen kann. Die rückwärtige Zylinderkammer wird drucklos und der Kolben bewegt sich nur durch seine kinetische Energie weiter nach vorn, bis er auf das Bohrwerkzeug schlägt. Bei dem an­ schließenden Rückhub entspannt sich zunächst die Luft in der vorderen Zylinderkammer, wodurch der Kolben be­ schleunigt wird. Die vordere Zylinderkammer wird dann an die Druckleitung angeschlossen, während die rück­ wärtige Zylinderkammer drucklos wird. Nach Abschluß dieser Antriebsphase wird die rückwärtige Zylinder­ kammer abgeschlossen, so daß die Luft aus ihr nicht entweichen kann und die vordere Zylinderkammer wird drucklos. Der Kolben bewegt sich infolge seiner kine­ tischen Energie weiter nach hinten, bis er seine rück­ wärtige Endstellung erreicht.

Ein Nachteil dieser bekannten Tieflochhammer besteht darin, daß sowohl bei dem Arbeitshub als auch beim Rückhub ein großer Teil der kinetischen Energie des Kolbens durch ein Luftpolster verbraucht wird, das in der Endphase der Kolbenbewegung dem Kolben entgegen­ gerichtet ist. Nachteilig ist weiterhin, daß die An­ triebsphase relativ kurz ist. Da beim Arbeitshub des Kolbens die Antriebsphase von derselben Steuerkante beendet wird, die beim nachfolgenden Rückhub die rück­ wärtige Zylinderkammer absperrt und somit den Aufbau des bremsenden Luftpolsters steuert, ist bezüglich der Lage dieser Steuerkante ein Kompromiß erforderlich. Liegt diese Steuerkante relativ weit hinten, ergibt sich beim Arbeitshub eine lange Antriebsphase, jedoch beim Rückhub eine verkürzte Antriebsphase. Wird dagegen die erste Steuerkante, die beim Arbeitshub die Brems­ phase einleitet und beim Rückhub die Antriebsphase be­ endet, weit nach vorne verlegt, so wird zwar beim Rück­ hub die Antriebsphase verlängert, jedoch beim Arbeits­ hub die Antriebsphase verkürzt. Diese Voraussetzungen haben zur Folge, daß die Umsteuerung zwischen Antriebs­ phase und Bremsphase bei den bekannten Tieflochhammern etwa bei dem halben Kolbenweg im Zylinder erfolgen muß. Dadurch ist durch den sich frühzeitig aufbauenden Gegendruck die Schlagenergie des auf das Bohrwerkzeug auftreffenden Kolbens relativ gering und der Tiefloch­ hammer arbeitet mit geringem Wirkungsgrad. Zur Erzie­ lung eines hohen Bohrvortriebs wird in der Regel der Druck, mit dem der Tieflochhammer betrieben wird, rela­ tiv groß gemacht. Dies erfordert einen hohen Kompres­ sionsaufwand und somit eine hohe Maschinenleistung und einen hohen Energieverbrauch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tief­ lochhammer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei dem die Ausnutzung der Druckenergie verbessert ist und der bei gleichem Energiebedarf eine höhere Schlagleistung hat, oder bei gleicher Schlagleistung einen verringerten Druck- und Energiebedarf.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Tieflochhammer befindet sich die erste Steuerkante beim Arbeitshub in der vorderen Endstellung, so daß die Abströmphase aus der vorderen Zylinderkammer heraus verlängert wird. Dadurch wird gleichzeitig die Bremsphase, in der in der vorderen Zylinderkammer ein Druckpolster vorhanden ist, ver­ kürzt, so daß der Kolben mit höherer Schlagenergie auf das Bohrwerkzeug trifft. Beim Rückhub befindet sich die erste Steuerkante in der vorderen Endstellung, wodurch beim Rückhub die Antriebsphase verlängert und damit die für den Rückhub benötigte Zeit verkürzt wird.

Wenn die zweite Steuerkante bewegbar ist, befindet sie sich beim Arbeitshub in der hinteren Endstellung, wo­ durch die Antriebsphase verlängert wird. Beim Rückhub befindet sich die zweite Steuerkante in der vorderen Endstellung, so daß die Abströmphase als der rück­ wärtigen Zylinderkammer heraus ebenfalls verlängert wird. Die rückwärtige Zylinderkammer wird also später verschlossen und das sich bildende Luftpolster wird verkleinert.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Tieflochhammer beide Steuerkanten an Schiebern angebracht sind, wird sowohl beim Arbeitshub als auch beim Rückhub jeweils die Druckphase in der antreibenden Zylinderkammer ver­ längert als auch die Abströmphase in der entgegen­ gesetzten Zylinderkammer verlängert. Dadurch erhält der Kolben eine längere Antriebsphase und eine höhere kine­ tische Energie und die der Kolbenbewegung entgegen­ wirkenden Druckpolster werden verringert. Der Tiefloch­ hammer hat einen wesentlich verbesserten Wirkungsgrad.

Die Schieber können durch Reibung am Kolben mitgenommen werden, so daß sie sich jeweils auf eine dem Kolben nachlaufende Stellung einstellen. Wenn einer oder beide Schieber am Kolben angebracht sind, können sie durch Trägheitskräfte verstellbar sein, wobei sie ebenfalls eine dem Kolben nachlaufende Stellung einnehmen. Schließlich ist es auch möglich, die Schieber über Steuerleitungen durch Fluiddruck umzusteuern. Eine weitere Möglichkeit der Schiebersteuerung besteht darin, mit dem abströmenden Medium eine Sogwirkung zu erzeugen, die zur Verstellung eines Schiebers benutzt wird.

Wenn zwei Schieber vorhanden sind, werden diese gegen­ sinnig zueinander gesteuert, d. h. wenn der eine Schieber in seiner vorderen Endstellung ist, ist der andere Schieber in seiner rückwärtigen Endstellung. Allerdings ist der Zeitpunkt der Umsteuerung der Schieber relativ unkritisch, so daß beide Schieber nicht notwendigerweise genau zeitgleich umgesteuert werden müssen.

Die Erfindung ist bei allen Arten von Tieflochhämmern anwendbar, bei denen am Kolben oder am Zylinder Steuer­ kanten vorhanden sind, die mit entsprechenden Durch­ lässen am jeweils anderen Teil zusammenwirken, und zwar sowohl bei pneumatisch als auch bei hydraulisch betrie­ benen Tieflochhämmern.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Teils eines Bohr­ strangs mit Tieflochhammer,

Fig. 1a und 2 eine erste Ausführungsform des Tieflochhammers in der Antriebsphase des Arbeitshubs und in der Antriebsphase des Rückhubs,

Fig. 3 und 4 eine zweite Ausführungsform des Tieflochhammers mit pneumatisch verstellbaren Schiebern,

Fig. 5 und 6 eine dritte Ausführungsform mit Stufenkolben und am Kolben vorgesehenen separaten Schiebern,

Fig. 7 und 8 eine vierte Ausführungsform mit am Kolben vor­ gesehenen separaten Schiebern, die pneumatisch verschoben werden,

Fig. 9 und 10 eine fünfte Ausführungsform mit ungestuftem Kolben und einem am Kolben vorgesehenen einzi­ gen Schieber, der pneumatisch verschoben wird,

Fig. 11 und 12 eine sechste Ausführungsform mit ungestuftem Kolben und zwei Schiebern,

Fig. 13 und 14 eine siebte Ausführungsform mit ungestuftem Kolben, zwei Schiebern und pneumatischer Kolbenverstellung, und

Fig. 15 und 16 eine achte Ausführungsform mit Stufenkolben und ohne Steuerventil.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 1a und 2 ist am Ende eines Bohrstranges 10 der Tiefloch­ hammer 11 angebracht. Am vorderen Ende des Tieflochham­ mers 11 ist die Bohrkrone 12 in Grenzen längsverschieb­ bar befestigt. Auf das rückwärtige Ende 14 des Schafts 13 der Bohrkrone 12 schlägt der Kolben 15 des Tiefloch­ hammers 11.

Der Tieflochhammer wird mit Druckluft betrieben, welche durch den hohlen Bohrstrang 10 hindurch zugeführt wird. Am Ende des Bohrstrangs 10 ist im Inneren dieses Bohr­ strangs ein Rohr 16 angeordnet, das die Druckluft in einen Verteilerraum 17 leitet, in dem sich ein elastischer Axialpuffer 18 befindet, der verhindert, daß die axialen Reaktionskräfte des Kolbens 15 auf den Bohrstrang 10 übertragen werden. Von der Verteiler­ kammer 17 führen Bohrungen 19 zu einem druckbetätigten Umschaltventil 20, das einen Ventilteller 21 aus Elastomermaterial aufweist. Der Ventilteller 21 arbeitet mit zwei einander entgegengesetzten Ventil­ sitzen 22 und 23 zusammen. Wenn der Ventilteller 21 gemäß Fig. 1a an dem Ventilsitz 23 anliegt, wird die Druckleitung 24 gemäß Fig. 1a über einen Ringkanal 25 mit der rückwärtigen Zylinderkammer 26 verbunden. Wenn der Ventilteller 21 gemäß Fig. 2 an dem Ventilsitz 22 anliegt, wird die Druckleitung 24 mit einem Ringkanal 28 verbunden, der mit einem weiteren Ringkanal 28 in Verbindung steht. Der Ringkanal 28 umgibt den Zylinder 29, in dem der Kolben 15 verschiebbar ist. Der Innen­ raum des Zylinders 29 wird durch den Kolben 15 in die rückwärtige Zylinderkammer 26 und die vordere Zylinder­ kammer 30 unterteilt. Der elastische Ventilteller 21 wird durch den Druck im Ringraum 27 gesteuert. Ist dieser Druck wesentlich niedriger als der Druck in der Druckleitung 24, dann liegt der Ventilteller 21 am Ventilsitz 23 an. Übersteigt der Druck im Ringraum 27 einen oberen Grenzwert, dann wird der Ventilteller 21 vom Ventilsitz 23 fort und gegen den Ventilsitz 22 ge­ drückt.

Der Tieflochhammer 11 weist ein rohrförmiges Gehäuse 31 auf, das den ebenfalls rohrförmigen Zylinder 29 unter Bildung des Ringkanals 28 umgibt. In den Zylinder 29 ragt von dem Ende der rückwärtigen Zylinderkammer 26 her ein zylindrischer Schaft 32, der sich bis in den mittleren Bereich der Länge des Zylinders 29 erstreckt und durch das Steuerventil 20 hindurchragt. Der Schaft 32 dringt in eine Bohrung 33 des Kolbens 15 ein.

Diese Bohrung 33 hat eine ringförmige Ausnehmung 34, in der der Kopf eines zwischen dem Schaft 32 und dem Kolben 15 sitzenden ringförmigen Schiebers 35 ver­ schiebbar ist. Die Enden der Ausnehmung 34 bilden An­ schläge für die axiale Bewegung des ringförmigen Schiebers 35. In dem Kopf des Schiebers 35 sind längs­ laufende Entlastungsnuten 36 vorgesehen, die verhin­ dern, daß sich ein Luftpolster ausbildet, das der Be­ wegung des Schiebers 35 entgegenwirkt. In der rück­ wärtigen Stellung des Schiebers 35 ragt dessen rück­ wärtiges Ende über das Ende 37 des Kolbens 15 hinaus. Dieses rückwärtige Ende bildet die mit E2 bezeichnete zweite Steuerkante. In der vorderen Endstellung des Schiebers 35 gemäß Fig. 2 befindet sich die zweite Steuerkante E2 vor dem Kolbenende 37 im Inneren des Kolbens 15.

Die Steuerkante 38 wirkt mit der am Ende des Schafts 32 vorgesehenen Steuerkante 39 zusammen. Beim Arbeitshub begrenzt die am Umfang des Schafts 32 entlang­ streichende Steuerkante 38 die rückwärtige Zylinder­ kammer 26, die auf diese Weise geschlossen gehalten wird. Wenn die Steuerkante 38 die Steuerkante 39 passiert, öffnet sich die rückwärtige Zylinderkammer 26 zur Abströmleitung 40 hin, durch die die Druckluft in die Bohrkrone 12 hinein entweicht, um aus der Bohrkrone durch (nicht dargestellte) Auslaßöffnungen auszu­ strömen.

Der Kolben 15 ist als Stufenkolben ausgebildet, d. h. von seinem vorderen Ende steht ein rohrförmiger Hals 15a ab, der in einen am vorderen Ende des Zylinders 29 vorgesehenen Zylinderabschnitt 29a verringerten Durch­ messers eintauchen kann.

Im Zylinderabschnitt 29a befindet sich eine ringförmige Ausnehmung 41, deren Enden Anschläge für den Kopf eines hülsenförmigen Schiebers 42 bilden. Der Schieber 42 ist in Grenzen axial verschiebbar und er weist an seinem vorderen Ende die mit 43 bezeichnete ringförmige erste Steuerkante E1 auf. Diese Steuerkante wirkt mit der Steuerkante 44 am rückwärtigen Ende des Halses 15a des Kolbens 15 zusammen. Wenn die Steuerkante 44 in den Schieber 42 eintaucht, wird die vordere Zylinderkammer 30 gegen die Abströmleitung 41 abgeschlossen. Der Schieber 42 weist mehrere in die Ausnehmung 41 führende radiale Öffnungen 45 auf, die als Venturi-Düsen wirken. Wenn der Schieber 42 von Luft durchströmt ist, reißt diese Luft durch die Öffnungen 45 Luft aus der Ausneh­ mung 41 mit, wodurch die Ausnehmung 41 evakuiert wird. Infolge der Sogwirkung wird der Schieber 42 aus der in Fig. 1 dargestellten vorderen Endposition in die rück­ wärtige Endposition gemäß Fig. 2 bewegt.

In der Wand des Zylinders 29 sind Bohrungen 46 vorge­ sehen, die den Ringraum 28 mit dem Bereich der vorderen Zylinderkammer 30 verbinden und die von dem Kolben 15 gemäß Fig. 2 in dessen vorderer Endstellung überdeckt werden.

Der Tieflochhammer nach den Fig. 1a und 2 arbeitet wie folgt: Am Beginn des Arbeitshubs befindet sich der Kolben 15 gemäß Fig. 1 in der rückwärtigen Endstellung und das Ventil 20 liefert Druck durch den Ringraum 25 in die rückwärtige Zylinderkammer 26. Andererseits ver­ schließt das Ventil 20 die Verbindung zwischen der Druckleitung 24 und dem Ringkanal 28. Die vordere Zylinderkammer 30 ist mit der Abströmleitung 40 ver­ bunden und durch die Bohrungen 46 ist der Ringkanal 28 drucklos. Der Kolben 15 wird durch die Druckdifferenz zwischen der rückwärtigen Zylinderkammer 26 und der vorderen Zylinderkammer 30 nach vorne beschleunigt. Durch Reibung am Kolben 15 und am Schaft 32 wird der Schieber 35 in seine rückwärtige Endposition in bezug auf den Kolben 15 gebracht, d. h. die zweite Steuer­ fläche E2 befindet sich im herausgefahrenen Zustand, wodurch der Kolben 15 gewissermaßen zum rückwärtigen Ende hin verlängert wird. Auch die Massenträgheit des Schiebers 35 bewirkt, daß dieser Schieber seine rück­ wärtige Endstellung entgegen der Druckkraft der Zylin­ derkammer 26 einnimmt. Beim Vorwärtshub erreicht die zweite Steuerkante E2 die Steuerkante 39 des Schafts 32 später als dies der Fall wäre, wenn die Endfläche 37 die Steuerfläche bilden würde. Daher wird die mit Druck beaufschlagte Zylinderkammer 26 erst zu einem späteren Zeitpunkt mit der Abströmleitung 40 verbunden und die Antriebsphase des Kolbens 15 dauert länger.

Der Schieber 42 befindet sich beim Arbeitshub des Kolbens 15 in der in Fig. 1a dargestellten vorderen Endstellung, so daß die Steuerkante 44 die erste Steuerkante E1 relativ spät erreicht. Dies hat zur Folge, daß die vordere Zylinderkammer 30 relativ lange zur Abströmleitung 40 hin offengehalten wird. Wenn die Steuerkante 44 die erste Steuerkante E1 erreicht, wird die vordere Zylinderkammer 30 verschlossen und in ihr bildet sich ein Luftpolster. Zur gleichen Zeit endet die Antriebsphase des Kolbens 15 und dieser wird in­ folge seiner kinetischen Energie weiter vorwärtsbewegt, wobei das in der Zylinderkammer 30 enthaltene Luft­ polster komprimiert wird. Der Druck dieses Druck­ polsters wird über die Bohrungen 46 in den Ringkanal 28 und den Ringraum 27 übertragen, wodurch das Ventil 20 umgesteuert wird und nunmehr den Ringkanal 28 mit der Druckleitung 24 verbindet, während der Ringraum 25 von der Druckleitung 24 abgetrennt wird. Gemäß Fig. 2 ist durch die Bohrung 33 des Kolbens 15 hindurch die rück­ wärtige Zylinderkammer 26 drucklos und beim Rückhub bewegt zunächst das Druckpolster der Zylinderkammer 30 den Kolben 15 nach hinten, bis der Druck im Ringraum 28 durch die Bohrungen 46 hindurch den Kolben 15 weiter in rückwärtiger Richtung antreibt. Der Ringraum 28 steht über Bohrungen 47 mit dem vorderen Ende der Ausnehmung 41 in Verbindung. Sobald sich im Ringkanal 28 Druck aufbaut, treibt dieser Druck in den Schieber 42 gemäß Fig. 2 nach hinten, so daß die erste Steuerkante E1 entgegen dem Druck der Zylinderkammer 30 in die vordere Endstellung gebracht wird. In dieser hinteren Endstel­ lung wird der Schieber, nachdem die Steuerkante 44 die Öffnungen 45 passiert hat, jedoch bevor die Steuerkante E2 die Steuerkante 39 erreicht hat, dadurch festgehal­ ten, daß die durch die Bohrung 33 strömende Luft Luft aus den Öffnungen 45 mitreißt und in der Ausnehmung 41 einen Sog erzeugt. Dies bedeutet, daß die Steuerkante 44 beim Rückhub die erste Steuerkante E1 später pas­ siert, so daß die Zylinderkammer 30 erst später zur Abströmleitung 40 hin geöffnet wird. Sobald die Steuer­ kante 44 die erste Steuerkante E1 beim Rückhub passiert hat, wird die Zylinderkammer 30 drucklos und über die Bohrungen 46 werden der Ringkanal 28 und der Ringraum 27 drucklos. Dadurch schließt das Ventil 20 die Verbin­ dung zwischen der Druckleitung 24 und dem Ringraum 27, während es die Verbindung zwischen der Druckleitung 24 und dem Ringraum 25 öffnet.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die Schieber 35 und 42 jeweils entgegengesetzte Bewegungen aus­ führen, d. h. wenn der Schieber 35 in der rückwärtigen Endstellung ist (beim Arbeitshub), ist der Schieber 42 in der vorderen Endstellung. Wenn der Schieber 35 in der rückwärtigen Endstellung ist (beim Rückhub), ist der Schieber 42 in der vorderen Endstellung. Die Schieber werden so bewegt, daß die Steuerkanten E1 und E2 jeweils in Richtung auf die angrenzende Zylinder­ kammer 30 bzw. 26 vorstehen, wenn diese Zylinderkammer druckbeaufschlagt ist. Dagegen werden die Steuerkanten E1 und E2 von der jeweiligen Zylinderkammer 30 bzw. 26 fortbewegt, wenn diese Zylinderkammer druckentlastet ist. Dadurch wird sowohl beim Arbeitshub als auch beim Rückhub die Antriebsphase in der druckbeaufschlagten Zylinderkammer als auch die Abströmphase in der druck­ entlasteten Zylinderkammer verlängert.

Weitere Bohrungen 48 in der Wand des Zylinders 29 dienen dazu, die Bewegung des Kolbens beim Arbeitshub in Vorwärtsrichtung zu begrenzen, wenn die Bohrkrone 12 so weit vorverlagert ist, daß der Kolben nicht auf sie auftrifft. In diesem Fall wird über die Bohrungen 48 die rückwärtige Zylinderkammer 26 mit dem drucklosen Ringraum 28 verbunden.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß der ringförmige Schieber 35 pneumatisch durch den Druck in der Zylinderkammer 26 über eine Steuerleitung 50 gesteuert wird. Diese Steuerleitung 50 führt von der Stirnfläche 37 durch den Kolben 15 hindurch, bis zu dem der Zylinderkammer 26 abgewandten Ende der Ausnehmung 34. Der Druck in der Zylinderkammer 26 gelangt über die Steuerleitung 50 auf die vordere Stirnfläche des Schiebers 35, die größer ist als die Fläche der Steuer­ kante E2. Eine weitere Steuerleitung 51 führt von der Zylinderkammer 30 durch den Kolben hindurch zum vorde­ ren Ende der Ausnehmung 34. Wenn die Zylinderkammer 30 mit Druck beaufschlagt ist und die Zylinderkammer 26 drucklos ist, bewegt der Druck in der Zylinderkammer 30 den Schieber 35 gemäß Fig. 4 in seine vordere End­ stellung.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 sind beide Schieber 35 und 42 mit den Steuerkanten E1 und E2 am Kolben 15 angebracht, wobei der Schieber 35 in der gleichen Weise am rückwärtigen Kolbenende vorgesehen ist wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2. Der andere Schieber 42 ist am vorderen Ende des mit dem Zylinder 29 zusammenwirkenden Teils des Kolbens 15 an­ geordnet. Beide Schieber 35 werden gleichsinnig bewegt, d. h. wenn der eine Schieber in der vorderen Endstellung ist, ist der andere Schieber ebenfalls in der vorderen Endstellung. Die Schieber 35 werden durch Reibungs- und Trägheitskräfte relativ zum Kolben 15 bewegt, und zwar in der Weise, daß sie dem Kolben stets nachlaufen.

Der Kolben 15 gemäß Fig. 5 und 6 ist nicht hohl, sondern ein voll ausgebildeter Stufenkolben. Demgemäß ist ein in den Kolben eintauchender Schaft nicht vor­ handen. Das Ventil 20 verbindet die Druckleitungen 24 entweder mit in die rückwärtige Zylinderkammer 26 hineinführenden Bohrungen 25a oder mit Bohrungen 27a, welche mit der vorderen Zylinderkammer 30 in Verbindung stehen. Die Verbindung zwischen den Bohrungen 27a und der Zylinderkammer 30 erfolgt über längslaufende Nuten 53, welche über Bohrungen 36a mit dem vorderen Ende des Zylinderraums in Verbindung stehen.

Längs des Zylinders 29 verläuft eine Abströmnut 55, die mit der Abströmleitung in Verbindung steht. In diese Abströmnut 55 führen zwei Steuerbohrungen 39a und 44a vom Zylinderraum hinein. Die Steuerkante E1 des Schiebers 42 wirkt mit der Steuerbohrung 44a zusammen und die Steuerkante E2 des Schiebers 35 wirkt mit der Steuerbohrung 39a zusammen.

Bei einem Arbeitshub treibt gemäß Fig. 5 der Druck in der Zylinderkammer 26 den Kolben 15 nach vorne, während die Zylinderkammer 30 über die offene Steuerbohrung 44a druckentlastet ist. Die Steuerbohrung 39a ist zunächst von dem Kolben 15 bzw. den Schiebern 42 und 35, die sich in der rückwärtigen Stellung befinden, verschlos­ sen. Etwa gleichzeitig erreicht die Steuerkante E1 die Steuerbohrung 44a und die Steuerkante E2 die Steuer­ bohrung 39a. Von nun an wird die Zylinderkammer 26 über die offene Steuerbohrung 39a mit der Abströmnut 55 ver­ bunden, während die vordere Zylinderkammer 30 durch Absperren der Steuerbohrung 44a verschlossen wird. Der Kolben 15 bewegt sich nun infolge seiner kinetischen Energie weiter, während sich in der Zylinderkammer 30 ein Luftpolster ausbildet. Wenn das vordere Ende des Kolbens auf den Schaft 13 der Bohrkrone aufgeschlagen ist, wird das Ventil 20 umgesteuert, so daß gemäß Fig. 6 der Druck der Druckleitung 24 in die Bohrungen 27a und von dort in die längslaufenden Nuten 53 und zur vorderen Zylinderkammer 30 gebracht wird. Die rück­ wärtige Zylinderkammer 26 ist in diesem Zustand durch die offene Steuerbohrung 39a drucklos. Durch Träg­ heitskraft und Wandreibung bewegen sich bei dem Rückhub die Schieber 35 und 42 in die vorderen Endstellungen, d. h. sie laufen auch hier dem rückwärtsbewegten Kolben nach. Dadurch wird beim Rückhub die Antriebsphase ver­ längert, indem der Zeitpunkt des Öffnens der Steuer­ bohrung 44a durch den Schieber 42 verzögert wird. Gleichzeitig wird durch den Schieber 35 der Zeitpunkt des Absperrens der rückwärtigen Zylinderkammer 26 zum Zwecke des Druckaufbaus verzögert.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 8 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 5 und 6 dadurch, daß die an dem Kolben 15 vorgesehenen beiden Schieber 35 und 42 pneumatisch durch Steuerleitungen 50 und 51 gesteuert sind. Die im Kolben 15 verlaufende Steuerleitung 50 verbindet die Zylinderkammer 26 mit den dieser Steuer­ kammer abgewandten Enden der Ausnehmungen 34 und 41. In diesen Ausnehmungen sind die als Kolben wirkenden Köpfe 54 der Schieber 35 und 42 bewegbar, ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4.

Die ebenfalls im Kolben 15 verlaufende Steuerleitung 51 verbindet die Zylinderkammer 30 mit den dieser Zylinder­ kammer abgewandten Enden der Ausnehmungen 34 und 41. Wenn eine der Zylinderkammern 26, 30 mit Druck be­ aufschlagt und die andere drucklos ist, so bewegen sich die Schieber 35 und 42 jeweils in Richtung derjenigen Zylinderkammer, die mit Druck beaufschlagt ist.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 und 10 unter­ scheidet sich von demjenigen der Fig. 7 und 8 im wesentlichen dadurch, daß anstelle der beiden am Kolben 15 vorgesehenen Schieber 35 und 42 nur ein einziger hülsenförmiger Schieber 56 vorhanden ist, der etwa die gleiche Länge hat wie der Kolben 15 und mit einem nach innen ragenden ringförmigen Kopf 54 in eine ringförmige Ausnehmung 57 des Kolbens 15 hineinragt, während seine Umfangsfläche an der Innenwand des Zylinders 29 ab­ dichtend gleitet. Der Schieber 56 hat im wesentlichen die gleiche Länge wie der Kolben 15 und in der einen Endstellung gemäß Fig. 9 überragt die rückwärtige Steuerkante E2 den Kolben 15 nach hinten, während in der anderen Endstellung die vordere Steuerkante E1 den Kolben nach vorne überragt.

Die rückwärtige Zylinderkammer 26 steht über eine Steuerleitung 50 mit dem dieser Zylinderkammer abge­ wandten Ende der Ausnehmung 57 in Verbindung, so daß bei Druck in der Zylinderkammer 26 der Schieber 56 in die rückwärtige Endposition geschoben wird. Ferner steht die vordere Zylinderkammer 30 über eine Steuer­ leitung 51 mit dem dieser Zylinderkammer abgewandten Ende der Ausnehmung 57 in Verbindung, so daß der Schieber 56 bei Druck in der vorderen Zylinderkammer 30 in Richtung auf diese Zylinderkammer bewegt wird.

Ausführungsbeispiel der Fig. 11 und 12 entspricht im wesentlichen demjenigen der Fig. 5 und 6, mit dem Unterschied, daß der Kolben 15 nach Fig. 11 und 12 kein Stufenkolben ist, der einen Hals 15a aufweist. An dem Kolben sind auch hier die beiden ringförmigen Schieber 35 und 42 angebracht, deren Köpfe in ring­ förmigen Ausnehmungen 34 und 41 verschiebbar sind. Die Steuerkante E1 arbeitet mit der Steueröffnung 44a zu­ sammen und die Steuerkante E2 mit der Steueröffnung 39a, so wie dies anhand der Fig. 5 und 6 beschrieben wurde. Anstelle der Druckausgleichsnuten 36 sind Druck­ ausgleichsbohrungen 36a vorhanden, die sich in Längs­ richtung der Köpfe der Schieber 35 und 42 erstrecken und bei Bewegung des Schiebers in der betreffenden Aus­ nehmung einen Druckstau verhindern.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 13 und 14 unter­ scheidet sich von demjenigen der Fig. 11 und 12 durch die Steuerleitungen 50 und 51, die in der anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Weise eine Drucksteuerung der Schieber 35 und 42 durch die Drücke in den Zylinderkammern 26 und 30 bewirken.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 15 und 16 entspricht weitgehend demjenigen der Fig. 1 und 2, mit Ausnahme der Tatsache, daß ein Ventil 20 nicht vorgesehen ist. In den Innenraum des Zylinders 29 steht ein Schaft 32 vor, dessen vordere Steuerkante 39 mit der Steuerkante E2 zusammenwirkt, um beim Arbeitshub des Kolbens 15 den rückwärtigen Ringraum 26 zur Abströmleitung 40 hin zu öffnen. Der Kolben 15 weist eine durchgehende Bohrung 33 auf, die in einer Ausnehmung am rückwärtigen Ende den Schieber 35 mit der Steuerkante E2 enthält.

Der andere Schieber 42 ist wie bei dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel an einem vorderen Zylinderabschnitt 29a in einer Ausnehmung 41 untergebracht. Die Steuerkante E1 wirkt mit der Steuerkante 44 des Halses 15a des Kolbens 15 zusammen. Die Steuerkante 44 bildet bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht das vordere Kolbenende. Die vordere Stirnfläche 60 des Kolbens ist vorverlegt und von dieser Stirnfläche erstrecken sich längslaufende Nuten 61 bis zur Steuerkante 44. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Steuerkante 44 durch eine Verformung der auf den Schaft 13 schlagenden Stirnfläche 60 nicht beeinträchtigt wird.

Der den Zylinder 29 umgebende Ringkanal 28 ist ständig an die Druckleitung 24 angeschlossen. Bei dem Arbeits­ hub gelangt zunächst Druckluft durch die Bohrung 46 in die noch mit der Abströmleitung 40 in Verbindung stehen­ de vordere Zylinderkammer 30. Während des Arbeitshubes wird diese Zylinderkammer 30 jedoch verschlossen, wenn die Steuerkante 44 die Steuerkante E1 passiert. Der Kolben bewegt sich infolge seiner kinetischen Energie weiter nach vorne, bis er gegen den Schaft 13 schlägt. In diesem Zustand steht die rückwärtige Zylinderkammer 26 gemäß Fig. 16 über die Bohrung 33 mit der Abström­ leitung 40 in Verbindung, so daß der Kolben 15 den Rück­ hub ausführen kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 15 und 16 sind ebenfalls Steuerleitungen 50 und 51 vorhanden, die die Schieber 35 und 42 pneumatisch umsteuern.

Die Schieber 35 und 42 können aus geteilten Hülsen­ hälften bestehen, die um den Kolben herumgelegt werden.

Claims (9)

1. Tieflochhammer für Erdbohrungen, mit einem durch Fluiddruck in einem Zylinder (29) bewegbaren Kolben (15), der abwechselnd Arbeitshübe und Rück­ hübe ausführt, und mit am Kolben (15) oder am Zylinder (29) vorgesehenen Steuerkanten (E1, E2), von denen
eine erste Steuerkante (E1) im Laufe des Arbeitshubs die mit einer druck­ losen Abströmleitung (40) in Verbindung stehende vordere Zylinderkammer (30) gegen die Abströmleitung (40) absperrt,
und im Laufe des Rückhubs die mit einer Druckleitung (24) in Verbindung stehende vordere Zylinderkammer (30) mit der Abström­ leitung (40) verbindet,
und eine zweite Steuerkante (E2) im Laufe des Arbeitshubs die mit der Druck­ leitung (24) in Verbindung stehende rück­ wärtige Zylinderkammer (26) mit der Abström­ leitung (40) verbindet,
und im Laufe des Rückhubs die mit der Ab­ strömleitung (40) in Verbindung stehende rückwärtige Zylinderkammer (26) gegen die Abströmleitung (40) absperrt,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Steuerkanten (E1, E2) an einem parallel zum Kolbenweg verschieb­ baren Schieber (35, 42) vorgesehen ist, der zwischen Anschlägen derart bewegt ist, daß seine Steuerkante in Richtung auf die angrenzende Zylinderkammer (26, 30) vorsteht, wenn diese druck­ beaufschlagt ist, und von dieser Zylinderkammer (26, 30) fortbewegt ist, wenn sie druckentlastet ist.

2. Tieflochhammer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Steuerkanten (E1, E2) an ge­ trennten Schiebern (42, 35) vorgesehen sind.

3. Tieflochhammer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Steuerkanten (E1, E2) an einem gemeinsamen Schieber (56) vorgesehen sind.

4. Tieflochhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schieber (35) an dem Kolben (15) geführt ist.

5. Tieflochhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (15) ein Stufenkolben mit einem hohlen, in einen verengten Zylinderabschnitt (29a) einführbaren Hals (15a) ist, und daß der erste Schieber (42) an dem Zylinderabschnitt (29a) vorgesehen ist.

6. Tieflochhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schieber (42, 35) eine koaxial zu dem Kolben (15) angeordnete Hülse ist.

7. Tieflochhammer nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse einen Kopf mit längs­ laufenden Druckentlastungsnuten (36) oder Druck­ entlastungsbohrungen (36a) aufweist.

8. Tieflochhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (42, 35) durch den Druck einer Zylinderkammer (26, 30) der­ art gesteuert ist, daß er bei Druck in der Zylinderkammer in diese hinein vorsteht.

9. Tieflochhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schieber (42) einen Raum (41) begrenzt, der durch eine Öffnung (45) mit einem von dem Fluid durchströmten Kanal in Verbindung steht, derart, daß die Strömung im Kanal in dem Raum (41) ein Vakuum erzeugt, durch welches der Schieber bewegt wird.